專利名稱：振蕩器頻率變化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般有關(guān)于微電子學(xué)的領(lǐng)域，且特別是一種能使振蕩器的頻率隨機(jī)變化的裝置，其使用于集成電路隨機(jī)數(shù)(random number)發(fā)生器內(nèi)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今，很多運(yùn)用計(jì)算機(jī)的應(yīng)用非常依賴隨機(jī)數(shù)的可利用性。以前一直是程序設(shè)計(jì)師的技術(shù)領(lǐng)域的事物，最近已更漸漸應(yīng)用到商業(yè)界。
過去幾年來，強(qiáng)大計(jì)算系統(tǒng)將隨機(jī)數(shù)用于仿真程序中，以真實(shí)地將感興趣事物(如大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的流量)的現(xiàn)象的推測特性模型化。
然而，有關(guān)模型化及仿真方面，使隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生有效率且方便的要求從未減少，這是因?yàn)榻鼛啄陙?，技術(shù)的增進(jìn)已使桌上型計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)大的計(jì)算能力，而桌上型計(jì)算機(jī)本身中的組件已含有這樣的要求。事實(shí)上，由于桌上型計(jì)算機(jī)的計(jì)算處理能力的增加，已產(chǎn)生取決于隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生的完全新的應(yīng)用領(lǐng)域。舉例來說，隨機(jī)數(shù)現(xiàn)已廣泛的在計(jì)算機(jī)游戲中作為設(shè)置、設(shè)定小行星或是敵人戰(zhàn)機(jī)位置之用。為了使消費(fèi)者可接受到的就如同真實(shí)的可靠圖像一樣，計(jì)算機(jī)游戲必須與一個(gè)人期望真實(shí)生活中發(fā)生這樣的現(xiàn)象一樣，以相同或然性的方式來模擬對應(yīng)的感興趣事物的現(xiàn)象。
另一個(gè)取決于隨機(jī)數(shù)可用性的應(yīng)用領(lǐng)域是加密(cryptography)，這個(gè)領(lǐng)域仍舊提供許多隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的要求標(biāo)準(zhǔn)。在這個(gè)領(lǐng)域中，隨機(jī)數(shù)是用來當(dāng)做加密密匙，其通過算法而用來加密及解密電子軟件或用于存儲或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流。當(dāng)在因特網(wǎng)上處理安全電子交易時(shí)，會產(chǎn)生隨機(jī)密匙來加密金融數(shù)據(jù)。值得注意的是，要找出加密過的平常電子郵件訊息及類似的事物，其用于一群人之間的傳輸，正變的愈來愈司空見慣。
現(xiàn)今，在桌上型計(jì)算系統(tǒng)中，大部分的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生是在應(yīng)用程序中完成。這種產(chǎn)生形式稱之為虛擬隨機(jī)數(shù)，這是因?yàn)閿?shù)字的產(chǎn)生系使用數(shù)學(xué)算法來產(chǎn)生一序列的獨(dú)立數(shù)字，其與均勻機(jī)率分布一致。通常，最初會選擇一個(gè)“種子(seed)”數(shù)字，然后會執(zhí)行算法而快速產(chǎn)生隨機(jī)出現(xiàn)的數(shù)字，但是在本質(zhì)上，其完全決定于已知的種子。為了確實(shí)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)的功能，隨機(jī)數(shù)發(fā)生器必須依據(jù)一些物理組件的隨機(jī)特性來產(chǎn)生，如利用二極管或電阻所產(chǎn)生的熱噪聲。
一些運(yùn)用硬件的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器通常是單獨(dú)的一個(gè)集成電路，但到現(xiàn)今為止，并沒有任何硬件技術(shù)或方法可將隨機(jī)數(shù)發(fā)生器與微處理器電路本身結(jié)合。并且因?yàn)槲⑻幚砥鳛槿我粋€(gè)桌上型計(jì)算系統(tǒng)的核心，所以在微理器本身中，直接產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)是有助益的。
因此，一個(gè)能輕易地與集成電路設(shè)計(jì)結(jié)合的運(yùn)用硬件的隨機(jī)碼發(fā)生器，是有必要的，特別是能與現(xiàn)今微處理器的設(shè)計(jì)相結(jié)合。
除此之外，一個(gè)能使用到現(xiàn)今微處理器集成電路中常見的邏輯組件的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置，亦是有此需要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供運(yùn)用硬件來產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的優(yōu)越技術(shù)。在一實(shí)施例中，所提供的頻率變化裝置用于隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中。頻率變化裝置包括取樣頻率變化邏輯元件及取樣頻率振蕩器。取樣頻率變化邏輯元件會產(chǎn)生噪聲信號，其對應(yīng)于二個(gè)獨(dú)立且異步的振蕩信號的同位(parity)。取樣頻率振蕩器連接到取樣頻率變化邏輯元件。取樣頻率振蕩器會接收噪聲信號，并且會根據(jù)噪聲信號，而改變隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的取樣頻率。
本發(fā)明的一個(gè)方面為一種用于集成電路中的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置。此隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置具有快速振蕩器、慢速振蕩器、以及頻率變化邏輯元件?？焖僬袷幤鲿诘谝活l率時(shí)，產(chǎn)生快速振蕩信號。慢速振蕩器會在第二頻率時(shí)，產(chǎn)生慢速振蕩信號，其中慢速振蕩信號用來對快速振蕩信號進(jìn)行取樣，以產(chǎn)生用于隨機(jī)數(shù)的位，并且其中慢速振蕩信號會根據(jù)噪聲信號，而使第二頻率變化。而頻率變化邏輯元件連接到慢速振蕩器。頻率變化邏輯元件會產(chǎn)生噪聲信號，其中噪聲信號會根據(jù)二個(gè)獨(dú)立的振蕩信號的同位而變化。
