专利名称：随机数产生装置及包含该装置的超高频射频识别标签的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种随机数产生装置，本发明还涉及一种超高频射频识别 标签。
技术背景超高'频射步页i只另U(Ultra High Frequency Radio Frequency Identification, 简 称UHF RFID)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目 标对象并获取相关数据，无须人工干预，可工作于各种恶劣环境，在快速 扫描、小型化、抗污染、耐久性好、可重复使用、可穿透性阅读、数据记 忆量大和数据可靠安全等方面有着巨大的优势，正广泛应用于各种行业， 如物流仓储、智能交通、自动收费、海空港口货物管理、超市零售管理、 医疗器械管理、邮政货物追踪等等，而且在边境管理、人员安全、体育运 动方面也有广阔的应用天地，推动全球数字智能管理的发展。无源UHF RFID标签由于其通过天线接收读写器发射的电磁波能量而启 动，因此要求其功耗低，通常该类芯片的功耗要求在30uW以下，这样对系 统中各个模块的功耗要求是极其苛刻的。当读写器的电磁场中存在不止一 个标签，防碰撞机制在所难免，通常的做法是在标签中内建一个随机数产 生装置，用于提供随机数或者产生随机数的来源。如图l、 2所示，现有的随机数产生装置的原理是将噪声作为随机数的源 头，先将噪声放大到过滤器能够有效处理的幅度，然后将放大过的信号分 成两路， 一路直接送入比较器的输入端之一，另一路经过滤波后送入比较 器的另一输入端，通过比较器的比较产生随机数。根据对最终输出要求的 不同，可以通过平滑电路来进行数据的后处理。因为需要对较小噪声进行放大后才能进行比较，现有的随机数产生装置 的缺点是功耗过大，而且通常的输入缓冲放大装置、比较器都是有源电路， 功耗都在10uW 100uW左右，如果速度较高，其功耗会更大。现有的随机 数产生装置功耗通常在10uW 100u。对于UHF RFID标签这样的极低功耗 要求的应用来说，这样的功耗是不能够接受的。 发明内容4本发明所要解决的技术问题就是为了克服以上的不足，提出了一种低 功耗的随机数产生装置及包含该装置的超高频射频识别标签。 本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决一种随机数产生装置，包括随机过程产生器、第一采样保持器、第二 采样保持器和比较器，所述第一采样保持器连接在随机过程产生器第一输 出端和比较器第一输入端之间，所述第二采样保持器连接在随机过程产生 器第二输出端和比较器第二输入端之间；所述第一采样保持器保存随机过程产生器产生的第一输出值并输出至比较器的第一输入端，所述第二采样 保持器保存随机过程产生器产生的第二输出值并输出至比较器的第二输入 端，所述比较器比较第一输出值和第二输出值并产生随机数。所述随机过程产生器包括环形振荡器，所述环形振荡器包括2N+1个 首尾相连的反相器，其中任一所述反相器的输入端和输出端分别构成随机 过程产生器第一输出端和第二输出端。所述随机过程产生器还包括箝位电路，所述箝位电路与第一输出端和 第二输出端相连，用于对第一输出端和第二输出端的输出电压进行箝位。所述箝位电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管阳极与 第二输出端相连，所述第一二极管阴极与第一输出端相连，所述第二二极 管阳极与第一输出端相连，所述第一二极管阴极与第二输出端相连。所述第一采样保持器包括第一控制开关和第一电容，所述第一控制开 关连接在第一输出端和第一电容第一端之间，所述第一电容第二端接地； 所述第二采样保持器包括第二控制开关和第二电容，所述第二控制开关连 接在第二输出端和第二电容第一端之间，所述第二电容第二端接地。所述比较器包括时钟控制开关管和交叉耦合器，所述第一电容第一端 与交叉耦合器第一端相连，所述第二电容第一端与交叉耦合器第二端相连， 所述时钟控制开关管连接在电源和交叉耦合器第三端之间。