一種射頻識別標籤晶片的偽隨機數產生電路的製作方法

2023-04-25 08:23:46

專利名稱：一種射頻識別標籤晶片的偽隨機數產生電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及射頻識別(RFID)技術，特別是射頻識別系統中 標籤晶片的偽隨機數產生電路。
背景技術：
在射頻識別技術領域，對標籤進行防衝突識別的方法有多種。其 中有些方法，如純ALOHA算法、隨機時隙算法等，需要在標籤中產 生隨機數，然後按照該隨機數的大小來分配標籤的時隙。由於時隙分 配是基於所產生的隨機數的大小，故該隨機數的隨機特性直接影響標 籤防衝突性能的好壞，從而影響射頻識別系統的識別效率。
射頻識別系統除了存在如上所述的防衝突問題，同其他無線通訊 系統一樣，射頻識別技術也暴露出其自身存在的安全漏洞，諸如病毒 傳播、信息洩漏、安全攻擊和隱私問題等，這將會對射頻識別的發展 帶來挑戰，採取措施保護標籤中的數據己經勢在必行。
在射頻識別系統中，為了確保在讀卡器和標籤之間傳送的數據以 及標籤內部存貯的數據的安全性，所有在讀卡器和標籤之間傳送的數 據都需進行加密。使用的加密算法中，為了對安全認證的密鑰進行保 護，都需要產生一個一定長度並滿足一定隨機特性要求的隨機數。同 樣，該隨機數的隨機特性也和該安全認證系統的數據安全強度有關。 由此可見，產生滿足一定隨機特性要求的隨機數，對於射頻識別系統的防衝突以及保證系統的數據安全至關重要。
現有技術中，產生隨機數的方法很多，例如中國專利CN1420431A "一種真隨機數發生器"，它將晶片內部的噪聲放大，然後對其採樣 來產生隨機數。又如，中國專利CN1752924 "基于振蕩器的真隨機數 發生器"，它用一個抖動很大的低頻時鐘信號對一高頻時鐘進行採樣 來產生隨機數，該方法需要低頻時鐘信號有較大的時鐘抖動，並且， 該抖動需要和高頻時鐘的時鐘頻率呈一定的關係。此外，中國專利 CN1380998 "利用觸發器亞穩性產生隨機數的方法和設備"，是利用 各種器件或者電路的亞穩態來得到真隨機數，該方法人為破壞觸發器 的建立時間和保持時間，對延時控制電路的要求較高。雖然上述利用 模擬電路的方法產生的隨機數的功率分布均勻，隨機性較好。但是上 述各專利技術的不足是電路結構複雜、成本較高、耗功耗較大，不能 滿足無源射頻識別的低功耗要求。並且，上述方法中有些採用了特殊 器件，例如，齊納二極體等，不利於CMOS集成。 發明內容
針對上述現有技術中存在的不足，本實用新型的目的是提供一種 射頻識別標籤晶片的偽隨機數產生電路。它具有電路結構簡單、成本 小、功耗低、面積小、便於集成的特點。
為了實現上述發明目的，本實用新型技術方案以如下方式實現
方案一
一種射頻識別標籤晶片的偽隨機數產生電路，它包括射頻識別標 籤晶片中的片上振蕩器和上電復位信號發生器。其結構特點是，它還包括計數器、控制器、處理器和偽隨機數發生器。所述片上振蕩器、 計數器、處理器和偽隨機數發生器依次相連，上電復位信號發生器經 控制器連接到偽隨機數發生器，控制器的另一路輸出連接計數器。
在上述偽隨機數產生電路中，所述計數器在計數前不予復位和置 位，將晶片上電後計數器的隨機數值作為其計數初值。 方案二
一種射頻識別標籤晶片的偽隨機數產生電路，它包括射頻識別標 籤晶片中的片上振蕩器和上電復位信號發生器。其結構特點是，它還 包括控制器和兼有計數、對計數值進行處理以產生種子以及產生偽隨 機數三個功能的偽隨機數發生器。片上振蕩器的振蕩輸出經門控電路 連接到偽隨機數發生器的時鐘Clk輸入端，上電復位信號發生器輸出
的上電復位信號連接到偽隨機數發生器的por輸入端，控制器的隨機 數產生使能輸出信號連接到偽隨機數發生器的使能端RN—gen。
在上述偽隨機數產生電路中，所述偽隨機數發生器由m (m=l,2, 3…)級結構相同的隨機數產生單元依次級聯而成。