本發(fā)明的另一個(gè)方面包含一種位產(chǎn)生系統(tǒng)，用于隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中。此位產(chǎn)生裝置包括第一振蕩信號、第二振蕩信號、同步化邏輯元件、第三振蕩信號及第四振蕩信號、以及同位邏輯元件。第一振蕩信號由第一振蕩器產(chǎn)生，并且會在第一頻率時(shí)振蕩。第二振蕩信號由第二振蕩器產(chǎn)生，并且會在第二頻率時(shí)振蕩。第二頻率會根據(jù)噪聲信號而變化。同步化邏輯元件連接到第一振蕩信號及第二振蕩信號。同步化邏輯元件會在與第二頻率成比例的速率時(shí)，串行地產(chǎn)生用于隨機(jī)數(shù)的位。第三振蕩信號及第四振蕩信號會在第三頻率及第四頻率時(shí)，獨(dú)立地振蕩。而同位邏輯元件連接到第三振蕩信號及第四振蕩信號。同位邏輯元件會產(chǎn)生噪聲信號，此噪聲信號基于第三振蕩信號及第四振蕩信號的同位。


配合以下的敘述，以及伴隨的附圖，將更佳了解本發(fā)明的這些及其它的目的、特征、以及優(yōu)點(diǎn)，其中圖1表示的是根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的裝置的方塊圖；圖2表示的是根據(jù)本發(fā)明的如何使用可變偏置控制來修改振蕩器頻率的時(shí)序圖；圖3表示的是在圖1的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的區(qū)域同步化邏輯元件的方塊圖；圖4表示的是根據(jù)本發(fā)明的平衡邏輯元件的方塊圖；圖5表示的是在圖1的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的并列轉(zhuǎn)換邏輯元件的方塊圖；圖6表示的是根據(jù)本發(fā)明的可變偏置發(fā)生器的一實(shí)施例的詳細(xì)的方塊圖；圖7表示的是可變偏置發(fā)生器的另一個(gè)實(shí)施例的方塊圖；圖8表示的是根據(jù)本發(fā)明的慢速頻率變化邏輯元件的方塊圖；圖9表示的是根據(jù)本發(fā)明的慢速可變頻率振蕩器的方塊圖；圖10表示的是當(dāng)模擬偏置信號的許多電平作用時(shí)，快速振蕩信號的一個(gè)例子的周期及頻率的表；以及圖11表示的是當(dāng)模擬偏置信號的許多電平，因?yàn)殡S機(jī)變化的噪聲位的不同的邏輯狀態(tài)而作用時(shí)，慢速振蕩信號的一個(gè)例子的周期及頻率的表。
重要組件標(biāo)號100隨機(jī)數(shù)裝置101快速可變頻率振蕩器102，900慢速可變頻率振蕩器103，300區(qū)域同步化邏輯元件104，400平衡邏輯元件105，500并列轉(zhuǎn)換邏輯元件
106緩沖器107頻率變化邏輯元件108、600、700可變偏置發(fā)生器301緩存器401數(shù)據(jù)緩存器402，501位計(jì)數(shù)器403同位邏輯元件404與邏輯元件405隨機(jī)位選擇緩沖器502移位緩存器601靜態(tài)模擬偏置信號6022位數(shù)字到模擬(D/A)轉(zhuǎn)換邏輯元件603總和邏輯元件701靜態(tài)偏置信號XBIAS702，703反相器704信號BIAS800慢速可變頻率邏輯元件801可變頻率振蕩器802分頻邏輯組件803信號比較邏輯元件901慢速環(huán)形振蕩器1000，1100表具體實(shí)施方式
接下來的敘述會使一般的本領(lǐng)域技術(shù)人員能完成及使用本發(fā)明，就如同在特定應(yīng)用及其要求的上下文中所提供的一樣。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可以了解到，可對較佳實(shí)施例進(jìn)行各種修改，并且可將在此所定義的通則應(yīng)用于其它的實(shí)施例。因此，本發(fā)明并非意圖限定于在此所表示及敘述的特定實(shí)施例，而是符合最廣的范圍，其與在此所公開的原則及新穎性一致。
有鑒于上述隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的背景討論，以及用來產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的現(xiàn)今集成電路中所使用的相關(guān)技術(shù)，本發(fā)明的討論現(xiàn)將參考圖1-11進(jìn)行說明。
回到圖1，其表示的是根據(jù)本發(fā)明的用于產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的裝置100的方塊圖。裝置100具有快速可變頻率振蕩器101，其會產(chǎn)生快速振蕩信號SOS2。快速振蕩信號SOS2會送到區(qū)域同步化邏輯元件103。隨機(jī)數(shù)裝置100也具有慢速可變頻率振蕩器102，其會產(chǎn)生慢速振蕩信號BOS，而此慢速振蕩信號BOS會送到區(qū)域同步化邏輯元件103及平衡邏輯元件104。裝置100(或隨機(jī)數(shù)裝置100)額外還具有可變偏置發(fā)生器108，其會產(chǎn)生隨機(jī)變化的模擬偏置信號BIAS，而此模擬偏置信號BIAS同時(shí)會送到快速可變頻率振蕩器101、慢速可變頻率振蕩器102、以及頻率變化邏輯元件107。頻率變化邏輯元件107會產(chǎn)生數(shù)字噪聲信號NIOSE，其會送到慢速可變頻率振蕩器102。平衡邏輯元件104會將隨機(jī)位信號RNDM及伴隨的隨機(jī)位選通(strobe)信號CLKRN，送到并列轉(zhuǎn)換邏輯元件105。并列轉(zhuǎn)換邏輯元件105會將隨機(jī)數(shù)總線RN[7∶0]及伴隨的準(zhǔn)備好(ready)信號，送到緩沖器106。來自隨機(jī)數(shù)總線RN[7∶0]的數(shù)個(gè)位RN[1∶0]會送回到可變偏置發(fā)生器108。
在一實(shí)施例中，快速可變頻率振蕩器101及慢速可變頻率振蕩器102皆組成為環(huán)形(ring)振蕩器101，102，如在現(xiàn)今的集成電路中，其通常用來當(dāng)做時(shí)鐘信號發(fā)生器。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會了解到的是，典型的振蕩器101，102在頻率范圍內(nèi)，提供振蕩輸出信號SOS2，BOS，而頻率范圍的界限由振蕩器101，102本身中的組件選擇及尺寸來決定。振蕩信號SOS2，BOS的特定頻率的一般設(shè)定，根據(jù)模擬偏置信號BIAS的幅值，其會從可變偏置發(fā)生器108傳送到振蕩器101，102。在許多應(yīng)用中，會使所要的特定輸出頻率，在所選擇的特定環(huán)形振蕩器101，102的輸出頻率范圍內(nèi)，然后會使用偏置信號BIAS對特定的輸出進(jìn)行微調(diào)，而得到所要的輸出頻率。除了對所要的輸出頻率進(jìn)行微調(diào)控制之外，為了補(bǔ)償系統(tǒng)中的電壓及溫度的變動(dòng)，以及為了補(bǔ)償集成電路制程變化，今日的微電子學(xué)會使用各種其它的技術(shù)，而使偏置信號BIAS的值輕微變化。
在工作時(shí)，雖然共同的偏置信號BIAS會同時(shí)送到快速可變頻率振蕩器101及慢速可變頻率振蕩器102，但是它們會產(chǎn)生獨(dú)立且異步的輸出SOS2，BOS。在一實(shí)施例中，所選擇到的快速可變頻率振蕩器101及慢速可變頻率振蕩器102，會使快速可變頻率振蕩器101所產(chǎn)生的頻率范圍比慢速可變頻率振蕩器102所產(chǎn)生的頻率范圍高10到20倍之間。在另一種實(shí)施例中，快速可變頻率振蕩器101所產(chǎn)生的頻率范圍比慢速可變頻率振蕩器102所產(chǎn)生的頻率范圍高至少二倍。區(qū)域同步化邏輯元件103會使用慢速振蕩信號SOS2當(dāng)做取樣時(shí)鐘BOS，以獲得快速振蕩信號SOS2的取樣。快速振蕩信號SOS2的取樣(在慢速振蕩信號BOS的頻率時(shí)獲得)會循序地送給隨機(jī)位信號RNDUM，而用來當(dāng)做隨機(jī)數(shù)的潛在(potential)位。
