JPS5831762B2 - ランダムシンゴウハツセイカイロ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ランダム信号（不規則信号）を発生するラン
ダム信号発生回路に関するものである。

従来擬似ランダム信号を得る回路としてＭ系列信号発生
回路がよく知られている。

このＭ系列信号発生回路は、第１図にその一例を示すよ
うに、シフトレジスタ１０、Ｍ系列信号の周期またはパ
ターンを決める帰還回路２０、クロックパルス発生回路
３０から戒り、シフトレジスタ１０の適当なビットから
の信号および出力信号を帰還回路２０を介して入力側に
帰還させるとともに、クロックパルスＣＰによってシフ
トレジスタ１０の内容をシフトするように構成されてい
る。

このような構成のＭ系列信号発生回路を基調とするラン
ダム信号発生器の出力波形は第２図にその１例を示すよ
うに、Ｍ系列の周期で決まる一定時間ｔごとに同じパタ
ーンが繰返されるランダム信号となり、周期性をもった
ものとなる。

Ｍ系列信号発生回路を基調とするランダム信号発生器の
具体例としては次のようなものがある。

Ｍ系列信号発生回路がＭ系列を発生するときのシフトレ
ジスタ１０の内容がランダムに変化することを利用して
、これをＤ／Ａ変換器に入れると、多値の乱数電圧が得
られる。

この乱数電圧を並列加重Ｍ系列信号ともいう。

第２図は並列加重Ｍ系列信号の１例を図示したものであ
る。

ランダム信号が周期性をもつと、ランダム信号の性質を
応用する分野で不都合な場合がある。

例えばランダム信号とある信号Ｓ工とを相互作用させる
場合、信号ｓＩの主成分の周期がランダム信号がもつ周
期と一致すると、両信号を何周期繰返しても統計的ない
わゆるまぜあわせの効果がでてこないという不都合があ
る。

このような不都合を取除くためには、ランダム信号発生
源に、例えばノイズダイオードのような物理現象にもと
すく真性ランダム信号源を用いればよい。

ところが、一般に真性ランダム信号源は再現性がないの
で保守、検定が容易でないという欠点がある。

ここにおいて、本発明は、得られるランダム信号に周期
性がなく、しかも保守や点検、検定の容易なランダム信
号発生回路を実現しようとするものである。

第３図は本発明の一実施例を示すブロック図である。

図において、１０はシフトレジスタ、２１゜２２はそれ
ぞれ帰還回路を総括的に示したもの、Ｓは接点ａ、接点
すを有するスイッチ、３０はクロックパルス発生回路、
４０は真性ランダム信号源で、たとえばノイズダイオー
ド等が用いられている。

５０はスイッチＳの駆動回路である。帰還回路２１．２
２において、これらの回路は例えば排他的論理和回路で
構成されており、帰還回路２１は一方の入力端にシフト
レジスタ１０のｎ１ビツト目が、他方の入力端に出力端
子Ｔｏが接続され、また、出力側はスイッチＳの接点ａ
に接続されている。

帰還回路２２は一方の入力端にシフトレジスタ１０のｎ
２ ビット目が、他方の入力端に出力端子Ｔｏが接続さ
れ、また出力側はスイッチＳの接点すに接続されている
。

スイッチＳの駆動回路５０は、真性ランダム信号源４０
からの真性ランダム信号を入力としており、この真性ラ
ンダム信号の例えば振幅がクロックパルスＣＰの時点で
、その平均値（通常は零電位）より上にあるか、下にあ
るかに対応してスイッチＳを接点ａまたは接点すにラン
ダムに接続するように構成されている。

このように構成した回路の動作は次の通りである。

スイッチＳは、真性ランダム信号を入力とする駆動回路
５０によって、接点ａと接点すとに第４図イに示すよう
に全く無差別に接続される。

ここで接点ａと接点すとに接続されている期間ｔ１□。

ｔ２□、ｔｌ。

、ｔ２２は、真性ランダム信号に対応して全くランダム
な時間幅となる。

いま、スイッチＳが接点ａ側に接続されているときは、
全体回路は、シフトレジスタ１０、帰還回路２１、クロ
ックパルス発生回路３０でＭ系列信号発生回路を構成し
、出力端子Ｔｏから帰還回路２１の構成で決まる周期と
パターンの擬似ランダム信号を出力する。

