CN113039519B 用于生成随机比特序列的装置和方法 （兰道姆电力公司简称Rap!公司）

2021.03.31PCT/IB2019/0583402019.10.01WO2020/070641EN2020.04.09US2004139132A1,2004.07.15QuantumRandomNumberGeneratSiliconNanocrystalsPhotomultiplier.FRONPHYSICS.2018,第6卷1-8.至少一个硅光电倍增器传感器(201)，其被配置成由于碰撞电离驱动的热生成电荷载流子的自少一个硅光电倍增器传感器(201)可以经受热生从所述至少一个硅光电倍增器传感器(201)接收2至少一个硅光电倍增器传感器(201)能经受所述热(S1)，并基于从所述至少一个硅光电倍增器传感器(201)接收到的所述内源随机电流脉冲成为从所述至少一个硅光电倍增器传感器(201)接收到的所述内源随机电流脉冲的序列收逻辑开始信号(STR)和由所述信号调节模块(203)确定的每个逻辑停止信号(STP)的时信号(STP)的到达时间与所述逻辑开始信号(STR)述装置(200)通电时向所述时间-数字转换器模块(204)发送所述逻辑开始信号(STR)的控5.根据权利要求4所述的装置(200)，还包感器(201)提供高压电源的高压电源模块(206)，所述高压电源模块(206)还被配置成控制所述至少一个硅光电倍增器传感器(201)的工作电压与过剩偏压相对于击穿电压值的依赖电源模块(206)控制所述至少一个硅光电倍增器传感器(201)，所述控制模块(205)还被配-被配置成将所述内源随机电流脉冲的序列(S1)中的每个电流脉冲转换成对应的电压-被配置成将每个电压脉冲与由数字-模拟转换器模块(404)提供的可调谐阈值进行比所述比较器模块(403)还被配置成基于所执行的比较的结果来生成每个逻辑停止信号8.根据前述权利要求7所述的装置(200)，还包(201)可操作性地关联的珀尔帖单元(405)，基于温度控制的所述珀尔帖单元(405)被配置成控制所述至少一个硅光电倍增器传感器(310.根据前述权利要求8和9中任一项所述的装置(200)，还包括与所述珀尔帖单元(405)可操作地连接的降压型DC-DC转换器模块(406)，所述降压型DC-DC转换器模块(406)被配置成加偏压于所述珀尔帖单元(405)，所述降压型DC-DC转换器模块(406)由所述控制被配置成向所述终端用户(EU)提供待提供给终端用户(EU)的所述随机比特序列(S2)的输-由至少一个硅光电倍增器传感器(201)由于碰撞电离驱动的热生成电荷载流子的自-由用于生成随机比特序列的装置(200)的数据处理单元(202)接收所述内源随机电流-由所述数据处理单元(202)基于从所述至少一个硅光电倍增器传感器(201)接收到的述至少一个硅光电倍增器传感器(201)接收到的所述内源随机电流脉冲的序列(S1)中的每-由所述数据处理单元(202)的时间-数字转换器模块(204)接收逻辑开始信号(STR)和-由所述数据处理单元(202)的所述时间-数字转换器模块(204)测量每个逻辑停止信号(STP)的到达时间与所述逻辑开始信号(STR)(200)通电时向所述数据处理单元(202)的所述时间-数字转换器模块(204)提供所述逻辑-由所述控制模块(205)处理由所述时间-数字转换器模块(204)测量到的每个时间间光电倍增器传感器(201)接收到的所述内源随机电流脉冲的序列(S1)中的每个电流脉冲确4-由所述信号调节模块的电流-电压转换模块(401)将所述内源随机电流脉冲的序列-由所述信号调节模块(203)的比较器模块(403)将每个电压脉冲与由所述装置(200)-由所述信号调节模块(203)的所述比较器模块(403)基于所执行的比较的结果，生成5[0002]已知，随机数生成可以基于算法或基于与不可预测的自然现象相关的可观测[0009]即使可以假设系统的复杂性或者其混乱性质来为实际出现的不可预测性提供基6[0025]图1的量子随机生成器的设置存在一系列弱点，可能影响提取到的比特序列的质子数解析，以检测、时间标记和记录由衰减激光源或发光二极管(LED)发射的不相关单光[0031]特别地，利用光子的到达时间的量子随机数生成