[发明专利]反馈调频真随机数发生器及真随机数发生方法

权利要求书

1.一种反馈调频真随机数发生器，包括触发器、可调频高频振荡器以及低频振荡器，可调频高频振荡器的高频时钟输出端与触发器的数据输入端相连，低频振荡器的低频时钟输出端与触发器的时钟输入端相连，其特征在于：还包括统计特性分析电路和频率调节电路，统计特性分析电路的随机数输入端与触发器的数据输出端相连，统计特性分析电路的统计分析结果输出端与频率调节电路的统计分析结果输入端相连，频率调节电路的频率调节信号输出端与可调高频振荡器的频率调节信号输入端相连，统计特性分析电路的随机数输出端为真随机数发生器的输出端；统计特性分析电路用于采集长度为n比特的随机数数据a₁、a₂、a₃ … a_i … a_n-1、a_n，其中a_i表示第i次采样得到的数据，然后对随机数数据进行平均值和标准差的计算并进行判断，其中平均值μ的计算公式为：，标准差σ的计算公式为：；当计算出的数据平均值大于等于0.001时，将此平均值输出给频率调节电路；当计算出的数据平均值小于0.001时将随机数数据进行输出，此输出即为反馈调频真随机数发生器的输出。

2.根据权利要求1所述的反馈调频真随机数发生器，其特征在于：所述可调频高频振荡器为压控振荡器，包括两个串联的可变电容Cvar1、Cvar2、与两个可变电容并联的电感L以及两个电阻R1、R2和两个PMOS管Q1、Q2，可调频高频振荡器的频率调节信号输入端位于两个可变电容之间，可变电容与电感的两个并联结点分别为可调频高频振荡器的正极输出端和负极输出端，可调频高频振荡器的正极输出端和负极输出端分别通过电阻R1、R2连接至VDD，并且可调频高频振荡器的正极输出端分别连接至PMOS管Q1的源极和PMOS管Q2的栅极，可调频高频振荡器的负极输出端分别连接至PMOS管Q2的源极和PMOS管Q1的栅极，PMOS管Q1、Q2的漏极均连接至VSS。

3.根据权利要求1所述的反馈调频真随机数发生器，其特征在于：所述触发器为D触发器或者T触发器。

4.根据权利要求1所述的反馈调频真随机数发生器，其特征在于：所述低频振荡器包括噪声电阻、噪声放大器、迟滞比较器、电荷泵、跨导放大器和反馈电阻，两个噪声电阻分别连接在噪声放大器的同相输入端和反相输入端，噪声放大器的输出端连接至迟滞比较器的输入端，迟滞比较器的输出端作为低频振荡器的低频时钟输出端，迟滞比较器的输出端还通过串联的电荷泵、跨导放大器、反馈电阻1连接至噪声放大器的反相输入端，电荷泵和跨导放大器之间通过负载电容接地，噪声放大器的输出端和其反相输入端之间连接有反馈电阻2。

5.一种反馈调频真随机数发生方法，其特征在于：包括以下步骤：S01）、触发器通过带有抖动的低频振荡器对可调频高频振荡器的时钟输出信号进行采样，并将生成的采样结果传输至统计特性分析电路；S02）、统计特性分析电路采集长度为n比特的随机数数据a₁ 、a₂、a₃ … a_i … a_n-1、a_n，其中a_i表示第i次采样得到的数据，然后对随机数数据进行平均值和标准差的计算并进行判断，其中平均值μ的计算公式为： ，标准差σ的计算公式为：；当计算出的数据平均值大于等于0.001时，将此平均值输出给频率调节电路；当计算出的数据平均值小于0.001时将随机数数据进行输出，此输出即为反馈调频真随机数发生器的输出；S03）、频率调节电路根据输入的随机数数据统计结果产生相应的频率控制信号，并将频率控制信号输出给可调频高频振荡器来调整高频时钟的频率。

6.根据权利要求5所述的反馈调频真随机数发生方法，其特征在于：所述频率控制信号为电压信号，频率调节电路产生频率控制信号的过程为，初始状态下输出频率控制信号为V₀，当统计特性分析电路输出的平均值μ≥0.001时，V₀递增ΔV，并将新的频率控制信号V_j=V₀+ΔV输出至可调频高频振荡器，其中ΔV为频率调节控制信号的调整步长。