專利名稱：使用多個時鐘信號的隨機數(shù)發(fā)生的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于產生隨機數(shù)(隨機噪聲)的方法和設備，尤其涉及用于評價噪聲校正電路性能的隨機數(shù)產生方法和設備。
諸如校準LSI(大規(guī)模集成電路)的噪聲校正電路一般用于在通訊裝置中校正噪聲信號，隨機數(shù)發(fā)生設備作為電路評價裝置用于評價這種噪聲校正電路的性能。
由于噪聲校正電路將插入了噪聲的信號校正為正常狀態(tài)，所以電路評價裝置利用由隨機數(shù)發(fā)生設備產生的隨機數(shù)作為噪聲插入信號中。由于使用電路評價裝置或其他類似裝置的隨機數(shù)發(fā)生設備根據(jù)輸入的時鐘信號重復地產生偽隨機數(shù)，所以隨機數(shù)發(fā)生設備通常用移位寄存器構成。
參考

圖1，以下描述這種隨機數(shù)發(fā)生設備的現(xiàn)有技術實例。
圖中說明的隨機數(shù)發(fā)生設備1的主要組成部分包括移位寄存器2，移位寄存器2又包括M個串聯(lián)的寄存器電路3。
M個寄存器電路3的輸出端O分別并聯(lián)至m位隨機數(shù)輸出端4，而控制端I共同接至一個時鐘輸入端5。
移位寄存器2中的兩個特定的寄存器電路3的輸出端O與操作電路6的一對輸入端以異或門電路的形式連接。這個操作電路6的一個輸出端與移位寄存器2的第一寄存器電路3的輸入端I連接。
如此構造的隨機數(shù)發(fā)生設備1根據(jù)輸入的時鐘信號不斷地產生偽隨機數(shù)。具體說，由于移位寄存器2的m個寄存器電路3各自含有二進制數(shù)，并且這m個二進制數(shù)每次輸入時鐘信號時一個接一個地移位，而這m個二進制數(shù)被并行輸出到隨機數(shù)輸出端4，形成一個m位的二進制數(shù)。
這時，由于保存在兩個寄存器電路3中的兩個二進制數(shù)在操作電路6中相異或并被輸入到第一寄存器電路3，所以輸出到隨機數(shù)輸出端4的m位二進制數(shù)在每次輸入時鐘信號時變化，從而重復地產生偽隨機數(shù)。
然而，如此產生的隨機數(shù)是通過將原有數(shù)值的二進制數(shù)移動一位、并僅在前面插入一位新的二進制數(shù)而得到的，所以該隨機數(shù)與原有數(shù)值有很大的相關性，并且隨機性很小。
例如，當假定產生的隨機數(shù)m＝15，并且通過對隨機數(shù)串執(zhí)行快速傅里葉變換而得到頻率成分的能譜時，如圖2所示，可以看出該能譜的分布不是均勻，并且相對于頻率的變化也是不穩(wěn)定的。
結果，即使當上述的隨機數(shù)發(fā)生設備1用于電路評價裝置時，也不能將各種形式的噪聲加進輸入到被評價的噪聲校正電路的信號中去以使插入信號中的噪聲，因此，不可能滿意地執(zhí)行噪聲校正電路的評價測試。
另外，上述隨機數(shù)發(fā)生設備1不能改變所產生隨機數(shù)的模式。由于這個原因，即使將上述的隨機數(shù)發(fā)生設備1用于電路評價裝置，它也只能在每次插入相同的噪聲，而不能執(zhí)行各種形式的測試。
本發(fā)明的目的是提供一種具有簡單結構的產生具有高隨機性和易變模式的隨機數(shù)的方法和裝置。
根據(jù)本發(fā)明的隨機數(shù)發(fā)生設備包括時鐘發(fā)生裝置、時鐘鎖存裝置和隨機數(shù)輸出裝置。
時鐘發(fā)生裝置產生n個頻率互不相同的時鐘信號，時鐘鎖存裝置以的預定頻率同時將這些時鐘信號鎖存。隨機數(shù)輸出裝置將鎖存的n位二進制數(shù)形成一個n位的隨機數(shù)值，該隨機數(shù)是根據(jù)n個時鐘信號頻率與鎖存器頻率之間的相互關系產生的，因此比常規(guī)的根據(jù)對二進制數(shù)進行操作而產生的隨機數(shù)的隨機性高。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，時鐘發(fā)生裝置包括n個時鐘產生電路和電源裝置。
