TERO随机数发生器制造技术

本发明专利技术公开了一种TERO随机数发生器，包括：一TERO亚稳态振荡器，一计数器；所述计数器的输入端与TERO亚稳态振荡器的输出端相连接；通过使得TERO亚稳态振荡器的两条通路中的反相器件个数不相等，来使得两条通路的延时有差异，从而使得TERO亚稳态振荡器中的反相器件尺寸统一，简化电路结构和设计难度、减少工艺和环境对其的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种真随机数发生器电路，特别是涉及一种TERO(过渡效应环形振荡器)随机数发生器。
技术介绍
随机数发生器在各类密码芯片尤其是智能卡中起到十分关键的作用，例如密钥的生成、敏感数据的掩码和盲化等等。传统的真随机数发生器都基于模拟电路来实现，一般具有面积较大、功耗较高、速率较慢、易受攻击等特点。由Varchola等人提出的基于TERO的随机数发生器由数字电路来实现，从而克服了以往模拟真随机数发生器的种种缺点。基于TERO的随机数发生器，包含，TERO亚稳态振荡器以及与其相连的计数器。其核心的TERO亚稳态振荡器包含两条通路，每条通路包含相同个数的反相器件以及一个控制振荡的与非门，如图1所示。当控制信号VCTR为低电平时，TERO亚稳态振荡器保持稳定。当控制信号VCTR从低电平变为高电平时，TERO亚稳态振荡器开始亚稳态振荡，亚稳态振荡的次数即可作为随机数发生器的输出。为了产生亚稳态振荡，通路1和通路2的延时必须有差异。通常为了满足延时差异的要求，做法为改变通路中各个反相器件的尺寸。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种TERO随机数发生器，能使TERO亚稳态振荡结构中的反相器件尺寸统一，减小工艺和环境对其的影响。为解决上述技术问题，本专利技术TERO随机数发生器，包括：一TERO亚稳态振荡器，一计数器；所述计数器的输入端与TERO亚稳态振荡器的输出端相连接；所述TERO亚稳态振荡器包括两条通路，第一通路的输出VOUT1为第二通路的输入，第二通路的输出VOUT2为第一通路的输入；所述第一通路包括多个串联的具有反相功能的器件，形成第一反相器件链，记其中有效的反相功能的器件个数为n，满足n为偶数；该第一通路还包括一用于控制振荡的与非门，其一输入端与第一反相器件链的输出端相连接，另一个输入端输入振荡控制信号VCTR；所述第二通路包括多个串联的具有反相功能的器件，形成第二反相器件链，记其中有效的反相功能的器件个数为m，满足m为偶数并且不等于n；该第二通路还包括一用于控制振荡的与非门，其一输入端与第二反相器件链的输出端相连接，另一个输入端输入振荡控制信号VCTR；非振荡状态下，将振荡控制信号VCTR保持为低电平；当振荡控制信号VCTR从低电平变为高电平时，TERO亚稳态振荡器开始亚稳态振荡，由计数器记录亚稳态振荡的次数；振荡完成后，亚稳态振荡次数的一比特位或多比特位即可作为随机数发生器的结果输出。所述具有反相功能的器件，包括但不限于反相器、一端接高电平的两输入与非门。在所述第一通路和第二通路中加入多路选择器对通路中的具有有效反相功能的器件的个数进行选择，即为可配置不对称延时通路的TERO随机数发生器。本专利技术的有益效果在于：由于TERO亚稳态振荡器的两条通路中的具有反相功能的器件个数不相等，使得两条通路的延时有差异，从而使得TERO亚稳态振荡器中的具有反相功能的器件尺寸统一，简化电路结构和设计难度，通路延时特性和TERO亚稳态振荡受工艺和环境影响小。进一步，本专利技术还可通过在第一通路和第二通路中加入多路选择器，使得第一通路和第二通路的延时可配置，从而得到更多延时选择的TERO亚稳态振荡结构，而不同的延时选择将得到不同的随机序列产生速度和不同统计结果的随机序列。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：图1是现有的TERO亚稳态振荡器结构图；图2是不对称延时通路的TERO亚稳态振荡器示意图；图3是可配置不对称延时通路的TERO亚稳态振荡器示意图；图4是具有不对称延时通路的TERO随机数发生器结构图。具体实施方式本专利技术的TERO随机数发生器为不对称延时通路的TERO随机数发生器，结合图4所示，其包括不对称延时通路的TERO亚稳态振荡器和与其相连的计数器。不对称延时通路的TERO随机数发生器就是通过使得TERO亚稳态振荡结构的两条通路中的反相器件个数不相等，从而使得两条通路的延时产生差异。为了产生亚稳态振荡，TERO亚稳态振荡结构的第一通路和第二通路的延时必须有差异。当反相器件个数相等时，为了使得两条通路的延时产生差异，就必须改变反相器件的尺寸。不同尺寸的器件在不同的工艺和环境下(比如温度、电压等)，其延时特性会有较大的差异，导致亚稳态振荡的特性差异也较大。而采用相同尺寸的器件，就能使得TERO亚稳态振荡结构受工艺和环境影响更小。