專利名稱：隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器和產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)的方法和一種隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器。
WO97/43709已經(jīng)公開了一個(gè)隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器，它具有一個(gè)非確定的隨機(jī)序列發(fā)生器，它有一個(gè)壓控振蕩器，其頻率控制輸入端與一個(gè)噪聲電壓源連接。此振蕩器在其輸出端上有一個(gè)振蕩信號(hào)，其頻率對應(yīng)于頻率控制輸入端上的隨機(jī)變化的噪聲電壓而隨機(jī)地圍繞一個(gè)平均頻率擺動(dòng)。此隨機(jī)序列發(fā)生器有多個(gè)動(dòng)態(tài)的雙穩(wěn)態(tài)電路，它們的數(shù)據(jù)輸入端連接于配置給它的一個(gè)環(huán)-振蕩器。并且對于每個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路存在一個(gè)自己的環(huán)-振蕩器，這些環(huán)-振落器的頻率相互不同并且比隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的壓控振蕩器的頻率更高。雙穩(wěn)態(tài)電路的時(shí)鐘輸入端連接于隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的輸出端，使得壓控振蕩器的頻率隨機(jī)變化的振蕩信號(hào)的一個(gè)周期中環(huán)-振蕩器的單個(gè)振蕩信號(hào)的信號(hào)值被掃描并且在配置給相應(yīng)環(huán)-振蕩器的雙穩(wěn)態(tài)電路中被讀出。在單個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路中中間存儲(chǔ)的信號(hào)值然后被給出在雙穩(wěn)態(tài)電路的輸出端，并且構(gòu)成被產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)。其中雙穩(wěn)態(tài)電路輸出端上的信號(hào)代表被產(chǎn)生的，具有多位數(shù)字的隨機(jī)數(shù)的二進(jìn)制數(shù)。如專利說明書所述，雙穩(wěn)態(tài)電路輸出端上的數(shù)字信號(hào)均勻分布，即雙穩(wěn)態(tài)電路輸出端應(yīng)提供平均大致相同數(shù)量的邏輯“1”和“0”。
然而上述隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器有以下缺點(diǎn)單個(gè)數(shù)字信號(hào)或者對應(yīng)于它的隨機(jī)數(shù)二進(jìn)位相互間還具有某些關(guān)聯(lián)。這也會(huì)導(dǎo)至兩個(gè)直接先后由隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器讀出的隨機(jī)數(shù)的相關(guān)。因而一個(gè)觀察者通過相應(yīng)長時(shí)間的觀察從隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器輸出的隨機(jī)數(shù)可推斷出隨機(jī)信號(hào)-或隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的特性，尤其是其中所包含的環(huán)-振蕩器的特性。此外不利之處還在于，隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的噪聲電壓源和/或壓控振蕩器的故障將引起壓控振蕩器以恒定頻率振蕩，從而隨機(jī)數(shù)的相關(guān)性大大增加，即隨機(jī)信號(hào)或由此信號(hào)代表的隨機(jī)數(shù)的隨機(jī)性減小，而隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的使用者并未注意到這一點(diǎn)。然而對于某些應(yīng)用，如消息的加密或用“數(shù)字”簽名認(rèn)證消息發(fā)送人，要求產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)或隨機(jī)數(shù)的隨機(jī)性盡可能大并使隨機(jī)數(shù)實(shí)際上不可預(yù)測。
由EP0782069A1人們也已知道了一種偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，它具有多個(gè)確定的隨機(jī)序列發(fā)生器，它們各有一個(gè)偽隨機(jī)信號(hào)輸出端。這些輸出端分別與組合裝置的一個(gè)輸入端連接，組合裝置有一個(gè)輸出端，用于輸出非線性組合這些偽隨機(jī)信號(hào)而得到的組合信號(hào)。組合信號(hào)輸出端與一個(gè)具有多個(gè)存儲(chǔ)單元的移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端連接，在此寄存器中由組合信號(hào)輸出端讀出的數(shù)據(jù)可被相繼讀出。移位寄存器存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)輸出分別與一個(gè)非線性連接裝置的一個(gè)輸入端連接。該裝置有一個(gè)輸出端，用于輸出由移位寄存器存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)輸出端上的數(shù)據(jù)信號(hào)的非線性組合所構(gòu)成的信號(hào)。在此輸出端上同步于時(shí)鐘信號(hào)相繼給出所產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的各位。上述偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器有以下缺點(diǎn)在連接裝置輸出端上的信號(hào)盡管將多個(gè)偽隨機(jī)信號(hào)比較復(fù)雜地組合為一個(gè)隨機(jī)數(shù)信號(hào)，仍然是可由數(shù)學(xué)函數(shù)表示的。由隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)因而在具備有關(guān)這個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器狀態(tài)的知識(shí)時(shí)是可預(yù)測的。此外缺點(diǎn)還在于此隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器也具有相對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
