專利名稱：隨機數(shù)產(chǎn)生裝置及包含該裝置的超高頻射頻識別標簽的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種隨機數(shù)產(chǎn)生裝置，本發(fā)明還涉及一種超高頻射頻識別 標簽。
技術背景超高'頻射步頁i只另U(Ultra High Frequency Radio Frequency Identification, 簡 稱UHF RFID)是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目 標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境，在快速 掃描、小型化、抗污染、耐久性好、可重復使用、可穿透性閱讀、數(shù)據(jù)記 憶量大和數(shù)據(jù)可靠安全等方面有著巨大的優(yōu)勢，正廣泛應用于各種行業(yè)， 如物流倉儲、智能交通、自動收費、?？崭劭谪浳锕芾怼⒊辛闶酃芾?、 醫(yī)療器械管理、郵政貨物追蹤等等，而且在邊境管理、人員安全、體育運 動方面也有廣闊的應用天地，推動全球數(shù)字智能管理的發(fā)展。無源UHF RFID標簽由于其通過天線接收讀寫器發(fā)射的電磁波能量而啟 動，因此要求其功耗低，通常該類芯片的功耗要求在30uW以下，這樣對系 統(tǒng)中各個模塊的功耗要求是極其苛刻的。當讀寫器的電磁場中存在不止一 個標簽，防碰撞機制在所難免，通常的做法是在標簽中內(nèi)建一個隨機數(shù)產(chǎn) 生裝置，用于提供隨機數(shù)或者產(chǎn)生隨機數(shù)的來源。如圖l、 2所示，現(xiàn)有的隨機數(shù)產(chǎn)生裝置的原理是將噪聲作為隨機數(shù)的源 頭，先將噪聲放大到過濾器能夠有效處理的幅度，然后將放大過的信號分 成兩路， 一路直接送入比較器的輸入端之一，另一路經(jīng)過濾波后送入比較 器的另一輸入端，通過比較器的比較產(chǎn)生隨機數(shù)。根據(jù)對最終輸出要求的 不同，可以通過平滑電路來進行數(shù)據(jù)的后處理。因為需要對較小噪聲進行放大后才能進行比較，現(xiàn)有的隨機數(shù)產(chǎn)生裝置 的缺點是功耗過大，而且通常的輸入緩沖放大裝置、比較器都是有源電路， 功耗都在10uW 100uW左右，如果速度較高，其功耗會更大?，F(xiàn)有的隨機 數(shù)產(chǎn)生裝置功耗通常在10uW 100u。對于UHF RFID標簽這樣的極低功耗 要求的應用來說，這樣的功耗是不能夠接受的。 發(fā)明內(nèi)容4本發(fā)明所要解決的技術問題就是為了克服以上的不足，提出了一種低 功耗的隨機數(shù)產(chǎn)生裝置及包含該裝置的超高頻射頻識別標簽。 本發(fā)明的技術問題通過以下的技術方案予以解決一種隨機數(shù)產(chǎn)生裝置，包括隨機過程產(chǎn)生器、第一采樣保持器、第二 采樣保持器和比較器，所述第一采樣保持器連接在隨機過程產(chǎn)生器第一輸 出端和比較器第一輸入端之間，所述第二采樣保持器連接在隨機過程產(chǎn)生 器第二輸出端和比較器第二輸入端之間；所述第一采樣保持器保存隨機過程產(chǎn)生器產(chǎn)生的第一輸出值并輸出至比較器的第一輸入端，所述第二采樣 保持器保存隨機過程產(chǎn)生器產(chǎn)生的第二輸出值并輸出至比較器的第二輸入 端，所述比較器比較第一輸出值和第二輸出值并產(chǎn)生隨機數(shù)。所述隨機過程產(chǎn)生器包括環(huán)形振蕩器，所述環(huán)形振蕩器包括2N+1個 首尾相連的反相器，其中任一所述反相器的輸入端和輸出端分別構成隨機 過程產(chǎn)生器第一輸出端和第二輸出端。