CN106814991A - 基于rram的无偏真随机数生成方法和生成器 - Google Patents

Abstract

本发明公布了基于阻变存储器RRAM的无偏真随机数生成方法及生成器。将两个RRAM通过并联方式连接，使得阻变电压同时施加在两个RRAM上，两个RRAM均处于高阻态且阻值不同；或通过串联方式连接，使得阻变电压通过分压方式落在两个RRAM上，控制施加的阻变电压的大小为单个RRAM的阻变电压的2倍，使得两个RRAM的阻值分别处于高阻和低阻的随机状态；然后，方案A为交替施加正负不同的读取电压；方案B为将产生的信号再接入零位比较器并将两个零位比较器的输出端一起接入选择器，同时添加一个周期的时钟信号作为选择信号，交替输出两个零位比较器的结果。本发明在保证产生无偏性真随机数的同时，操作简单易行，实用性强。

Description

基于RRAM的无偏真随机数生成方法和生成器

技术领域

本发明涉及信息科学技术领域，具体涉及基于阻变存储器(RRAM)的无偏真随机数生成方法以及生成器电路实现。

背景技术

随机数在信息科学技术领域有着重要的应用。一方面随着信息化时代的到来，信息安全已经越来越受到人们的重视，因此，具有高质量的、破译难度较大的加密方法，已成为国内外的研究热点，而大多数加密算法中，随机数都是一个举足轻重的要素。在此背景下，随机数生成器得到了广泛的关注和应用。另一方面，真随机数在蒙特卡洛模拟、随机过程建模等数学、仿真方法中也有着广泛的应用。因此对随机数生成器的研究从未中止过，而且愈演愈烈。特别是真随机数，由于其具有不可重复性、不可预测性等优点，受到了国内外学者的广泛重视。

为了产生真正的随机数，一个真随机数生成器必须有内在的随机的物理现象作为支撑。RRAM，即阻变存储器，作为一种新型存储器，可以在外加电压的激励下实现自身阻值在高阻和低阻之间的转变，其中，通过施加正向电压使得RRAM由高阻态转变为低阻态的过程被称为Set过程，而通过施加反向电压使得RRAM由低阻态转变为高阻态的过程被称为Reset过程。作为备受关注的新型存储器的一员，RRAM在很多方面都有着得天独厚的优势，如高集成度、良好的CMOS兼容性、非挥发性、良好的保持特性、能实现多位存储和易于三维集成等。其中，在应用于随机数产生电路方面，RRAM也有着诸多本证的优势，如本身随机的阻变过程，操作速度快等等。

另外，即使对于同一个RRAM，器件本身Set和Reset过程所需电压也有着统计上的涨落性。因此，有研究者据此通过施加统计意义上的Set或是Reset电压的中位数来实现随机的Set或Reset过程，进而得到随机的RRAM阻态，从而对应到随机的逻辑“1”和“0”。此种方法虽然利用了RRAM本身阻变过程的随机性，但是由于RRAM在使用过程中器件的性能会产生一定程度的退化，这会导致统计意义上的阻变电压的中位数会随着器件的使用而发生变化，进而导致此种方法得到的随机数并不是无偏的甚至根本不随机。于是，有研究者在此基础上利用一组RRAM器件来实现真随机数的生成器。具体方式一般为利用两个RRAM在Set或是Reset之后的分压得到一个随机的中间电压，由于两个RRAM在同时Set或是Reset之后的阻值相对大小是随机的，因此分压之后得到的中间电压的大小也将是随机的，这样可以对应得到随机的逻辑“1”和“0”。这种方式避免了由于器件的退化带来的问题，但是又会引入器件与器件之间的涨落性的影响——即两个器件被置于高阻态或低阻态后的阻值分布在统计上是有差异的，这样的结果使得最终产生的随机数仍然不是无偏的。因此，采用基于RRAM实现随机数生成器的现有方法实际上并不能实现真正意义上的无偏真随机数生成器。而现有的真随机数生成器结构一般都比较复杂，也难以实现真随机数的高速产生，实用性不强。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供基于阻变存储器(RRAM)的无偏真随机数生成方法及其电路实现(基于RRAM的无偏真随机数生成器)，利用RRAM阻变过程的随机性作为产生随机数的熵源，并在产生随机数过程中克服RRAM自身的退化和不同RRAM间的涨落带来的负面影响；由此实现的真随机数发生器在保证了无偏性的同时，在技术和操作上简单易行，实用性强，可以实现无偏真随机数的高速产生。