人們也已知道一種隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器，其中一個(gè)噪聲的模擬噪聲信號(hào)用高頻放大器進(jìn)行放大，并且此放大器的信號(hào)電平接著被數(shù)字化。在高頻放大器的輸出端上相繼讀出所產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)，并且兩個(gè)通過數(shù)字化放大器輸出信號(hào)而確定的信號(hào)電平被解釋為一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制值。然而此隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器同樣比較貴，因?yàn)闉榱吮苊怆S機(jī)信號(hào)發(fā)生器的數(shù)字輸出信號(hào)和模擬噪聲信號(hào)間的相關(guān)，需要昂貴的高頻放大器屏蔽。此外噪聲源必須屏蔽，以抵抗外界電磁干擾。
因此，本發(fā)明的目的在于給出一種產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)的方法，此信號(hào)具有相互間更加統(tǒng)計(jì)獨(dú)立和均勻分布的信號(hào)電平或隨機(jī)數(shù)值。本發(fā)明的目的還在于得到一個(gè)隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器，它的結(jié)構(gòu)簡單，然而它可產(chǎn)生相互間更加統(tǒng)計(jì)獨(dú)立和均勻分布的信號(hào)電平，隨機(jī)數(shù)值或隨機(jī)數(shù)。
上述任務(wù)關(guān)于方法的解決方案是借助于至少兩個(gè)不確定的隨機(jī)序列發(fā)生器產(chǎn)生至少兩個(gè)隨機(jī)序列信號(hào)，并且進(jìn)行異或-連接，此異或-輸出信號(hào)構(gòu)成隨機(jī)信號(hào)或一個(gè)用于后續(xù)處理的中間信號(hào)。
這樣以優(yōu)化方式形成了一個(gè)隨機(jī)信號(hào)，它比單個(gè)隨機(jī)序列信號(hào)具有更高的隨機(jī)性，由這些單個(gè)隨機(jī)序列信號(hào)混合得到隨機(jī)信號(hào)。因而所產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)的信號(hào)電平或隨機(jī)數(shù)值的統(tǒng)計(jì)分布可很好地近似一個(gè)均勻分布。
在本方法的一種實(shí)施形式中，異或-輸出信號(hào)作為中間信號(hào)與至少另一個(gè)非確定的隨機(jī)序列發(fā)生器的隨機(jī)序列信號(hào)進(jìn)行異或-連接，并且這個(gè)連接的異或-輸出信號(hào)構(gòu)成隨機(jī)信號(hào)或用于后續(xù)處理的中間信號(hào)。所產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)的信號(hào)電平或隨機(jī)數(shù)值的統(tǒng)計(jì)分布更好地接近一個(gè)均勻分布。
由中間信號(hào)獲得一個(gè)隨機(jī)信號(hào)數(shù)值時(shí)尤具優(yōu)點(diǎn)的方法是此中間信號(hào)及異或-門的一個(gè)中間存儲(chǔ)的輸出信號(hào)被送到此異或-門。這樣，不同時(shí)刻產(chǎn)生的隨機(jī)序列信號(hào)值被相互異或-連接，產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)的信號(hào)電平或隨機(jī)數(shù)值有更大的隨機(jī)性。
上述有關(guān)方法的任務(wù)也可如下完成借助于至少兩個(gè)非確定的隨機(jī)序列發(fā)生器產(chǎn)生至少兩個(gè)隨機(jī)序列信號(hào)。
a)由單個(gè)隨機(jī)序列發(fā)生器的每個(gè)隨機(jī)序列信號(hào)得到一個(gè)隨機(jī)信號(hào)數(shù)值，并且與一個(gè)屬于另一個(gè)隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的存儲(chǔ)器數(shù)值異或-連接，b)該連接的結(jié)果作為新的，配置給前述第一個(gè)隨機(jī)序列發(fā)生器的存儲(chǔ)器數(shù)值被中間存儲(chǔ)，c)步驟a)和b)作為一個(gè)循環(huán)至少被重新進(jìn)行一次，d)接著屬于各單個(gè)隨機(jī)序列發(fā)生器的存儲(chǔ)器數(shù)值作為隨機(jī)信號(hào)被讀出。
這樣，借助于不同的隨機(jī)序列發(fā)生器產(chǎn)生多個(gè)隨機(jī)序列信號(hào)，其中這些隨機(jī)序列信號(hào)借助于步驟a)至b)中的異或-連接相互組合。因而可以優(yōu)化形成一個(gè)隨機(jī)信號(hào)，它比由那些混合成隨機(jī)信號(hào)的單個(gè)隨機(jī)序列信號(hào)有更大的隨機(jī)性。所以此方法使得可以借助于多個(gè)結(jié)構(gòu)相對簡單的隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器獲得隨機(jī)數(shù)或隨機(jī)信號(hào)，它們實(shí)際上相互不相關(guān)，并且其出現(xiàn)頻率近似相等地分布。
步驟a)至d)進(jìn)行多次是有好處的。這樣可以產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，它具有比隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的數(shù)量更大的數(shù)字或位。
