Компьютерная система отбора кремниевых диодов для генераторов случайных числовых последовательностей
Разработана компьютерная система для анализа характеристик случайных потоков шумовых импульсов кремниевых диодов с микроплазмами, используемых в генераторах случайных числовых последовательностей....
Gespeichert in:
| Datum: | 2006 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2006
|
| Schriftenreihe: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53391 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Компьютерная система отбора кремниевых диодов для генераторов случайных числовых последовательностей / О.К. Барановский, П.В. Кучинский, И.З. Рутковский // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2006. — № 6. — С. 21-23. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-53391 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-533912014-01-20T03:12:35Z Компьютерная система отбора кремниевых диодов для генераторов случайных числовых последовательностей Барановский, О.К. Кучинский, П.В. Рутковский, И.З. Электронные средства: исследования, разработки Разработана компьютерная система для анализа характеристик случайных потоков шумовых импульсов кремниевых диодов с микроплазмами, используемых в генераторах случайных числовых последовательностей. 2006 Article Компьютерная система отбора кремниевых диодов для генераторов случайных числовых последовательностей / О.К. Барановский, П.В. Кучинский, И.З. Рутковский // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2006. — № 6. — С. 21-23. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2225-5818 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53391 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Электронные средства: исследования, разработки Электронные средства: исследования, разработки |
| spellingShingle |
Электронные средства: исследования, разработки Электронные средства: исследования, разработки Барановский, О.К. Кучинский, П.В. Рутковский, И.З. Компьютерная система отбора кремниевых диодов для генераторов случайных числовых последовательностей Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description |
Разработана компьютерная система для анализа характеристик случайных потоков шумовых импульсов кремниевых диодов с микроплазмами, используемых в генераторах случайных числовых последовательностей. |
| format |
Article |
| author |
Барановский, О.К. Кучинский, П.В. Рутковский, И.З. |
| author_facet |
Барановский, О.К. Кучинский, П.В. Рутковский, И.З. |
| author_sort |
Барановский, О.К. |
| title |
Компьютерная система отбора кремниевых диодов для генераторов случайных числовых последовательностей |
| title_short |
Компьютерная система отбора кремниевых диодов для генераторов случайных числовых последовательностей |
| title_full |
Компьютерная система отбора кремниевых диодов для генераторов случайных числовых последовательностей |
| title_fullStr |
Компьютерная система отбора кремниевых диодов для генераторов случайных числовых последовательностей |
| title_full_unstemmed |
Компьютерная система отбора кремниевых диодов для генераторов случайных числовых последовательностей |
| title_sort |
компьютерная система отбора кремниевых диодов для генераторов случайных числовых последовательностей |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Электронные средства: исследования, разработки |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/53391 |
| citation_txt |
Компьютерная система отбора кремниевых диодов для генераторов случайных числовых последовательностей / О.К. Барановский, П.В. Кучинский, И.З. Рутковский // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2006. — № 6. — С. 21-23. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| series |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| work_keys_str_mv |
AT baranovskijok kompʹûternaâsistemaotborakremnievyhdiodovdlâgeneratorovslučajnyhčislovyhposledovatelʹnostej AT kučinskijpv kompʹûternaâsistemaotborakremnievyhdiodovdlâgeneratorovslučajnyhčislovyhposledovatelʹnostej AT rutkovskijiz kompʹûternaâsistemaotborakremnievyhdiodovdlâgeneratorovslučajnyhčislovyhposledovatelʹnostej |
| first_indexed |
2025-07-05T04:48:14Z |
| last_indexed |
2025-07-05T04:48:14Z |
| _version_ |
1836781031689027584 |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 6
21
ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
14.03�25.10 2006 ã.
Îïïîíåíò ä. ò. í. Â. Ñ. ÑÈÒÍÈÊÎÂ
(ÎÍÏÓ, ã. Îäåññà)
Î. Ê. ÁÀÐÀÍÎÂÑÊÈÉ, ä. ô.-ì. í. Ï. Â. ÊÓ×ÈÍÑÊÈÉ,
ê. ô.-ì. í. È. Ç. ÐÓÒÊÎÂÑÊÈÉ
Ðåñïóáëèêà Áåëàðóñü, ã. Ìèíñê, ÍÈÈ ÏÔÏ èì. À. Í. Ñåâ÷åíêî
E-mail: baranouski@bsu.by
Ðàçðàáîòàíà êîìïüþòåðíàÿ ñèñòåìà
äëÿ àíàëèçà õàðàêòåðèñòèê ñëó÷àéíûõ
ïîòîêîâ øóìîâûõ èìïóëüñîâ êðåìíèå-
âûõ äèîäîâ ñ ìèêðîïëàçìàìè, èñïîëüçó-
åìûõ â ãåíåðàòîðàõ ñëó÷àéíûõ ÷èñëîâûõ
ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé.