このとき出力される擬似ランダム信号をＥＲｌとする。

また、スイッチＳが接点す側に接続されているときは、
全体回路は、シフトレジスタ１０、帰還回路２２、クロ
ックパルス発生回路３０でＭ紺り信号発生回路を構成し
出力端子Ｔ。

から帰還回路２２の構成で決まる周期とパターンの擬似
ランダム信号を出力する。

このとき出力される擬似ランダム信号をＥＲ２とする。

スイッチＳが接点ａと接点すとに無差別に接続されると
、出力端子Ｔｏから第４図口に示すように擬似ランダム
信号ＥＲＩとＥＲ２とがランダムな時間幅で連続的に交
互にまぜ合さったランダム信号を得ることができる。

このランダム信号は、真性ランダム信号に対応した時間
幅でＥＲＩとＥＲ２とが交互にまぜ合さったものである
から、周期性をもたず、真性ランダム信号に近い性質を
有するものとなる。

この回路において、回路の保守、点検、検定等は、真性
ランダム信号源４００部分を、必要に応じて取り外し、
あるいは取り換えることによって容易に行うことができ
る。

第５図は、本発明の他の実施例を示すブロック図である
。

この実施例では、周期およびまたはパターンの異なる２
組の擬似ランダム信号発生回路１１．１２を用意し、両
回路１１，１２の出力を無差別に切換えられるスイッチ
Ｓによって選択して取り出すようにしたものである。

なお、上記の各実施例では、いずれも２種類の擬似ラン
ダム信号をランダムに選択して出力信号とするものであ
るが、更に複数の擬似ランダム信号を発生するような回
路構成とし、これら複数の擬似ランダム信号のうちの一
つを真性ランダム信号によってランダムに選択するよう
にしてもよい。

上記第３図および第５図に示した実施例において、真性
ランダム信号源４０からの出力の周波数帯域幅をｄｃ−
ＦＮ（：Ｈｚ）とすれば、この真性ランダム信号が自分
の平均値（ｒ６ｍ、ｓ値）を上から下、または下から上
によぎる相隣る点の時間間隔の平均値は、厳密な数学理
論を省略すれば１／ＦＮに比例する。

したがってＦＮを大きくすれば、時間間隔の平均値は、
小さくなるが、ＦＮ、すなわち周波数帯域幅を大きくす
るためには、コストがかかる。

いま、ＦＮがクロックパルス発生回路３０からのクロッ
クＣＰのくり返し周波数ＦＣ［Ｈｚ）に対して非常に大
きくとっであるものとすれば、相続く、２つのクロック
パルスの間においても真性ランダム信号は何回もそのｒ
ｍｓ値をよぎるので、始めのクロックの時と、次のクロ
ックの時とで真性ランダム信号がｒｍｓ値のどちら側に
あるか、両者の関係は確率的に殆ど独立と考えられる。

すなわち、始めのクロックの時点でｒｍｓ 値の上にあ
ったからといって、次のクロックの時にも上にある可能
性が強いということはない。

したがって、２つの擬似ランダム信号を選択するのが、
ランダムにできるという点はよいが、逆にこうするため
には、何もこれ程の帯域幅は必要でないということにな
る。

これに対して、ＦＮをＦＣに対して小さくとりすぎると
、相続くまたはｎ個目毎の２つの相続くクロック時点で
の真性ランダム信号は、例えば初めにｒｍｓ 値の上側
にあれば次の時点でも上側にある可能性が犬となる。