在上述偽隨機數產生電路中，所述門控電路由一個二輸入與門和 一個二輸入或門組成。上電復位信號產生電路和控制電路的輸出分別 連接到或門的兩個輸入端，振蕩器的振蕩輸出連接到與門的一個輸入 端，與門的另一個輸入端與或門的輸出端相連，與門的輸出連接到偽 隨機數發生器的時鐘clk輸入端。
在上述偽隨機數產生電路中，所述偽隨機數發生器中第m—Ki=l, 3， 4，…，m)級偽隨機數產生單元的輸入信號為上電復位信號por、隨機數產生的使能信號RN—gen、時鐘clk、來自第m—i一l (i=l, 3，4，…，m)級隨機數產生單元的反饋信號F^、第m—i+l (i=l,2, 3，…，m)級隨機數產生單元的移位輸出信號Q m~1+1 (i=l, 2, 3，…，m) 以及來自從第m_ 1級隨機數產生單元到第m—i+1級隨機數產生單 元的移位輸出信號Q[m-l:m-i+l]。第m—i (i=l, 3， 4，…，m)級偽隨 機數產生單元的輸出信號為反饋信號Fm.1+1、第m—i級隨機數產生 單元的移位輸出信號Qm-i (i-l,2,3，…，m)以及從第m—l級隨機 數產生單元到第m_i級隨機數產生單元的移位輸出信號 Q[m-l:m-i]。第0級偽隨機數產生單元的輸入信號為上電復位信號 por、隨機數產生的使能信號RN_gen、時鐘clk、來自本級隨機數產 生單元的的移位輸出信號Q。作為輸入反饋信號FQ、第1級隨機數產 生單元的移位輸出信號Q !以及來自從第m—l級隨機數產生單元到 第1級隨機數產生單元的移位輸出信號Q[m-l:l]。第0級偽隨機數產 生單元的輸出信號為反饋信號第0級隨機數產生單元的移位輸 出信號Q 。以及從第m—l級隨機數產生單元到第0級隨機數產生單 元的移位輸出信號Q[m-l:O]。第m—l級偽隨機數產生單元的輸入信 號為上電復位信號por、隨機數產生的使能信號RN一gen、時鐘clk、 來自本級隨機數產生單元的的輸出反饋信號F『!作為該級隨機數產 生單元的移位輸入信號Qm、來自第m—2級隨機數產生單元的輸入 反饋信號Fm-2。第m—l級偽隨機數產生單元的輸出信號為反饋信號 Fn、第m—l級隨機數產生單元的移位輸出信號Q『lQ這些輸入 輸出信號滿足如下邏輯關係1) Qm = Fm—i
2 ) Q二—嚴D:—1=por ^ + ^ _gen Fm—,+既gen Q= }
3) Fm,C,《丄,0C'+W丄,一,十…十C,Qr1 ":l,2,3，…，m畫l) F。=Cm*Qr'(其中、=1)
4) Q"=D:—,=por. ^>HQ" +^如—gen Qn+RN—gen Q:-」,}
l 屍1 J
(i=2 ra)
其中，Q=0，表示由第m—i級D觸發器的Q輸出端Q叭jl出
的反饋線斷開；Q=l，表示由Qm-i引出的反饋線連通；Q:,表
示第n拍時鐘時第m—i級D觸發器的Q輸出端的邏輯值，Q= 表示第n-l拍時鐘時第m—i級D觸發器的Q輸出端的邏輯值； D:—,表示第n拍時鐘時第m_i級D觸發器的D輸入端的邏輯值， D;;-二表示第n-l拍時鐘時第m—i級D觸發器的D輸入端的邏輯 值。
在上述偽隨機數產生電路中，所述偽隨機數發生器中第m-i(i=l, 2,3,…，m)級隨機數產生單元由D觸發器、i輸入與門、二輸入同或 門、二輸入異或門、二輸入多路選擇器和二輸入多路選擇器組成。D 觸發器的時鐘輸入端連接到振蕩器的振蕩輸出端clk， D觸發器的Q端 連接到二輸入同或門的一個輸入端。二輸入同或門的另一個輸入端連 接到i輸入與門的輸出端，i輸入與門的i個輸入分別為第m—1級偽 隨機數產生單元的輸出Qm-!、第m—2級偽隨機數產生單元的輸出 Qm—2、…、第m—i+l級偽隨機數產生單元的輸出Qm-w和第m—i 級偽隨機數產生單元的輸出Qm-O)觸發器的輸出Qm—,連接到二輸入多路選擇器的一個輸入端。二輸入多路選擇器的另一個輸入端連接到
