一种基于H-bridge的RRAM熵源重构电路

本技术属于cmos模拟集成电路设计，具体地涉及一种基于h-bridge的rram熵源重构电路。

背景技术：

1、硬件加密方案是保护信息安全的重要手段。在硬件加密方案中，随机数发生器(true random number generator，trng)是一种重要的安全组件。随机数是保证加密安全的重要因素。trng能够产生真正的随机数，可以用来生成密钥、初始化向量等安全参数。传统的trng面临熵源可靠性，电路复杂性以及功耗面积等问题的影响，在应对工艺，外界干扰等方面存在明显不足。而阻变存储器(resistive random access memory，rram)由于其天然的随机性，且其低编程电压、快速切换速度、优异的可扩展性、良好的编程耐久性、数据保持性以及与cmos制造的兼容性，成为优异的硬件加密方案。

2、然而，在许多工作模式下及多个操作循环下的rram呈现逐渐线性化及均匀化的趋势，rram阻值随操作周期逐渐均匀化和线性化使得电路中的熵源随机性逐渐降低。为保证rram作为熵源的随机性，设计者往往需要不断地对rram单元进行重构，同时需要确保rram经过set和reset操作后的阻值大小在非线性区间内波动。而rram作为熵源信号时，重构对rram单元的寿命和稳定性都是一大挑战。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种基于h-bridge的rram熵源重构电路用以解决上述存在的技术问题。

2、为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种基于h-bridge的rram熵源重构电路，包括基于h-bridge的rram单元重构电路、迟滞比较器电路和边沿触发电路，基于h-bridge的rram单元重构电路的输出端接迟滞比较器电路的输入端，基于h-bridge的rram单元重构电路用于监测重构过程中阻变存储器rram的跨导，并将监测结果以电位信号bl和sl形式输出；迟滞比较器电路用于对电位信号bl和sl的电位进行实时监测，并将比较结果输出至边沿触发电路；边沿触发电路用于接收迟滞比较器的输出结果，并通过脉冲触发的方式反馈给基于h-bridge的rram单元重构电路的输入以改变电路工作模式。

3、进一步的，所述基于h-bridge的rram单元重构电路包括两个第一反相器、电阻分压网络和两个电阻分压网络的控制电路，两个第一反相器的输入端接边沿触发电路的输出信号，电阻分压网络接在两个第一反相器的输出端之间，电阻分压网络中的阻变存储器rram两端分别通过两个电阻分压网络的控制电路接两个第一反相器的输出端，并分别连接到迟滞比较器电路的输入端。

4、更进一步的，所述第一反相器由一与非门、一或非门、一pmos晶体管和一nmos晶体管构成。

5、更进一步的，所述电阻分压网络包括电阻r_rst、电阻r_set和阻变存储器rram，阻变存储器rram的两端分别串联电阻r_rst和电阻r_set后接两个第一反相器的输出端。

6、更进一步的，所述电阻分压网络的控制电路采用cmos传输门来实现，cmos传输门的控制端接边沿触发电路的输出信号。

7、进一步的，所述迟滞比较器电路包括运算放大器comp1和运算放大器comp2，运算放大器comp1的正输入端接共模电平vref_rst、负输入端接基于h-bridge的rram单元重构电路输出的电位信号bl；运算放大器comp2的正输入端接共模电平vref_set、负输入端接基于h-bridge的rram单元重构电路输出的电位信号sl，运算放大器comp1和运算放大器comp2的输出端分别接边沿触发电路的二输入端，运算放大器comp1和运算放大器comp2的使能端分别接边沿触发电路的输出信号。

8、更进一步的，所述边沿触发电路包括边沿触发器d1、反相器inv1和反相器inv2，沿触发器d1的二输入端rst_fall和set_rise分别接算放大器comp1和运算放大器comp2的输出端，沿触发器d1的输出端接反相器inv1的输入端，反相器inv1的输出端接反相器inv2的输入端和运算放大器comp1的使能端，反相器inv2的输出端接运算放大器comp2的使能端。