平衡邏輯元件104被提供作為制程變動(dòng)或是任何形式變動(dòng)的補(bǔ)償，以導(dǎo)致在未來產(chǎn)生隨機(jī)位信號RNDUM的隨機(jī)數(shù)位群時(shí)，會傾向特定邏輯狀態(tài)(如邏輯0或邏輯1)的趨勢。于是，平衡邏輯元件104會經(jīng)由隨機(jī)位信號RNDUM檢查隨機(jī)數(shù)的兩個(gè)連續(xù)的潛在位群對組，以確定每一對的兩成員是否具有相同的邏輯狀態(tài)。如果一對中的兩成員位群為相同邏輯狀態(tài)，平衡邏輯元件104會拒絕此對成員作為隨機(jī)數(shù)的位群。如果兩成員位群具有不同的邏輯狀態(tài)，平衡邏輯元件104會選擇兩成員位群中的其一作為隨機(jī)數(shù)中的一位。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，一對潛在位群中的兩成員位群中的第一個(gè)被選擇作為隨機(jī)數(shù)位。在另一個(gè)較佳的實(shí)施例中，為兩成員位群中的第二個(gè)被選擇。在選擇之后，平衡邏輯元件104路由隨機(jī)數(shù)位至隨機(jī)數(shù)位輸出信號RNDM，且產(chǎn)生一對應(yīng)觸發(fā)信號CLKRN指向至并行轉(zhuǎn)換邏輯元件105，以使其它隨機(jī)數(shù)為可用。
隨機(jī)數(shù)的位會通過信號RNDM及CLKRN，而串行地送達(dá)并列轉(zhuǎn)換邏輯元件105。并列轉(zhuǎn)換邏輯元件105會將串行產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)位聚集成n位隨機(jī)數(shù)，其會通過總線RN[7∶0]，而以并列的方式，傳送到緩沖器106。準(zhǔn)備好信號RDY會使緩沖器106啟用，以鎖定n位隨機(jī)數(shù)，以使接下來，能抽取n位隨機(jī)數(shù)。在一實(shí)施例中，在總線RN[7∶0]上，會產(chǎn)生8位隨機(jī)數(shù)。然而，另一種實(shí)施例可提供具有其它結(jié)構(gòu)的隨機(jī)數(shù)，而其相對應(yīng)于其它應(yīng)用的要求。
經(jīng)由使快速可變頻率振蕩器101及慢速可變頻率振蕩器102的頻率獨(dú)立變化，會增加用于隨機(jī)數(shù)中的隨機(jī)的潛在位。首先，當(dāng)隨機(jī)數(shù)的組成出現(xiàn)于緩沖器106時(shí)，送到快速可變頻率振蕩器101及慢速可變頻率振蕩器102的偏置信號BIAS的位準(zhǔn)，會根據(jù)隨機(jī)數(shù)的數(shù)個(gè)位的邏輯狀態(tài)而變化。當(dāng)并列轉(zhuǎn)換邏輯元件105連續(xù)將串行隨機(jī)數(shù)轉(zhuǎn)換成并列隨機(jī)數(shù)時(shí)，總線RN[7∶0]的狀態(tài)會改變，以表示出每個(gè)新位的邏輯狀態(tài)，而其會轉(zhuǎn)換成新的位位置。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例會從總線RN[7∶0]中，取出二個(gè)位RN[1∶0]，并且這些位RN[1∶0]會傳送到可變偏置發(fā)生器108。可變偏置發(fā)生器108會根據(jù)這二個(gè)位RN[1∶0]的狀態(tài)，而依次使BIAS的模擬值變化。信號BIAS的變化在BIAS的固定值附近，其由3位固定點(diǎn)輸入XRAY[2∶0]的狀態(tài)而決定。在集成電路的實(shí)施例中，在零件的制造期間，會固定產(chǎn)生固定點(diǎn)輸入XRAY[2∶0]的狀態(tài)。因此，固定點(diǎn)輸入XRAY[2∶0]可使集成電路設(shè)計(jì)者能在零件的生產(chǎn)期間，調(diào)整偏置信號BIAS的值，以補(bǔ)償制程的變化。雖然在圖1所表示的實(shí)施例中，只從隨機(jī)數(shù)總線RN[7∶0]中，使用二個(gè)位RN[1∶0]，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會了解到，為了滿足其它應(yīng)用的要求，本發(fā)明不同實(shí)施例的組成可取出總線RN[7∶0]的其它位。
增加隨機(jī)的潛在位的第二系統(tǒng)，由頻率變化邏輯元件107提供。頻率變化邏輯元件107會獨(dú)立產(chǎn)生數(shù)字噪聲信號NOISE，其邏輯狀態(tài)會使慢速可變頻率振蕩器102的頻率隨機(jī)變化。慢速可變頻率振蕩器102會一起使用噪聲信號NOISE及偏置信號BIAS，以改變振蕩信號BOS的頻率，因此能有效改變信號SOS2的取樣頻率。
總結(jié)根據(jù)本發(fā)明的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置，快速可變頻率振蕩器101的輸出狀態(tài)SOS2，由慢速可變頻率振蕩器102所產(chǎn)生的速率而取樣。慢速可變頻率振蕩器102具有低于快速可變頻率振蕩器101的頻率。平衡邏輯元件104會將成對的取樣濾波，以使其具有相同的邏輯狀態(tài)。來自每個(gè)接受對的一個(gè)位會用來組成n位隨機(jī)數(shù)，一完成串行至并列轉(zhuǎn)換后，其會傳送到緩沖器106。當(dāng)正組成隨機(jī)數(shù)時(shí)，可變偏置發(fā)生器108會使用隨機(jī)數(shù)的數(shù)個(gè)位RN[1∶0]，以使偏置信號BIAS的電平連續(xù)變化，而偏置信號BIAS會同時(shí)傳送到快速可變頻率振蕩器101及慢速可變頻率振蕩器102，因此使它們相對應(yīng)的輸出SOS2及BOS的頻率連續(xù)變化。慢速可變頻率振蕩器102額外會以獨(dú)立產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)字信號NOISE的邏輯狀態(tài)為基礎(chǔ)，而連續(xù)地變化。
現(xiàn)在回到圖2，其表示的是根據(jù)本發(fā)明的如何使用可變偏置控制來修改振蕩器頻率的時(shí)序圖200。時(shí)序圖200表示第一振蕩信號SOS2、第二振蕩信號BOS、以及可變模擬偏置信號BIAS。信號SOS2、BOS、BIAS為參考到圖1所討論之類似名稱輸出的圖形。所表示的信號SOS2、BOS、BIAS中的每一個(gè)幅值，有關(guān)幅值邊界HI，LO，其表示在根據(jù)所提供的供應(yīng)電壓及微電路所使用的電路技術(shù)的現(xiàn)今的微電路中，所能達(dá)到的電壓邊界。例如，在1.5伏特技術(shù)的CMOS集成電路中，Hi所表示的電壓約為1.5伏特，而LO所表示的電壓約為0伏特。
根據(jù)本發(fā)明的表示的實(shí)施例，當(dāng)信號BIAS在最HI時(shí)，振蕩輸出SOS2，BOS都在它們的最高頻率。信號SOS2具有1.0ns的周期，相對應(yīng)的頻率為1GHz。信號BOS具有15ns的周期，相對應(yīng)的取樣頻率為67MHz。因此，信號BIAS在最HI時(shí)，信號SOS2比取樣信號BOS大約快15倍。