第m—i+1級隨機數產生單元的輸出Qm-1+1, 二輸入多路選擇器的選 擇控制端連接到控制器的輸出端RN—gen, 二輸入多路選擇器的輸出 端連接到二輸入多路選擇器的輸入端，二輸入多路選擇器的另一個輸 入端和二輸入同或門相連。二輸入多路選擇器的輸出端連接到D觸 發器的數據輸入D端,D觸發器的低有效復位端R連接到標籤晶片的 電源VDD。 D觸發器的高有效置為端S連接到標籤晶片的地GND， D觸發器的輸出Qmi通過一個開關d連接到二輸入異或門的輸入端。 二輸入異或門的另一個輸入端連接到第m—i一l級偽隨機數產生單 元的輸出Fm—,， 二輸入異或門的輸出連接到該級偽隨機數產生單元的 輸出Fm—1+1。
在上述偽隨機數產生電路中，所述偽隨機數發生器中第m—i(^2, 3，…，m-l)級偽隨機數產生單元的輸入Q『h Qm-2、、 Qm—1+2、 Q『w分別連接到第m—i+1 (i=2,3，一，m-l)級偽隨機數產生單元 的輸出Qm-1、 Qm-2、…、Qm-i+2、 Qm-1+1;第m—i (i=2, 3，…，m-1) 級偽隨機數產生單元的輸出Q『"Qm-2、…、Qm—1+1、 Qm—,分別連 接到第m—i—1 (i-2,3，…，m-l)級偽隨機數產生單元的輸入Q『j、 Qm-2、、 Qm-1+1、 Qm-1;第m_i (i=2, 3，…,m-1)級偽隨機數產生 單元的輸出Fm—iw連接到第m—i+l級偽隨機數產生單元的輸入F^ 1+1;第m—i (i=2,3， ，m-l)級偽隨機數產生單元的輸入Fm-,連接 到第m—i一l級偽隨機數產生單元的輸出Fmi。所有m級偽隨機數 產生單元的輸入por、 RN_gen、 elk均分別連接到上電復位產生電路的輸出por、控制電路的輸出RN—gen、片上振蕩器的輸出clk。其中， 第m—l級偽隨機數產生單元的m—1級二輸入同或門的一個輸入端 連接在m—l級D觸發器的^端，m—l級二輸入同或門的另一個輸 入端和晶片的電源VDD相連。第m—l級偽隨機數產生單元的反饋 輸出端Fm—J直接連接到該級偽隨機數產生單元的Qm輸入端。第0級 偽隨機數產生單元的輸出端Qo直接連接到該級偽隨機數產生單元的 輸入端F0。
本實用新型的技術特點及效果
1) 本實用新型經濟、簡便、易於實現。
2) 本實用新型具有可配置性，只需要根據所產生隨機數的位數對 計數器和偽隨機數發生器的位寬以及偽隨機數發生器多項式進行調 整，就可以產生不同位寬的隨機數。
3) 本實用新型利用片上振蕩器在上電初始時振蕩頻率不穩定以及 復位信號在不同上電過程中產生時間、保持時間不固定的特點，產生 偽隨機數發生器的種子，使同一晶片在不同上電過程中產生的種子呈 現較高的隨機性。
4) 本實用新型利用集成電路製造工藝的離散性所導致不同晶片的 片上振蕩器產生的中心頻率以及復位信號產生電路所產生的復位信 號的保持時間等具有離散性，來產生偽隨機數發生器的種子，使不同 晶片所產生的種子之間也呈現較高的隨機性。
5) 本實用新型所提供的偽隨機數產生電路簡單，由於偽隨機數發 生器只用數字電路實現，並且，對反饋移位寄存器添加了門控時鐘，使得該偽隨機數產生電路功耗很低。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步說明。

圖1為本實用新型實施例一的結構示意圖2為本實用新型實施例一中標籤晶片上下電過程中的輸入輸出 波形圖3為本實用新型實施例二的結構示意圖； 圖4為本實用新型實施例二的電路結構圖5為本實用新型的偽隨機數發生器中第m—i (iel,2,...,m)級 單元的IO結構示意圖6為本實用新型的偽隨機數發生器中第m—i (iei,2,...,m)級 單元的電路結構圖7為本實用新型實施例二中標籤晶片上下電過程中的輸入輸出 波形圖-,
