CN103066956A - 一种真随机数随机三角波发生方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种真随机数随机三角波发生方法及装置,包括三角波发生器,高频振荡器,异或逻辑以及同步/分频器。由高频振荡器产生高频振荡信号,将所述高频振荡信号进行同步异或处理,所述同步异或处理包括同步处理和异或处理;将同步异或处理后的信号输出到所述三角波发生器,控制所述三角波发生器产生真随机数随机三角波。本发明的一种真随机数随机三角波发生方法及装置,用低速时钟信号对高速时钟信号进行采样,产生真随机数,该真随机数输入到同步器/分频器中,三角波发生器发出的同步信号以整开关周期对该真随机数进行采样,防止产生波形发生畸变的三角波。真随机数采样信号随后用来控制三角波发生器中充放电电容的接入和断开,使三角波发生器的频率产生变化,达到频谱扩展与EMI噪声抑制的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种真随机数随机三角波发生方法及装置,尤其涉及一种采用分立器件实现的、随机特性优异的三角波发生方法及装置。
背景技术
在汽车、航空、航天等工作环境恶劣的条件下,对器件的可靠性要求高,开关电源集成控制芯片的质量等级有时满足不了应用要求,故需采用高质量等级的基础半导体器件,如三极管、二极管、比较器、运算放大器及通用逻辑器件等组建开关电源的控制器。
脉冲宽度调制是当前开关电源控制中最常用的控制方法,其利用固定频率的三角波或锯齿波信号与误差运算结果信号进行比较产生PWM信号,通过驱动电路驱动开关电源中的高频开关管实现对电源的调制。相对锯齿波调制,三角波调制具有双边调制功能,带宽和控制精度提高,采用高线性度三角波调制,能实现对高频三极管的精确控制。随机脉宽调制技术能够在一定频率范围内随机改变三角波的频率,实现频谱扩展,降低EMI水平。
发明内容
本发明解决的技术问题是:构建一种真随机数随机三角波发生方法及装置, 克服现有技术随机三角波发生方法及装置随机特性不好的技术问题。
本发明的技术方案是:构建一种真随机数随机三角波发生方法,包括三角波发生器,所述真随机数随机三角波发生方法包括如下步骤:
产生高频振荡信号:产生高频振荡信号;
高频振荡信号进行同步异或处理:将所述高频振荡信号进行同步异或处理,所述同步异或处理包括同步处理和异或处理;
产生三角波:将同步异或处理后的信号输出到所述三角波发生器,控制所述三角波发生器产生真随机数随机三角波。
本发明的进一步技术方案是:在高频振荡信号进行同步异或处理步骤中,将高频振荡信号进行同步处理后再进行异或处理。
本发明的进一步技术方案是:在高频振荡信号进行同步异或处理步骤中,将高频振荡信号进行异或处理后再进行同步处理。
本发明的技术方案是:构建一种真随机数随机三角波发生装置,包括高频振荡器、同步异或单元、三角波发生器,所述高频振荡器产生的高频振荡信号经同步异或单元后输出到所述三角波发生器产生三角波,所述同步异或单元包括同步器和异或门。
本发明的进一步技术方案是:所述高频振荡器为多组,所述多组高频振荡器产生的高频振荡信号经同步异或单元后输出到所述三角波发生器产生三角波,
本发明的进一步技术方案是:所述高频振荡器的高频振荡信号经所述异或门异或后输出到所述同步器进行同步处理。
本发明的进一步技术方案是:所述高频振荡器的高频振荡信号经所述同步器进行同步处理后输出到所述异或门进行异或处理。
本发明的进一步技术方案是:所述高频振荡器为三门振荡器,包括NAND门U402、NAND门U403、NAND门U404、电阻R413、电阻R414、电容C402,所述NAND门U402、NAND门U403、NAND门U404依次串联,所述电阻R413一端接所述NAND门U402的输入端,另一端接所述电容C402的一端及电阻R414的一端,所述电容C402的另一端接所述NAND门U403的输出端和所述NAND门U404的输入端,所述电阻R414的另一端接所述NAND门U404的输出端。
本发明的进一步技术方案是:所述同步器为D触发器。
