CN111245407A - 真随机信号生成电路、方法、展频时钟发生器及芯片 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种真随机信号生成电路、方法、展频时钟发生器及芯片，真随机信号生成电路包括噪声提取电路以及稳压电路，噪声提取电路用于对随机白噪声信号进行滤波处理，并输出至少一个指定频段的噪声信号；以及稳压电路，稳压电路连接噪声提取电路，并用于基于预设的基准电压信号对至少一个指定频段的噪声信号进行叠加处理，以获取并输出随机电压信号。本申请提供的真随机信号生成电路能够产生真随机信号。

Description

真随机信号生成电路、方法、展频时钟发生器及芯片

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，具体涉及一种真随机信号生成电路、方法、展频时钟发生器及芯片。

背景技术

伪随机序列在误码率测量、时延测量、扩谱通信、通信加密及分离多径等方面都有十分广泛的应用。但是，伪随机序列并不是真正的随机，当伪随机数达到一定数量时，伪随机序列最终一定会重复。因此，如何产生不会重复的真随机数一直是本领域技术人员研究的热点。

发明内容

鉴于以上问题，本申请实施例提供一种真随机信号生成电路、方法、展频时钟发生器及芯片，能够产生真随机信号。

本申请实施例是采用以下技术方案实现的：

一种真随机信号生成电路，包括噪声提取电路以及稳压电路，噪声提取电路用于对随机白噪声信号进行滤波处理，并输出至少一个指定频段的噪声信号；以及稳压电路，稳压电路连接噪声提取电路，并用于基于预设的基准电压信号对至少一个指定频段的噪声信号进行叠加处理，以获取并输出随机电压信号。

进一步地，噪声提取电路用于输出一个指定频段的噪声信号，稳压电路用于将该指定频段的噪声信号与预设的基准电压信号进行叠加，以获取并输出随机电压信号。

进一步地，噪声提取电路用于输出多个指定频段的噪声信号，真随机信号生成电路还包括求和电路，求和电路连接于噪声提取电路与稳压电路之间，用于将多个指定频段的噪声信号进行求和，并向稳压电路输出求和后的噪声信号；稳压电路还用于将求和后的噪声信号与预设的基准电压信号进行叠加，以获取并输出随机电压信号。

进一步地，噪声提取电路用于输出多个指定频段的噪声信号，真随机信号生成电路还包括求和电路，求和电路连接于噪声提取电路与稳压电路之间，且用于在噪声提取电路输出多个指定频段的噪声信号时，随机对至少两个指定频段的噪声信号进行求和，并向稳压电路输出求和后的噪声信号；稳压电路还用于将求和后的噪声信号与预设的基准电压信号进行叠加，以获取并输出随机电压信号。

进一步地，多个指定频段的噪声信号中包括第一噪声信号以及至少一个第二噪声信号；真随机信号生成电路还包括量化器以及补偿网络；量化器连接噪声提取电路，且用于以第一噪声信号为基准，对每个第二噪声信号进行量化，并输出至少一个量化信号；补偿网络连接量化器、噪声提取电路以及求和电路，且用于根据每个量化信号，对于量化信号对应的第二噪声信号进行加权补偿，以使每两个指定频段的噪声信号的噪声能量值之差小于预设阈值，并将补偿后的第二噪声信号输出到求和电路；求和电路用于对第一噪声信号与补偿后的第二噪声信号进行求和，以向稳压电路输出求和后的噪声信号。

进一步地，补偿网络对与量化信号对应的第二噪声信号进行加权补偿，包括当第二噪声信号的噪声能量值小于第一噪声信号的噪声能量值时，补偿网络用于根据第二噪声信号对应的量化信号对第二噪声信号进行正向增益补偿；当第二噪声信号能量值大于第一噪声能量值时，补偿网络用于根据第二噪声信号对应的量化信号对第二噪声信号进行反向衰减补偿。

进一步地，噪声提取电路包括-3db/OCT滤波器、至少一个指定频段的带通滤波器、全波整流电路以及低通滤波器；每个带通滤波器的输入端分别连接-3db/OCT滤波器的输出端，每个带通滤波电路的输出端分别通过全波整流电路连接至低通滤波器。

