DE102009034932B4

DE102009034932B4 - Zufallsfehlersignalgenerator

Info

Publication number: DE102009034932B4
Application number: DE102009034932A
Authority: DE
Inventors: Takashi Furuya; Masahiro Kuroda; Hiroshi Shimotahira
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2029-07-29
Also published as: US20100031105A1; JP2010034970A; DE102009034932A1; JP5101426B2; US8095842B2

Abstract

Zufallsfehlersignalgenerator, Folgendes aufweisend: eine Taktschaltung (9), die Takte mit vorbestimmten Zyklen ausgibt; eine M-Sequenz-Generatorschaltung (6) mit mehreren Registern, wobei die M-Sequenz-Generatorschaltung (6) mehrere Teile von Bitdaten, die in jedem Register gespeichert sind, im Ansprechen auf die Takte ausgibt; und eine Vergleichs- und Bestimmungseinheit (32), die ein Fehlerbit oder Fehlerbits enthaltende Zufallsfehlersignale ausgibt, die auf Grundlage eines Vergleichs zwischen den aus der M-Sequenz-Generatorschaltung (6) ausgegebenen Bitdaten und einer Referenz generiert werden; dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz erste Referenzwerte und zweite Referenzwerte umfasst, und wobei der Zufalls fehlersignalgenerator darüber hinaus aufweist: eine erste Referenzwertgeneratorschaltung (23), die sequentiell die ersten Referenzwerte ausgibt, die mit einem vorbestimmten Wert in Abhängigkeit von jedem Eingang des Takts verändert werden; und eine zweite Referenzwertgeneratorschaltung (24), die sequentiell die zweiten Referenzwerte synchron mit den Takten ausgibt, wobei die zweiten Referenzwerte von den ersten Referenzwerten um einen Bereich verschoben sind, der in...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Zufallsfehlersignalgenerator zum Generieren von Zufallsfehlersignalen mit genau festgelegten Fehlerraten, wobei die Anzahl der Häufigkeiten von Fehlerauftritten innerhalb eines bestimmten Zählzeitraums einer Poisson-Verteilung folgt, und wobei der Auftrittszeitabstand zweier aufeinanderfolgender Fehler einer geometrischen Verteilung folgt.
Es wurden Testvorrichtungen zum Durchführen verschiedener Tests an Kommunikationsausrüstung entwickelt, die in digitale Kommunikationsnetze, die allgemein gebräuchliche elektrische Signalkabel verwenden, oder in optische Kommunikationsnetze eingebunden sind, die Lichtwellenleiterkabel verwenden. Diese Testvorrichtungen geben Testsignale ein, die aktuellen Gebrauchssituationen der zu testenden Kommunikationsausrüstung angepasst sind, um Ansprechabläufe der Kommunikationsausrüstung auszuwerten. Was einen der Auswertungstests an solch einer Kommunikationsausrüstung anbelangt, so gibt es einen Auswertungstest, bei dem ein Testsignal, in welches Fehler absichtlich eingeschlossen werden, als Testsignal generiert wird, das an eine aktuelle Gebrauchssituation angepasst ist, und das Testsignal an die zu messende Kommunikationsausrüstung geschickt wird. In dem Auswertungstest wird eine maximale Fehlerrate geprüft, bei der die Kommunikationsausrüstung noch gut funktioniert.
Ein Ursprung von Fehlern in verschiedenen digitalen Kommunikationsnetzen, wie etwa Verbinden zwischen einem allgemein gebräuchlichen Benutzerendgerät und einer Basisstation, oder Verbinden zwischen Teilnehmerendgeräten und einer Fernsprechstelle, usw., ist mannigfaltig. In einem Netz, das wechselseitig zwischen Basisstationen verbindet, sind Fehler hauptsächlich auf äußeres Rauschen zurückzuführen. Für gewöhnlich liegt eine Fehlerauftrittsrate (Fehlerrate) p, die im digitalen Signal enthalten ist, in der Größenordnung von p = 10^–2 bis 10^–8, und auch diese Fehler entstehen zufällig.