Ïðè ãåíåðàöèè ñëó÷àéíûõ ÷èñëîâûõ ïîñëåäîâà-
òåëüíîñòåé (Ñ×Ï) c çàäàííûìè ñòàòèñòè÷åñêèìè
ñâîéñòâàìè íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü ôèçè÷åñêèå èñ-
òî÷íèêè øóìà ñîãëàñíî ñîâðåìåííûì ñòàíäàðòàì äëÿ
êðèïòîãðàôè÷åñêèõ àëãîðèòìîâ. Ïîëóïðîâîäíèêîâûå
äèîäû, ðàáîòàþùèå â ðåæèìå ìèêðîïëàçìåííîãî
ïðîáîÿ [1], ïðèìåíÿþòñÿ â ãåíåðàòîðàõ ñëó÷àéíûõ
÷èñëîâûõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé (ÃÑ×Ï) â êà÷åñòâå
ïåðâè÷íîãî èñòî÷íèêà ñëó÷àéíîñòè.  ñîîòâåòñòâèè
ñ àëãîðèòìîì ãåíåðàöèè íà ïîñëåäîâàòåëüíî ðàñïî-
ëîæåííûõ èíòåðâàëàõ âðåìåíè ôèêñèðîâàííîé äëè-
òåëüíîñòè (0, T] ïîäñ÷èòûâàåòñÿ êîëè÷åñòâî øóìî-
âûõ èìïóëüñîâ N(T) è ôîðìèðóåòñÿ «0», åñëè N(T)
÷åòíîå, è «1», åñëè N(T) íå÷åòíîå ÷èñëî [2, 3].
Îáû÷íî ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî êîëè÷åñòâî çàðåãèñ-
òðèðîâàííûõ øóìîâûõ èìïóëüñîâ N(T) ïîä÷èíÿåòñÿ
ðàñïðåäåëåíèþ Ïóàññîíà
P{N(T)=i}=(λT)i/i!·exp{�λT}, i=0, 1, �,
ãäå λ � èíòåíñèâíîñòü ïîòîêà øóìîâûõ èìïóëüñîâ.
Îäíàêî âåðîÿòíîñòíûå ñâîéñòâà ñèãíàëîâ ðåàëü-
íûõ äèîäîâ îòëè÷àþòñÿ îò ìîäåëè èäåàëüíîãî èñòî÷-
íèêà âñëåäñòâèå ôèçè÷åñêèõ ïðèíöèïîâ èõ ôóíêöè-
îíèðîâàíèÿ. Ëþáûå ôóíêöèîíàëüíûå ïðåîáðàçîâà-
íèÿ, äåéñòâóþùèå íà ïåðâè÷íûé ïóàññîíîâñêèé ïî-
òîê ñîáûòèé, âíîñÿò êîððåëÿöèþ ìåæäó ýëåìåíòàìè
ïîñëåäîâàòåëüíîñòè {N(T)}, ÷òî óìåíüøàåò ýíòðîïèþ
Ñ×Ï. Ìåòîäèêè èçìåðåíèé è àíàëèçà õàðàêòåðèñòèê
øóìîâûõ ñèãíàëîâ ÿâëÿþòñÿ óíèêàëüíûìè äëÿ êàæ-
äîé èç íàó÷íûõ ãðóïï, çàíèìàþùèõñÿ ðàçðàáîòêîé
ÃÑ×Ï, è àâòîðàì íåèçâåñòíû.
 ñâÿçè ñ ýòèì àêòóàëüíîé ÿâëÿåòñÿ çàäà÷à ðàçðà-
áîòêè êîìïëåêñà àïïàðàòóðû è ìåòîäèêè, ïîçâîëÿþ-
ùèõ àâòîìàòèçèðîâàòü ïðîöåññ àíàëèçà ñëó÷àéíûõ
ñèãíàëîâ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ èñòî÷íèêîâ øóìà â
öåëÿõ èõ îòáîðà è âûáîðà ðåæèìîâ ðàáîòû äëÿ ïðè-
ìåíåíèÿ â ÃÑ×Ï.
