專利名稱：一種真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于隨機(jī)信號(hào)源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置。
背景技術(shù)：
隨機(jī)數(shù)在雷達(dá)系統(tǒng)、保密通信系統(tǒng)，仿真模擬等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生，目前文獻(xiàn)報(bào)道主要有三種方法，一是通過確定的算法產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，這種方法產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)稱為偽隨機(jī)數(shù)，并不是真正的隨計(jì)數(shù)，因?yàn)檫@種方式產(chǎn)生的隨計(jì)數(shù)，完全由的數(shù)學(xué)算法和起始輸入?yún)?shù)確定，是可以預(yù)測的。一旦這種確定的數(shù)學(xué)算法和輸入?yún)?shù)被破解，就喪失了保密通信的安全，因此應(yīng)用范圍受到限制。二是利用物理噪聲和它輸出的不確定性產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)。例如根據(jù)噪聲電壓大于或小于某一給定的數(shù)值，給出相應(yīng)的數(shù)字量。因?yàn)檫@種噪聲有高度的隨機(jī)性，產(chǎn)生的信號(hào)為真隨機(jī)信號(hào)。但這種方法產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)的速率較慢且不可調(diào)，其次由于噪聲容易受外界干擾，因此裝置的穩(wěn)定性較差。三是利用量子系統(tǒng)中內(nèi)在的隨機(jī)性產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，特別是光的量子性的原理。如目前已有文獻(xiàn)報(bào)道采用50/50的分速器， 將光子序列分成兩束，然后兩個(gè)探測器分辨別接收。一個(gè)光子只能隨機(jī)的走一條路徑，將一條路徑被定義為“1”，另一條路徑被定義為“0”，從而產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。這種雖然可以產(chǎn)生隨機(jī)性非常好的隨機(jī)數(shù)，但是光子經(jīng)過兩條不同的路徑，采用兩個(gè)探測器，這就存在兩條路徑的探測效率很難做到一致，隨機(jī)數(shù)中“1”的可能性和“0”的可能性也很難做到相等；同時(shí)采用兩個(gè)探測器，也提高了成本。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生的問題，提出一種真隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生裝置，其解決現(xiàn)有的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的隨機(jī)性大，速度慢以及隨機(jī)數(shù)穩(wěn)定性差的技術(shù)問題。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案一種真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生方法，其特殊之處在于包括以下步驟1產(chǎn)生單光子定時(shí)脈沖信號(hào)1. 1產(chǎn)生一系列離散的隨機(jī)的光子序列組裝單光子隨機(jī)脈沖源，所述單光子隨機(jī)脈沖源包括沿著光路依次放置的單光子源、單光子探測器、前置放大器以及恒比定時(shí)器，所述單光子源包括光源、多塊衰減片以及可調(diào)光闌，光源發(fā)出的光經(jīng)多塊衰減片和可調(diào)光闌輸出一系列離散的隨機(jī)的光子序列的入射光；1. 2產(chǎn)生單光子隨機(jī)脈沖序列入射光入射到到單光子探測器產(chǎn)生單光子隨機(jī)脈沖序列；1. 3產(chǎn)生單光子定時(shí)脈沖信號(hào)單光子脈沖序列依次經(jīng)過前置放大器和恒比鑒別器(CFD)后，產(chǎn)生單光子定時(shí)脈沖信號(hào)，依次標(biāo)識(shí)為(1，2，3，…，N，…)，N為自然數(shù)且大于等于1 ；2隨機(jī)位的產(chǎn)生[0014]2. 