當(dāng)信號BIAS在最LO時(shí)，振蕩輸出SOS2，BOS都在它們的最低頻率。信號SOS2具有2.0ns的周期，相對應(yīng)的頻率為500MHz。信號BOS具有45ns的周期，相對應(yīng)的取樣頻率為22MHz。在此極端點(diǎn)，BOS的取樣頻率比信號SOS2的潛在位產(chǎn)生頻率大約慢22倍。
BIAS的平均幅值會導(dǎo)致信號SOS2具有1.5ns的周期(667MHz)，以及信號SOS2具有30ns的周期(33MHz)。在此平均點(diǎn)，取樣頻率比潛在位產(chǎn)生頻率大約慢20倍。
由圖2所表示的時(shí)序圖可清楚知道，甚至每個(gè)振蕩信號SOS2，BOS的周期對偏置信號BIAS的變化出現(xiàn)近似線性響應(yīng)，二個(gè)振蕩信號SOS2，BOS之間的頻率關(guān)系仍為非線性。本領(lǐng)域技術(shù)人員從時(shí)序圖200將顯然知道，有鑒于上述的討論，以上本發(fā)明的實(shí)施例中，此隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置的任何振蕩器并不需要為線性關(guān)系響應(yīng)，且偏置信號BIAS也不需在系統(tǒng)或是集成電路所提供供應(yīng)電壓的整個(gè)范圍內(nèi)變化。也不需要使快速振蕩信號SOS2比取樣信號BOS大約快10到20倍。
現(xiàn)在參考圖3，其表示的是在圖1的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器100中的區(qū)域同步化邏輯元件300的方塊圖。區(qū)域同步化邏輯元件300包括二個(gè)緩存器301，經(jīng)由這二個(gè)緩存器301，會使快速振蕩信號SOS2同步化(亦即取樣)成相對應(yīng)于慢速振蕩信號BOS的時(shí)域。在一實(shí)施例中，緩存器301為D觸發(fā)器電路301，并且使用信號BOS當(dāng)做二個(gè)觸發(fā)器電路301的時(shí)鐘輸入。BOS的第一時(shí)鐘沿(亦即如由特定電路配置所決定的上升或下降沿)用來對信號SOS2進(jìn)行取樣，以產(chǎn)生輸出SOS2REG。在BOS的下個(gè)時(shí)鐘沿，第二緩存器301會鎖定信號SOS2REG到輸出RNDUM的狀態(tài)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會知道，為了克服相關(guān)于二個(gè)不同的異步時(shí)域的介于穩(wěn)定之間(metasability)的問題，一般會使用至少二個(gè)循序緩存器301，將來自不同時(shí)域的數(shù)字信號同步化。因此，追隨1-時(shí)鐘起始延遲，在慢速振蕩信號BOS的每個(gè)時(shí)鐘沿后，區(qū)域同步化邏輯元件300會立即提供新的潛在位給輸出RNDUM上的隨機(jī)數(shù)。
現(xiàn)在回到圖4，其表示的是根據(jù)本發(fā)明的平衡邏輯元件400的方塊圖。平衡邏輯元件400具有數(shù)據(jù)緩存器401，其會接收由信號RNDUM所送出的隨機(jī)數(shù)的潛在位。取樣時(shí)鐘BOS會用來當(dāng)做數(shù)據(jù)緩存器401的時(shí)鐘，以循序地將潛在位送達(dá)平衡邏輯元件400。取樣時(shí)鐘BOS也會送到位計(jì)數(shù)器402與與邏輯元件404。數(shù)據(jù)緩存器401會產(chǎn)生栓鎖數(shù)據(jù)輸出RNDUMX，其會送到同位邏輯元件403及隨機(jī)位選擇緩沖器405的輸入IN。同位邏輯元件403具有奇同位輸出DIFF，其用來當(dāng)做與邏輯元件404的輸入。除此之外，位計(jì)數(shù)器402的偶輸出EVEN會送到與邏輯元件404的另一個(gè)輸入。
在工作時(shí)，數(shù)據(jù)緩存器401能使平衡邏輯元件400存取用于隨機(jī)數(shù)的一對潛在位，其會循序地由區(qū)域同步化邏輯元件300來產(chǎn)生，而當(dāng)做在慢速振蕩信號BOS的時(shí)域中的快速振蕩信號SOS2的樣本。信號RNDUM會提供第一潛在位的存取，而信號RNDUMX會提供第二潛在位的存取。在此對中的第一及第二潛在位會送到同位邏輯元件403。在一實(shí)施例中，同位邏輯元件403為逆反或邏輯門403。如果RNDUM及RNDUMX上的潛在位的邏輯狀態(tài)不同，則同位邏輯元件403會產(chǎn)生奇同位輸出DIFF。如果二個(gè)潛在位具有相同的邏輯狀態(tài)，則不會產(chǎn)生DIFF。
回憶平衡邏輯元件400的一個(gè)目的是檢查連續(xù)成對的潛在位，其由區(qū)域同步化邏輯元件300所產(chǎn)生。因此，位計(jì)數(shù)器402會用來產(chǎn)生用于BOS的每個(gè)偶數(shù)周期的信號EVEN，以及產(chǎn)生用于取樣時(shí)鐘BOS的每個(gè)奇數(shù)周期的信號ODD。因此，位計(jì)數(shù)器402的奇位輸出EVEN會用來當(dāng)做與門404的合格者，以確定潛在位以成對的方式進(jìn)行檢查，并且沒有潛在位接受超過一次。當(dāng)同位邏輯元件403真正做為潛在比特流上的滑動(dòng)2位同位窗口時(shí)，會使用EVEN輸出當(dāng)做與門404的合格者，以確定潛在位以成對的智能方式處理。在一實(shí)施例中，與邏輯元件404為與邏輯門404。
如果在此對潛在位中的二個(gè)位為不同的狀態(tài)，則此對中的第一位會從信號RNDUMX，經(jīng)由緩沖器405，而傳送到輸出RNDM。輸出RNDM用于隨機(jī)數(shù)的新接受位的狀態(tài)。因此，信號CLKRN會啟用，以表示接下來的邏輯為在RNDM上，可用新接受的位。
以上述的討論為基礎(chǔ)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯然可知，本發(fā)明包含另外的結(jié)構(gòu)，其可與已敘述的結(jié)構(gòu)完成相同的功能。例如，也可使用位計(jì)數(shù)器402的奇輸出ODD當(dāng)做與門404的合格者。此外，在一對潛在位中，也可接受第二個(gè)位當(dāng)做隨機(jī)數(shù)，而不是只有如已討論過的第一個(gè)位。
參照圖5，其表示的是在圖1的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器100中，并列轉(zhuǎn)換邏輯元件500的方塊圖。并列轉(zhuǎn)換邏輯元件500連接到平衡邏輯元件400，并且會接收信號RNDM及CLKRN。并列轉(zhuǎn)換邏輯元件500包括位計(jì)數(shù)器501及移位緩存器502。