进一步地，稳压电路包括电压电流转换器、开关管、开关驱动电路、带隙基准源以及电阻反馈网络，电压电流转换器的输入端连接噪声提取电路的输出端、输出端连接开关驱动电路的第一输入端；带隙基准源连接开关驱动电路的第二输入端；开关驱动电路的输出端连接开关管的驱动端；开关管的第一端连接电源、第二端连接电压电流转换器的输出端；电阻反馈网络的一端连接在电压电流转换器的输出端与开关驱动电路的第一输入端之间、另一端连接开关管的第二端。

进一步地，噪声信号的噪声能量值为指定频段内与噪声能量相关的噪声均方根有效值。

本申请实施例还提供一种真随机信号生成方法，包括对随机白噪声信号进行滤波处理，并输出至少一个指定频段的噪声信号；以及基于预设的基准电压信号对至少一个指定频段的噪声信号进行叠加处理，以获取并输出随机电压信号。

进一步地，基于预设的基准电压信号对至少一个指定频段的噪声信号进行叠加处理，包括：当指定频段的噪声信号为一个时，将该指定频段的噪声信号与预设的基准电压信号进行叠加；以及当指定频段的噪声信号为多个时，对多个指定频段的噪声信号进行加权求和，并将加权求和后的噪声信号与预设的基准电压信号进行叠加。

本申请实施例还提供一种展频时钟发生器，包括振荡器以及如上述任一项的真随机信号生成电路，振荡器连接真随机信号生成电路中的稳压电路。

本申请实施例还提供一种芯片，包括上述任一项的真随机信号生成电路。

本申请提供的真随机信号生成电路，通过设置噪声提取电路以及稳压电路，对随机白噪声信号进行滤波处理，并输出至少一个指定频段的噪声信号，并基于预设的基准电压信号对至少一个指定频段的噪声信号进行叠加处理，以获取并输出随机电压信号，从而得到不会重复的真随机数。

本申请的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请实施例提供的一种真随机信号生成电路的模块框图。

图2示出了图1中的真随机信号生成电路的电路结构示意图。

图3示出了本申请实施例提供的量化器和补偿网络的模块框图。

图4示出了图3中的量化器和补偿网络的电路原理示意图。

图5示出了本申请实施例提供的由环形振荡器构成的展频时钟发生器的结构示意图。

图6示出了本申请实施例提供的由张弛振荡器构成的展频时钟发生器的结构示意图。

图7示出了本申请实施例提供的一种真随机信号生成方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性地，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请的方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，图1示意性地示出了本申请实施例提供的真随机信号生成电路100。该真随机信号生成电路100包括噪声提取电路110以及连接噪声提取电路110的稳压电路120。噪声提取电路110用于对随机白噪声信号进行滤波处理，并输出至少一个指定频段的噪声信号；稳压电路120用于基于预设的基准电压信号对至少一个指定频段的噪声信号进行叠加处理，以获取并输出随机电压信号。

白噪声是一种功率频谱密度为常数的随机信号，在任意两个时刻，随机变量之间不相关。通过噪声提取电路110将随机白噪声信号滤波处理并输出至少一个指定频段的噪声信号，该至少一个指定频段的噪声信号在时域表现真随机特性，两两互不相关；再通过稳压电路120将噪声信号与预设的基准电压信号叠加，进而获取并输出一个随机电压信号，由于随机电压信号是由随机的噪声信号与基准电压信号叠加产生，使得该随机电压信号的随机性表现为在一定范围内的真随机小波动，从而得到不会重复且在小范围内波动的真随机数。

在一些实施例中，随机白噪声信号可由噪声提取电路110从模拟前端电路获取。通过模拟前端电路，外界噪声干扰和模拟前端电路噪声被有效输入至噪声提取电路110。图2为模拟前端电路10的其中一种结构示意图。如图2所示，模拟前端电路10包括依次连接的高通滤波器HPF、放大器AMP、模拟防混淆滤波器AAF、可编程增益放大器PGA以及模数转换器ADC。其中，噪声提取电路110的输入端连接至可编程放大器PGA的输出端，经可编程放大器PGA放大后的随机白噪声信号被输出至噪声提取电路110。