所述隨機過程產(chǎn)生器還包括箝位電路，所述箝位電路與第一輸出端和 第二輸出端相連，用于對第一輸出端和第二輸出端的輸出電壓進行箝位。所述箝位電路包括第一二極管和第二二極管，所述第一二極管陽極與 第二輸出端相連，所述第一二極管陰極與第一輸出端相連，所述第二二極 管陽極與第一輸出端相連，所述第一二極管陰極與第二輸出端相連。所述第一采樣保持器包括第一控制開關和第一電容，所述第一控制開 關連接在第一輸出端和第一電容第一端之間，所述第一電容第二端接地； 所述第二采樣保持器包括第二控制開關和第二電容，所述第二控制開關連 接在第二輸出端和第二電容第一端之間，所述第二電容第二端接地。所述比較器包括時鐘控制開關管和交叉耦合器，所述第一電容第一端 與交叉耦合器第一端相連，所述第二電容第一端與交叉耦合器第二端相連， 所述時鐘控制開關管連接在電源和交叉耦合器第三端之間。一種超高頻射頻識別標簽，包括隨機數(shù)產(chǎn)生裝置，所述隨機數(shù)產(chǎn)生裝 置包括隨機過程產(chǎn)生器、第一采樣保持器、第二采樣保持器和比較器，所 述第一采樣保持器連接在隨機過程產(chǎn)生器第一輸出端和比較器第一輸入端 之間，所述第二采樣保持器連接在隨機過程產(chǎn)生器第二輸出端和比較器第 二輸入端之間；所述第一采樣保持器保存隨機過程產(chǎn)生器產(chǎn)生的第一輸出 值并輸出至比較器的第一輸入端，所述第二采樣保持器保存隨機過程產(chǎn)生 器產(chǎn)生的第二輸出值并輸出至比較器的第二輸入端，所述比較器比較第一輸出值和第二輸出值并產(chǎn)生隨機數(shù)。所述隨機過程產(chǎn)生器包括環(huán)形振蕩器和箝位電路，所述環(huán)形振蕩器包括2N+1個首尾相連的反相器，其中任一所述反相器的輸入端和輸出端分 別構成隨機過程產(chǎn)生器第一輸出端和第二輸出端；所述箝位電路與第一輸 出端和第二輸出端相連，用于對第一輸出端和第二輸出端的輸出電壓進行 箝位。所述第一采樣保持器包括第一控制開關和第一電容，所述第一控制開 關連接在第一輸出端和第一電容第一端之間，所述第一電容第二端接地； 所述第二采樣保持器包括第二控制開關和第二電容，所述第二控制開關連 接在第二輸出端和第二電容第一端之間，所述第二電容第二端接地。所述比較器包括時鐘控制開關管和交叉耦合器，所述第一電容第一端 與交叉耦合器第一端相連，所述第二電容第一端與交叉耦合器第二端相連， 所述時鐘控制開關管連接在電源和交叉耦合器第三端之間。本發(fā)明與現(xiàn)有技術對比的有益效果是本發(fā)明免去了輸入緩沖放大裝 置，大大減小了系統(tǒng)的功耗。在比較器之后省略了平滑電路，將比較器輸 出直接給數(shù)字部分處理，降低了功耗。本發(fā)明有采樣保持電路，因此可以 通過時鐘來控制比較器，盡量減少靜態(tài)功耗，也就是不比較時不消耗能量， 大大減小了系統(tǒng)的負擔。


圖l是現(xiàn)有技術的原理框圖；圖2是現(xiàn)有技術的電路結(jié)構示意圖；圖3是本發(fā)明具體實施方式
的原理框圖；圖4是本發(fā)明具體實施方式
電路結(jié)構示意圖。
具體實施方式
