可实时更新任意函数和图形波形的发生器IP核设计

基于直接数字频率合成(DDS)原理、可编程片上系统(SoPC)技术和Avalon总线规范,结合软件编程技术,设计了一个通过PC软件可实时产生任意函数表达式波形和人工图形绘制波形的任意波形信号发生器.该信号发生器包括具有独特调制方法及多功能DDS IP核设计、用于通信控制接口的Nios II软件设计和函数波形产生与图形波形编辑的PC软件与界面设计.给出了4种设计波形与实际输出波形的测试验证结果.在该信号发生器运行时,通过PC端上位机软件可十分方便且实时地更新波形,并通过函数方式与图形方式相结合,真正实现任意波形信号的产生.     

一种无记忆的真随机数发生器

基于传统的振荡采样电路,设计了一种无记忆的真随机数发生器,从理论上保证了输出是相互独立的.采用弹性函数作为后处理,以较小的硬件代价改善了随机数的统计性能.用纯数字电路在FPGA平台上实现,并验证了该真随机数发生器的性能.测试结果表明该真随机数发生器具有较高的数据输出率和良好的统计特性,适合应用于密码系统中.     

用于SRAM PUFs的伪随机数发生器的FPGA实现

信息安全问题日益突出,而随机数则是信息安全系统的基石.本文以哈希算法为核心设计了一种伪随机数发生器,其以静态随机存储器物理不可克隆函数（Static Random Access Memory Physical Unclonable Functions,SRAM PUFs）为熵源,能够产生大量的伪随机序列.通过对熵源有效性的在线监测以及对种子的动态重播操作,本文提出的用于SRAM PUFs的伪随机数发生器提高了伪随机序列的安全性,可应用于各种高安全等级加密系统中.该发生器在FPGA开发平台上得到实现,其发生速度达598.1Mbps.随机数检测套件NIST分析结果表明：该伪随机数发生器的输出通过了所有测试项目,具有良好的随机性.     

基于峰值电流模式的同步Buck变换器的数字控制

研究同步Buck变换器的连续时间模型和离散时间模型,分析了变换器工作于峰值电流模式控制下负载恒定和负载动态变化的闭环系统,应用全状态反馈设计闭环系统的控制策略,使用PSPICE软件对设计电路进行搭建,仿真结果表明,设计的动态跟踪系统不仅能实现闭环极点的任意配置,而且能跟踪参考给定值并实现零稳态误差。最后,用Matlab分析了与负载变化相关的闭环极点灵敏度。     

电气测量技术及仪器

TH112,TP3462005061294基于分布存储式数字法函数信号发生器/王俊,汪勇军,施联玉(福州大学微机应用研究室)//电子测量与仪器学报.―2005,19(1).―35～39.基于对函数波形的存储和读取而形成的数字法函数信号发生器,可生成任意波形函数信号,且具有极高的频率稳定度(同晶振频率稳定度)。可是,这种信号发生器的上限频率的提高受存储器的读取时间和数一模转换器的转换速度的限制。为了提高数字法函数信号发生器的上限频率,提出了用分布存储式数字法生成函数信号。基于此,该文设计了一种基于分布存储式数字法的新型函数信号发生器,它包括分布存…     

一种基于噪声的真随机数发生器的ASIC设计与实现

提出了一种应用于密码系统的硬件随机数发生器的ASIC实现,即通过振荡采样把相位噪声转变为随机数.为了使输出平稳,在输出级设计了异或链和伪随机网络.理论研究和仿真测试证明,该方案能生成分布均匀、彼此独立的随机信号.经制版流片后,芯片在1 MHz时钟下输出满足随机性测试的串行随机数.     

基于Monte Carlo方法的任意概率密度随机数字信号发生器设计

在信号处理和计算机微观模拟的过程中,经常要构造具有特定概率密度的随机数发生器.采用常规方法实现难度较大且不具普遍性,本文根据Monte Carlo方法基本原理和随机信号的数字特征给出一种任意概率密度随机数发生器的设计方法及核心源代码.实验证明该方法简单高效、通用性好.     

北京大学电子信息科学基础实验中心选择泰克AFG3000系列任意函数发生器

泰克公司日前宣布,北京大学电子信息科学基础实验中心已经选择泰克AFG3021B任意波形／函数发生器完成电子设计和测试、传感器仿真和科研项目,如数字信号处理（DSP）系统开发,泰克将提供16台AFG3021B信号发生器及技术支持和文档。这些新仪器提供了先进的性能和信号发生能力,包括12种最长可达128K的标准波形和任意波形,     

一种基于锁相环的真随机数发生器

对高质量随机数的要求与日俱增,导致了真随机数发生器受到广泛关注;系统芯片技术的出现和发展,提出了实现片上随机数发生器的需要;鉴于这两个现实状况,该文提出了一种基于锁相环噪声源的随机数发生器实现方法.实验结果表明该方法具有真随机性,易于实现和系统集成.     