在一些实施例中，噪声提取电路110包括-3db/OCT滤波器以及连接-3db/OCT滤波器的至少一个指定频段的带通滤波器。-3db/OCT滤波器的输入端连接模拟前端电路10，-3db/OCT滤波器是一个传递函数为1/f的滤波器，其每倍频下降3db。从功率(能量)的角度看，系统随机白噪声信号经过-3db/OCT滤波器处理后，其能量从低频向高频不断衰减，曲线为1/f，每倍频下降3db，因此经过处理后的噪声在一定的范围内具有相同或类似的能量。

-3db/OCT滤波器将经过处理后的随机白噪声信号输出至至少一个指定频段的带通滤波器，选定带通滤波器的频率和Q值，其中Q值是滤波器的品质因数，定义为Q＝滤波器的中心频率/滤波器的带宽，滤波器的Q值还代表滤波器的功率损耗与输入功率之比，Q值越高，则说明滤波器的功率损耗越大，也即有部分能量在滤波器的电感上被损耗掉。进一步地，指定频段内的随机白噪声信号会通过带通滤波器，至少一个指定频段的带通滤波器进而输出至少一个指定频段内的噪声信号，该至少一个指定频段内的噪声信号在时域呈现出不同频率成分的真随机噪声源。将该至少一个指定频段内的噪声信号输出至稳压电路120，从而使稳压电路120输出具有随机小波动的随机电压信号。

进一步地，如图3所示，真随机信号生成电路100还包括求和电路130，求和电路130连接于噪声提取电路110与稳压电路120之间，且用于在噪声提取电路110输出多个指定频段的噪声信号时，对多个指定频段的噪声信号进行求和，并向稳压电路120输出求和后的噪声信号；稳压电路120还用于将求和后的噪声信号与预设的基准电压信号进行叠加，以获取并输出随机电压信号。

当噪声提取电路110仅输出一个指定频段的噪声信号时，稳压电路120将该噪声信号直接与预设的基准电压信号叠加，从而输出一个具有随机小波动的随机电压信号。当噪声提取电路110输出多个指定频段的噪声信号时，通过求和电路130对多个指定频段的噪声信号进行求和，求和后所得的噪声信号为包含不同频率噪声成分的波动信号，稳压电路120再将该噪声信号与预设的基准电压信号叠加，从而输出一个具有随机小波动的随机电压信号。

本实施例中，通过多个带通滤波器输出多个指定频段的噪声信号，且任意两个指定频段均不同。在一些实施方式中，任意两个指定频段之间可以交叉。由于经过-3db/OCT滤波器处理后的随机白噪声在一定的范围内具有相同或相似的能量，因此只要带通滤波器的Q值不变，不同频率的带通滤波器其输出的噪声信号的噪声能量都相等。所以，该多个噪声信号为不同指定频段的噪声能量相等的噪声信号，具有一致的平坦度响应。由于该多个噪声信号的噪声能量相等，因此能够保证该多个噪声信号求和之后的稳定性，从而使稳压电路120输出一个稳定、随机波动的随机电压信号。并且，由于每个噪声信号的随机性是不相关的，将多个噪声信号求和叠加后，能够产生一个随机性更高的噪声信号，从而进一步地提高随机电压信号的随机性。

在一些实施方式中，求和电路130在噪声提取电路110输出多个指定频段的噪声信号时，用于随机对至少两个指定频段的噪声信号进行求和，并向稳压电路120输出求和后的噪声信号；稳压电路120用于将求和后的噪声信号与预设的基准电压信号进行叠加，以获取并输出随机电压信号。也就是说，当噪声提取电路110输出多个噪声信号时，求和电路130可以随机对任意数量的噪声信号求和并整合成一个噪声信号，从而对噪声信号进行二次随机，再进一步提高随机电压信号波动的随机性。具体地，可以通过伪随机数序列控制多个噪声信号随机求和的过程。

在一些实施例中，如图3所示，真随机信号生成电路100还包括量化器140以及补偿网络150。在噪声提取电路110输出的多个噪声信号中包括第一噪声信号以及至少一个第二噪声信号，量化器140连接于噪声提取电路110，且用于以第一噪声信号为基准，对每个第二噪声信号进行量化，并输出至少一个量化信号，其中，上述量化用于将第一噪声信号与第二噪声信号的噪声能量值进行比较，该量化信号则表示第一噪声信号与第二噪声信号之间的能量相对关系；补偿网络150连接量化器140、噪声提取电路110以及求和电路130，且用于根据每个量化信号，对与量化信号对应的第二噪声信号进行加权补偿，以使每两个指定频段的噪声信号的噪声能量值之差小于预设阈值，并将补偿后的第二噪声信号输出到求和电路130；求和电路130用于对第一噪声信号与补偿后的第二噪声信号进行求和，并向稳压电路120输出求和后的噪声信号。其中，噪声信号的噪声能量值为指定频段内与噪声能量相关的噪声均方根有效值。

