一种随机数发生器制造技术

一种随机数发生器，包括一西格玛-德尔塔调制器，该西格玛-德尔塔调制器 具有一调制单元，包括：一求和单元，设置为接收模拟输入信号，该模拟输入 信号的变化归因于处在第一电压范围上的噪声，求和单元设置为对该模拟输入 信号与调控信号进行求和，以形成求和输出信号；一环路滤波器，设置为接收 该求和输出信号，并形成取决于求和输出信号的滤波输出信号；以及，一量化 器，设置为接收该滤波输出信号，将滤波输出信号与量化器阈值进行比较，并 根据比较情况，通过在两个预定的电平中选择一个作为数字输出信号而形成数 字输出信号；另外，该西格玛-德尔塔调制器进一步包括：一反馈回路，设置为 接收数字输出信号，并形成取决于该数字输出信号的调控信号，使得在任意给 定的时刻，求和输出信号的幅值与量化器阈值之间的绝对差值小于第一电压范 围，因此，随机数发生器能够形成来源于模拟输入信号，并且具有高度熵的数 字输出信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种随机数发生器本专利技术涉及一种用作随机数发生器的电路。随机数发生器产生数列，数列中的数不能通过序列中在前的数而被预知。 随机数列的重要品质是不循环，良好的数值分布和不具有可预测性。随机数发 生器被使用在许多不同的应用场合，包括安全系统(例如，加密目的)和取样 应用(例如，民意测验)，以及娱乐场所。现有的随机数发生器或是在硬件中实现，或是在软件中实现。硬件随机数 发生器典型地通过物理过程产生随机数，如通过盖革计数器探测到的原子的放 射性衰变，或者通过无线电接收机探测到的大气噪声。这些物理过程在理论上 是完全不可预测的，所以通过监控这样的一种物理过程而产生的数列应该是随 机的。然而，对于一件需要随机数产生的设备来说，为了监控物理过程，而将 其放置在接近发生此过程，如放射性衰变，的地方总是不方便的。并且该监控 设备很可能是大体积的，这使得其不适合放置于空间受限的场所。大多数随机数发生器不是硬件设备，而是通过软件程序实现的算法。这些 通常被称为伪随机数发生器，因为它们不可能真正地随机。这是因为产生随机 序列的算法典型地使用序列中在先产生的数去产生随后的数。因此，根据发生 器的初始状态，以及特定的算法，通过这种随机数发生器产生的序列是可预测 的。即使只有部分信息被知，这也能使得随机数发生器对于安全应用是不安全 的。7因此，需要一种改进的随机数发生器。根据此公开的第一方面，公开一种随机数发生器，包括一西格玛-德尔塔 调制器，该西格玛-德尔塔调制器具有一调制单元，该调制单元包括 一求和 单元，设置为接收模拟输入信号，该模拟输入信号根据在第一电压范围上的噪 声而变化，求和单元设置为对该模拟输入信号与调控信号进行求和，以形成求 和输出信号； 一环路滤波器，设置为接收该求和输出信号，并形成取决于该求 和输出信号的滤波输出信号；以及， 一量化器，设置为接收该滤波输出信号， 将滤波输出信号与量化器阈值进行比较，并根据比较情况，通过在两个预定的 电平中为数字输出信号选择一个而形成该数字输出信号；该西格玛-德尔塔调 制器进一步包括一反馈回路，设置为接收该数字输出信号，并形成取决于该数 字输出信号的该调控信号，使得在任意给定的时刻，求和输出信号的幅值与量 化器阈值之间的绝对差值小于第一电压范围，因此，随机数发生器能够形成推 导自该模拟输入信号的，并且具有高度熵(entropy)的数字输出信号。该反馈回路可以包括一选择电路，设置为根据该数字输出信号在两个边界 值中为调控信号选择一个。该调制单元可以设置为，使得如果边界值保持恒定，则数字输出信号代表 在两个边界值之间范围内的模拟输入信号的电平。介于两个边界值之间的电压范围可以小于与该西格玛-德尔塔调制器所关 联的一个标称输入范围。介于两个边界值之间的电压范围可以小于O.IV。该调制单元和反馈回路可以分别地设置为反复地产生数字输出信号和调 控信号，该选择电路设置为在每次反复时在两个边界值中选择一个边界值。该选择电路可以设置为根据数字输出信号的瞬时值在两个边界值中选择 一个边界值。