存儲(chǔ)器數(shù)值在一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中循環(huán)移位是有優(yōu)點(diǎn)的。借助于單個(gè)隨機(jī)序列發(fā)生器產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)數(shù)值可更好地混合。
在步驟a)重新進(jìn)行之前隨機(jī)序列發(fā)生器復(fù)位到一個(gè)確定的狀態(tài)是特別有益的。這樣隨機(jī)信號(hào)的兩個(gè)直接相鄰的信號(hào)數(shù)值的相關(guān)性被進(jìn)一步減小。
本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)化實(shí)施形式是，為了產(chǎn)生隨機(jī)序列發(fā)生器的隨機(jī)序列信號(hào)，一個(gè)壓控振蕩器的頻率借助于一個(gè)噪聲電壓信號(hào)被改變，并且隨機(jī)信號(hào)數(shù)值分別由振蕩器的振蕩信號(hào)取得。這樣隨機(jī)信號(hào)可以簡單的方式產(chǎn)生，其隨機(jī)信號(hào)數(shù)值有比較好的均勻分布。
在步驟a)重新進(jìn)行之前等待一個(gè)與振蕩信號(hào)的周期相同或更長的規(guī)定時(shí)間間隔是特別有優(yōu)點(diǎn)的。等待時(shí)間可以例如大于周期的10倍。從隨機(jī)信號(hào)相繼取得的隨機(jī)信號(hào)數(shù)值或隨機(jī)數(shù)具有更小的相互關(guān)聯(lián)。
上述任務(wù)中關(guān)于隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的解決方案在于，隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器具有至少兩個(gè)非確定的隨機(jī)序列發(fā)生器和至少一個(gè)異或-門，異或-門的輸入端與提供隨機(jī)序列信號(hào)的隨機(jī)序列發(fā)生器連接，并且異或-門的輸出端直接或間接地通過一個(gè)用于后續(xù)處理異或-門輸出信號(hào)的中間級(jí)與隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的隨機(jī)信號(hào)-輸出端連接。
有好處的方式是隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)有比混合成隨機(jī)信號(hào)的那些單個(gè)的隨機(jī)序列信號(hào)更大的隨機(jī)性。這樣也可以應(yīng)用具有簡單結(jié)構(gòu)的隨機(jī)序列發(fā)生器使產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)的信號(hào)電平或隨機(jī)數(shù)值的統(tǒng)計(jì)分布很好地近似一個(gè)均勻分布。
有優(yōu)點(diǎn)的是中間級(jí)具有一個(gè)異或-門，其一個(gè)輸入端與連接于隨機(jī)序列發(fā)生器的異或-門的輸出端連接，其另一個(gè)輸入端與另一個(gè)隨機(jī)序列發(fā)生器的隨機(jī)信號(hào)-輸出端連接，并且中間級(jí)的異或-門的輸出端直接或間接地通過一個(gè)用于后續(xù)處理異或-門輸出信號(hào)的中間級(jí)與隨機(jī)信號(hào)或發(fā)生器的隨機(jī)信號(hào)-輸出端連接。這個(gè)由隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)的信號(hào)電平或隨機(jī)數(shù)值的統(tǒng)計(jì)分布更好地接近一個(gè)均勻分布。
在本發(fā)明合乎目的的設(shè)計(jì)中中間級(jí)具有一個(gè)異或-門，它的一個(gè)輸入端直接或間接地通過另一個(gè)中間級(jí)與連接隨機(jī)序列發(fā)生器的異或-門的輸出端連接，并且在前述第一個(gè)異或-門的輸出端上連接一個(gè)存儲(chǔ)器單元，其輸出端通過一個(gè)反饋環(huán)路與此異或-門的第二個(gè)輸入端連接。使得不同時(shí)刻產(chǎn)生的隨機(jī)序列信號(hào)數(shù)值可相互異或連接，從而產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)的信號(hào)電平或隨機(jī)數(shù)值有更大的隨機(jī)性。
上述任務(wù)中關(guān)于隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器也可以如下完成隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器具有至少兩個(gè)功能組，它們分別具有一個(gè)非確定的隨機(jī)序列發(fā)生器，一個(gè)異或-門和一個(gè)存儲(chǔ)器單元，并且每個(gè)功能組的異或-門分別用其兩個(gè)輸入端中的一個(gè)與功能組隨機(jī)序列發(fā)生器的一個(gè)隨機(jī)序列信號(hào)-輸出端連接和用其另一個(gè)輸入端與功能組存儲(chǔ)器單元的一個(gè)數(shù)據(jù)輸出端連接，此外每個(gè)功能組的異或-門的輸出端分別與功能組存儲(chǔ)器單元的數(shù)據(jù)輸入端連接，功能組的存儲(chǔ)器單元為了轉(zhuǎn)移它們的存儲(chǔ)器內(nèi)容而通過數(shù)據(jù)線相互連接。
有優(yōu)點(diǎn)的方式中所產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)的信號(hào)數(shù)值由多個(gè)，最好是所有隨機(jī)序列發(fā)生器的隨機(jī)信號(hào)數(shù)值構(gòu)成，這樣，隨機(jī)信號(hào)的信號(hào)數(shù)值具有比由隨機(jī)序列發(fā)生器的隨機(jī)序列信號(hào)的隨機(jī)信號(hào)數(shù)值晚大的隨機(jī)性。所以隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器可以生成具有以近似完全均勻分布出現(xiàn)頻率的信號(hào)數(shù)值的隨機(jī)信號(hào)，即使單個(gè)隨機(jī)序列發(fā)生器的隨機(jī)序列信號(hào)數(shù)值的出現(xiàn)頻率——實(shí)際情況總是這樣——偏離理想的均勻分布。此外，用隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器相繼得到的隨機(jī)信號(hào)數(shù)值只有很小的關(guān)聯(lián)。