Êîìïüþòåðíàÿ ñèñòåìà è ìåòîäèêà àíàëèçà
Äëÿ èçìåðåíèÿ è àíàëèçà õàðàêòåðèñòèê ñëó÷àé-
íûõ ñèãíàëîâ äèîäîâ ðàçðàáîòàíà è èçãîòîâëåíà êîì-
ÊÎÌÏÜÞÒÅÐÍÀß ÑÈÑÒÅÌÀ ÎÒÁÎÐÀ ÊÐÅÌÍÈÅÂÛÕ ÄÈÎÄÎÂ
ÄËß ÃÅÍÅÐÀÒÎÐΠÑËÓ×ÀÉÍÛÕ
×ÈÑËÎÂÛÕ ÏÎÑËÅÄÎÂÀÒÅËÜÍÎÑÒÅÉ
ïüþòåðíàÿ ñèñòåìà, âêëþ÷àþùàÿ àïïàðàòíóþ è ïðî-
ãðàììíóþ ÷àñòè. Àïïàðàòíàÿ ÷àñòü (ðèñ. 1) ñîñòîèò
èç áëîêà óñòàíîâêè ðàáî÷èõ ðåæèìîâ è áëîêà ðåãèñ-
òðàöèè è àíàëèçà ñèãíàëà. Ïåðâûé áëîê ñîäåðæèò ãå-
íåðàòîð òîêà (1), ñõåìó êîíòðîëÿ íàïðÿæåíèÿ íà ïî-
ëóïðîâîäíèêîâîì ãåíåðàòîðå øóìà è òåðìîñòàò (2).
Óñòàíîâêà ðåæèìîâ èçìåðåíèÿ ïðîâîäèòñÿ â äèàïà-
çîíå òîêîâ 0,1�400 ìêÀ è òåìïåðàòóð îò êîìíàòíîé
äî 90°Ñ. Øèðîêîïîëîñíîå ñîãëàñîâàíèå ãåíåðàòîðà
øóìà ñ ÀÖÏ ÏÝÂÌ îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ óñè-
ëèòåëÿ òîêà íà áûñòðîäåéñòâóþùåì îïåðàöèîííîì
óñèëèòåëå (3).  êà÷åñòâå ÀÖÏ (4) èñïîëüçóåòñÿ áëîê
îñöèëëîãðàôè÷åñêèé BORDO 210 ñ øèíîé PCI. Áëîê
èìååò 10-ðàçðÿäíûé ÀÖÏ ñ ìàêñèìàëüíîé ÷àñòîòîé
äèñêðåòèçàöèè 100 Ìâûá/ñ, åìêîñòü áóôåðíîé ïàìÿ-
òè ñîñòàâëÿåò 128 Êáàéò.
Ïðîãðàììíàÿ ÷àñòü ñèñòåìû ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ
çàïèñè è ìàòåìàòè÷åñêîé îáðàáîòêè ýëåêòðè÷åñêîãî
ñèãíàëà â ðåæèìå ðåàëüíîãî âðåìåíè è ïðåäñòàâëÿåò
ñîáîé Windows-ïðèëîæåíèå, ðàáîòàþùåå íà ÏÝÂÌ
(5) êëàññà Pentium IV.
 îñíîâå ìåòîäèêè àíàëèçà êà÷åñòâà èñòî÷íèêîâ
øóìà, ïðèìåíÿåìûõ â óêàçàííîì âûøå àëãîðèòìå
ãåíåðàöèè, ëåæèò ïðåäñòàâëåíèå ïîñëåäîâàòåëüíîñòè
øóìîâûõ èìïóëüñîâ íà âûõîäå äèîäîâ êàê ñëó÷àé-
íîãî ïîòîêà ñîáûòèé íà âðåìåííîé îñè, äëÿ àíàëèçà
õàðàêòåðèñòèê êîòîðîãî ïðèìåíÿåòñÿ àïïàðàò ìàòåìà-
òè÷åñêîé ñòàòèñòèêè è òåîðèè âåðîÿòíîñòåé. Çàäà÷à
îïåðàòîðà êîìïüþòåðíîé ñèñòåìû ñîñòîèò â óñòàíîâ-
ëåíèè ìåðû îòêëîíåíèÿ âåðîÿòíîñòíûõ ñâîéñòâ ïî-
ñëåäîâàòåëüíîñòè {N(T)} îò ñâîéñòâ èäåàëüíîé ïî-
ñëåäîâàòåëüíîñòè ïðè çàäàííûõ ðàáî÷åì ðåæèìå èñ-
òî÷íèêà øóìà è óñëîâèÿõ ñåëåêöèè èìïóëüñîâ èç
ñóììàðíîãî øóìà [2, 3].
