JPH10197610A - Noise generator and waveform generator employing it - Google Patents

Noise generator and waveform generator employing it

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JPH10197610A
JPH10197610A JP8357563A JP35756396A JPH10197610A JP H10197610 A JPH10197610 A JP H10197610A JP 8357563 A JP8357563 A JP 8357563A JP 35756396 A JP35756396 A JP 35756396A JP H10197610 A JPH10197610 A JP H10197610A
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JP
Japan
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random number
sequence
noise
generating
waveform
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Application number
JP8357563A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuuji Gendai
裕治 源代
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Publication of JPH10197610A publication Critical patent/JPH10197610A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a noise generator, and a waveform generator employing it, in which a normal distribution noise can be generated with good quality at high rate while suppressing increase in the circuit scale and can be measured in real time. SOLUTION: Based on a waveform data stored in a waveform memory 10, a DAC(digital/analog conversion circuit) 20 generates an arbitrary waveform signal. A sequence of normal distribution random numbers generated from a noise generator 60 is converted through a DAC 70 into an analog signal and controlled through a subattenuator 80 to a desired level before being applied, as a noise signal, to the waveform signal through an adder 30. Subsequently, the level is regulated through a main attenuator 40 and high frequency components are attenuated through a low-pass filter 50 thus generating an arbitrary waveform signal containing normal distribution noise at a desired S/N ratio at high rate. According to the arrangement, an arbitrary waveform signal containing noise can be measured in real time.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ノイズ発生装置、
特に正規分布特性を有する正規乱数を発生するノイズ発
生装置およびそれを用いた波形生成装置に関するもので
ある。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a noise generator,
In particular, the present invention relates to a noise generation device that generates a normal random number having a normal distribution characteristic, and a waveform generation device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】信号データ記憶装置にディジタル的に蓄
積されたデータからディジタル/アナログ変換回路(D
AC)を用いてアナログ信号を発生する任意波形生成装
置において、各種の測定の基準信号源として広く用いら
れている。このような装置は例えば、ハードディスク装
置の信号処理ICの評価で、1セクタ分のデータを模擬
的に入力するような評価に最適である。また通信用信号
処理ICの試験にも、同様に用いることができる。
2. Description of the Related Art A digital / analog conversion circuit (D / A) is used to convert data digitally stored in a signal data storage device.
In an arbitrary waveform generator that generates an analog signal using AC), it is widely used as a reference signal source for various measurements. Such a device is most suitable for evaluating a signal processing IC of a hard disk device, for example, for simulating input of data for one sector. Further, the present invention can be similarly used for testing of a signal processing IC for communication.

【0003】これらの試験では、理想的な信号のみでは
なく、ある程度のノイズを含んだ信号を入力する必要が
しばしばある。この場合、被試験対象の固定的な動作を
避けるため、ノイズ波形は毎回異なることが望ましい。
このため、従来では任意波形生成装置の信号データ記憶
装置に、ノイズレベルの異なるデータを毎回転送する必
要がある。
[0003] In these tests, it is often necessary to input not only an ideal signal but also a signal containing some noise. In this case, it is desirable that the noise waveform be different each time in order to avoid a fixed operation of the test object.
Therefore, conventionally, it is necessary to transfer data having different noise levels to the signal data storage device of the arbitrary waveform generator every time.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の任意波形生成装置では、通常信号生成速度に較べて
データ入力の速度が大幅に遅い。例えば、1GS(ギガ
サンプル)/秒の速度を持つ任意波形生成装置において
も、データの書き込み速度は5MS(メガサンプル)/
秒程度に止まり、実質的な測定時間はデータの書き込み
速度により制限されてしまうという問題がある。
In the above-described conventional arbitrary waveform generator, the data input speed is much slower than the normal signal generation speed. For example, even in an arbitrary waveform generator having a speed of 1 GS (gigasample) / sec, the data writing speed is 5 MS (megasample) /
There is a problem that the actual measurement time is limited to about seconds and is limited by the data writing speed.

【0005】測定時間の短縮を図るため、ディジタルノ
イズをハードウェアにより発生する場合、大規模の回路
が必要となり、ハードウェア量の増加を避けられない。
When digital noise is generated by hardware in order to shorten the measurement time, a large-scale circuit is required, and an increase in the amount of hardware cannot be avoided.

【0006】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的はハードウェアの量の増加を抑制しな
がら、高速に良質な正規乱数ノイズを発生できるノイズ
発生装置を提供することにある。これにより、ノイズを
含んだ任意の波形信号での測定を実時間で行うことがで
きる。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a noise generating apparatus capable of generating high-quality normal random noise at high speed while suppressing an increase in the amount of hardware. . Thus, measurement with an arbitrary waveform signal containing noise can be performed in real time.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は正規分布特性を有するノイズ信号を発生す
るノイズ発生装置であって、一様分布乱数列を生成する
一様乱数生成手段と、上記一様乱数列から所定の数の乱
数を選択し、選択した乱数を加算し、正規分布乱数列を
発生する加算手段と、上記加算手段から出力された乱数
列をアナログ信号に変換し、上記正規分布特性を有する
ノイズ信号を生成するディジタル/アナログ変換手段と
を有する。
In order to achieve the above object, the present invention relates to a noise generating apparatus for generating a noise signal having a normal distribution characteristic, comprising a uniform random number generating means for generating a uniformly distributed random number sequence. Selecting a predetermined number of random numbers from the uniform random number sequence, adding the selected random numbers, and adding means for generating a normally distributed random number sequence; and converting the random number sequence output from the addition means to an analog signal, Digital / analog converting means for generating a noise signal having the normal distribution characteristic.

【0008】また、本発明では、好適には上記一様乱数
生成手段は、所定の周期を有するM系列乱数を発生する
M系列発生手段により構成され、上記M系列発生手段に
より生成したM系列の乱数を並べ替えて、所定のビット
幅を有する一様乱数列を生成する並べ替え手段を有し、
上記一様乱数列とは別の一様乱数列を発生する第2の乱
数発生手段を有する。また、上記並べ替え手段により生
成した乱数と上記第2の乱数発生手段により生成した乱
数の各ビットのエクスクルーシブORを求め、新たな乱
数列を生成する論理回路を有する。
In the present invention, preferably, the uniform random number generating means is constituted by an M-sequence generating means for generating an M-sequence random number having a predetermined cycle, and the M-sequence generated by the M-sequence generating means is preferably used. Sorting means for rearranging random numbers to generate a uniform random number sequence having a predetermined bit width,
There is provided second random number generating means for generating a uniform random number sequence different from the uniform random number sequence. Further, there is provided a logic circuit for obtaining an exclusive OR of each bit of the random number generated by the rearrangement unit and the random number generated by the second random number generation unit, and generating a new random number sequence.

【0009】また、本発明では、ノイズを含んだ任意の
波形を生成する波形生成装置であって、波形の形状を示
す波形データを格納する記憶手段と、上記記憶手段から
上記波形データを読み出し、波形信号に変換する第1の
ディジタル/アナログ変換手段と、所望の分布特性を有
する乱数列を生成する乱数生成手段と、上記乱数列をア
ナログ信号に変換し、それをノイズ信号として出力する
第2のディジタル/アナログ変換手段と、上記波形信号
に上記ノイズ信号を加える信号混合手段とを有する。
Further, according to the present invention, there is provided a waveform generating apparatus for generating an arbitrary waveform including noise, comprising: storage means for storing waveform data indicating a waveform shape; and reading the waveform data from the storage means. First digital / analog converting means for converting into a waveform signal, random number generating means for generating a random number sequence having a desired distribution characteristic, and second means for converting the random number sequence into an analog signal and outputting it as a noise signal And a signal mixing means for adding the noise signal to the waveform signal.

