PL225186B1

PL225186B1 - Generator matastabilnościowych interwałów czasowych

Info

Publication number: PL225186B1
Application number: PL401521A
Authority: PL
Inventors: Piotr Zbigniew Wieczorek; Krzysztof Gołofit
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2017-02-28
Also published as: PL401521A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest generator metastabilnościowych interwałów czasowych stosowany zwłaszcza do generowania liczb i ciągów liczbowych prawdziwie losowych.

Znany jest w technice, np. z publikacji Carlos Tokunaga, David Blaauw, Trevor Mudge, „True Random Number Generator With a Metastability-Based Quality Control”, IEEE Journal of Solid-State

Circuits, Volume: 43, Issue: 1, pp. 78-85, 2008, DOI: 10.1109/JSSC.2007.910965, generator metastabilnościowych interwałów czasowych, który zawiera dokładnie jeden multiwibrator w postaci dwóch inwerterów wzajemnie ze sobą sprzężonych tak, że wyjście pierwszego inwertera dołączone jest do wejścia drugiego inwertera, a wyjście drugiego inwertera dołączone jest do wejścia pierwszego inwertera. Multiwibrator w tym układzie pełni zarówno funkcję generatora metastabilnościowych interwałów czasowych jaki i generatora metastabilnościowych stanów. Interwały czasowe mierzone są przy pomocy dołączonego do multiwibratora detektora końca fazy autonomicznej, do którego dołączony jest układ pomiaru czasu.

Istota układu według wynalazku polega na tym, że generator metastabilnościowych interwałów czasowych ma co najmniej dwa multi wibratory, których wyjścia ma dołączone do wyjść generatora, a wejścia ma dołączone do wejść generatora. Generator ma pierwsze wejścia multiwibratorów zwarte ze sobą i dołączone do pierwszego wejścia generatora. Generator ma drugie wejścia multiwibratorów zwarte ze sobą i dołączone do drugiego wejścia generatora. Generator ma pomiędzy wejściami multiwibratorów a wejściami generatora włączony co najmniej jeden układ opóźniający.

Wynalazek umożliwia jednoczesne generowanie dwóch lub więcej metastabilnościowych inte rwałów czasowych.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z wejściami bezpośrednio dołączonymi do wejść generatora, fig. 2 przedstawia schemat blokowy generatora z połączonymi parami wejściami multiwibratorów, fig. 3 przedstawia schemat blokowy generatora z układami opóźniającymi, a fig. 4 przedstawia schemat blokowy generatora z połączonymi parami wejściami multiwibratorów oraz układami opóźniającymi.

Układ przedstawiony na fig. 1 zawiera dwa multiwibratory w postaci przerzutników typu „D” M1A i M2A, każdy o jednym wejściu danych D1A i D2A, jednym wyjściu danych Q1A i Q2A oraz jednym wejściu zegarowym C1A i C2A. Wszystkie wejścia D1A, D2A, C1A, i C2A przerzutników M1A i M2A są bezpośrednio dołączone do wejść I1A, I2A, I3A i I4A generatora GA, a wyjścia przerzutników Q1A i Q2A są bezpośrednio dołączone do wyjść generatora O1A, O2A.

Układ przedstawiony na fig. 2 zawiera dwa multiwibratory w postaci przerzutników typu „D” M1B i M2B. każdy o jednym wejściu danych D1B i D2B, jednym wyjściu danych Q1B i Q2B oraz jednym wejściu zegarowym C1B i C2B. Wejścia danych przerzutników D1B i D2B są ze sobą zwarte i dołączone do pierwszego wejścia I1B generatora GB. Wejścia zegarowe przerzutników C1B i C2B są ze sobą zwarte i dołączone do drugiego wejścia generatora I2B. Wyjście danych Q1B pierwszego przerzutnika M1B jest dołączone do pierwszego wyjścia generatora O1B. Wyjście danych Q2B drugiego przerzutnika M2B jest dołączone do drugiego wyjścia generatora Q2B. Zwarcie wejść danych D1B i D2B przerzutników M1B i M2B umożliwia jednoczesne dostarczenie sygnału z wejścia I1B generatora GB do obydwu wejść danych D1B i D2B. Zwarcie wejść zegarowych C1B i C2B przerzutników M1B i M2B umożliwia jednoczesne dostarczenie sygnału z wejścia I2B generatora GB do obydwu wejść zegarowych C1B i C2B.

Układ przedstawiony na fig. 3 zawiera dwa multiwibratory w postaci przerzutników typu „D” M1C i M2C, każdy o jednym wejściu danych P1C i D2C, jednym wyjściu danych Q1C i Q2C oraz jednym wejściu zegarowym C1C i C2C. Ponadto układ zawiera cztery układy opóźniające OP1C, OP2C, OP3C, OP4C. Pierwszy układ opóźniający OP1C włączony jest pomiędzy pierwsze wejście generatora I1C a wejście danych P1C pierwszego przerzutnika M1C. Drugi układ opóźniający OP2C włączony jest pomiędzy drugie wejście generatora I2C a wejście zegarowe C1C pierwszego przerzutnika M1C. Trzeci układ opóźniający OP3C włączony jest pomiędzy trzecie wejście generatora I3C a wejście danych D2C drugiego przerzutnika M2C. Czwarty układ opóźniający OP4C włączony jest pomiędzy czwarte wejście generatora I4C a wejście zegarowe C2C drugiego przerzutnika M2C. Wyjście danych Q1C pierwszego przerzutnika M1C jest dołączone do pierwszego wyjścia generatora O1C. Wyjście danych Q2C drugiego przerzutnika M2C jest dołączone do drugiego wyjścia generatora O2C. Dobór odpowiednich opóźnień układów opóźniających OP1C, OP2C, OP3C, OP4C umożliwia wprowadzenie

PL 225 186 B1 pracy przerzutników M1C i M2C w otoczenie zakresu metastabilnego oraz korekcję różnic lub wad technologicznego wykonania tych przerzutników.

