本发明属于电子电路，具体涉及一种基于碳基芯片的真随机数产生装置。
背景技术：
1、基于电噪声的随机数发生器实时速率不高，无法满足当前高速网络与信息安全系统对于随机数实时快速产生的需求。利用宽带光噪声可以产生现有最高速率的随机数，然而这项技术目前仍面临一大挑战：如何在保持高速的同时，有效降低光噪声随机数发生器的功耗，以满足物联网、车载物联网等功耗敏感行业的应用需求。
2、为获取高速率的二进制随机数序列，光噪声技术发生器一般使用高速adc作为熵采集器对宽带光噪声信号进行模拟-数字转换。而当前技术条件下，高速adc的功耗是光噪声随机数发生器的功耗高的主要因素，高速adc的功耗普遍在数w量级，功耗是光噪声随机数发生器其他功耗器件的数倍。高速比较器作为熵采集器(全并行adc)的核心器件，是其功耗的主要来源，而硅基晶体管的使用，成为制约高速比较器功耗降低的瓶颈。可见，降低熵采集器和光噪声随机数发生器功耗的根本途径在于寻找可替代硅基晶体管的新型半导体器件，利用具有更高能量效率比的晶体管来实现高速比较器。因此，设计基于cntfet(碳纳米管场效应晶体管)工艺的高速adc的熵采集方法是解决光噪声随机数发生器功耗高问题的关键。
技术实现思路
1、本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于碳基芯片的真随机数产生装置，以降低光噪声随机数发生器的功耗。
2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于碳基芯片的真随机数产生装置，包括：宽带光噪声熵源、熵采集器，所述宽带噪声熵源用于产生宽带混沌噪声信号，所述熵采集器包括：
3、采样保持电路：用于对所述宽带混沌噪声信号进行采样得到采样信号；
4、tiq比较器：包括多个并联的比较电路，用于将采样结果转化为数字信号输出，每路比较电路包括一个第一级联反相器，所述第一级联反相器为碳纳米管场效应晶体管搭建；
5、独热码生成器：用于将tiq比较器输出的数字信号转换为独热码，包括第二级联反相器、多个异或门和反相器，每个所述异或门的两个输入端分别连接tiq比较器的两个相邻输出端，每个所述异或门的输出端作为独热码生成器的一个输出端，反相器和第二级联反相器的输入端分别连接tiq比较器的第一个和最后一个输出端，输出端分别作为独热码生成器的第一个和最后一个输出端；
6、编码器：用于将独热码转化为二进制码。
7、所述采样保持电路包括：
8、第一场效应晶体管，第二场效应晶体管，电容；
9、第一场效应晶体管和第二场效应晶体管的栅极连接时钟信号，源极连接宽带混沌光噪声信号，漏极输出采样信号，此外，漏极还通过电容接地；
10、所述第一场效应晶体管为n型碳纳米管场效应管，第二场效应晶体管为p型碳纳米管场效应管。
11、所述tiq比较器包括31个比较电路，每个比较电路中，第一级联反相器包括两个相同的反相器，所述反相器为碳纳米管场效应晶体管形成。
12、所述异或门包括第三场效应晶体管，第四场效应晶体管，第五场效应晶体管，第六场效应晶体管；其中，第n个异或门中，第三场效应晶体管的源极连接tiq比较器的第n-1个输出端，栅极与第四场效应晶体管的栅极连接tiq比较器的第n个输出端，漏极与第四场效应晶体管的漏极、第五场效应晶体管的栅极、第六场效应晶体管的栅极连接；第四场效应晶体管的源极与第五场效应晶体管的源极连接，第五场效应晶体管的漏极与第六场效应晶体管的漏极连接并作为第n个异或门的输出；第六场效应晶体管的源极接地。
13、所述第三场效应晶体管和第六场效应晶体管为n型碳纳米管场效应管，第四场效应晶体管和第五场效应晶体管为p型碳纳米管场效应管。
14、所述编码器为fattree编码器。
15、所述宽带噪声熵源包括dfb激光器、偏置器、放大器、光反馈结构，所述dfb激光器发出的光经光反馈结构反射后，部分光沿原路返回dfb激光器使其产生混沌光噪声信号，与混沌光噪声属性一致的宽带混沌噪声信号从dfb激光器的电源端输出，经偏置器取出信号交流成分再经放大器后输出至熵采集器中。
16、所述光反馈结构包括可调光衰减器、偏振控制器和啁啾光纤光栅，所述dfb激光器发出的光经可调光衰减器、偏振控制器后入射至啁啾光纤光栅后，经啁啾光纤光栅反射后部分光沿原路返回dfb激光器使其产生混沌光噪声信号。
17、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
18、1、本发明提供了一种基于碳基芯片的真随机数产生装置，其中的熵采集器包括采样保持电路、tiq比较器、独热码生成器和编码器，避免了运算放大器等模拟电路的使用，具有结构简单、低功耗、速度快等优点；
19、2、本发明中，tiq比较器采用碳纳米管场效应晶体管，可以通过调节tiq比较器中的晶体管的手性指数向量，来改变晶体管的栅极宽度wgate，进而控制反相器的阈值电压，实现模数转换。
20、3、本发明中，独热码生成器采用结构优化后的异或门，可以减少场效应晶体管的数量，使得电路面积减小，并减小了延迟；而且，异或门采用碳纳米管场效应晶体管，其能耗低。
21、4、本发明的真随机数产生装置中电路内芯片均基于cntfet工艺的碳基芯片实现，为高速(gb/s)、低功耗(mw)光噪声随机数发生器的实现提供了技术基础，为物联网、车联网等行业亟需的高速低功耗光噪声随机数(密钥)产生技术提供了一种解决方案。
1.一种基于碳基芯片的真随机数产生装置，其特征在于，包括：宽带光噪声熵源、熵采集器，所述宽带噪声熵源用于产生宽带混沌噪声信号，所述熵采集器包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于碳基芯片的真随机数产生装置，其特征在于，所述采样保持电路包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于碳基芯片的真随机数产生装置，其特征在于，所述tiq比较器包括31个比较电路，每个比较电路中，第一级联反相器包括两个相同的反相器，所述反相器为碳纳米管场效应晶体管形成。
4.根据权利要求1所述的一种基于碳基芯片的真随机数产生装置，其特征在于，独热码生成器中，所述异或门(5)包括第三场效应晶体管(51)，第四场效应晶体管(52)，第五场效应晶体管(53)，第六场效应晶体管(54)；
5.根据权利要求1所述的一种基于碳基芯片的真随机数产生装置，其特征在于，所述编码器为fattree编码器。
6.根据权利要求1所述的一种基于碳基芯片的真随机数产生装置，其特征在于，所述宽带噪声熵源包括dfb激光器(7)、偏置器(8)、放大器(9)、光反馈结构，所述dfb激光器(6)发出的光经光反馈结构反射后，部分光沿原路返回dfb激光器(6)使其产生混沌光噪声信号，与混沌光噪声属性一致的宽带混沌噪声信号从dfb激光器的电源端输出，经偏置器(7)取出信号交流成分再经放大器(9)后输出至熵采集器中。
7.根据权利要求6所述的一种基于碳基芯片的真随机数产生装置，其特征在于，所述光反馈结构包括可调光衰减器(10)、偏振控制器(11)和啁啾光纤光栅(12)，所述dfb激光器(7)发出的光经可调光衰减器(10)、偏振控制器(11)后入射至啁啾光纤光栅(12)后，经啁啾光纤光栅(12)反射后部分光沿原路返回dfb激光器(7)使其产生混沌光噪声信号。