【0010】さらに、本発明では、好適には上記混合手
段に入力されるノイズ信号のレベルを制御する第2のレ
ベル制御手段と、上記混合手段の出力信号レベルを制御
する第1のレベル制御手段を有する。
Further, in the present invention, preferably, the second level control means for controlling the level of the noise signal input to the mixing means, and the first level control means for controlling the output signal level of the mixing means. Having.

【0011】本発明によれば、一様分布乱数生成手段に
より生成した一様乱数列から所定の数を選出して加算処
理することにより、正規分布特性を有する乱数列が生成
される。当該乱数列がディジタル/アナログ変換手段に
よりアナログ信号に変換され、正規分布特性をもつノイ
ズ信号が得られる。M系列生成手段により一様乱数列を
生成し、これと別に同じビット幅をもつ第2の一様乱数
列を生成し、これらの乱数列をそれぞれビット毎のエク
スクルーシブORを取ることにより新たな正規分布乱数
列が得られ、これに基づき良質な正規分布特性をもつノ
イズ信号を生成できる。
According to the present invention, a random number sequence having a normal distribution characteristic is generated by selecting a predetermined number from the uniform random number sequence generated by the uniform distribution random number generation means and performing an addition process. The random number sequence is converted into an analog signal by digital / analog conversion means, and a noise signal having a normal distribution characteristic is obtained. A new regular random number sequence is generated by the M-sequence generating means, a second uniform random number sequence having the same bit width is separately generated, and these random number sequences are subjected to an exclusive OR for each bit, thereby obtaining a new normal sequence. A sequence of distributed random numbers is obtained, and a noise signal having good normal distribution characteristics can be generated based on the sequence.

【0012】上述したノイズ発生装置により発生したノ
イズ信号のレベルを調整して、波形生成装置により生成
した任意の波形信号に加えることにより、所望のS/N
比をもつ任意の波形信号を生成することができるので、
所望のノイズを含んだ任意の波形信号を高速に生成で
き、これに基づき実時間での測定を可能となる。
By adjusting the level of the noise signal generated by the above-described noise generator and adding it to an arbitrary waveform signal generated by the waveform generator, a desired S / N ratio is obtained.
Since any waveform signal with a ratio can be generated,
An arbitrary waveform signal containing desired noise can be generated at high speed, and real-time measurement can be performed based on the signal.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1は本発明に係るノイズ発生装
置およびそれを用いた任意波形生成装置の一実施形態を
示す回路図である。図示のように、任意波形生成装置は
波形記憶装置10、DAC20、加算器30、主減衰器
40、ローパスフィルタ(低域通過フィルタ)50、ノ
イズ発生装置60、DAC70および副減衰器80によ
り構成されている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a noise generator and an arbitrary waveform generator using the same according to the present invention. As shown in the figure, the arbitrary waveform generation device includes a waveform storage device 10, a DAC 20, an adder 30, a main attenuator 40, a low-pass filter (low-pass filter) 50, a noise generator 60, a DAC 70, and a sub-attenuator 80. ing.

【0014】波形記憶装置10は、例えば半導体記憶装
置により構成され、任意の波形を生成するための波形デ
ータが格納され、波形生成時記憶データを読み出してD
AC20に入力される。ノイズ発生装置60は正規乱数
列からなるディジタルノイズを発生する。
The waveform storage device 10 is composed of, for example, a semiconductor storage device, stores waveform data for generating an arbitrary waveform, reads out the storage data at the time of waveform generation,
Input to AC20. The noise generator 60 generates digital noise composed of a normal random number sequence.

【0015】波形記憶装置10およびノイズ発生装置6
0からの波形データおよびノイズデータはそれぞれDA
C20,DAC70によりアナログ信号に変換され、波
形信号およびノイズ信号が出力される。DAC70によ
り出力されたノイズ信号は副減衰器80により減衰さ
れ、DAC20からの任意の波形信号とともに加算器3
0に入力される。
Waveform storage device 10 and noise generator 6
The waveform data and noise data from 0
The signal is converted into an analog signal by the C20 and the DAC 70, and a waveform signal and a noise signal are output. The noise signal output by the DAC 70 is attenuated by the sub-attenuator 80 and is added together with an arbitrary waveform signal from the DAC 20 to the adder 3.
Input to 0.

【0016】加算器30は入力した波形信号に副減衰器
80からのノイズを加えて、ノイズを含んだ任意の波形
信号を生成する。生成した任意の波形信号が主減衰器4
0により減衰され、さらに低域通過フィルタ50によ
り、高調波のノイズが減衰され、試験対象のICに供給
される。副減衰器80の減衰量を調整することにより、
波形信号に加えるノイズのレベルが制御される。さらに
主減衰器40の減衰量を調整することにより、任意波形
生成装置により供給されるノイズを含んだ波形信号の振
幅が制御される。これらの減衰器により、生成した波形
信号のレベルおよび信号とノイズの相対的なレベル比を
示すS/N比が所望の値に設定することができる。
The adder 30 adds noise from the sub-attenuator 80 to the input waveform signal to generate an arbitrary waveform signal containing noise. The generated arbitrary waveform signal is the main attenuator 4
Attenuated by 0 and further attenuated by harmonics by the low-pass filter 50 and supplied to the IC under test. By adjusting the attenuation of the sub attenuator 80,
The level of noise added to the waveform signal is controlled. Further, by adjusting the amount of attenuation of the main attenuator 40, the amplitude of the noise-containing waveform signal supplied by the arbitrary waveform generator is controlled. With these attenuators, the level of the generated waveform signal and the S / N ratio indicating the relative level ratio between signal and noise can be set to desired values.

【0017】図1に示すように構成された任意波形生成
装置により、ノイズのない波形信号のデータを波形記憶
装置10に一度だけ入力するだけで、出力信号に毎回異
なるノイズが重畳され、所望のS/N比をもつ任意の波
形信号を発生することができる。
With the arbitrary waveform generating device configured as shown in FIG. 1, the data of the noise-free waveform signal is input only once to the waveform storage device 10, and the different noise is superimposed on the output signal each time, and a desired noise is superimposed. An arbitrary waveform signal having an S / N ratio can be generated.

【0018】ノイズ発生装置60は、ハードウェアによ
り高速に正規分布の乱数を発生する機能を付与されてい
る。一般的に、測定の目的により種々の分布特性を有す
るノイズが要求されるが、多くの場合に正規乱数(ホワ
イト・ガウシアン・ノイズともいう)が発生できれば十
分である。
The noise generator 60 is provided with a function of generating normally distributed random numbers at high speed by hardware. Generally, noise having various distribution characteristics is required depending on the purpose of measurement. In many cases, it is sufficient to generate a normal random number (also referred to as white Gaussian noise).

【0019】本実施形態において、正規乱数を発生する
方法として、例えば12個の独立した一様な乱数を加算
する方法を用いる。この手法は、xi (i=0,1,
…,11)を区間〔0,1〕上の一様乱数とすると、こ
れらの乱数の和(x0 +x2 +…+x11)が平均値6、
分散が1の正規分布によく近似することを利用する。こ
のため、12個の一様乱数を高速に発生させる必要があ
る。ここで、図1に示す任意波形生成装置においては、
その出力を8ビットとすると、ノイズ発生装置60によ
り生成した正規乱数も8ビットのビット幅が必要であ
る。12個の加算で3ビット強増えるので、元になる一
様乱数として5ビット弱が必要である。なお、実際にノ
イズのレベルが大抵波形信号より小さいことを考慮する
と、4ビットでも十分であり、本実施形態では一様乱数
に対する量子化誤差を無視できるよう余裕を見て6ビッ
トの一様乱数を発生する。
In the present embodiment, as a method of generating normal random numbers, for example, a method of adding 12 independent uniform random numbers is used. This method uses x i (i = 0,1,
..., 11) when a uniform random number in the interval [0,1], the sum of these random numbers (x 0 + x 2 + ... + x 11) is the average value 6,
The fact that the variance closely approximates a normal distribution of 1 is used. Therefore, it is necessary to generate 12 uniform random numbers at high speed. Here, in the arbitrary waveform generator shown in FIG.
Assuming that the output is 8 bits, the normal random number generated by the noise generator 60 also needs a bit width of 8 bits. Since the addition of twelve adds slightly more than three bits, the original uniform random number needs less than five bits. In consideration of the fact that the noise level is usually smaller than the waveform signal, 4 bits is sufficient. In the present embodiment, the 6-bit uniform random number is set with a margin so that the quantization error with respect to the uniform random number can be ignored. Occurs.

