真随机数发生器的电路及设备制造技术

本发明专利技术公开了真随机数发生器的电路及设备，涉及真随机数发生器领域，电路包括：熵提取电路和后处理电路，其中熵提取电路生成原始比特流发送给后处理电路，后处理电路输出真随机数比特流，本发明专利技术通过使用耦合环形振荡器的对称输出作为高频振荡信号，提高了低频振荡信号的噪声提取效率，从真随机数发生器整体来看，对称采样降低了对后处理电路的需求，实现了减少电路资源消耗，降低实现难度，同时满足生成速率和功耗要求的真随机数发生器的电路。

【技术实现步骤摘要】
真随机数发生器的电路及设备
本专利技术涉及真随机数发生器领域，尤其是真随机数发生器的电路及设备。
技术介绍
真随机数发生器是随机数发生器中的一种，其工作原理是将电路中的随机物理现象(如“热噪声”)转化为电学信号以获得随机比特流(如“01001110”)。现有真随机数发生器实现方案可以分为以下几种：1)直接放大噪声，再与特定基准进行比较，该方案对放大器的带宽、精度有较高要求，实现难度相对高；2)基于数字电路亚稳态特性转换，该方案可以实现较高的随机数生成速度，但是因其对半导体工艺偏差较敏感，要求在后处理电路中加入校正功能以消除偏差，增加后处理电路的复杂性；3)低频振荡信号采样高频振荡信号，该方案实现难度较低，但是对于两个振荡信号频率关系有较大限制，且由于两个振荡器之间固有的频率约束会对输出比特流引入周期性，对后处理电路有较大的要求。因此需要提出一种减少电路资源消耗，降低实现难度，同时满足生成速率和功耗要求的真随机数发生器的电路。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的是提供一种减少电路资源消耗，降低实现难度，同时满足生成速率和功耗要求的真随机数发生器的电路。本专利技术所采用的技术方案是：第一方面，本专利技术提供一种真随机数发生器的电路，包括：熵提取电路和后处理电路；所述熵提取电路生成原始比特流发送给所述后处理电路，所述后处理电路输出真随机数比特流；所述熵提取电路包括：低频电流控制型环形振荡器、高频耦合环形振荡器、熵提取第一D触发器、熵提取第二D触发器和熵提取异或门电路，所述低频电流控制型环形振荡器生成时钟信号发送给所述熵提取第一D触发器和所述熵提取第二D触发器，所述高频耦合环形振荡器生成第一高频信号发送给所述熵提取第一D触发器，以及生成第二高频信号发送给所述熵提取第二D触发器，所述熵提取第一D触发器和所述熵提取第二D触发器的输出端连接作为熵提取异或门电路的输入，所述熵提取异或门电路输出所述原始比特流，所述时钟信号作为熵源；所述后处理电路为多级异或链电路。进一步地，还包括延时单元，所述低频电流控制型环形振荡器的输出端与所述延时单元的输入端连接，用于将所述时钟信号传输至所述延时单元，所述延时单元的输出端与所述多级异或链电路的输入端连接。进一步地，所述低频电流控制型环形振荡器由至少5个结构相同的电流控制型反相器相连构成，所述电流控制型反相器包括：第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管，具体的：所述第一场效应管的栅极与第一偏置电压电源连接，所述第一场效应管的源级与供电电源连接，所述第一场效应管的漏级与所述第二场效应管的源级连接，所述第二场效应管的漏级与所述第三场效应管的漏级连接，所述第二场效应管的栅极与所述第三场效应管的栅极连接，所述第三场效应管的源级与所述第四场效应管的漏级连接，所述第四场效应管的栅极与第二偏置电压电源连接，所述第四场效应管的源级接地，所述电流控制型反相器的输出端为所述第二场效应管的漏级，所述电流控制型反相器的输入端为所述第二场效应管的栅极；所述电流控制型反相器的输出端作为下一级所述电流控制型反相器的输入端；所述低频电流控制型环形振荡器的输出端为最后一级所述电流控制型反相器的输出端，并且与第一级所述电流控制型反相器的输入端连接。进一步地，所述第一场效应管和所述第二场效应管均为P型场效应管，所述第三场效应管和所述第四场效应管均为N型场效应管。进一步地，所述高频耦合环形振荡器由8个反相器构成，分别是：第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、第六反相器、第七反相器、第八反相器，具体为：所述第一反相器的输出端分别与所述第二反相器的输入端、所述第六反相器的输入端连接，所述第二反相器的输出端与所述第三反相器的输入端、所述第七反相器的输入端连接，所述第七反相器的输出端与所述第一反相器的输入端连接，所述第六反相器的输出端、所述第三反相器的输出端均与所述第四反相器的输入端连接，所述第四反相器的输出端分别与所述第八反相器的输入端、所述第一反相器的输入端连接，所述第八反相器的输出端与所述第三反相器的输入端连接，所述第六反相器的输出端与第五反相器的输入端连接，所述第五反相器的输出端与所述第六反相器的输入端连接。进一步地，所述第一高频信号和所述第二高频信号的相位延迟为180度。进一步地，所述多级异或链电路包括：输入电路和多个单级异或电路，所述输入电路包括第一D触发器，多个所述单级异或电路分别包括：一个异或门电路和一个时钟信号D触发器，且所述时钟信号D触发器的输出端与所述异或门电路的第一输入端连接，所述异或门电路的第二输入端均作为当前所述单级异或电路的输入端，所述异或门电路的输出端均作为当前所述单级异或电路的输出端；所述低频电流控制型环形振荡器的输出端分别与所述第一D触发器的时钟信号输入端、多个所述时钟信号D触发器的时钟信号输入端连接；所述第一D触发器的输出端与第一所述单级异或电路的输入端连接，当前所述单级异或电路的输出端依次与下一个所述单级异或电路的输入端连接，最后一个所述单级异或电路的输出端作为所述多级异或链电路的输出端，用于输出真随机数比特流。第二方面，本专利技术还提供一种真随机数发生器的设备，利用如第一方面任一项所述的一种真随机数发生器的电路生成真随机数。本专利技术的有益效果是：本专利技术的真随机数发生器的电路，包括：熵提取电路和后处理电路，其中熵提取电路生成原始比特流发送给后处理电路，后处理电路输出真随机数比特流，熵提取电路包括：低频电流控制型环形振荡器和高频耦合环形振荡器，低频电流控制型环形振荡器生成时钟信号发送给熵提取第一D触发器和熵提取第二D触发器，高频耦合环形振荡器生成第一高频信号发送给熵提取第一D触发器，以及生成第二高频信号发送给熵提取第二D触发器，熵提取第一D触发器和熵提取第二D触发器的输出作为异或门的输入，异或门输出原始比特流，并且时钟信号作为熵源，后处理电路为多级异或链电路。本专利技术通过使用耦合环形振荡器的对称输出作为高频振荡信号，提高了低频振荡信号的噪声提取效率，从真随机数发生器整体来看，对称采样降低了对后处理电路的需求，实现了减少电路资源消耗，降低实现难度，同时满足生成速率和功耗要求的真随机数发生器的电路。附图说明图1是本专利技术中真随机数发生器一具体实施例的电路结构框图；图2是本专利技术中真随机数发生器一具体实施例的具体电路图；图3是本专利技术中真随机数发生器一具体实施例的低频电流控制型环形振荡器具体电路图；图4是本专利技术中真随机数发生器一具体实施例的高频耦合环形振荡器具体电路图；图5是本专利技术中真随机数发生器一具体实施例的多级异或链电路具体电路图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。实施例一：本专利技术实施例一提供一种真随机数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真随机数发生器的电路，其特征在于，包括：熵提取电路和后处理电路；所述熵提取电路生成原始比特流发送给所述后处理电路，所述后处理电路输出真随机数比特流；所述熵提取电路包括：低频电流控制型环形振荡器、高频耦合环形振荡器、熵提取第一D触发器、熵提取第二D触发器和熵提取异或门电路，所述低频电流控制型环形振荡器生成时钟信号发送给所述熵提取第一D触发器和所述熵提取第二D触发器，所述高频耦合环形振荡器生成第一高频信号发送给所述熵提取第一D触发器，以及生成第二高频信号发送给所述熵提取第二D触发器，所述熵提取第一D触发器和所述熵提取第二D触发器的输出端连接作为熵提取异或门电路的输入，所述熵提取异或门电路输出所述原始比特流，所述时钟信号作为熵源；所述后处理电路为多级异或链电路。