1連續(xù)測量單光子定時(shí)脈沖間的時(shí)間間隔，并存儲(chǔ)到多位FIFO 當(dāng)控制器在收到第N個(gè)單光子定時(shí)脈沖信號(hào)的上升沿始時(shí)，觸發(fā)計(jì)數(shù)器復(fù)位為零，同時(shí)開始對(duì)輸入的高頻時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；當(dāng)控制器收到第N+1個(gè)單光子定時(shí)脈沖信號(hào)的上升沿時(shí)，控制器控制計(jì)數(shù)器中的計(jì)數(shù)值存入多位FIFO存儲(chǔ)器中，即為第N個(gè)時(shí)間間隔；當(dāng)控制器在收到第N+1個(gè)單光子定時(shí)脈沖信號(hào)的上升沿始時(shí)，控制器觸發(fā)計(jì)數(shù)器復(fù)位為零，同時(shí)開始對(duì)輸入的高頻時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；當(dāng)控制器收到第N+2個(gè)單光子定時(shí)脈沖信號(hào)的上升沿時(shí)，控制器控制計(jì)數(shù)器中的計(jì)數(shù)值存入多位FIFO存儲(chǔ)器中，即為第N+1個(gè)時(shí)間間隔；WN=I開始，重復(fù)上述過程，直至多位FIFO滿；2. 2從N = 1開始，采用兩個(gè)寄存器的切換的方法，連續(xù)比較相鄰的兩個(gè)時(shí)間間隔如果多位FIFO存儲(chǔ)器中存有數(shù)據(jù)，控制器控制第二寄存器讀取第一寄存器的值， 然后第一寄存器讀取多位FIFO中的值；由于多位FIFO存儲(chǔ)器為先進(jìn)先出存儲(chǔ)器，因此第一寄存器中的值為第N+1個(gè)時(shí)間間隔，第二寄存器中的值為第N個(gè)時(shí)間間隔；控制器控制比較器比較第一寄存器和第二寄存器中所存儲(chǔ)的時(shí)間間隔，如果第一寄存器中的時(shí)間間隔大于第二寄存器中時(shí)間間隔，則比較器輸出“1”， 并輸出有效輸出信號(hào)；如果第一寄存器中的時(shí)間間隔小于第二寄存器中的時(shí)間間隔，則比較器輸出“0”， 并輸出有效輸出信號(hào)；如果第一寄存器中的時(shí)間間隔等于第二寄存器中的時(shí)間間隔，則比較器輸出無效輸出信號(hào)；重復(fù)上述過程，直至多位FIFO空；2. 3比較器輸出的隨機(jī)位“1”或“0”存儲(chǔ)到1位FIFO 若1位FIFO未滿，且控制器收到比較器輸出的輸出有效信號(hào)，則在控制器的控制下，將比較器輸出的“1”或“0”存儲(chǔ)到1位FIFO，若控制器收到比較器輸出的無效輸出信號(hào)，則不進(jìn)行存儲(chǔ)操作；3連續(xù)輸出隨機(jī)位將存儲(chǔ)在1位FIFO存儲(chǔ)器中的隨機(jī)位存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中或直接輸出，直到1位FIFO空。上述的單光子探測器為基于微通道板的單光子探測器、光電倍增管PMT或雪崩光電二級(jí)管APD。所述基于微通道板的單光子探測器包括管殼，設(shè)置在管殼入口的入射窗、設(shè)置在管殼出口的陶瓷基底以及設(shè)置在管殼腔內(nèi)的級(jí)聯(lián)微通道板，入射窗出口側(cè)設(shè)置有光電陰極，陶瓷基底入射側(cè)設(shè)置有半導(dǎo)體感應(yīng)涂層，陶瓷基底出射側(cè)依次設(shè)置有陽極和陽極基底。 半導(dǎo)體感應(yīng)涂層為鍺層或硅層。上述光源為發(fā)光二激光、半導(dǎo)體激光器、汞燈或氘燈。一種真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置，包括單光子隨機(jī)脈沖源、時(shí)鐘單元、基于FPGA的隨機(jī)位提取模塊以及計(jì)算機(jī)組成，所述單光子隨機(jī)脈沖源用于產(chǎn)生單光子定時(shí)脈沖信號(hào)；所述時(shí)鐘單元用于產(chǎn)生高頻時(shí)鐘信號(hào)；所述基于FPGA的隨機(jī)位提取模塊用于接收單光子定時(shí)脈沖信號(hào)和高頻時(shí)鐘信號(hào)并進(jìn)行隨機(jī)位的提取、將提取的隨機(jī)位輸出至計(jì)算機(jī)；所述基于FPGA的隨機(jī)位提取模塊包括控制器、計(jì)數(shù)器、多位FIFO存儲(chǔ)器、緩存單元、比較器、1位FIFO存儲(chǔ)器以及通信接口控制模塊。