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Stand der Technik
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1. Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Erzeugung eines chaotischen Signals, die bzw. das für die Ultra-Breitband-(nachfolgend
als ‘UWB' bezeichnet)-Kommunikation
unter Verwendung des On-Off-Keying-(OOK)-Verfahrens verwendet wird.
In der Vorrichtung und dem Verfahren wird ein digitaler PN-Signalgenerator
verwendet, um ein chaotisches Signal unabhängig von Verfahrensänderungen zuverlässig zu
erzeugen.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Das
UWB wird üblicherweise
als Frequenzband bezeichnet, dessen Frequenzbandbreite mehr als 25%
einer Mittenfrequenz abdeckt oder mehr als 500 MHz beträgt.
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Wenn
das UWB auf einer Zeitachse betrachtet wird, kann festgestellt werden,
dass das UWB eine sehr geringe Signalbreite aufweist. Daher kann
das UWB die durch Mehrwegeausbreitung verursachte Signalstreuung
oder -überlagerung
verhindern und weist ein robustes Verhalten gegenüber Störgeräuschen auf.
Demzufolge ist das UWB in der Location-Awareness-Kommunikation, bei der Hochgeschwindigkeitskommunikation und
exakte Entfernungsberechungen erforderlich sind, weit verbreitet.
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Zu
den Systemen, die als Kommunikationssysteme unter Verwendung des
UWB häufig
untersucht werden, zählt
das Chaos-Kommunikationssystem. Das Chaos-Kommunikationssystem verwendet
ein chaotisches Signal mit Rauschcharakteristik.
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Ein
Rechtecksignal weist typischerweise eine zeitlich periodische Phase
auf. Aus diesem Grund kann das Signal verzerrt oder verschoben werden,
wenn ein gegenphasiges Störsignal
hinzukommt. Da ein chaotisches Signal aperiodische Charakteristiken,
wie Rauschen, aufweist, zeigt es keine deutliche Phase. Demzufolge
treten Interferenzen nicht auf, auch wenn ein gegenphasiges Signal
oder ein annähernd
gleiches Störsignal
hinzukommt.
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Da
das chaotische Signal eine, wie oben beschrieben, aperiodische Charakteristik
aufweist, zeigt es im Breitbandbereich eine periodenunabhängige konstante
Größe, wenn
es auf einer Frequenzachse analysiert wird, das heißt, das
chaotische Signal verfügt über einen
hohen Wirkungsgrad.
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Ferner
verwendet das Chaos-Kommunikationssystem das On-Off-Keying-(OOK)-Verfahren,
bei dem ein chaotisches Signal im Mikrowellenbe reich direkt unter
Verwendung kontinuierlicher Paketinformations-Signale eines Modems moduliert wird.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das den Grundaufbau des OOK-Modulators unter
Verwendung eines chaotischen Signals zeigt. Wie in 1 gezeigt,
verläuft
das übliche
OOK-Modulationsverfahren dort, wo ein chaotisches Signal erzeugt
wird, um einen einpoligen Umschalter (SPDT = Single Pole Double
Throw) mit einem Impuls zu beaufschlagen. In dem OOK-Modulationsverfahren
werden die zu übertragenden
Informationen in solche Informationen aufgeteilt, in denen ein Impuls
(‘1') vorhanden ist und
in denen kein Impuls vorhanden ist (‘0'). Zudem wird der Empfang in Abhängigkeit
des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins von Energie in ‘1' und ‘0' aufgeteilt.
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Das
Chaos-Kommunikationssystem unter Verwendung des OOK-Verfahrens, das ein
direktes Modulationsverfahren ist, weist einige Impulsspitzen auf.
Daher ist eine Codierung, wie Zeitsprünge oder dergleichen, nicht
separat im Modem erforderlich, und ein Bedarf an Schaltungen, wie
eine Phase-Locked-Loop-Schaltung (PLL), ein Mischer und dergleichen,
zur Zwischenfrequenz-Umwandlung entfällt, wodurch es möglich ist,
eine Übertragungs-
und Empfangsvorrichtung leicht anzuwenden.