當電源裝置逐一給n個時鐘產生電路提供n個電壓值分別互不相同的驅動電源時，這n個時鐘產生電路產生其頻率與提供的驅動電源的電壓值相對應的時鐘信號，從而使時鐘發(fā)生裝置產生n個頻率互不相同的時鐘信號。由于這n個頻率是由n個為模擬量的電壓產生的，所以這樣就有可能降低n個頻率間的相關性，從而獲得隨機性較高的隨機數(shù)。用n個電壓產生n個頻率，以便使產生n個頻率隨著驅動電源電壓變化的時鐘信號的時鐘信號產生電路可以有相同的結構，使隨機數(shù)發(fā)生設備的產量能夠得到改善。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，電源裝置包括一個驅動電源、至少n個電阻元件以及電源線。
在這種情況下，一個驅動電源產生一個預定電壓驅動電源，至少n個電阻元件通過這個預定電壓驅動電源產生n個電壓互不相同的驅動電源。產生的這n個驅動電源通過電源線逐一提供給n個時鐘產生電路。照這樣的方式，電源裝置給n個時鐘產生電路逐一提供n個電壓值互不相同的驅動電源。用作為模擬器件的電阻元件通過一個驅動電源產生n個電壓值互不相同的驅動電源，因此有可能降低n個電壓之間的相關性，從而得到隨機性較高的隨機數(shù)。由于有可能獲得具有簡單結構的、給n個時鐘產生電路逐一提供電壓值互不相同的n個驅動電源的電源裝置，因此能夠提高隨機數(shù)發(fā)生設備的產量。
應該注意的是，只要其構成可實現(xiàn)上述功能，本發(fā)明中提出的種種裝置可以是任何裝置。例如，這些裝置可由專用硬件、由程序提供合適功能的計算機、由合適的程序在計算機中實現(xiàn)的某個功能、或將二者進行組合。
另外，本發(fā)明中提到的各隨機數(shù)是將許多二進制數(shù)總合為一個數(shù)值而得到的，其與隨機噪聲具有相同意義。而且，本發(fā)明中提到的隨機數(shù)可以是被周期性重復的偽序列，實際上不需要完全是隨機的。
通過以下參考附圖對本發(fā)明實例的說明，本發(fā)明的上述及其他目的、特征和優(yōu)點將更加明顯。
圖1是說明根據(jù)現(xiàn)有技術的隨機數(shù)發(fā)生設備的框圖；圖2是說明通過對隨機數(shù)串進行快速傅里葉變換得到的頻率成分能譜；圖3是說明根據(jù)本發(fā)明實施例的隨機數(shù)發(fā)生設備的框圖；圖4是說明多個時鐘信號和一個鎖存信號間對比的時序圖。
現(xiàn)在參考圖3，圖中說明的根據(jù)本發(fā)明實施例的隨機數(shù)發(fā)生設備11包括驅動電源12、五個電阻元件13至17、接地端18、四條電源線21至24、四個時鐘產生電路26至29，用作時鐘鎖存裝置的鎖存電路31和用作隨機數(shù)輸出裝置的隨機數(shù)輸出單元32。
驅動電源12通過串聯(lián)的電阻元件13至17與接地端18連接。電阻元件13至17的四個接觸點與電源線21至24連接，形成起電源裝置作用的供電單元25。
驅動電源12是一個典型的恒定電壓源，它產生預定驅動電壓。不同阻值的電阻元件13至17通過驅動電源12產生的預定驅動電壓，產生四個不同的驅動電壓V1、V2、V3和V4。
各條電源線21至24傳輸電阻元件13至17產生的四個驅動電壓，因此供電單元25提供并聯(lián)的四個不同驅動電壓V1、V2、V3和V4。
時鐘產生電路26至29分別與供電單元25的四條電源線21至24連接，并與供電單元25共同構成作為時鐘發(fā)生裝置的時鐘產生單元30。