所述緩存單元包括第一寄存器和第二寄存器；所述計(jì)數(shù)器用于以高頻時(shí)鐘信號(hào)作為計(jì)數(shù)對(duì)象，測量單光子定時(shí)脈沖信號(hào)中相鄰兩個(gè)脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔，并由控制器控制存入多位FIFO存儲(chǔ)器；所述多位FIFO用于連續(xù)存儲(chǔ)相鄰兩個(gè)脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔；所述第一寄存器用于在控制器控制的下從多位FIFO存儲(chǔ)器中讀取1個(gè)時(shí)間間隔， 所述第二寄存器用于在控制器控制的下從第一寄存器中讀取1個(gè)時(shí)間間隔；所述比較器用于將第一寄存器和第二寄存器中的時(shí)間間隔進(jìn)行比較輸出隨機(jī)位；所述1位FIFO用于在控制器的控制下，存儲(chǔ)比較器輸出的隨機(jī)位；所述控制器與單光子隨機(jī)脈沖源和時(shí)鐘單元分別相連，所述1位FIFO存儲(chǔ)器與計(jì)算機(jī)相連。上述的單光子隨機(jī)脈沖源，包括沿著光路依次放置的單光子源、單光子探測器、前置放大器以及恒比定時(shí)器，所述單光子源包括光源、多塊衰減片以及可調(diào)光闌。上述的單光子探測器為基于MCP的單光子探測器、光電倍增管PMT、雪崩光電二級(jí)管 APD。上述光源為發(fā)光二激管、半導(dǎo)體激光器、汞燈或氘燈。本實(shí)用新型所具有的優(yōu)點(diǎn)1、隨機(jī)性好。本實(shí)用新型產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)原理是基量子系統(tǒng)在內(nèi)的隨機(jī)性，采用單光子脈沖隨機(jī)序列時(shí)間間隔大小的比較來產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，因此保證了所產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的絕對(duì)的隨機(jī)性，是一種真隨機(jī)數(shù)。2、產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)“1”和“0”的概率相等。由光子序列中相鄰兩個(gè)光子的時(shí)間間隔是隨機(jī)且相互獨(dú)立，所以tn > tn+1和tn < tn+1概率相等，因此隨機(jī)位的輸出“1”和“0”的
概率相等。3、循環(huán)，連續(xù)，無限，高速的隨機(jī)位提取方法。采用多位FIFO存儲(chǔ)器和1位FIFO存儲(chǔ)器來分別緩沖計(jì)數(shù)值和比較器產(chǎn)生的隨機(jī)位，從而實(shí)現(xiàn)了單光子脈沖時(shí)間間隔的測量， 時(shí)間間隔的比較和隨機(jī)位的輸出工作在并行方式，因此隨機(jī)位的提取可以循環(huán)，連續(xù)，無限的進(jìn)行，而且具有非常高的處理速度。4、采用FPGA來實(shí)現(xiàn)隨機(jī)位的提取，具有非常高的靈活性。一是由于FPGA的可編程性，很容易實(shí)現(xiàn)多通道隨機(jī)位的提取和多路隨機(jī)位的同步輸出。二是由于FPGA輸出的邏輯可以選擇，電平可以選擇，因此采用FPGA來實(shí)現(xiàn)隨機(jī)位的提取，具有非常高的接口靈活性。5、成本低，本實(shí)用新型只采用一個(gè)單光子探測器，隨機(jī)位的提取采用FPGA來實(shí)現(xiàn)，因此極大地減小了真隨機(jī)源的成本。
5[0056]6、穩(wěn)定好且速率可調(diào)，所述的單光子隨機(jī)脈沖源，由光源，多塊衰減片，可調(diào)光闌，和單光子探測器，前置放大器和恒比定時(shí)器組成，能產(chǎn)生穩(wěn)定的單光子隨機(jī)脈沖，因此隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生有很高的穩(wěn)定性。因此通過減光片的數(shù)量和可調(diào)光闌來調(diào)節(jié)入射光強(qiáng)，可以調(diào)節(jié)隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生速率。