【0020】ビット幅6の一様乱数を12個加算して正
規乱数を発生する場合、一つの正規分布乱数を発生する
ために合計72ビットの一様乱数が必要である。本実施
形態では、一つの実施例として72ビット長のM系列を
用いる。任意波形生成装置で要求される速度から考え
て、1クロックで1個の正規乱数が要求される。そこ
で、M系列を1ビットシフトする度に72ビットのデー
タを12個に分けて加算することになる。この方法で得
られた乱数列は、M系列の1周期ではほぼ完全な正規乱
数列となる。また得られた乱数の周期も極めて長い。7
2ビットのM系列では、(272−1)という長大な周期
を持っている。しかし、1クロックでM系列のデータが
1ビットしかシフトさせないことから、こうして生成し
た乱数列においては連続する正規乱数間の相関は大きく
なってしまう欠点がある。
When generating a normal random number by adding 12 uniform random numbers having a bit width of 6, a total of 72 bits of uniform random numbers are required to generate one normally distributed random number. In the present embodiment, an M sequence having a length of 72 bits is used as one example. Considering the speed required by the arbitrary waveform generator, one normal random number is required for one clock. Therefore, every time the M sequence is shifted by one bit, the 72-bit data is divided into 12 pieces and added. The random number sequence obtained by this method becomes an almost complete normal random number sequence in one cycle of the M sequence. Also, the cycle of the obtained random numbers is extremely long. 7
The 2-bit M sequence has a long period of (2 72 -1). However, since the M-sequence data shifts only one bit per clock, there is a disadvantage that the correlation between successive normal random numbers in the generated random number sequence becomes large.

【0021】この問題に対処するため、ずっと大きな周
期を持つM系列の一部のみを用いる方法がある。しか
し、これによりハードウェアによる実現させるために、
回路規模が大きくなる欠点がある。そこで、シフト幅を
短くするため、必要な72ビットのデータを一つのM系
列ではなく、複数に分解されるM系列により生成する。
周期を長くするため、分割したM系列の周期が互いに素
であることが望ましい。例えば、72ビットのM系列に
対して、13,17,19,23ビットの組み合わせ
と、35,37ビットの組み合わせが有効である。何れ
の場合でも合計が72ビットとなる。
To cope with this problem, there is a method using only a part of the M sequence having a much larger period. However, in order to realize this by hardware,
There is a disadvantage that the circuit scale becomes large. Therefore, in order to shorten the shift width, necessary 72-bit data is generated not by one M-sequence but by an M-sequence which is decomposed into a plurality.
In order to lengthen the period, it is desirable that the periods of the divided M sequences are relatively prime. For example, a combination of 13, 17, 19, and 23 bits and a combination of 35 and 37 bits are effective for a 72-bit M sequence. In each case, the total is 72 bits.

【0022】M系列の連続する出力の相関を小さくする
ため、M系列を生成する原始多項式の項の数を適度に多
くすることである。項数が増えるとエクスクルーシブO
Rゲートの数が増えるが、ハードウェア全体から見れば
わずかである。また高次項を含む原始多項式用いること
も有効であり、かつハードウェアの量を増加させない。
さらに、1クロックで複数ビット分シフトすることも有
効である。例えば、1度に2ビット分をシフトすること
では、必要なエクスクルーシブORゲートの数が2倍に
なるが、M系列の周期は必ず奇数なので、この手法は周
期を減少させない。これらの制限を満たし、13ビッ
ト、17ビット、19ビットおよび32ビットのM系列
を生成する原始多項式の一例として次式のものが挙げら
れる。
In order to reduce the correlation between successive outputs of the M-sequence, the number of terms of the primitive polynomial for generating the M-sequence is to be increased appropriately. Exclusive O when the number of terms increases
The number of R-gates increases, but only slightly when viewed from the overall hardware. It is also effective to use primitive polynomials including higher-order terms, and the amount of hardware is not increased.
It is also effective to shift a plurality of bits by one clock. For example, shifting two bits at a time doubles the number of exclusive OR gates required, but since the period of the M-sequence is always odd, this method does not reduce the period. The following is an example of a primitive polynomial that satisfies these restrictions and generates M sequences of 13 bits, 17 bits, 19 bits, and 32 bits.

【0023】[0023]

【数1】 (Equation 1)

【0024】さらに、式(1)に基づき、13ビットの
M系列を生成するM系列発生器100を図2に示してい
る。図2において、SR1〜SR13はシフトレジスタ
を示し、EGT1〜EGT6はエクスクルーシブORゲ
ートを示す。
FIG. 2 shows an M-sequence generator 100 for generating a 13-bit M-sequence based on equation (1). In FIG. 2, SR1 to SR13 indicate shift registers, and EGT1 to EGT6 indicate exclusive OR gates.

【0025】上述のように生成した72ビットのM系列
のデータを12個の6ビット2進数に変換するには、適
度のビットの並べ替えが必要である。2進法の重み付け
により、25 から20 までが各12回ずつ表れる。同一
の重み付けの中での並べ替えは出力に差がでないので、
12回ずつ繰り返される6種類の数値をもっともランダ
ムに並べる方法がよい。本実施形態では、フーリエ変換
した場合の周波数スペクトラムができるだけ均等になる
という評価関数を用いる。この評価関数は、孤立した
“1”が1ビットずつシフトされていくとき、出力にで
きるだけランダムな値を生成することを要求するもので
ある。均等性の尺度を周波数スペクトラムの分散を最小
にするものと規定すると、数学的に最適な解が存在す
る。このように並べ替えを行うことにより、正規分布に
従うランダムな乱数列が生成できる。
To convert the 72-bit M-sequence data generated as described above into 12 6-bit binary numbers, it is necessary to rearrange the bits appropriately. The weighting of the binary, from 2 5 to 2 0 appears by each 12 times. Reordering with the same weight does not make a difference in the output,
A method of arranging six types of numerical values, which are repeated 12 times, most randomly is preferable. In the present embodiment, an evaluation function is used that makes the frequency spectrum obtained by Fourier transform as uniform as possible. This evaluation function requests that the output generate a value as random as possible when the isolated "1" is shifted one bit at a time. Given that the measure of uniformity is to minimize the variance of the frequency spectrum, there is a mathematically optimal solution. By performing the rearrangement in this manner, a random number sequence that follows a normal distribution can be generated.

【0026】なお、回路により並べ替えを実現する方法
は、シフトレジスタと加算器の間の接続関係を設定する
ことであり、並べ替えをどのように選んでも、ハードウ
ェア上必要な素子数は変化しない。
The method of realizing the rearrangement by the circuit is to set the connection relation between the shift register and the adder, and the number of elements required on the hardware changes regardless of the rearrangement method. do not do.

【0027】このような工夫を加えても、連続する出力
間の相関はある程度存在する。これはM系列では“1”
がシフトアウトされる場合のみ、シフトレジスタ中の
“1”の総数が変化するからである。そのため、最終出
力でも変化できる数値の範囲が限られてしまう。例え
ば、23ビットのM系列の最下位ビット(LSB)にの
み“1”があり、残りはすべて“0”である場合、1ク
ロックで2ビットずつシフトするとしても、12クロッ
ク目まではその乱数列の中で“1”は一つしかない。
Even if such measures are taken, there is some correlation between successive outputs. This is "1" for M series
This is because the total number of “1” s in the shift register changes only when is shifted out. Therefore, the range of numerical values that can be changed even in the final output is limited. For example, if only the least significant bit (LSB) of the 23-bit M-sequence has “1” and the rest are all “0”, even if the two bits are shifted by one clock, the random number is not changed until the twelfth clock. There is only one "1" in the column.