一种超高频射频识别标签，包括随机数产生装置，所述随机数产生装 置包括随机过程产生器、第一采样保持器、第二采样保持器和比较器，所 述第一采样保持器连接在随机过程产生器第一输出端和比较器第一输入端 之间，所述第二采样保持器连接在随机过程产生器第二输出端和比较器第 二输入端之间；所述第一采样保持器保存随机过程产生器产生的第一输出 值并输出至比较器的第一输入端，所述第二采样保持器保存随机过程产生 器产生的第二输出值并输出至比较器的第二输入端，所述比较器比较第一输出值和第二输出值并产生随机数。所述随机过程产生器包括环形振荡器和箝位电路，所述环形振荡器包括2N+1个首尾相连的反相器，其中任一所述反相器的输入端和输出端分 别构成随机过程产生器第一输出端和第二输出端；所述箝位电路与第一输 出端和第二输出端相连，用于对第一输出端和第二输出端的输出电压进行 箝位。所述第一采样保持器包括第一控制开关和第一电容，所述第一控制开 关连接在第一输出端和第一电容第一端之间，所述第一电容第二端接地； 所述第二采样保持器包括第二控制开关和第二电容，所述第二控制开关连 接在第二输出端和第二电容第一端之间，所述第二电容第二端接地。所述比较器包括时钟控制开关管和交叉耦合器，所述第一电容第一端 与交叉耦合器第一端相连，所述第二电容第一端与交叉耦合器第二端相连， 所述时钟控制开关管连接在电源和交叉耦合器第三端之间。本发明与现有技术对比的有益效果是本发明免去了输入缓冲放大装 置，大大减小了系统的功耗。在比较器之后省略了平滑电路，将比较器输 出直接给数字部分处理，降低了功耗。本发明有采样保持电路，因此可以 通过时钟来控制比较器，尽量减少静态功耗，也就是不比较时不消耗能量， 大大减小了系统的负担。
图l是现有技术的原理框图；图2是现有技术的电路结构示意图；图3是本发明具体实施方式
的原理框图；图4是本发明具体实施方式
电路结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式并结合附图对本发明做进一步详细说明。 如图3所示， 一种随机数产生装置，包括随机过程产生器、第一采样 保持器、第二采样保持器和比较器，所述第一采样保持器连接在随机过程 产生器第一输出端和比较器第一输入端之间，所述第二采样保持器连接在随机过程产生器第二输出端和比较器第二输入端之间；所述第一采样保持 器保存随机过程产生器产生的第一输出值并输出至比较器的第一输入端， 所述第二采样保持器保存随机过程产生器产生的第二输出值并输出至比较 器的第二输入端，所述比较器比较第一输出值和第二输出值并产生随机数本发明中，随机数的源头采用广义的随机过程产生器，任意的随机过 程都可以作为随机数的来源。随后，将该随机过程通过第一采样保持器和 第二采样保持器保存任意选择的两个值，通过比较器比较就可以产生随机 数。本发明免去了输入缓冲放大装置，大大减小了系统的功耗。在比较器 之后省略了平滑电路，将比较器输出直接给数字部分处理，降低了功耗。 本发明有采样保持电路，因此可以通过时钟来控制比较器，尽量减少静态 功耗，也就是不比较时不消耗能量，也大大减小了系统的负担。如图4所示，所述随机过程产生器包括环形振荡器，所述环形振荡器 包括2N+1 (N>0)个首尾相连的反相器，其中任一所述反相器的输入端和 输出端分别构成随机过程产生器第一输出端A和第二输出端B。在图4中， 所述环形振荡器包括3个首尾相连的反相器，第三个反相器的输入端和输 出端分别构成随机过程产生器第一输出端A和第二输出端B。当然，所述 环形振荡器也可包括5个或7个或9个......首尾相连的反相器。所述随机过程产生器还包括箝位电路，所述箝位电路与第一输出端A 和第二输出端B相连，用于对第一输出端A和第二输出端B的输出电压 进行箝位。通过箝位电路对第一输出端A和第二输出端B的输出电压幅度 进行限制可以避免对后续电路产生过大非线性。