圖1為本實(shí)用新型一種隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生裝置圖；圖2產(chǎn)生單光子隨機(jī)脈沖源的裝置圖；圖3基于的MCP單光子探測器；圖4基于FPGA隨機(jī)位的提取原理功能圖；圖5為本實(shí)用新型隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的時(shí)序圖；其中附圖標(biāo)記為1-入射窗，2-光電陰極，3-級(jí)聯(lián)微通道板，4-鍺層，5-陶瓷基底，6-陽極，7-陽極基底。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提出一種隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生裝置，如圖1所示，包括單光子隨機(jī)脈沖源，時(shí)鐘，基于FPGA的隨機(jī)位提取模塊，計(jì)算機(jī)通信接口和計(jì)算機(jī)組成。所述的單光子隨機(jī)脈沖源，如圖2所示，由光源，多塊衰減片，光闌，和單光子探測器，前置放大器和恒比定時(shí)器(CFD)組成。所述的單光子探測器為基于MCP的單光子探測器，如圖3所示，由入射窗，光電陰極，級(jí)聯(lián)MCP，鍺層，陶瓷基底，陽極和陽極基底組成，由于基于MCP的單光子探測器具有面陣結(jié)構(gòu)，因此通過可調(diào)光闌可調(diào)節(jié)入射光入射在探測器上的面積，從而調(diào)節(jié)隨機(jī)位的產(chǎn)生速率。通過搭建單光子隨機(jī)脈沖源，產(chǎn)生單光子隨機(jī)脈沖序列。所述的基于FPGA的隨機(jī)位提取模塊，如圖4所是由控制器，計(jì)數(shù)器，多位FIFO存儲(chǔ)器，緩存1，緩存2，比較器和1位FIFO存儲(chǔ)器，通信接口控制模塊組成。FPGA是現(xiàn)場可編程邏輯器件，利用硬件描述語言(如VHDL，Verilog)來設(shè)計(jì)的邏輯功能。通過相應(yīng)的綜合軟件生成設(shè)計(jì)文件，設(shè)計(jì)文件下載配置到FPGA芯片來實(shí)現(xiàn)各功能模塊和連線。采用對(duì)高頻時(shí)鐘計(jì)數(shù)的方法，連續(xù)測量出單光子隨機(jī)脈沖序列中相鄰兩個(gè)脈沖的時(shí)間間隔(t1; t2，t3, ... , tn，tn+1，...)并存入多位FIFO存儲(chǔ)器，寄存器1和寄存器2分別讀取、和tn+1到比較器進(jìn)行比較，如果tn > tn+1，對(duì)應(yīng)的隨機(jī)位輸出“1”，如果tn < tn+1則對(duì)應(yīng)的隨機(jī)位輸出“0”，并將隨機(jī)位存入1位FIFO。最后將1位FIFO中的隨機(jī)數(shù)直接輸出或輸出的計(jì)算機(jī)通信接口。相鄰的兩個(gè)時(shí)間間隔(tn，tn+1)，n = 1,2,3,...可以被看成一系列隨機(jī)事件，由于單光子序列中相鄰兩個(gè)光子的時(shí)間間隔(t1; t2，t3，. . .，tn，tn+1，...)服從泊松分布，即光子序列中相鄰兩個(gè)光子的時(shí)間間隔是隨機(jī)且相互獨(dú)立，因此隨機(jī)位的輸出“1”還是“0”是隨機(jī)的，且由于tn > tn+1和tn < tn+1概率相等，因此隨機(jī)位的輸出“1”和“0”的概率相等。本實(shí)用新型提供一種產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方法，具體步驟如下[0072]1、產(chǎn)生單光子隨機(jī)脈沖源1. 1組裝可調(diào)簡易單光子源。單光子源由光源，多塊衰減片和光闌組成。光源發(fā)出光經(jīng)過多塊衰減片和光闌進(jìn)行衰減至非常微弱，呈單光子狀態(tài)，保證單光子探測器工作在光子計(jì)數(shù)模式下。光源可以采用發(fā)光二激光，半導(dǎo)體激光器，汞燈和氘燈等。1.2產(chǎn)生單光子脈沖序列。在入射光非常微弱時(shí)，入射光可以看作一系列離散的隨機(jī)的光子序列，入射單光子透過探測器入射窗，經(jīng)光電陰極光電轉(zhuǎn)換，以一定的量子效率產(chǎn)生光電子，光電子經(jīng)過級(jí)聯(lián)微通道板(MCP)倍增后形成電子云團(tuán)。電子云團(tuán)被鍺層接收后， 陽極表面將產(chǎn)生感應(yīng)電荷。陽極輸出所感應(yīng)電荷為單光子脈沖。當(dāng)探測到的一個(gè)光子時(shí)， 單光子探測器輸出一個(gè)單光子脈沖，每個(gè)脈沖代表探測到一個(gè)光子。因此探測器輸出一系列單光子脈沖，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)輸出的脈沖數(shù)就多，因此通過減光片的數(shù)量和可調(diào)光闌來調(diào)節(jié)入射光強(qiáng)，可以調(diào)節(jié)隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生速率。探測器除了用基于微通道板的單光子探測器外，還可以采用如光電倍增管(PMT)、 雪崩光電二級(jí)管(APD)等單光子探測器。1. 3產(chǎn)生單光子定時(shí)脈沖信號(hào)。