DD276574A1 - METHOD AND CIRCUIT ARRANGEMENT FOR GENERATING BINARY PSEUDOSTOCHASTIC IMPULSE SUCCESS - Google Patents
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Abstract
Die erfindungsgemaesse Schaltungsanordnung dient bei entsprechender Einstellung zur Erzeugung von Spannungsimpulsen waehlbarer konstanter Amplitude, wobei Tastverhaeltnis und Impulsbreite pseudostochastisch in Bereichen schwanken, deren Grenzen einfach zu dimensionieren sind. Damit ist sie zur Nachbildung von Stoersignalen (random telegraph waves), zur Analyse nachrichten-, mess- und regelungstechnischer Systeme - speziell zur Ueberpruefung von Informationskanaelen - geeignet. Insbesondere eignet sie sich zur Simulation stochastisch gestoerter Binaersignale und von Jitter-Effekten. Die Aufgabe der Erfindung sind eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Erzeugung von zweiwertigen Impulsfolgen pseudostochastisch schwankender Impulsbreite und schwankendem Tastverhaeltnis, die speziell zur Simulation frequenzverrauschter Binaerfolgen geeignet sind. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass eine einfache Anordnung aus invertierendem Trigger, Kondensator und zwei Widerstaenden geeigneter Zusammenschaltung durch geeignetes Einkoppeln einer periodischen Steuerspannung gestoert wird. Im Gegensatz zu herkoemmlichen Verfahren haengt die Periodendauer der pseudostochastischen Schwankungen nicht vom Bauelementeaufwand ab. Die Erfindung ist aus Fig. 1 ersichtlich. Fig. 1The inventive circuit arrangement is used with an appropriate setting for the generation of voltage pulses of selectable constant amplitude, wherein Tastverhaeltnis and pulse width vary pseudo-stochastically in areas whose limits are easy to dimension. Thus, it is suitable for the simulation of interference signals (random telegraph waves), for the analysis of messaging, measurement and control systems - especially for the verification of information channels. In particular, it is suitable for the simulation of stochastically interfered binary signals and jitter effects. The object of the invention is a circuit arrangement and a method for generating bivalent pulse sequences pseudo-stochastically fluctuating pulse width and fluctuating Tastverhaeltnis that are particularly suitable for the simulation of frequency-distorted Binaerfolgen. According to the invention, the object is achieved in that a simple arrangement of inverting trigger, capacitor and two resistors of suitable interconnection is disturbed by suitable coupling in of a periodic control voltage. In contrast to conventional methods, the period of the pseudo-stochastic fluctuations does not depend on the complexity of the component. The invention can be seen in FIG. Fig. 1
Description
der Ausgangsspannung; sie läßt sich aus C, Ra, den Triggerausgangspegeln und seinen Schaltschwellen berechnen. Durch die Steuerspannung wird das Schwingen des Multivibrators gestört; wirkt diese Spannung mitläufig, d. h. beschleunigt sie während des dynamisch stabilen Zustandes die Umladung der Kapazität, so verkürzt sich dessen Dauer auf Tm!n, bei gegenläufiger Wirkung vergrößert sie sich auf Tm,„. Beide Kenngrößen lassen sich in einfachen Fällen berechnen, stets aber auch experimentell bestimmen, sie hängen zusätzlich zu den Kenngrößen des Multivibrators vom Koppelwiderstand Re und der Amplitude der Steuerspannung ab. Die Wahl der Frequenz fE der Steuerspannung hat nun entscheidenden Einfluß auf das Verhalton der Schaltung. Wenn die Frequenz der Steuerspannung in der Nähe der Eigenfrequenz des Multivibrators liegt, d.h. wennthe output voltage; it can be calculated from C, Ra, the trigger output levels and its switching thresholds. The control voltage disturbs the vibration of the multivibrator; If this voltage acts in a concomitant manner, ie it accelerates the transhipment of the capacitance during the dynamically stable state, then its duration shortens to T m! n , with opposite effect it increases to T m , ". Both parameters can be calculated in simple cases, but always determined experimentally; in addition to the characteristics of the multivibrator, they depend on the coupling resistance Re and the amplitude of the control voltage. The choice of the frequency f E of the control voltage now has a decisive influence on the behavior of the circuit. If the frequency of the control voltage is close to the natural frequency of the multivibrator, ie if
gilt, kommt es zur Synchronisation, der Multivibrator schwingt dann mit der Frequenz der Steuerspannung, und Gl. (1) bestimmt den Fang- und Haltebereich dafür. Auch um die ungeraden Vielfachen und Teile der Eigenfrequenz des Multivibrators liegen solche Synchronisationsbereiche.is true, it comes to the synchronization, the multivibrator then oscillates with the frequency of the control voltage, and Eq. (1) determines the catch and hold area for it. Also around the odd multiples and parts of the natural frequency of the multivibrator are such synchronization ranges.