本发明的原理是：本发明使用两个RRAM通过串联或是并联的方式进行操作，包括：通过施加正向电压使得RRAM由高阻态转变为低阻态的Set操作，和通过施加反向电压使得RRAM由低阻态转变为高阻态的Reset操作；利用两个RRAM发生阻变之后阻值的不确定性来得到随机的中间电压；若采用并联的操作方式，阻变电压同时施加在两个RRAM上，主要是先采用同样的操作手段(采用的Set和Reset条件如电压大小相同)将两个RRAM进行Set和Reset，之后由于两个RRAM阻变过程的随机性引起的阻值的涨落，两个RRAM的阻值会产生差异。这时在两个RRAM不相连的两端分别施加大小相等正负相反的读取电压，就可以在相连的一端得到一个正负号随机的电压信号，将这个电压信号接入一个零位比较器比较其与零电位的大小关系，就可以在输出端得到一个随机的逻辑“1”或“0”。若采用串联的操作方式，阻变电压通过分压的方式落在两个RRAM上，控制施加的阻变电压的大小，使其只够保证其中一个RRAM发生阻变而另一个RRAM由于前一个RRAM发生阻变的负反馈效应不会发生阻变，这样操作将使得两个RRAM的阻值分别处于高阻和低阻的状态，但具体是哪一个处于高阻哪一个处于低阻则是由两个器件随机的阻变过程的竞争关系决定的，因而这个结果也是随机的。这时在两个RRAM不相连的两端分别施加大小相等正负相反的读取电压同样可以在相连的一端得到正负随机的电压信号，后续仍然可以通过零位比较器得到随机的逻辑“1”或“0”。为了避免前述现有方案中由于RRAM本身差异的影响使得在统计上器件之间的阻值分布的涨落，本发明在产生随机序列生成随机数的过程中，需要采取特殊的处理手段；本发明提出两种方案，理论上两种方案可以得到相近的结果：方案A为交替施加正负不同的读取电压；方案B为将产生的信号再接入一个零位比较器并将这两个零位比较器的输出端一起接入一个二选一的选择器，同时添加一个周期的时钟信号作为选择信号，交替输出两个零位比较器的输出结果。

上述方法实现的真随机数发生器能够保证无偏性，一方面在于Reset之后的高阻态的阻值有着很大的波动性，这是由于阻变过程中在RRAM中形成的导电细丝的熔断是一个不可控的随机过程，在纳米尺度下不同的因素如导电细丝周围不可避免存在的缺陷、表面效应、中间层或是电极的非均一性，材料的退化、形态变化、加工过程中产生的涨落等等因素都会导致高阻态在器件之间或是循环间产生涨落，这最终被用作产生随机数的熵源，保证了结果序列的随机性。另一方面，无论是采用交替施加正负电压的方式还是使用选择器的方式，其作用都是平衡了器件之间的涨落带来的影响，也就是说都可以平衡最终序列中“1”和“0”的百分比，保证产生的随机数是无偏的。总的来说，本方案通过交替使用读取电压或是使用选择器的方式，能够避免在使用两个RRAM产生随机数的过程中由于器件本身的涨落导致最终输出的随机数有偏的现象。而所产生的随机数的随机性则由器件本身阻变过程的随机性来保证，从而最终得到无偏的真随机数。

本发明提供的技术方案是：

一种基于阻变存储器RRAM的无偏真随机数生成方法(方案A)，包括如下步骤：

11)将两个RRAM通过并联方式连接，使得阻变电压同时施加在两个RRAM上；

12)将两个RRAM进行Set和Reset，使得两个RRAM均处于高阻态，同时由于两个RRAM自身的随机涨落，使得他们的阻值会产生一定的差异；

13)在两个RRAM不相连的两端交替施加大小相等正负相反的读取电压，在相连的一端得到一个正负号随机的电压信号；

14)将步骤13)得到的电压信号接入一个零位比较器，通过比较该电压信号与零电位的大小关系，在输出端得到一个随机的逻辑“1”或“0”。

针对上述基于阻变存储器RRAM的无偏真随机数生成方法，步骤11)若使用串联的方式连接和操作两个RRAM，生成无偏真随机数的方法相应的前两个步骤为：

31)将两个RRAM通过串联方式连接，使得阻变电压通过分压的方式落在两个RRAM上；

32)控制施加的阻变电压的大小(为2倍的Vset，Vset为单个RRAM的阻变电压)，使其只够保证其中一个RRAM发生阻变而另一个RRAM由于前一个RRAM发生阻变的负反馈效应不会发生阻变，由此使得两个RRAM的阻值分别处于高阻和低阻的随机状态。