在图4中，所述箝位电路包括第一二极管Dl和第二二极管D2，所述 第一二极管Dl阳极与第二输出端B相连，所述第一二极管Dl阴极与第 一输出端A相连，所述第二二极管D2阳极与第一输出端A相连，所述第 一二极管D2阴极与第二输出端B相连。当然，所述箝位电路也可由其他 器件构成，如稳压管等。所述第一采样保持器包括第一控制开关Fsl和第一电容Csl,所述第 一控制开关Fsl连接在第一输出端A和第一电容Csl第一端C之间，所述 第一电容Csl第二端D接地；所述第二采样保持器包括第二控制开关Fs2 和第二电容Cs2，所述第二控制开关Fs2连接在第二输出端B和第二电容 Cs2第一端D之间，所述第二电容Cs2第二端接地。利用第一控制开关Fsl 和第二控制开关Fs2可以对第一输出端A和第二输出端B的电压进行采样 并保存在第一电容Csl和第二电容Cs2上，保存的电压在一控制开关Fsl 和第二控制开关Fs2断开的时候由后续比较器进行比较。所述比较器包括时钟控制开关管和交叉耦合器，所述第一电容Csl第 一端C与交叉耦合器第一端相连，所述第二电容Cs2第一端D与交叉耦合器第二端相连，所述时钟控制开关管连接在电源和交叉耦合器第三端之间。在图4中，所述交叉耦合器包括第一PMOS管Ml、第二PMOS管M2、 第一NMOS管M3、第二NMOS管M4，所述钟控制开关管为第三PMOS 管M5。本发明的比较器采用时钟控制交叉耦合结构，所以没有静态功耗。 实验显示，在输出速度为1Mbps且电源电压为1.25V情况下，本发明 的随机数产生装置的功耗今为500nW。本发明功耗低、电路结构简单、便 于集成到IC中。一种超高频射频识别标签，包括随机数产生装置，所述随机数产生装 置包括随机过程产生器、第一采样保持器、第二采样保持器和比较器，所 述第一采样保持器连接在随机过程产生器第一输出端和比较器第一输入端 之间，所述第二采样保持器连接在随机过程产生器第二输出端和比较器第 二输入端之间；所述第一采样保持器保存随机过程产生器产生的第一输出 值并输出至比较器的第一输入端，所述第二采样保持器保存随机过程产生 器产生的第二输出值并输出至比较器的第二输入端，所述比较器比较第一 输出值和第二输出值并产生随机数。所述随机过程产生器包括环形振荡器和箝位电路，所述环形振荡器包 括2N+1个首尾相连的反相器，其中任一所述反相器的输入端和输出端分 别构成随机过程产生器第一输出端和第二输出端；所述箝位电路与第一输 出端和第二输出端相连，用于对第一输出端和第二输出端的输出电压进行 箝位。所述第一采样保持器包括第一控制开关和第一电容，所述第一控制开 关连接在第一输出端和第一电容第一端之间，所述第一电容第二端接地； 所述第二采样保持器包括第二控制开关和第二电容，所述第二控制开关连 接在第二输出端和第二电容第一端之间，所述第二电容第二端接地。所述比较器包括时钟控制开关管和交叉耦合器，所述第一电容第一端 与交叉耦合器第一端相连,所述第二电容第一端与交叉耦合器第二端相连， 所述时钟控制开关管连接在电源和交叉耦合器第三端之间。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说 明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若 干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种随机数产生装置，其特征在于包括随机过程产生器、第一采样保持器、第二采样保持器和比较器，所述第一采样保持器连接在随机过程产生器第一输出端和比较器第一输入端之间，所述第二采样保持器连接在随机过程产生器第二输出端和比较器第二输入端之间；所述第一采样保持器保存随机过程产生器产生的第一输出值并输出至比较器的第一输入端，所述第二采样保持器保存随机过程产生器产生的第二输出值并输出至比较器的第二输入端，所述比较器比较第一输出值和第二输出值并产生随机数。
2. 根据权利要求1所述的随机数产生装置，其特征在于所述随机过程产生器包括环形振荡器，所述环形振荡器包括2N+1个首尾相连的反相器，其中任一所述反相器的输入端和输出端分别构成随机过程产生器第一输 出端和第二输出端。