【0028】本実施形態では、シフトレジスタ中の
“1”の総数をランダムにするため、M系列を構成する
シフトレジスタとは別の系列を設け、両者のエクスクル
ーシブORを取る方法が採用する。以下、このような乱
数列を“EX系列”という。EX系列は幾つかの候補が
ある。例えば、別のM系列を用いる方法や、±1カウン
タを用いる方法がある。ここでは、EX系列のクロック
毎の0/1の変化数が1周期の合計で最大となるように
選定する。例えば、以下の条件を満たす乱数列を選択し
て、EX系列とする。 1.そのビット幅のすべての組み合わせを1周期の間に
1回ずつとること、 2.クロック毎の0/1の変化数(ハミング距離)の1
周期分の合計(いわゆるハミングサム)が最大になるこ
と。 EX系列のビット幅は、その周期がシフトレジスタのシ
フトアウト長となり、本実施形態の場合では6となる。
In this embodiment, in order to randomize the total number of "1" s in the shift register, a method is adopted in which a sequence different from the shift register constituting the M sequence is provided and an exclusive OR of both is employed. Hereinafter, such a random number sequence is referred to as an “EX sequence”. The EX sequence has several candidates. For example, there are a method using another M sequence and a method using a ± 1 counter. Here, the selection is made so that the number of changes of 0/1 for each clock of the EX sequence becomes the maximum in the total of one cycle. For example, a random number sequence that satisfies the following condition is selected to be an EX sequence. 1. 1. taking all combinations of the bit width once during one cycle; 1 for the number of 0/1 changes (Hamming distance) for each clock
The sum of the cycles (so-called humming sum) is maximized. The bit width of the EX sequence has a cycle corresponding to the shift-out length of the shift register, and is 6 in the present embodiment.

【0029】図3はEX系列の発生回路の一構成例を示
している。図示のように、本例のEX系列発生器120
は、6ビットのマスタレジスタMLと5ビットのスレー
ブレジスタSLにより構成されている。マスタレジスタ
MLはクロック信号CLKに応じてシフト動作を行い、
例えば、クロック信号CLKの立ち上がりエッジで入力
端子D0〜D5に入力されているデータを取り込み、そ
れぞれ出力端子Q0〜Q5に出力する。一方、スレーブ
レジスタSLはクロック信号CLKの立ち下がりエッジ
で入力端子D1〜D5に入力されているデータを取り込
み、それぞれ出力端子Q1〜Q5に出力する。また、マ
スタレジスタMLおよびスレーブレジスタSLはともに
リセット信号RSTによりリセットされる。
FIG. 3 shows an example of the configuration of an EX series generating circuit. As shown, the EX sequence generator 120 of the present example is shown.
Is composed of a 6-bit master register ML and a 5-bit slave register SL. The master register ML performs a shift operation according to the clock signal CLK,
For example, the data input to the input terminals D0 to D5 is captured at the rising edge of the clock signal CLK and output to the output terminals Q0 to Q5, respectively. On the other hand, the slave register SL takes in the data input to the input terminals D1 to D5 at the falling edge of the clock signal CLK and outputs the data to the output terminals Q1 to Q5, respectively. Further, both master register ML and slave register SL are reset by reset signal RST.

【0030】EX系列発生器120により、マスタレジ
スタMLの出力側から6ビットのEX系列の乱数ES1
が得られる。そしてこの6ビットの乱数列を2回ずつ繰
り返して、12ビットのM系列の各ビットに対してエク
スクルーシブORを取ることにより、“1”の総数が適
当に散らばる乱数列MOUTが得られる。図4は上記エ
クスクルーシブOR演算を行う回路(以下、EX加算回
路という)の構成を示している。図示のように、EX加
算回路130は6個エクスクルーシブOR演算器130
_0,130_1,…,130_5からなる。これらの
エクスクルーシブOR演算器はそれぞれ12ビットの入
力データAと12ビットの入力データBの各ビットのエ
クスクルーシブORを取り、12ビットのデータを出力
する。EX加算回路130の各エクスクルーシブOR演
算器にそれぞれ並べ替え回路により発生された12ビッ
トずつ、計6個の乱数列MS0,MS1,…,MS5
と、EX系列発生器120により発生された6ビットの
EX系列ES1が2回繰り返した乱数列EX2が入力さ
れ、これらのエクスクルーシブOR演算器により、それ
ぞれ12ビットの乱数列MOS0〜MOS5、合計72
ビットの乱数列MOUTが得られる。
The EX sequence generator 120 outputs a 6-bit EX sequence random number ES1 from the output side of the master register ML.
Is obtained. The 6-bit random number sequence is repeated twice, and an exclusive OR is performed on each bit of the 12-bit M sequence, thereby obtaining a random number sequence MOUT in which the total number of “1” is appropriately scattered. FIG. 4 shows a configuration of a circuit for performing the exclusive OR operation (hereinafter, referred to as an EX adding circuit). As shown in the figure, the EX adding circuit 130 has six exclusive OR operation units 130.
_0, 130_1, ..., 130_5. These exclusive OR operators take an exclusive OR of each bit of 12-bit input data A and 12-bit input data B, and output 12-bit data. A total of six random number sequences MS 0, MS 1,..., MS 5 each having 12 bits generated by the rearranging circuit in each exclusive OR operation unit of the EX adding circuit 130.
And a random number sequence EX2 in which the 6-bit EX sequence ES1 generated by the EX sequence generator 120 is repeated twice, and the exclusive OR operation unit generates a 12-bit random number sequence MOS0 to MOS5, for a total of 72 bits.
A random number sequence MOUT of bits is obtained.

【0031】EX系列発生器120により発生されるE
X系列乱数の周期は64で、各M系列の周期と素であ
る。そして12ビットのM系列と6ビットのEX系列が
2回繰り返した12ビットの乱数列の各ビットのエクス
クルーシブORにより得られた乱数列MOUTの周期
は、およそ278となり、長大な周期を持つ乱数列とな
る。また、これにより、乱数列MOUTの一様性が保証
されるので、出力分布の正規性も保証されることにな
る。
E generated by EX sequence generator 120
The cycle of the X-sequence random number is 64, which is prime to the cycle of each M-sequence. The cycle of the random number sequence MOUT obtained by the exclusive OR of each bit of the 12-bit random number sequence in which the 12-bit M sequence and the 6-bit EX sequence are repeated twice is approximately 278 , which is a random number having a long period. Become a column. In addition, since the uniformity of the random number sequence MOUT is thereby guaranteed, the normality of the output distribution is also guaranteed.

【0032】EX加算回路130により生成された72
ビットの乱数列MOUTは加算器により加算され、最終
的に10ビットの正規分布乱数列がNS1が得られる。
本実施形態では、キャリー保存加算器(キャリーセーブ
アダー、以下、CSAという)ツリーを用いて加算器を
構成する。CSAは基本的に3入力2出力の論理回路に
より構成されている。図5はCSAの等価回路およびそ
の真理値を示している。図6は、インバータ、ANDゲ
ートおよびORゲートにより構成されたCSAの一例を
示す回路図である。
The 72 generated by the EX adding circuit 130
The bit random number sequence MOUT is added by the adder, and finally a 10-bit normally distributed random number sequence NS1 is obtained.
In the present embodiment, an adder is configured using a carry save adder (carry save adder, hereinafter referred to as CSA) tree. The CSA is basically constituted by a three-input two-output logic circuit. FIG. 5 shows an equivalent circuit of the CSA and its truth value. FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of a CSA including an inverter, an AND gate, and an OR gate.