即若使用串联的方式连接和操作两个RRAM，可将上述步骤31)、32)替代步骤11)和12)，实现无偏真随机数的生成。

本发明提供一种利用上述基于RRAM的无偏真随机数生成方法实现的电路(基于RRAM的无偏真随机数生成器)，包括：两个底电极相连的RRAM(并联)，两个RRAM的顶电极均接输入的操作电压信号，底电极根据操作过程中的需要接地或者浮空；一个比较器CMP，CMP的两个输入信号分别接RRAM的底电极和地，输出为整个电路的输出信号。阻变电压信号通过分别施加在两个RRAM的两个顶电极使RRAM发生阻变，读取信号同时施加在两个RRAM的顶电极从而在底电极处获得正负随机的电压信号，这个电压信号通过比较器CMP与另一个输入端(即接地的那一端)的0电位相比较从而获得随机的高电平或低电平，即逻辑“1”和逻辑“0”。其中，两个RRAM也可采取顶电极和底电极相连的连接方式(串联)，这时，阻变电压信号施加在两个RRAM的不相连的两端，即其中一个的顶电极和另一个的底电极，使其发生随机的阻变，其余保持不变。

本发明还提供另一种基于阻变存储器RRAM的无偏真随机数生成方法，方案B，包括如下步骤：

21)将两个RRAM通过并联方式连接，使得阻变电压同时施加在两个RRAM上；

22)将两个RRAM进行Set和Reset，使得两个RRAM均处于高阻态，同时由于两个RRAM自身的随机涨落，使得他们的阻值会产生一定的差异；

23)在两个RRAM不相连的两端分别施加大小相等正负相反的读取电压，在相连的一端得到正负随机的电压信号；

24)将步骤23)得到的电压信号接入零位比较器，通过零位比较器得到随机的逻辑“1”或“0”。

25)将步骤24)得到的电压信号接入另一个零位比较器，通过零位比较器得到与前级互补的逻辑“1”或“0”。

26)将23)和24)的输出电压信号接入一个二选一选择器，选择器根据时钟信号交替输出两个比较器的输出结果。得到一个无偏的随机逻辑“1”或“0”。

针对上述基于阻变存储器RRAM的无偏真随机数生成方法(方案B)，步骤21)若使用串联的方式连接和操作两个RRAM，生成无偏真随机数的方法相应的前两个步骤为：

31)将两个RRAM通过串联方式连接，使得阻变电压通过分压的方式落在两个RRAM上；

32)控制施加的阻变电压的大小为2倍的Vset(Vset为单个RRAM的阻变电压)，使其只够保证其中一个RRAM发生阻变而另一个RRAM由于前一个RRAM发生阻变的负反馈效应不会发生阻变，由此使得两个RRAM的阻值分别处于高阻和低阻的随机状态。