Ãåíåðàòîð
òîêà
1
Òåðìîñòàò
2
Ñîãëàñóþùèé
óñèëèòåëü
3
ÏÝÂÌ
Pentium IV
5
ÀÖÏ
BORDO 210
4
Ðèñ. 1. Ñòðóêòóðíàÿ ñõåìà ñèñòåìû ðåãèñòðàöèè øóìî-
âîãî ñèãíàëà
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 6
22
ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ
Òàê êàê îöåíêà ôóíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ ïîñëåäî-
âàòåëüíîñòè {N(T)} ÿâëÿåòñÿ ñëîæíîé çàäà÷åé, äëÿ
ðåøåíèÿ êîòîðîé íåîáõîäèìî óñòàíîâèòü âíîñèìûå â
èñõîäíûé ïóàññîíîâñêèé ïîòîê òèïû ôóíêöèîíàëü-
íûõ ïðåîáðàçîâàíèé è èõ çàêîíû ðàñïðåäåëåíèÿ, òî â
ñèñòåìå ïðèñóòñòâóåò âîçìîæíîñòü èçìåðåíèÿ àì-
ïëèòóäû U è èíòåðâàëîâ âðåìåíè ñëåäîâàíèÿ ∆T øó-
ìîâûõ èìïóëüñîâ, ïîäñ÷åòà êîëè÷åñòâà øóìîâûõ
èìïóëüñîâ N(T) íà ïîñëåäîâàòåëüíûõ èíòåðâàëàõ âðå-
ìåíè.
Íà ðèñ. 2 ïðåäñòàâëåíà îñöèëëîãðàììà øóìîâî-
ãî ñèãíàëà è âûäåëåííûõ èç íåãî (ñ ïðèìåíåíèåì ðàç-
ðàáîòàííûõ àëãîðèòìîâ ñåëåêöèè) øóìîâûõ èìïóëü-
ñîâ («•» îòîáðàæàåò ìîìåíò âðåìåíè ïîÿâëåíèÿ èì-
ïóëüñîâ, «+» � ìîìåíò âðåìåíè è àìïëèòóäó èì-
ïóëüñîâ â íàèâûñøåé òî÷êå). Äëÿ óêàçàííûõ ïàðà-
ìåòðîâ (U, ∆T, N(T)) ðàçðàáîòàíà áèáëèîòåêà ïîä-
ïðîãðàìì îöåíêè ñòàòèñòè÷åñêèõ è âåðîÿòíîñòíûõ õà-
ðàêòåðèñòèê:
� àâòîêîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè ∆T, N(T);
� âçàèìíîêîððåëÿöèîííûõ ôóíêöèé N(T) äëÿ ðàç-
íûõ óñëîâèé ýêñïåðèìåíòà;
� îïèñàòåëüíîé ñòàòèñòèêè äëÿ ∆T, N(T), U;
� ãèñòîãðàìì îòíîñèòåëüíûõ ÷àñòîò äëÿ ∆T, N(T),
U è ñóììû èíòåðâàëîâ ñëåäîâàíèÿ Σ∆Ti (i=1,�,n) ñ
âîçìîæíîñòüþ îöåíêè ôóíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ;
� óñëîâíûõ ãèñòîãðàìì îòíîñèòåëüíûõ ÷àñòîò
äëÿ ∆T, N(T), U;
� ôàçîâûõ òðàåêòîðèé äëÿ ∆T, N(T);
� ïðîâåðêè ñòàöèîíàðíîñòè òåìïà ãåíåðàöèè øó-
ìîâûõ èìïóëüñîâ.
