[发明专利]一种基于振荡环抖动的低功耗真随机数发生器

权利要求书

1.一种基于振荡环抖动的低功耗真随机数发生器，其特征在于，包括：抖动放大和提取模块、抖动量化电路；

所述抖动放大和提取模块包括第一电流饥饿型反相器链、第二电流饥饿型反相器链、与非门、二选一数据选择器以及异或门；其中，所述第一电流饥饿型反相器链由偶数级延迟可配置电流饥饿型反相器连接构成，所述第二电流饥饿型反相器链与所述第一电流饥饿型反相器链中的反相器数量相同；所述第一电流饥饿型反相器链的输出连接到与非门的第一输入端，形成一个闭合的电流饥饿型反相器振荡环；所述与非门的第二输入端接使能信号EN，所述与非门的输出连接到二选一数据选择器的第一输入端，所述二选一数据选择器的输出端同时连接到所述第一电流饥饿型反相器链和第二电流饥饿型反相器链的输入端，所述第一电流饥饿型反相器链的输出还连接到异或门的输入节点A，所述第二电流饥饿型反相器链的输出端连接到所述异或门的输入节点B，所述第二电流饥饿型反相器链作为所述电流饥饿型反相器振荡环的补偿链；

所述抖动量化电路由一个高频环形振荡器连接一个异步计数器所构成，所述异或门的输出端连接到所述高频环形振荡器的输入端。

2.根据权利要求1所述的基于振荡环抖动的低功耗真随机数发生器，其特征在于，还包括温度补偿电路，所述温度补偿电路由两个单独的电压偏置电路构成，分别产生所述第一电流饥饿型反相器链和第二电流饥饿型反相器链的各反相器中NMOS限流管和PMOS限流管的栅极电压。

3.根据权利要求2所述的基于振荡环抖动的低功耗真随机数发生器，其特征在于，所述NMOS限流管的电压偏置电路采用两级RVT NMOS和两级HVT NMOS组成；所述PMOS限流管的电压偏置电路采用三级RVT NMOS和两级HVT NMOS组成。

4.根据权利要求3所述的基于振荡环抖动的低功耗真随机数发生器，其特征在于，所述电压偏置电路的参数调节方法包括如下步骤：

步骤一：常温下，分别设置PMOS限流管和NMOS限流管的栅源电压V_GS为阈值电压V_TH，即：V_TH＝V_GS＝|V_GS|，此时的所述NMOS限流管偏置电压记为VN1，所述PMOS限流管偏置电压记为VP1；

步骤二：测量此时所述电流饥饿型反相器振荡环在多点温度T下的频率，并且用一次线性函数进行拟合，得到式子f_T＝k₁T+b，其中f_T是温度影响的频率，k₁是温度系数，b是大于0的常数；使用线性函数拟合NMOS限流管的偏置电压V_N和频率之间的关系，得到式子其中是V_N影响的频率，k₂是V_N电压系数，c是大于0的常数；使用线性函数拟合PMOS限流管的偏置电压V_P和频率之间的关系，得到式子其中是V_P影响的频率，k₄是V_P电压系数，V_DD是电源电压，e是大于0的常数；

步骤三：调节两个电压偏置电路中MOS管的宽长比，使得常温下的NMOS限流管偏置电压V_N值为步骤1中的VN1，PMOS限流管偏置电压V_P为步骤1中的VP1；然后测量多点温度下两个电压偏置电路的V_N和V_P，然后分别进行一次线性拟合，得到式子V_N＝k₃T+d和V_P＝k₅T+g，其中系数k₃小于0，系数k₅大于0，d和g是大于0的常数；

步骤四：计算(k₂k₃-k₄k₅+k₁)的值是否小于10^-2，如果不是，则回到步骤三重新调节电压偏置电路中MOS管的宽长比，从而调节k₃，k₅的值，如果满足则调参结束。