專利名稱：混沌振蕩器及其作為隨機(jī)比特發(fā)生器的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息技術(shù)及通信安全領(lǐng)域，特別涉及一種混沌振蕩器，以及將該混沌振蕩器作為一種隨機(jī)比特發(fā)生器的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著高級信息和通信安全的顯著發(fā)展，信息的保護(hù)變得十分重要。隨機(jī)比特發(fā)生器廣泛地用于計(jì)算機(jī)仿真、數(shù)值分析、算法評估、統(tǒng)計(jì)抽樣、圖像鑒別、加密、數(shù)字水印等許多領(lǐng)域。目前，產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方法主要包括兩種算術(shù)法和物理法。算術(shù)隨機(jī)數(shù)是通過反復(fù)計(jì)算的方式獲得，這就有可能存在周期性，這個(gè)因素阻礙了它們在密碼系統(tǒng)中的應(yīng)用。另一方面，物理隨機(jī)數(shù)通過隨機(jī)的物理現(xiàn)象產(chǎn)生，由于沒有周期性存在，可以實(shí)現(xiàn)高安全性。隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，通過集成電路產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)越來越受到人們的重視。目前，有的研究人員利用離散混沌映射設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字式隨機(jī)比特發(fā)生器，制作成集成電路芯片。另一方面，為了提高產(chǎn)生隨機(jī)比特流的速度，也有的研究人員利用模擬集成電路來實(shí)現(xiàn)連續(xù)時(shí)間的混沌振蕩器以產(chǎn)生隨機(jī)比特。但是，目前提出的電路總體來說比較復(fù)雜，成本較高，并且產(chǎn)生的混沌信號的混沌程度不夠，易于破解，因此有必要沿著這個(gè)研究方向， 提出一種易于實(shí)現(xiàn)、成本低的、新型的模擬混沌振蕩器，并且以及利用該混沌振蕩器來實(shí)現(xiàn)隨機(jī)比特發(fā)生器的研制。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的之一是提供一種模擬的混沌振蕩器，其結(jié)構(gòu)簡潔、易于制造，成本較低；本發(fā)明的目的之二是保護(hù)前述的混沌振蕩器作為隨機(jī)比特發(fā)生器的應(yīng)用。本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的該混沌振蕩器包括一個(gè)負(fù)跨導(dǎo)正弦振蕩器電路以及一個(gè)差動(dòng)放大電路單元；通過將負(fù)跨導(dǎo)正弦振蕩器電路的輸出信號經(jīng)差動(dòng)放大電路單元放大后作為輸出，得到連續(xù)的混沌振蕩信號。進(jìn)一步，所述負(fù)跨導(dǎo)正弦振蕩器電路包括兩個(gè)NPN型的雙極性晶體管I和晶體管 II，所述晶體管II的基極與晶體管I的集電極相聯(lián)接，所述晶體管II的集電極與晶體管I 的基極相聯(lián)接，所述晶體管II的發(fā)射極與晶體管I的發(fā)射極聯(lián)接后接地；所述晶體管II的集電極與發(fā)射極之間并聯(lián)有第二電容，所述晶體管I的集電極與發(fā)射極之間并聯(lián)有第一電容；所述晶體管I的集電極通過第一電感聯(lián)接至恒流源II，所述晶體管II的集電極通過第二電感聯(lián)接至恒流源I，所述恒流源I與恒流源II之間設(shè)置有隔離電阻；所述差動(dòng)放大電路單元包括兩個(gè)NPN型的雙極性晶體管III和晶體管IV，所述晶體管III的基極聯(lián)接至第一電容與晶體管I集電極的公共點(diǎn)，所述晶體管IV的基極聯(lián)接至第二電容與晶體管II集電極的公共點(diǎn)；所述晶體管III和晶體管IV的發(fā)射極相互聯(lián)接，并通過恒流源聯(lián)接至公共接地點(diǎn)；所述晶體管III的集電極聯(lián)接至第二電感與恒流源I的公
3共接點(diǎn)，所述晶體管IV的集電極聯(lián)接至第一電感與恒流源II的公共接點(diǎn)。本發(fā)明的目的之二是通過將前述的混沌振蕩器作為隨機(jī)比特發(fā)生器的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提出的正弦振蕩器適合在單片的集成電路芯片上實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)緊湊、造價(jià)低廉，并且具有很高的輸出頻率；同時(shí)其平衡性能好，具有高源抑制和噪聲免疫功能，根據(jù)該正弦振蕩器設(shè)計(jì)的隨機(jī)信號發(fā)生器繼承了以上優(yōu)點(diǎn)，作為一種隨機(jī)比特發(fā)生器方案來說，具有較高的實(shí)用價(jià)值。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書和權(quán)利要求書來實(shí)現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中圖1為本發(fā)明的混沌振蕩器電路聯(lián)接圖；圖2為混沌振蕩器電路中電壓Va-Vc2的相圖；圖3為混沌振蕩器電路中電壓Va的功率譜圖；圖4為系統(tǒng)⑵中狀態(tài)變量X、y和ζ的時(shí)間響應(yīng)圖；圖5為系統(tǒng)O)中狀態(tài)變量X、y和ζ之間的相圖；圖6為系統(tǒng)O)中變量通過變換后的相圖；圖7為系統(tǒng)O)的Lyapimov指數(shù)圖；圖8為隨機(jī)比特流的產(chǎn)生原理圖。