[發明專利]反饋調頻真隨機數發生器及真隨機數發生方法

有效

• 申請號: 201810095823.5
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108363562B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 褚博;鄧波;李向宏
• 申請（專利權）人: 山東華翼微電子技術股份有限公司
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

1.一種反饋調頻真隨機數發生器，包括觸發器、可調頻高頻振蕩器以及低頻振蕩器，可調頻高頻振蕩器的高頻時鐘輸出端與觸發器的數據輸入端相連，低頻振蕩器的低頻時鐘輸出端與觸發器的時鐘輸入端相連，其特征在于：還包括統計特性分析電路和頻率調節電路，統計特性分析電路的隨機數輸入端與觸發器的數據輸出端相連，統計特性分析電路的統計分析結果輸出端與頻率調節電路的統計分析結果輸入端相連，頻率調節電路的頻率調節信號輸出端與可調高頻振蕩器的頻率調節信號輸入端相連，統計特性分析電路的隨機數輸出端為真隨機數發生器的輸出端；統計特性分析電路用于采集長度為n比特的隨機數數據a₁、a₂、a₃ … a_i … a_n-1、a_n，其中a_i表示第i次采樣得到的數據，然后對隨機數數據進行平均值和標準差的計算并進行判斷，其中平均值μ的計算公式為：，標準差σ的計算公式為：；當計算出的數據平均值大于等于0.001時，將此平均值輸出給頻率調節電路；當計算出的數據平均值小于0.001時將隨機數數據進行輸出，此輸出即為反饋調頻真隨機數發生器的輸出。

2.根據權利要求1所述的反饋調頻真隨機數發生器，其特征在于：所述可調頻高頻振蕩器為壓控振蕩器，包括兩個串聯的可變電容Cvar1、Cvar2、與兩個可變電容并聯的電感L以及兩個電阻R1、R2和兩個PMOS管Q1、Q2，可調頻高頻振蕩器的頻率調節信號輸入端位于兩個可變電容之間，可變電容與電感的兩個并聯結點分別為可調頻高頻振蕩器的正極輸出端和負極輸出端，可調頻高頻振蕩器的正極輸出端和負極輸出端分別通過電阻R1、R2連接至VDD，并且可調頻高頻振蕩器的正極輸出端分別連接至PMOS管Q1的源極和PMOS管Q2的柵極，可調頻高頻振蕩器的負極輸出端分別連接至PMOS管Q2的源極和PMOS管Q1的柵極，PMOS管Q1、Q2的漏極均連接至VSS。

3.根據權利要求1所述的反饋調頻真隨機數發生器，其特征在于：所述觸發器為D觸發器或者T觸發器。

4.根據權利要求1所述的反饋調頻真隨機數發生器，其特征在于：所述低頻振蕩器包括噪聲電阻、噪聲放大器、遲滯比較器、電荷泵、跨導放大器和反饋電阻，兩個噪聲電阻分別連接在噪聲放大器的同相輸入端和反相輸入端，噪聲放大器的輸出端連接至遲滯比較器的輸入端，遲滯比較器的輸出端作為低頻振蕩器的低頻時鐘輸出端，遲滯比較器的輸出端還通過串聯的電荷泵、跨導放大器、反饋電阻1連接至噪聲放大器的反相輸入端，電荷泵和跨導放大器之間通過負載電容接地，噪聲放大器的輸出端和其反相輸入端之間連接有反饋電阻2。

5.一種反饋調頻真隨機數發生方法，其特征在于：包括以下步驟：S01）、觸發器通過帶有抖動的低頻振蕩器對可調頻高頻振蕩器的時鐘輸出信號進行采樣，并將生成的采樣結果傳輸至統計特性分析電路；S02）、統計特性分析電路采集長度為n比特的隨機數數據a₁ 、a₂、a₃ … a_i … a_n-1、a_n，其中a_i表示第i次采樣得到的數據，然后對隨機數數據進行平均值和標準差的計算并進行判斷，其中平均值μ的計算公式為： ，標準差σ的計算公式為：；當計算出的數據平均值大于等于0.001時，將此平均值輸出給頻率調節電路；當計算出的數據平均值小于0.001時將隨機數數據進行輸出，此輸出即為反饋調頻真隨機數發生器的輸出；S03）、頻率調節電路根據輸入的隨機數數據統計結果產生相應的頻率控制信號，并將頻率控制信號輸出給可調頻高頻振蕩器來調整高頻時鐘的頻率。

6.根據權利要求5所述的反饋調頻真隨機數發生方法，其特征在于：所述頻率控制信號為電壓信號，頻率調節電路產生頻率控制信號的過程為，初始狀態下輸出頻率控制信號為V₀，當統計特性分析電路輸出的平均值μ≥0.001時，V₀遞增ΔV，并將新的頻率控制信號V_j=V₀+ΔV輸出至可調頻高頻振蕩器，其中ΔV為頻率調節控制信號的調整步長。