所以隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的單個(gè)隨機(jī)序列發(fā)生器可以具有相對簡單的結(jié)構(gòu)，從而得到整體上結(jié)構(gòu)簡單且可廉價(jià)生產(chǎn)的隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器。在有優(yōu)點(diǎn)的方式下對于具有多于兩個(gè)的隨機(jī)序列發(fā)生器的隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器，在隨機(jī)序列發(fā)生器中的一個(gè)發(fā)生故障或由于另外的原因，如環(huán)境影響(溫度，電磁場，操縱企圖等)和/或老化，使得隨機(jī)序列信號(hào)數(shù)值的隨機(jī)性下降時(shí)，隨機(jī)信號(hào)數(shù)值的出現(xiàn)頻率仍然有好的均勻分布，且在各個(gè)隨機(jī)信號(hào)數(shù)值之間有小的相關(guān)性。所以此隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器具有高度的工作可靠性。
上述任務(wù)有關(guān)隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器也可如下所述完成隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器具有至少兩個(gè)功能組，它們分別具有一個(gè)隨機(jī)序列發(fā)生器，一個(gè)異或-門和一個(gè)存儲(chǔ)器單元，并且每個(gè)功能組的異或-門分別用其兩個(gè)輸入端中的一個(gè)與功能組隨機(jī)序列發(fā)生器的隨機(jī)序列信號(hào)-輸出端連接，用其另一個(gè)輸入端與另一功能組的存儲(chǔ)器單元的數(shù)據(jù)輸出端連接，此外異或-門的輸出端與前述第一個(gè)功能組的存儲(chǔ)器單元的數(shù)據(jù)輸入端連接。
除了權(quán)利要求14所述方案的優(yōu)點(diǎn)外，該方案還有以下優(yōu)點(diǎn)可以取消用于在存儲(chǔ)器單元之間轉(zhuǎn)移存儲(chǔ)器內(nèi)容的數(shù)據(jù)線。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形式中一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器單元是一個(gè)環(huán)形移位寄存器的一部分。存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)內(nèi)容可以簡單的方式在每次隨機(jī)信號(hào)數(shù)值與存儲(chǔ)器內(nèi)容異或-連接后在環(huán)形存儲(chǔ)器中循環(huán)移位。并且這也是完全可能的除了功能組的存儲(chǔ)器單元外，環(huán)形移位寄存器還具有中間存儲(chǔ)器單元。在中間存儲(chǔ)器單元中可以中間存儲(chǔ)一個(gè)被產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)的附加數(shù)字。單個(gè)隨機(jī)數(shù)的數(shù)字-或位數(shù)于是可以大于隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的隨機(jī)序列發(fā)生器的數(shù)目。
尤具優(yōu)點(diǎn)的是隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器具有一個(gè)復(fù)位輸入端，借助于它，隨機(jī)序列發(fā)生器的隨機(jī)信號(hào)可回到一個(gè)規(guī)定的狀態(tài)。于是隨機(jī)序列發(fā)生器可以在生成一個(gè)新的隨機(jī)數(shù)之前進(jìn)入規(guī)定的輸出狀態(tài)，這樣相繼得到的隨機(jī)數(shù)間的相關(guān)性被減小。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)化實(shí)施形式中，隨機(jī)序列發(fā)生器分別具有一個(gè)電壓控制振蕩器，其頻率控制輸入端與一個(gè)噪聲電壓源連接，并且振蕩器-輸出端與隨機(jī)序列發(fā)生器的隨機(jī)序列信號(hào)輸出端相連接。這樣隨機(jī)序列信號(hào)可以簡單的方式生成，且其隨機(jī)序列信號(hào)數(shù)值出現(xiàn)頻率有相對好的均勻分布。
有優(yōu)點(diǎn)的是振蕩器-輸出與一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路或類似分頻器的輸入端連接，并且雙穩(wěn)態(tài)電路的輸出端與隨機(jī)序列發(fā)生器的隨機(jī)序列信號(hào)輸出端連接。雙穩(wěn)態(tài)電路用振蕩器的每個(gè)時(shí)鐘脈沖使其輸出信號(hào)反相，這樣由隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器輸出端上的隨機(jī)信號(hào)得到的隨機(jī)信號(hào)數(shù)值有更好的均勻分布。
尤具優(yōu)點(diǎn)的是一個(gè)或多個(gè)異或-門或必要時(shí)環(huán)形移位寄存器是微處理器的一部分。從而隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器可特別廉價(jià)地生產(chǎn)，并可被設(shè)計(jì)為例如插卡，它具有總線-連接端子，用于與微機(jī)的系統(tǒng)總線連接。
下面借助附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。附圖中

圖1，2示出一個(gè)隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的電路圖，它具有多個(gè)隨機(jī)序列發(fā)生器，然而圖中僅示出它們中的三個(gè)，圖3，5示出一個(gè)隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的電路圖，它具有多個(gè)功能組和多個(gè)中間存儲(chǔ)器單元，其中僅示出三個(gè)功能組和一個(gè)中間存儲(chǔ)器單元，圖4是圖3電路的變形，其中代替圖3示出的并行的隨機(jī)信號(hào)輸出端，隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器具有一個(gè)串行的隨機(jī)信號(hào)輸出端，圖6是圖5電路的變形，其中代替圖5中示出的并行的隨機(jī)信號(hào)輸出端，隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器有一個(gè)串行的隨機(jī)信號(hào)輸出端，以及圖7是隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器的方框圖。