 îñíîâå êðèòåðèÿ îòáîðà äèîäîâ è âûáîðà èõ ðà-
áî÷èõ ðåæèìîâ ëåæèò îöåíêà ñòàöèîíàðíîñòè òåìïà
ãåíåðàöèè øóìîâûõ èìïóëüñîâ è îöåíêà êîððåëÿöèè
ìåæäó ýëåìåíòàìè ïîñëåäîâàòåëüíîñòè {N(T)}. Äëÿ
äèîäîâ, óäîâëåòâîðÿþùèõ ýòîìó êðèòåðèþ, óñòàíàâ-
ëèâàþòñÿ ðàáî÷èå ðåæèìû (òåìïåðàòóðà, ñðåäíèé òîê,
âåëè÷èíà èíòåðâàëà ñ÷åòà èìïóëüñîâ), ïðè êîòîðûõ
êîððåëÿöèÿ ìåæäó ýëåìåíòàìè {N(T)} ñòðåìèòñÿ ê
íóëþ.  ýòîì ñëó÷àå ïðè îïðåäåëåííîé âåëè÷èíå T
ãèñòîãðàììà N(T) àïïðîêñèìèðóåòñÿ íîðìàëüíîé
ôóíêöèåé ðàñïðåäåëåíèÿ [4, ñ. 427�434]. Â ðåçóëüòàòå
ñòàíîâèòñÿ âîçìîæíûì îöåíèòü ýíòðîïèþ, êîòîðàÿ áó-
äåò ñîäåðæàòüñÿ â êàæäîì áèòå ôîðìèðóåìûõ Ñ×Ï [5].
Äëÿ íåïîñðåäñòâåííîé îöåíêè êà÷åñòâà Ñ×Ï, ôîð-
ìèðóåìûõ ïðè çàäàííûõ ðåæèìàõ ðàáîòû äèîäîâ è
ðåæèìàõ ñåëåêöèè øóìîâûõ èìïóëüñîâ, ïðåäóñìîò-
ðåíà âîçìîæíîñòü ãåíåðàöèè ôàéëîâ Ñ×Ï, à òàêæå
èñïîëüçîâàíèÿ ïðîñòåéøèõ òåñòîâ íà ðàâíîìåðíîñòü
ðàñïðåäåëåíèÿ [6]. Ïî æåëàíèþ îïåðàòîð ìîæåò ïðè-
ìåíÿòü àëãîðèòìû óëó÷øåíèÿ ðàâíîìåðíîñòè ðàñïðå-
äåëåíèÿ Ñ×Ï: ìåòîä Íåéìàíà èëè ìåòîä ñëîæåíèÿ ïî
ìîäóëþ 2 [7, ñ. 472�479].
Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòà è èõ àíàëèç
 ôèçè÷åñêîì ýêñïåðèìåíòå èññëåäîâàëèñü êðåì-
íèåâûå äèîäû � ãåíåðàòîðû ìèêðîïëàçìåííîãî
øóìà, îòëè÷àþùèåñÿ íàïðÿæåíèåì ïðîáîÿ Uïð: 8 è
11 Â. Îáúåì âûáîðîê äèîäîâ ñîñòàâëÿë ïî 11 îáðàçöîâ.
Íà ðèñ. 3 ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè ñðåäíåé èí-
òåíñèâíîñòè øóìîâûõ èìïóëüñîâ îò ñðåäíåãî òîêà
äèîäîâ ïðè òåìïåðàòóðå 30°Ñ. Òåìï ãåíåðàöèè øó-
ìîâûõ èìïóëüñîâ îïðåäåëÿåòñÿ âåðîÿòíîñòÿìè âêëþ-
÷åíèÿ-âûêëþ÷åíèÿ ëàâèííîãî òîêà â ìèêðîïëàçìåí-
íûõ îáðàçîâàíèÿõ p�n-ïåðåõîäà. Äàííûå âåðîÿòíîñ-
òè çàâèñÿò îò òåìïåðàòóðû è ñðåäíåãî òîêà äèîäîâ.
Âèäíî, ÷òî íàèáîëüøàÿ èíòåíñèâíîñòü èìïóëüñîâ
ñîîòâåòñòâóåò ñðåäíåìó òîêó îêîëî 50 ìêÀ äëÿ îáî-
èõ òèïîâ äèîäîâ.
Ìåðîé, õàðàêòåðèçóþùåé øèðèíó êðèâîé ðàñïðå-
äåëåíèÿ N(T), ÿâëÿåòñÿ ôàêòîð Ôàíî [8]
FF=σ2{N(T)}/M{N(T)},
ãäå σ2{N(T)}è M{N(T)} � äèñïåðñèÿ è ìàòåìàòè÷å-
ñêîå îæèäàíèå, ñîîòâåòñòâåííî.
