Kaotik Osilatör Tabanlı Rasgele Sayı Üreteci

Abstract

Bu çalışmada, yüksek hızlı, sürekli zaman kaotik osilatörü tasarlanmış ve rasgele bit üretiminde kullanılmıştır. Yüksek hızlı sürekli zaman kaotik osilatörü literatürde çokça kullanılmakta olan negatif iletkenlikli LC sinüs osilatör devresinden türetilmiştir. Spectre spice simülatörü kullanılarak elde edilen bilgiler ışığında, tasarlanan sürekli zaman kaotik osilatörünün GHz frekanslarında çalışabildiği tespit edilmiştir. Rasgele bit üreteci blokları Emetör Bağlamalı Lojik ve Akım Modlu Lojik aileleri kullanılarak tasarlanmıştır. Bu lojik ailelerle yüksek frekanslarda çalışan sayısal devrelerin gerçeklenmesi mümkündür ve güç hattı gürültülerinden daha az etkilenmektedirler. Spectre simülatöründe gerçekleştirilen simülasyonlar, tasarlanan rasgele bit üretecinin 300Mbit/s hızında çıkış oluşturabildiğini göstermiştir. Rasgele sayı üretiminde ihtiyaç duyulan fark alma işlemi için, açık çevrimde çalışan emetör dejenerasyonlu fark alıcı devre kullanılmıştır. Bipolar emetör dejenerasyonlu farksal kuvvetlendirici kullanılarak, GHz frekanslarında çalışan fark alıcı devreler gerçeklenebildiği Spectre simülasyonlarıyla gösterilmiştir. PMOS transistorlar ve polisilikon dirençler kullanılarak GHz frekanslarında çalışabilen tümleştirilmiş ayarlanabilir direnç yapısı gerçeklenmiş, proseste meydana gelebilecek değişimlerle direnç değerlerinin sapmasını engellemek amacıyla bu yapının kullanılabileceği gösterilmiştir. Yapıdaki PMOS transistorların geçit kontrol gerilimini otomatik olarak üreten devre gerçeklenmiştir. Akım Modlu Lojik Giriş Çıkış Pad Sürücü devreleri, kırmıktaki çıkış bloklarını sürmek amacıyla tek uçlu 400mVpp salınım sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Kaotik osilatör ve rasgele bit üreteci sistemi, IHP SGB25VD 0.25µm SiGeC BiCMOS prosesi ile gerçeklenmiştir. Kaotik osilatör ve rasgele bit üreteci blokları 48mW güç harcamaktadırlar. Toplam kırmık alanı 1 mm x 0.5 mm’dir.In this study, a high speed continuous time chaotic oscillator is designed and utilized as a random bit generator. High speed continuous time chaotic oscillator is derived from well known negative-gm LC sinus oscillator. From Spectre simulations, it is verified that used chaotic oscillator can operate at several GHz frequencies. Random bit generation blocks are implemented with bipolar Emitter Coupled Logic and Current Mode Logic circuits which are superior for high frequency operation and better supply noise rejection. Spectre simulations show that designed random bit generator’s average throughput is 300Mbit/s. An open-loop emitter degenerated difference amplifier is used for difference operation. Spectre simulations verify that it is possible to realize difference amplifier operating at GHz frequency range by using bipolar emitter degenerated differential pair amplifier. An integrated tunable resistor that can operate at GHz frequencies is implemented with PMOS transistors and polysilicon resistors to overcome resistance value deviations due to process variations. Automatic tuning circuit is also realized for generating correct source-gate voltage for PMOS transistor in the structure. Current Mode Logic Input Output Pad drivers with single ended 400mVpp swing are designed to drive output pads of the circuit. Chaotic oscillator and random bit generator system is implemented with IHP’s SGB25VD 0.25µm SiGeC BiCMOS process. Chaotic oscillator and random bit generator block consumes 48mW power under typical conditions. Total area of the chip is 1 mm x 0.5 mm.