[发明专利]一种基于相变存储单元的随机数字发生器

说明书

技术领域

本发明属于片上系统技术领域，尤其涉及一种基于相变存储单元的随机数字发生器。

背景技术

在信息安全领域，加解密信息用到的密钥，以及信息填充时常常都需要用到随机数。一个不可预测的适用于集成的随机数字发生器对现在的多数应用于信息安全的片上系统(SoC)来说是必须的。

随机数字发生器通常有两种实现方式，伪随机数和真随机数字发生器。伪随机数是一般用同步的数字时序电路或者软件方法来产生，只要给定一个种子，其产生的随机数通常是长周期序列，理论上可以预测。伪随机数字发生器中最常用的是线性反馈移位寄存器(LFSR)，在电路上一般用寄存器和异或门实现。选择一定的寄存器组合抽头接到异或门，可以达到最长周期的序列，使得序列类似随机。不过，因为伪随机数基于固定的算法，只要给定了种子，其序列就是完全确定的。因此，理论上是可以预测的。

真随机数字发生器通常基于噪声、混沌等不可预测的机理，需要采用全定制的模拟电路来实现。真随机数字发生器与伪随机数相比，是不可预测的。不过，相比伪随机数字发生器，要设计一个稳定的、高速的真随机数字发生器较为困难。另外，在工艺、速率等要求重新调整时，就需要重新进行设计。

发明内容

本发明构造了一种随机变化电阻的机制，提出了一种基于相变存储单元的随机数字发生器。

本发明提出了一种基于相变存储单元的随机数字发生器，包括：

相变存储单元，其随输入的电流改变其电阻值；

控制单元，与所述相变存储单元的两端连接，其控制所述相变存储单元两端的导通状态；

充放电单元，其与所述相变存储单元的一端连接，所述充放电单元在所述控制单元的控制下实现充电或放电；所述充放电单元在充电或放电过程中与所述相变存储单元之间形成电流，所述相变存储单元因所述电流改变电阻值，所述电流根据所述相变材料的电阻值生成电平与延迟随机的随机数字。

其中，所述控制单元包括第一输入端、第二输入端、第一晶体管和第二晶体管；所述第一晶体管与所述第一输入端和所述相变存储单元的一端连接，所述第二晶体管与所述第二输入端和所述相变存储单元的另一端连接；所述第一输入端和第二输入端控制所述第一晶体管与所述第二晶体管的工作状态，实现控制所述相变存储单元两端的导通状态。

其中，所述第一晶体管的源极与电源连接，所述第一晶体管的栅极与所述第一输入端连接，所述第一晶体管的漏极与所述相变存储单元连接；所述第一输入端输入高电平信号或者低电平信号时，所述第一晶体管控制所述相变存储单元的一端与电源断开或导通。

其中，所述第二晶体管的漏极与所述相变存储单元的另一端连接，所述第二晶体管的栅极与所述第二输入端连接，所述第二晶体管的源极接地；所述第二输入端输入高电平信号或者低电平信号时，所述第二晶体管控制所述相变存储单元的另一端接地或悬空。

其中，所述充放电单元包括金属层之间的电容、多晶硅层之间的电容和栅电容。

本发明在充电或放电的过程中使相变材料的电阻值随机变化，从而生成随机数字并输出。本发明相变材料的电阻值随机变化越大，利用本发明的随机数字生成的信号随机性也就越大。本发明的电路的元器件少，面积小；本发明的电路不使用任何参考电压和电流，不存在直流通路，在静态时只有很小的漏电流。

附图说明

图1表示相变存储单元的示意图。

图2表示一实施例中基于相变存储单元的随机数字发生器。

图3表示又一实施例中随机数字发生器的示意图。

图4表示应用随机数字发生器的一种随机数字发生装置的示意图。

图5表示应用随机数字发生器的又一种随机数字发生装置的示意图。

图6表示基于随机数字发生器的振荡器的结构示意图。

图7表示应用图6中的振荡器的系统的结构示意图。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。