【技术特征摘要】
1.一种真随机数发生器的电路，其特征在于，包括：熵提取电路和后处理电路；所述熵提取电路生成原始比特流发送给所述后处理电路，所述后处理电路输出真随机数比特流；所述熵提取电路包括：低频电流控制型环形振荡器、高频耦合环形振荡器、熵提取第一D触发器、熵提取第二D触发器和熵提取异或门电路，所述低频电流控制型环形振荡器生成时钟信号发送给所述熵提取第一D触发器和所述熵提取第二D触发器，所述高频耦合环形振荡器生成第一高频信号发送给所述熵提取第一D触发器，以及生成第二高频信号发送给所述熵提取第二D触发器，所述熵提取第一D触发器和所述熵提取第二D触发器的输出端连接作为熵提取异或门电路的输入，所述熵提取异或门电路输出所述原始比特流，所述时钟信号作为熵源；所述后处理电路为多级异或链电路。2.根据权利要求1所述的一种真随机数发生器的电路，其特征在于，还包括延时单元，所述低频电流控制型环形振荡器的输出端与所述延时单元的输入端连接，用于将所述时钟信号传输至所述延时单元，所述延时单元的输出端与所述多级异或链电路的输入端连接。3.根据权利要求1所述的一种真随机数发生器的电路，其特征在于，所述低频电流控制型环形振荡器由至少5个结构相同的电流控制型反相器相连构成，所述电流控制型反相器包括：第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管，具体的：所述第一场效应管的栅极与第一偏置电压电源连接，所述第一场效应管的源级与供电电源连接，所述第一场效应管的漏级与所述第二场效应管的源级连接，所述第二场效应管的漏级与所述第三场效应管的漏级连接，所述第二场效应管的栅极与所述第三场效应管的栅极连接，所述第三场效应管的源级与所述第四场效应管的漏级连接，所述第四场效应管的栅极与第二偏置电压电源连接，所述第四场效应管的源级接地，所述电流控制型反相器的输出端为所述第二场效应管的漏级，所述电流控制型反相器的输入端为所述第二场效应管的栅极；所述电流控制型反相器的输出端作为下一级所述电流控制型反相器的输入端；所述低频电流控制型环形振荡器的输出端为最后一级所述电流控制型反相器的输出端，并且与第一级所述电流控制型反相器的输入端连接。4.根据权利要求3所述的一种真随机...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓建晖，薛晖耀，周智，潘焕燕，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44