すなわちその間にｒｍｓ値をよぎる可能性が小となるこ
とは容易にわかるので、２つの擬似ランダム信号の切替
えの独立性がなくなる。

したがって、２つの擬似ランダム信号をランダムに切替
えて、しかもＦＮをできるだけ小さくし、コストを抑え
ることのできる調和点（最も効率良く動作する条件）を
求めると、各実施例回路は、あたりとなる。

この条件の根拠は、次のような仮定のもとに求められる
。

すなわち、２つの擬似ランダム信号のうち、周期の小さ
いものの周期を例えば、２８１（Ｍ系列信号と仮定し、
その生物レジスタ長が８ビツトに相当）とすれば、この
１周期の時間帯Ｔは、 となる。

ここで、真性ランダム信号がｒｍｓ値をよぎる時間間隔
の平均値１／ＦＮがＴｉＩ４になるようにＦＮを選ぶも
のと仮定すると、 となり、 これから、 となる。

このことから、前記した仮定のもとでは、Ｆ Ｃ／Ｆ
Ｎが１０〜３０あたりがコストとのバランスから最も効
率よく動作する条件となる。

これとは逆に、 あたりで稼動するようにした別の実施例を以下に説明す
る。

通常の雑音電圧の瞬時振幅値は時間の経過とともにガウ
ス分布をしており、中心は零電位にある。

雑音電圧の瞬時振幅値が任意の時点で正であるか、負で
あるかは、したがって同様に確からしい。

そこで駆動回路５０として、問われた時点において、真
性ランダム信号が正の時にはスイッチＳの接点ａを、負
の時には、接点すを対応させるような回路を用いること
により、次のようなランダム信号発生器を作成すること
ができる。

スイッチＳが初め接点ａにあったとする（ｂであっても
話は同様である）と帰還回路２１でＭ系列信号を発生す
る。

このＭ系列信号をＭａと略記する。

（同様にＳが接点す側にあって帰還回路２２を使って発
生するＭ系列信号をＭｂと略記する。

）Ｍａがその一周期を終えた時点で、真性ランダム信号
の振幅の極性をきいてみて、正ならば引続きスイッチＳ
を接点ａ側に、負ならば接点す側に切替える。

これにより次は再びＭａか、またはＭｂかのＭ系列を、
回路は発生する。

ここに発生したＭａかＭｂかの一周期が終った時点で、
真性ランダム信号の振幅の極性をきいてみて、これが正
ならばスイッチＳを接点ａに、負ならば接点すに接続す
る。

以後これをくり返えす。この場合、ＭａとＭｂとは、周
期が同じでも異なってもよい。

周期が等しい場合の出力波形の例を第６図に示す。

第６図の出力波形からも明らかな通りＭａとＭｂの全く
ランダムなシーケンスが得られる。

この方式は、帰還回路の数が第３図の２個よりも増えた
場合に容易に拡張できる。

例えば、駆動回路に前回問うた結果と今回問うた結果を
この順に２ビツトの数値とみなしてこれにより帰還回路
を選択する。

この場合Ｄ０，０１，１０，１１の４個の帰還回路まで
が選択できる。

以上説明したように、本発明に係る回路によれば、簡単
な構成で周期性をもたず、真性ランダム信号に近い擬似
ランダム信号を得ることができる。

また、真性ランダム信号源を分離することにより、保守
、点検、検定を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知のＭ系列信号発生回路のブロック図、第２
図はその出力信号の波形図、第３図は本発明の一実施例
のブロック図、第４図はその動作を説明するための波形
図、第５図は本発明の他の実施例のブロック図、第６図
は、 流側の出力信号の波形図である。 １０：シフトレジスタ、２１゜ 本発明の別の実 ２２：帰還回路、 ３０：クロックパルス発生回路、４０：真性ランダム信
号源、５０：スイッチ駆動回路、Ｓ：スイッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 周期およびまたはパターンの異なる複数の擬似ラン
   ダム信号を発生する回路、真性ランダム信号を発生する
   真性ランダム信号源を具備し、前記複数の擬似ランダム
   信号を前記真性ランダム信号を利用してランダムに選択
   するようにしたランダム信号発生回路。