時鐘產生電路26至29的結構相同，所產生時鐘信號的頻率與提供的驅動電壓相對應。供電單元25分別給時鐘產生電路26至29提供驅動電壓V1至V4，因此時鐘產生單元30提供四個并聯(lián)的具有不同頻率的時鐘信號C1、C2、C3和C4。
時鐘產生電路26至29與作為時鐘鎖存裝置的鎖存電路31連接，鎖存電路31的四個并聯(lián)輸出端構成的隨機數(shù)輸出單元32作為隨機數(shù)輸出裝置。
鎖存電路31同時鎖存由預定鎖存信號頻率的時鐘產生電路26至29產生的四個頻率為C1至C4的時鐘信號。隨機數(shù)輸出裝置32將鎖存后的四個二進制數(shù)N1至N4形成一個四位的數(shù)字值。
下面說明使用本實施例隨機數(shù)發(fā)生設備11產生隨機數(shù)的過程。
首先，驅動電源12產生一個預定驅動電壓，電阻元件13至17根據(jù)這個預定的驅動電壓產生四個驅動電壓V1、V2、V3和V4。
然后通過電源線21至24將驅動電壓V1至V4提供給各的時鐘產生電路26至29，時鐘電路26至29依次產生頻率C1至C4與所提供的驅動電壓V1至V4相對應的時鐘信號。
如圖4所示，鎖存電路31用預定頻率的鎖存信號同時鎖存。所產生的頻率為C1至C4的四個時鐘信號，結果，由鎖存的四位二進制數(shù)N1至N4生成一個四位的數(shù)值，如下列表1所示。
(表1)
如表1所示，由隨機數(shù)發(fā)生設備11順序產生的四位數(shù)值是隨機的。由于這些隨機數(shù)是根據(jù)四個時鐘信號的頻率C1至C4和鎖存信號頻率之間的關系產生的，所以其隨機性高于常規(guī)的通過對二進制數(shù)進行操作所產生的隨機數(shù)的隨機性。
將本發(fā)明實施例的隨機數(shù)發(fā)生設備11用于電路評價裝置(未示出)時，充分允許使用隨機數(shù)發(fā)生設備11產生的隨機數(shù)將隨機噪聲插入到固有信號中去，從而有可能令人滿意地實現(xiàn)糾錯LSI(未示出)的評價測試。
還有，在本發(fā)明實施例的隨機數(shù)發(fā)生設備11中，四個驅動電壓V1至V4的相互關系不大，因為V1至V4是通過驅動電源12產生的一個驅動電壓經(jīng)作為模擬器件的電阻元件13至17而生成的。
另外，由于四個頻率C1至C4是根據(jù)如此生成的四個驅動電壓V1至V4產生的，所以四個頻率C1至C4的相關性也不大。結果，形成隨機數(shù)的四個二進制數(shù)N1至N4的相關性非常弱，使隨機數(shù)具有高隨機性。
此外，如前所述，在本發(fā)明的隨機數(shù)發(fā)生設備11中，為了產生四個頻率為C1至C4的時鐘信號，將四個驅動電壓V1至V4提供給四個時鐘電路26至29。因此時鐘產生電路26至29的結構可以是相同的，允許把同樣的元件用作電路單元，從而可簡單地實現(xiàn)隨機數(shù)發(fā)生設備11。
要注意的是，盡管上述實施例對時鐘產生電路26至29作了說明，只要時鐘產生電路等于或多于兩個，其個數(shù)可隨需要而改變。
還有，盡管上述實施例對不同阻值的電阻元件13至17進行了說明，但多個電阻元件的阻值可相同。當多個電阻元件的阻值相同時，由于在電路單元中可使用同樣的元件，盡管隨機數(shù)的隨機性較低，可使隨機數(shù)發(fā)生設備的產量得以改善。
值得注意的是，當多個電阻元件13至17的阻值不同時，隨機數(shù)發(fā)生設備11的產量降低，但是隨機數(shù)的隨機性提高。因此，需要在考慮隨機數(shù)發(fā)生設備所需性能和價格后做出選擇，以決定電阻元件13至17的阻值是否相同。
另外，上述實施例說明的多個電阻元件13至17是固定電阻，并且隨機數(shù)是按照固定的模式產生的。然而，可用可變電阻作為上述電阻元件來改變所產生隨機數(shù)的模式，或者可通過改變驅動電源12產生的電壓來改變隨機數(shù)的模式。