本发明的进一步技术方案是:所述异或门包括异或门U410、异或门U411、异或门U412、异或门U413,所述异或门U411和所述异或门U412的输出端分别接所述异或门U413的两个输入端,所述异或门U410的输出端接所述异或门U411的一个输入端和所述异或门U412的一个输入端,所述异或门U410的一个输入端与所述异或门U411的另一个输入端连接,所述异或门U410的另一个输入端与所述异或门U412的另一个输入端连接。
本发明的进一步技术方案是:所述异或门处理后的信号经所述同步器再次进行同步处理。
本发明的进一步技术方案是:所述三角波发生器包括充放电电路,所述充放电电路包括三极管Q406、电容C404、电容C401,所述三极管Q406的发射极连接所述电容C404,所述电容C404和所述三极管Q406构成的支路与所述电容C401并联,所述三极管Q406的基极接所述同步异或单元输出的信号。
本发明的技术效果是:构建一种真随机数随机三角波发生方法及装置,包括三角波发生器,由高频振荡器产生高频振荡信号,将所述高频振荡信号进行同步异或处理,所述同步异或处理包括同步处理和异或处理;将同步异或处理后的信号输出到所述三角波发生器,控制所述三角波发生器产生真随机数随机三角波。本发明的一种真随机数随机三角波发生方法及装置,用低速时钟信号对高速时钟信号进行采样,产生真随机数, 以整开关周期对随机数进行同步,防止产生波形发生畸变的三角波。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明一种实施方式的结构示意图。
图3为本发明另一种实施方式的结构示意图。
图4为本发明三角波发生器工作原理图。
图5为本发明单点随机的随机三角波发生器结构示意图。
图6为本发明单点随机的随机三角波发生器仿真波形图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,对本发明技术方案进一步说明。
如图1所示,本发明的具体实施方式是:构建一种真随机数随机三角波发生方法,包括三角波发生器,所述真随机数随机三角波发生方法包括如下步骤:
步骤100:产生高频振荡信号,即:由高频振荡器产生高频振荡信号。本发明具体实施过程中,所述高频振荡信号为多组。
步骤200:高频振荡信号进行同步异或处理,即:将所述高频振荡信号进行同步异或处理,所述同步异或处理包括同步处理和异或处理。
步骤300:产生三角波,即:将同步异或处理后的信号输出到所述三角波发生器,控制所述三角波发生器产生真随机数随机三角波。
本发明的具体实施过程如下:由高频振荡器产生高频振荡信号。本发明具体实施过程中,所述高频振荡信号为多组。将所述高频振荡信号进行同步异或处理,所述同步异或处理包括同步处理和异或处理。所述高频振荡信号经异或处理后,产生随机特性更为优异的随机信号,所述高频振荡信号在同步处理过程中,实现了采用低频信号对高频信号的采样,产生了真随机数。同步后的输出信号输出到三角波发生器中,用来控制三角波发生器充放电电路中电容的并入与断开,从而实现了随机三角波发生器。具体实施例中,在高频振荡信号进行同步异或处理步骤中,将高频振荡信号进行同步处理后再进行异或处理。或者,在高频振荡信号进行同步异或处理步骤中,将高频振荡信号进行同步处理后再进行异或处理。
如图2所示,本发明的具体实施方式是:构建一种真随机数随机三角波发生装置,包括高频振荡器101、同步异或单元105、三角波发生器104,所述高频振荡器101产生的高频振荡信号经同步异或单元105后输出到所述三角波发生器104产生三角波,所述同步异或单元105包括同步器103和异或门102。
如图2所示,本发明的具体实施过程是:高频振荡器101产生高频振荡信号后输出到所述同步异或单元105,高频振荡信号经同步异或单元105同步异或处理后输出到所述三角波发生器104产生三角波。具体实施例中,高频振荡器101共有多组,图示中为X组,这X组高频振荡器101产生的高频振荡信号经异或门102异或后,产生随机特性更为优异的随机信号,输入到同步器103中。同步器103主要由D触发器构成,D触发器的输入为异或的输出信号,为高频随机信号,D触发器的时钟为三角波发生器104所产生的与三角波同相的方波信号。因此,在同步器103中,实现了采用低频信号对高频信号的采样,产生了真随机数。同步器103的输出信号输出到三角波发生器104中,用来控制三角波发生器104中充放电电路中电容的并入与断开,从而实现了随机三角波的产生。