由于系统会受外界因素干扰，使得噪声提取电路110输出的多个噪声信号在指定频段带宽可能不平坦，表现为不同频段噪声信号的噪声能量有所差异。因此，通过量化器140的量化以及补偿网络150的加权补偿，能够将不同噪声信号之间噪声能量差异控制在较小范围内，甚至是完全消除不同噪声信号之间的噪声能量差异，保证多个噪声信号平坦度响应的一致性。

具体地，如图4所示，噪声提取电路110还包括全波整流电路以及低通滤波器。其中，每个带通滤波器的输出端分别通过全波电路连接至低通滤波器，低通滤波器的输出端连接量化器140的输入端。中心频率为f1、f2……fn的多个带通滤波器分别输出中心频率为f1、f2……fn的多个噪声信号(V1、V2……Vn)。该多个噪声信号(V1、V2……Vn)分别经过全波整流电路滤波后，可滤出每个噪声信号幅度的绝对值，再经过低通滤波器，从而得到每个噪声信号的噪声均方根有效值。噪声均方根有效值是反映噪声能量的参数，通过每个噪声信号的均方根有效值，能够知道每个噪声信号的噪声能量值。

噪声提取电路110将每个噪声信号的噪声能量值分别输出至量化器140，量化器140选定其中一个噪声信号，以其噪声均方根有效值为基准，对其他噪声信号分别进行量化，并分别输出一个量化信号。可以理解的是，上述的第一噪声信号也即选定的作为基准的噪声信号，上述的第二噪声信号也即其余的被量化的噪声信号。以选定噪声信号V1作为基准为例，将噪声信号V2、V3……Vn的噪声均方根有效值分别与噪声信号V1进行量化，其中可以通过差值进行量化，也可以通过比值进行量化。记量化结果为ΔV2、ΔV3、……ΔVn，基于上述的量化结果得到一组量化信号(Vcon2、Vcon3……Vconn)。量化信号Vconx(x＝2、3……n)反映中心频率为fx(x＝2、3……n)、-3db带宽为fx/Q的等效噪声能量与中心频率为f1、-3db带宽为f1/Q的等效噪声能量之间的相对关系。

量化器140将上述量化信号(Vcon2、Vcon3……Vconn)输出至补偿网络150，补偿网络150根据量化信号分别对与该量化信号对应的噪声信号进行加权补偿。例如量化信号Vcon2是由噪声信号V2基于噪声信号V1量化而来，因此根据量化信号Vcon2即对噪声信号V2进行加权补偿。补偿后，使得每两个噪声信号之间的噪声能量差异均小于预设阈值。该预设阈值是一个允许的误差范围，在该误差范围之内，每个噪声信号的噪声能量值基本相同，当该预设阈值设置为零时，每个噪声信号的噪声能量值都相等。

