CN102104370B - 伪随机噪声信号产生电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种伪随机噪声信号产生电路，由输入信号转换电路、窄脉冲产生电路、RC振荡器电路、移位寄存器电路、带通滤波器电路及噪声产生及合成电路组成。输入信号转换电路将输入的正弦波信号转换为脉冲波信号，窄脉冲产生电路将脉冲波信号的上升沿及下降沿产生窄脉冲信号；移位寄存器器电路接收RC振荡器电路产生固定频率的方波信号，产生伪随机噪声脉冲信号；由带通滤波器电路输出伪随机噪声脉冲；最终由噪声产生及合成电路完成噪声信号的生成及合成。它解决了已有的伪随机噪声信号产生电路存在的结构复杂、体积较大的缺陷，是一种由小规模的模拟电路和数字电路实现的伪随机噪声信号产生电路。

Description

伪随机噪声信号产生电路
技术领域：
本发明属于半导体集成电路技术领域，涉及一种产生伪随机噪声信号厚膜混合集成电路。
背景技术：
随机噪声在通信技术中作为有损通信质量的因素受到人们重视，信道中存在的随机噪声会使模拟信号产生失真，或使数字信号解调后出现误码，同时它还是限制信道容量的一个重要因素。因此，人们最早是企图设法消除或减少通信系统中随机噪声，但是，有时人们也希望获得随机噪声。例如，在实验室中对通信设备或系统进行测试时，有时要故意加一定的随机噪声，这时则需要产生它。
随着通信理论的发展，早在40年代末，香农(Shannon)就曾指出，在某些情况下，为了实现最有效的通信，应采用具有白噪声的统计特性的信号。另外，为了实现高可靠的保密通信也希望利用随机噪声。然而，利用随机噪声的最大困难是它难以重复产生和处理。直到60年代，伪随机噪声的出现才使这一困难得到解决。
伪随机噪声具有类似于随机噪声的一些统计特性，同时又便于重复产生和处理。由于它具有随机噪声的优点又避免了它的缺点，因而获得了日益广泛的应用。目前广泛应用的伪随机噪声都是通过数字电路产生的周期序列(经滤波等处理后)得到的，这种周期序列我们称为伪随机序列。目前的伪随机噪声信号产生电路都是用DSP或FPGA来实现的，但是结构复杂、体积比较大。通过检索，没有发现用本发明的方法来产生伪随机噪声信号的文献报道。
发明内容：
本发明的目的就是为了解决已有的伪随机噪声信号产生电路存在的结构复杂、体积较大的缺陷，提供一种由小规模的模拟电路和数字电路实现的伪随机噪声信号产生电路。
本发明采用的技术方案如下：
一种伪随机噪声信号产生电路，主要由：输入信号转换电路、窄脉冲产生电路、RC振荡器电路、移位寄存器电路、带通滤波器电路、噪声产生及合成电路组成。
其中输入信号转换电路是由放大器与比较器构成的双门限迟滞比较器电路，它的功能是把输入的正弦波信号转换为脉冲波信号输出，它的输出信号送给窄脉冲产生电路；
窄脉冲产生电路主要由D触发器和异或门电路组成，它把脉冲宽度较宽的脉冲波信号转换为窄脉冲信号，输入信号转换电路的输出信号作为它的输入，其输出信号又是噪声产生及合成电路的输入；
RC振荡器电路主要由非门电路组成，产生固定频率的方波信号，给后级电路做时钟使用，它的输出信号是作为移位寄存器电路的时钟输入；
移位寄存器电路由移位寄存器和异或门电路组成，产生伪随机噪声脉冲信号，振荡器产生的固定频率的脉冲信号作为移位寄存器的时钟输入，它的输出作为带通滤波器电路的输入；
带通滤波器电路主要由精密低功耗运算放大器电路组成，通过它输出需要的伪随机噪声脉冲信号，移位寄存器电路的输出是它的输入信号，其输出信号是噪声产生及合成电路的输入信号；
噪声产生及合成电路主要由采样保持器电路组成，噪声产生及合成电路主要完成噪声信号的生成，带通滤波器电路的输出信号和窄脉冲产生电路的输出信号作为其输入信号，经过噪声产生及合成电路得到伪随机噪声信号。
