專利名稱：隨機(jī)信號產(chǎn)生電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號產(chǎn)生電路及方法，尤指一種隨機(jī)信號的產(chǎn)生電路及產(chǎn)生方 法。
背景技術(shù)：
隨機(jī)信號作為一種序列號廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品，對于電子產(chǎn)品的信息安全有 著極其重要的作用。目前電子產(chǎn)品的序列號主要有兩種產(chǎn)生方法一種由軟件實(shí)現(xiàn)，通過軟 件的一些隨機(jī)算法給出序列號，這種方法只適用于有軟件操作的電子產(chǎn)品，并且容易被破 解。另一種是硬件實(shí)現(xiàn)，即由內(nèi)部的集成電路來實(shí)現(xiàn)，這些序列號的產(chǎn)生一般都是在集成電 路生產(chǎn)完成后通過對其內(nèi)部電路的某些支路進(jìn)行高溫熔斷或?qū)σ淮涡钥删幊屉娐肪幊毯?產(chǎn)生各不相同的集成電路序列號，由于這種方法是在集成電路制造完成后再進(jìn)行，不僅增 加了集成電路的整體成本，而且無法保證不同集成電路之間序列號的唯一性，也降低了使 用該集成電路的電子產(chǎn)品的信息安全性
發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種隨機(jī)信號的產(chǎn)生電路及產(chǎn)生方法。一種隨機(jī)信號產(chǎn)生電路，包括一信號輸出電路及一連接所述信號輸出電路的信號 處理電路，所述信號輸出電路包括兩個匹配的半導(dǎo)體元件，所述信號輸出電路檢測出兩個 匹配半導(dǎo)體元件之間的微小不匹配，并將檢測出的微小不匹配轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號后進(jìn)行 放大，輸出一模擬電壓信號，所述信號處理電路將所述模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為一隨機(jī)的數(shù)字 信號。一種隨機(jī)信號產(chǎn)生方法，包括以下步驟一信號輸出電路檢測兩個匹配半導(dǎo)體元件之間的微小不匹配，并將檢測出的微小 不匹配轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號；所述信號輸出電路對所述電信號進(jìn)行放大，產(chǎn)生一模擬電壓信號；及一信號處理電路將所述模擬電壓信號進(jìn)行數(shù)字化處理，輸出一位隨機(jī)數(shù)字信號。相對現(xiàn)有技術(shù)，在本發(fā)明中，隨機(jī)信號在集成電路制造過程中直接產(chǎn)生，當(dāng)集成電 路制造完成后，該隨機(jī)信號也就產(chǎn)生，只需要將該信號讀出即可，因此不需要后續(xù)工作，大 大降低了集成電路的整體成本，而且由于沒有任何人為地操作，可以提高不同集成電路之 間隨機(jī)信號的唯一性的概率，更好的保證了電子產(chǎn)品的信息安全。


圖1為本發(fā)明隨機(jī)信號產(chǎn)生電路中信號輸出電路的電路圖。圖2為本發(fā)明隨機(jī)信號產(chǎn)生電路中信號處理電路的電路圖。圖3為本發(fā)明隨機(jī)信號產(chǎn)生方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明隨機(jī)信號產(chǎn)生電路較佳實(shí)施方式包括一信號輸出電路及一信號處理電路。請參閱圖1，圖1為信號輸出電路的電路圖。其包括一電源端AVD、一接地端AVS、一輸出端 Vout 及若干場效應(yīng)管 MP21、MP22、MP23、MP24、MP25、MP26、MN21、MN22、MN23、MN24、 MN25。其中，場效應(yīng)管MN23、MN24、MN25構(gòu)成放大子電路；場效應(yīng)管MP21、MP22、MN21、MN22、 MP25及MP26構(gòu)成偏置子電路，用于為放大子電路提供穩(wěn)定的電流。