Åñëè âûõîäíîé ïîòîê øóìîâûõ èìïóëüñîâ ÿâëÿ-
åòñÿ ðåçóëüòàòîì ïðîðåæèâàíèÿ îäíèì èç ñëó÷àéíûõ
ôóíêöèîíàëüíûõ ïðåîáðàçîâàíèé èñõîäíîãî ïóàññî-
íîâñêîãî ïîòîêà, ôàêòîð Ôàíî ìîæåò èñïîëüçîâàòü-
ñÿ êàê ìåðà áëèçîñòè ïî âåðîÿòíîñòíûì ñâîéñòâàì
Ðèñ. 2. Êîïèÿ ýêðàíà ñ îñöèëëîãðàììîé øóìîâîãî ñèã-
íàëà è âûäåëåííûìè èç íåãî øóìîâûìè èìïóëüñàìè
M
{N
(T
)}
, 1
05
c�1
70
60
50
40
30
20
10
0 20 40 60 80 100 I, ìêÀ
Uïð=11 Â
Uïð=8 Â
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü ñðåäíåé èíòåíñèâíîñòè øóìîâûõ
èìïóëüñîâ îò ñðåäíåãî òîêà äèîäîâ ïðè òåìïåðàòóðå 30°Ñ
FF
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
Uïð=11 Â
Uïð=8 Â
0 20 40 60 80 100 I, ìêÀ
Ðèñ. 4. Çàâèñèìîñòü ôàêòîðà Ôàíî îò ñðåäíåãî òîêà äèî-
äîâ ïðè òåìïåðàòóðå 30°Ñ
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2006, ¹ 6
23
ÝËÅÊÒÐÎÍÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ
ðåçóëüòèðóþùåãî ïîòîêà ê ïóàññîíîâñêîìó (äëÿ ïî-
òîêà Ïóàññîíà FF=1).
Íà ðèñ. 4 ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè ôàêòîðà Ôàíî
îò ñðåäíåãî òîêà äèîäîâ ïðè òåìïåðàòóðå 30°Ñ. Âèä-
íî, ÷òî ôàêòîð Ôàíî ìåíüøå åäèíèöû âî âñåì äèàïà-
çîíå ðàáî÷èõ òîêîâ äèîäîâ. Ýòî çíà÷èò, ÷òî ïîòîê
øóìîâûõ èìïóëüñîâ íå ìîæåò áûòü îïèñàí ïóàññî-
íîâñêîé ñòàòèñòèêîé. Ïðè ýòîì ïîòîêè øóìîâûõ èì-
ïóëüñîâ äèîäîâ ñ Uïð=11 Â áëèæå ê èäåàëüíîé ìîäå-
ëè ïóàññîíîâñêîãî ïîòîêà ïî âåðîÿòíîñòíûì ñâîé-
ñòâàì, ÷åì äëÿ äèîäîâ ñ Uïð=8 Â.
Íà ðèñ. 5 ïðåäñòàâëåíû ãèñòîãðàììû îòíîñèòåëü-
íûõ ÷àñòîò êîëè÷åñòâà çàðåãèñòðèðîâàííûõ øóìîâûõ
èìïóëüñîâ äèîäîâ ñ Uïð=8 Â, õàðàêòåðèçóþùèõñÿ
ñòàöèîíàðíûì òåìïîì ãåíåðàöèè èìïóëüñîâ, ñ îäíîé
è äâóìÿ ìèêðîïëàçìàìè (ÌÏ) â îáëàñòè ïðîñòðàí-
ñòâåííîãî çàðÿäà. Âèäíî, ÷òî äëÿ äèîäà ñ îäíîé ìèê-
ðîïëàçìîé (1 ÌÏ) ãèñòîãðàììà èìååò îäèí ìàêñè-
ìóì è àïïðîêñèìèðóåòñÿ íîðìàëüíîé ôóíêöèåé ðàñ-
ïðåäåëåíèÿ, äëÿ äèîäà ñ äâóìÿ ìèêðîïëàçìàìè (2 ÌÏ)
� äâà ìàêñèìóìà.  ïîñëåäíåì ñëó÷àå ìèêðîïëàç-
ìû õàðàêòåðèçóþòñÿ ðàçíûìè èíòåíñèâíîñòÿìè ãå-
íåðàöèè èìïóëüñîâ.