【0033】CSAを用いてCSAツリー140を構成
し、これを用いてEX加算回路130から出力された7
2ビットの乱数列MOUTに対して高速なディジタル加
算処理を行う。図7は、CSAツリー140の部分回路
ADDMSBの構成を示している。図示のように、この
部分回路ADDMSBは4ビットのデータci0_3,
ci0_2,ci0_1,ci0_0、3ビットのデー
タci1_2,ci1_1,ci1_0、2ビットのデ
ータci2_1,ci2_0および1ビットのデータc
i3、合計10ビットの入力データに対して、7つのC
SA、即ち、CSA00,CSA01,CSA10,S
CA11,CSA12,CSA20およびCSA21に
より構成されたCSAツリーを用いて加算処理を行い、
2ビットのキャリアデータc_0,c_1および3ビッ
トの和信号s_0,s_1,s_2を生成し、演算結果
として出力する。CSAツリー140は本実施形態の中
で最も論理段数を必要とする部分であるが、フィードバ
ックを含まないので、途中で適当にラッチを配置するこ
とにより、回路のスループット、即ち最高動作周波数を
維持することができる。
A CSA tree 140 is constructed using the CSA, and the CSA tree 140 output from the EX adding circuit 130 is constructed using the CSA tree 140.
High-speed digital addition processing is performed on the 2-bit random number sequence MOUT. FIG. 7 shows the configuration of the partial circuit ADDMSB of the CSA tree 140. As shown, the partial circuit ADDMSB includes 4-bit data ci0_3,
ci0_2, ci0_1, ci0_0, 3-bit data ci1_2, ci1_1, ci1_0, 2-bit data ci2_1, ci2_0, and 1-bit data c
i3, 7 Cs for a total of 10 bits of input data
SA, that is, CSA00, CSA01, CSA10, S
An addition process is performed using a CSA tree configured by CA11, CSA12, CSA20, and CSA21,
It generates 2-bit carrier data c_0, c_1 and 3-bit sum signals s_0, s_1, s_2 and outputs them as operation results. The CSA tree 140 is the portion requiring the most logic stages in the present embodiment, but does not include feedback. Therefore, by appropriately arranging latches on the way, the circuit throughput, that is, the maximum operating frequency is maintained. be able to.

【0034】なお、CSAツリーを用いる方法では、通
常最終段に全加算器(フルアダー)が必要となる。実際
の回路では、SCAツリーのゲート段数とフルアダーの
遅延は大体同じ程度になるので、両者の間にはラッチを
配置するのが合理的である。また、フルアダーの部分を
二つのDACとアナログ加算器で実現するディジタル・
アナログ・ハイブリッド形式も可能である。
In the method using the CSA tree, a full adder (full adder) is usually required at the last stage. In an actual circuit, the number of gate stages of the SCA tree and the delay of the full adder are almost the same, so it is reasonable to arrange a latch between the two. The digital adder that realizes the full adder part with two DACs and an analog adder
An analog hybrid format is also possible.

【0035】図8は本実施形態のノイズ発生装置60の
全体の構成を示す回路図である。図示のように、ノイズ
発生装置60において、M系列発生器100により、例
えば、72ビットのM系列が発生され、並べ替え回路1
10により組み合わせられ、12ビットを有する6個の
乱数列MS0〜MS5が生成される。そして、EX系列
発生器120により6ビットのEX系列ES1が発生さ
れ、これが2回繰り返すことで12ビットの乱数列ES
2が生成される。EX加算回路130により、12ビッ
トの乱数列ES2と乱数列MS0〜MS5のそれぞれの
ビットのエクスクルーシブORが求められ、計72ビッ
トの乱数列MOUTが得られる。この乱数列MOUTに
は、“1”の総数が適当に散らばることになっており、
一様性および正規性が保証される。
FIG. 8 is a circuit diagram showing the overall configuration of the noise generator 60 according to this embodiment. As shown in the figure, in the noise generator 60, for example, an M sequence of 72 bits is generated by the M sequence generator 100, and the rearrangement circuit 1
10 to generate six random number sequences MS0 to MS5 each having 12 bits. Then, the EX sequence generator 120 generates a 6-bit EX sequence ES1, and this is repeated twice to obtain a 12-bit random number sequence ES1.
2 is generated. The EX adder 130 obtains the exclusive OR of each bit of the 12-bit random number sequence ES2 and the random number sequences MS0 to MS5, and obtains a total of 72-bit random number sequence MOUT. In this random number sequence MOUT, the total number of “1” is scattered appropriately.
Uniformity and normality are guaranteed.

【0036】EX加算回路130からの乱数列MOUT
に対して、CSAから構成された加算回路CSAツリー
140により加算処理が行われ、さらにフルアダー15
0により最終的に、例えば10ビットの乱数列NS1が
得られる。この乱数列NS1が正規分布乱数列となり、
これをDAC70によりアナログ信号に変換され、ノイ
ズ信号として、波形信号に加えることによりノイズを含
んだ任意の波形信号で各種の実験を行うことができる。
The random number sequence MOUT from the EX adding circuit 130
Is subjected to addition processing by an addition circuit CSA tree 140 composed of CSA,
With 0, a 10-bit random number sequence NS1 is finally obtained, for example. This random number sequence NS1 becomes a normally distributed random number sequence,
This is converted into an analog signal by the DAC 70 and added to the waveform signal as a noise signal, so that various experiments can be performed with an arbitrary waveform signal containing noise.

【0037】本実施形態はハードウェアで高速に正規分
布のノイズ信号を発生できるが、本実施形態のノイズ発
生装置を複数用いてさらに高速化することも容易であ
る。例えば、4個のノイズ発生装置を用いて4倍に高速
化する場合に、それぞれM系列にほぼ1/4周期ずれた
初期値を設定し、各出力をマルチプレックスすれば良
い。ここで、EX系列は共通化しても、しなくても良
い。また生成した乱数列の周期は1/4に短縮化されて
しまうが、元になるM系列の周期が極めて長いので、実
質上何の問題も生じない。
In this embodiment, a noise signal having a normal distribution can be generated at high speed by hardware, but it is easy to further increase the speed by using a plurality of noise generators of this embodiment. For example, when speeding up four times using four noise generators, it is only necessary to set an initial value that is shifted by approximately 1/4 cycle to each M sequence and multiplex each output. Here, the EX sequence may or may not be shared. Further, the cycle of the generated random number sequence is reduced to 1/4, but since the cycle of the original M sequence is extremely long, practically no problem occurs.

【0038】さらに、CSAツリー140の初段のCS
Aの出力部にマルチプレックス用のラッチを設けること
により、ハードウェア量の増加が少なくて高速化を実現
できる。M系列発生器100ではCSAツリー140や
フルアダー150に較べて2倍から4倍高速に動作する
ので、速度的に本方式が合理的である。さらに初段のC
SAの後ろはビット数も48ビットに減少しているの
で、ハードウェア量の観点からも合理的である。
Further, the first CS of the CSA tree 140
By providing a multiplex latch at the output section of A, it is possible to realize a high-speed operation with a small increase in the amount of hardware. Since the M-sequence generator 100 operates two to four times faster than the CSA tree 140 or the full adder 150, this method is rational in terms of speed. The first stage C
Since the number of bits after the SA is also reduced to 48 bits, it is reasonable from the viewpoint of the amount of hardware.