下面通過具體的實施方式并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。 如圖3所示， 一種隨機數(shù)產(chǎn)生裝置，包括隨機過程產(chǎn)生器、第一采樣 保持器、第二采樣保持器和比較器，所述第一采樣保持器連接在隨機過程 產(chǎn)生器第一輸出端和比較器第一輸入端之間，所述第二采樣保持器連接在隨機過程產(chǎn)生器第二輸出端和比較器第二輸入端之間；所述第一采樣保持 器保存隨機過程產(chǎn)生器產(chǎn)生的第一輸出值并輸出至比較器的第一輸入端， 所述第二采樣保持器保存隨機過程產(chǎn)生器產(chǎn)生的第二輸出值并輸出至比較 器的第二輸入端，所述比較器比較第一輸出值和第二輸出值并產(chǎn)生隨機數(shù)本發(fā)明中，隨機數(shù)的源頭采用廣義的隨機過程產(chǎn)生器，任意的隨機過 程都可以作為隨機數(shù)的來源。隨后，將該隨機過程通過第一采樣保持器和 第二采樣保持器保存任意選擇的兩個值，通過比較器比較就可以產(chǎn)生隨機 數(shù)。本發(fā)明免去了輸入緩沖放大裝置，大大減小了系統(tǒng)的功耗。在比較器 之后省略了平滑電路，將比較器輸出直接給數(shù)字部分處理，降低了功耗。 本發(fā)明有采樣保持電路，因此可以通過時鐘來控制比較器，盡量減少靜態(tài) 功耗，也就是不比較時不消耗能量，也大大減小了系統(tǒng)的負擔。如圖4所示，所述隨機過程產(chǎn)生器包括環(huán)形振蕩器，所述環(huán)形振蕩器 包括2N+1 (N>0)個首尾相連的反相器，其中任一所述反相器的輸入端和 輸出端分別構成隨機過程產(chǎn)生器第一輸出端A和第二輸出端B。在圖4中， 所述環(huán)形振蕩器包括3個首尾相連的反相器，第三個反相器的輸入端和輸 出端分別構成隨機過程產(chǎn)生器第一輸出端A和第二輸出端B。當然，所述 環(huán)形振蕩器也可包括5個或7個或9個......首尾相連的反相器。所述隨機過程產(chǎn)生器還包括箝位電路，所述箝位電路與第一輸出端A 和第二輸出端B相連，用于對第一輸出端A和第二輸出端B的輸出電壓 進行箝位。通過箝位電路對第一輸出端A和第二輸出端B的輸出電壓幅度 進行限制可以避免對后續(xù)電路產(chǎn)生過大非線性。在圖4中，所述箝位電路包括第一二極管Dl和第二二極管D2，所述 第一二極管Dl陽極與第二輸出端B相連，所述第一二極管Dl陰極與第 一輸出端A相連，所述第二二極管D2陽極與第一輸出端A相連，所述第 一二極管D2陰極與第二輸出端B相連。當然，所述箝位電路也可由其他 器件構成，如穩(wěn)壓管等。所述第一采樣保持器包括第一控制開關Fsl和第一電容Csl,所述第 一控制開關Fsl連接在第一輸出端A和第一電容Csl第一端C之間，所述 第一電容Csl第二端D接地；所述第二采樣保持器包括第二控制開關Fs2 和第二電容Cs2，所述第二控制開關Fs2連接在第二輸出端B和第二電容 Cs2第一端D之間，所述第二電容Cs2第二端接地。利用第一控制開關Fsl 和第二控制開關Fs2可以對第一輸出端A和第二輸出端B的電壓進行采樣 并保存在第一電容Csl和第二電容Cs2上，保存的電壓在一控制開關Fsl 和第二控制開關Fs2斷開的時候由后續(xù)比較器進行比較。所述比較器包括時鐘控制開關管和交叉耦合器，所述第一電容Csl第 一端C與交叉耦合器第一端相連，所述第二電容Cs2第一端D與交叉耦合器第二端相連，所述時鐘控制開關管連接在電源和交叉耦合器第三端之間。在圖4中，所述交叉耦合器包括第一PMOS管Ml、第二PMOS管M2、 第一NMOS管M3、第二NMOS管M4，所述鐘控制開關管為第三PMOS 管M5。本發(fā)明的比較器采用時鐘控制交叉耦合結(jié)構，所以沒有靜態(tài)功耗。 實驗顯示，在輸出速度為1Mbps且電源電壓為1.25V情況下，本發(fā)明 的隨機數(shù)產(chǎn)生裝置的功耗今為500nW。本發(fā)明功耗低、電路結(jié)構簡單、便 于集成到IC中。