进一步地，当第二噪声信号的噪声能量值小于第一噪声信号的噪声能量值时，补偿网络150用于根据第二噪声信号对应的量化信号对第二噪声信号进行正向增益补偿；当第二噪声信号的噪声能量值大于第一噪声信号的噪声能量值时，补偿网络150用于根据第二噪声信号对应的量化信号对第二噪声信号进行反向衰减补偿。当第二噪声信号的噪声能量值小于第一噪声信号的噪声能量值时，若采用差值量化，则表现为量化结果ΔVx(x＝2、3……n)小于0；若采用比值处理，则表现为量化结果ΔVx(x＝2、3……n)小于1。当第二噪声信号的噪声能量值小于第一噪声信号的噪声能量值时，将噪声信号Vx(x＝2、3……n)乘以一个大于1的加权系数a，以对噪声信号Vx进行正向增益补偿，补偿后的噪声信号记为Vx’＝aVx(x＝2、3……n)。通过正向增益补偿使得噪声信号Vx’的噪声能量值与噪声信号V1的噪声能量值差异在预设阈值之内。同理，当第二噪声信号的噪声能量值大于第一噪声信号的噪声能量值时，若采用差值量化，则表现为量化结果ΔVx(x＝2、3……n)大于0；若采用比值处理，则表现为量化结果ΔVx(x＝2、3……n)大于1。当第二噪声信号的噪声能量值大于第一噪声信号的噪声能量值时，将噪声信号Vx(x＝2、3……n)乘以一个小于1的加权系数b，以对噪声信号Vx进行反向衰减补偿，补偿后的噪声信号记为Vx’＝bVx(x＝2、3……n)。通过反向衰减补偿使得噪声信号Vx’的噪声能量值与噪声信号V1的噪声能量值差异在预设阈值之内。由于噪声信号Vx’的噪声能量值与噪声信号V1的噪声能量值差异都在预设阈值之内，因此此时每两个指定频段的噪声信号的噪声能量值之差均小于预设阈值；并且预设阈值设置为零时，每两个指定频段的噪声信号的噪声能量值均相等，完全消除不同噪声信号之间的噪声能量差异。

补偿网络150对噪声信号Vx补偿后，将补偿后的噪声信号Vx’输出至求和电路130，求和电路130将作为基准的噪声信号V1与其余补偿后的噪声信号Vx’进行求和处理。由于此时补偿后的噪声信号Vx’的噪声能量值与噪声信号V1的噪声能量值基本相同，且彼此之间的频率互不相同，因此求和电路130能够输出一个稳定、随机性更高、且包含不同频率噪声成分的波动信号V,其中V＝V1+V2’+V3’+……+Vn’。求和电路130将该波动信号V输出至稳压电路120，使稳压电路120产生一个真随机的随机电压信号。

稳压电路120包括电压电流转换器、开关管、开关驱动电路、带隙基准源以及电阻反馈网络，电压电流转换器的输入端连接求和电路130的输出端、输出端连接开关驱动电路的第一输入端；带隙基准源连接开关驱动电路的第二输入端；开关驱动电路的输出端连接开关管的驱动端；开关管的第一端连接电源、第二端连接电压电流转换器的输出端；所述电阻反馈网络的一端连接在电压电流转换器的输出端与所述开关驱动电路的第一输入端之间、另一端连接所述开关管的第二端。

具体地，开关管可采用MOS管Q1，开关驱动电路可采用跨导放大器OTA，电阻反馈网络包括电阻R1以及电阻R2。电压电流转换器的输出端连接跨导放大器OTA的反相输入端，且电阻R2连接在电压电流转换器的输出端与跨导放大器OTA的反相输入端之间；跨导放大器OTA的同相输入端连接预设的带隙基准源、输出端连接MOS管Q1的栅极G；MOS管Q1的漏极D连接电源、源极S连接于电压电流转换器的输出端，电阻R1连接在MOS管Q1的源极S与电压电流转换器输出端之间。其中，MOS管Q1的源极S为稳压电路120的输出端，用于输出随机电压信号。

本申请实施例提供的真随机信号生成电路，通过设置噪声提取电路以及稳压电路，对随机白噪声信号进行滤波处理，并输出至少一个指定频段的噪声信号，并基于预设的基准电压信号对至少一个指定频段的噪声信号进行叠加处理，以获取并输出随机电压信号，从而得到不会重复的真随机数。

如图5所示，本申请实施例还提供一种展频时钟发生器200，该展频时钟发生器200包括振荡器210以及上述的真随机信号生成电路100，其中振荡器210连接真随机信号生成电路中的稳压电路。

稳压电路将叠加有真随机波动的随机电压信号输出至振荡器210，进而控制振荡器210的输出频率，使得展频时钟发生器能够产生真随机的频率抖动，有效抑制系统的电磁干扰。

进一步地，振荡器210可以为但不限于为环形振荡器、张弛振荡器以及压控振荡器。图5示出了由环形振荡器构成的展频时钟发生器。该环形振荡器由多级反相器构成，其中每一级反相器包括互补的N-MOS管以及P-MOS管。当反相器工作在高电平状态时N-MOS管截止，P-MOS管等效为阻值为Reqp的电阻为负载电容CL充电；当反相器工作在低电平状态时P-MOS管截止，N-MOS管等效为阻值为Reqn的电阻为负载电容CL充电。其中等效阻值Reqp和等效阻值Reqn为：