本发明同时提供一种利用上述基于RRAM的无偏真随机数生成方法(方案B)实现的电路(基于RRAM的无偏真随机数生成器)，包括：两个底电极相连的RRAM，两个RRAM的顶电极均接输入的操作电压信号，共同的底电极根据操作过程中的需要接地或者浮空；两个串联的比较器CMP1和CMP2，CMP1的两个输入信号分别接RRAM的底电极和地，输出作为CMP2和选择器SEL的输入信号；CMP2的两个输入信号分别接CMP1的输出信号和地，输出选择器SEL的输入信号；一个二选一选择器SEL，选择器的两个输入分别接CMP1和CMP2的输出信号，控制信号接时钟信号，输出为整个电路的输出。阻变电压信号通过分别施加在两个RRAM的两个顶电极使RRAM发生阻变，读取信号同时施加在两个RRAM的顶电极从而在共同的底电极处获得正负随机的电压信号，这个电压信号通过比较器CMP1和CMP2与另一个输入端的0电位相比较从而获得互补的随机高电平或低电平，即逻辑“1”和逻辑“0”，这对互补的信号经SEL的选择之后产生整个系统的输出。其中，两个RRAM也可采取顶电极和底电极相连的连接方式(串联)，这时，阻变电压信号施加在两个RRAM的不相连的两端，即其中一个的顶电极和另一个的底电极，使其发生随机的阻变，其余保持不变。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供一种基于阻变存储器(RRAM)的无偏真随机数生成方法和基于RRAM的无偏真随机数生成器，利用了RRAM阻变过程的随机性作为产生随机数的熵源，并在过程中克服了RRAM自身的退化和不同RRAM间的涨落带来的负面影响。以此实现的真随机数发生器在保证了无偏性的同时，在技术和操作上简单易行，并且实用性很强，另外，由于RRAM本身的操作速度很快，因而可以实现无偏真随机数的高速产生，并可广泛应用在蒙特卡罗模拟、随机过程建模和各种保密通信技术等研究领域中。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于RRAM的无偏真随机数生成方法的流程框图；

其中，(a)为交替施加正负不同的读取电压的方案A；(b)为将产生的信号再接入零位比较器并将输出端一起接入二选一的选择器，同时添加一个周期的时钟信号作为选择信号，交替输出结果的方案B。

图2是本发明实施例中方案A的电路图；

其中，R1、R2为两个RRAM；CMP为比较器；V1，V2，Vout1分别为两个RRAM的顶电极和相连的底电极上施加的输入信号，Vout为整个电路的输出信号。

图3是本发明实施例中方案B的电路图；

其中，R1、R2为两个RRAM；CMP1、CMP2为两个比较器；SEL为二选一选择器；V1，V2，Vout1分别为两个RRAM的顶电极和相连的底电极上施加的输入信号，CLK为时钟信号，Vout为整个电路的输出信号。

图4是本发明实施例中针对方案A的操作电压示意图；

其中，V1对应图1中R1顶电极上施加的输入信号，V2对应图1中R2顶电极上施加的输入信号，Vout1对应图1中相连的底电极上的输入信号，Vout1信号中的虚线表示浮空。

图5是本发明实施例中针对方案B的操作电压示意图；

其中，V1对应图2中R1顶电极上施加的输入信号，V2对应图2中R2顶电极上施加的输入信号，Vout1对应图2中相连的底电极上的输入信号，Vout1信号中的虚线表示浮空。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。

本发明提供基于阻变存储器(RRAM)的无偏真随机数生成方法及其电路实现(基于RRAM的无偏真随机数生成器)，利用RRAM阻变过程的随机性作为产生随机数的熵源，并在产生随机数过程中克服RRAM自身的退化和不同RRAM间的涨落带来的负面影响；由此实现的真随机数发生器在保证了无偏性的同时，在技术和操作上简单易行，实用性强，可以实现无偏真随机数的高速产生。