由于探測器直接輸出的電子脈沖幅度非常小，因此采用前置放大器將探測器輸出信號(hào)放大，然后進(jìn)入恒比鑒別器CFD，恒比鑒別器CFD的作用是選擇在電子脈沖上的某處作為定時(shí)點(diǎn)，產(chǎn)生數(shù)字方波脈沖。該方波脈沖作為單光子定時(shí)脈沖信號(hào)，其上升沿代表光子到達(dá)的時(shí)間。由于單光子脈沖的隨機(jī)性，所以產(chǎn)生光子定時(shí)脈沖信號(hào)也是隨機(jī)的，脈沖的電平與FPGA的電平匹配。恒比鑒別器CFD在脈沖幅度比值恒定時(shí)觸發(fā)，避免了探測器直接輸出電子脈沖幅度抖動(dòng)引起的時(shí)間測量誤差。2、基于FPGA的隨機(jī)位的提取2. 1連續(xù)測量單光子脈沖的時(shí)間間隔(t1; t2，t3，. . .，tn，tn+1，...)步驟一產(chǎn)生的單光子定時(shí)脈沖信號(hào)和外部時(shí)鐘信號(hào)，輸入FPGA隨機(jī)位提取模塊。 控制器在收到第一個(gè)單光子定時(shí)脈沖的上升沿始時(shí)，觸發(fā)計(jì)數(shù)器復(fù)位為零，并開始對(duì)輸入的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)收到第二個(gè)單光子定時(shí)脈沖上升沿時(shí)，控制器把計(jì)數(shù)器中的計(jì)數(shù)值存入多位先進(jìn)先出(FIFO)存儲(chǔ)器中，并同時(shí)對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位為零，重新開始計(jì)數(shù)。當(dāng)收到第三個(gè)單光子定時(shí)脈沖上升沿時(shí)，控制器又把計(jì)數(shù)器中的計(jì)數(shù)值存入多位先進(jìn)先出 (FIFO)存儲(chǔ)器中，并同時(shí)對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位為零，重新開始計(jì)數(shù)。在后續(xù)單光子定時(shí)脈沖到達(dá)時(shí)，不斷地重復(fù)上述過程，存儲(chǔ)器以先進(jìn)先出的方式， 連續(xù)存儲(chǔ)多個(gè)計(jì)數(shù)值，直到多位先進(jìn)先出(FIFO)存儲(chǔ)器滿，這些計(jì)數(shù)值是單光子定時(shí)脈沖間隔內(nèi)時(shí)鐘信號(hào)周期數(shù)，因此存入先進(jìn)先出FIFO存儲(chǔ)器的計(jì)數(shù)值代表了相鄰兩個(gè)單光子脈沖的時(shí)間間隔。2. 2比較相鄰的兩個(gè)時(shí)間間隔(tn，tn+1)并產(chǎn)生隨機(jī)位。如果多位FIFO中存有數(shù)據(jù)，即多位FIFO非空，控制器把寄存器1的值存到寄存器 2，同時(shí)把FIFO存儲(chǔ)器中的一個(gè)計(jì)數(shù)值存到寄存器1，比較器比較寄存器1和寄存器2中的值，若寄存器1中的值大于寄存器2的值，則比較器輸出1，并給出輸出有效信號(hào)。若寄存器 1中的值小于寄存器2的值，比較器輸出0，并給出輸出有效信號(hào)；若寄存器1中的值等于寄存器2中的值，則不輸出。并給出輸出無效信號(hào)。重復(fù)上述過程，直到多位FIFO為空。2. 3緩存隨機(jī)位到1位先進(jìn)先出(FIFO)存儲(chǔ)器在每收到比較器輸出有效信號(hào)，控制器把比較器輸出的值按順序存入1位FIFO存儲(chǔ)器，直至1位FIFO滿。3、輸出隨機(jī)位為了使用方便和功能擴(kuò)張，采用兩種輸出方式一是若1位FIFO非空，在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下，從1位FIFO存儲(chǔ)器直接輸出隨機(jī)脈沖序列，直至1位FIFO空。二是若1位FIFO非空，通過計(jì)算機(jī)通信接口，將隨機(jī)數(shù)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)，直至1位 FIFO 空。由于了采用多位FIFO存儲(chǔ)器和1位FIFO存儲(chǔ)器來分別緩沖計(jì)數(shù)值和比較器產(chǎn)生的隨機(jī)位，因此單光子脈沖時(shí)間間隔的測量，時(shí)間間隔的比較和隨機(jī)位的輸出工作在并行方式，因此上述隨機(jī)位的提取可以循環(huán)，連續(xù)，無限的進(jìn)行，而且具有非常高的處理速度。由于本實(shí)用新型采用FPGA來實(shí)現(xiàn)隨機(jī)位的提取，具有非常高的靈活性。一是由于FPGA的可編程性，很容易實(shí)現(xiàn)多通道隨機(jī)位的提取和多路隨機(jī)位的同步輸出。二是由于 FPGA輸出的邏輯可以選擇，電平可以選擇，具有非常高的接口靈活性。
