專利名稱：一種cmos隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，尤其是一種射頻識(shí)別標(biāo)簽芯片使用的低功耗CMOS 隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。
背景技術(shù)：
射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并 獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。隨機(jī)數(shù)發(fā)生器是射頻識(shí)別標(biāo)簽的防碰撞算法里非常重要的部分。通常用于 隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的方法有電阻或普通CMOS管噪聲放大，高低頻率采樣，混沌算法等。射頻識(shí)別標(biāo)簽對(duì)功耗的要求很苛刻，特別是無源射頻識(shí)別標(biāo)簽，其電能取自天線 接收到的無線電波能量，各單元的功耗一般要低于1 y w。使用普通的CMOS管作噪聲源組成 的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器功耗都較大。因?yàn)槠胀–MOS管的噪聲不夠大，需要復(fù)雜的電路才能有效的 把噪聲放大到可用的范圍，所以消耗更多的能量。本發(fā)明的發(fā)明人此前設(shè)計(jì)的公開號(hào)為CN 101202532A的中國(guó)專利“一種互補(bǔ)式金 屬氧化層半導(dǎo)體噪聲發(fā)生器”公開了一種低功耗CMOS噪聲發(fā)生器。利用該噪聲發(fā)生器制作 的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，最低功耗能降至0. 65 u W。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種功耗低，適用于射頻識(shí)別標(biāo)簽使用的低功 耗CMOS隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種CMOS隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，該隨機(jī)數(shù)發(fā) 生器包括偏置電路，用于為雙漏極CMOS管噪聲電流源提供直流工作點(diǎn)；雙漏極CMOS管噪聲電流源，采用雙漏極CMOS管產(chǎn)生噪聲電流信號(hào)；控制電路，用于將雙漏極CMOS管噪聲電流源產(chǎn)生的噪聲電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為隨機(jī)序 列輸出。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)一步，所述控制電路檢測(cè)雙漏極CMOS管噪聲電流源產(chǎn)生的噪聲電流信號(hào)，并根 據(jù)檢測(cè)結(jié)果發(fā)出控制信號(hào)，控制雙漏極CMOS管噪聲電流源向外輸出或中止輸出噪聲電流信號(hào)。進(jìn)一步，所述雙漏極CMOS管噪聲電流源由一個(gè)P型雙漏極CMOS管、一個(gè)N型雙漏 極CMOS管和一個(gè)N型普通CMOS管組成；所述P型雙漏極CMOS管的柵極接至所述偏置電路的輸出端，源極接至電源，第一 漏極接至所述N型普通CMOS管的漏極，第二漏極接至所述N型雙漏極CMOS管的第一漏極 和柵極；所述N型雙漏極CMOS管的源極接地，第二漏極接至所述N型普通CMOS管的源極；所述N型雙漏極CMOS管的第二漏極為所述雙漏極CMOS管噪聲電流源的電流輸出 端；所述N型普通CMOS管的柵極接收所述控制電路的控制信號(hào)。
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進(jìn)一步，所述控制電路包括比較器、1位計(jì)數(shù)器和兩個(gè)D觸發(fā)器 ；比較器的同相輸入端接參考電壓源，反相輸入端接所述雙漏極CMOS管噪聲電流 源的電流輸出端，比較器的輸出端接至第一 D觸發(fā)器的輸入端；比較器的控制端、第一 D觸 發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端和1位計(jì)數(shù)器的輸入端均接時(shí)鐘輸入信號(hào)；第一 D觸發(fā)器的第一輸 出端為控制電路的控制信號(hào)輸出端，第二輸出端接至第二 D觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端；1位 計(jì)數(shù)器的輸出端接至第二 D觸發(fā)器的輸入端，第二 D觸發(fā)器的輸出端為所述控制電路的隨 機(jī)序列輸出端。進(jìn)一步，所述控制電路還包括電容，電容一端接比較器的反相輸入端，另一端接 地。本發(fā)明提供的這種CMOS隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，采用廣泛使用的CMOS工藝制作，利用雙漏 極CMOS管噪聲大的特點(diǎn)，大大降低了隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的功耗，很好地解決無源標(biāo)簽芯片對(duì)低 功耗的要求。特別適合射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽芯片使用。相對(duì)于公開號(hào)為CN 101202532A 的中國(guó)專利“一種互補(bǔ)式金屬氧化層半導(dǎo)體噪聲發(fā)生器”，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，功耗更低， 最低功耗能降至0. 5 y W。也有利于大規(guī)模生產(chǎn)制造。由于雙漏極CMOS管噪聲電流源和控制電路構(gòu)成一個(gè)回路，該回路能有效地穩(wěn)定 電路的工作點(diǎn)，從而避免了由于器件的工藝偏差對(duì)電路工作點(diǎn)所帶來的過大的影響，相對(duì) 于沒有回路控制的電路(如公開號(hào)為CN 101202532A的專利)更有利于大規(guī)模生產(chǎn)制造。