一種超高頻射頻識別標簽，包括隨機數(shù)產(chǎn)生裝置，所述隨機數(shù)產(chǎn)生裝 置包括隨機過程產(chǎn)生器、第一采樣保持器、第二采樣保持器和比較器，所 述第一采樣保持器連接在隨機過程產(chǎn)生器第一輸出端和比較器第一輸入端 之間，所述第二采樣保持器連接在隨機過程產(chǎn)生器第二輸出端和比較器第 二輸入端之間；所述第一采樣保持器保存隨機過程產(chǎn)生器產(chǎn)生的第一輸出 值并輸出至比較器的第一輸入端，所述第二采樣保持器保存隨機過程產(chǎn)生 器產(chǎn)生的第二輸出值并輸出至比較器的第二輸入端，所述比較器比較第一 輸出值和第二輸出值并產(chǎn)生隨機數(shù)。所述隨機過程產(chǎn)生器包括環(huán)形振蕩器和箝位電路，所述環(huán)形振蕩器包 括2N+1個首尾相連的反相器，其中任一所述反相器的輸入端和輸出端分 別構成隨機過程產(chǎn)生器第一輸出端和第二輸出端；所述箝位電路與第一輸 出端和第二輸出端相連，用于對第一輸出端和第二輸出端的輸出電壓進行 箝位。所述第一采樣保持器包括第一控制開關和第一電容，所述第一控制開 關連接在第一輸出端和第一電容第一端之間，所述第一電容第二端接地； 所述第二采樣保持器包括第二控制開關和第二電容，所述第二控制開關連 接在第二輸出端和第二電容第一端之間，所述第二電容第二端接地。所述比較器包括時鐘控制開關管和交叉耦合器，所述第一電容第一端 與交叉耦合器第一端相連,所述第二電容第一端與交叉耦合器第二端相連， 所述時鐘控制開關管連接在電源和交叉耦合器第三端之間。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術 領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若 干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種隨機數(shù)產(chǎn)生裝置，其特征在于包括隨機過程產(chǎn)生器、第一采樣保持器、第二采樣保持器和比較器，所述第一采樣保持器連接在隨機過程產(chǎn)生器第一輸出端和比較器第一輸入端之間，所述第二采樣保持器連接在隨機過程產(chǎn)生器第二輸出端和比較器第二輸入端之間；所述第一采樣保持器保存隨機過程產(chǎn)生器產(chǎn)生的第一輸出值并輸出至比較器的第一輸入端，所述第二采樣保持器保存隨機過程產(chǎn)生器產(chǎn)生的第二輸出值并輸出至比較器的第二輸入端，所述比較器比較第一輸出值和第二輸出值并產(chǎn)生隨機數(shù)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的隨機數(shù)產(chǎn)生裝置，其特征在于所述隨機過程產(chǎn)生器包括環(huán)形振蕩器，所述環(huán)形振蕩器包括2N+1個首尾相連的反相器，其中任一所述反相器的輸入端和輸出端分別構成隨機過程產(chǎn)生器第一輸 出端和第二輸出端。
3. 根據(jù)權利要求2所述的隨機數(shù)產(chǎn)生裝置，其特征在于所述隨機過程產(chǎn)生器還包括箝位電路，所述箝位電路與第一輸出端和第二輸出端相連，用 于對第一輸出端和第二輸出端的輸出電壓進行箝位。
4. 根據(jù)權利要求3所述的隨機數(shù)產(chǎn)生裝置，其特征在于所述箝位電路包括第一二極管和第二二極管，所述第一二極管陽極與第二輸出端相連，所 述第一二極管陰極與第一輸出端相連，所述第二二極管陽極與第一輸出端 相連，所述第一二極管陰極與第二輸出端相連。
5.根據(jù)權利要求1－4任一所述的隨機數(shù)產(chǎn)生裝置，其特征在于所述第一采樣保持器包括第一控制開關和第一電容，所述第一控制開關連接在第一輸出端和第一電容第一端之間，所述第一電容第二端接地；所述第二采樣 保持器包括第二控制開關和第二電容，所述第二控制開關連接在第二輸出 端和第二電容第一端之間，所述第二電容第二端接地。