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2 ist
ein Schaltplan einer herkömmlichen
Vorrichtung zur Erzeugung eines chaotischen Signals. Wie in 2 gezeigt,
umfasst die herkömmliche
Vorrichtung zur Erzeugung eines chaotischen Signals einen Oszillator 21,
einen Breitband-Chaossignalgenerator 22, einen Verstärker 23 und
einen Bandpassfilter 24.
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In
der Schaltung gemäß 2 erzeugt
der Breitband-Chaossignalgenerator 22 unter Verwendung
eines vom Oszillator 21 erzeugten Signals ein Breitband-Chaossignal.
Der Verstärker 23 verstärkt das
erzeugte chaotische Signal, und der Bandpassfilter 24 extrahiert
nur ein UWB Signal im Bereich von 3,1 bis 5,15 GHz.
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3 ist
ein Graph, der ein Simulationsergebnis gemäß 2 zeigt,
wobei die Spannung an einem Ausgangsknoten in ein Frequenzspektrum
umgewandelt ist.
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Wie
in 3 gezeigt, kann festgestellt werden, dass die
herkömmliche
Vorrichtung zur Erzeugung eines chaotischen Signals ein chaotisches
Signal im Bereich von 3,1 bis 5,5 GHz, der dem UWB entspricht, erzeugt.
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Die
in 2 dargestellte herkömmliche Vorrichtung zur Erzeugung
eines chaotischen Signals reagiert jedoch empfindlich gegenüber dem
Wert des passiven Elements A, das zur Erzeugung eines chaotischen
Signals verwendet wird, sowie gegenüber parasitären Komponenten, die in einem
Kollektor und einem Emitter des Transistors, der als Oszillator 21 verwendet
wird, vorhanden sind. Aus diesem Grund ist es schwierig, mit der
Vorrichtung ein zuverlässiges
chaotisches Signal zu erzeugen.
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Das
heißt,
dass ein chaotisches Signal dann, wenn sich der Wert des in 2 dargestellten
passiven Elements A in Abhängigkeit
von Verfahrensänderungen
in gewissem Maße ändert, nicht
erzeugt werden kann. 4A bis 4C sind
Graphen zur entsprechenden Erläuterung,
die Simulationsergebnisse zeigen, wenn sich der Wert des in 2 dargestellten
passiven Elements in Abhängigkeit
von Verfahrensänderungen ändert.
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4A zeigt
ein Simulationsergebnis, wenn sich der Widerstand R des in 2 dargestellten
passiven Elements A in Abhängigkeit
einer Verfahrensänderung
um 10% ändert. 4B zeigt
ein Simulationsergebnis, wenn sich die Induktivität L des
in 2 dargestellten passiven Elements A in Abhängigkeit
einer Verfahrensänderung
um 10% ändert. 4C zeigt
ein Simulationsergebnis, wenn sich die Kapazität C des in 2 dargestellten
passiven Elements A in Abhängigkeit
einer Verfahrensänderung
um 10% ändert.
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Wie
in 4A bis 4C gezeigt,
ist es möglich,
dass die herkömmliche
Vorrichtung zur Erzeugung eines chaotischen Signals ein chaotisches
Signal im Bereich von 3,1 bis 5,15 GHz nicht erzeugen kann, wenn der
Wert des passiven Elements A sich in Abhängigkeit einer Verfahrensänderung
in gewissem Maße ändert. Demzufolge
kann ein chaotisches Signal nicht zuverlässig erzeugt werden, das heißt, die
Vorrichtung reagiert empfindlich gegenüber Verfahrensänderungen.
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Vorteile der Erfindung
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie eine
Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung eines chaotischen Signals
bereitstellt, wobei ein digitaler PN-Signalgenerator verwendet wird,
um ein chaotisches Signal unabhängig
von Verfahrensänderungen
zuverlässig
zu erzeugen.