其中，VDDA为环形振荡器的电源电压，也即稳压电路输入至环形振荡器的随机电压信号，I_DSAT为MOS管的饱和电压，λ为沟通长度调制系数。

其中，μ为表面迁移率，C_ox为单位面积的栅氧化层电容，W为MOS管的宽度，L为MOS管的长度，V_TH为MOS管阈值电压，V_DSAT为速度饱和电压。因此，随机电压信号的随机电压波动会引起等效阻值Reqp和Reqn的阻值波动。进一步地，环形振荡器的周期T为：

T＝2×N×t_p≈N(t_pHL+t_pLH)；其中，t_pHL为输出由高至低翻转的传播时延，t_pLH为输出由低至高翻转的传播时延。

因此，通过向环形振荡器输入叠加随机电压波动的随机电压信号作为电源电压，能够间接影响环形振荡器里的等效充放电电阻Reqp和Reqn，进而使得在环形振荡器的输出频率上叠加了真随机频率小波动，实现真随机数的展频时钟发生器。

如图6所示，图6示出了由张弛振荡器构成的展频时钟发生器200。该张弛振荡器包括比较器A1，放电开关S1以及电容C1。比较器A1的同相输入端电容C1的一端与电源之间，电容C1的另一端接地；放电开关变并联在电容C1两端；放大器A1的反相输入端连接稳压电路、输出端输出时钟信号。张弛振荡器的振荡频率为f∝I/(Vrandom*C)∝Vbg/[Vbg*(R1+R2)/R2-K*Vbp*R1)*R*C]。其中，Vbp为稳压电路输出的随机电压信号。稳压电路将随机电压信号输出至张弛振荡器的反相输入作为基准电压，从而使得张弛振荡器的输出频率上叠加真随机频率小波动，实现真随机数的展频时钟发生器。

本申请实施例提供的展频时钟发生器，通过动态检测系统模拟前端随机噪声，经由-3dB/OCT滤波、预放大、多频带通滤波集相同Q值、不同中心频率组合滤波处理，使得处理后的噪声在指定中心频率带宽内具有相同或类似的能量。通过对带通滤波后的噪声进行均方根有效值提取，对提取的噪声有效值进行差值对比、噪声量化，产生的控制信号进而调节增益/衰减补偿网络，从而保证带通滤波输出噪声频谱一致性。补偿后的多频随机噪声进行加权处理并叠加在基准稳压电路上控制不同振荡器的输入，实现真随机控制的展频时钟发生器。

本申请实施例还提供一种芯片，包括上述的真随机信号生成电路。该芯片可以是信息安全芯片，信息安全芯片所起的作用相当于一个“保险柜”，最重要的密码数据都存储在信息安全芯片中，信息安全芯片通过SMB系统管理总线与笔记本的主处理器和BIOS芯片进行通信，然后配合管理软件完成各种安全保护工作，而且根据信息安全芯片的原理，由于密码数据只能输出，而不能输入，这样加密和解密的运算在信息安全芯片内部完成，而只是将结果输出到上层，避免了密码被破解的机会。

本申请提供的芯片，通过动态检测系统模拟前端随机噪声，经由-3dB/OCT滤波、预放大、多频带通滤波集相同Q值、不同中心频率组合滤波处理，使得处理后的噪声在指定中心频率带宽内具有相同或类似的能量。通过对带通滤波后的噪声进行均方根有效值提取，对提取的噪声有效值进行差值对比、噪声量化，产生的控制信号进而调节增益/衰减补偿网络，从而保证带通滤波输出噪声频谱一致性。补偿后的多频随机噪声进行加权处理并叠加在基准稳压电路上实现真随机数的产生，从而能够通过真随机数生成有效、可靠的密钥，保障信息的安全性。