9、本实用新型的有益技术效果：

10、本实用新型能够增加rram作为熵源的稳定性和可靠性，保障rram的跨导大小随多个周期变化的非线性，进而保障熵源随机性，适用于硬件加密方案中。

技术特征：

1.一种基于h-bridge的rram熵源重构电路，其特征在于：包括基于h-bridge的rram单元重构电路、迟滞比较器电路和边沿触发电路，基于h-bridge的rram单元重构电路的输出端接迟滞比较器电路的输入端，基于h-bridge的rram单元重构电路用于监测重构过程中阻变存储器rram的跨导，并将监测结果以电位信号bl和sl形式输出；迟滞比较器电路用于对电位信号bl和sl的电位进行实时监测，并将比较结果输出至边沿触发电路；边沿触发电路用于接收迟滞比较器的输出结果，并通过脉冲触发的方式反馈给基于h-bridge的rram单元重构电路的输入以改变电路工作模式。

2.根据权利要求1所述的基于h-bridge的rram熵源重构电路，其特征在于：所述基于h-bridge的rram单元重构电路包括两个第一反相器、电阻分压网络和两个电阻分压网络的控制电路，两个第一反相器的输入端接边沿触发电路的输出信号，电阻分压网络接在两个第一反相器的输出端之间，电阻分压网络中的阻变存储器rram两端分别通过两个电阻分压网络的控制电路接两个第一反相器的输出端，并分别连接到迟滞比较器电路的输入端。

3.根据权利要求2所述的基于h-bridge的rram熵源重构电路，其特征在于：所述第一反相器由一与非门、一或非门、一pmos晶体管和一nmos晶体管构成。

4.根据权利要求3所述的基于h-bridge的rram熵源重构电路，其特征在于：所述电阻分压网络包括电阻r_rst、电阻r_set和阻变存储器rram，阻变存储器rram的两端分别串联电阻r_rst和电阻r_set后接两个第一反相器的输出端。

5.根据权利要求4所述的基于h-bridge的rram熵源重构电路，其特征在于：所述电阻分压网络的控制电路采用cmos传输门来实现，cmos传输门的控制端接边沿触发电路的输出信号。

6.根据权利要求1或2所述的基于h-bridge的rram熵源重构电路，其特征在于：所述迟滞比较器电路包括运算放大器comp1和运算放大器comp2，运算放大器comp1的正输入端接共模电平vref_rst、负输入端接基于h-bridge的rram单元重构电路输出的电位信号bl；运算放大器comp2的正输入端接共模电平vref_set、负输入端接基于h-bridge的rram单元重构电路输出的电位信号sl，运算放大器comp1和运算放大器comp2的输出端分别接边沿触发电路的二输入端，运算放大器comp1和运算放大器comp2的使能端分别接边沿触发电路的输出信号。

7.根据权利要求6所述的基于h-bridge的rram熵源重构电路，其特征在于：所述边沿触发电路包括边沿触发器d1、反相器inv1和反相器inv2，沿触发器d1的二输入端rst_fall和set_rise分别接算放大器comp1和运算放大器comp2的输出端，沿触发器d1的输出端接反相器inv1的输入端，反相器inv1的输出端接反相器inv2的输入端和运算放大器comp1的使能端，反相器inv2的输出端接运算放大器comp2的使能端。

技术总结本技术涉及CMOS模拟集成电路设计技术领域，公开了一种基于H‑bridge的RRAM熵源重构电路，包括基于H‑bridge的RRAM单元重构电路、迟滞比较器电路和边沿触发电路，基于H‑bridge的RRAM单元重构电路用于监测重构过程中阻变存储器RRAM的跨导，并将监测结果以电位信号BL和SL形式输出至迟滞比较器电路的输入端；迟滞比较器电路用于对电位信号BL和SL的电位进行实时监测，并将比较结果输出至边沿触发电路；边沿触发电路用于接收迟滞比较器的输出结果，并通过脉冲触发的方式反馈给基于H‑bridge的RRAM单元重构电路的输入以改变电路工作模式。本技术能够增加RRAM作为熵源的稳定性和可靠性，保障RRAM的跨导大小随多个周期变化的非线性，进而保障熵源随机性，适用于硬件加密方案中。技术研发人员：甘巧莹,宋长坤,陈铖颖受保护的技术使用者：厦门理工学院技术研发日：20230928技术公布日：2024/4/24