工作時(shí)，當(dāng)已接受新的隨機(jī)數(shù)位時(shí)，平衡邏輯元件400會產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)位選通信號。通過所產(chǎn)生的信號RNDM，新的隨機(jī)位會送到移位緩存器502，并且通過CLKRN來傳送。位計(jì)數(shù)器501會計(jì)數(shù)選通的數(shù)目，而選通由CLKRN所產(chǎn)生。當(dāng)CLKRN已選通的次數(shù)與隨機(jī)數(shù)的大小相符時(shí)，則位計(jì)數(shù)器501表示總線RN[7∶0]上的新n位隨機(jī)數(shù)是可用的。在圖5所表示的實(shí)施例中，會使用8位計(jì)數(shù)器501及8位移位緩存器502，而將八個(gè)循序隨機(jī)數(shù)位轉(zhuǎn)換成并列的8位隨機(jī)數(shù)。雖然圖5的組件所表示的是8位隨機(jī)數(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯然可知，為了產(chǎn)生滿足其它應(yīng)用的要求的n位隨機(jī)數(shù)，本發(fā)明也包含其它的結(jié)構(gòu)。在圖5所表示的實(shí)施例中，總線RN[7∶0]上的信號狀態(tài)會改變?yōu)樾碌碾S機(jī)數(shù)位，而這些新的隨機(jī)數(shù)位會經(jīng)由緩存器502進(jìn)行移位，而送到總線RN[7∶0]上的位置，因此提供一種方法，通過此方法，可通過根據(jù)本發(fā)明的可變偏置發(fā)生器，使用來自總線RN[7∶0]的數(shù)個(gè)隨機(jī)數(shù)位，而使偏置信號BIAS變化。
回到圖6，其表示的是根據(jù)本發(fā)明的可變偏置發(fā)生器600的一實(shí)施例的詳細(xì)的方塊圖?？勺兤冒l(fā)生器600包括2位數(shù)字到模擬(D/A)轉(zhuǎn)換邏輯元件602及總和邏輯元件603。來自隨機(jī)數(shù)總線的RN[7∶0]的二個(gè)位RN0，RN1(如有關(guān)圖5所討論的)會用來當(dāng)做2位D/A轉(zhuǎn)換邏輯元件602的輸入。
2位D/A轉(zhuǎn)換邏輯元件602會將二個(gè)數(shù)字隨機(jī)數(shù)位RN0，RN1轉(zhuǎn)換成模擬電壓NSE，其會在邏輯零電壓及供應(yīng)的電源供應(yīng)電壓(亦即VDD)的百分之20(亦即VDD/5)之間變化。例如，在1.5伏特的系統(tǒng)中，如果RN0及RN1為1，則NSE的幅值約為200mV。當(dāng)RNO轉(zhuǎn)變成邏輯1時(shí)，NSE的值變成約為300mV。
因?yàn)殡S機(jī)數(shù)的數(shù)個(gè)數(shù)個(gè)位RN[1∶0]為連續(xù)地改變，所以NSE的值也會隨機(jī)地變化。因此總和邏輯元件603會將隨機(jī)變化的信號NSE與靜態(tài)模擬偏置信號601的值相加，而產(chǎn)生信號BIAS。偏置信號BIAS會送到隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的快速及慢速振蕩器，以使隨機(jī)位產(chǎn)生頻率及取樣頻率隨機(jī)地變化。如圖6所表示的實(shí)施例中，可預(yù)期的是，靜態(tài)模擬偏置信號601的幅值可由設(shè)計(jì)者所選擇的方法而產(chǎn)生，如藉由產(chǎn)生如圖1所表示的信號XRAY[2∶0]的邏輯電平。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯然可知，運(yùn)用D/A的可變偏置發(fā)生器600的想要實(shí)現(xiàn)的功能就是提供隨機(jī)變化的模擬電壓NSE，以加法的方式來調(diào)整固定偏置601，這會導(dǎo)致偏置信號BIAS在大約的某個(gè)固定點(diǎn)做變化。因此，2位D/A轉(zhuǎn)換邏輯元件602的LO與HI輸入，以及2位D/A轉(zhuǎn)換邏輯元件602的型式可根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)行簡單地修改，以適合其它實(shí)施例的要求。
圖7表示的是可變偏置發(fā)生器700的另一個(gè)實(shí)施例的方塊圖?？勺兤冒l(fā)生器700的另一個(gè)實(shí)施例包括三個(gè)P信道MOS組件P1、P2、P3，其以并聯(lián)的方式連接于N信道組件N1的漏極。靜態(tài)偏置信號XBIAS701會送到N1的柵極?？勺兤冒l(fā)生器700會接收由隨機(jī)數(shù)總線RN[7∶0]所取出的二個(gè)位RN0，RN1，其會經(jīng)由反相器703，702，而分別傳送到P信道組件P4，P5的柵極。P信道組件P4，P5的漏集分別耦接到P2及P3的源極。
在工作時(shí)，運(yùn)用組件的可變偏置發(fā)生器700會使用RN0及RN1的狀態(tài)，以隨機(jī)調(diào)整偏置信號BIAS的電壓，其會供應(yīng)給根據(jù)本發(fā)明的振蕩器，以產(chǎn)生它們相應(yīng)的振蕩信號的頻率。送到N信道組件N1的信號XBIAS的模擬電平，會決定供應(yīng)電壓VDD通過組件N1及P1的分壓。信號BIAS704為出現(xiàn)在組件N1的漏極的電壓。當(dāng)RN0，RN1處于邏輯0態(tài)時(shí)，組件P4及P5會關(guān)斷，因此可阻絕通過P信道組件P2及P3的任何的電流流動(dòng)。當(dāng)RN0處于邏輯1態(tài)時(shí)，組件P4會導(dǎo)通，于是會產(chǎn)生源極電流，通過組件P2，因此會使信號BIAS704的電位提高。同樣地，當(dāng)RN1處于邏輯1態(tài)時(shí)，組件P5會導(dǎo)通，于是會產(chǎn)生源極電流，通過組件P3，并且具有使信號BIAS的電位提高的效用。本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯然可知，因?yàn)镻信道組件P2及P3與組件P1為并聯(lián)，當(dāng)導(dǎo)通P2及/或P3時(shí)，將會導(dǎo)致信號BIAS704的電位增加，其會根據(jù)P2/P3的尺寸與P1的尺寸的比較。熟習(xí)者也將會了解到，組件N1及組件P1-P3的尺寸與特征可簡單地進(jìn)行調(diào)整，以使偏置信號BIAS704產(chǎn)生寬廣范圍的幅值，其將會滿足許多應(yīng)用的要求，其中本發(fā)明用來產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。
現(xiàn)在參照圖8，其表示的是根據(jù)本發(fā)明的慢速頻率變化邏輯元件800的方塊圖。回想在圖1中的討論，慢速頻率變化邏輯元件800(圖1中的組件107)可以是另外一種改變隨機(jī)性的方式，以改變慢速振蕩或是用以取樣的信號，即慢速振蕩信號BOS。慢速頻率變化邏輯元件800包括二個(gè)獨(dú)立的可變頻率振蕩器801，805。在一實(shí)施例中，可變頻率振蕩器801，805與有關(guān)圖1所討論的快速可變頻率振蕩器101相同，因此可節(jié)省設(shè)計(jì)?？勺冾l率振蕩器801，805會產(chǎn)生異步的振蕩輸出信號SOS0，SOS1，其會送到分頻邏輯元件802，806。來自分頻邏輯元件802，806中的每一個(gè)輸出DSOS0，DSOS1，用來當(dāng)做信號比較邏輯元件803的輸入。在一實(shí)施例中，信號比較邏輯元件803為逆反或邏輯元件元件803。信號比較邏輯元件803會輸出隨機(jī)變化的數(shù)字噪聲信號NOISE，其會送到慢速可變頻率振蕩器102。
