当前位置: 首页 > 专利查询>宁波大学专利>正文

一种利用振荡器采样的真随机数发生器制造技术

技术编号:21183592 阅读:16 留言:0更新日期:2019-05-22 14:40
本发明专利技术公开了一种利用振荡器采样的真随机数发生器,包括热噪声发生器、环路振荡器、压控振荡器、D触发器和后处理电路,D触发器具有时钟端、输入端和输出端,热噪声发生器的输出端和压控振荡器的输入端连接,压控振荡器的输出端和D触发器的时钟端连接,环路振荡器的输出端和D触发器的输入端连接,D触发器的输出端和后处理电路的输入端连接,热噪声发生器的输入端用于接入参考电平,热噪声发生器包括数模转换器、运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻;优点是输出序列具有较高的比特率,可以满足高速电路的应用需求,且能够根据应用场景在比特率与随机性之间平衡,灵活性高。

A True Random Number Generator Using Oscillator Sampling

The invention discloses a true random number generator sampled by an oscillator, including a thermal noise generator, a loop oscillator, a voltage controlled oscillator, a D flip-flop and a post-processing circuit. The D flip-flop has a clock end, an input end and an output end of the thermal noise generator, an input end of the voltage controlled oscillator, and a output end of the voltage controlled oscillator and a clock end of the D flip-flop. The output end of the loop oscillator is connected with the input end of the D flip-flop, the output end of the D flip-flop is connected with the input end of the post-processing circuit, and the input end of the thermal noise generator is used to access the reference level. The thermal noise generator includes a digital-to-analog converter, an operational amplifier, a first resistor, a second resistor, a third resistor and a fourth resistor. It can meet the application requirements of high-speed circuits, and can balance the bit rate and randomness according to the application scenario, so it has high flexibility.