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，本發(fā)明的混沌振蕩器，包括一個(gè)負(fù)跨導(dǎo)正弦振蕩器電路以及一個(gè)差動(dòng)放大電路單元；通過將正弦振蕩器電路的輸出信號經(jīng)差動(dòng)放大電路單元放大后作為輸出，得到連續(xù)的混沌振蕩信號。本實(shí)施例中，所述負(fù)跨導(dǎo)正弦振蕩器電路包括兩個(gè)NPN型的雙極性晶體管I Tl和晶體管II T2，晶體管II T2的基極與晶體管I Tl的集電極相聯(lián)接，晶體管II T2的集電極與晶體管I Tl的基極相聯(lián)接，晶體管II T2的發(fā)射極與晶體管I Tl的發(fā)射極聯(lián)接后接地；所述晶體管II T2的集電極與發(fā)射極之間并聯(lián)有第二電容C2，晶體管I Tl的集電極與發(fā)射極之間并聯(lián)有第一電容Cl ；所述晶體管I Tl的集電極通過第一電感Ll聯(lián)接至恒流源 II Lii2，晶體管II D2的集電極通過第二電感L2聯(lián)接至恒流源I Lnl，恒流源I Iml與恒流源II Im2之間設(shè)置有隔離電阻R;本實(shí)施例中，差動(dòng)放大電路單元包括兩個(gè)NPN型的雙極性晶體管III T3和晶體管IV T4，所述晶體管III T3的基極聯(lián)接至第一電容Cl與晶體管I Tl集電極的公共點(diǎn)，所述晶體管IV T4的基極聯(lián)接至第二電容C2與晶體管II T2集電極的公共點(diǎn)；所述晶體管III T3和晶體管IV T4的發(fā)射極相互聯(lián)接，并通過恒流源IO聯(lián)接至公共接地點(diǎn)；所述晶體管III T3的集電極聯(lián)接至第二電感L2與恒流源I Iml的公共接點(diǎn)，所述晶體管IV T4的集電極聯(lián)接至第一電感Ll與恒流源II Im2的公共接點(diǎn)。由于雙極性晶體管要求的電感值較小，因此更適合在單片集成電路中實(shí)現(xiàn)。另外， 值得注意的是，該混沌振蕩器是平衡的，具有高源抑制和噪聲免疫功能。通過對圖1所示電路進(jìn)行節(jié)點(diǎn)電壓分析，可以得到以下電路方程
權(quán)利要求
1.混沌振蕩器，其特征在于所述混沌振蕩器包括一個(gè)負(fù)跨導(dǎo)正弦振蕩器電路以及一個(gè)差動(dòng)放大電路單元；通過將負(fù)跨導(dǎo)正弦振蕩器電路的輸出信號經(jīng)差動(dòng)放大電路單元放大后作為輸出，得到連續(xù)的混沌振蕩信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混沌振蕩器，其特征在于所述負(fù)跨導(dǎo)正弦振蕩器電路包括兩個(gè)NPN型的雙極性晶體管I(Tl)和晶體管II (T2)，所述晶體管II (T2)的基極與晶體管 I(Tl)的集電極相聯(lián)接，所述晶體管II (T2)的集電極與晶體管I (Tl)的基極相聯(lián)接，所述晶體管II (1 的發(fā)射極與晶體管I(Tl)的發(fā)射極聯(lián)接后接地；所述晶體管II (1 的集電極與發(fā)射極之間并聯(lián)有第二電容(C2)，所述晶體管I(Tl)的集電極與發(fā)射極之間并聯(lián)有第一電容(Cl)；所述晶體管I (Tl)的集電極通過第一電感(Li)聯(lián)接至恒流源I (Im2)，所述晶體管II(D)的集電極通過第二電感(U)聯(lián)接至恒流源II (Iml)，所述恒流源I (Liil)與恒流源Iiam2)之間設(shè)置有隔離電阻(R)；所述差動(dòng)放大電路單元包括兩個(gè)NPN型的雙極性晶體管IIICH)和晶體管IV(T4)，所述晶體管III(T3)的基極聯(lián)接至第一電容(Cl)與晶體管I(Tl)集電極的公共點(diǎn)，所述晶體管IV(Τ4)的基極聯(lián)接至第二電容(以)與晶體管11(1 集電極的公共點(diǎn)；所述晶體管 III CH)和晶體管IV(T4)的發(fā)射極相互聯(lián)接，并通過恒流源(IO)聯(lián)接至公共接地點(diǎn)；所述晶體管III(T3)的集電極聯(lián)接至第二電感(L2)與恒流源iaml)的公共接點(diǎn)，所述晶體管 IV(T4)的集電極聯(lián)接至第一電感(Li)與恒流源Iiam2)的公共接點(diǎn)。
3.將權(quán)利要求1或2所述的混沌振蕩器作為隨機(jī)比特發(fā)生器的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混沌振蕩器，所述混沌振蕩器包括一個(gè)負(fù)跨導(dǎo)正弦振蕩器電路以及一個(gè)差動(dòng)放大電路單元；通過將正弦振蕩器電路的輸出信號經(jīng)差動(dòng)放大電路單元放大后作為輸出，得到連續(xù)的混沌振蕩信號；同時(shí)，本發(fā)明還公開了該混沌振蕩器作為隨機(jī)比特發(fā)生器的應(yīng)用。本發(fā)明提出的正弦振蕩器適合在單片的集成電路芯片上實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)緊湊、造價(jià)低廉，并且具有很高的輸出頻率；同時(shí)其平衡性能好，具有高源抑制和噪聲免疫功能，根據(jù)該正弦振蕩器設(shè)計(jì)的隨機(jī)比特發(fā)生器繼承了以上優(yōu)點(diǎn)，作為一種真隨機(jī)比特發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案來說，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號H03B5/18GK102185562SQ20111005185
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者段書凱, 王麗丹 申請人:西南大學(xué)