随机振荡器
振荡器是产生周期性振荡信号的谐振器件，是现代电子信息系统的核心器件之一。在未来 6G 等应用领域，传统电学振荡器难以产生高中心频率的低相位噪声微波信号，亟需一种新的高性能谐振器件。
光电振荡器（ Optoelectronic oscillator ， OEO ）是具有正反馈光电混合回路的微波光子自激振荡系统，借助低损耗或高品质因数的储能元件，可产生具有极低相位噪声的微波信号。作为微波技术和光子技术的交叉领域，光电振荡器同样融合了两者的各自优势，具有大带宽和高频率等优点。因此，光电振荡器可作为高性能微波光子信号源，应用于涉及微波信号的产生、处理或接收的各种场合中，是微波光子学领域的研究热点。
目前，光电振荡器行业迅速增长，其中有的产品已在市场中取得大规模应用。例如美国 OEwaves 公司研制的小型化光电振荡器，已经得到应用转化。国内光电振荡器产业处于爆发的前夜，未来有望满足无线通信系统、光纤通信网络、生物成像、传感、现代仪器等领域的迫切需求。
随机振荡器
COMPONENT
CMOS场效应管随机振荡器电路工作原理-MOS场效应管应用-竟业电子
时间：2021/2/2 阅读：816 关键词：MOS场效应管
CMOS场效应管 随机振荡器电路工作原理
单位增益缓冲器 组成： M1 ～ M5 随机振荡器 + M7 + M8 + R1
振荡器充电电流基 I1=Vo / R1
调节 R1 即对 充电电流基 I1 调整
电压比较器 组成： M10 ～ M18
用 M18 与 M19 电流镜产生单端输出 Vout 。
M25 产生镜像电流 I2 并 对时间常数电容 C 充电。
随机控制信号 V1 ～ V4 ， 随机打开 M27 ～ M30 管，镜像作用，电容 C 充电电流变大，电容 C 充电速度加快，即振荡器频率改变。
电路 M21 ～ M24 管宽长比比值设计为 8 ： 4 ： 2 ： 1
V e > V mt 时 比较器输出电压升高，直到比较器输出电压高于整形电路 ( 施密特触发器 )
的上阈值电压 Vr+) ， V e =V ou t =V t+ 充电结束，
a 27 = 1 ， 电容上电荷通过 M31 放电，比较器输出电压下降，当比较器输出端电压低于 Vr - 随机振荡器 ，整形电路输出 = 1 ，完成一个周期的充放电工作。
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随机振荡器
基于环形振荡器的 TRNG：
环形振荡器 PUF：
PUF 的想法是它为每个挑战创建相同的预定义（但看似随机）响应，而 TRNG 的想法是它创建真正随机的输出。
- 环形振荡器如何成为这两种功能的主要元素？ 随机振荡器 一种似乎依赖于可以预测振荡器状态的事实，而另一种则依赖于相反的情况。 这对我来说似乎很矛盾。
- 它是否与 XOR 有关，在 TRNG 的情况下（半）随机组合输出，而 PUF 中的多路复用器调节输出？ 或者它与振荡器运行多长时间有关？
- 如果是这样，环形振荡器 TRNG 真的是随机的吗？
在 TRNG 结构中，环没有共同的使能信号，它们同步的唯一时间点是加电时。 然后他们自由奔跑，每个人都有自己的节奏。 这本身并不会产生大量随机性，但会在触发器输入端产生很多毛刺。 希望是从亚稳定性中创造更多的随机性。 对于 PUF，有一个共同的使能，因此环形振荡器在开始时以一个共同的同步点相互竞争。 挑战输入选择哪些实例正在竞争。 对于给定的挑战和给定的筹码，比赛的结果往往总是相同的结果，因为每个环的精确频率取决于每个阶段的精确物理特性。
这与 RO 运行的时间无关，这只是输出的使用方式造成了差异。 您甚至可以移除 PUF 中的启用信号，这仍然可以工作，因为重要的是频率差异，而对于 TRNG，这是重要的采样时的实际输出值。
该 TRNG 可能是真正随机的，但要正确（以获得高数据速率）是很棘手的。 其他依赖异步环或混沌映射的结构是更安全的选择。
PUF 测量振荡器频率，这取决于器件制造过程中原子的排列方式。 RNG 在短时间内使用振荡器频率和相位的随机性。
随机性从何而来
正如设计人员所知，任何计时设备（钟摆、石英谐振器、RC 振荡器等）都有一些固有的“噪声”或“抖动”。 如果我们构建一个输出为脉冲流的振荡器，则脉冲间时间并不完全一致。 这种噪声与更熟悉的噪声类型具有相似的特性和行为，并且是随机的。
在环形振荡器 TRNG 中，每个振荡器相对于采样时钟的相位随时间漂移。 大多数漂移是由于振荡器和采样频率之间的差异造成的，但也有一些是由抖动引起的。
换句话说，想象一个带有使能输入的环形振荡器。 它打开，然后在一段时间后采样 T 。 每个时期持续 (1/f)+jitter 。 很长一段时间后，大量的抖动值被添加到相位中。 输出可以是等概率的 1 或 0。 不幸的是，对于高斯抖动， N 抖动值加在一起的 N^0.5 标准偏差 只有大 一倍。
RNGs 有效地捕捉随机性
这种方案效率低下，每比特需要许多抖动样本。 相位分布必须宽到几乎均匀。 对环形振荡器的输出 N 进行异或采样比在 处采样相同的 N 环形振荡器可以产生更多的随机位 F/N 。 有一些统计分析说明了原因，但可以通过考虑抖动值必须移动振荡器相位足以引起位翻转的机会数量来直观地理解它。 过采样会为每个振荡器产生大量相关的位。 Xoring 将它们组合成一个白化的输出流。
PUF 减少随机性的影响
PUF 旨在减少随机噪声源对其结果的影响。 理想的 PUF 仅取决于器件制造过程中原子的着陆方式。 您展示的 PUF 设计在某个时间不会“预测”环形振荡器的输出值 T 。 它对输出脉冲进行计数。 输出大致为： "Is the frequency of the first selected ring 随机振荡器 oscillator higher than that of the second selected ring oscillator?" . 对于相当长的运行时间，这不会受到抖动值的显着影响。 抖动效应按 0.5 次方缩放，而计数线性增加。 更长的运行时间收敛于完美的频率比较。 随机振荡器 对于频率非常接近的振荡器，抖动会在结果中发挥重要作用。 这就是为什么某些 PUF 质询值 在给定设备上 可能没有确定 1 或 0 答案的原因。