隨機信號產生電路的製作方法
2023-10-28 02:20:22
專利名稱：隨機信號產生電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種信號產生電路，尤指一種隨機信號的產生電路。
背景技術：
隨機信號作為一種序列號廣泛應用於各種電子產品，對於電子產品的信息安全有 著極其重要的作用。目前電子產品的序列號主要有兩種產生方法一種由軟體實現，通過軟 件的一些隨機算法給出序列號，這種方法只適用於有軟體操作的電子產品，並且容易被破 解。另一種是硬體實現，即由內部的集成電路來實現，這些序列號的產生一般都是在集成電 路生產完成後通過對其內部電路的某些支路進行高溫熔斷或對一次性可編程電路編程後 產生各不相同的集成電路序列號，由於這種方法是在集成電路製造完成後再進行，不僅增 加了集成電路的整體成本，而且無法保證不同集成電路之間序列號的唯一性，也降低了使 用該集成電路的電子產品的信息安全性。
發明內容鑑於以上內容，有必要提供一種隨機信號的產生電路。一種隨機信號產生電路，包括一信號輸出電路及一連接所述信號輸出電路的信號 處理電路，所述信號輸出電路包括兩個匹配的半導體元件，所述信號輸出電路檢測出兩個 匹配半導體元件之間的微小不匹配，並將檢測出的微小不匹配轉換成相應的電信號後進行 放大，輸出一模擬電壓信號，所述信號處理電路將所述模擬電壓信號轉換為一隨機的數位訊號。優選地，所述兩個匹配半導體原件為兩個相互連接且匹配的場效應管。優選地，所述信號輸出電路包括一用於將微小不匹配轉換成的電信號進行放大的 放大子電路，所述放大子電路包括三個相互連接的場效應管，其中一個場效應管的漏極輸 出所述模擬電壓信號。優選地，所述信號輸出電路還包括一與所述放大子電路相連的偏置子電路，用於 為放大子電路提供穩定的電流。相對現有技術，在本實用新型中，隨機信號在集成電路製造過程中直接產生，當集 成電路製造完成後，該隨機信號也就產生，只需要將該信號讀出即可，因此不需要後續工 作，大大降低了集成電路的整體成本，而且由於沒有任何人為地操作，可以提高不同集成電 路之間隨機信號的唯一性的概率，更好的保證了電子產品的信息安全。
圖1為本實用新型隨機信號產生電路中信號輸出電路的電路圖。圖2為本實用新型隨機信號產生電路中信號處理電路的電路圖。
具體實施方式
本實用新型隨機信號產生電路較佳實施方式包括一信號輸出電路及一信號處理 電路。請參閱圖1，圖1為信號輸出電路的電路圖。其包括一電源端AVD、一接地端AVS、一 輸出端 Vout 及若干場效應管 MP21、MP22、MP23、MP24、MP25、MP26、MN21、MN22、MN23、MN24、 MN25。其中，場效應管MN23、MN24、MN25構成放大子電路；場效應管MP21、MP22、MN21、MN22、 MP25及MP26構成偏置子電路，用於為放大子電路提供穩定的電流。在本實施方式中，場效 應管 MP21、MP22、MP23、MP24、MP25、MP26 為 P 型場效應管(PMOS)，場效應管 MN21、MN22、 MN23、MN24、MN25為N型場效應管(NMOS)。在其他實施方式中，場效應管可根據需要變更為 能夠實現同樣功能的開關元件或電路。該信號輸出電路的連接關係如下場效應管MP21、MP22、麗21、麗22的柵極相連， 場效應管MP21的漏極與場效應管MP22的源極相連，場效應管MP22的漏極與場效應管MN21 的漏極相連，場效應管麗21的源極與場效應管MN22的漏極相連，場效應管MP21、MP25、MP26 的源極與電源端AVD相連，場效應管MP6、MP25的柵極與場效應管MP21的漏極相連，場效應 管MP23、MP24的源極與場效應管MP26的漏極相連，場效應管MP23的柵極與場效應管MP22 的漏極相連，場效應管MP24的柵極與場效應管MP22的漏極相連，場效應管MP25的漏極與 場效應管MN25的漏極相連，並共同連接輸出端Vout，場效應管MN22的源極、場效應管MN23 的源極、場效應管麗24的源極及場效應管麗25的源極與接地端AVS相連，場效應管MP23 的漏極、場效應管MN23的漏極、場效應管MN23的柵極與場效應管MN24的柵極相連；場效應 管麗24的漏極、場效應管MP24的漏極與場效應管麗25的柵極相連。該信號輸出電路的工作原理描述如下場效應管MP23和場效應管MP24作為匹配 的兩個半導體元件，在集成電路製造過程中由於邊緣效應、離子注入梯度效應、表面態效應 以及載流子遷移率變化等不理想因素會使理論設計上匹配的半導體元件之間產生隨機的 微小不匹配，比如場效應管MP23和場效應管MP24的長寬不匹配、閾值電壓不匹配或者飽和 電流不匹配等，場效應管MP23和場效應管MP24的漏極分別輸出兩個不同大小的電信號，並 分別通過場效應管MN23與場效應管MN24輸出一微弱的電壓信號至場效應管MN25的柵極， 場效應管MN25的漏極輸出一放大後模擬電壓信號至輸出端Vout。