Die Frequenz de- Steuerspannung ist so zu wählen, daß Synchronisation nicht eintritt. Es läßt sich experimentell und mittels Poincaro-Analys? zeigen, daß insbesondere in der Nähe irrationaler Frequenzverhältnisse von Eigenschwingung und Steuersignal am Ausgang der Schaltungsanordnung pseudostochastische Binärsignale mit sehr langen Perioden entstehen.The frequency control voltage must be selected so that synchronization does not occur. It can be experimentally and by Poincaro analysis? show that arise pseudo-stochastic binary signals with very long periods, especially in the vicinity of irrational frequency ratios of natural vibration and control signal at the output of the circuit.
einb'.zogen, Ri = R2 · Uss/(Ucc - Uss)einb'.zogen, Ri = R 2 · Uss / (Ucc - Uss)
Fig.4: charakteristische Spannungsverläufe. 4: characteristic voltage curves.
Es wird vereinfachend angenommen, daß der Trigger keinen Eingangsstrom hat sowie symmetrische Schwellepannungen Us, -Us und Ausgangspegel Ucc, -Ucc besitzt. Der Einge ig E sei zunächst offen. Dann wird der Kondensator über Ra gegen die jeweils am Triggerausgang liegende Spannung UA = Ucc bzw. UA = -Ucc aufgeladen, bis die Kondensatorspannung Und) den Schwellwert U5 bzw. -U$ erreicht, der Trigger umschaltet und eine erneute Umladung dei Kondensators bewirkt. Die Impulsbreite der Rechteckspannung ergibt sich demgemäß zuFor the sake of simplification, it is assumed that the trigger has no input current and has symmetrical threshold voltages Us, -Us and output levels Ucc, -Ucc. In the first place, Eig E is open. Then the capacitor is charged via Ra against the respectively lying at the trigger output voltage U A = Ucc or U A = -Ucc until the capacitor voltage and) reaches the threshold U 5 and -U $, the trigger switches and dei re-charge Condenser causes. The pulse width of the square-wave voltage results accordingly
Ucc + Ua T = C*H»*lri -- , (2)Ucc + Ua T = C * H »* lri -, (2)
υcc ~ u$υcc ~ u $
d.h. die Eigenfrequenz ist fo = (2 ·Τ)~'.ie the natural frequency is f o = (2 · Τ) ~ '.
Angenommen, am Anschluß E liegt eine periodische Stouerspannung Uc; ihre Pegel sollen ebenfalls Ucc ur*d —Ucc se!n; das Tastverhältnis sti Eins und für die Impulsbreite gelte Tt 2 T. Hat die Eingangsspannung Ue während der ganzen Zeit eher Kondensatorumladung den gleichen Wert wio Ua (z.B. Ucc). so wird die Triggerschwelle Us bereits nach der ZeitSuppose that at terminal E there is a periodic disturbance voltage Uc; their levels should also Ucc ur * d -Ucc se ! n; the duty ratio is sti one and for the pulse width T t 2 T. T has the input voltage Ue during the whole time rather capacitor charge the same value wio Ua (eg Ucc). so the trigger threshold Us already after the time
, R_c.*_RAt ln ü« !..Us mir\ ' R- f R4 n-- - lic ' *3', R_c. * _ RA t ln ü «! .. Us me \ 'R- f R 4 n-- - lic' * 3 '
bei voll gegenläufiger Wirkung (r. B. Ua = Ucc. Ue - -UCc) erst nach einer Dauer T , c * ?«-'--.?* * in -?-l.-^ ,in the case of fully opposite action (R. B. Ua = Ucc. Ue - -U C c) only after a duration T, c *? «-'--.? * * in -? - l .- ^,
its I IXA Ua " Utits I IXA Ua "Ut
(4)(4)
Rcrc
RC R C
erreicht.reached.
