[發明專利]隨機數生成電路

無效

• 申請號: 200710146847.0
• 申請日: 2007-08-24
• 公開（公告）號: CN101132171A
• 公開（公告）日: 2008-02-27
• 發明（設計）人: 佐藤豐
• 申請（專利權）人: 精工電子有限公司
• 主分類號: H03K3/84
• 分類號: H03K3/84;G06F7/58
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王岳;劉宗杰

技術領域

本發明涉及一種用于生成物理隨機數的隨機數生成電路，并且例如涉及適于生成隨機數的隨機數生成電路，用于產生IC卡、存儲程序的單芯片微型計算機等的安全性功能所要求的代碼鍵。

背景技術

用于保護ID、代碼鍵等的隨機數生成電路要求高的隨機性。

隨機數被廣義劃分為基于自然出現的隨機現象生成的物理隨機數和人工生成的偽隨機數。

偽隨機數是由邏輯電路或軟件人工生成的隨機數。偽隨機數通常例如由個人計算機的內置隨機數電路來生成。

但是，在偽隨機數的情況下，隨機數生成過程由邏輯電路或軟件來確定。因此，當找到初始系統狀態時，隨機數能相對容易地被預測，因此存在安全性不完善的情況。

另一方面，物理隨機數因為高的隨機性而通常被認為是密碼安全隨機數。

物理隨機數的例子包括電阻器的電熱噪聲和半導體PN結的散粒噪聲。

一種采樣由熱噪聲元件生成的熱噪聲，將采樣的熱噪聲作為電荷存儲在電容器單元，放大與在電容器單元中存儲的電荷對應的電壓并通過A/D轉換將放大的電壓轉換成數字信號以生成隨機數的技術被應用于使用物理隨機數的隨機數生成電路(例如參看JP2001-175458A)。

上述提到的物理隨機數是基于來自噪聲源的熱噪聲等等生成的。但是，噪聲級較輕(幾十μV到幾百μV)，因此要求高電壓來提取熱噪聲以作為有效的隨機數。

隨著由于LSI功能的改進而使電路的密度增加，降低制造元件大小正在進步。當元件大小減小時，存在元件耐電壓下降的問題，由此降低了電路耐電壓。

在安全性方面，在LSI芯片中并入隨機數生成電路是必須的。但是，使用物理隨機數的結構被使用，因此存在大量要解決的問題，包括與有關LSI材料穩定性的問題。

特別地，傳統隨機數生成電路包括用于實現噪聲放大器的特定結構的大量元件，噪聲放大器用作為提取隨機噪聲分量的單元。因此，所出現的問題是，LSI芯片的面積增加了并且制造成本增加了。

發明內容

已經考慮到上述的情況而構造了本發明。本發明的目的是提供具有簡單電路結構的隨機數生成電路，用于產生作為物理隨機數源的隨機現象的噪聲并檢測該噪聲以生成隨機數。

為了解決上述的問題，根據本發明，提供了一種隨機數生成電路，包括：參考電壓部分，該參考電壓部分包括：第一P溝道MOS晶體管，其具有與電源連接的源極以及彼此連接的柵極和漏極；和第一N溝道MOS晶體管，其具有接地的源極以及彼此連接的柵極和漏極，漏極與第一P溝道MOS晶體管的漏極連接；反相放大器部分，包括：第二P溝道MOS晶體管，其具有與電源連接的源極；和第二N溝道MOS晶體管，其具有接地的源極、與第二P溝道MOS晶體管的柵極連接的柵極、和與第二P溝道MOS晶體管的漏極連接的漏極；和半導體開關，其第一端與第一P溝道MOS晶體管的漏極連接，并且第二端與第二P溝道MOS晶體管的柵極連接。

在根據本發明的隨機數生成電路中，參考電壓部分具有與反相放大器部分的邏輯閾值電壓相等的參考電壓。

在根據本發明的隨機數生成電路中，第一P溝道MOS晶體管和第二P溝道MOS晶體管具有彼此相等的晶體管大小，并且第一N溝道MOS晶體管和第二N溝道MOS晶體管具有彼此相等的晶體管大小。

在根據本發明的隨機數生成電路中，半導體開關包括傳輸門，該傳輸門包括MOS晶體管。

如上所述，根據本發明，隨機數生成電路具有用于通過反相放大器電路放大從參考電壓部分產生的非常小的噪聲的結構。因此，物理隨機數可以容易地由簡單的電路生成，因此構成隨機數生成電路的元件數量可以降低到比相關技術更小的值。因此，具有隨機數生成功能的LSI的芯片大小被降低了，其結果是制造成本降低。

附圖說明

在附圖中：

圖1示出根據本發明的一個實施例的隨機數生成電路的一個電路結構例子；

圖2是一個曲線圖，其示出了輸入電壓(橫坐標軸)和輸出電壓(縱坐標軸)之間的對應關系，該對應關系對應于圖1的反相放大器部分(1)的放大特性；

圖3示出了圖1的隨機數生成電路的電路結構，其用于模擬；和

圖4是一個波形圖，其示出了使用圖3的隨機數生成電路通過模擬獲得的結果。

具體實施方式

此后，將參考附圖來描述根據本發明的實施例的隨機數生成電路。圖1是示出根據本發明的實施例的隨機數生成電路的結構例子的框圖。