如图7所示，本申请实施例还提供一种真随机信号生成方法300，该方法可以包括以下步骤S1和S2。

步骤S1：对随机白噪声信号进行滤波处理，并输出至少一个指定频段的噪声信号。

对随机白噪声信号进行滤波处理，输出一个或多个指定频段的噪声信号，该一个或多个噪声信号在时域表现随机特性，且两两互不相关。

在一些实施方式中，在输出多个指定频段的噪声信号时，将该多个噪声信号进行求和，并输出求和后的噪声信号。

在一些实施方式中，在输出多个指定频段的噪声信号时，随机对至少两个指定频段的噪声信号进行求和，并输出求和后的噪声信号。

在一些实施方式中，多个指定频段的噪声信号中包括第一噪声信号以及至少一个第二噪声信号，在输出多个指定频段的噪声信号时，以第一噪声信号为基准，对每个第二噪声信号进行量化，并输出至少一个量化信号；再根据每个量化信号，对与量化信号对应的第二噪声信号进行加权补偿，以使每两个指定频段的噪声信号的噪声能量值之差小于预设阈值，并将第一噪声信号与第二噪声信号进行求和。其中，求和过程可以是将全部的第一噪声信号与第二噪声信号进行求和，也可以是随机对其中至少两个噪声信号进行求和；并且当第二噪声信号的噪声能量值小于第一噪声信号的噪声能量值时，根据第二噪声信号对应的量化信号对第二噪声信号进行正向增益补偿，当第二噪声信号的噪声能量值大于第一噪声信号的噪声能量值时，根据第二噪声信号对应的量化信号对第二噪声信号进行反向衰减补偿。

步骤S2：基于预设的基准电压信号对至少一个指定频段的噪声信号进行叠加处理，以获取并输出随机电压信号。

当指定频段的噪声信号为一个时，可以将该指定频段的噪声信号与预设的基准电压信号进行叠加。具体地，对随机白噪声信号进行滤波处理，当输出一个指定频段的噪声信号时，即可直接将噪声信号与预设的基准信号叠加，从而得到随机电压信号。

当指定频段的噪声信号为多个时，可以对多个指定频段的噪声信号进行加权求和，并将加权求和后的噪声信号与预设的所述基准电压信号进行叠加。具体地，对随机白噪声信号进行滤波处理，当输出多个指定频段的噪声信号时，可以以其中一个噪声信号为基准，对其余的噪声信号进行量化，并根据量化结果对与该量化结果对应的噪声信号进行加权补偿。其中，加权补偿包括正向增益补偿以及反向衰减补偿。将补偿后的噪声信号与基准噪声信号进行求和处理，得到一个稳定且随机性高的噪声信号，再将该噪声信号与预设的基准电压进行叠加，从而得到稳定且随机性高的随机电压信号。

在一些实施方式中，当指定频段的噪声信号为多个时，也可以将该多个噪声信号同时与预设的基准电压信号叠加，从而得到随机电压信号。

在一些实施方式中，在输出多个指定频段的噪声信号时，将求和后的噪声信号与基准电压信号进行叠加，以获取并输出随机电压信号。

本申请实施例提供的真随机信号生成方法，通过对随机白噪声信号进行滤波处理，并输出至少一个指定频段的噪声信号；再将至少一个指定频段的噪声信号与预设的基准电压信号进行叠加，以获取并输出随机电压信号，从而获得不会重复的真随机信号。

以上，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制，虽然本申请已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本申请，任何本领域技术人员，在不脱离本申请技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本申请技术方案内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。

Claims (13)

1.一种真随机信号生成电路，其特征在于，包括：

噪声提取电路，用于对随机白噪声信号进行滤波处理，并输出至少一个指定频段的噪声信号；以及

稳压电路，连接所述噪声提取电路，所述稳压电路用于基于预设的基准电压信号对至少一个指定频段的噪声信号进行叠加处理，以获取并输出随机电压信号。

2.如权利要求1所述的真随机信号生成电路，其特征在于，所述噪声提取电路用于输出一个指定频段的噪声信号，所述稳压电路用于将该指定频段的噪声信号与所述预设的基准电压信号进行叠加，以获取并输出随机电压信号。

3.如权利要求1所述的真随机信号生成电路，其特征在于，所述噪声提取电路用于输出多个指定频段的噪声信号，所述真随机信号生成电路还包括求和电路，所述求和电路连接于所述噪声提取电路与所述稳压电路之间，用于将所述多个指定频段的噪声信号进行求和，并向所述稳压电路输出求和后的噪声信号；所述稳压电路还用于将所述求和后的噪声信号与所述预设的所述基准电压信号进行叠加，以获取并输出所述随机电压信号。