在本實(shí)施方式中，場效 應(yīng)管 MP21、MP22、MP23、MP24、MP25、MP26 為 P 型場效應(yīng)管(PMOS)，場效應(yīng)管 MN21、MN22、 MN23、MN24、MN25為N型場效應(yīng)管(NMOS)。在其他實(shí)施方式中，場效應(yīng)管可根據(jù)需要變更為 能夠?qū)崿F(xiàn)同樣功能的開關(guān)元件或電路。該信號輸出電路的連接關(guān)系如下場效應(yīng)管MP21、MP22、麗21、麗22的柵極相連， 場效應(yīng)管MP21的漏極與場效應(yīng)管MP22的源極相連，場效應(yīng)管MP22的漏極與場效應(yīng)管MN21 的漏極相連，場效應(yīng)管麗21的源極與場效應(yīng)管MN22的漏極相連，場效應(yīng)管MP21、MP25、MP26 的源極與電源端AVD相連，場效應(yīng)管MP6、MP25的柵極與場效應(yīng)管MP21的漏極相連，場效應(yīng) 管MP23、MP24的源極與場效應(yīng)管MP26的漏極相連，場效應(yīng)管MP23的柵極與場效應(yīng)管MP22 的漏極相連，場效應(yīng)管MP24的柵極與場效應(yīng)管MP22的漏極相連，場效應(yīng)管MP25的漏極與 場效應(yīng)管麗25的漏極相連，并共同連接輸出端Vout，場效應(yīng)管麗22的源極、場效應(yīng)管麗23 的源極、場效應(yīng)管麗24的源極及場效應(yīng)管麗25的源極與接地端AVS相連，場效應(yīng)管MP23 的漏極、場效應(yīng)管MN23的漏極、場效應(yīng)管MN23的柵極與場效應(yīng)管MN24的柵極相連；場效應(yīng) 管麗24的漏極、場效應(yīng)管MP24的漏極與場效應(yīng)管麗25的柵極相連。該信號輸出電路的工作原理描述如下場效應(yīng)管MP23和場效應(yīng)管MP24作為匹配 的兩個半導(dǎo)體元件，在集成電路制造過程中由于邊緣效應(yīng)、離子注入梯度效應(yīng)、表面態(tài)效應(yīng) 以及載流子遷移率變化等不理想因素會使理論設(shè)計上匹配的半導(dǎo)體元件之間產(chǎn)生隨機(jī)的 微小不匹配，比如場效應(yīng)管MP23和場效應(yīng)管MP24的長寬不匹配、閾值電壓不匹配或者飽和 電流不匹配等，場效應(yīng)管MP23和場效應(yīng)管MP24的漏極分別輸出兩個不同大小的電信號，并 分別通過場效應(yīng)管MN23與場效應(yīng)管MN24輸出一微弱的電壓信號至場效應(yīng)管MN25的柵極， 場效應(yīng)管MN25的漏極輸出一放大后模擬電壓信號至輸出端Vout。請參閱圖2，圖2為信號處理電路的電路圖。其包括一電源端AVD、一接地端AVS、一 用于接收信號輸出電路中輸出端Vout輸出的模擬電壓信號的輸入端Vin、一輸出端Vout及 若干場效應(yīng)管MP31、MP32、MP33、MN31、MN32、MN33。在本實(shí)施方式中，場效應(yīng)管MP31、MP32、 MP33為P型場效應(yīng)管(PMOS)，場效應(yīng)管MN31、MN32、MN33為N型場效應(yīng)管(NMOS)。在其他 實(shí)施方式中，場效應(yīng)管可根據(jù)需要變更為能夠?qū)崿F(xiàn)同樣功能的開關(guān)元件或電路。該信號處理電路的連接關(guān)系如下場效應(yīng)管MP31的源極、場效應(yīng)管MP32的源極、 場效應(yīng)管MP33的源極和電源端AVD相連，場效應(yīng)管MP31的柵極、場效應(yīng)管麗31的柵極與輸 入端Vin相連，為信號處理電路的輸入端；場效應(yīng)管MP31的漏極、場效應(yīng)管麗31的漏極、場 效應(yīng)管MP32的柵極、場效應(yīng)管麗32的柵極、場效應(yīng)管MP33的漏極和場效應(yīng)管麗33的漏極 連接在一起，場效應(yīng)管MP32的漏極、場效應(yīng)管MN32的漏極、場效應(yīng)管MP33的柵極和場效應(yīng) 管MN33的柵極連接在一起，作為信號處理電路的輸出端連接至輸出端Vout，場效應(yīng)管MN31 的源極、場效應(yīng)管麗32的源極及場效應(yīng)管麗33的源極和接地端AVS相連。