圖8為本實用新型對同一標籤晶片在不同上電過程中所產生的不 同種子以及對應的偽隨機數的產生過程圖9為本實用新型對三個標籤晶片在同一次上電過程中所產生的 不同種子以及對應的偽隨機數的產生過程圖。
具體實施方式
實施例一
參看圖1，本實用新型包括射頻識別標籤晶片中的片上振蕩器和上 電復位信號發生器以及計數器、控制器、處理器、偽隨機數發生器。 片上振蕩器、計數器、處理器和偽隨機數發生器依次相連，上電復位信號發生器經控制器連接到偽隨機數發生器，控制器的另一路輸出連 接計數器。
參看圖2，本實用新型的偽隨機數產生方法的步驟為
標籤晶片進入讀卡器場區時上電，上電復位信號發生器產
生上電復位信號por，在標籤晶片上電至晶片上的電源電壓 VDD已經能夠滿足模擬電路和數字電路正常工作後的一段時 間Th^內，上電復位信號por仍然復位有效，在Th^時間以 後，上電復位信號por的邏輯電平發生翻轉，上電復位信號 por進入復位無效狀態；標籤晶片上電至電源電壓VDD後， 振蕩器開始起振輸出周期為Tdk的方波，該方波經過門控電路 輸出給計數器和偽隨機數發生器作為它們的工作時鐘；
② 在上電復位信號por復位有效且振蕩器起振時，計數器對
復位信號的有效復位時間Thp。r進行加法或者減法計數；
③ 至上電復位信號por復位無效時，標籤晶片復位結束開始 正常工作，計數器停止計數並將此時的計數值傳送給處理器；
④ 處理器接收到的計數值進行數學變換處理，並將變換後的 數值在控制器的控制下提供給偽隨機數發生器作為隨機數種 子，即初值；
隨機數種子預置完成後，控制器發出的使能信號RN—gen 為有效時控制偽隨機數發生器產生偽隨機數，當使能信號 RN_gen電平翻轉為無效時，偽隨機數發生器停止工作，保持 當前數據。實施例二
參看圖3至圖6，本實用新型偽隨機數產生電路包括射頻識別標 籤晶片中的片上振蕩器和上電復位信號發生器以及控制器和兼有計 數、對計數值進行處理以產生種子以及產生偽隨機數三個功能的採用 移位寄存器序列的偽隨機數發生器。片上振蕩器的振蕩輸出經門控電
路連接到偽隨機數發生器的時鐘clk輸入端，上電復位信號發生器輸 出的上電復位信號連接到偽隨機數發生器的por輸入端，控制器的隨 機數產生使能輸出信號連接到偽隨機數發生器的使能端RN—gen。門 控電路由一個二輸入與門和一個二輸入或門組成。上電復位信號產生 電路和控制電路的輸出分別連接到或門的兩個輸入端，振蕩器的振蕩 輸出連接到與門的一個輸入端，與門的另 一個輸入端與或門的輸出端 相連，與門的輸出連接到偽隨機數發生器的時鐘clk輸入端。
本實用新型偽隨機數發生器由m (m-l,2,3…)級結構相同的隨 機數產生單元依次級聯而成。第m—i (K,3，4，…，m)級偽隨機數 產生單元的輸入信號為上電復位信號por、隨機數產生的使能信號 RN—gen、時鐘clk、來自第m—i—1 (i=l, 3， 4，…，m)級隨機數產生 單元的反饋信號Fm.i、第m—i+l (i^,2,3，…，m)級隨機數產生單 元的移位輸出信號Qm-w (i=l,2,3，一,m)以及來自從第m—l級 隨機數產生單元到第m—i+l級隨機數產生單元的移位輸出信號 Q[m-l:m-i+l]。第m—i (i=l, 3， 4，…，m)級偽隨機數產生單元的輸 出信號為反饋信號Fm_i+1、第m—i級隨機數產生單元的移位輸出信 號Qm—i (i^,2,3，…，m)以及從第m—l級隨機數產生單元到第m一i級隨機數產生單元的移位輸出信號Q[m-l:m-i]。第0級偽隨機數 產生單元的輸入信號為上電復位信號por、隨機數產生的使能信號 RN—gen、時鐘clk、來自本級隨機數產生單元的的移位輸出信號Q 0 作為輸入反饋信號FQ、第1級隨機數產生單元的移位輸出信號Q j 以及來自從第m—l級隨機數產生單元到第1級隨機數產生單元的移 位輸出信號Q[m-l:l]。第0級偽隨機數產生單元的輸出信號為反饋信 號Fi、第0級隨機數產生單元的移位輸出信號Q Q以及從第m—l級 隨機數產生單元到第0級隨機數產生單元的移位輸出信號Q[m-l:O]。 第m—l級偽隨機數產生單元的輸入信號為上電復位信號por、隨機 數產生的使能信號RN—gen、時鐘clk、來自本級隨機數產生單元的的