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Weitere
Aspekte und Vorteile des vorliegenden allgemeinen erfinderischen
Konzepts werden teilweise durch die folgende Beschreibung erläutert und
werden teilweise durch die Beschreibung offensichtlich oder können durch
Umsetzung des allgemeinen erfinderischen Konzepts erkannt werden.
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Ein
Aspekt der Erfindung besteht darin, dass eine Vorrichtung zur Erzeugung
eines chaotischen Signals Folgendes umfasst: einen PN-Signalgenerator,
der aus einer digitalen Logikschaltung besteht und der ein digitales
Pseudo-Zufallssignal mit einer vorbestimmten Frequenz erzeugt; einen
Spannungsregler zur Erzeugung eines Taktsignals mit einer vorbestimmten
Frequenz; einen Mischer zum Mischen des Pseudo-Zufallssignals mit dem Taktsignal zur
Erzeugung eines chaotischen Signals zur Ausgabe; und einen Bandpassfilter
zur Filterung des chaotischen Signals, das vom Mischer ausgegeben
wird, in ein chaotisches Signal einer gewünschten Bandbreite und zur
anschließenden
Ausgabe des gefilterten Signals.
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Der
PN-Signalgenerator besteht vorzugsweise aus einer digitalen Logikschaltung,
umfassend N (N ist eine positive Zahl) D-Flip-Flops und eine Gate-Einheit,
und erzeugt eine vorbestimmte Bitzahl (2N–1) der
Pseudo-Zufallssignale.
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Jeder
D-Flip-Flop umfasst vorzugsweise eine gerade Anzahl von Invertern
und Schaltern und gibt gemäß einem
angelegten Sinussignal ein Eingabesignal ohne Phaseninversion aus.
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Die
Gate-Einheit empfängt
vorzugsweise eine Ausgabe des (N–1)ten D-Flip-Flops und eine Ausgabe des Nten
D-Flip-Flops zur Erzeugung eines Signals zur Eingabe an den ersten
D-Flip-Flop. Die Gate-Einheit besteht ferner aus einem X-OR-Gate.
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Die
Schalter bestehen vorzugsweise aus ersten und zweiten MOSFETs, die
mit den Invertern verbunden sind, wobei die Gates der ersten und
zweiten MOSFETs ein Taktsignal beziehungsweise ein invertiertes Signal
des Taktsignals empfangen, wobei ein Gehäuseanschluss des ersten MOSFETs
mit einer Stromquelle verbunden ist, und wobei ein Gehäuseanschluss
des zweiten MOSFETs geerdet ist.
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Der
erste MOSFET ist vorzugsweise ein p-Typ-MOSFET und der zweite MOSFET
ein n-Typ-MOSFET.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass ein Verfahren
zur Erzeugung eines chaotischen Signals Folgendes umfasst: (a) Erzeugung
eines digitalen Pseudo-Zufallssignals mit einer vorbestimmten Frequenz;
(b) Erzeugung eines Taktsignals mit einer vorbestimmten Frequenz;
(c) Mischen des digitalen Pseudo-Zufallssignals, das in Schritt
(a) erzeugt wird, mit dem Taktsignal, das in Schritt (b) erzeugt
wird, zur Erzeugung eines chaotischen Signals zur Ausgabe; und (d)
Filterung des chaotischen Signals, das in Schritt (c) ausgegeben
wird, in ein chaotisches Signal einer gewünschten Bandbreite und anschließende Ausgabe
des gefilterten Signals.
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In
Schritt (a) werden vorzugsweise N (N ist eine positive Zahl) D-Flip-Flops und eine Gate-Einheit
verwendet, um eine vorbestimmte Bitzahl (2N–1) der
Pseudo-Zufallssignale zu erzeugen.
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Jeder
Flip-Flop umfasst vorzugsweise eine gerade Anzahl von Invertern
und Schaltern und gibt gemäß einem
angelegten Sinussignal ein Eingabesignal ohne Phaseninversion aus.