该量化器可以设置为通过在第一电平和第二电平之间为数字输出信号选 择一个而形成该数字输出信号，选择电路设置为选择边界值中的第一边界值作 为对具有第一电平的数字输出信号的响应，并且选择边界值中的第二边界值作 为对具有第二电平的数字输出信号的响应。该随机数发生器可以包括一控制单元，该控制单元设置为监控由于模拟输 入信号中的噪声所引起的变化，并且根据该变化在两个边界值之间为调控信号 选择一个。在一种实施方式中，选择电路包括一多路复用器，设置为接收该数字输出 信号，并根据该数字输出信号输出两个边界值中的一个。控制单元可以包含于 选择电路中，该控制单元设置为产生取决于模拟输入信号的第一和第二控制信 号。该选择单元同样可以包括第一数模转换器和第二数模转换器，第一数模转 换器和第二数模转换器的每一个都设置为分别接收第一和第二控制信号中的 一个，并且根据该控制信号分别输出一个边界值。该控制单元可以产生第一和第二控制信号，以使得西格玛-德尔塔调制器对该模拟输入信号的进行有效放大，并且使得该西格玛-德尔塔调制器对模拟 输入信号的进行有效偏移。两个边界值中的每一个都可以分别与一个电平相对应，且该控制单元能够 通过产生第一和第二控制信号而对该模拟输入信号进行有效放大，从而使得两 个各自电平之间的差值减小。两个边界值中的每一个都可以分别与一个电平相对应，并且该控制单元能 够通过产生第一和第二控制信号而产生模拟输入信号的有效偏移量，使得两个 电平的和为非零值。在一种实施方式中，控制单元设置为向选择电路输出控制信号，且该选择 电路包括一逻辑电路， 一逻辑电路设置为根据控制信号和数字输出信号在两个 边界值中为调控信号选择一个。该控制单元可以这样的产生控制信号该数字 输出信号的选定部分由过渡循环(transition cycles)所取代。通过用过渡循环 取代数字输出信号的增加部分，该控制单元可以能够增加西格玛-德尔塔调制 器的有效增益。该控制单元还能够通过产生该控制信号来对该模拟输入信号进 行偏移从而用过渡循环取代具有两个预定值之一的数字输出信号的大部分或 小部分。一个过渡循环的净平均值可以与调制器的虚地电平相等。 调制器的虚地电平可以为两个边界值的中间值。控制单元可以设置为确定具有两个预定电平中的一个电平的数字输出信号的比例，并且如果该比例不是基本等于50%，则对模拟输入信号进行有效偏 移。根据公开的第二方面，公开了将西格玛4養尔塔调制器作为随机数发生器的用途。为了能够更好的理解本专利技术，参照下面的附图举例进行说明，包括 附图说明图1示出了一种典型的西格玛-德尔塔调制器；图2a和2b示出了一种包含噪声分量的模拟输入信号，和一通过该模拟输 入信号产生的、由环路滤波器输出的信号；图3说明了 一种能够通过反馈回路中的逻辑电路对模拟输入信号的增益和 偏移量进行调整的西格玛-德尔塔调制器；图4a至d示出了在一西格玛-德尔塔调制器中实现增益功能的波形；图5a至c示出了在一西格玛-德尔塔调制器中实现增益功能的波形；图6示出了一种能够对一模拟输入信号施加有效增益和偏移量的西格玛-德尔塔调制器的一般的实现方式；图7示出了一种软件控制的西格玛-德尔塔调制器；以及，图8示出了一种适用于随机数发生器使用的算法的流程图。一种随机数发生器可以使用一西格玛-德尔塔调制器，以产生具有高度熵 的数字输出信号。该数字输出信号可以从一包含噪声分量的模拟输入信号推导 出来。该西格玛-德尔塔调制器的输入范围可以设置为使得该调制器的数字转 换对于模拟输入信号中的噪声分量的随机幅值波动来说是灵敏的，从而，可以 在数字输出信号中获得高度熵。一种使用西格玛-德尔塔调制器产生具有高度熵的数字输出信号的随机数 发生器，是一种制造成本低的随机数发生器的简单实现。该随机数发生器还具 有尺寸小的优点，这使得其尤其适合于空间受限的应用。西格玛-德尔塔调制器是将模拟输入信号转换为一串1和o的数模转换器。西格玛-德尔塔调制器的晶振频率典型地比模拟输入信号的模拟式频率高的 多。因此，该数字输出信号相对于模拟输入信号来说具有较高的频率。