該信號處理電路的工作原理描述如下場效應(yīng)管MP31和場效應(yīng)管麗31組成反相器電路，將信號輸出電路的輸出端Vout輸出的放大后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為高低電平的 數(shù)字信號，場效應(yīng)管MP3、麗32、MP33、麗33組成鎖存電路，將反相器電路輸出的數(shù)字信號鎖 存輸出。請參閱圖3，本發(fā)明隨機(jī)信號產(chǎn)生方法較佳實(shí)施方式包括以下步驟步驟一通過信號處理電路檢測出兩個匹配半導(dǎo)體元件之間的微小不匹配，并將 檢測出的微小不匹配轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的微弱的電信號。步驟二通過放大子電路對微弱的電信號進(jìn)行放大，產(chǎn)生一個與微小不匹配相關(guān) 的信號幅度放大后的模擬電壓信號。步驟三放大后的模擬電壓信號經(jīng)過信號處理電路進(jìn)行數(shù)字化處理，輸出一位隨 機(jī)的數(shù)字信號。步驟四將一位隨機(jī)信號產(chǎn)生電路作為標(biāo)準(zhǔn)單元電路，將多個標(biāo)準(zhǔn)單元電路放置 在集成電路版圖的各個不同區(qū)域，即可產(chǎn)生互不聯(lián)系的多位隨機(jī)信號。
其中，匹配半導(dǎo)體元件包括電阻、電容、電感、場效應(yīng)管、三極管、二極管等；微小不 匹配包括半導(dǎo)體元件的大小的不匹配，電學(xué)參數(shù)的不匹配等。在本實(shí)施方式中匹配半導(dǎo)體元件為場效應(yīng)管MP23和場效應(yīng)管MP24，由于場效應(yīng) 管MP23和場效應(yīng)管MP24在集成電路制造過程中之間由于邊緣效應(yīng)、離子注入梯度效應(yīng)、表 面態(tài)效應(yīng)以及載流子遷移率變化等不理想因素產(chǎn)生的微小不匹配，使得場效應(yīng)管MP23和 場效應(yīng)管MP24的漏極分別輸出兩個不同大小的電信號，并分別通過場效應(yīng)管MN23與場效 應(yīng)管麗24輸出一微弱的電壓信號至場效應(yīng)管麗25的柵極，場效應(yīng)管麗25的漏極輸出一 放大后的模擬電壓信號至輸出端Vout，并通過信號處理電路的輸入端Vin輸入信號處理電 路，通過信號處理電路的輸出端Vout輸出一隨機(jī)的數(shù)字信號。由于匹配半導(dǎo)體元件之間的這種微小不匹配具有不可預(yù)測性，本發(fā)明利用匹配半 導(dǎo)體元件在集成電路制造過程中產(chǎn)生的微小不匹配，運(yùn)用信號輸出電路將匹配半導(dǎo)體元件 的這種微小不匹配轉(zhuǎn)換成電信號，再對該信號進(jìn)行放大和數(shù)字化處理，最后得到所需的一 位隨機(jī)信號。這個一位隨機(jī)信號產(chǎn)生電路作為標(biāo)準(zhǔn)單元電路，將多個標(biāo)準(zhǔn)單元電路放置在 集成電路版圖的各個不同區(qū)域，即可產(chǎn)生互不聯(lián)系的多位隨機(jī)信號輸出。該隨機(jī)信號在集 成電路制造過程中直接產(chǎn)生，當(dāng)集成電路制造完成后，該隨機(jī)信號也就產(chǎn)生，只需要將該信 號讀出即可，因此不需要后續(xù)工作，大大降低了集成電路的整體成本，而且由于沒有任何人 為地操作，可以提高不同集成電路之間序列號的唯一性的概率，更好的保證了電子產(chǎn)品的 信息安全。
權(quán)利要求