Ist dio Frequenz der Eingangsspannung so eingestellt, daß Tc > Tmt, gilt, so bleibt von jedem Steuerimpuls ein Teil Tn übrig, der einen zeitlichen Teilabschnitt der nächston Umladophase beeinflußt. Fig.4 veranschaulicht das am Beispiel, wobei in der folgenden Berechnung der Verlauf der Triggereingangsspannung UtT als stückweise linear angenommen wird. Das ist eine gute Näherung, wenn als Triggcrschwelle nur ein Bruchteil der Betriebsspannung eingestellt wird. So beträgt die maximalo relative Abweichung vom exakten exponentiellen Verlauf bei Us/Ucc = 0,25 nur 10%.Is dio frequency of the input voltage is set so that Tc> T mt, is considered, part T n remains of each control pulse which affects a temporal section of the nächston Umladophase. 4 illustrates this by way of example, wherein in the following calculation, the profile of the trigger input voltage U tT is assumed to be piecewise linear. This is a good approximation if only a fraction of the operating voltage is set as the trigger threshold. Thus, the maximum relative deviation from the exact exponential curve at U s / Ucc = 0.25 is only 10%.
Es zeigt sich, daß jede beliebige Phasenverschiebung Tn., zwischon einer UA-Flanke und -Jar nächsten Uc-Flanke (sieho Fig.4) - nur von der vorangegangenen Verschiebung Tn und davon abhängt, ob Ue und Ua während Tn gleich· oder gegensinnig waren. Es zeigt sich außerdem, daß aus jeder Phasenverschiebung Tn eindeutig eine zugehörige Impulsbreite Tn des Ausgangssignals Ua resultiert. Mit den Abkürzungen und DefinitionenIt will be seen that any phase shift T n , between a UA edge and jar next Uc edge (see Fig. 4), depends only on the previous shift T n and on whether Ue and Ua are equal during T n · Or contrary. It also shows that each phase shift T n unambiguously results in an associated pulse width T n of the output signal Ua. With the abbreviations and definitions
»0 - "ce ♦ -*~--n" (5)»0 -" ce ♦- * ~ - n " (5)
Π-,Π-,
T \i wenn i geradeI'm just when
Irit( —) , k = JIrit (-), k = J
T ( i1 wenn ι ungei*adeT (i1 if ι unhappy
[ -1 wenn Ug- und U^ gegensinnig während t^ Tm»x + Tnii« . „ ThiÄx ~ Trvu'h[-1 if Ug and U ^ in opposite directions during t ^ Tm "x + Tnii". "ThiÄx ~ Trvu'h
ti wenn Uf und Ua gleichsinnig während 1"n .,,ti if Uf and Ua in the same direction during 1 "n. ,,
(8,9)(8,9)
J (10,11)J (10,11)
läßt sich das globale Verhalten des Ausführungsbeispiels für beliebige Zeiten und beliebige Frequenzverhältnisse fE/t0 = T/TE als zweidimensionale diskrete Funktion (Tn ♦ t, Cn ♦ i) = fi (Tn, Cn) und daraus Tn = fj (Tn, Cn) borochnen:The global behavior of the embodiment for arbitrary times and arbitrary frequency ratios f E / t 0 = T / T E can be described as a two-dimensional discrete function (T n ♦ t, C n ♦ i) = fi (T n , C n ) and T n = fj (T n , C n ) boron:
CK (12), C K (12),
wonnTn S TG ι.wonnT n ST G ι.
r» " < W in r ""<W in
wenn T0, Tn < T0:,if T 0 , T n <T 0 :,
(14)(14)
wenn Tn a T02.if T n a T 02 .
großem Nenner und Zähler liegen, sehr lange Perioden einstellbar sind, innerhalb derer die Impulsbreite stochastischschwankt.large denominator and counter are very long periods are adjustable within which the pulse width varies stochastically.
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Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD32107788A DD276574A1 (en) | 1988-10-26 | 1988-10-26 | METHOD AND CIRCUIT ARRANGEMENT FOR GENERATING BINARY PSEUDOSTOCHASTIC IMPULSE SUCCESS |
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DD276574A1 true DD276574A1 (en) | 1990-02-28 |
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ID=5603406
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004011170A1 (en) * | 2004-03-08 | 2005-10-06 | Siemens Ag | Tamper-proof generation of true random numbers |
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1988
- 1988-10-26 DD DD32107788A patent/DD276574A1/en not_active IP Right Cessation
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DE102004011170A1 (en) * | 2004-03-08 | 2005-10-06 | Siemens Ag | Tamper-proof generation of true random numbers |
DE102004011170B4 (en) * | 2004-03-08 | 2006-03-23 | Siemens Ag | Tamper-proof generation of true random numbers |
US7496617B2 (en) | 2004-03-08 | 2009-02-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Tamper proof generation of true random numbers |
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