圖1中示出的，用10表示的隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器具有多個(gè)非確定的隨機(jī)序列發(fā)生器30a，30b，30c和多個(gè)異或-門40a，40b，40c。隨機(jī)序列發(fā)生器30a的隨機(jī)序列信號(hào)輸出端70a與異或-門40a的第一個(gè)輸入端60a連接，隨機(jī)序列發(fā)生器30b的隨機(jī)序列信號(hào)輸出端70b與異或-門40a的第二輸入端80a連接。通過混合兩個(gè)隨機(jī)序列發(fā)生器30a，30b而構(gòu)成的，在異或-門40a輸出端100a上的中間信號(hào)比兩個(gè)在輸入端60a，80a上的隨機(jī)序列信號(hào)中的每一個(gè)都有更大的隨機(jī)性。
在異或-門40a的輸出端100a上的中間信號(hào)直接或間接地通過至少一個(gè)在圖中未示出的，用于后續(xù)處理此中間信號(hào)的中間級(jí)與異或-門40b的第一輸入端60b連接。該異或-門40b的第二個(gè)輸入端80b連接于另一個(gè)隨機(jī)序列發(fā)生器30c的隨機(jī)序列信號(hào)輸出端70c，在與隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器10的輸出端連接的異或-門40b的輸出端100b上的隨機(jī)信號(hào)比隨機(jī)序列信號(hào)輸出端70a，70b，70c中的每一個(gè)上的都有更大的隨機(jī)性。這樣隨機(jī)信號(hào)的信號(hào)數(shù)值分布很好地近似均勻分布。
在異或-門40a的輸出端100a和異或-門40b的輸入端60b之間可以設(shè)置至少一個(gè)中間級(jí)或有多個(gè)串聯(lián)的中間級(jí)。這些中間級(jí)在結(jié)構(gòu)上分別對應(yīng)于由異或-門40b和隨機(jī)序列發(fā)生器30c構(gòu)成的裝置，并且中間級(jí)的異或-門的一個(gè)輸入端與串聯(lián)的上一個(gè)異或-門的輸出端連接，中間級(jí)的輸出端與串聯(lián)的下一個(gè)異或-門的輸入端連接。
如圖2所示，異或-門40b可后接一個(gè)中間級(jí)，它有另一個(gè)異或-門40c，其第一個(gè)輸入端60c與異或-門40b的輸出端100b連接，異或-門40c的輸出端連接到存儲(chǔ)器單元50的數(shù)據(jù)輸入端，單元50的輸出端通過反饋環(huán)路與異或-門40c的第二個(gè)輸入端80c連接。通過上述措施使得時(shí)間上相繼由隨機(jī)序列發(fā)生器30a，30b，30c產(chǎn)生的隨機(jī)序列數(shù)值及由此形成的信號(hào)相互混合。存儲(chǔ)器單元50的數(shù)據(jù)輸出端與隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器10的隨機(jī)信號(hào)輸出端連接。
圖3至6中示出的，圖1表示的隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器具有多個(gè)功能組2a，2b，2c，它們分別具有一個(gè)非確定的隨機(jī)序列發(fā)生器3a，3b，3c，一個(gè)異或-門4a，4b，4c和一個(gè)存儲(chǔ)器單元5a，5b，5c。在圖3所示實(shí)施例中，每個(gè)功能組2a，2b，2c的異或-門4a，4b，4c分別用其兩個(gè)輸入端中的一個(gè)6a，6b，6c與功能組2a，2b，2c的隨機(jī)序列發(fā)生器3a，3b，3c的隨機(jī)信號(hào)-輸出端7a，7b，7c連接，用另一個(gè)輸入端8a，8b，8c與功能組2a，2b，2c的存儲(chǔ)器單元5a，5b，5c的數(shù)據(jù)輸出端9a，9b，9c連接。圖3中存儲(chǔ)器單元5a，5b，5c是環(huán)形移位寄存器的一部分，并且它還具有一個(gè)附加的中間存儲(chǔ)器單元12，它借助數(shù)據(jù)線13與功能組2a，2b，2c的存儲(chǔ)器單元5a，5b，5c連接成一個(gè)環(huán)。借助于數(shù)據(jù)線13，在存儲(chǔ)器單元5a，5b，5c中存放的存儲(chǔ)器數(shù)值可在環(huán)形移位寄存器中循環(huán)移位。
下面詳細(xì)說明隨機(jī)序列發(fā)生器1在形成隨機(jī)信號(hào)或一個(gè)隨機(jī)數(shù)時(shí)的各個(gè)工作步驟。首先存儲(chǔ)器單元5a，5b，5c和中間存儲(chǔ)器12分別用預(yù)先規(guī)定的存儲(chǔ)器數(shù)值預(yù)置，例如用邏輯0或邏輯1預(yù)置。從每個(gè)隨機(jī)序列發(fā)生器3a，3b，3c的隨機(jī)信號(hào)例如通過掃描隨機(jī)序列信號(hào)分別給出一個(gè)隨機(jī)序列信號(hào)數(shù)值。對應(yīng)于這個(gè)隨機(jī)序列信號(hào)數(shù)值，分別在功能組2a，2b，2c的隨機(jī)信號(hào)輸出端7a，7b，7c上的信號(hào)在門4a，4b，4c中分別與對應(yīng)于功能組2a，2b，2c的存儲(chǔ)器單元5a，5b，5c中存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器數(shù)值，在數(shù)據(jù)輸出端9a，9b，9c上的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行異或-連接。此連接的結(jié)果作為新的存儲(chǔ)器數(shù)值借助于數(shù)據(jù)輸入端11a，11b，11c被存儲(chǔ)到相應(yīng)功能組2a，2b，2c的存儲(chǔ)器單元5a，5b，5c中。