輸出反饋信號FnH作為該級隨機數產生單元的移位輸入信號Qm、來
自第m—2級隨機數產生單元的輸入反饋信號F『2。第m—l級偽隨 機數產生單元的輸出信號為反饋信號Fm—!、第m—l級隨機數產生單
元的移位輸出信號Qm-i。這些輸入輸出信號滿足如下邏輯關係
1) Qm = Fm—i
2) Q二—嚴D:—嚴p。r t + — — — gen F『,+RN —gen Q:-二 }
3) Fm,C,Q:丄，C,+,Q:一丄,—,④…④C^Qr1 (i=l,2,3,..，m-l) F。=Cm< (其中C"1)
4) Q;U=D"=p0r. Q^十nQ:^十por — —gen Q=_,+RN—gen Q:二1,} (i=2 m)
其中，d=0，表示由第m—i級D觸發器的Q輸出端Qmi引出
的反饋線斷開；Q=l，表示由Qnn引出的反饋線連通；,表示第n拍時鐘時第m—i級D觸發器的Q輸出端的邏輯值，Q^, 表示第n-l拍時鐘時第m—i級D觸發器的Q輸出端的邏輯值； D"表示第n拍時鐘時第m—i級D觸發器的D輸入端的邏輯值， D:-」,表示第n-l拍時鐘時第m—i級D觸發器的D輸入端的邏輯 值。
本實用新型中偽隨機數發生器的第m—i (i=l, 2, 3，…，m)級隨機 數產生單元由D觸發器12、 i輸入與門11、 二輸入同或門8、 二輸入 異或門7、 二輸入多路選擇器9和二輸入多路選擇器10組成。D觸 發器12的時鐘輸入端連接到振蕩器的振蕩輸出端clk， D觸發器12 的5端連接到二輸入同或門8的一個輸入端。二輸入同或門8的另一 個輸入端連接到i輸入與門11的輸出端，i輸入與門11的i個輸入分 別為第m—l級偽隨機數產生單元的輸出Q『b第m—2級偽隨機數 產生單元的輸出Qm—2、…、第m—i+l級偽隨機數產生單元的輸出 Qm—i+1和第m—i級偽隨機數產生單元的輸出Qm—0)觸發器(12)的輸 出Qm-i連接到二輸入多路選擇器10的一個輸入端。二輸入多路選擇 器10的另一個輸入端連接到第m—i+l級隨機數產生單元的輸出Qm
二輸入多路選擇器10的選擇控制端連接到控制器的輸出端 RN—gen。 二輸入多路選擇器10的輸出端連接到二輸入多路選擇器9 的輸入端，二輸入多路選擇器9的另一個輸入端和二輸入同或門8 相連，二輸入多路選擇器9的輸出端連接到D觸發器12的數據輸入 D端。D觸發器12的低有效復位端R連接到標籤晶片的電源VDD， D觸發器12的高有效置為端S連接到標籤晶片的地GND， D觸發器12的輸出Qmi通過一個開關Q連接到二輸入異或門7的輸入端。 二輸入異或門7的另一個輸入端連接到第m—i一l級偽隨機數產生單 元的輸出Fmi， 二輸入異或門7的輸出連接到該級偽隨機數產生單元 的輸出Fm—1+1。
本實用新型的偽隨機數發生器中，第m—i (i=2,3，一，m-l)級偽 隨機數產生單元的輸入Qm-i、 Qm-2、…、Qm-1+2、 Q『w分別連接到 第m—i+l (i=2,3，**'，m-l)級偽隨機數產生單元的輸出Q^、 Qm—
2、、 Qm-1+2、 Qm-i"。第m—i (i-2,3，…，m-l)級偽隨機數產生單
元的輸出Qm-b Qm-2、…、Qmi+1、 Qmi分別連接到第HI —i—1 (i=2, 3，…，m-l)級偽隨機數產生單元的輸入Qm-!、 Qm-2、…、Qm-1+1、
Qm—i;第m—i (i=2,3，"'，m-l)級偽隨機數產生單元的輸出Fm—1+1 連接到第m—i + l級偽隨機數產生單元的輸入Fmi+n第m—i (i=2,