【0039】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、波形記憶装置10に記憶している波形データに基づ
き、DAC20により任意の波形信号を生成し、さらに
ノイズ発生装置60により生成した正規分布乱数列をD
AC70によりアナログ信号信号変換し、副減衰器80
により、所望のレベルを有するノイズ信号を生成し、加
算器30により波形信号に加え、主減衰器40によりレ
ベルを調整し、さらに低域通過フィルタ50により高周
波成分を減衰させるので、所望のS/N比を有する任意
の波形信号を高速に生成できる。これにより、ノイズを
含んだ任意の波形信号での測定を実時間で行うことがで
きる。
As described above, according to the present embodiment, an arbitrary waveform signal is generated by the DAC 20 based on the waveform data stored in the waveform storage device 10, and a normal distribution signal generated by the noise generator 60 is generated. D is a random number sequence
The analog signal is converted by the AC 70 and the sub-attenuator 80
, A noise signal having a desired level is generated, added to the waveform signal by the adder 30, the level is adjusted by the main attenuator 40, and the high-frequency component is attenuated by the low-pass filter 50. An arbitrary waveform signal having an N ratio can be generated at high speed. Thus, measurement with an arbitrary waveform signal containing noise can be performed in real time.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のノイズ発
生装置およびそれを用いた任意波形生成装置によれば、
ハードウェアの増大を抑えながら、高速に良質な正規分
布ノイズを発生できる。これにより、ノイズを含んだ信
号を用いて実時間で測定することができる利点がある。
また、本発明ではノイズをディジタル的に発生するの
で、アナログ的なノイズ源と異なり、ノイズパターンの
再現が可能であり、またノイズを生成する乱数列の特性
が理論的に保証されている利点がある。さらに、本発明
のノイズ発生装置により比較的に小規模な回路で良質の
正規乱数を高速に発生できるので、付加プロセッサとし
てハードウェア的に組み込むことが容易である。
As described above, according to the noise generator and the arbitrary waveform generator using the same according to the present invention,
High-quality normal distribution noise can be generated at high speed while suppressing an increase in hardware. Thus, there is an advantage that measurement can be performed in real time using a signal containing noise.
In addition, since noise is generated digitally in the present invention, unlike an analog noise source, it is possible to reproduce a noise pattern, and the characteristics of the random number sequence for generating noise are theoretically guaranteed. is there. Further, since the high-quality normal random numbers can be generated at a high speed by a relatively small-scale circuit by the noise generator of the present invention, it is easy to incorporate it as hardware into an additional processor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るノイズ発生装置およびそれを用い
た任意波形生成装置の回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a noise generator according to the present invention and an arbitrary waveform generator using the same.

【図2】M系列発生器の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of an M-sequence generator.

【図3】EX系列発生器の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of an EX sequence generator.

【図4】EX加算回路の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of an EX adding circuit.

【図5】CSAの等価回路およびその真理値を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing an equivalent circuit of CSA and its truth value.

【図6】CSAの一構成例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a CSA.

【図7】CSAツリーの部分回路の回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram of a partial circuit of the CSA tree.

【図8】ノイズ発生装置の構成を示す回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a noise generation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…波形記憶装置、20,70…DAC、30…加算
器、40…主減衰器、50…低域通過フィルタ、60…
ノイズ発生装置、80…副減衰器、100…M系列発生
器、110…並べ替え回路、120…EX系列発生器、
130…EX加算回路、140…CSAツリー、150
…フルアダー、VCC…電源電圧、GND…接地電位。
10: waveform storage device, 20, 70: DAC, 30: adder, 40: main attenuator, 50: low-pass filter, 60:
Noise generator, 80: sub-attenuator, 100: M-sequence generator, 110: rearrangement circuit, 120: EX-sequence generator,
130 ... EX adder circuit, 140 ... CSA tree, 150
... Full adder, V CC ... Power supply voltage, GND ... Ground potential.

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成9年4月24日[Submission date] April 24, 1997

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0023[Correction target item name] 0023

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0023】[0023]

【数1】 ─────────────────────────────────────────────────────
(Equation 1) ────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成9年6月10日[Submission date] June 10, 1997

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0002[Correction target item name] 0002

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0002】[0002]

【従来の技術】信号データ記憶装置にディジタル的に蓄
積されたデータからディジタル/アナログ変換回路(D
AC)を用いてアナログ信号を発生する任意波形生成装
、各種の測定の基準信号源として広く用いられてい
る。このような装置は例えば、ハードディスク装置の信
号処理ICの評価で、1セクタ分のデータを模擬的に入
力するような評価に最適である。また通信用信号処理I
Cの試験にも、同様に用いることができる。
2. Description of the Related Art A digital / analog conversion circuit (D / A) is used to convert data digitally stored in a signal data storage device.
Arbitrary waveform generator that generates an analog signal with a AC) is widely used as the reference signal source for various measurements. Such a device is most suitable for evaluating a signal processing IC of a hard disk device, for example, for simulating input of data for one sector. Communication signal processing I
The same can be used for the test of C.

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0003[Correction target item name] 0003

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0003】これらの試験では、理想的な信号のみでは
なく、ある程度のノイズを含んだ信号を入力する必要が
しばしばある。この場合、被試験対象の固定的な動作を
避けるため、ノイズ波形は毎回異なることが望ましい。
このため、従来では任意波形生成装置の信号データ記憶
装置に、ノイズ波形の異なるデータを毎回転送する必要
がある。
[0003] In these tests, it is often necessary to input not only an ideal signal but also a signal containing some noise. In this case, it is desirable that the noise waveform be different each time in order to avoid a fixed operation of the test object.
Therefore, conventionally, it is necessary to transfer data having different noise waveforms to the signal data storage device of the arbitrary waveform generator every time.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0008[Correction target item name] 0008

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0008】また、本発明では、好適には上記一様乱数
生成手段は、所定の周期を有するM系列乱数を発生する
M系列発生手段により構成され、上記M系列発生手段に
より生成したM系列の乱数を並べ替えて、所定のビット
幅を有する一様乱数列を生成する並べ替え手段を有し、
上記一様乱数列とは別の一様乱数列を発生する第2の乱
数発生手段を有する。また、上記並べ替え手段により生
成した乱数と上記第2の乱数発生手段により生成した乱
数の各ビットのエクスクルーシブORを求め、新たな乱
数列を生成する論理回路を有する。なお、第2の乱数発
生手段は、必ずしも良質な乱数を発生する必要はなく、
例えばカウ ンタでも良い。
In the present invention, preferably, the uniform random number generating means is constituted by an M-sequence generating means for generating an M-sequence random number having a predetermined cycle, and the M-sequence generated by the M-sequence generating means is preferably used. Sorting means for rearranging random numbers to generate a uniform random number sequence having a predetermined bit width,
There is provided second random number generating means for generating a uniform random number sequence different from the uniform random number sequence. Further, there is provided a logic circuit for obtaining an exclusive OR of each bit of the random number generated by the rearrangement unit and the random number generated by the second random number generation unit, and generating a new random number sequence. Note that the second random number generator
The raw means does not necessarily need to generate good random numbers,
For example, it may be a counter.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0019[Correction target item name] 0019

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0019】本実施形態において、正規乱数を発生する
方法として、例えば12個の独立した一様な乱数を加算
する方法を用いる。この手法は、xi (i=0,1,
…,11)を区間〔0,1〕上の一様乱数とすると、こ
れらの乱数の和(x0 +x 1 +…+x11)が平均値6、
分散が1の正規分布によく近似することを利用する。こ
のため、12個の一様乱数を高速に発生させる必要があ
る。ここで、図1に示す任意波形生成装置においては、
その出力を8ビットとすると、ノイズ発生装置60によ
り生成した正規乱数も8ビットのビット幅が必要であ
る。12個の加算で3ビット強増えるので、元になる一
様乱数として5ビット弱が必要である。なお、実際にノ
イズのレベルが大抵波形信号より小さいことを考慮する
と、4ビットでも十分であり、本実施形態では一様乱数
に対する量子化誤差を無視できるよう余裕を見て6ビッ
トの一様乱数を発生する。
In the present embodiment, as a method of generating normal random numbers, for example, a method of adding 12 independent uniform random numbers is used. This method uses x i (i = 0,1,
..., 11) when a uniform random number in the interval [0,1], the sum of these random numbers (x 0 + x 1 + ... + x 11) is the average value 6,
The fact that the variance closely approximates a normal distribution of 1 is used. Therefore, it is necessary to generate 12 uniform random numbers at high speed. Here, in the arbitrary waveform generator shown in FIG.
Assuming that the output is 8 bits, the normal random number generated by the noise generator 60 also needs a bit width of 8 bits. Since the addition of twelve adds slightly more than three bits, the original uniform random number needs less than five bits. In consideration of the fact that the noise level is usually smaller than the waveform signal, 4 bits is sufficient. In the present embodiment, the 6-bit uniform random number is set with a margin so that the quantization error with respect to the uniform random number can be ignored. Occurs.