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Die
Gate-Einheit empfängt
vorzugsweise eine Ausgabe des (N–1)ten D-Flip-Flops und eine Ausgabe des Nten
D-Flip-Flops zur Erzeugung eines Signals zur Eingabe an den ersten
D-Flip-Flop. Die Gate-Einheit besteht ferner aus einem X-OR-Gate.
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Die
Schalter bestehen vorzugsweise aus ersten und zweiten MOSFETs, die
mit den Invertern verbunden sind, wobei die Gates der ersten und
zweiten MOSFETs ein Taktsignal beziehungsweise ein invertiertes Signal
des Taktsignals empfangen, wobei ein Gehäuseanschluss des ersten MOSFETs
mit einer Stromquelle verbunden ist, und wobei ein Gehäuseanschluss
des zweiten MOSFETs geerdet ist.
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Der
erste MOSFET ist vorzugsweise ein p-Typ-MOSFET und der zweite MOSFET
ein n-Typ-MOSFET.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Diese
und/oder weitere Aspekte und Vorteile des vorliegenden allgemeinen
erfinderischen Konzepts werden offensichtlich und können anhand
der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen in Verbindung mit
den beiliegenden Zeichnungen besser erkannt werden, wobei:
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1 ein
Blockdiagramm ist, das den Grundaufbau des OOK-Modulators unter
Verwendung eines chaotischen Signals zeigt;
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2 einen
Schaltplan einer herkömmlichen
Vorrichtung zur Erzeugung eines chaotischen Signals zeigt;
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3 ein
Graph ist, der ein Simulationsergebnis der 2 zeigt;
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4A bis 4C Graphen
sind, die Simulationsergebnisse zeigen, wenn sich der Wert des in 2 dargestellten
passiven Elements in Abhängigkeit
einer Verfahrensänderung ändert;
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5 ein
Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Erzeugung eines chaotischen
Signals gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung ist;
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6 ein
Diagramm ist, das den Aufbau des PN-Signalgenerators, der in die
Erfindung eingebunden ist, zeigt;
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7A ein
Diagramm ist, das den Aufbau eines D-Flip-Flops gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
zeigt;
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7B ein
Diagramm ist, das den Aufbau eines Schalters des D-Flip-Flops zeigt;
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7C ein
Graph ist, der Taktsignale, die für Schalter angewendet werden,
in Umkehrrelation zeigt;
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8 ein
Blockdiagramm eines X-OR-Gates gemäß der vorliegenden Ausführungsform
ist;
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9A bis 9F Graphen
sind, die Simulationsergebnisse einer Ausgangsspannung und eines Spektrums,
die in die Erfindung eingebunden sind, zeigen; und wobei
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10 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zur Erzeugung eines chaotischen Signals
gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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Im
Detail wird nun auf die Ausführungsformen
der vorliegenden allgemeinen erfinderischen Idee Bezug genommen,
wobei Beispiele durch die beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind
und identische Bezugszeichen durchgängig auf identische Elemente
verweisen. Die Ausführungsformen werden
nachfolgend erläutert,
um das vorliegende allgemeine erfinderische Konzept unter Bezugnahme
auf die Figuren zu erläutern.
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Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen erläutert.
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5 ist
ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Erzeugung eines chaotischen
Signals gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung. Wie in 5 gezeigt, umfasst die Vorrichtung
zur Erzeugung eines chaotischen Signals einen PN-Signalgenerator 51,
einen spannungsgesteuerten Oszillator 52, einen Mischer 53 und einen
Bandpassfilter 54.
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Der
PN-Signalgenerator 51 besteht aus einer digitalen Logikschaltung
und erzeugt ein digitales Pseudo-Zufallssignal mit einer vorbestimmten
Frequenz.