隨機(jī)變化的數(shù)字噪聲信號NOISE的產(chǎn)生，通過比較二個(gè)獨(dú)立且異步的振蕩信號DSOSO，DSOS1而實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的一實(shí)施例包含逆反或邏輯的比較，其由信號比較邏輯803來實(shí)現(xiàn)。其中，如果信號DSOS0，DSOS1的邏輯狀態(tài)相同(亦即信號同為邏輯0或邏輯1)，則不會使信號NOISE啟用(亦即邏輯0)。如果信號DSOS0，DSOS1的邏輯狀態(tài)不同(亦即一個(gè)信號為邏輯0，而另一個(gè)信號為邏輯1)，則會使信號NOISE啟用(亦即邏輯1)。由信號比較邏輯803所實(shí)現(xiàn)的逆反或比較也可采用DOS0及DOS1的同位。當(dāng)信號DSOS0，DSOS1具有奇同位(亦即其為不同的邏輯狀態(tài))，則NOISE會設(shè)定成邏輯1。當(dāng)信號DSOS0，DS0S1具有偶同位(亦即其具有相同的邏輯狀態(tài))，則NOISE會設(shè)定成邏輯0。在圖8所表示的實(shí)施例中，二個(gè)振蕩信號DSOS0，DSOS1中的每一個(gè)，通過將可變頻率振蕩器801的輸出SOS0，SOS1進(jìn)行分頻而產(chǎn)生。在一實(shí)施例中，分頻邏輯組件802為除8的分頻器。在實(shí)施例中所使用的分頻邏輯組件802的系統(tǒng)響應(yīng)，與慢速可變頻率振蕩器102的系統(tǒng)響應(yīng)不同，以使符合慢速可變頻率振蕩器102的系統(tǒng)響應(yīng)的數(shù)字噪聲信號NOISE產(chǎn)生。有鑒于這個(gè)特點(diǎn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯然可知，實(shí)施例中的分頻邏輯組件802，不需使用獨(dú)立的可變頻率振蕩器801來符合慢速可變頻率振蕩器102的系統(tǒng)響應(yīng)。熟習(xí)者也將顯然可知，因?yàn)榭勺冾l率振蕩器801中的每一個(gè)為獨(dú)立工作，所以可使用奇同位或偶同位(亦即奇同位的補(bǔ)碼)的邏輯功能，以產(chǎn)生數(shù)字噪聲信號NOISE。此外，熟習(xí)者將會了解到，可變頻率振蕩器801不需相同。
回到圖9，其表示的是根據(jù)本發(fā)明的慢速可變頻率振蕩器的方塊圖。慢速可變頻率振蕩器900會產(chǎn)生取樣時(shí)鐘BOS，其會隨著隨機(jī)變化的模擬偏置信號BIAS及隨機(jī)變化的數(shù)字噪聲位NOISE的作用而變化。慢速可變頻率振蕩器900包括慢速環(huán)形振蕩器901，其會在頻率范圍中產(chǎn)生慢速振蕩信號BOS，此頻率范圍的特定頻率會根據(jù)所供應(yīng)的模擬信號FRQDRV的值而變化。為了產(chǎn)生FRQDRV，慢速可變頻率振蕩器900具有二個(gè)串聯(lián)的P信道組件P1，P2，其與另一個(gè)組件P3為并聯(lián)連接。模擬信號FRQDRV的幅值由組件P1-P3所導(dǎo)通的程度來決定。
回憶有關(guān)第1、6、以及7圖的較早的討論，信號BIAS為隨機(jī)變化的模擬電壓，其在大約的固定偏置點(diǎn)上進(jìn)行變化，因此會提供一個(gè)參考值，藉此，P2及P3會導(dǎo)通，以使模擬信號FRQDR能供應(yīng)可接受的幅值范圍給慢速環(huán)形振蕩器901。此外，回憶有關(guān)第1及8圖的討論，數(shù)字信號NOISE會隨機(jī)改變邏輯狀態(tài)。NOISE經(jīng)由低通濾波器而連接到P1的柵極，而低通濾波器由電阻R1及電容C1所組成。本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯然可知，本發(fā)明的某個(gè)實(shí)施例可使用另外的組件，來實(shí)現(xiàn)如表示于圖9中的組件R1及C1所提供的電阻及電容的效用。例如，在集成電路的實(shí)施例中，MOS組件可用來提供R1及C1的功能。低通濾波器R1，C1用來提供NOISE的邏輯轉(zhuǎn)態(tài)的變動(dòng)(slew)。因此，信號NOISE的轉(zhuǎn)態(tài)可通過使流經(jīng)P1的電流變化，而用來使在送到慢速環(huán)形振蕩器901的可接受范圍中的FRQDRV幅值隨機(jī)地提高及降低。本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯然可知，因?yàn)榇?lián)的P信道組件P1及P2與組件P3并聯(lián)，流經(jīng)P1的電流程度將用來決定基于P1-P3的尺寸的FRQDRV的幅值。熟習(xí)者也將會了解到，組件P1-P3的尺寸與特征可簡單地進(jìn)行調(diào)整，以產(chǎn)生寬廣范圍的幅值，其將會符合許多慢速環(huán)形振蕩器901的要求，而許多慢速環(huán)形振蕩器901用于本發(fā)明的范圍內(nèi)，用以產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。
本發(fā)明現(xiàn)今已討論過的組件，會經(jīng)由使獨(dú)立產(chǎn)生且異步的振蕩信號SOS2，BOS的頻率隨機(jī)變化，而用來產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。特定1.5伏特CMOS微電路實(shí)施例中的細(xì)節(jié)，現(xiàn)將配合第10及11圖進(jìn)行討論。
參照圖10，其表示的是當(dāng)模擬偏置信號BIAS的許多電平作用時(shí)，快速振蕩信號SOS_的一個(gè)例子的周期(SOS_PERIOD)及頻率(SOS_FREQUENCY)的表1000。有關(guān)隨機(jī)位產(chǎn)生信號SOS2及異步振蕩信號SOS0，SOS1的快速振蕩信號SOS_，用來產(chǎn)生隨機(jī)噪聲位NOISE。這樣的信號根據(jù)本發(fā)明的快速可變頻率振蕩器101，以及在慢速可變頻率邏輯元件800中的類似的可變頻率振蕩器801所供應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的可變偏置發(fā)生器108，600，700，可使用固定偏置信號XRAY[2∶0]的邏輯狀態(tài)來設(shè)定BIAS的值，如先前有關(guān)第1、6、以及7圖的討論。
關(guān)于表示于圖10中的實(shí)施例，快速可變頻率振蕩器101及可變頻率振蕩器801會使用范圍從766mV到509mV的BIAS電壓，以產(chǎn)生頻率范圍從大約500MHz到870MHz的振蕩信號S0S2、SOS0、SOS1?；貞浻嘘P(guān)第1、6、以及7圖的討論，當(dāng)隨機(jī)數(shù)的數(shù)個(gè)位改變隨機(jī)數(shù)總線RN[7∶0]的狀態(tài)時(shí)，信號BIAS的電平可在極端點(diǎn)內(nèi)隨機(jī)地變化。
現(xiàn)在參照第11圖，其表示的是當(dāng)模擬偏置信號BIAS的許多電平，因?yàn)殡S機(jī)變化的數(shù)字噪聲位NOISE的不同的邏輯狀態(tài)而作用時(shí)，慢速振蕩信號BOS的一個(gè)例子的周期(BOS PERIOD)及頻率(BOS FREQUENCY)的表1100。有關(guān)取樣時(shí)鐘信號BOS的慢速振蕩信號BOS，由根據(jù)本發(fā)明的慢速可變頻率振蕩器102所供應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的可變偏置發(fā)生器108，600，700，可使用固定偏置信號XRAY[2∶0]的邏輯狀態(tài)來設(shè)定BIAS的值，如先前有關(guān)第1、6、以及7圖的討論。