Çàâèñèìîñòè êîððåëÿöèè ìåæäó êîëè÷åñòâîì øó-
ìîâûõ èìïóëüñîâ â ñîñåäíèõ èíòåðâàëàõ âðåìåíè
ñ÷åòà CN(T)(1) îò øèðèíû èíòåðâàëîâ äëÿ äèîäîâ ñ
Uïð=8 Â, èìåþùèõ ñîîòâåòñòâåííî îäíó è äâå ìèê-
ðîïëàçìû, ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 6 (èíòåðâàëû âðå-
ìåíè ñ÷åòà íîðìèðîâàíû íà ñðåäíèé èíòåðâàë âðå-
ìåíè ñëåäîâàíèÿ øóìîâûõ èìïóëüñîâ M{∆T}). Âèä-
íî, ÷òî äëÿ äèîäà ñ îäíîé ìèêðîïëàçìîé êîððåëÿöèÿ
ñòðåìèòñÿ ê íóëþ ñ óâåëè÷åíèåì âðåìåíè ñ÷åòà èì-
ïóëüñîâ. Äëÿ äèîäà ñ äâóìÿ ìèêðîïëàçìàìè íà÷èíàÿ
ñ íåêîòîðîé âåëè÷èíû èíòåðâàëà T>10M{∆T} íàáëþ-
äàåòñÿ âîçðàñòàíèå ïîëîæèòåëüíîé êîððåëÿöèè, êî-
òîðàÿ äîñòèãàåò ìàêñèìóìà ïðè èíòåðâàëàõ ñ÷åòà
èìïóëüñîâ, ïðèáëèçèòåëüíî ðàâíûõ ñðåäíåìó èíòåð-
âàëó âðåìåíè ìåæäó ïåðåêëþ÷åíèÿìè ëàâèííîãî óì-
íîæåíèÿ èç îäíîé ìèêðîïëàçìû â äðóãóþ.
Òàêèì îáðàçîì, â ðàìêàõ ýêñïåðèìåíòàëüíîãî
èññëåäîâàíèÿ ïðîâåäåíû îòáîð äèîäîâ ñî ñòàöèîíàð-
íûì òåìïîì ãåíåðàöèè èìïóëüñîâ â ìèêðîïëàçìåí-
íîì îáðàçîâàíèè p�n-ïåðåõîäà, âûáîð èõ ðàáî÷èõ
ðåæèìîâ è ðåæèìîâ ñåëåêöèè èìïóëüñîâ, ïðè êîòî-
ðûõ ñðåäíÿÿ èíòåíñèâíîñòü øóìîâûõ èìïóëüñîâ
f e(
N
(T
))
0,035
0,030
0,025
0,020
0,015
0,010
0,005
0,000
2600 2800 3000 N(T)
2 ÌÏ
1 ÌÏ
Ðèñ. 5. Ãèñòîãðàììà îòíîñèòåëüíûõ ÷àñòîò êîëè÷åñòâà
øóìîâûõ èìïóëüñîâ äèîäîâ ñ Uïð=8 Â, èìåþùèõ îäíó è
äâå ìèêðîïëàçìû, ïðè òåìïåðàòóðå 30°Ñ, ñðåäíåì òîêå
50 ìêÀ è èíòåðâàëå âðåìåíè ñ÷åòà 0,6·10�3 ñ
M{N(T)}, ôàêòîð Ôàíî FF, êîððåëÿöèÿ ìåæäó êîëè-
÷åñòâîì çàðåãèñòðèðîâàííûõ èìïóëüñîâ â ñîñåäíèõ
èíòåðâàëàõ ïåðåñ÷åòà CN(T)(1) è äëèòåëüíîñòü ýòîãî
èíòåðâàëà T óäîâëåòâîðÿþò çàäàííûì çíà÷åíèÿì. Ðå-
çóëüòàòû ýêñïåðèìåíòà ïîäòâåðäèëè âîçìîæíîñòü
ïðèìåíåíèÿ ýòèõ äèîäîâ â ãåíåðàòîðàõ ñëó÷àéíûõ
÷èñëîâûõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé.