Wenn das Wort ”Zufall” oder ”zufällig” mit anderen Worten als ”unvorhersagbar” ausgedrückt wird, ist die Anzahl von Fehlern, die in einer vorbestimmten Zählzeit auftreten, unvorhersagbar, und ein Zeitabstand ab dem Auftreten eines Fehlers bis zum Auftreten des nächsten Fehlers (als Fehlerauftrittsabstand bezeichnet) ist auch unvorhersagbar. Die erstgenannte Eigenschaft, welche die Anzahl der Häufigkeiten der Fehlerauftritte betrifft, wird als Unvorhersagbarkeit einer Zähleigenschaft bezeichnet, und die letztgenannte Eigenschaft, die den Fehlerauftrittsabstand betrifft, wird als Unvorhersagbarkeit einer Abstandeigenschaft bezeichnet.
Deshalb umfasst, wie in 14 gezeigt, eine Testvorrichtung 1 einen Zufallsfehlersignalgenerator 3, im Gegensatz zu einer Testsignalgeneratorschaltung 2, die ein originales digitales Testsignal a generiert. Der Zufallsfehlersignalgenerator 3 generiert ein Zufallsfehlersignal b, in dem Fehler von zum Beispiel [1] Bit mit einer genau festgelegten Fehlerauftrittsrate (Fehlerrate) p und auch zufällig auftreten. Ein EXKLUSIV-ODER-Glied 4 wendet eine EXKLUSIV-ODER-Rechenoperation auf das digitale Testsignal, das aus der Generatorschaltung 2 ausgegeben wird, und das Zufallsfehlersignal b an, das aus dem Zufallsfehlersignalgenerator 3 ausgegeben wird, ein Wechselrichter 5 invertiert das Ergebnis der Rechenoperation, um ein Testsignal a₁ zu generieren, das Fehler mit der genau festgelegten Fehlerauftrittsrate p enthält.
Hiernach werden statistische Eigenschaften der im Zufallsfehlersignal aufgetretenen Fehler unter Verwendung einer Wahrscheinlichkeitstheorie überprüft. Und zwar ist es möglich, im Zufallsfehlersignal zu bestimmen, ob Fehler in einem Taktzyklus T_C auftreten oder nicht. Jedoch wird eine Auftrittswahrscheinlichkeit von Fehlern im Zufallsfehlersignal auf einen festen Wert p gesetzt. Eine Zufallsfehlerauftrittsschaltung zum Generieren solcher Zufallsfehlersignale kann als eine Vorrichtung angesehen werden, die unabhängige Bernoulli-Experimente mit einem Grundgesamtheitsparameter (Auftrittsrate) p in einem bestimmten festen Zyklus wiederholt, indem ein Term der Wahrscheinlichkeitstheorie verwendet wird.
Bei den Bemoulli-Experimenten mit dem Grundgesamtheitsparameter p handelt es sich um Experimente einer Wahrscheinlichkeit eines Erfolgs von p (0 < p < 1) und einer Wahrscheinlichkeit eines Misserfolgs von q = (1 – p). Die Bernoulli-Experimente ergeben [1], wenn sie Erfolg haben, und [0], wenn sie Misserfolg haben. Das Wort ”unabhängig” bedeutet, dass die Ergebnisse der jeweiligen Experimente sich nicht auf andere als ihre eigenen Ergebnisse (Ergebnisse anderer Experimente) auswirken.
Wenn die Bernoulli-Experimente mit dem Grundgesamtheitsparameter p wiederholt werden, folgt die Anzahl der Experimenthäufigkeiten, die ab dem Wert [1] ausgegeben wird, bis die [1] als nächstes ausgegeben wird, einer Wahrscheinlichkeitsverteilung, und die Verteilung lässt sich in einer geometrischen Verteilung ausdrücken. Das heißt, die geometrische Verteilung ist äquivalent zu einer Wahrscheinlichkeitsverteilung, die erhalten wird, indem die Bernoulli-Experimente mit dem Grundgesamtheitsparameter (Wahrscheinlichkeit) p (0 < p < 1) wiederholt werden und eine Wahrscheinlichkeit P(j, p), worin die Anzahl der Experimente ab dem Erfolg (Ausgang [1]) bis zum nächsten Erfolg (Ausgang [1]) zu j wird, durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird.