3,， m-1 )級偽隨機數產生單元的輸入Fm-,連接到第m—i_l級偽 隨機數產生單元的輸出F『i。所有m級偽隨機數產生單元的輸入por、 RN_gen、 elk均分別連接到上電復位產生電路的輸出por、控制電路 的輸出RN—gen、片上振蕩器的輸出clk。其中，第m—l級偽隨機數 產生單元的m—l級二輸入同或門的一個輸入端連接在m—l級D觸 發器的Q端，m—l級二輸入同或門的另一個輸入端和晶片的電源 VDD相連，第m—l級偽隨機數產生單元的反饋輸出端Fm^直接連 接到該級偽隨機數產生單元的Qm輸入端。第0級偽隨機數產生單元 的輸出端Qo直接連接到該級偽隨機數產生單元的輸入端Fo。
參看圖7，本實用新型偽隨機數產生方法的步驟為① 標籤晶片進入讀卡器場區時上電，上電復位信號發生器產
生上電復位信號por，在標籤晶片上電至晶片上的電源電壓 VDD已經能夠滿足模擬電路和數字電路正常工作後的一段時 間Th^內，上電復位信號por仍然復位有效，在Thj^時間以 後，上電復位信號por的邏輯電平發生翻轉，上電復位信號 por進入復位無效狀態；標籤晶片上電至電源電壓VDD後， 振蕩器開始起振輸出周期為Tdk的方波給偽隨機數發生器作 為它的工作時鐘；
② 在上電復位信號por復位有效且振蕩器起振時，偽隨機數 發生器表現為一個m (m4,2,3…)位計數器，計數器對復位
信號的有效復位時間Th^進行加法或者減法計數；
③ 至上電復位信號por復位無效時，標籤晶片復位結束開始 正常工作，偽隨機數發生器停止計數並將此時的計數值作為偽 隨機數發生器線性移位的隨機數種子，即初值；
偽隨機數發生器此時表現為一個m (m4,2,3…)位線性 反饋移位寄存器，控制器的使能信號RN—gen為有效時控制偽 隨機數發生器產生偽隨機數序列，當使能信號RN—gen電平翻 轉為無效時，偽隨機數發生器停止工作，保持當前數據。 本實用新型利用片上振蕩器的輸出時鐘對上電復位信號的復位有 效時間Thp。r進行計數來生成偽隨機數發生器的種子。由於CMOS集 成電路生產工藝不可避免的離散性，造成標籤晶片片上振蕩器振蕩頻 率在標籤晶片間呈現一定的隨機離散性。同時，片上振蕩器起振階段輸出振蕩頻率也具有不穩定性，片上噪聲會導致振蕩器頻率的隨機抖 動。並且，由於標籤晶片所在場區位置會影響其電源恢復電路的上電 時間，故標籤所在讀卡器場區位置的不確定性會造成標籤晶片電源恢
復電路所恢復出的電源電壓VDD的上電時間也具有隨機性。而上電 復位信號por是通過檢測電源電壓VDD的上電來得到，故VDD的隨 機性也會導致上電復位信號por復位時間的隨機性。考慮到工藝的離 散性，上電復位信號por的復位有效時間Thp。r也具有一定的隨機性。 因而，利用具有不確定性的振蕩器的輸出時鐘對也具有不確定性的復
位信號的有效復位時間Thp。r進行計數，並且，進行計數的觸發器的
上電默認輸出數值也具有不確定性，那麼，最終的計數結果就會具有 較好的隨機性。將該計數結果作為偽隨機數發生器的種子，就會產生 隨機性較好的隨機數。
參看圖8，由於不同上電過程中，標籤的上電時間、上電復位信 號的持續時間、振蕩器輸出的振蕩頻率都會有一定程度的不同。因此， 同一標籤不同上電過程中產生的隨機數種子就不一定相同。
參看圖9，由於集成電路製造工藝的離散性，不同的標籤振蕩器 的起振時間、振蕩頻率不同。並且，不同標籤各自的上電復位信號產 生電路的上電復位信號產生時間、持續時間也都會有差別。這樣，造 成計數器對上電復位信號持續時間所計得的計數值不同。因而，不同 標籤同一次上電所產生的隨機數種子也就具有不確定性。
權利要求1、一種射頻識別標籤晶片的偽隨機數產生電路，它包括射頻識別標籤晶片中的片上振蕩器和上電復位信號發生器，其特徵在於，它還包括計數器、控制器、處理器和偽隨機數發生器，所述片上振蕩器、計數器、處理器和偽隨機數發生器依次相連，上電復位信號發生器經控制器連接到偽隨機數發生器，控制器的另一路輸出連接計數器。