接著，在由存儲(chǔ)器單元5a，5b，5c和中間存儲(chǔ)器單元12構(gòu)成的環(huán)形存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)器數(shù)值在環(huán)形存儲(chǔ)器中向右移位，移動(dòng)的位置或比特?cái)?shù)對應(yīng)于隨機(jī)序列發(fā)生器3a，3b，3c的數(shù)目。因?yàn)榇鎯?chǔ)器單元5a，5b，5c的數(shù)目對應(yīng)于中間存儲(chǔ)器單元12的數(shù)目，以前存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元5a，5b，5c中的信號(hào)數(shù)值現(xiàn)在中間存儲(chǔ)在中間存儲(chǔ)器單元中。
此后隨機(jī)序列發(fā)生器3a，3b，3c的隨機(jī)序列信號(hào)分別被恢復(fù)到輸出狀態(tài)。接著等待規(guī)定的時(shí)間，直到隨機(jī)序列發(fā)生器3a，3b，3c的隨機(jī)序列信號(hào)分別得到了一個(gè)隨機(jī)值。由功能組2a，2b，2c的各個(gè)隨機(jī)序列信號(hào)分別形成一個(gè)隨機(jī)序列信號(hào)數(shù)值。這個(gè)數(shù)值以前述方法借助于各功能組2a，2b，2c的異或-門4a，4b，4c與功能組2a，2b，2c的存儲(chǔ)器單元5a，5b，5c中含有的存儲(chǔ)器數(shù)值進(jìn)行異或-連接，并且被存儲(chǔ)在功能組2a，2b，2c的存儲(chǔ)器單元5a，5b，5c中。
此后存儲(chǔ)在環(huán)形移位寄存器中的數(shù)據(jù)數(shù)值在環(huán)形移位寄存器中循環(huán)右移，移位的位置數(shù)比隨機(jī)序列發(fā)生器3a，3b，3c的數(shù)目大1。此外隨機(jī)序列發(fā)生器3a，3b，3c的隨機(jī)序列信號(hào)被恢復(fù)到輸出狀態(tài)。接著等待規(guī)定的時(shí)間，直到隨機(jī)序列信號(hào)分別得一個(gè)隨機(jī)值。
除了第一個(gè)工作步驟，即存儲(chǔ)器單元5a，5b，5c和中間存儲(chǔ)器12被預(yù)置這一步驟之外，上述工作步驟必要時(shí)可以作為循環(huán)重復(fù)一次或多次。實(shí)際中這是有優(yōu)點(diǎn)的；對于其環(huán)形移位寄存器具有8比特寬度的隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器1，由上述工作步驟規(guī)定的循環(huán)總共被執(zhí)行16次，即讀入和處理16個(gè)完全原始的字節(jié)。接著，數(shù)據(jù)輸出端9a，9b，9c，9d上的隨機(jī)數(shù)并行地作為二進(jìn)制數(shù)被讀出。
借助于隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器1產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)的出現(xiàn)頻率近似為均勻分布。并且各個(gè)隨機(jī)數(shù)不相關(guān)或相關(guān)很弱。這是如此取得的由不同的隨機(jī)序列發(fā)生器3a，3b，3c產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)數(shù)值相互混合。隨機(jī)信號(hào)數(shù)值是相互不相關(guān)的。在連接異或-門4a，4b，4c的輸入端6a，6b，6c和8a，8b，8c上具有一定隨機(jī)性的輸入信號(hào)時(shí)，異或-門4a，4b，4c的輸出端10a，10b，10c給出的輸出信號(hào)具有比兩個(gè)輸入信號(hào)中每一個(gè)都更大的隨機(jī)性，即輸出信號(hào)比每個(gè)輸入信號(hào)都更加隨機(jī)。
圖5示出隨機(jī)信號(hào)-或隨機(jī)數(shù)發(fā)生器1的另一個(gè)實(shí)施例，其結(jié)構(gòu)基本上與圖3所示的相同，其不同在于，每個(gè)異或-門4a，4b，4c的第二個(gè)輸入端8a，8b，8c分別與另一個(gè)功能組2b，2c，2a的存儲(chǔ)器單元5c，5a，5b的數(shù)據(jù)輸出端9c，9a，9b連接。
在圖3和圖5所示實(shí)施例中隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器分別具有一個(gè)并行的隨機(jī)信號(hào)輸出口。它有多個(gè)連接端，它們分別與存儲(chǔ)器單元5a，5b，5c或中間存儲(chǔ)器單元12的數(shù)據(jù)輸出端9a，9b，9c，9d連接。圖4和圖6所示實(shí)施例具有串行的隨機(jī)信號(hào)輸出口，它連接于中間存儲(chǔ)器單元12的輸出端。
如圖7所示，各個(gè)隨機(jī)序列發(fā)生器3a，3b，3c分別具有一個(gè)壓控振蕩器14a，14b，14c，它們各有一個(gè)頻率控制輸入端15a，15b，15c，它們分別與噪聲電壓源16a，16b，16c的輸出端連接。每個(gè)振蕩器14a，14b，14c的振蕩器輸出端連接于一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路17a，17b，17c的輸入端，它們的輸出構(gòu)成隨機(jī)序列信號(hào)輸出7a，7b，7c。為了隨機(jī)序列信號(hào)輸出端7a，7b，7c上隨機(jī)序列信號(hào)的復(fù)位，雙穩(wěn)態(tài)電路17a，17b，17c分別有一個(gè)復(fù)位輸入端，復(fù)位輸入端用一根復(fù)位線相互并與微處理器19連接。在微處理器19中配置異或-門4a，4b，4c，存儲(chǔ)器單元5a，5b，5c和中間存儲(chǔ)器單元12。
還必須指出，在圖3至6所示實(shí)施例中隨機(jī)序列發(fā)生器3a，3b/或3c也可以按圖1所示那樣結(jié)構(gòu)，并且具有至少兩個(gè)非確定的隨機(jī)序列發(fā)生器(30a，30b)和至少一個(gè)異或-門(40a)。
權(quán)利要求