P(j, p) = qⁱ × p j = 0, 1, 2, 3, ...

worin q = 1 – p 0 < q < 1
Auf diese Weise folgt die Verteilung von Fehlerabständen der jeweiligen Fehler (Abstand von einem Fehlerauftreten bis zu einem Auftreten des nächsten Fehlers), die in einem Zufallsfehlersignal enthalten sind, in der Theorie einer geometrischen Verteilung.
Somit werten die folgenden beiden Gesichtspunkte aus, ob die jeweiligen Fehler, die in den Zufallsfehlersignalen enthalten sind, als tatsächlich zufällig auftretend erachtet werden können oder nicht.

(a) Die Anzahl der Häufigkeiten von Fehlerauftritten in einer vorbestimmten Zählzeit folgt einer binomialen Verteilung. Eine Auswertung der Zufallsfehlersignale von diesem Standpunkt her bedeutet, die Zähleigenschaft der Fehler wie zuvor erwähnt zu prüfen. Da sich jedoch die vorstehende binomiale Verteilung schrittweise einer Poisson-Verteilung bei einer Grenze nähert, bei der eine Zählzeit ganz lang und die Fehlerrate p ganz klein ist, kann, wenn sich die binomiale Verteilung der Poisson-Verteilung schrittweise nähert, die Anzahl der Häufigkeiten der Fehlerauftritte als der Poisson-Verteilung folgend angesehen werden. Danach wird die Anzahl der Häufigkeiten der Fehlerauftritte innerhalb der vorbestimmten Zählzeit bis zur Poisson-Verteilung als eine Erfüllung der Zähleigenschaft durch das Zufallsfehlersignal bezeichnet. Diese Poisson-Verteilung P(k, λ), die Wahrscheinlichkeit, dass eine Zufallsvariable einen Wert k annimmt, wird allgemein durch die folgende Gleichung ausgedrückt. P(k, λ) = (e^–λ × λ^k)/k! worin λ ein gemittelter Wert ist.
(b) Ein Abstand zwischen einer Auftrittszeit eines bestimmten Fehlers und einer Auf trittszeit eines anderen Fehlers (der Vereinfachung halber wird dieser Wert als Fehlerauftrittsabstand bezeichnet) folgt einer vorbestimmten Verteilung. Im Speziellen sollte der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Fehlern der vorstehenden geometrischen Verteilung folgen. Eine Auswertung einer Zufallseigenschaft des Zufallsfehlersignals von diesem Standpunkt her bedeutet, die Abstandseigenschaft der Fehler wie vorstehend erwähnt zu prüfen. Im Nachstehenden wird das Folgen des Auftrittsabstands aufeinanderfolgender Fehler mit einer geometrischen Verteilung als die Erfüllung der Abstandseigenschaft durch das Zufallssignal bezeichnet.