權(quán)利要求1.一種真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置，其特征在于包括單光子隨機(jī)脈沖源、時(shí)鐘單元、基于FPGA 的隨機(jī)位提取模塊以及計(jì)算機(jī)，所述單光子隨機(jī)脈沖源用于產(chǎn)生單光子定時(shí)脈沖信號(hào)； 所述時(shí)鐘單元用于產(chǎn)生高頻時(shí)鐘信號(hào)；所述基于FPGA的隨機(jī)位提取模塊用于接收單光子定時(shí)脈沖信號(hào)和高頻時(shí)鐘信號(hào)并進(jìn)行隨機(jī)位的提取、將提取的隨機(jī)位輸出至計(jì)算機(jī)；所述基于FPGA的隨機(jī)位提取模塊包括控制器、計(jì)數(shù)器、多位FIFO存儲(chǔ)器、緩存單元、比較器、1位FIFO存儲(chǔ)器以及通信接口控制模塊； 所述緩存單元包括第一寄存器和第二寄存器；所述計(jì)數(shù)器用于以高頻時(shí)鐘信號(hào)作為計(jì)數(shù)對(duì)象，測量單光子定時(shí)脈沖信號(hào)中相鄰兩個(gè)脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔，并由控制器控制存入多位FIFO存儲(chǔ)器； 所述多位FIFO用于連續(xù)存儲(chǔ)相鄰兩個(gè)脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔； 所述第一寄存器用于在控制器控制的下從多位FIFO存儲(chǔ)器中讀取1個(gè)時(shí)間間隔，所述第二寄存器用于在控制器控制的下從第一寄存器中讀取1個(gè)時(shí)間間隔；所述比較器用于將第一寄存器和第二寄存器中的時(shí)間間隔進(jìn)行比較輸出隨機(jī)位； 所述1位FIFO用于在控制器的控制下，存儲(chǔ)比較器輸出的隨機(jī)位； 所述控制器與單光子隨機(jī)脈沖源和時(shí)鐘單元分別相連，所述1位FIFO存儲(chǔ)器與計(jì)算機(jī)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置，其特征在于所述的單光子隨機(jī)脈沖源， 包括沿著光路依次放置的單光子源、單光子探測器、前置放大器以及恒比定時(shí)器，所述單光子源包括光源、多塊衰減片以及可調(diào)光闌。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置，其特征在于所述的單光子探測器為基于微通道板的單光子探測器，所述基于微通道板的單光子探測器包括管殼，設(shè)置在管殼入口的入射窗、設(shè)置在管殼出口的陶瓷基底以及設(shè)置在管殼腔內(nèi)的級(jí)聯(lián)微通道板，所述入射窗出口側(cè)設(shè)置有光電陰極，所述陶瓷基底入射側(cè)設(shè)置有半導(dǎo)體感應(yīng)涂層，所述陶瓷基底出射側(cè)依次設(shè)置有陽極和陽極基底。
4.根據(jù)權(quán)利要求書3所述的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置，其特征在于所述半導(dǎo)體感應(yīng)涂層為鍺層或硅層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置，其特征在于所述的單光子探測器為光電倍增管PMT或雪崩光電二級(jí)管APD，所述光源為發(fā)光二激管、半導(dǎo)體激光器、 汞燈或氘燈。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生裝置，包括單光子隨機(jī)脈沖源、時(shí)鐘單元、基于FPGA的隨機(jī)位提取模塊以及計(jì)算機(jī)，基于FPGA的隨機(jī)位提取模塊包括控制器、計(jì)數(shù)器、多位FIFO存儲(chǔ)器、緩存單元、比較器、1位FIFO存儲(chǔ)器以及通信接口控制模塊，緩存單元包括第一寄存器和第二寄存器。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的隨機(jī)性大，速度慢以及隨機(jī)數(shù)穩(wěn)定性差的技術(shù)問題。本實(shí)用新型具有隨機(jī)性好、循環(huán)，連續(xù)，無限，高速的隨機(jī)位提取方法。
文檔編號(hào)G06F7/58GK202133996SQ201120029788
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者劉永安, 盛立志, 趙寶升, 鄢秋榮 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所