Çàêëþ÷åíèå
Ðàçðàáîòàíà àâòîìàòèçèðîâàííàÿ êîìïüþòåðíàÿ
ñèñòåìà, ïîçâîëÿþùàÿ ðåøàòü çàäà÷è èçìåðåíèÿ õà-
ðàêòåðèñòèê øóìîâûõ èìïóëüñîâ äèîäîâ, àíàëèçà
ñòàòèñòè÷åñêèõ è âåðîÿòíîñòíûõ ñâîéñòâ ñëó÷àéíûõ
ïîòîêîâ èìïóëüñîâ ñî ñðåäíåé èíòåíñèâíîñòüþ äî
10 ÌÃö. Ñèñòåìà èñïîëüçîâàíà â ìåòîäèêå ôîðìè-
ðîâàíèÿ ñëó÷àéíûõ ïîòîêîâ øóìîâûõ èìïóëüñîâ ñ
çàäàííûìè ñòàòèñòè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè, âêëþ÷àþ-
ùåé îòáðàêîâêó äèîäîâ � ãåíåðàòîðîâ ìèêðîïëàç-
ìåííîãî øóìà è âûáîð èõ ðàáî÷èõ ðåæèìîâ. Ïîêà-
çàíî, ÷òî äëÿ ãåíåðàöèè ñëó÷àéíûõ ÷èñëîâûõ ïîñëå-
äîâàòåëüíîñòåé ãàðàíòèðîâàííîãî êà÷åñòâà íåîáõîäè-
ìî îòáèðàòü äèîäû ñ îäíîé ìèêðîïëàçìîé â îáëàñòè
ïðîñòðàíñòâåííîãî çàðÿäà, ÷òî îáåñïå÷èâàåò óìåíü-
øåíèå êîððåëÿöèè ìåæäó êîëè÷åñòâîì çàðåãèñòðè-
ðîâàííûõ èìïóëüñîâ â ñîñåäíèõ èíòåðâàëàõ âðåìå-
íè ñ÷åòà ïðè óâåëè÷åíèè èõ äëèòåëüíîñòè.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Ãðåõîâ È. Â., Ñåðåæêèí Þ. Í. Ëàâèííûé ïðîáîé p�n-ïåðå-
õîäà â ïîëóïðîâîäíèêàõ.� Ë.: Ýíåðãèÿ, 1980.
2. Áîáíåâ Ì. Ï. Ãåíåðèðîâàíèå ñëó÷àéíûõ ñèãíàëîâ.� Ì.:
Ýíåðãèÿ, 1971.
3. Vincent C. The generation of truly random binary numbers //
Journal of Physics E.� 1970.� Vol. 3, N 8.� P. 594�598.
4. Òèõîíîâ Â. È., Ìèðîíîâ Í. À. Ìàðêîâñêèå ïðîöåññû.�
Ì.: Ñîâ. ðàäèî, 1977.
5. Áàðàíîâñêèé Î. Ê., Êó÷èíñêèé Ï. Â., ×åðíÿâñêèé À. Ô.
Îöåíêà ýíòðîïèè ñëó÷àéíûõ ÷èñëîâûõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé, ôîð-
ìèðóåìûõ ñ èñïîëüçîâàíèåì ôèçè÷åñêîãî èñòî÷íèêà øóìà // Âå-
ñòè ÍÀÍ Áåëàðóñè. Ñåð. Ôèç.-ìàò. íàóê.� 2004.� ¹ 4.�
C. 105�110.
6. Èâàíîâ Ì. À., ×óãóíêîâ È. Â. Òåîðèÿ, ïðèìåíåíèå è îöåí-
êà êà÷åñòâà ãåíåðàòîðîâ ïñåâäîñëó÷àéíûõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé.�
Ì.: ÊÓÄÈÖ-ÎÁÐÀÇ, 2003.
7. Øíàéåð Á. Ïðèêëàäíàÿ êðèïòîãðàôèÿ. Ïðîòîêîëû, àëãî-
ðèòìû, èñõîäíûå òåêñòû íà ÿçûêå Ñè.� Ì.: Òðèóìô, 2002.
8. Fano U. Ionization yield of radiations. II. The fluctuations of
the number of ions // Phys. Rev.� 1947.� Vol. 72, N 1.� P. 26�29.
C
N
(T
)(
1)
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
�0,2
�0,4
2 ÌÏ
1 ÌÏ
0,01 0,1 1 10 100 T/M{∆T}
Ðèñ. 6. Çàâèñèìîñòü êîððåëÿöèè ìåæäó êîëè÷åñòâîì
øóìîâûõ èìïóëüñîâ â ñîñåäíèõ èíòåðâàëàõ âðåìåíè ñ÷å-
òà îò øèðèíû èíòåðâàëîâ äëÿ äèîäîâ ñ Uïð=8 Â ïðè òåì-
ïåðàòóðå 30°Ñ è ñðåäíåì òîêå 50 ìêÀ
○ ○ ○
|