由于雙漏極CMOS管噪聲電流源的P型雙漏極CMOS管的柵極連接于所述偏置電 路，柵極電壓由偏置電路提供，能夠有效控制雙漏極CMOS管電流源的電流大小。


圖1為本發(fā)明CMOS隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的方框圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例雙漏極CMOS管噪聲電流源的示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例雙漏極CMOS隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的電路圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。圖1為本發(fā)明提供的CMOS(互補(bǔ)式金屬氧化層半導(dǎo)體)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的方框圖。 如圖1所示，該CMOS隨機(jī)數(shù)發(fā)生器包括三個(gè)部分偏置電路1、雙漏極CMOS管噪聲電流源 2、控制電路3。其中，偏置電路1用于為雙漏極CMOS管噪聲電流源2提供直流工作點(diǎn)；雙 漏極CMOS管噪聲電流源2利用雙漏極CMOS(互補(bǔ)式金屬氧化層半導(dǎo)體)管產(chǎn)生噪聲電流 信號(hào)并輸出；控制電路3用于將雙漏極CMOS管噪聲電流源2產(chǎn)生的噪聲電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為隨 機(jī)序列輸出，并檢測(cè)雙漏極CMOS管噪聲電流源2產(chǎn)生的噪聲電流信號(hào)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果發(fā)出 控制信號(hào)，控制雙漏極CMOS管噪聲電流源2向外輸出或中止輸出噪聲電流信號(hào)。圖2為本發(fā)明實(shí)施例雙漏極CMOS管噪聲電流源的示意圖。如圖2所示，該雙漏極 CMOS管噪聲電流源2由一個(gè)P型雙漏極CMOS管、一個(gè)N型雙漏極CMOS管和一個(gè)用作開關(guān) 的N型普通CMOS管組成。其中，P型雙漏極CMOS管的柵極連接到偏置電路1的輸出端，P型雙漏極CMOS管的一個(gè)漏極連接到N型普通CMOS管的漏極，而P型雙漏極CMOS管的另一個(gè)漏極連接到N型 雙漏極CMOS管的一個(gè)漏極，該漏極同時(shí)連接著N型雙漏極CMOS管的柵極，N型雙漏極CMOS 管的另一個(gè)漏極與N型普通CMOS管的源極相連，該連接點(diǎn)形成噪聲電流源2的電流輸出 端，向控制電路3輸出噪聲電流信號(hào)。N型普通CMOS管的柵極接受所述控制電路3返回的 控制信號(hào)。N型普通CMOS管在此充當(dāng)了電路開關(guān)的作用。當(dāng)N型普通CMOS管的柵極接受 到低電平輸入時(shí)，此處電路處于斷開狀態(tài)，噪聲電流源2的電流信號(hào)從N型雙漏極CMOS管 的漏極輸出。當(dāng)N型普通CMOS管的柵極收到控制電路3發(fā)出的高電平信號(hào)時(shí)，此處電路連 通，電流經(jīng)N型普通CMOS管流向P型雙漏極CMOS管的一個(gè)漏極，噪聲電流源2停止向外輸 出噪聲電流信號(hào)。圖3是本發(fā)明實(shí)施例雙漏極CMOS隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的電路圖。其中控制電路3包括 比較器Ul，l位計(jì)數(shù)器S1和兩個(gè)D觸發(fā)器D1、D2，還有電容C1。比較器U1的控制端、第一 D觸發(fā)器D1的時(shí)鐘信號(hào)輸入端分別接入時(shí) 鐘輸入信號(hào)。 比較器U1的反相輸入端接電容C1，電容C1另一端接地。噪聲電流源2的電流輸出端接比 較器U1的反相輸入端，參考電壓源UR接比較器U1的同相輸入端，比較器U1通過對(duì)比噪聲 電流源2的電壓和參考電壓源UR電壓的高低，輸出高電平或低電平。比較器U1的輸出端 接第一 D觸發(fā)器D1的數(shù)據(jù)輸入端。第一 D觸發(fā)器D1的第一輸出端接到所述噪聲電流源N 型普通CMOS管的柵極，向噪聲電流源2發(fā)出控制信號(hào)。噪聲電流源2輸出噪聲電流信號(hào) 時(shí)，其輸出電壓逐步降低，降至低于參考電壓源UR的電壓時(shí)，第一 D觸發(fā)器D1根據(jù)比較器 U1提供的信號(hào)，向N型普通CMOS管的柵極輸出高電平信號(hào)，噪聲電流源2的電流輸出端停 止輸出噪聲電流信號(hào)。此后電流輸出端電壓逐步上升，升至高于參考電壓源UR的電壓時(shí)， 第一 D觸發(fā)器D1根據(jù)比較器U1提供的信號(hào)，向N型普通CMOS管的柵極輸出低電平信號(hào)， 噪聲電流源2的電流輸出端重新開始輸出噪聲電流信號(hào)。第一 D觸發(fā)器D1的第二輸出端接第二 D觸發(fā)器D2的時(shí)鐘信號(hào)輸入端，為其提供 時(shí)鐘輸入信號(hào)。1位計(jì)數(shù)器S1的輸入端接入時(shí)鐘輸入信號(hào)，1位計(jì)數(shù)器S1的輸出端接至第 二 D觸發(fā)器D2的輸入端。第二 D觸發(fā)器D2的輸出端為所述控制電路3的隨機(jī)序列輸出端， 根據(jù)1位計(jì)數(shù)器S1提供的數(shù)據(jù)信號(hào)和第一 D觸發(fā)器D1提供的時(shí)鐘信號(hào)輸出隨機(jī)序列。