2、 如權利要求l所述的偽隨機數產生電路，其特徵在於，所 述計數器在計數前不予復位和置位，將晶片上電後計數器的隨機數值 作為其計數初值。
3、 一種射頻識別標籤晶片的偽隨機數產生電路，它包括射頻 識別標籤晶片中的片上振蕩器和上電復位信號發生器，其特徵在於， 它還包括控制器和兼有計數、對計數值進行處理以產生種子以及產生 偽隨機數三個功能的偽隨機數發生器，片上振蕩器的振蕩輸出經門控 電路連接到偽隨機數發生器的時鐘clk輸入端，上電復位信號發生器 輸出的上電復位信號連接到偽隨機數發生器的por輸入端，控制器的 隨機數產生使能輸出信號連接到偽隨機數發生器的使能端RN—gen。
4、 根據權利要求3所述的偽隨機數產生電路，其特徵在於， 所述偽隨機數發生器由m (n^1，2,3…)級結構相同的隨機數產生單 元依次級聯而成。
5、 如權利要求3或4所述的偽隨機數產生電路，其特徵在於，所述門控電路由一個二輸入與門和一個二輸入或門組成，上電復位信 號產生電路和控制電路的輸出分別連接到或門的兩個輸入端，振蕩器 的振蕩輸出連接到與門的一個輸入端，與門的另一個輸入端與或門的輸出端相連，與門的輸出連接到偽隨機數發生器的時鐘clk輸入端。
6、 如權利要求5所述的偽隨機數產生電路，其特徵在於，所 述偽隨機數發生器中第m—i (i=l,3，4,…，m)級偽隨機數產生單元 的輸入信號為上電復位信號por、隨機數產生的使能信號RN—gen、 時鐘clk、來自第m—i一l (i=l,3，4，…，m)級隨機數產生單元的反 饋信號F^、第m—i+l (i^4,2,3，…，m)級隨機數產生單元的移位 輸出信號Qm-w (i=l,2,3，"'，m)以及來自從第m—l級隨機數產 生單元到第m—i+l級隨機數產生單元的移位輸出信號 Q[m-l:m陽i+l];第m—i "=1, 3， 4，…，m)級偽隨機數產生單元的輸 出信號為反饋信號Fm.1+1、第m—i級隨機數產生單元的移位輸出信 號Qm^ (i=l,2,3，*"，m)以及從第m—l級隨機數產生單元到第m 一i級隨機數產生單元的移位輸出信號Q[m-l:m-i];第0級偽隨機數 產生單元的輸入信號為上電復位信號por、隨機數產生的使能信號 RN—gen、時鐘dk、來自本級隨機數產生單元的的移位輸出信號Q 0 作為輸入反饋信號FG、第1級隨機數產生單元的移位輸出信號Q j 以及來自從第m—l級隨機數產生單元到第1級隨機數產生單元的移 位輸出信號Q[m-l:l];第0級偽隨機數產生單元的輸出信號為反饋信 號R、第0級隨機數產生單元的移位輸出信號Q 。以及從第m—l級 隨機數產生單元到第0級隨機數產生單元的移位輸出信號Q[m-1:0];第m—1級偽隨機數產生單元的輸入信號為上電復位信號por、隨機 數產生的使能信號RN—gen、時鐘clk、來自本級隨機數產生單元的的 輸出反饋信號作為該級隨機數產生單元的移位輸入信號Q m、來 自第m—2級隨機數產生單元的輸入反饋信號Fm-2;第m—l級偽隨 機數產生單元的輸出信號為反饋信號Fm—,、第m—l級隨機數產生單 元的移位輸出信號Qm—1;這些輸入輸出信號滿足如下邏輯關係formula see original document page 4其中，d=0，表示由第m—i級D觸發器的Q輸出端Qm—,引出 的反饋線斷開；Q=l，表示由Q『,引出的反饋線連通；,表 示第n拍時鐘時第m—i級D觸發器的Q輸出端的邏輯值，Q:-」, 表示第n-l拍時鐘時第m—i級D觸發器的Q輸出端的邏輯值； Dnm—,表示第n拍時鐘時第m—i級D觸發器的D輸入端的邏輯值， D:二',表示第n-l拍時鐘時第m—i級D觸發器的D輸入端的邏輯 值。