图1为本发明提供的基于RRAM的无偏真随机数生成方法的流程框图，包括方案A和方案B两种方法；其中，通过方案A实现的无偏真随机数生成方法主要包括以下步骤：

11)将两个RRAM通过并联方式连接，使得阻变电压同时施加在两个RRAM上；

12)将两个RRAM进行Set和Reset，使得两个RRAM均处于高阻态，同时由于两个RRAM自身的随机涨落，使得他们的阻值会产生一定的差异；

由于两个RRAM自身的随机涨落是物理上的一个随机过程，因而我们无法得知两个RRAM的阻值哪个大哪个小(即随机的)，并可以此作为熵源产生随机数。

13)在两个RRAM不相连的两端交替施加大小相等正负相反的读取电压，在相连的一端得到一个正负号随机的电压信号；

14)将步骤13)得到的电压信号接入一个零位比较器，通过比较该电压信号与零电位的大小关系，在输出端得到一个随机的逻辑“1”或“0”。

通过方案B实现的无偏真随机数生成方法主要包括以下步骤：

21)将两个RRAM通过并联方式连接，使得阻变电压同时施加在两个RRAM上；

22)将两个RRAM进行Set和Reset，使得两个RRAM均处于高阻态，同时由于两个RRAM自身的随机涨落，使得他们的阻值会产生一定的差异；

23)在两个RRAM不相连的两端分别施加大小相等正负相反的读取电压，在相连的一端得到正负随机的电压信号；

24)将步骤23)得到的电压信号接入零位比较器，通过零位比较器得到随机的逻辑“1”或“0”。

25)将步骤24)得到的电压信号接入另一个零位比较器，通过零位比较器得到与前级互补的逻辑“1”或“0”。

26)将23)和24)的输出电压信号接入一个二选一选择器，选择器根据时钟信号交替输出两个比较器的输出结果。得到一个无偏的随机逻辑“1”或“0”。

注意上述两种方式产生无偏真随机数的方法中，11)，12)和21)，22)两步所列的RRAM连接和操作方式均为并联的方式，相应的，若使用串联的方式连接和操作两个RRAM，生成无偏真随机数的方法相应的前两个步骤为：

31)将两个RRAM通过串联方式连接，使得阻变电压通过分压的方式落在两个RRAM上；

32)控制施加的阻变电压的大小为2倍的Vset(Vset为单个RRAM的阻变电压)，使其只够保证其中一个RRAM发生阻变而另一个RRAM由于前一个RRAM发生阻变的负反馈效应不会发生阻变，由此使得两个RRAM的阻值分别处于高阻和低阻的随机状态。

下面结合附图和具体实施例，对本发明进行进一步描述。

下面以并联的操作方式为例具体说明方案实施的过程，若采用方案A，首先需将两个RRAM的一端连接起来并接入一个比较器，比较器的另一端接地，如图1。若采用接入选择器的方案B，则需再接入一个比较器和一个选择器，并引入时钟信号，如图2。之后对两个器件进行Set和Reset操作得到随机的高阻态，再通过在两端施加大小相等而正负相反的读取信号而得到随机的中间电压信号，这个中间电压信号在通过比较器之后与比较器另一端的零电位比较从而得到随机的高、低信号，即随机数“1”或“0”。具体地，若采用交替读取电压的方式(如方案A)，则控制信号每一个周期内要包含两次不同的读取方式，而若采用选择器(如方案B)则不需要，但相对的需要引入时钟信号来控制选择器。两种操作方式具体的控制信号一个周期内的示意图分别如图3和图4所示。

在上述方法实施过程中，中间分压的随机性取决于发生阻变后两个RRAM的相对阻值的随机性，而这个相对阻值由于RRAM本身存在的涨落是无法确定的，为了保证无偏真随机数的产生，在得到这个中间电压之后不能直接使用，原因在于我们无法保证我们所使用的两个RRAM是完全一样的，也就是说我们无法保证其中一个RRAM在阻变后阻值大于另一个的概率一定是50％，因此我们采取了交替使用相反的读取信号或是将结果两次反相后的信号一同接入一个二选一的选择器的方法，这样能从概率上保证得到的随机数中“1”和“0”的概率是相等的，也就是保证了所产生的真随机数是无偏的。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求所述为准。

Claims (6)

1.一种基于阻变存储器RRAM的无偏真随机数生成方法，将两个RRAM通过并联方式或串联方式连接；

当两个RRAM为通过并联方式连接时，首先执行步骤11)～12)，再执行步骤13)～14)；

11)将两个RRAM通过并联方式连接，使得阻变电压同时施加在两个RRAM上；

12)将两个RRAM进行Set和Reset，使得两个RRAM均处于高阻态，同时两个RRAM的阻值产生差异；

当两个RRAM为通过串联方式连接时，首先执行步骤31)～32)，再执行步骤13)～14)；

31)通过串联的方式连接和操作两个RRAM，使得阻变电压通过分压的方式落在两个RRAM上；

32)控制施加的阻变电压的大小，使得施加的阻变电压只够保证其中一个RRAM发生阻变而另一个RRAM由于前一个RRAM发生阻变的负反馈效应不会发生阻变，由此使得两个RRAM的阻值分别处于高阻和低阻的随机状态；