如图2所示,X组高频振荡器201的输出首先输入到异或门102中,经异或处理后,输入到同步器103中进行同步处理。同步处理的信号用来控制三角波发生器104中充放电电路中电容的并入与断开,从而实现了随机三角波的产生。如图3所示,X组高频振荡器201的输出首先输入到同步器202中,经同步器202输出到异或门203,经异或后产生一个信号,用来控制三角波发生器204中第二个电容的并入与断开,从而实现了随机三角波发生器。
如图4所示,在三角波发生器工作原理图中,其中PNP型三极管Q301和PNP三极管Q302构成电流镜CM301,NPN型三极管Q303和NPN型三极管Q304构成电流镜CM302,为了实现更精确的电流控制,三极管Q301和三极管Q302、三极管Q303和三极管Q304需要一致性很好,采用封装在一起的对管。电路中还包括电源B301、电阻R301、电阻R302、电阻R303、电阻R305、电阻R306和电阻R307、二极管D301、二极管D302、比较器U301,实现三角波产生过程中的充放电。三极管Q305、电阻R308、电阻R309、电阻R310、电阻R311和电阻R312构成电流转换电路,用来控制三角波的峰值和谷值电平。电容C301是三角波发生电路的执行器件,通过对电容C301的充、放电产生三角波。在三角波发生器中,三极管Q301和三极管Q303分别为电流镜CM301和CM302中接成二极管形式的三极管,起到电流基准的作用。在图4中,电流镜CM302决定了三角波发生器104中电容的放电电流,电流镜CM301中流过的电流与电流镜CM302中流过电流的差决定了电容的充电电流。
在零时刻,电容cC301上的电压为零,比较器uU301反相输入端电压为零,B301电源上的电压经电阻R308、电阻R309接三极管Q305的基极,三极管Q305导通,此时比较器U301同相输入端的电压为电源B301的电压经电阻R310、电阻R311与电阻R312分压后的电压,因此比较器U301输出为高,此时二极管D301截止,由电流镜CM301和CM302的电流之差对电容C301充电。当电容C1两端的电压逐步升高,并使比较器U301反相输入端电压高于比较器U301的同相输入端电压时,此时比较器U301输出低电平,三极和Q2截止,比较器U301同相输入端电压为电源B301电压经R311与R312分压后的电压。此时电流镜CM301的电流经电阻R302、三极管Q302、二极管D301、比较器U301的输出端到地,二极管D302中没有电流,电容C301经R305、Q304、R307以恒定电流放电。
如图5所示,所述高频振荡器为三门振荡器,包括NAND门U402、NAND门U403、NAND门U404、电阻R413、电阻R414、电容C402,所述NAND门U402、NAND门U403、NAND门U404依次串联,所述电阻R413一端接所述NAND门U402的输入端,另一端接所述电容C402的一端及电阻R414的一端,所述电容C402的另一端接所述NAND门U403的输出端和所述NAND门U404的输入端,所述电阻R414的另一端接所述NAND门U404的输出端。NAND门U402、NAND门U403、NAND门U404与电阻R413、电阻R414、电容C402一起构成三门振荡器OSC401。同样,NAND门U405、NAND门U406、NAND门U407与电阻R415、电阻R416、电容C403一起构成三门振荡器OSC402。触发器U408、触发器U409构成同步器SYNC401,其主要作用是用比较器U401输出的方波信号对高频振荡器的输出进行采样,构成真随机数发生器。异或门U410、异或门U411、异或门U412异或门U413构成异或门XOR401,其主要作用是将两个真随机信号进行异或,以得到随机特性更好的真随机数发生器。同步器U414为异或门输出的同步,所述异或门XOR401处理后的信号经所述同步器U414再次进行同步处理,其主要作用是减少异或门输出的毛刺。三极管Q406与电容C404构成的支路与电容C401并联在一起,构成随机三角波发生器的执行元件,当三极管Q406的基极为高电平时,三极管Q406导通,执行元件的电容值相当于将电容C401和电容C404并联在一起,为二者之和,此时三角波的开关频率下降。当三极管Q406的基极为低电平时,三极管Q406截止,此时执行元件只有电容C401,开关频率上升。图6为采用真随机数,实现单点随机的随机三角波发生器仿真波形。