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6 ist
ein Diagramm, das den Aufbau des PN-Signalgenerators 51,
der in die Erfindung eingebunden ist, zeigt. Wie in 6 gezeigt,
besteht der PN-Signalgenerator 51 aus einer digitalen Logikschaltung,
umfassend N (N ist eine positive Zahl) D-Flip-Flops 61 und
eine Gate-Einheit 62, und erzeugt unter Verwendung der
N D-Flip-Flops 61 und der Gate-Einheit 62 eine vorbestimmte
Bitzahl (2N–1) der Pseudo-Zufallssignale.
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Wie
oben erläutert,
verwendet die Vorrichtung zur Erzeugung eines chaotischen Signals
den Digitallogik-PN-Signalgenerator 51, der gegenüber Verfahrensänderungen
unempfindlich reagiert. Aus diesem Grund kann die Vorrichtung zur
Erzeugung eines chaotischen Signals ein chaotisches Signal unabhängig von Verfahrensänderungen
zuverlässig
erzeugen.
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In
dieser Ausführungsform
wird der PN-Signalgenerator 51, umfassend 15 D-Flip-Flops,
verwendet, worauf sich die nachfolgende Beschreibung beziehen soll.
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Jeder
D-Flip-Flop 61 umfasst eine gerade Anzahl von Invertern
und Schaltern. Der D-Flip-Flop gibt gemäß einem angelegten Sinussignal
(Takt) ein Eingabesignal D ohne Phaseninversion aus. In dieser Ausführungsform
besteht der D-Flip-Flop aus zwei Invertern und zwei Schaltern, worauf
sich die nachfolgende Beschreibung beziehen soll.
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7A ist
ein Diagramm, das den Aufbau eines D-Flip-Flops gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
zeigt. Wie in 7A gezeigt, umfasst der D-Flip-Flop
zwei Inverter 71 und zwei Schalter 72, die miteinander
verbunden sind.
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Da
bei dem D-Flip-Flop der vorliegenden Ausführungsform zwei Inverter 71 verwendet
werden, bleibt die Phase des angelegten Eingabesignals D unverändert. Dementsprechend
kann der D-Flip-Flop das Eingabesignal D ohne Phaseninversion an
die Endstufe des Inverters 71 liefern.
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Der
Betrieb des D-Flip-Flops soll unter Bezugnahme auf 7A erläutert werden.
Wenn ein Eingabesignal D angelegt wird, invertiert der vorgeschaltete
Inverter 71 das Signal und hält das invertierte Signal aufrecht.
Anschließend
wird das invertierte Signal an den nachgeschalteten Inverter 71 geliefert,
wenn die beiden Schalter 72 eingeschaltet sind. Zu diesem
Zeitpunkt arbeiten die zwei Schalter 72 aufgrund der in
Umkehrrelation angelegten Signale clk und clkb gegenphasig.
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7B ist
ein Diagramm, das den Aufbau eines Schalters des D-Flip-Flops zeigt. Wie
in 7B gezeigt, besteht der Schalter der vorliegenden
Ausführungsform
aus zwei aktiven Elementen 72a und 72b, die jeweils
Gate, Source und Drain umfassen.
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In
den aktiven Elementen 72a und 72b werden Größe und Richtung
des Stroms, der vom Drain zur Source oder von der Source zum Drain
fließt,
durch die Größe und Polarität der Spannung
bestimmt, die zwischen Gate und Source anliegt.
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Als
Transistoren können
ein Bipolar-Transistor (BJT), ein Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor (JFET), ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor (MOSFET)
und ein Metall-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor (MESFET) und dergleichen
vorgesehen sein.
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Ein
bestimmtes aktives Element umfasst neben Gate, Source und Drain
ferner einen Gehäuseanschluss.
Die Größe, Menge
und Richtung des Stroms, der vom Drain zur Source oder von der Source
zum Drain fließt,
wird durch die Größe und Polarität der Spannung
bestimmt, die zwischen Gate und Gehäuseanschluss anliegt. Als aktives
Element kann ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor (MOSFET)
und dergleichen vorgesehen sein.