盡管用特定的術語對本發(fā)明優(yōu)選實施例進行了說明，這種說明僅為舉例說明。應該了解的是在不違反下列權利要求的精神和范圍的情況下，可進行改進和變化。
權利要求
1.產生隨機數(shù)的方法，包括如下步驟產生n(n為大于1的整數(shù))個頻率互不相同的時鐘信號；同時以預定的頻率鎖存這n個時鐘信號；以及把鎖存的n個二進制數(shù)形成一個n位的數(shù)值。
2.產生隨機數(shù)的方法，包括如下步驟產生n(n為大于1的整數(shù))個頻率互不相同且n個驅動電源的互不相同的驅動電壓對應的時鐘信號；以預定的頻率同時鎖存這n個時鐘信號；以及把鎖存的n個二進制數(shù)形成一個n位的數(shù)值。
3.產生隨機數(shù)的方法，包括如下步驟產生一個預定電壓的驅動電源；由預定電壓的一個驅動電源產生n個電壓互不相同的驅動電源；產生n(n為大于1的整數(shù))個頻率互不相同并對應于電壓互不相同的n個驅動電源的時鐘信號；同時以預定的頻率鎖存這n個時鐘信號；以及將鎖存的n個二進制數(shù)形成一個n位的數(shù)值。
4.一種隨機數(shù)發(fā)生設備，其特征在于包括時鐘發(fā)生裝置，用于產生n(n為大于1的整數(shù))個頻率互不相同的時鐘信號；時鐘鎖存裝置，用于同時鎖存由所述時鐘發(fā)生裝置在預定頻率上產生的n個時鐘信號；以及隨機數(shù)輸出裝置，把由所述時鐘鎖存裝置鎖存的n個二進制數(shù)形成為一個n位的數(shù)值。
5.根據(jù)權利要求4所述的隨機數(shù)發(fā)生設備，其特征在于所述時鐘產生裝置包括n個時鐘產生電路，用于產生頻率與提供的驅動電源的電壓相對應的時鐘信號；以及電源裝置，用于給所述n個時鐘產生電路逐一提供n個電壓互不相同驅動電源。
6.根據(jù)權利要求5所述的隨機數(shù)發(fā)生設備，其特征在于所述電源裝置包括一個驅動電源，用于產生預定電壓的驅動電源；n個電阻元件，通過由所述驅動電源產生的一個預定電壓值的驅動電源而產生n個電壓值互不相同的驅動電源；以及電源線，用于給所述n個時鐘產生電路逐一提供由所述電阻元件產生的n個驅動電源。
7.隨機數(shù)發(fā)生設備，其特征在于包括時鐘產生單元，用于產生n(n為大于1的整數(shù))個頻率互不相同的時鐘信號；鎖存電路，用于以預定的頻率同時鎖存由所述時鐘產生單元產生的n個時鐘信號；隨機數(shù)輸出單元，把由所述鎖存電路鎖存的n個二進制數(shù)形成為一個n位的數(shù)字值。
8.根據(jù)權利要求7的隨機數(shù)發(fā)生設備，其特征在于所述時鐘產生單元包括n個時鐘產生電路，用于產生頻率與驅動電源電壓相對應的時鐘信號；以及電源單元，用于逐一給所述n個時鐘產生電路提供n個電壓值互不相同的驅動電源。
9.根據(jù)權利要求8的隨機數(shù)發(fā)生設備，其特征在于所述電源單元包括一個驅動電源，用于產生有預定電壓值的驅動電源；n個電阻元件，通過由所述驅動電源產生的有預定電壓值的一個驅動電源，產生電壓值互不相同的n個驅動電源；以及電源線，用于將所述電阻元件產生的n個驅動電源逐一提供給所述n個時鐘產生電路。
全文摘要
隨機數(shù)發(fā)生設備通過n個電阻元件由一個驅動電源產生的預定電壓產生n(n為大于2的整數(shù))個電壓,并逐一將這n個電壓提供給n個時鐘產生電路,以產生n個頻率的時鐘信號。一個時鐘鎖存電路以預定頻率同時鎖存時鐘信號,并順序輸出n個二進制數(shù)作為一個n位的數(shù)值。順序輸出的數(shù)值是隨機數(shù),由于它們是根據(jù)n個時鐘頻率以及一個鎖存頻率之間的關系產生的,所以具有相當高的隨機性。
文檔編號G06F7/58GK1249462SQ9911976
公開日2000年4月5日 申請日期1999年9月28日 優(yōu)先權日1998年9月28日
發(fā)明者濱迫朱季 申請人:日本電氣株式會社