[发明专利]反馈调频真随机数发生器及真随机数发生方法

说明书

本发明公开一种反馈调频真随机数发生器及真随机数发生方法，所述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，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。本发明通过建立反馈机制，根据随机数的统计特性动态调整高频振荡器的频率，从而确保能够将低频振荡器中的噪声成功提取出来并产生随机数。

技术领域

本发明涉及一种反馈调频真随机数发生器及真随机数发生方法，属于电子电路技术领域。

背景技术

如图1所示，为目前常用的真随机数发生器原理图，包括高频时钟振荡器、低频时钟振荡器和触发器，其中低频时钟振荡器作为主要的噪声来源。电子器件中广泛存在的白噪声、闪烁噪声使振荡器的输出并非为理想的周期性信号，而是存在一定的相位抖动，用带有抖动的低频振荡器通过触发器采样高频振荡器的形式即可产生随机数输出。图2为简单环形振荡器的抖动示意图，在实际应用时由于环形振荡器的抖动很小，通常会增加额外的噪声放大电路来提高低频振荡器的抖动，其通过引入额外的电阻热噪声并进行放大来提高低频振荡器的抖动。由于噪声来源为电子器件的随机热噪声，因此利用该结构产生的随机数具有不可预测性，但由于低频振荡器的抖动是以采样高频时钟的方式表现出来，其采样输出的随机性与高频时钟的工作频率有很大关系，当高频时钟的频率过低或过高时将无法提取出低频时钟的抖动，使系统不满足随机性要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种反馈调频真随机数发生器及真随机数发生方法，通过建立反馈机制，根据随机数的统计特性动态调整高频振荡器的频率，从而确保能够将低频振荡器中的噪声成功提取出来并产生随机数。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：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，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。

本发明所述反馈调频真随机数发生器，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。

本发明所述反馈调频真随机数发生器，所述触发器为D触发器或者T触发器。

本发明所述反馈调频真随机数发生器，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。