7、 如權利要求6所述的偽隨機數產生電路，其特徵在於，所 述偽隨機數發生器中第m—i (i=l,2,3，"*，m)級隨機數產生單元由 D觸發器(12)、 i輸入與門(11)、 二輸入同或門(8)、 二輸入異或門(7)、 二輸入多路選擇器(9)和二輸入多路選擇器(10)組成； D觸發器(12)的時鐘輸入端連接到振蕩器的振蕩輸出端clk， D觸 發器(12)的^端連接到二輸入同或門(8)的一個輸入端，二輸入 同或門(8)的另一個輸入端連接到i輸入與門(11)的輸出端，i輸 入與門(11)的i個輸入分別為第m — l級偽隨機數產生單元的輸出 Q『h第m—2級偽隨機數產生單元的輸出Q^2、…、第m—i+l 級偽隨機數產生單元的輸出Qm-1+1和第m—i級偽隨機數產生單元的 輸出Qm-^D觸發器(12)的輸出Q『,連接到二輸入多路選擇器(10) 的一個輸入端，二輸入多路選擇器(IO)的另一個輸入端連接到第m 一i+l級隨機數產生單元的輸出Q『w, 二輸入多路選擇器(10)的 選擇控制端連接到控制器的輸出端RN—gen， 二輸入多路選擇器(10) 的輸出端連接到二輸入多路選擇器(9)的輸入端，二輸入多路選擇 器(9)的另一個輸入端和二輸入同或門(8)相連，二輸入多路選擇 器(9)的輸出端連接到D觸發器(12)的數據輸入D端,D觸發器 (12)的低有效復位端R連接到標籤晶片的電源VDD，D觸發器(12) 的高有效置為端S連接到標籤晶片的地GND， D觸發器(12)的輸 出Qmi通過一個開關Q連接到二輸入異或門(7)的輸入端，二輸 入異或門(7)的另一個輸入端連接到第m—i—1級偽隨機數產生單 元的輸出Fm-i， 二輸入異或門(7)的輸出連接到該級偽隨機數產生 單元的輸出F『1+1。
8、 如權利要求7所述的偽隨機數產生電路，其特徵在於，所 述偽隨機數發生器中第m—i (i=2,3,…，m-l)級偽隨機數產生單元的輸入Qm-h Qm-2、…、Qm-1+2、 Qm-1+1分別連接到第HI —i+1 (i=2,3，…，m-l)級偽隨機數產生單元的輸出Qm-i、 Qm—2、、 Qm—1+2、 Qm-1+1;第m—i (i=2,3,'"，m-l)級偽隨機數產生單元的輸出Qm—i、 Qm-2、、 Qm 1+1、 Qm-i分別連接到第m —i—1 (i=2, 3，， m-1)級偽隨機數產生單元的輸入Qm—b Qm-2、 、 Qm—1+1、 Qm—1;第HI —i(i=2,3,…，m-l)級偽隨機數產生單元的輸出F『w連接到第m—i + 1級偽隨機數產生單元的輸入F『w;第m—i (i=2,3，*"，m-l)級 偽隨機數產生單元的輸入Fm—,連接到第m—i一l級偽隨機數產生單 元的輸出Fmi;所有m級偽隨機數產生單元的輸入por、 RN_gen、 clk均分別連接到上電復位產生電路的輸出por、控制電路的輸出 RN—gen、片上振蕩器的輸出elk;其中，第m—l級偽隨機數產生單 元的m — 1級二輸入同或門的一個輸入端連接在m—l級D觸發器的 ^端，m—l級二輸入同或門的另一個輸入端和晶片的電源VDD相 連；第m—1級偽隨機數產生單元的反饋輸出端Fm^直接連接到該 級偽隨機數產生單元的Qm輸入端；第0級偽隨機數產生單元的輸出 端Qo直接連接到該級偽隨機數產生單元的輸入端F0。
專利摘要一種射頻識別標籤晶片的偽隨機數產生電路及其產生方法，涉及射頻識別(RFID)技術。本實用新型的偽隨機數產生電路，它包括射頻識別標籤晶片中的片上振蕩器和上電復位信號發生器。其結構特點是，它還包括計數器、控制器、處理器和偽隨機數發生器。所述片上振蕩器、計數器、處理器和偽隨機數發生器依次相連，上電復位信號發生器經控制器連接到偽隨機數發生器，控制器的另一路輸出連接計數器。同現有技術相比，本實用新型具有電路結構簡單、成本小、功耗低、面積小、便於集成的特點。
文檔編號G06K19/07GK201251791SQ20082011018
公開日2009年6月3日 申請日期2008年9月11日 優先權日2008年9月11日
發明者吳行軍, 馬長明 申請人:北京同方微電子有限公司