器是基于对来自LED源的单光子[0032]根据现有技术的另一方案，光电倍增管已被单光子雪崩光电二7[0044]这样的目的是通过根据本发明的实施方式的用于生成随机比特序列的装置来实[0045]所述装置的优选实施方式在根据本发明的另外的实施方式的用于生成随机比特[0050]-图3通过框图示意地示出了根据本发明的实施方式的用于生成随机比特序列的[0051]-图4通过框图示意地示出了根据本发明的实施方式的用于生成随机比特序列的[0052]-图5通过框图示意地示出了根据本发明的实施方式的用于生成随机比特序列的[0054]特别地参照图3和图4的实施方式，装置200包括至少一个硅光电倍增器传感器8201，该至少一个硅光电倍增器传感器被配置成由于碰撞电离驱动的热生成电荷载流子的自放大而生成内源随机电流脉冲的序列S1，该至少一个硅光电倍增器传感器201可以经受(单元)阵列中随机生成的电荷载流子而自放大的脉冲进行时间标记来生成随机比特的可[0056]该内源机制预计克服基于量子效应的依赖外源脉冲源——或者是放射源或者是[0057]半导体装置中能带的量子性质、电子在能级上根据费米-狄拉克统计的分布以及在高于击穿电压几伏的情况下以接近100％[0068]图2中示出了在SiPM诸如图3和图4的实施方式的至少一个硅光电倍增器传感器9[0081]该程序保证了最多达50％的比特提取效率，可能会因为等时间间隔的数量而降电流脉冲的序列。201接收到的所述内源随机电流脉冲的序列S1，来确定待提供给终端用户EU的随机比特序[0086]根据图3中所示的实施方式，装置200的数据处理单元202包括被配置成接收所述[0087]装置200的信号调节模块203被配置成为从所述至少一个硅光电倍增器传感器201[0089]根据图3的实施方式，装置200的数据处理单元202还包括时间-数字转换器模块[0090]时间-数字转换器模块204还被配置成测量每个逻辑停止信号STP的到达时间与逻块被配置成在装置200通电时向时间-数字转换器模块204提供逻辑[0092]根据本实施方式，控制模块205还被配置成处理由时间-数字转换器模块204测量[0094]控制模块205被配置成通过串行外设接口(SPI)和/或集成电路间协议(I2C线)与[0096]高压电源模块206还被配置成控制至少一个硅光电倍增器传感器201的工作电压[0098]根据该实施方式，控制模块205还被配置成还控制信号调节模块203和时间-数字[0100]就此而言，根据图4所示的实施方式，信号调节模块203包括电流-电压转换模块包括与至少一个硅光电倍增器传感器201可操作地[0113]基于温度控制的珀尔帖单元405被配置成控制至少一个硅光电倍增器传感器201[0116]根据图4所示的实施方式，装置200包括与珀尔帖单元405可操作地连接的降压型[0119]根据图4所示的另一实施方式，结合前述实施方式中的任何实施方式，控制模块电倍增器传感器201可以容置在晶体管轮廓(TO)封装件中，该封装件还嵌入有珀尔帖单元[0127]根据该实施方式，可以在现场可编程门阵列(FPGA)芯片中实施时间-数字转换器[0129]这样的实施方式可以有利地适合于不超过几cm2的区域，以用于几百mW范围内的路(ASIC)上布置低功率小型化装置，这得益于微电子装置的竖向集成的进步以及用于的热生成电荷载子的自放大而生成501内源随机电流脉冲的序列S1，该至少一个硅光电倍[0135]方法500还包括以下步骤：由用于生成随机比特序列的装置200的数据处理单元理单元202的信号调节模块203为从所述至少一个硅光电倍增器传感器201接收到的所述内[0140]-由数据处理单元202的时间-数字转换器模块204接收505逻辑开始信号STR和由[0141]-由数据处理单元202的时间-数字转换器模块204测量506每个逻辑停止信号STP以下步骤：由数据处理单元202的控制模块205在装置200通电时向数据处理单元202的时[0145]-由控制模块205基于每个经处理的时间间隔，生成509待提供给终端用户EU的随[0147]-由信号调节模块203的电流-电压转换模块401将内源随机电流脉冲的序列S1中[0149]-由信号调节模块203的比较器模块403将每个电压脉冲与由装置200的数字-模拟转