4.如权利要求1所述的真随机信号生成电路，其特征在于，所述噪声提取电路用于输出多个指定频段的噪声信号，所述真随机信号生成电路还包括求和电路，所述求和电路连接于所述噪声提取电路与所述稳压电路之间，且用于在所述噪声提取电路输出多个指定频段的噪声信号时，随机对至少两个指定频段的噪声信号进行求和，并向所述稳压电路输出求和后的噪声信号；所述稳压电路还用于将所述求和后的噪声信号与所述预设的所述基准电压信号进行叠加，以获取并输出所述随机电压信号。

5.如权利要求3或4所述的真随机信号生成电路，其特征在于，所述多个指定频段的噪声信号中包括第一噪声信号以及至少一个第二噪声信号；所述真随机信号生成电路还包括：

量化器，连接所述噪声提取电路，所述量化器用于以所述第一噪声信号为基准，对每个所述第二噪声信号进行量化，并输出至少一个量化信号；以及

补偿网络，连接所述量化器、所述噪声提取电路以及所述求和电路，所述补偿网络用于根据每个所述量化信号，对与所述量化信号对应的第二噪声信号进行加权补偿，以使每两个指定频段的噪声信号的噪声能量值之差小于预设阈值，并将补偿后的第二噪声信号输出到所述求和电路；所述求和电路用于对所述第一噪声信号与所述补偿后的第二噪声信号进行求和，以向所述稳压电路输出求和后的噪声信号。

6.如权利要求5所述的真随机信号生成电路，其特征在于，所述补偿网络对与所述量化信号对应的第二噪声信号进行加权补偿，包括：

当所述第二噪声信号的噪声能量值小于所述第一噪声信号的噪声能量值时，所述补偿网络用于根据所述第二噪声信号对应的量化信号对所述第二噪声信号进行正向增益补偿；

当所述第二噪声信号的噪声能量值大于所述第一噪声信号的噪声能量值时，所述补偿网络用于根据所述第二噪声信号对应的量化信号对所述第二噪声信号进行反向衰减补偿。

7.如权利要求3或4所述的真随机信号生成电路，其特征在于，所述噪声提取电路包括-3db/OCT滤波器、至少一个指定频段的带通滤波器、全波整流电路以及低通滤波器；每个所述带通滤波器的输入端分别连接所述-3db/OCT滤波器的输出端，每个所述带通滤波器的输出端分别通过所述全波整流电路连接至所述低通滤波器。

8.如权利要求3或4所述的真随机信号生成电路，其特征在于，所述稳压电路包括电压电流转换器、开关管、开关驱动电路、带隙基准源以及电阻反馈网络，所述电压电流转换器的输入端连接所述求和电路的输出端、输出端连接所述开关驱动电路的第一输入端；所述带隙基准源连接所述开关驱动电路的第二输入端；所述开关驱动电路的输出端连接所述开关管的驱动端；所述开关管的第一端连接电源、第二端连接所述电压电流转换器的输出端；所述电阻反馈网络的一端连接在所述电压电流转换器的输出端与所述开关驱动电路的第一输入端之间、另一端连接所述开关管的第二端。

9.如权利要求6所述的真随机信号生成电路，其特征在于，所述噪声信号的噪声能量值为指定频段内与噪声能量相关的噪声均方根有效值。

10.一种真随机信号生成方法，其特征在于，包括：

对随机白噪声信号进行滤波处理，并输出至少一个指定频段的噪声信号；以及

基于预设的基准电压信号对至少一个所述指定频段的噪声信号进行叠加处理，以获取并输出随机电压信号。

11.如权利要求10所述的真随机信号生成方法，其特征在于，所述基于预设的基准电压信号对至少一个指定频段的噪声信号进行叠加处理，包括：

当所述指定频段的噪声信号为一个时，将该指定频段的噪声信号与所述预设的基准电压信号进行叠加；以及

当所述指定频段的噪声信号为多个时，对多个指定频段的噪声信号进行加权求和，并将加权求和后的噪声信号与预设的所述基准电压信号进行叠加。

12.一种展频时钟发生器，其特征在于，包括振荡器以及如上述权利要求1～9任一项所述的真随机信号生成电路，所述振荡器连接所述真随机信号生成电路中的所述稳压电路。

13.一种芯片，其特征在于，包括上述权利要求1～9任一项所述的真随机信号生成电路。

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