Ein Beispiel für eine Fehlersignalgeneratorschaltung, welche die Zufallsfehlersignale generiert, deren Anzahl der Häufigkeiten von Fehlerauftritten innerhalb der in (a) erwähnten vorbestimmten Zählzeit der Poisson-Verteilung folgt, ist in der japanischen Patentanmeldung KOKAI mit der Veröffentlichungsnr. 2002-330192 beschrieben. Allerdings ist in der japanischen Patentanmeldung KOKAI mit der Veröffentlichungsnr. 2002-330192 keine detaillierte Auslegung eines solchen Zufallsfehlersignalgenerators beschrieben, aus der technischen Beschreibung und den Zeichnungen lässt sich aber abschätzen, dass der Zufallsfehlersignalgenerator 3 eine Auslegung hat, die in den 15 und 16 noch gezeigt wird.
Als Beispiel ist in 16 eine in 15 gezeigte M-Sequenz-Generatorschaltung 6 gezeigt, die sich aus Registern 7, die in Form von m Stufen seriell geschaltet sind, und einem oder mehreren EXKLUSIV-ODER-Glied/ern 8 zusammensetzt. Wenn eine externe Taktschaltung 9 einen Takt CLK an jedes Register 7 anlegt, gibt die M-Sequenz-Generatorschaltung 6 Pseudozufallssignale, bei denen es sich um digitale serielle Signale mit einem Zyklus (2^m – 1) handelt, aus einem Ausgangsanschluss 10 aus.
Bei jeder Eingabe des Takts CLK wird jedes Teil von Bitdaten (Pseudozufallsbinärfolge), die in jedem Register 7 gespeichert sind, parallel miteinander ausgegeben. Jedes Bitdatenteil, das aus der M-Sequenz-Generatorschaltung 6 parallel ausgegeben wird, wird an einen Eingangsanschluss (X-Anschluss) eines Komparators 11 angelegt. Referenzwerte paralleler m-Bits, die durch eine Bedienperson über eine Referenzwertgeneratorschaltung 12 eingegeben werden, werden in den anderen Eingangsanschluss (Y-Anschluss) eingegeben.
Der Komparator 11 lädt als einen numerischen Wert A parallel ausgegebene m Teile von Bitdaten, die an einem Eingangsanschluss (X-Anschluss) anliegen. Entsprechend lädt der Komparator 11 als einen numerischen Wert einen Referenzwert B parallel ausgegebener m-Bits, die am anderen Eingangsanschluss (Y-Anschluss) anliegen. Falls der aus einem Eingangsanschluss (X-Anschluss) geladene numerische Wert A nicht größer ist als der aus dem anderen Eingangsanschluss (Y-Anschluss) geladene Referenzwert B, gibt der Komparator 11 ein Zufallsfehlersignal b als ein Fehlerbit aus.
Der Referenzwert B ist so angesetzt, dass das Zufallsfehlersignal b, das aus dem Zufallsfehlersignalgenerator 3 ausgegeben wird, zu der Fehlerauftrittsrate (Fehlerrate) p wird, auf die abgezielt werden soll. Da wie vorstehend wiedergegeben der numerische Wert A jeweils immer nur einmal in einem Zyklus einen ganzzahligen Wert Eins oder mehr und weniger als (2^m – 1) annimmt, wird der Referenzwert B, um die Fehlerrate auf p einzustellen, auf einen ganzzahligen Wert gesetzt, der (2^m – 1) × p am nächsten ist.
Wenn zum Beispiel die Fehlerrate E 0,004 (0,4%) beträgt und der ganzzahlige Wert, der dem X-Anschluss entnommen werden kann, 1 bis 1.000 beträgt, wird der Referenzwert B auf [4] gesetzt. Da der numerische Wert A, der kleiner als [4] wird, eine Wahrscheinlichkeit von 4/1.000 hat, lässt sich das Zufallsfehlersignal b mit der Fehlerrate E von 0,004 erhalten.