1.產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)的方法，其中借助于至少兩個(gè)非確定的隨機(jī)序列發(fā)生器(30a，30b)產(chǎn)生并異或-連接至少兩個(gè)隨機(jī)序列信號(hào)，并且異或-輸出信號(hào)構(gòu)成隨機(jī)信號(hào)或用于后續(xù)處理的中間信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法其特征在于，作為中間信號(hào)的異或-輸出信號(hào)與至少另一個(gè)非確定的隨機(jī)序列發(fā)生器(30c)的隨機(jī)序列信號(hào)進(jìn)行異或-連接，并且這個(gè)連接的異或-輸出信號(hào)構(gòu)成隨機(jī)信號(hào)或用于后續(xù)處理的中間信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，從中間信號(hào)得到一個(gè)隨機(jī)信號(hào)數(shù)值，方法是此中間信號(hào)以及異或-門(40c)的中間存儲(chǔ)的輸出信號(hào)被送給一個(gè)異或-門(40c)。
4.產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)的方法，其中借助于至少兩個(gè)非確定的隨機(jī)序列發(fā)生器(3a，3b，3c)，產(chǎn)生至少兩個(gè)隨機(jī)序列信號(hào)，并且a)由單個(gè)隨機(jī)序列發(fā)生器(3a，3b，3c)的每個(gè)隨機(jī)序列信號(hào)得到一個(gè)隨機(jī)信號(hào)數(shù)值，并與對應(yīng)于另一個(gè)隨機(jī)序列發(fā)生器(3a，3b，3c)的存儲(chǔ)器數(shù)值進(jìn)行異或-連接，b)這個(gè)連接的結(jié)果作為新的，屬于前述先提到的隨機(jī)序列發(fā)生器(3a，3b，3c)的存儲(chǔ)器數(shù)值被中間存儲(chǔ)，c)方法步驟a)和b)作為循環(huán)至少重新執(zhí)行一次，d)接著分別對應(yīng)于各個(gè)隨機(jī)序列發(fā)生器(3a，3b，3c)的存儲(chǔ)器數(shù)值被作為隨機(jī)信號(hào)讀出。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，方法步驟a)至d)被執(zhí)行多次。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，存儲(chǔ)器數(shù)值在一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中循環(huán)移位。
7.如權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，隨機(jī)序列發(fā)生器(3a，3b，3c)在方法步驟a)重新被執(zhí)行之前分別被復(fù)位到一個(gè)規(guī)定的狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求4至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，步驟a)至d)借助于一個(gè)微處理器被完成。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，為產(chǎn)生隨機(jī)序列發(fā)生器(3a，3b，3c)的隨機(jī)序列信號(hào)，一個(gè)壓控振蕩器(14a，14b，14c)的頻率借助于一個(gè)噪聲電壓信號(hào)而被改變，并且隨機(jī)信號(hào)數(shù)值分別由振蕩器(14a，14b，14c)的振蕩器信號(hào)獲得。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟a)被重新執(zhí)行之前分別等待一個(gè)規(guī)定的時(shí)間間隔，它等于或大于振蕩信號(hào)的周期。
11.具有至少兩個(gè)非確定的隨機(jī)序列發(fā)生器(30a，30b)和至少一個(gè)異或-門(40a)的隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(10)，其中異或-門(40a)的輸入端與隨機(jī)序列發(fā)生器(30a，30b)提供的隨機(jī)序列信號(hào)連接，并且異或-門(40a)的輸出端(100a)直接或間隔地通過用于后續(xù)處理此異或-門輸出信號(hào)的中間級(jí)與隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(1)的隨機(jī)信號(hào)輸出端(90)連接。
12.如權(quán)利要求11所述的隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(1)，其特征在于，中間級(jí)具有一個(gè)異或-門(40b)，其一個(gè)輸入端(60b)與連接于隨機(jī)序列發(fā)生器(30a，30b)的異或-門(40a)的輸出端(100a)連接，其另一個(gè)輸入端(80b)與另一個(gè)隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(30c)的隨機(jī)信號(hào)輸出端(70c)連接，并且該異或-門(40b)的輸出端(100b)直接或間接地通過用于后續(xù)處理異或-門一輸出信號(hào)的中間級(jí)與隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(10)的隨機(jī)信號(hào)輸出端(90)連接。
13.如權(quán)利要求11或12所述的隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(1)，其特征在于，中間級(jí)具有一個(gè)異或-門(40c)，其一個(gè)輸入端(60c)直接或間接地通過另一個(gè)中間級(jí)與連接于隨機(jī)序列發(fā)生器(30a，30b)的異或-門(40a)的輸出端(100a)連接，上述前一個(gè)異或-門(40c)的輸出端連接一個(gè)存儲(chǔ)器單元(50)，其輸出端通過反饋環(huán)路與此異或-門(40c)的第二個(gè)輸入端(80c)連接。
14.隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(1)，其中隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(1)具有至少兩個(gè)功能組(2a，2b，2c)，它們分別具有一個(gè)非確定的隨機(jī)序列發(fā)生器(3a，3b，3c)，一個(gè)異或-門(4a，4b，4c)和一個(gè)存儲(chǔ)器單元(5a，5b，5c)，并且每個(gè)功能組(2a，2b，2c)的異或-門(4a，4b，4c)分別用其兩個(gè)輸入端中的一個(gè)(6a，6b，6c)與功能組(2a，2b，2c)的隨機(jī)序列發(fā)生器(3a，3b，3c)的隨機(jī)序列信號(hào)輸出端(7a，7b，7c)連接，用其另一個(gè)輸入端(8a，8b，8c)與功能組(2a，2b，2c)的存儲(chǔ)器單元(5a，5b，5c)的數(shù)據(jù)輸出端(9a，9b，9c)連接，每個(gè)功能組(2a，2b，2c)的異或-門(4a，4b，4c)的輸出端(10a，10b，10c)分別與功能組(2a，2b，2c)的存儲(chǔ)器單元(5a，5b，5c)的數(shù)據(jù)輸入端(11a，11b，11c)連接，此外，功能組(2a，2b，2c)的存儲(chǔ)器單元(5a，5b，5c)為了移位它們的存儲(chǔ)器內(nèi)容而通過數(shù)據(jù)線(13)相互連接。