【技术实现步骤摘要】
一种利用振荡器采样的真随机数发生器
本专利技术涉及一种真随机数发生器,尤其是涉及一种利用振荡器采样的真随机数发生器。
技术介绍
文献(邓焕,金荣华,陈俊,等.基于振荡器的高性能真随机数发生器[J].固体电子学研究与进展,2007,27(3):391-396.)中介绍了一种真随机数发生器,结构如图1所示。该真随机数发生器中,运算放大器A1放大电阻Rnoise两端热噪声,放大后的热噪声与由Icp对电容Cs充放电后经运算放大器A1放大产生的三角波相叠加经施密特触发器comparator转换成抖动的慢振荡信号clkslow,该慢振荡信号既经电荷泵Chargepump反馈到运算放大器A1输入端形成闭环结构,用以补偿失调电压,又作为T触发器的时钟采样信号去采样稳定的快振荡信号生成原始随机序列,原始随机序列输入后处理电路进一步提高随机性。但是,上述真随机数发生器存在以下问题:一、热噪声仅被有限增益带宽运算放大器A1单次放大,慢振荡信号抖动小,输出序列比特率低,在高速电路中难以满足应用需要;二、电路采用闭环结构使得比特频率固定,不能根据应用场景在比特率与随机性之间平衡。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种输出序列具有较高的比特率,可以满足高速电路的应用需求,且能够根据应用场景在比特率与随机性之间平衡,灵活性高的利用振荡器采样的真随机数发生器。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种利用振荡器采样的真随机数发生器,包括热噪声发生器、环路振荡器、压控振荡器、D触发器和后处理电路,所述的D触发器具有时钟端、输入端和输出端,所述的热噪声发生器的输出端和所述的压控振荡器的输入端连接,所述的压控振荡器的输出端和所述的D触发器的时钟端连接,所述的环路振荡器的输出端和所述的D触发器的输入端连接,所述的D触发器的输出端和所述的后处理电路的输入端连接,所述的热噪声发生器的输入端用于接入参考电平,所述的热噪声发生器包括数模转换器、运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻,所述的模数转换器的输入端和所述的第三电阻的一端连接且其连接端为所述的热噪声发生器的输入端,所述的模数转换器的输出端和所述的第一电阻的一端连接,所述的第一电阻的另一端和所述的运算放大器的正相输入端连接,所述的第二电阻的一端和所述的运算放大器的反相输入端连接,所述的第三电阻的另一端、所述的第二电阻的另一端和所述的第四电阻的一端连接,所述的第四电阻的另一端和所述的运算放大器的输出端连接且其连接端为所述的热噪声发生器的输出端。所述的压控振荡器包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第一电容、施密特触发器和第一反相器,所述的第一MOS管、所述的第五MOS管和所述的第六MOS管均为N型MOS管,所述的第二MOS管、所述的第三MOS管和所述的第四MOS管均为P型MOS管,所述的第一MOS管的栅极和所述的第六MOS管的栅极连接且其连接端为所述的压控振荡器的输入端,所述的第一MOS管的源极和所述的第六MOS管的源极均接地,所述的第一MOS管的漏极、所述的第二MOS管的栅极、所述的第二MOS管的漏极和所述的第三MOS管的栅极连接,所述的第二MOS管的源极和所述的第三MOS管的源极均接入电源,所述的第三MOS管的漏极和所述的第四MOS管的源极连接,所述的第四MOS管的漏极、所述的第五MOS管的漏极、所述的第一电容的一端和所述的施密特触发器的输入端连接,所述的第四MOS管的栅极、所述的第五MOS管的栅极和所述的第一反相器的输出端连接且其连接端为所述的压控振荡器的输出端,所述的第五MOS管的源极和所述的第六MOS管的漏极连接,所述的第一电容的另一端接地,所述的施密特触发器的输出端和所述的第一反相器的输入端连接。该电路利用电压控制第一MOS管和第六MOS管的栅极电压从而改变第一电容的充放电电流来调节振荡频率,所用模块少,结构简单,性能相对稳定。所述的环路振荡器包括19个反相器和一个缓冲器,第m个反相器的输出端和第m+1个反相器的输入端连接,m=1,2,…,18,第1个反相器的输入端、第19个反相器的输出端和所述的缓冲器的输入端连接,所述的缓冲器的输出端为所述的环路振荡器的输出端。该环路振荡器采用全数字电路结构实现,在性能足以满足本专利技术功能需求的同时,功耗低,占用面积小。所述的后处理电路包括四个D触发器组和一个四输入异或门;每个所述的D触发器组分别包括10个D触发器,每个所述的D触发器组中,第第j个D触发器的输出端和第j+1个D触发器的输入端连接,j=1,2,…,9,第1个D触发器的输入端为该D触发器组的输入端,第10个D触发器的输出端为该D触发器组的输出端,10个D触发器的时钟端连接且其连接端为该D触发器组的时钟端;四个D触发器组的时钟端连接且其连接端为所述的后处理电路的时钟端,所述的后处理电路的时钟端接入时钟信号,第1个D触发器组的输入端为所述的后处理电路的输入端,第1个D触发器组的输出端、第2个D触发器组的输入端和所述的四输入异或门的第一输入端连接,第2个D触发器组的输出端、第3个D触发器组的输入端和所述的四输入异或门的第二输入端连接,第3个D触发器组的输出端、第4个D触发器组的输入端和所述的四输入异或门的第三输入端连接,第4个D触发器组的输出端和所述的四输入异或门的第四输入端连接,所述的四输入异或门的输出端为所述的后处理电路的输出端。该后处理电路结构简单,能消除序列自相关性,同时相较冯诺依曼纠偏法不会牺牲序列比特率。与现有技术相比,本专利技术的优点在于通过热噪声发生器、环路振荡器、压控振荡器、D触发器和后处理电路构成真随机数发生器,热噪声发生器的输出端和压控振荡器的输入端连接,压控振荡器的输出端和D触发器的时钟端连接,环路振荡器的输出端和D触发器的输入端连接,D触发器的输出端和后处理电路的输入端连接,热噪声发生器的输入端接入参考电平,热噪声发生器由数模转换器、运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻构成,工作时,热噪声发生器的输出端根据其接入的参考电平生成由直流电平和电阻热噪声叠加形成的输出信号,直流电平决定压控振荡器的中心频率,电阻热噪声增强压控振荡器的频率抖动,压控振荡器根据直流电平和电阻热噪声产生中心频率在1~20MHz的慢振荡信号,该慢振荡信号作为D触发器的时钟信号,环路振荡器的输出端产生周期固定的频率为1.3GHz的快振荡信号,D触发器在慢振荡信号控制下对快振荡信号进行采样,由于慢振荡信号的频率抖动远远大于快振荡信号的周期,D触发器生成原始随机序列输出,后处理电路消除原始随机序列的不均匀和自相关性后生成最终随机序列输出,由数模转换器、运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻构成的热噪声发生器让本专利技术整体电路呈开环结构,热噪声发生器与压控振荡器级联,热噪声发生器内的运算放大器对其内第一电阻和第二电阻产生热噪声进行第一次放大,压控振荡器对热噪声发生器内产生的热噪声进行第二次放大从而增加了时钟抖动,提高了随机输出序列的比特率,可以满足高速电路的应用需求,同时通过改变热噪声发生器接入的参考电平可以改变压控振荡器的中心频率,使得本专利技术能够根据应用场景在比特率与随机性之间平衡,灵活性较高。附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用振荡器采样的真随机数发生器,其特征在于包括热噪声发生器、环路振荡器、压控振荡器、D触发器和后处理电路,所述的D触发器具有时钟端、输入端和输出端,所述的热噪声发生器的输出端和所述的压控振荡器的输入端连接,所述的压控振荡器的输出端和所述的D触发器的时钟端连接,所述的环路振荡器的输出端和所述的D触发器的输入端连接,所述的D触发器的输出端和所述的后处理电路的输入端连接,所述的热噪声发生器的输入端用于接入参考电平,所述的热噪声发生器包括数模转换器、运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻,所述的模数转换器的输入端和所述的第三电阻的一端连接且其连接端为所述的热噪声发生器的输入端,所述的模数转换器的输出端和所述的第一电阻的一端连接,所述的第一电阻的另一端和所述的运算放大器的正相输入端连接,所述的第二电阻的一端和所述的运算放大器的反相输入端连接,所述的第三电阻的另一端、所述的第二电阻的另一端和所述的第四电阻的一端连接,所述的第四电阻的另一端和所述的运算放大器的输出端连接且其连接端为所述的热噪声发生器的输出端。