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Die
nachfolgende Beschreibung soll sich auf den MOSFET beziehen. Die
Erfindung kann jedoch auf alle aktiven Elemente angewandt werden,
die die oben erläuterten
Eigenschaften sowie den MOSFET umfassen. Demzufolge ist der Umfang
der Erfindung nicht auf den MOSFET beschränkt, obwohl die Beschreibung der
Erfindung auf dem MOSFET beruht.
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Wie
oben beschrieben, bestehen die Schalter dieser Ausführungsform
aus ersten und zweiten MOSFETs 72a und 72b, deren
Gates ein Taktsignal clk beziehungsweise ein invertiertes Signal
clkb des Taktsignals clk empfangen. Um die ersten und zweiten MOSFETs 72a und 72b zuverlässig betreiben
zu können,
ist der Gehäuseanschluss
des ersten MOSFETs 72a mit einer Stromquelle VDD verbunden
und der Gehäuseanschluss
des zweiten MOSFETs 72b geerdet.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
wird ein p-Typ-MOSFET als erster MOSFET 72a und ein n-Typ-MOSFET
als zweiter MOSFET 72b verwendet. Dies soll jedoch lediglich
zur Vereinfachung der Beschreibung dienen. Die Erfindung ist nicht
auf eine bestimmte Kombination von MOSFETs beschränkt, sondern es
können
andere Arten von MOSFETs oder andere Kombinationen von MOSFETs zur
Ausführung
der im Wesentlichen gleichen Funktionen verwendet werden.
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7C ist
ein Graph, der Taktsignale, die an die Schalter angelegt werden,
in Umkehrrelation zeigt. Wie in 7C gezeigt,
kann festgestellt werden, dass zwei Taktsignale clk und clkb, die
an die Schalter angelegt werden, eine Phasendifferenz von 180 Grad
aufweisen. Wenn das Taktsignal schwach (0V) ist, wird der zweite
MOSFET 72b, nämlich
der n-Typ-MOSFET, ausgeschaltet. Wenn das Taktsignal stark (1.8V)
ist, wird der zweite MOSFET 72b eingeschaltet, um das Signal,
das an der Eingangsstufe IN angelegt wird, an die Ausgangsstufe
OUT zu liefern.
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Zwischenzeitlich
empfängt
die Gate-Einheit 62 der 6 eine Ausgabe
des 14ten D-Flip-Flops und eine Ausgabe des 15ten D-Flip-Flops,
um ein Signal D zur Eingabe an den ersten D-Flip-Flop zu erzeugen.
In der vorliegenden Ausführungsform
besteht die Gate-Einheit aus einem X-OR-Gate.
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8 ist
ein Blockdiagramm eines X-OR-Gates gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Das X-OR-Gate umfasst vier NAND-Gates und ein NOT-Gate, die als
Buffer verwendet werden. Die Funktionstabelle des X-OR-Gates beruht auf
Tabelle 1. [Tabelle 1]
A | B | A
XOR B (C) |
0 | 0 | 1 |
0 | 1 | 0 |
1 | 0 | 0 |
1 | 1 | 1 |
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Der
spannungsgesteuerte Oszillator 52 der 5 erzeugt
ein Taktsignal mit einer vorbestimmten Frequenz, um die Frequenz
eines Pseudo-Zufallssignals,
das vom PN-Signalgenerator 51 gemäß 5 erzeugt wird,
zu verlagern. Der Mischer 53 gemäß 5 mischt
das Pseudo-Zufallssignal,
das vom PN-Signalgenerator 51 erzeugt wird, mit dem Taktsignal
zur Erzeugung eines chaotischen Signals zur Ausgabe.
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Ferner
filtert der Bandpassfilter 54 gemäß 5 das chaotische
Signal, das vom Mischer 53 ausgegeben wird, in ein chaotisches
Signal einer gewünschten
Bandbreite zur Ausgabe. Da die vorliegende Ausführungsform hauptsächlich für ein Kommunikationssystem
unter Verwendung des UWB verwendet wird, filtert der Bandpassfilter 54 das
chaotische Signal in ein chaotisches Signal mit einer Frequenz zwischen
3 bis 5 GHz.