根據(jù)本發(fā)明提供的這種低功耗CMOS隨機(jī)數(shù)發(fā)生器進(jìn)行電路設(shè)計(jì)以及版圖設(shè)計(jì)， 測(cè)試的結(jié)果為隨機(jī)數(shù)發(fā)生器所產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)序列能通過NIST (美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究 所)對(duì)隨機(jī)數(shù)序列的要求，最低功耗為0. 5PW。這證明本發(fā)明是切實(shí)可行的，特別適合應(yīng)用 于射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)簽芯片。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種CMOS隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，該隨機(jī)數(shù)發(fā)生器包括偏置電路(1)，用于為雙漏極CMOS管噪聲電流源(2)提供直流工作點(diǎn)；雙漏極CMOS管噪聲電流源(2)，采用雙漏極CMOS管產(chǎn)生噪聲電流信號(hào)；控制電路(3)，用于將雙漏極CMOS管噪聲電流源(2)產(chǎn)生的噪聲電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為隨機(jī)序列輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述控制電路(3)檢測(cè)雙 漏極CMOS管噪聲電流源(2)產(chǎn)生的噪聲電流信號(hào)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果發(fā)出控制信號(hào)，控制雙 漏極CMOS管噪聲電流源(2)向外輸出或中止輸出噪聲電流信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CMOS隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述雙漏極CMOS管噪聲 電流源(2)由一個(gè)P型雙漏極CMOS管、一個(gè)N型雙漏極CMOS管和一個(gè)N型普通CMOS管組 成；所述P型雙漏極CMOS管的柵極接至所述偏置電路的輸出端，源極接至電源，第一漏極 接至所述N型普通CMOS管的漏極，第二漏極接至所述N型雙漏極CMOS管的第一漏極和柵 極；所述N型雙漏極CMOS管的源極接地，第二漏極接至所述N型普通CMOS管的源極；所述N型雙漏極CMOS管的第二漏極為所述雙漏極CMOS管噪聲電流源的電流輸出端； 所述N型普通CMOS管的柵極接收所述控制電路(3)的控制信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的CMOS隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述控制電路(3) 包括比較器(Ul)、l位計(jì)數(shù)器(S1)和兩個(gè)D觸發(fā)器(D1、D2)；比較器(U1)的同相輸入端接參考電壓源，反相輸入端接所述雙漏極CMOS管噪聲電流 源⑵的電流輸出端，比較器(U1)的輸出端接至第一 D觸發(fā)器(D1)的輸入端；比較器(U1) 的控制端、第一 D觸發(fā)器(D1)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端和1位計(jì)數(shù)器(S1)的輸入端均接時(shí)鐘輸 入信號(hào)；第一 D觸發(fā)器(D1)的第一輸出端為控制電路(3)的控制信號(hào)輸出端，第二輸出端 接至第二 D觸發(fā)器(D2)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端；1位計(jì)數(shù)器(S1)的輸出端接至第二 D觸發(fā)器 (D2)的輸入端，第二 D觸發(fā)器(D2)的輸出端為所述控制電路(3)的隨機(jī)序列輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CMOS隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述控制電路(3)還包括 電容(C1)，電容(C1) 一端接比較器(U1)的反相輸入端，另一端接地。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低功耗CMOS隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。該隨機(jī)數(shù)發(fā)生器包括偏置電路，用于為雙漏極CMOS管噪聲電流源提供直流工作點(diǎn)；雙漏極CMOS管噪聲電流源，利用雙漏極互補(bǔ)式金屬氧化層半導(dǎo)體CMOS管產(chǎn)生噪聲電流信號(hào)；控制電路，將雙漏極CMOS管噪聲電流源輸出的噪聲電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為隨機(jī)序列輸出，同時(shí)檢測(cè)噪聲電流信號(hào)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果控制雙漏極CMOS管噪聲電流源輸出或中止輸出噪聲電流信號(hào)。本發(fā)明利用雙漏極CMOS管噪聲大的特點(diǎn)，大大降低了隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的功耗，適合射頻識(shí)別標(biāo)簽芯片使用。
文檔編號(hào)G06F7/58GK101833434SQ200910300849
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者周盛華, 孫迎彤 申請(qǐng)人:國(guó)民技術(shù)股份有限公司