【技术特征摘要】
1.一种利用振荡器采样的真随机数发生器,其特征在于包括热噪声发生器、环路振荡器、压控振荡器、D触发器和后处理电路,所述的D触发器具有时钟端、输入端和输出端,所述的热噪声发生器的输出端和所述的压控振荡器的输入端连接,所述的压控振荡器的输出端和所述的D触发器的时钟端连接,所述的环路振荡器的输出端和所述的D触发器的输入端连接,所述的D触发器的输出端和所述的后处理电路的输入端连接,所述的热噪声发生器的输入端用于接入参考电平,所述的热噪声发生器包括数模转换器、运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻,所述的模数转换器的输入端和所述的第三电阻的一端连接且其连接端为所述的热噪声发生器的输入端,所述的模数转换器的输出端和所述的第一电阻的一端连接,所述的第一电阻的另一端和所述的运算放大器的正相输入端连接,所述的第二电阻的一端和所述的运算放大器的反相输入端连接,所述的第三电阻的另一端、所述的第二电阻的另一端和所述的第四电阻的一端连接,所述的第四电阻的另一端和所述的运算放大器的输出端连接且其连接端为所述的热噪声发生器的输出端。2.根据权利要求1所述的利用振荡器采样的真随机数发生器,其特征在于所述的压控振荡器包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第一电容、施密特触发器和第一反相器,所述的第一MOS管、所述的第五MOS管和所述的第六MOS管均为N型MOS管,所述的第二MOS管、所述的第三MOS管和所述的第四MOS管均为P型MOS管,所述的第一MOS管的栅极和所述的第六MOS管的栅极连接且其连接端为所述的压控振荡器的输入端,所述的第一MOS管的源极和所述的第六MOS管的源极均接地,所述的第一MOS管的漏极、所述的第二MOS管的栅极、所述的第二MOS管的漏极和所述的第三MOS管的栅极连接,所述的第二MOS管的源极和所述的第三MOS管的源极均接入电源,所述的第三MOS管的漏极和所述的第四M...

【专利技术属性】
技术研发人员:汪鹏君李桢李刚张会红
申请(专利权)人:宁波大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1