6. 根據(jù)權利要求5所述的隨機數(shù)產(chǎn)生裝置，其特征在于所述比較器包括 時鐘控制開關管和交叉耦合器，所述第一電容第一端與交叉耦合器第一端 相連，所述第二電容第一端與交叉耦合器第二端相連，所述時鐘控制開關 管連接在電源和交叉耦合器第三端之間。
7. —種超高頻射頻識別標簽，包括隨機數(shù)產(chǎn)生裝置，其特征在于所述隨 機數(shù)產(chǎn)生裝置包括隨機過程產(chǎn)生器、第一采樣保持器、第二采樣保持器和 比較器，所述第一采樣保持器連接在隨機過程產(chǎn)生器第一輸出端和比較器 第一輸入端之間，所述第二采樣保持器連接在隨機過程產(chǎn)生器第二輸出端 和比較器第二輸入端之間；所述第一采樣保持器保存隨機過程產(chǎn)生器產(chǎn)生 的第一輸出值并輸出至比較器的第一輸入端，所述第二采樣保持器保存隨 機過程產(chǎn)生器產(chǎn)生的第二輸出值并輸出至比較器的第二輸入端，所述比較 器比較第一輸出值和第二輸出值并產(chǎn)生隨機數(shù)。
8. 根據(jù)權利要求7所述的超高頻射頻識別標簽，其特征在于所述隨機過 程產(chǎn)生器包括環(huán)形振蕩器和箝位電路，所述環(huán)形振蕩器包括2N+1個首尾 相連的反相器，其中任一所述反相器的輸入端和輸出端分別構成隨機過程 產(chǎn)生器第一輸出端和第二輸出端；所述箝位電路與第一輸出端和第二輸出 端相連，用于對第一輸出端和第二輸出端的輸出電壓進行箝位。
9. 根據(jù)權利要求7或8所述的超高頻射頻識別標簽，其特征在于所述第 一采樣保持器包括第一控制開關和第一電容，所述第一控制開關連接在第 一輸出端和第一電容第一端之間，所述第一電容第二端接地；所述第二采 樣保持器包括第二控制開關和第二電容，所述第二控制開關連接在第二輸 出端和第二電容第一端之間，所述第二電容第二端接地。
10. 根據(jù)權利要求9所述的超高頻射頻識別標簽，其特征在于所述比較器 包括時鐘控制開關管和交叉耦合器，所述第一電容第一端與交叉耦合器第 一端相連，所述第二電容第一端與交叉耦合器第二端相連，所述時鐘控制 開關管連接在電源和交叉耦合器第三端之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種隨機數(shù)產(chǎn)生裝置及包含該裝置的超高頻射頻識別標簽，隨機數(shù)產(chǎn)生裝置包括隨機過程產(chǎn)生器、第一采樣保持器、第二采樣保持器和比較器，第一采樣保持器連接在隨機過程產(chǎn)生器第一輸出端和比較器第一輸入端之間，第二采樣保持器連接在隨機過程產(chǎn)生器第二輸出端和比較器第二輸入端之間；第一采樣保持器保存隨機過程產(chǎn)生器產(chǎn)生的第一輸出值并輸出至比較器的第一輸入端，第二采樣保持器保存隨機過程產(chǎn)生器產(chǎn)生的第二輸出值并輸出至比較器的第二輸入端，比較器比較第一輸出值和第二輸出值并產(chǎn)生隨機數(shù)。本發(fā)明免去了輸入緩沖放大裝置，大大減小了系統(tǒng)的功耗。在比較器之后省略了平滑電路，將比較器輸出直接給數(shù)字部分處理，降低了功耗。
文檔編號G06F7/58GK101329620SQ20081006849
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月10日 優(yōu)先權日2008年7月10日
發(fā)明者馮曉星, 君 封, 興 張, 王新安, 葛彬杰 申請人:北京大學深圳研究生院