不对称延时通路的TERO随机数发生器通过改变反相器件的个数来产生通路延时的差异，使得延时通路中的所有反相器件都能使用相同类型同样尺寸的器件，从而能够减小工艺和环境对亚稳态振荡的影响。另外，如果采用一端接高电平的两输入与非门来实现反相功能，能使得TERO亚稳态振荡结构中的所有器件都同样类型同样尺寸，从而进一步减小工艺和环境对亚稳态振荡的影响。实施例1参见图2和图4，在本实施例中，TERO亚稳态振荡器的延时通路中采用一端接高电平的两输入与非门来实现反相功能。TERO亚稳态振荡器包含两条延时通路：第一通路的输出VOUT1为第二通路的输入，第二通路的输出VOUT2为第一通路的输入。第一通路中包含8个一端接高电平的两输入与非门，该8个与非门依次串接，形成与非门链，以及一个用于控制振荡的与非门；用于控制振荡的与非门，其一个输入端和与非门链的输出相连，另一个输入端与振荡控制信号VCTR相连。第二通路中包含10个一端接高电平的两输入与非门，该10个与非门依次串接，形成与非门链，以及一个用于控制振荡的与非门；用于控制振荡的与非门，其一个输入端和与非门链的输出相连，另一个输入端与振荡控制信号VCTR相连。非振荡状态下，将VCTR保持为低电平。当振荡控制信号VCTR从低电平变为高电平时，不对称延时通路的TERO亚稳态振荡器开始亚稳态振荡，由计数器记录亚稳态振荡的次数。振荡完成后，亚稳态振荡次数的一比特位即可作为随机数发生器的结果输出。实施例2参见图3，本实施例为可配置不对称延时通路的TERO随机数发生器。其中，TERO亚稳态振荡器为可配置不对称延时通路的TERO亚稳态振荡器，延时通路中采用反相器来实现反相功能；第一通路和第二通路中采用多路选择器来选择通路中有效反相器的个数。TERO亚稳态振荡器的第一通路的输出VOUT1为第二通路的输入，第二通路的输出VOUT2为第一通路的输入。第一通路中包含2N个反相器，通过多路选择器的选择输入信号S1可选择有效反相器的个数。当S1为R11时，有效反相器的个数为2；当S1为R12时，有效反相器的个数为4；以此类推。第一通路中还包含一个用于控制振荡的与非门，其一个输入端与反相器链的输出相连，另一个输入端输入振荡控制信号VCTR。第二通路中包含2N个反相器，通过多路选择器的选择输入信号S2可选择有效反相器的个数。当S2为R21时，有效反相器的个数为2；当S2为R22时，有效反相器的个数为4；以此类推。满足S2不等于S1。第二通路中还包含一个用于控制振荡的与非门，其一个输入端与反相器链的输出相连，另一个输入端输入振荡控制信号VCTR。N为大于等于1的整数。在非振荡状态下，将VCTR保持为低电平。当振荡控制信号VCTR从低电平变为高电平时，可配置不对称延时通路的TERO亚稳态振荡器构开始亚稳态振荡，由计数器记录亚稳态振荡的次数。振荡完成后，亚稳态振荡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TERO随机数发生器，包括：一TERO亚稳态振荡器，一计数器；所述计数器的输入端与TERO亚稳态振荡器的输出端相连接；所述TERO亚稳态振荡器包括两条通路，第一通路的输出为第二通路的输入，第二通路的输出为第一通路的输入；所述第一通路包括多个串联的具有反相功能的器件，形成第一反相器件链，记其中有效的反相功能的器件个数为n，满足n为偶数；该第一通路还包括一用于控制振荡的与非门，其一输入端与第一反相器件链的输出端相连接，另一个输入端输入振荡控制信号；其特征在于：所述第二通路包括多个串联的具有反相功能的器件，形成第二反相器件链，记其中有效的反相功能的器件个数为m，满足m为偶数并且不等于n；该第二通路还包括一用于控制振荡的与非门，其一输入端与第二反相器件链的输出端相连接，另一个输入端输入所述振荡控制信号；非振荡状态下，将振荡控制信号保持为低电平；当振荡控制信号从低电平变为高电平时，TERO亚稳态振荡器开始亚稳态振荡，由计数器记录亚稳态振荡的次数；振荡完成后，亚稳态振荡次数的一比特位或多比特位即可作为随机数发生器的结果输出。

【技术特征摘要】
1.一种TERO随机数发生器，包括：一TERO亚稳态振荡器，一计数器；所述计数器的输入端与TERO亚稳态振荡器的输出端相连接；所述TERO亚稳态振荡器包括两条通路，第一通路的输出为第二通路的输入，第二通路的输出为第一通路的输入；所述第一通路包括多个串联的具有反相功能的器件，形成第一反相器件链，记其中有效的反相功能的器件个数为n，满足n为偶数；该第一通路还包括一用于控制振荡的与非门，其一输入端与第一反相器件链的输出端相连接，另一个输入端输入振荡控制信号；其特征在于：所述第二通路包括多个串联的具有反相功能的器件，形成第二反相器件链，记其中有效的反相功能的器件个数为m，满足m为偶数并且不等于n；该...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴佳晶，范志祥，何玉明，
申请(专利权)人：上海华虹集成电路有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31