關(guān)于表示于第11圖中的實(shí)施例，慢速可變頻率振蕩器102會使用范圍從766mV到509mV的BIAS電壓，以產(chǎn)生頻率范圍從大約22MHz到63MHz的取樣時(shí)鐘BOS?；貞浻嘘P(guān)第1、6、以及7圖的討論，當(dāng)隨機(jī)數(shù)的數(shù)個(gè)位改變隨機(jī)數(shù)總線RN[7∶0]的狀態(tài)時(shí)，信號BIAS的電平可在極端點(diǎn)內(nèi)隨機(jī)地變化，其表示于表1100中。參考圖8的討論，敘述如何產(chǎn)生數(shù)字噪聲位NOISE，以提供取樣時(shí)鐘頻率的進(jìn)一步的隨機(jī)變化。
為了能了解本發(fā)明的內(nèi)容，有關(guān)第10-11圖所討論的例子只做為舉例之用。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯然可知，有關(guān)第10-11圖所討論的內(nèi)容并非限制本發(fā)明的由于偏置電壓及其相對應(yīng)產(chǎn)生的頻率所包含的應(yīng)用的范圍。
雖然本發(fā)明及其目的、特征、以及優(yōu)點(diǎn)已詳細(xì)敘述，但是本發(fā)明也可包含其它的實(shí)施例。例如，雖然本發(fā)明以隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的內(nèi)容表示，而用于如微處理器的集成電路中，但是本發(fā)明的范圍可超出這樣的表示?？深A(yù)期的是，本發(fā)明包含應(yīng)用及實(shí)施例，其中在此所討論的組件可具體實(shí)施為獨(dú)立組件，或?yàn)楦糸_組件之間的分離電路。
除此之外，雖然在此所敘述的振蕩器已表示為環(huán)形振蕩器，但是也可以使用其它的振蕩器技術(shù)。在今日的微電子學(xué)中，通常會使用環(huán)形振蕩器技術(shù)來產(chǎn)生時(shí)鐘信號，但是不應(yīng)該認(rèn)為的是，這些組件只能使用在此所敘述的振蕩器的實(shí)施例的方法。事實(shí)上，本發(fā)明的范圍可擴(kuò)展到任何的手段或方法，藉此，異步振蕩信號可獨(dú)立產(chǎn)生，并且其頻率可在上述的限制中變化及使用。
此外，本發(fā)明已在內(nèi)容中表示快速位產(chǎn)生振蕩信號的范圍是從500MHz到1GHz，而取樣振蕩信號的范圍是從大約20MHz到65MHz。這樣的實(shí)施例只用來教導(dǎo)本發(fā)明在熟知的應(yīng)用區(qū)域中。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯然可知，本發(fā)明中的組件的頻率范圍可擴(kuò)展或下降，用以在符合除了在此討論外的其它的應(yīng)用要求的速率時(shí)，產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。使用二個(gè)獨(dú)立產(chǎn)生及異步的振蕩信號之間的同位，以產(chǎn)生數(shù)字噪聲位，其用來使用于隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的取樣時(shí)鐘進(jìn)行進(jìn)一步的變化，以使設(shè)計(jì)者能實(shí)現(xiàn)更寬廣范圍的頻率，在隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中可實(shí)現(xiàn)的頻率使用變化技術(shù)，如來自電阻的熱噪聲。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該顯然可知，其能很容易地使用公開的觀念及特定的實(shí)施例，當(dāng)做設(shè)計(jì)或修改其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，用以完成本發(fā)明的相同目的，并且在此所進(jìn)行的各種各樣的改變、取代及變化，不脫離所提出的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神及范圍。
權(quán)利要求
1.一種隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的頻率變化裝置，包括一頻率變化邏輯元件，其組成用以產(chǎn)生一噪聲信號，該噪聲信號對應(yīng)于二個(gè)獨(dú)立且異步的振蕩信號的一邏輯比較；以及一慢速可變頻率振蕩器，連接到該頻率變化邏輯元件，其組成用以接收該噪聲信號，并且其組成根據(jù)該噪聲信號，而改變該隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的一取樣頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的頻率變化裝置，其中該慢速可變頻率振蕩器通過在該取樣頻率時(shí)，對一快速振蕩信號進(jìn)行取樣，而串行地產(chǎn)生用于一多重位隨機(jī)數(shù)的多個(gè)潛在位。
3.如權(quán)利要求2所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的頻率變化裝置，其中該取樣頻率會變化，以增加該些潛在位的隨機(jī)性。
4.如權(quán)利要求1所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的頻率變化裝置，其中對二個(gè)獨(dú)立且異步的振蕩信號的該邏輯比較為逆反或邏輯比較。
5.如權(quán)利要求1所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的頻率變化裝置，其中該噪聲信號的一種邏輯狀態(tài)會指示該慢速可變頻率振蕩器，使該取樣頻率變化成一最小取樣頻率，而其中該噪聲信號的另一種邏輯狀態(tài)會指示該慢速可變頻率振蕩器，使該取樣頻率變化成一最大取樣頻率。
6.如權(quán)利要求5所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的頻率變化裝置，其中該最小取樣頻率及該最大取樣頻率，根據(jù)來自一外部來源的送到該慢速可變頻率振蕩器的一模擬偏置信號而決定。
7.如權(quán)利要求6所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的頻率變化裝置，其中該模擬偏置信號為一隨機(jī)變化的信號。
8.如權(quán)利要求5所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的頻率變化裝置，其中該慢速可變頻率振蕩器包括一低通濾波器，其組成用以改變該噪聲信號的一第一變動(dòng)，而導(dǎo)致相對應(yīng)的改變該取樣頻率的一第二變動(dòng)。
9.如權(quán)利要求1所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的頻率變化裝置，其中該頻率變化邏輯元件包括二個(gè)環(huán)形振蕩器，其組成用以產(chǎn)生該二個(gè)獨(dú)立且異步的振蕩信號。