【手続補正5】[Procedure amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0022[Correction target item name] 0022

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0022】M系列の連続する出力の相関を小さくする
ため、M系列を生成する原始多項式の項の数を適度に多
くすることが有効である。項数が増えるとエクスクルー
シブORゲートの数が増えるが、ハードウェア全体か
ら見ればわずかである。また高次項を含む原始多項式
用いることも有効であり、これはハードウェアの量を増
加させない。さらに、1クロックで複数ビット分シフ
トすることも有効である。例えば、1度に2ビット分を
シフトすることでは、必要なエクスクルーシブORゲー
トの数が2倍になるが、M系列の周期は必ず奇数なの
で、この手法は周期を減少させない。これらの制限を満
たし、13ビット、17ビット、19ビットおよび32
ビットのM系列を生成する原始多項式の一例として次の
ものが挙げられる。
In order to reduce the correlation between successive outputs of the M-sequence, it is effective to increase the number of terms of the primitive polynomial for generating the M-sequence appropriately. As the number of terms increases, the number of exclusive OR gates increases, but this is small in terms of the total hardware amount . Further it is also effective to use <br/> a primitive polynomial including higher-order terms, which does not increase the amount of hardware. It is also effective to shift a plurality of bits by one clock. For example, shifting two bits at a time doubles the number of exclusive OR gates required, but since the period of the M-sequence is always odd, this method does not reduce the period. Satisfies these restrictions and provides 13 bits, 17 bits, 19 bits and 32 bits
The following is an example of a primitive polynomial for generating an M-sequence of bits.

【手続補正6】[Procedure amendment 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0028[Correction target item name] 0028

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0028】本実施形態では、シフトレジスタ中の
“1”の総数をランダムにするため、M系列を構成する
シフトレジスタとは別の系列を設け、両者のエクスクル
ーシブORを取る方法採用する。以下、このような乱
数列を“EX系列”という。EX系列は幾つかの候補が
ある。例えば、別のM系列を用いる方法や、±1カウン
タを用いる方法がある。ここでは、EX系列のクロック
毎の0/1の変化数が1周期の合計で最大となるように
選定する。例えば、以下の条件を満たす乱数列を選択し
て、EX系列とする。 1.そのビット幅のすべての組み合わせを1周期の間に
1回ずつとること、 2.クロック毎の0/1の変化数(ハミング距離)の1
周期分の合計(いわゆるハミングサム)が最大になるこ
と。 EX系列のビット幅は、その周期がM系列を生成する
フトレジスタのシフトアウト長より長くするべきであ
、本実施形態の場合では6とした
In this embodiment, in order to randomize the total number of "1" s in the shift register, a method is adopted in which a sequence different from the shift register forming the M sequence is provided and an exclusive OR of both is employed. Hereinafter, such a random number sequence is referred to as an “EX sequence”. The EX sequence has several candidates. For example, there are a method using another M sequence and a method using a ± 1 counter. Here, the selection is made so that the number of changes of 0/1 for each clock of the EX sequence becomes the maximum in the total of one cycle. For example, a random number sequence that satisfies the following condition is selected to be an EX sequence. 1. 1. taking all combinations of the bit width once during one cycle; 1 for the number of 0/1 changes (Hamming distance) for each clock
The sum of the cycles (so-called humming sum) is maximized. The bit width of the EX sequence should be longer than the shift-out length of the shift register that generates the M sequence.
Ri, it was 6 in the case of the present embodiment.

【手続補正7】[Procedure amendment 7]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0029[Correction target item name] 0029

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0029】図3はEX系列の発生回路の一構成例を示
している。図示のように、本例のEX系列発生器120
は、6ビットのマスタレジスタMLと5ビットのスレー
ブレジスタSLにより構成されている。マスタレジスタ
MLはクロック信号CLKに応じて動作を行い、例え
ば、クロック信号CLKの立ち上がりエッジで入力端子
D0〜D5に入力されているデータを取り込み、それぞ
れ出力端子Q0〜Q5に出力する。一方、スレーブレジ
スタSLはクロック信号CLKの立ち下がりエッジで入
力端子D1〜D5に入力されているデータを取り込み、
それぞれ出力端子Q1〜Q5に出力する。また、マスタ
レジスタMLおよびスレーブレジスタSLはともにリセ
ット信号RSTによりリセットされる。
FIG. 3 shows an example of the configuration of an EX series generating circuit. As shown, the EX sequence generator 120 of the present example is shown.
Is composed of a 6-bit master register ML and a 5-bit slave register SL. The master register ML performs operation according to the clock signal CLK, and for example, takes in the data input to the input terminal D0~D5 on the rising edge of the clock signal CLK, and outputs the output terminals Q0 through Q5. On the other hand, the slave register SL captures data input to the input terminals D1 to D5 at the falling edge of the clock signal CLK,
Output to the output terminals Q1 to Q5, respectively. Further, both master register ML and slave register SL are reset by reset signal RST.

【手続補正8】[Procedure amendment 8]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0030[Correction target item name] 0030

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0030】EX系列発生器120により、マスタレジ
スタMLの出力側から6ビットのEX系列の乱数ES1
が得られる。そしてこの6ビットの乱数列を12回繰り
返して、72ビットのM系列の各ビットに対してエク
スクルーシブORを取ることにより、“1”の総数が適
当に散らばる乱数列MOUTが得られる。図4は上記エ
クスクルーシブOR演算を行う回路(以下、EX加算回
路という)の構成を示している。図示のように、EX加
算回路130は6個エクスクルーシブOR演算器130
_0,130_1,…,130_5からなる。これらの
エクスクルーシブOR演算器はそれぞれ12ビットの入
力データAと12ビットの入力データBの各ビットのエ
クスクルーシブORを取り、12ビットのデータを出力
する。EX加算回路130の各エクスクルーシブOR演
算器にそれぞれ並べ替え回路により発生された12ビッ
トずつ、計6個の乱数列MS0,MS1,…,MS5
と、EX系列発生器120により発生された6ビットの
EX系列ES1が2回繰り返した乱数列EX2が入力さ
れ、これらのエクスクルーシブOR演算器により、それ
ぞれ12ビットの乱数列MOS0〜MOS5、合計72
ビットの乱数列MOUTが得られる。
The EX sequence generator 120 outputs a 6-bit EX sequence random number ES1 from the output side of the master register ML.
Is obtained. The 6-bit random number sequence is repeated 12 times, and an exclusive OR is performed on each bit of the M-sequence having a width of 72 bits to obtain a random number sequence MOUT in which the total number of “1” is appropriately scattered. can get. FIG. 4 shows a configuration of a circuit for performing the exclusive OR operation (hereinafter, referred to as an EX adding circuit). As shown in the figure, the EX adding circuit 130 has six exclusive OR operation units 130.
_0, 130_1, ..., 130_5. These exclusive OR operators take an exclusive OR of each bit of 12-bit input data A and 12-bit input data B, and output 12-bit data. A total of six random number sequences MS 0, MS 1,..., MS 5 each having 12 bits generated by the rearranging circuit in each exclusive OR operation unit of the EX adding circuit 130.
And a random number sequence EX2 in which the 6-bit EX sequence ES1 generated by the EX sequence generator 120 is repeated twice, and the exclusive OR operation unit generates a 12-bit random number sequence MOS0 to MOS5, for a total of 72 bits.
A random number sequence MOUT of bits is obtained.