本发明的一种真随机数随机三角波发生方法及装置,包括三角波发生器,由高频振荡器产生高频振荡信号,将所述高频振荡信号进行同步异或处理,所述同步异或处理包括同步处理和异或处理;将同步异或处理后的信号输出到所述三角波发生器,控制所述三角波发生器产生真随机数随机三角波。本发明的一种真随机数随机三角波发生方法及装置,用低速时钟信号对高速时钟信号进行采样,产生真随机数, 以整开关周期对随机数进行同步,防止产生波形发生畸变的三角波。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种真随机数随机三角波发生方法,包括三角波发生器,所述真随机数随机三角波发生方法包括如下步骤:
产生高频振荡信号:产生高频振荡信号;
高频振荡信号进行同步异或处理:将所述高频振荡信号进行同步异或处理,所述同步异或处理包括同步处理和异或处理;
产生三角波:将同步异或处理后的信号输出到所述三角波发生器,控制所述三角波发生器产生真随机数随机三角波。
2.根据权利要求1所述真随机数随机三角波发生方法,其特征在于,在高频振荡信号进行同步异或处理步骤中,将所述高频振荡信号进行同步处理后再进行异或处理。
3.根据权利要求1所述真随机数随机三角波发生方法,其特征在于,在高频振荡信号进行同步异或处理步骤中,将多组高频振荡进行异或处理后再进行同步处理。
4.一种真随机数随机三角波发生装置,其特征在于,包括高频振荡器、同步异或单元、三角波发生器,所述高频振荡器产生的高频振荡信号经同步异或单元后输出到所述三角波发生器产生三角波,所述同步异或单元包括同步器和异或门。
5.根据权利要求4所述真随机数随机三角波发生装置,其特征在于,所述高频振荡器为多组,所述多组高频振荡器产生的高频振荡信号经同步异或单元后输出到所述三角波发生器产生三角波。
6.根据权利要求4或5所述真随机数随机三角波发生装置,其特征在于,所述高频振荡器的高频振荡信号经所述异或门异或后输出到所述同步器进行同步处理。
7.根据权利要求4或5所述真随机数随机三角波发生装置,其特征在于,所述高频振荡器的高频振荡信号经所述同步器进行同步处理后输出到所述异或门进行异或处理。
8.根据权利要求4所述真随机数随机三角波发生装置,其特征在于,所述高频振荡器为三门振荡器,包括NAND门U402、NAND门U403、NAND门U404、电阻R413、电阻R414、电容C402,所述NAND门U402、NAND门U403、NAND门U404依次串联,所述电阻R413一端接所述NAND门U402的输入端,另一端接所述电容C402的一端及电阻R414的一端,所述电容C402的另一端接所述NAND门U403的输出端和所述NAND门U404的输入端,所述电阻R414的另一端接所述NAND门U404的输出端。
9.根据权利要求4所述真随机数随机三角波发生装置,其特征在于,所述异或门包括异或门U410、异或门U411、异或门U412、异或门U413,所述异或门U411和所述异或门U412的输出端分别接所述异或门U413的两个输入端,所述异或门U410的输出端接所述异或门U411的一个输入端和所述异或门U412的一个输入端,所述异或门U410的一个输入端与所述异或门U411的另一个输入端连接,所述异或门U410的另一个输入端与所述异或门U412的另一个输入端连接。
10.根据权利要求4所述真随机数随机三角波发生装置,其特征在于,所述三角波发生器包括充放电电路,所述充放电电路包括三极管Q406、电容C404、电容C401,所述三极管Q406的发射极连接所述电容C404,所述电容C404和所述三极管Q406构成的支路与所述电容C401并联,所述三极管Q406的基极接所述同步异或单元输出的信号。
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Legal Events
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GR01 | Patent grant |