随机数发生器是信息安全系统中硬件密码系统的核心组件,对整个系统的安全性起决定性作用。随机数发生器有真随机和伪随机之分,在信息安全系统中,对随机数发生器性能有严格的要求,必须采用真随机数发生器。随着非线性理论的发展和完善,混沌行为给真随机数发生器的设计提供了新的理论依据和实现方法。其中基于流水型ADC的真随机数发生器充分利用了性能不断提升的成熟ADC设计技术,利用ADC的转换误差产生随机数。本文给出了一种基于1.5位每级流水型ADC结构的真随机数发生器。其最大优点是各级间用采样保持电路相连,使各级间的信号流动同步。每一级电路计算完它的模拟转换误差后,马上就可以对下一个输入数据进行计算,提高了随机数产生速度。更重要的是,每级同时输出的二进制序列的迭代次数都是不相同的,这类似于洗牌操作,有效地提高了产生的随机数的非相关性。阐述了该真随机数发生器产生真随机数的原理。1.5位每级流水型ADC子单元的传输函数满足混沌映射的特性,对该映射状态空间重新划分,将两个数字输出进行异或,改变映射产生序列的分布特性,即形成与伯努利移位映射等价的状态转换图,可作为真随机数发生器的生成映射来产生独立且均匀分布的随机数,并且对比于伯努力移位映射,该函数的混沌吸引盆是吸引子的两倍,扩大了稳定范围,避免了迭代轨迹的发散,提高了系统的鲁棒性。分析了映射参数变化对所产生序列随机统计特性的影响。随后给出了用开关电容技术实现该生成映射的详细电路设计方法,通过分析电路中非理想因素对生成序列随机特性的影响,建立系统模型,仿真确定电路设计参数,选取合适的电路结构。最后,采用CHRT 0.35μm CMOS混合信号工艺设计实现整体电路,真随机数发生器的仿真结果表明系统具有很好的随机性和很高输出比特率(200Mbps),非常适合用于集成电路CMOS主流工艺设计环境下的高速加密系统中。