一種隨機(jī)信號產(chǎn)生電路，其特征在于所述電路包括一信號輸出電路及一連接所述信號輸出電路的信號處理電路，所述信號輸出電路包括兩個匹配的半導(dǎo)體元件，所述信號輸出電路檢測出兩個匹配半導(dǎo)體元件之間的微小不匹配，并將檢測出的微小不匹配轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號后進(jìn)行放大，輸出一模擬電壓信號，所述信號處理電路將所述模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為一隨機(jī)的數(shù)字信號。
2.如權(quán)利要求1所述的隨機(jī)信號產(chǎn)生電路，其特征在于所述兩個匹配半導(dǎo)體原件為 兩個相互連接且匹配的場效應(yīng)管。
3.如權(quán)利要求1所述的隨機(jī)信號產(chǎn)生電路，其特征在于所述信號輸出電路包括一用 于將微小不匹配轉(zhuǎn)換成的電信號進(jìn)行放大的放大子電路，所述放大子電路包括三個相互連 接的場效應(yīng)管，其中一個場效應(yīng)管的漏極輸出所述模擬電壓信號。
4.如權(quán)利要求3所述的隨機(jī)信號產(chǎn)生電路，其特征在于所述信號輸出電路還包括一 與所述放大子電路相連的偏置子電路，用于為放大子電路提供穩(wěn)定的電流。
5.一種隨機(jī)信號產(chǎn)生方法，包括以下步驟一信號輸出電路檢測兩個匹配半導(dǎo)體元件之間的微小不匹配，并將檢測出的微小不匹 配轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號；所述信號輸出電路對所述電信號進(jìn)行放大，產(chǎn)生一模擬電壓信號；及一信號處理電路將所述模擬電壓信號進(jìn)行數(shù)字化處理，輸出一位隨機(jī)數(shù)字信號。
6.如權(quán)利要求5所述的隨機(jī)信號產(chǎn)生方法，其特征在于所述方法還包括以下步驟將 一位隨機(jī)信號產(chǎn)生電路作為標(biāo)準(zhǔn)單元電路，將多個標(biāo)準(zhǔn)單元電路放置在集成電路版圖的各 個不同區(qū)域，產(chǎn)生多位隨機(jī)信號。
7.如權(quán)利要求5所述的隨機(jī)信號產(chǎn)生方法，其特征在于所述兩個匹配半導(dǎo)體原件為 兩個相互連接且匹配的場效應(yīng)管。
8.如權(quán)利要求5所述的隨機(jī)信號產(chǎn)生方法，其特征在于所述信號輸出電路包括一用 于將微小不匹配轉(zhuǎn)換成的電信號進(jìn)行放大的放大子電路，所述放大子電路包括三個相互連 接的場效應(yīng)管，其中一個場效應(yīng)管的漏極輸出所述模擬電壓信號。
9.如權(quán)利要求8所述的隨機(jī)信號產(chǎn)生方法，其特征在于所述信號輸出電路還包括一 與所述放大子電路相連的偏置子電路，用于為放大子電路提供穩(wěn)定的電流。
全文摘要
一種隨機(jī)信號產(chǎn)生電路，包括一信號輸出電路及一連接所述信號輸出電路的信號處理電路，所述信號輸出電路包括兩個匹配的半導(dǎo)體元件，所述信號輸出電路檢測出兩個匹配半導(dǎo)體元件之間的微小不匹配，并將檢測出的微小不匹配轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號后進(jìn)行放大，輸出一模擬電壓信號，所述信號處理電路將所述模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為一隨機(jī)的數(shù)字信號。本發(fā)明還進(jìn)一步提供了一種隨機(jī)信號產(chǎn)生方法。本發(fā)明降低了集成電路的成本，更好的保證了電子產(chǎn)品的信息安全。
文檔編號H03K3/84GK101834586SQ20101015384
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日
發(fā)明者朱國軍 申請人:四川和芯微電子股份有限公司