請參閱圖2，圖2為信號處理電路的電路圖。其包括一電源端AVD、一接地端AVS、一 用於接收信號輸出電路中輸出端Vout輸出的模擬電壓信號的輸入端Vin、一輸出端Vout及 若干場效應管MP31、MP32、MP33、MN31、MN32、MN33。在本實施方式中，場效應管MP31、MP32、 MP33為P型場效應管(PMOS)，場效應管MN31、MN32、MN33為N型場效應管(NMOS)。在其他 實施方式中，場效應管可根據需要變更為能夠實現同樣功能的開關元件或電路。該信號處理電路的連接關係如下場效應管MP31的源極、場效應管MP32的源極、 場效應管MP33的源極和電源端AVD相連，場效應管MP31的柵極、場效應管麗31的柵極與輸 入端Vin相連，為信號處理電路的輸入端；場效應管MP31的漏極、場效應管麗31的漏極、場 效應管MP32的柵極、場效應管麗32的柵極、場效應管MP33的漏極和場效應管麗33的漏極 連接在一起，場效應管MP32的漏極、場效應管MN32的漏極、場效應管MP33的柵極和場效應 管MN33的柵極連接在一起，作為信號處理電路的輸出端連接至輸出端Vout，場效應管MN31 的源極、場效應管麗32的源極及場效應管麗33的源極和接地端AVS相連。[0017]該信號處理電路的工作原理描述如下場效應管MP31和場效應管麗31組成反相 器電路，將信號輸出電路的輸出端Vout輸出的放大後的模擬電壓信號轉換為高低電平的 數位訊號，場效應管MP3、麗32、MP33、麗33組成鎖存電路，將反相器電路輸出的數位訊號鎖 存輸出。其中，匹配半導體元件包括電阻、電容、電感、場效應管、三極體、二極體等；微小不 匹配包括半導體元件的大小的不匹配，電學參數的不匹配等。在本實施方式中匹配半導體元件為場效應管MP23和場效應管MP24，由於場效應 管MP23和場效應管MP24在集成電路製造過程中之間由於邊緣效應、離子注入梯度效應、表 面態效應以及載流子遷移率變化等不理想因素產生的微小不匹配，使得場效應管MP23和 場效應管MP24的漏極分別輸出兩個不同大小的電信號，並分別通過場效應管MN23與場效 應管麗24輸出一微弱的電壓信號至場效應管麗25的柵極，場效應管麗25的漏極輸出一 放大後的模擬電壓信號至輸出端Vout，並通過信號處理電路的輸入端Vin輸入信號處理電 路，通過信號處理電路的輸出端Vout輸出一隨機的數位訊號。由於匹配半導體元件之間的這種微小不匹配具有不可預測性，本實用新型利用匹 配半導體元件在集成電路製造過程中產生的微小不匹配，運用信號輸出電路將匹配半導體 元件的這種微小不匹配轉換成電信號，再對該信號進行放大和數位化處理，最後得到所需 的一位隨機信號。這個一位隨機信號產生電路作為標準單元電路，將多個標準單元電路放 置在集成電路版圖的各個不同區域，即可產生互不聯繫的多位隨機信號輸出。該隨機信號 在集成電路製造過程中直接產生，當集成電路製造完成後，該隨機信號也就產生，只需要將 該信號讀出即可，因此不需要後續工作，大大降低了集成電路的整體成本，而且由於沒有任 何人為地操作，可以提高不同集成電路之間序列號的唯一性的概率，更好的保證了電子產 品的信息安全。
權利要求一種隨機信號產生電路，其特徵在於所述電路包括一信號輸出電路及一連接所述信號輸出電路的信號處理電路，所述信號輸出電路包括兩個匹配的半導體元件，所述信號輸出電路檢測出兩個匹配半導體元件之間的微小不匹配，並將檢測出的微小不匹配轉換成相應的電信號後進行放大，輸出一模擬電壓信號，所述信號處理電路將所述模擬電壓信號轉換為一隨機的數位訊號。
2.如權利要求1所述的隨機信號產生電路，其特徵在於所述兩個匹配半導體原件為 兩個相互連接且匹配的場效應管。
3.如權利要求1所述的隨機信號產生電路，其特徵在於所述信號輸出電路包括一用 於將微小不匹配轉換成的電信號進行放大的放大子電路，所述放大子電路包括三個相互連 接的場效應管，其中一個場效應管的漏極輸出所述模擬電壓信號。
4.如權利要求3所述的隨機信號產生電路，其特徵在於所述信號輸出電路還包括一 與所述放大子電路相連的偏置子電路，用於為放大子電路提供穩定的電流。
專利摘要一種隨機信號產生電路，包括一信號輸出電路及一連接所述信號輸出電路的信號處理電路，所述信號輸出電路包括兩個匹配的半導體元件，所述信號輸出電路檢測出兩個匹配半導體元件之間的微小不匹配，並將檢測出的微小不匹配轉換成相應的電信號後進行放大，輸出一模擬電壓信號，所述信號處理電路將所述模擬電壓信號轉換為一隨機的數位訊號。本電路降低了集成電路的成本，更好的保證了電子產品的信息安全。
文檔編號H03K3/84GK201629722SQ20102016830
公開日2010年11月10日 申請日期2010年4月21日 優先權日2010年4月21日
發明者朱國軍 申請人:四川和芯微電子股份有限公司