Układ przedstawiony na fig. 4 zawiera dwa multiwibratory w postaci przerzutników typu „D” M1D i M2D, każdy o jednym wejściu danych D1D i D2D, jednym wyjściu danych Q1D i Q2D oraz jednym wejściu zegarowym C1D i C2D. Ponadto układ zawiera cztery układy opóźniające OP1D, OP2D, OP3D, OP4D. Pierwszy układ opóźniający OP1D włączony jest pomiędzy pierwsze wejście generatora IIP a wejście danych D1D pierwszego przerzutnika M1D. Drugi układ opóźniający OP2D włączony jest pomiędzy drugie wejście generatora I2D a wejście zegarowe C1P pierwszego przerzutnika M1D. Trzeci układ opóźniający OP3D włączony jest pomiędzy pierwsze wejście generatora I1P a wejście danych D2D drugiego przerzutnika M2D. Czwarty układ opóźniający OP4D włączony jest pomiędzy drugie wejście generatora I2D a wejście zegarowe C2D drugiego przerzutnika M2D. Wyjście danych O1D pierwszego przerzutnika M1D jest dołączone do pierwszego wyjścia O1D generatora GD. Wyjście danych Q2D drugiego przerzutnika M2D jest dołączone do drugiego wyjścia Q2D generatora GD. Dobór odpowiednich opóźnień układów opóźniających OP1D, OP2D, OP3D, OP4D umożliwia wprowadzenie pracy przerzutników M1D i M2D w otoczenie zakresu metastabilnego oraz korekcję różnic lub wad technologicznego wykonania tych przerzutników.

Dostarczenie do multiwibratorów odpowiednio przesuniętych w czasie sygnałów cyfrowych wywołuje w nich zjawiska metastabilne, których rozwiązaniem są stany logiczne pojawiające się w różnych momentach czasu. Zarówno stany logiczne jak i interwały czasowe są źródłami losowości o określonych parametrach statystycznych. Względne przesunięcia czasu pomiędzy sygnałami cyfrowymi dostarczanymi do wejść danych i wejść zegarowych przerzutników dobiera się tak, aby wprowadzić przerzutniki w pracę w odpowiednim obszarze metastabilności. Przerzutniki konstruuje się tak, aby ich wewnętrzna budowa i parametry były możliwie bliskie identyczności - jednak, z powodu rozrzutów technologicznych, często zachodzi potrzeba wprowadzenia korekcji poprzez indywidualnie dobierane opóźnienia.

Statystyczne właściwości liczb binarnych generowanych jako na przykład znak różnicy dwóch interwałów czasowych pochodzących z dwóch przerzutników mogą być lepsze od własności statystycznych pojedynczych interwałów lub stanów logicznych pojedynczych przerzutników.

Możliwości zastosowania wynalazku przewiduje się w generatorach losowych, w których zamiast metastabilnościowych stanów wykorzystywane są metastabilnościowe interwały czasowe a w szczególności różnice czasu i znak różnicy czasu pomiędzy tymi interwałami.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Generator metastabilnościowych interwałów czasowych zawierający multiwibrator, którego wyjście dołączone jest do wyjścia generatora, znamienny tym, że ma co najmniej dwa multiwibratory (M1A, M2A), których wyjścia (Q1A, Q2A) dołączone są do wyjść generatora (O1A, O2A), a wejścia (D1A, D2A, C1A, C2A) dołączone są do wejść generatora (I1A, I2A, I3A, I4A).
2. Generator według zastrz. 1, znamienny tym, że multiwibratory (M1B, M2B) mają pierwsze wejścia (D1B, D2B) zwarte ze sobą i dołączone do pierwszego wejścia generatora (I1B).
3. Generator według zastrz. 1, znamienny tym, że multiwibratory (M1B, M2B) mają drugie wejścia (C1B, C2B) zwarte ze sobą i dołączone do drugiego wejścia generatora (I2B).
4. Generator według zastrz. 1, znamienny tym, że multiwibratory (M1B, M2B) mają pierwsze wejścia (D1B, D2B) zwarte ze sobą i dołączone do pierwszego wejścia generatora (I1B) oraz mają drugie wejścia (C1B, C2B) zwarte ze sobą i dołączone do drugiego wejścia generatora (I2B).
5. Generator według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy wejściami (D1C, C1C, D2C, C2C) multiwibratorów (M1C, M2C) a wejściami generatora (I1C, I2C, I3C, I4C) włączony jest co najmniej jeden układ opóźniający (OP1C, OP2C, OP3C, OP4C).
6. Generator według zastrz. 2 albo 4, znamienny tym, że pomiędzy pierwszymi wejściami (D1D, D2D) multiwibratorów (M1D, M2D) a pierwszym wejściem generatora (I1D) włączony jest co najmniej jeden układ opóźniający (OP1D, OP3D).
7. Generator według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że pomiędzy drugimi wejściami (C1D, C2D) multiwibratorów (M1D, M2D) a drugim wejściem generatora (I2D) włączony jest co najmniej jeden układ opóźniający (OP2D, OP4D).