包含于由西格玛-德尔塔调制器输出的数字信号中的1和0的比例代表了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种随机数发生器，包括一西格玛－德尔塔调制器，该西格玛－德尔塔调制器具有：　一调制单元，包括：　一求和单元，设置为接收模拟输入信号，该模拟输入信号的因一处在第一电压范围上的噪声而变化，该求和单元设置为对该模拟输入信号与调控信号进行求和，以形成一求和输出信号；　一环路滤波器，设置为接收该求和输出信号，并形成取决于求和输出信号的滤波输出信号；以及，　一量化器，设置为接收该滤波输出信号，将该滤波输出信号与一量化器阈值进行比较，并根据比较情况，通过在两个预定的电平中选择一个作为数字输出信号而形成数字输出信号；　另外，该西格玛－德尔塔调制器进一步包括：　一反馈回路，设置为接收该数字输出信号，并形成取决于该数字输出信号的调控信号，使得在任意给定的时刻，求和输出信号的幅值与量化器阈值之间的绝对差值小于第一电压范围，因此，随机数发生器能够形成来源于模拟输入信号，并且具有高度熵的数字输出信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.11 GB 0617848.71、一种随机数发生器，包括一西格玛-德尔塔调制器，该西格玛-德尔塔调制器具有一调制单元，包括一求和单元，设置为接收模拟输入信号，该模拟输入信号的因一处在第一电压范围上的噪声而变化，该求和单元设置为对该模拟输入信号与调控信号进行求和，以形成一求和输出信号；一环路滤波器，设置为接收该求和输出信号，并形成取决于求和输出信号的滤波输出信号；以及，一量化器，设置为接收该滤波输出信号，将该滤波输出信号与一量化器阈值进行比较，并根据比较情况，通过在两个预定的电平中选择一个作为数字输出信号而形成数字输出信号；另外，该西格玛-德尔塔调制器进一步包括一反馈回路，设置为接收该数字输出信号，并形成取决于该数字输出信号的调控信号，使得在任意给定的时刻，求和输出信号的幅值与量化器阈值之间的绝对差值小于第一电压范围，因此，随机数发生器能够形成来源于模拟输入信号，并且具有高度熵的数字输出信号。2、 根据权利要求1所述的一种随机数发生器，其中反馈回路包括一选择电路， 设置为根据数字输出信号在两个边界值中为调控信号选择一个。3、 根据权利要求2所述的一种随机数发生器，其中调制单元设置为，使得如 果边界值保持恒定，则在两个边界值之间范围内数字输出信号代表模拟输入信 号的电平。4、 根据权利要求2或3所述的一种随机数发生器，其中介于两个边界值之间 的电压范围小于与该西格玛-德尔塔调制器所关联的一个标称输入范围。5、 根据权利要求2至4中任意一项所述的一种随机数发生器，其中介于两个 边界值之间的电压范围小于0. IV。6、 根据权利要求1至5中任意一项所述的一种随机数发生器，其中调制单元 和反馈回路分别地设置为反复地产生数字输出信号和调控信号，该选择电路设 置为在每次反复时在两个边界值中选择一个边界值。7、 根据权利要求6所述的一种随机数发生器，其中选择电路设置为根据数字 输出信号的瞬时值在两个边界值中选择一个边界值。8、 根据权利要求7所述的一种随机数发生器，其中量化器设置为在第一电平 和第二电平之间进行选择为数字输出信号选择一个而形成数字输出信号，选择 电路设置为选择边界值中的第一边界值作为对具有第一电平的数字输出信号的 响应，并且选择边界值中的第二边界值作为对具有第二电平的数字输出信号的 响应。9、 根据权利要求2至8中任意一项所述的一种随机数发生器，其中随机数发 生器包括一控制单元，该控制单元设置为监控由于模拟输入信号中的噪声所引 起的变化，并且取决于该变化，在两个边界值之间为的调控信号选择一个。10、 根据权利要求2至9中任意一项权利要求所述的一种随机数发生器，其 中选择电路包括一多路复用器，设置为接收该数字输出信号，并根据该数字输出信号输出两个边界值中的一个。11、 根据权利要求2至10...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯·麦考雷，摩根·科尔曼，
申请(专利权)人：GSIP有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US