Ein Zufallszahlengenerator der echte Zufallszahlen erzeugt
Puran2

Die Abtastschaltung

Die Abtastschaltung wandelt das Rauschsignal in Zufallsbits um. Dazu wird das Signal sb(t) am Ausgang des Rauschgenerators Abb. 4 zunächst mittels eines Diskriminators digitalisiert. Die AKF je(T) des Signals nach der Digitalisierung ist stets kleiner als die AKF jb(T) des Signals vor der Digitalisierung [12] da mit jb(T)<10-100 gilt:

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Diese besteht aus zwei Flipflops. Das erste wird durch das digitalisierte Signal getoggelt. Man kann dieses Flipflop als letztes Bit eines Zählers auffassen, welches die Anzahl der ankommenden Flanken zählt. Nach einer Zeiteinheit T wird dann der augenblickliche Wert des ersten Flipflops in das Übernahmeflipflop übernommen und das erste zurückgesetzt. Das Übernahmeflipflop enthält dann in Abhängigkeit von der Anzahl der positiven Flanken N, die in der Zeiteinheit T aufgetreten sind, eine logische NULL (,,0`` ), falls N eine gerade Zahl oder eine logisch EINS (,,1`` ), falls N eine ungerade Zahl darstellt. Für die Wahrscheinlichkeiten P(0) bzw. P(1), daß eine ,,0`` bzw. eine ,,1`` erzeugt wird, wird der Idealwert von 1/2 wegen der nichtidealen Bauteile nur annähernd erreicht:

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  Abtastschaltung  


Abbildung 6: Die Abtastschaltung mit zwei Flipflops (FF)

Der grundsätzliche Vorteil der Schaltung nach Abb. 6 liegt in der Unabhängigkeit eines erzeugten Bits von seinem Vorgänger, da das Rücksetzen des ersten Flipflops einen definierten Ausgangszustand zu Beginn jeder Abtastung erzeugt. Dadurch wirken sich leichte Abweichungen der Wahrscheinlichkeiten P(0) und P(1) Gl.(23) von ihrem Sollwert 1/2, die bei dieser Abtastung unvermeidlich sind, nicht auf die AKF jb(T) des erzeugten Bitstromes b aus [3]. Die exakte Gleichverteilung P(0)=P(1)=1/2 kann mit Hilfe einer Symmetrierungsschaltung hergestellt werden.

Die Autokorrelationsfunktion des erzeugten Bitstroms wird hauptsächlich durch die Nichtidealität der Bauteile bestimmt. Insbesondere kann in der Realität nicht davon ausgegangen werden, daß die Flipflops ihre Zustände beliebig schnell wechseln können. Daraus resultierenden Korrelationen, die inbesondere dadurch auftreten, daß der Abtasttakt T asynchron zum abgetasteten Signal sd(t) ist und dadurch die Setup- und Holdzeiten am Übernahmeflipflop grundsätzlich nicht garantiert werden können. Sie können jedoch minimiert werden, indem man sehr schnelle Flipflops aus Galliumarsenid einsetzt. Weiter erhält man eine Reduzierung der Korrelation indem man mit der maximal möglichen Abtastzeit von 0,2us benutzt um das Signal sd(t) abzustasten und nur jedes n-te erzeugte Bit in den Zufallsbitstrom b einreiht. Dadurch erreicht man eine mit n exponentiell fallende AKF [13]. Bei n = 25 erhält man eine Korrelation von r=6,29·10-8. Dieser Wert ist aus den Messungen der Korrelation höherer Werte für n extrapoliert worden und kann nicht mehr verifiziert werden, da man dafür eine Aufnahmezeit von 7,6·105 Jahren benötigen würde [7].