13)在两个RRAM不相连的两端交替施加大小相等正负相反的读取电压，在相连的一端得到一个正负号随机的电压信号；

14)将步骤13)得到的电压信号接入一个零位比较器，通过比较该电压信号与零电位的大小，在输出端得到一个随机的逻辑“1”或“0”；由此生成无偏真随机数。

2.如权利要求1所述无偏真随机数生成方法，其特征是，步骤32)施加的阻变电压的大小为单个RRAM的阻变电压的两倍。

3.一种无偏真随机数生成器，包括：两个阻变存储器RRAM和一个比较器CMP；所述两个RRAM通过并联方式或串联方式连接；

当两个RRAM通过并联方式连接时，所述两个RRAM的底电极相连；所述两个RRAM的顶电极均接输入的操作电压信号，底电极接地或浮空；所述CMP的两个输入信号分别接RRAM的底电极和地，输出为整个电路的输出信号；阻变电压信号通过分别施加在两个RRAM的两个电极使其发生阻变；

当两个RRAM通过串联方式连接时，第一个RRAM的顶电极与第二个RRAM的底电极相连；阻变电压信号施加在两个RRAM的不相连的两端，即其中一个的顶电极和另一个的底电极，使其发生随机的阻变；

读取底电极处正负随机的电压信号，所述电压信号通过CMP与接地的输入端的0电位相比较，从而获得随机的高电平或低电平，由此获得无偏真随机数。

4.一种基于阻变存储器RRAM的无偏真随机数生成方法，将两个RRAM通过并联方式或串联方式连接；

当两个RRAM为通过并联方式连接时，首先执行步骤21)～22)，再执行步骤23)～26)；

21)将两个RRAM通过并联方式连接，使得阻变电压同时施加在两个RRAM上；

22)将所述两个RRAM进行Set和Reset，使得所述两个RRAM均处于高阻态，同时使得所述两个RRAM的阻值产生差异；

当两个RRAM为通过并联方式连接时，首先执行步骤31)～32)，再执行步骤23)～26)；

31)通过串联的方式连接和操作两个RRAM，使得阻变电压通过分压的方式落在两个RRAM上；

32)控制施加的阻变电压的大小，使得施加的阻变电压只够保证其中一个RRAM发生阻变而另一个RRAM由于前一个RRAM发生阻变的负反馈效应不会发生阻变，由此使得两个RRAM的阻值分别处于高阻和低阻的随机状态；

23)在两个RRAM不相连的两端分别施加大小相等正负相反的读取电压，在相连的一端得到正负随机的电压信号输出；

24)将步骤23)得到的电压信号接入零位比较器，通过零位比较器得到随机的逻辑“1”或“0”输出；

25)将步骤24)得到的电压信号接入另一个零位比较器，通过零位比较器得到与前级互补的逻辑“1”或“0”；

26)将23)和24)的输出电压信号接入一个二选一选择器，所述选择器根据时钟信号交替输出两个比较器的输出结果，得到一个无偏的随机逻辑“1”或“0”；由此生成无偏真随机数。

5.如权利要求4所述无偏真随机数生成方法，其特征是，步骤32)施加的阻变电压的大小为单个RRAM的阻变电压的两倍。

6.一种无偏真随机数生成器，包括：两个阻变存储器RRAM、两个串联的比较器CMP1和CMP2和一个二选一选择器SEL；所述两个RRAM通过并联方式或串联方式连接；

当两个RRAM通过并联方式连接时，两个RRAM的底电极相连；两个RRAM的顶电极均接输入的操作电压信号，底电极接地或浮空；阻变电压信号通过分别施加在两个RRAM的两个顶电极使RRAM发生阻变；

当两个RRAM通过串联方式连接时，第一个RRAM的顶电极与第二个RRAM的底电极相连；阻变电压信号施加在两个RRAM的不相连的两端，即其中一个的顶电极和另一个的底电极，使其发生随机的阻变；

所述CMP1的两个输入信号分别接RRAM共同的底电极和地，输出作为CMP2和选择器SEL的输入信号；CMP2的两个输入信号分别接CMP1的输出信号和地，输出选择器SEL的输入信号；选择器SEL的两个输入分别接CMP1和CMP2的输出信号，控制信号接时钟信号，输出为整个电路的输出；

读取底电极处获得的正负随机电压信号，这个电压信号通过比较器CMP1和CMP2与另一端的0电位相比较，从而获得互补的随机高电平或低电平，经SEL的选择之后产生整个系统的输出；由此获得无偏真随机数。