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9A bis 9F sind
Graphen, die Simulationsergebnisse einer Ausgangsspannung und eines Spektrums
zeigen, die in der Erfindung erzeugt werden. Die Simulation wird
so durchgeführt,
dass die Frequenz eines Pseudo-Zufallssignals, das durch den PN-Signalgenerator 51 gemäß 5 erzeugt
wird, 1 GHz entspricht, und dass die Frequenz eines Taktsignals,
das vom spannungsgesteuerten Oszillator 52 gemäß 5 erzeugt
wird, 4 GHz entspricht.
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9A und 9B zeigen
eine Ausgangspannung und ein Frequenzspektrum im D-Flip-Flop. Wie
in 9A gezeigt, kann festgestellt werden, dass die
vom D-Flip-Flop erzeugte Spannung unregelmäßig ist, wobei 0 (0V Spannung)
und 1 (1,8V Spannung) zeitabhängig
gemischt werden. Wie in 9B gezeigt,
ist zudem festzustellen, dass das Frequenzspektrum im Bereich von
1 GHz verteilt ist.
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Durch
solche Simulationsergebnisse wird deutlich, dass jeder Flip-Flop
Zufallsdaten erzeugt.
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9C und 9D zeigen
eine Ausgangsspannung und ein Frequenzspektrum im X-OR-Gate. Es zeigt
sich, dass das X-OR-Gate ferner Zufallsdaten wie der oben beschriebene
D-Flip-Flop erzeugt. Die Daten werden dem Mischer 5 gemäß 5 eingegeben.
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9E zeigt
das Frequenzspektrum eines vom spannungsgesteuerten Oszillator gemäß 5 erzeugten
Taktsignals. Es zeigt sich, dass der spannungsgesteuerte Oszillator
eine lokale Oszillationsfrequenz von 4 GHz erzeugt.
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9F zeigt
das Frequenzspektrum eines chaotischen Signals, das zuletzt in der
Erfindung erzeugt wird. Wie in 9F gezeigt,
kann festgestellt werden, dass ein chaotisches Signal im Bereich
von 3 bis 5 GHz, welches in dem UWB-Kommunikationssystem erforderlich
ist, erzeugt wird.
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10 zeigt
wiederum ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Erzeugung eines
chaotischen Signals gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. Wie in 10 gezeigt, wird das Verfahren
zur Erzeugung eines chaotischen Signals grob in 4 Schritte aufgeteilt.
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Zuerst
wird ein digitales Pseudo-Zufallssignal mit einer vorbestimmten
Frequenz erzeugt (S101).
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Dann
wird ein Taktsignal mit einer vorbestimmten Frequenz erzeugt (S102).
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Anschließend wird
das in Schritt S101 erzeugte Pseudo-Zufallssignal mit dem Taktsignal,
das in Schritt S102 erzeugt wird, gemischt, so dass ein chaotisches
Signal zur Ausgabe erzeugt wird (S103).
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Zuletzt
wird das in Schritt S103 erzeugte chaotische Signal in ein chaotisches
Signal einer gewünschten
Bandbreite (3 bis 5 GHz) gefiltert und anschließend ausgegeben (S104).
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Mit
der Vorrichtung und dem Verfahren zur Erzeugung eines chaotischen
Signals unter Verwendung des digitalen PN-Signalgenerators kann
ein chaotisches Signal unabhängig
von Verfahrensänderungen
zuverlässig
erzeugt werden.
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Obwohl
einige Ausführungsformen
des vorliegenden allgemeinen erfinderischen Konzepts dargestellt und
erläutert
wurden, können
vom Fachmann Änderungen
in diesen Ausführungsformen
gemacht werden, ohne von den Prinzipien und dem Boden des allgemeinen
erfinderischen Konzepts abzuweichen, dessen Umfang in den beigefügten Ansprüchen und
ihren Entsprechungen dargelegt ist.