10.如權(quán)利要求1所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的頻率變化裝置，其中該頻率變化邏輯元件包括一第一振蕩器及一第二振蕩器，用以產(chǎn)生一第一時(shí)鐘信號及一第二時(shí)鐘信號；一第一分頻器，用以接收該第一時(shí)鐘信號，并且用以降低該第一時(shí)鐘信號的一第一頻率，其中該第一分頻器的一第一輸出包括該二個(gè)獨(dú)立且異步的振蕩信號中的第一個(gè)信號；以及一第二分頻器，用以接收該第二時(shí)鐘信號，并且用以降低該第二時(shí)鐘信號的一第二頻率，其中該第二分頻器的一第二輸出包括該二個(gè)獨(dú)立且異步的振蕩信號中的第二個(gè)信號。
11.如權(quán)利要求1所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的頻率變化裝置，其中該頻率變化邏輯元件包括一同位邏輯元件，用以估算該同位，其中該同位邏輯元件的一輸出會產(chǎn)生該噪聲信號。
12.如權(quán)利要求11所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的頻率變化裝置，其中該同位邏輯元件為一逆反或邏輯組件。
13.一種用于集成電路中的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置，包括一快速振蕩器，其組成用以在一第一頻率時(shí)，產(chǎn)生一快速振蕩信號；一慢速振蕩器，其組成用以在一第二頻率時(shí)，產(chǎn)生一慢速振蕩信號，其中該慢速振蕩信號用來對該快速振蕩信號進(jìn)行取樣，以產(chǎn)生用于一隨機(jī)數(shù)的多個(gè)位，并且其中該慢速振蕩信號會根據(jù)一噪聲信號，而使該第二頻率變化；以及一頻率變化邏輯元件，連接到該慢速振蕩器，其組成用以產(chǎn)生該噪聲信號，其中該噪聲信號會根據(jù)二個(gè)獨(dú)立的振蕩信號的一逆反或邏輯比較而變化。
14.如權(quán)利要求13所述的用于集成電路中的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置，其中該噪聲信號的一第一狀態(tài)會指示該慢速振蕩器，使該第二頻率變化成一最小第二頻率，而其中該噪聲信號的另一種邏輯狀態(tài)會指示該慢速振蕩器，使該第二頻率變化成一最大第二頻率。
15.如權(quán)利要求14所述的用于集成電路中的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置，其中該最小第二頻率及該最大第二頻率，根據(jù)送到該慢速振蕩器的一偏置信號而設(shè)定。
16.如權(quán)利要求13所述的用于集成電路中的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置，其中該慢速振蕩器包括一低通濾波器，其組成用以調(diào)整該噪聲信號，藉此該第二頻率在一速率時(shí)的變化會比一噪聲信號變動(dòng)率慢。
17.如權(quán)利要求13所述的用于集成電路中的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置，其中該頻率變化邏輯元件包括一第一環(huán)形振蕩器及一第二環(huán)形振蕩器，其組成用以產(chǎn)生該二個(gè)獨(dú)立振蕩信號。
18.如權(quán)利要求13所述的用于集成電路中的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置，其中該頻率變化邏輯元件包括一第一振蕩器及一第二振蕩器，用以產(chǎn)生一第一時(shí)鐘信號及一第二時(shí)鐘信號；一第一分頻器，用以接收該第一時(shí)鐘信號，并且用以分頻該第一時(shí)鐘信號的一第一頻率，其中該第一分頻器的一第一輸出包括該二個(gè)獨(dú)立的振蕩信號中的第一個(gè)信號；以及一第二分頻器，用以接收該第二時(shí)鐘信號，并且用以分頻該第二時(shí)鐘信號的一第二頻率，其中該第二分頻器的一第二輸出包括該二個(gè)獨(dú)立的振蕩信號中的第二個(gè)信號。
19.如權(quán)利要求13所述的用于集成電路中的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置，其中該頻率變化邏輯元件包括一同位邏輯元件，用以執(zhí)行該逆反或邏輯比較，其中該同位邏輯元件的一輸出包括該噪聲信號。
20.一種位產(chǎn)生系統(tǒng)，用于一隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中，該位產(chǎn)生系統(tǒng)包括一第一振蕩信號，由一第一振蕩器產(chǎn)生，并且其組成在一第一頻率振蕩；一第二振蕩信號，由一第二振蕩器產(chǎn)生，并且其組成系在一第二頻率振蕩，其中該第二頻率根據(jù)一噪聲信號而變化；一同步化邏輯元件，連接到該第一振蕩信號及該第二振蕩信號，其組成以與該第二頻率成比例的一速率，串行地產(chǎn)生用于一隨機(jī)數(shù)的多個(gè)位；一第三振蕩信號及一第四振蕩信號，其組成用以在一第三頻率及一第四頻率時(shí)，獨(dú)立地進(jìn)行振蕩；以及一同位邏輯元件，連接到該第三振蕩信號及該第四振蕩信號，用以產(chǎn)生該噪聲信號，該噪聲信號基于符合該第三振蕩信號及該第四振蕩信號的邏輯狀態(tài)的一逆反或邏輯比較。
21.如權(quán)利要求20所述的位產(chǎn)生系統(tǒng)，其中該噪聲信號會指示該第二振蕩器，使該第二頻率在一最小頻率與一最大頻率之間進(jìn)行變化，其中該最小頻率與該最大頻率由一模擬偏置信號而決定。
22.如權(quán)利要求20所述的位產(chǎn)生系統(tǒng)，其中該慢速振蕩器包括一低通濾波器，其組成用以改變該噪聲信號，藉此會使該第二頻率在一第二速率時(shí)的變化會比該噪聲信號在一第一速率時(shí)的變化慢。
23.如權(quán)利要求20所述的位產(chǎn)生系統(tǒng)，其中該頻率變化邏輯元件包括一第一環(huán)形振蕩器及一第二環(huán)形振蕩器，其組成用以產(chǎn)生該第三振蕩信號及該第四振蕩信號。
24.如權(quán)利要求20所述的位產(chǎn)生系統(tǒng)，其中該頻率變化邏輯元件包括一第一振蕩器及一第二振蕩器，用以產(chǎn)生一第一時(shí)鐘信號及一第二時(shí)鐘信號；一第一分頻器，用以接收該第一時(shí)鐘信號，并且用以分頻該第一時(shí)鐘信號的一第一頻率，以產(chǎn)生該第三振蕩信號；以及一第二分頻器，用以接收該第二時(shí)鐘信號，并且用以分頻該第二時(shí)鐘信號的一第二頻率，以產(chǎn)生該第四振蕩信號。
25.如權(quán)利要求20所述的位產(chǎn)生系統(tǒng)，其中該同位邏輯元件為一逆反或邏輯組件。
全文摘要
一種頻率變化裝置，用于運(yùn)用硬件的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中。頻率變化裝置包括取樣頻率變化邏輯元件及取樣頻率振蕩器。取樣頻率變化邏輯元件會產(chǎn)生噪聲信號，其對應(yīng)于二個(gè)獨(dú)立且異步的振蕩信號的同位。取樣頻率振蕩器連接到取樣頻率變化邏輯元件。取樣頻率振蕩器會接收噪聲信號，并且會根據(jù)噪聲信號，而使隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的取樣頻率變化。
文檔編號H03B29/00GK1425977SQ0215037
公開日2003年6月25日 申請日期2002年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月14日
發(fā)明者詹姆士R·倫德貝爾格 申請人:智權(quán)第一公司