本发明的优点在于：可以用较少的模拟和数字电路来产生伪随机噪声，且结构简单，体积较小。
附图说明：
图1是本发明伪随机噪声产生电路的原理框图；
图2是本发明输入信号转换电路原理图；
图3是本发明窄脉冲产生电路原理图；
图4是本发明RC振荡器电路原理图；
图5是本发明移位寄存器电路原理图；
图6是本发明带通滤波器电路原理图；
图7是本发明噪声产生及合成电路原理图。
具体实施方式：
本发明的组成如图1所示，主要由：输入信号转换电路、窄脉冲产生电路、RC振荡器电路、移位寄存器电路、带通滤波器电路、噪声产生及合成电路组成。
参考图2可知信号输入转换电路主要由放大器与比较器电路构成迟滞比较器(双门限比较器)，把输入的正弦波信号，转换为脉冲波信号，并且比较器的阈值可通过阈值调节端进行调节。V+＝(R1×VO)/(R1+R9)，当VO＝VOH时V+1＝(R1×VOH)/(R1+R9)，当VO＝VOL时V+2＝(R1×VOL)/(R1+R9)，迟滞比较器(双门限比较器)的抗干扰能力比单门限比较器抗干扰能力强。
参考图3可知窄脉冲产生电路主要由双D触发器和异或门电路组成。该电路把脉冲宽度较宽的脉冲波信号转换为窄脉冲信号，窄脉冲信号的宽度T＝R×C。其中一个触发器用来把输入脉冲的上升沿转换为窄脉冲信号，另一个触发器用来把输入脉冲的下降沿转换为窄脉冲信号，两路信号通过异或门输出。
RC振荡器电路主要由非门电路组成，如图4所示，产生固定频率的方波信号，给后级电路做时钟使用，我们采用的是RC环形多谐振荡器，其中R1、C1用于延时，产生方波信号，R2是限流电阻，T≈2.1×R×C。
移位寄存器电路由移位寄存器和异或门电路组成，如图5所示。振荡器产生固定频率的脉冲信号，作为移位寄存器的时钟输入，移位寄存器与异或门电路共同作用产生伪随机噪声脉冲，产生伪随机脉冲主要是因为移位脉冲与异或电路输出的不确定性，之所以称为伪随机是因为输出脉冲是有周期性的。
带通滤波器电路主要由精密低功耗运算放大器电路组成，如图6所示。带通滤波器的fL＝1/(2×3.14×R1×C1)，fH＝1/(2×3.14×R2×C2)。
噪声产生及合成电路主要由采样保持器电路组成，如图7所示。采样保持器用来锁存某一时刻的模拟信号，在“采样”状态下，电路输出跟踪输入模拟信号，在“保持”状态下，保持前一次采样的瞬时值。噪声产生及合成电路主要完成噪声(脉冲幅度随机变化)生成。带通滤波器电路的输出端连接到“随机脉冲输入”端，窄脉冲产生电路的输出端连接到采样保持控制端，作为采样保持的触发信号，把带通滤波器电路的输出电压进行保持(带通滤波器电路的输出电压是随机的)，得到伪随机噪声(脉冲幅度是随机变化的)。C1为保持电容，与电路内部的电阻构成充放电回路，T＝RC。

Claims (1)

1.一种伪随机噪声信号产生电路，其特征在于包括：
输入信号转换电路，由放大器与比较器构成的双门限迟滞比较器电路组成，将输入的正弦波信号转换为脉冲波信号输出；
窄脉冲产生电路，主要由D触发器和异或门电路组成，接收输入信号转换电路输出的脉冲波信号，利用脉冲波信号的上升沿及下降沿产生窄脉冲信号；
RC振荡器电路，主要由非门电路组成，产生固定频率的方波信号，给移位寄存器电路做时钟使用；
移位寄存器电路，由移位寄存器和异或门电路组成，接收RC振荡器电路产生的固定频率的方波信号，产生伪随机噪声脉冲信号；
带通滤波器电路，接收移位寄存器电路输出的伪随机噪声脉冲信号，并输出需要频率范围的伪随机噪声脉冲信号；
噪声产生及合成电路，主要由采样保持器电路组成，接收带通滤波器电路输出的伪随机噪声脉冲信号和窄脉冲产生电路输出的窄脉冲信号，完成噪声信号的生成及合成，产生并输出幅度是随机变化的伪随机噪声信号。
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