非线性系统死区输入的自适应动态面控制

为实现对具有未知死区输入的非线性系统的跟踪控制,提出一种基于扩张状态观测器的自适应动态面控制算法。采用扩张状态观测器代替函数逼近器在线估计反演法每一步中的不确定函数,基于反演法技术构造自适应动态面输出反馈控制器,通过跟踪微分器来消除传统反演控制算法计算负荷大的问题,并给出稳定性证明。对所提出的控制方法进行仿真验证,结果表明该算法跟踪效果较好,鲁棒性和抗干扰能力较强。     

小型化高速实时量子随机数发生器的设计与实现北大核心CSCD

量子随机数基于量子力学的内禀特性,通过量子物理过程产生理论上完全不可预测的真随机数,在信息安全、计算机、量子通信等诸多领域有着重要的应用。为满足量子随机数发生器实用化应用需求,本文提出了一种基于多光子态散粒噪声测量的量子随机数发生器设计与实现方案,实现了小型化、高速率、实时量子随机数发生器,量子随机数实时输出速率可达103.2 Mbps,满足《GM/T 0005-2012随机性检测规范》的随机性测试标准,具备连续稳定工作能力。     

Efficient hardware implementation and analysis of true random‐number generator based on beta source

This paper presents an efficient hardware random‐number generator based on a beta source. The proposed generator counts the values of “0” and “1” and provides a method to distinguish between pseudo‐random and true random numbers by comparing them using simple cumulative operations. The random‐number generator produces labeled data indicating whether the count value is a pseudo‐ or true random number according to its bit value based on the generated labeling data. The proposed method is verified using a system based on Verilog RTL coding and LabVIEW for hardware implementation. The generated random numbers were tested according to the NIST SP 800‐22 and SP 800‐90B standards, and they satisfied the test items specified in the standard. Furthermore, the hardware is efficient and can be used for security, artificial intelligence, and Internet of Things applications in real time.     

A Mersenne Twister Hardware Implementation for the Monte Carlo Localization Algorithm

Mobile robot localization is the problem of estimating a robot position based on sensor data and a map of the environment. One of the most used methods to address this problem is based on the Monte Carlo Localization (MCL) algorithm, which is a sample based state estimation that offers some advantages over the traditional Gaussian method. This work presents an embedded system based on an FPGA (Field-Programmable Gate Array), customized to compute the complete MCL algorithm in a response time compatible with real mobile robot applications. At the core of the system is the Mersenne Twister pseudo-random number generator, used to spread random particles over the robot navigation map. Experimental results have shown that the proposed hardware architecture is able to generate 125M numbers of 32bits/sec and that for 1k features each MCL iteration takes 0.27 sec. Additionally, this paper provides some evidences about the impact caused by the choice of random number generator on the MCL algorithm convergence speed.     

一种基于混沌的随机数发生器设计及其IC实现

在密码学、仿真学以及集成电路测试等许多领域 ,随机数起着重要的作用。在密码学中 ,通常要求所使用的随机数具有不可预测性。基于混沌现象 ,使用开关电容技术 ,用集成电路实现了一种硬件随机数发生器。测试结果表明 ,其产生的序列具有不可预测性 ,可以满足密码学的应用要求。     

Experimental demonstration of single flux quantum logic withresettable latch

We report experimental demonstrations of logic functions based on single flux quantum logic with resettable latch (SFQ-RL) logic. SFQ-RL has been proposed as new SFQ logic, which enables us to initialize the whole circuit. This initialization function is essential for the state machine into which conventional SFQ logic is classified, and makes SFQ logic more applicable to a large-scale logic system, such as a processor. In addition, the function can prevent circuits from performing the failed operation caused by a trapped flux in storage loops. The logic consists of three primitives, which can compose any logic function. We have experimentally demonstrated the operation of “half adder” based on SFQ-RL with the bias margin of ±16%. In order to examine the function of initialization, we designed and evaluated a pseudo random sequence generator by numerical simulation. In addition, we experimentally confirmed the initialization of the generator and “circular buffer” with the bias margin of ±20%     

基于FPGA的高速高斯随机数发生器

设计了一个基于FPGA的高速、高性能的高斯随机数发生器。首先简要介绍了以前的一些算法并指出其不足之处。然后阐明了本文的算法：对均匀随机数进行高效的变换以生成非常接近高斯分布的随机数,再依据中心极限定理把两个上述随机数相加得到高斯随机数。算法所需的运算只有RAM的读操作与乘法、加法运算。分析了算法的性能并与其他算法做了对比,证明了本文算法的高效性。最后给出了FPGA实现的系统结构,并分析了所需的硬件资源。     

基于变结构混沌的伪随机序列发生器

为产生随机性能良好的伪随机序列,提出了一个新的变结构混沌系统。该混沌系统在一个开关函数控制下其系统结构随时间随机地转换,所产生的混沌信号是两个不同的混沌信号的混合,具有良好的复杂性。基于该变结构混沌系统设计了一种伪随机序列发生器,采用NIST标准和STS-2．0b测试套件对其产生的伪随机序列进行了统计性能测试,测试结果表明该伪随机序列发生器具有良好的随机性,可应用于计算机、通信、信息加密等领域中。     

一种基于熵源分离模型的可重构安全原语

在信息爆炸时代,信息的安全问题受到了广泛关注。在物联网设备的加密协议中,物理不可克隆函数(PUF)与真随机数发生器成为加密协议中基本的安全原语,提供了轻量级的解决方案。文章提出了一种熵源分离模型,能够分离环形振荡器中抖动(真随机数发生器的熵)和工艺偏差(PUF熵)引起的延时。基于该模型,在FPGA上设计了一种可重构的双工作模式电路,通过改变模式可分别生成PUF和真随机数。相较于FPGA上独立设计的PUF和真随机数发生器,该结构具有资源开销小、面积利用率高、功耗低等优势。实验结果表明,生成的PUF稳定性高、唯一性强、均匀性好;真随机数序列均通过了NIST测试,具有高随机性和不可预测性。