15.隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(1)，其中隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(1)具有至少兩個(gè)功能組(2a，2b，2c)，它們分別具有一個(gè)非確定的隨機(jī)序列發(fā)生器(3a，3b，3c)，一個(gè)異或-門(4a，4b，4c)和一個(gè)存儲(chǔ)器單元(5a，5b，5c)，并且每個(gè)功能組(2a，2b，2c)的異或-門(4a，4b，4c)分別用其兩個(gè)輸入端中的一個(gè)(6a，6b，6c)與功能組(2a，2b，2c)的隨機(jī)序列發(fā)生器(3a，3b，3c)的隨機(jī)序列信號(hào)輸出端(7a，7b，7c)連接，用其另一個(gè)輸入端(8a，8b，8c)與另一個(gè)功能組(2a，2b，2c)的存儲(chǔ)器單元(5a，5b，5c)的數(shù)據(jù)輸出端(9a，9b，9c)連接，此外，異或-門(4a，4b，4c)的輸出端(10a，10b，10c)分別與上述前一個(gè)功能組(2a，2b，2c)的存儲(chǔ)器單元(5a，5b，5c)的數(shù)據(jù)輸入端(11a，11b，11c)連接。
16.如權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(1)，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器單元(5a，5b，5c，50)是一個(gè)環(huán)行移位寄存器的一部份。
17.如權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(1)，其特征在于，除了功能組(2a，2b，2c)的存儲(chǔ)器單元(5a，5b，5c)外，環(huán)形移位寄存器還具有中間存儲(chǔ)器單元(12)。
18.如權(quán)利要求11至17中任一項(xiàng)所述的隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(1)，其特征在于，隨機(jī)序列發(fā)生器(3a，3b，3c，30a，30b，30c)具有一個(gè)復(fù)位輸入端，用它可以將隨機(jī)序列發(fā)生器(3a，3b，3c，30a，30b，30c)的隨機(jī)序列信號(hào)轉(zhuǎn)移到一個(gè)規(guī)定的狀態(tài)。
19.如權(quán)利要求11至18中任一項(xiàng)所述的隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(1)，其特征在于，隨機(jī)序列發(fā)生器(3a，3b，3c，30a，30b，30c)分別具有一個(gè)壓控振蕩器(14a，14b，14c)，其頻率控制輸入端(15a，15b，15c)連接于一個(gè)噪聲電壓源(16a，16b，16c)，并且振蕩器輸出端與隨機(jī)序列發(fā)生器(3a，3b，3c，30a，30b，30c)的隨機(jī)序列信號(hào)輸出端(7a，7b，7c，70a，70b，70c)連接。
20.如權(quán)利要求11至19中任一項(xiàng)所述的隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(1)，其特征在于，振蕩器輸出端與一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路(17a，17b，17c)或類似的分頻器的輸入端連接，并且，雙穩(wěn)態(tài)電路(17a，17b，17c)的輸出端與隨機(jī)序列發(fā)生器(3a，3b，3c，30a，30b，30c)的隨機(jī)序列信號(hào)輸出端(7a，7b，7c，70a，70b，70c)連接。
21.如權(quán)利要求11至21中任一項(xiàng)所述的隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(1)，其特征在于，至少一個(gè)或多個(gè)異或-門(4a，4b，4c，40a，40b，40c)和必要時(shí)環(huán)形移位寄存器是一個(gè)微處理器(19)的一部分。
全文摘要
隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器(1)具有至少兩個(gè)功能組(2a,2b,2c),它們分別具有一個(gè)隨機(jī)序列發(fā)生器(3a,3b,3c),一個(gè)異或－門(4a,4b,4c)和一個(gè)存儲(chǔ)器單元(5a,5b,5c)。每個(gè)功能組(2a,2b,2c)的異或－門(4a,4b,4c)分別用其兩個(gè)輸入端中的一個(gè)(6a,6b,6c)與功能組(2a,2b,2c)的隨機(jī)序列發(fā)生器(3a,3b,3c)的隨機(jī)序列信號(hào)－輸出端(7a,7b,7c)連接,用其另一個(gè)輸入端(8a,8b,8c)與功能組(2a,2b,2c)的存儲(chǔ)器單元(5a,5b,5c)的數(shù)據(jù)輸出端(9a,9b,9c)連接。每個(gè)功能組(2a,2b,2c)的異或－門(4a,4b,4c)的輸出端(10a,10b,10c)分別與功能組(2a,2b,2c)的存儲(chǔ)器單元(5a,5b,5c)的數(shù)據(jù)輸入端(11a,11b,11c)連接。功能組(2a,2b,2c)的存儲(chǔ)器單元(5a,5b,5c)為了移位它們的存儲(chǔ)器內(nèi)容而通過數(shù)據(jù)線(13)相互連接。
文檔編號(hào)H03K3/84GK1343389SQ00804877
公開日2002年4月3日 申請日期2000年3月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月11日
發(fā)明者理查德·福格茨 申請人:理查德·福格茨