[發明專利]基于RRAM的無偏真隨機數生成方法和生成器

有效

• 申請號: 201710049933.3
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106814991B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 楊玉超;張騰;殷明慧;黃如
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 11360 北京萬象新悅知識產權代理有限公司
• 代理人: 黃鳳茹

1.一種基于阻變存儲器RRAM的無偏真隨機數生成方法，將兩個RRAM通過并聯方式或串聯方式連接；

當兩個RRAM為通過并聯方式連接時，首先執行步驟11)～12)，再執行步驟13)～14)；

11)將兩個RRAM通過并聯方式連接，使得阻變電壓同時施加在兩個RRAM上；

12)將兩個RRAM進行Set和Reset，使得兩個RRAM均處于高阻態，同時兩個RRAM的阻值產生差異；

當兩個RRAM為通過串聯方式連接時，首先執行步驟31)～32)，再執行步驟13)～14)；

31)通過串聯的方式連接和操作兩個RRAM，使得阻變電壓通過分壓的方式落在兩個RRAM上；

32)控制施加的阻變電壓的大小，使得施加的阻變電壓只夠保證其中一個RRAM發生阻變而另一個RRAM由于前一個RRAM發生阻變的負反饋效應不會發生阻變，由此使得兩個RRAM的阻值分別處于高阻和低阻的隨機狀態；

13)在兩個RRAM不相連的兩端交替施加大小相等正負相反的讀取電壓，在相連的一端得到一個正負號隨機的電壓信號；所述交替施加大小相等正負相反的讀取電壓為在不相連的兩端同時施加大小相等正負相反的讀取電壓，并在下次輸出時改變讀取電壓的正負；

14)將步驟13)得到的電壓信號接入一個零位比較器，通過比較該電壓信號與零電位的大小，在輸出端得到一個隨機的邏輯“1”或“0”；由此生成無偏真隨機數。

2.如權利要求1所述無偏真隨機數生成方法，其特征是，步驟32)施加的阻變電壓的大小為單個RRAM的阻變電壓的兩倍。

3.如權利要求1所述無偏真隨機數生成方法，其特征是，利用所述無偏真隨機數生成方法實現的無偏真隨機數生成器包括：兩個阻變存儲器RRAM和一個比較器CMP；所述兩個RRAM通過并聯方式或串聯方式連接；

當兩個RRAM通過并聯方式連接時，所述兩個RRAM的底電極相連；所述兩個RRAM的頂電極均接輸入的操作電壓信號，底電極接地或浮空；所述CMP的兩個輸入信號分別接RRAM的底電極和地，輸出為整個電路的輸出信號；阻變電壓信號通過分別施加在兩個RRAM的兩個電極使其發生阻變；

當兩個RRAM通過串聯方式連接時，第一個RRAM的頂電極與第二個RRAM的底電極相連；阻變電壓信號施加在兩個RRAM的不相連的兩端，即其中一個的頂電極和另一個的底電極，使其發生隨機的阻變；

讀取底電極處正負隨機的電壓信號，所述電壓信號通過CMP與接地的輸入端的0電位相比較，從而獲得隨機的高電平或低電平，由此獲得無偏真隨機數。

4.一種基于阻變存儲器RRAM的無偏真隨機數生成方法，將兩個RRAM通過并聯方式或串聯方式連接；

當兩個RRAM為通過并聯方式連接時，首先執行步驟21)～22)，再執行步驟23)～26)；

21)將兩個RRAM通過并聯方式連接，使得阻變電壓同時施加在兩個RRAM上；

22)將所述兩個RRAM進行Set和Reset，使得所述兩個RRAM均處于高阻態，同時使得所述兩個RRAM的阻值產生差異；

當兩個RRAM為通過串聯方式連接時，首先執行步驟31)～32)，再執行步驟23)～26)；

31)通過串聯的方式連接和操作兩個RRAM，使得阻變電壓通過分壓的方式落在兩個RRAM上；

32)控制施加的阻變電壓的大小，使得施加的阻變電壓只夠保證其中一個RRAM發生阻變而另一個RRAM由于前一個RRAM發生阻變的負反饋效應不會發生阻變，由此使得兩個RRAM的阻值分別處于高阻和低阻的隨機狀態；

23)在兩個RRAM不相連的兩端分別施加大小相等正負相反的讀取電壓，在相連的一端得到正負隨機的電壓信號輸出；

24)將步驟23)得到的電壓信號接入零位比較器，通過零位比較器得到隨機的邏輯“1”或“0”輸出；

25)將步驟23)得到的電壓信號接入另一個零位比較器，通過零位比較器得到與前級互補的邏輯“1”或“0”；

26)將步驟24)和25)的輸出電壓信號接入一個二選一選擇器，所述選擇器根據時鐘信號交替輸出兩個比較器的輸出結果，得到一個無偏的隨機邏輯“1”或“0”；由此生成無偏真隨機數。