3. 根据权利要求2所述的随机数产生装置，其特征在于所述随机过程产生器还包括箝位电路，所述箝位电路与第一输出端和第二输出端相连，用 于对第一输出端和第二输出端的输出电压进行箝位。
4. 根据权利要求3所述的随机数产生装置，其特征在于所述箝位电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管阳极与第二输出端相连，所 述第一二极管阴极与第一输出端相连，所述第二二极管阳极与第一输出端 相连，所述第一二极管阴极与第二输出端相连。
5.根据权利要求1－4任一所述的随机数产生装置，其特征在于所述第一采样保持器包括第一控制开关和第一电容，所述第一控制开关连接在第一输出端和第一电容第一端之间，所述第一电容第二端接地；所述第二采样 保持器包括第二控制开关和第二电容，所述第二控制开关连接在第二输出 端和第二电容第一端之间，所述第二电容第二端接地。
6. 根据权利要求5所述的随机数产生装置，其特征在于所述比较器包括 时钟控制开关管和交叉耦合器，所述第一电容第一端与交叉耦合器第一端 相连，所述第二电容第一端与交叉耦合器第二端相连，所述时钟控制开关 管连接在电源和交叉耦合器第三端之间。
7. —种超高频射频识别标签，包括随机数产生装置，其特征在于所述随 机数产生装置包括随机过程产生器、第一采样保持器、第二采样保持器和 比较器，所述第一采样保持器连接在随机过程产生器第一输出端和比较器 第一输入端之间，所述第二采样保持器连接在随机过程产生器第二输出端 和比较器第二输入端之间；所述第一采样保持器保存随机过程产生器产生 的第一输出值并输出至比较器的第一输入端，所述第二采样保持器保存随 机过程产生器产生的第二输出值并输出至比较器的第二输入端，所述比较 器比较第一输出值和第二输出值并产生随机数。
8. 根据权利要求7所述的超高频射频识别标签，其特征在于所述随机过 程产生器包括环形振荡器和箝位电路，所述环形振荡器包括2N+1个首尾 相连的反相器，其中任一所述反相器的输入端和输出端分别构成随机过程 产生器第一输出端和第二输出端；所述箝位电路与第一输出端和第二输出 端相连，用于对第一输出端和第二输出端的输出电压进行箝位。
9. 根据权利要求7或8所述的超高频射频识别标签，其特征在于所述第 一采样保持器包括第一控制开关和第一电容，所述第一控制开关连接在第 一输出端和第一电容第一端之间，所述第一电容第二端接地；所述第二采 样保持器包括第二控制开关和第二电容，所述第二控制开关连接在第二输 出端和第二电容第一端之间，所述第二电容第二端接地。
10. 根据权利要求9所述的超高频射频识别标签，其特征在于所述比较器 包括时钟控制开关管和交叉耦合器，所述第一电容第一端与交叉耦合器第 一端相连，所述第二电容第一端与交叉耦合器第二端相连，所述时钟控制 开关管连接在电源和交叉耦合器第三端之间。
全文摘要
本发明公开了一种随机数产生装置及包含该装置的超高频射频识别标签，随机数产生装置包括随机过程产生器、第一采样保持器、第二采样保持器和比较器，第一采样保持器连接在随机过程产生器第一输出端和比较器第一输入端之间，第二采样保持器连接在随机过程产生器第二输出端和比较器第二输入端之间；第一采样保持器保存随机过程产生器产生的第一输出值并输出至比较器的第一输入端，第二采样保持器保存随机过程产生器产生的第二输出值并输出至比较器的第二输入端，比较器比较第一输出值和第二输出值并产生随机数。本发明免去了输入缓冲放大装置，大大减小了系统的功耗。在比较器之后省略了平滑电路，将比较器输出直接给数字部分处理，降低了功耗。
文档编号G06F7/58GK101329620SQ20081006849
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月10日 优先权日2008年7月10日
发明者冯晓星, 君 封, 兴 张, 王新安, 葛彬杰 申请人:北京大学深圳研究生院