【手続補正9】[Procedure amendment 9]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0035[Correction target item name] 0035

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0035】図8は本実施形態のノイズ発生装置60の
全体の構成を示す回路図である。図示のように、ノイズ
発生装置60において、M系列発生器100により、例
えば、72ビットのM系列が発生され、並べ替え回路1
10により組み合わせられ、12ビットを有する6個の
乱数列MS0〜MS5が生成される。そして、EX系列
発生器120により6ビットのEX系列ES1が発生さ
れ、これ2回繰り返すことで12ビットの乱数列ES
2が生成される。EX加算回路130により、12ビッ
トの乱数列ES2と乱数列MS0〜MS5のそれぞれの
ビットのエクスクルーシブORが求められ、計72ビッ
トの乱数列MOUTが得られる。この乱数列MOUTに
は、“1”の総数が適当に散らばることになっており、
一様性および正規性が保証される。
FIG. 8 is a circuit diagram showing the overall configuration of the noise generator 60 according to this embodiment. As shown in the figure, in the noise generator 60, for example, an M sequence of 72 bits is generated by the M sequence generator 100, and the rearrangement circuit 1
10 to generate six random number sequences MS0 to MS5 each having 12 bits. Then, the generated EX sequence generator 120 by the 6-bit EX series ES1, 12-bit random number sequence ES by repeating this twice
2 is generated. The EX adder 130 obtains the exclusive OR of each bit of the 12-bit random number sequence ES2 and the random number sequences MS0 to MS5, and obtains a total of 72-bit random number sequence MOUT. In this random number sequence MOUT, the total number of “1” is scattered appropriately.
Uniformity and normality are guaranteed.

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】正規分布特性を有するノイズ信号を発生す
るノイズ発生装置であって、 一様分布乱数列を生成する一様乱数生成手段と、 上記一様乱数列から所定の数の乱数を選択し、選択した
乱数を加算し、正規分布乱数列を発生する加算手段と、 上記加算手段から出力された乱数列をアナログ信号に変
換し、上記正規分布特性を有するノイズ信号を生成する
ディジタル/アナログ変換手段とを有するノイズ発生装
置。
1. A noise generating device for generating a noise signal having a normal distribution characteristic, comprising: a uniform random number generating means for generating a uniformly distributed random number sequence; and selecting a predetermined number of random numbers from the uniform random number sequence. An adding means for adding the selected random numbers to generate a normally distributed random number sequence; and a digital / analog converting the random number sequence output from the adding means into an analog signal and generating a noise signal having the normal distribution characteristic. A noise generator having a conversion unit.
【請求項2】上記一様乱数生成手段は、所定の周期を有
するM系列乱数を発生するM系列発生手段により構成さ
れている請求項1記載のノイズ発生装置。
2. The noise generator according to claim 1, wherein said uniform random number generating means comprises M-sequence generating means for generating an M-sequence random number having a predetermined cycle.
【請求項3】上記M系列発生手段により生成したM系列
の乱数を並べ替えて、所定のビット幅を有する一様乱数
列を生成する並べ替え手段を有する請求項1記載のノイ
ズ発生装置。
3. The noise generator according to claim 1, further comprising a rearrangement unit that rearranges the random numbers of the M sequence generated by the M sequence generation unit to generate a uniform random number sequence having a predetermined bit width.
【請求項4】上記一様乱数列とは別の一様乱数列を発生
する第2の乱数発生手段を有する請求項1記載のノイズ
発生装置。
4. The noise generator according to claim 1, further comprising a second random number generating means for generating a uniform random number sequence different from said uniform random number sequence.
【請求項5】上記第2の乱数発生手段は、毎回発生した
乱数間のハミング距離を最大となるような一様乱数を発
生する請求項4記載のノイズ発生装置。
5. The noise generator according to claim 4, wherein said second random number generating means generates a uniform random number that maximizes a Hamming distance between random numbers generated each time.
【請求項6】上記第2の乱数発生手段は、上記並べ替え
手段により生成した乱数と同じビット幅の乱数を発生す
る請求項4記載のノイズ発生装置。
6. The noise generator according to claim 4, wherein said second random number generating means generates a random number having the same bit width as the random number generated by said rearranging means.
【請求項7】上記並べ替え手段により生成した乱数と上
記第2の乱数発生手段により生成した乱数の各ビットの
エクスクルーシブORを求め、新たな乱数列を生成する
論理回路を有する請求項4記載のノイズ発生装置。
7. The logic circuit according to claim 4, further comprising a logic circuit for obtaining an exclusive OR of each bit of the random number generated by said rearranging means and the random number generated by said second random number generating means, and generating a new random number sequence. Noise generator.
【請求項8】上記加算手段は、3ビットの入力データに
対して、当該入力データの論理“1”のビット数に応じ
て、キャリアを示す第1のビットと加算結果を示す第2
のビットを有する2ビットの出力データを生成するキャ
リーセーブアダー(CSA)により構成されている請求
項1記載のノイズ発生装置。
8. The method according to claim 1, wherein the adding means includes a first bit indicating a carrier and a second bit indicating a result of addition of the 3-bit input data according to the number of logical "1" bits of the input data.
2. The noise generator according to claim 1, comprising a carry save adder (CSA) for generating 2-bit output data having the following bits.
【請求項9】上記加算手段は、複数の上記CSAから得
られた複数ビットの出力データを用いて、加算処理を行
う全加算器を有する請求項8記載のノイズ発生装置。
9. The noise generator according to claim 8, wherein said adding means has a full adder for performing an adding process using a plurality of bits of output data obtained from the plurality of CSAs.
【請求項10】ノイズを含んだ任意の波形を生成する波
形生成装置であって、 波形の形状を示す波形データを格納する記憶手段と、 上記記憶手段から上記波形データを読み出し、波形信号
に変換する第1のディジタル/アナログ変換手段と、 所望の分布特性を有する乱数列を生成する乱数生成手段
と、 上記乱数列をアナログ信号に変換し、それをノイズ信号
として出力する第2のディジタル/アナログ変換手段
と、 上記波形信号に上記ノイズ信号を加える信号混合手段と
を有する波形生成装置。
10. A waveform generator for generating an arbitrary waveform including noise, a storage means for storing waveform data indicating a shape of a waveform, and reading the waveform data from the storage means and converting the waveform data into a waveform signal. First digital / analog converting means, random number generating means for generating a random number sequence having a desired distribution characteristic, and second digital / analog converting the random number sequence into an analog signal and outputting it as a noise signal A waveform generation device comprising: a conversion unit; and a signal mixing unit that adds the noise signal to the waveform signal.
【請求項11】上記混合手段の出力信号レベルを制御す
る第1のレベル制御手段を有する請求項10記載の波形
生成装置。
11. The waveform generator according to claim 10, further comprising first level control means for controlling an output signal level of said mixing means.
【請求項12】上記第1のレベル制御手段は信号減衰器
により構成されている請求項11記載波形生成装置。
12. A waveform generating apparatus according to claim 11, wherein said first level control means comprises a signal attenuator.
【請求項13】上記混合手段に入力されるノイズ信号の
レベルを制御する第2のレベル制御手段を有する請求項
10記載の波形生成装置。
13. A waveform generating apparatus according to claim 10, further comprising a second level control means for controlling a level of a noise signal inputted to said mixing means.
【請求項14】上記第2のレベル制御手段は信号減衰器
により構成されている請求項13記載の波形生成装置。
14. A waveform generating apparatus according to claim 13, wherein said second level control means comprises a signal attenuator.
【請求項15】上記混合手段の出力信号に含まれている
高周波成分を減衰させる低域通過フィルタを有する請求
項10記載の波形生成装置。
15. A waveform generating apparatus according to claim 10, further comprising a low-pass filter for attenuating a high-frequency component contained in an output signal of said mixing means.
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