Die in den 15 und 16 gezeigten Zufallsfehlersignalgeneratoren 3 weisen aber immer noch die folgenden zu lösenden Probleme auf. Und zwar kann die Fehlerauftrittsrate (Fehlerrate) des Zufallsfehlersignals b, das aus dem Zufallsfehlersignalgenerator 3 ausgegeben wird, die Fehlerauftrittsrate (Fehlerrate) des Zufallsfehlersignals b der genau festgelegten Fehlerauftrittsrate (Fehlerrate) p angleichen. Allerdings erfüllen die generierten Zufallsfehlersignale nicht die Zähleigenschaft, die sich in der vorstehenden Poisson-Verteilung zeigt, und auch nicht die Abstandseigenschaft, die sich in der geometrischen Verteilung zeigt. Nunmehr wird mit Bezug auf 17 nachstehend der Grund beschrieben, warum die Zufallsfehlersignale die Abstandseigenschaft nicht erfüllen.
17 zeigt ein Zeitschema, das Funktionsabläufe des in 15 und 16 dargestellten Zufallsfehlersignalgenerators 3 zeigt. Jedoch ist in 17 die Anzahl der Stufen m der Register 7, die das in 16 gezeigte Schieberegister ausmachen, als 10 (m = 10) beschrieben. Wie bei (a) von 17 gezeigt ist, wird, wenn ein Takt CLK eingegeben wird, das Pseudozufallssignal aus dem Ausgangsanschluss 10 der M-Sequenz-Generatorschaltung 6 ausgegeben, wie bei (b) von 17 gezeigt ist. Wenn, wie bei (b) von 17 gezeigt, ein Teil des Pseudozufallssignals zum Beispiel [..., 0001000000000, ...] ist, und wenn die parallel ausgegebenen m Teile (Bits) (m = 10) der Daten, die aus jedem Register ausgegeben werden, [1000000000] sind, ist der numerische Wert A der m Teile (Bits) der Daten [1]. Wenn, wie bei (c) von 17 gezeigt, der Referenzwert B gleich [4] ist, wird, da der numerische Wert A kleiner ist als der Referenzwert B, die Ausgabe aus dem Komparator 11 zu einem Fehlerbit mit dem Wert [1], wie bei (d) von 17 gezeigt ist.
Wenn, wie bei (a) von 17 gezeigt, der nächste Takt CLK eingegeben wird, werden, weil sich die Daten jedes Registers 7 einzeln verschieben, die parallel ausgegebenen m (= 10) Teile der Daten zu [0100000000]. Der numerische Wert A dieser m (= 10) Teile (Bits) der Daten ist [2], wie bei (b) von 17 gezeigt ist. Wie in 17(c) gezeigt ist, bleibt der Ausgang aus dem Komparator 11, da der Referenzwert B auf [4] festgelegt ist, bei einem Fehlerbit mit dem Wert [1], wie bei (d) in 17 gezeigt ist.
Wenn darüber hinaus, wie bei (a) von 17 gezeigt, der nächste Takt CLK eingegeben wird, werden, da sich die Daten jedes Registers 7 einzeln verschieben, die parallel ausgegebenen m (= 10) Teile (Bits) der Daten zu [0010000000], wie bei (b) von 17 gezeigt ist, und der numerische Wert A der m (= 10) Teile (Bits) entspricht [4]. Da der Referenzwert B gleich [4] ist, bleibt, wie bei (c) von 17 gezeigt, der Ausgang aus dem Komparator 11 das Fehlerbit mit dem Wert [1], wie bei (d) von 17 gezeigt ist.
Darüber hinaus wird, wenn, wie bei (a) von 17 gezeigt, der nächste Takt CLK eingegeben wird, da sich die Daten jedes Registers 7 einzeln verschieben, die parallel ausgegebenen m (= 10) Teile (Bits) der Daten zu [0001000000], und der numerische Wert (numerische Datenwert) A der Daten dieser m (= 10) Teile (Bits) entspricht dem Wert [8]. Da der Referenzwert B gleich [4] ist, verändert sich, wie bei (c) von 17 gezeigt, der Ausgang aus dem Komparator 11 zu einem normalen Bit mit dem Wert [0], wie bei (d) von 17 gezeigt ist.
Auf diese Weise unterbricht einzig der Fall, bei dem mindestens eines jeder der an ein EXKLUSIV-ODER-Glied 8 angeschlossenen Register 7 einem Wert [1] entspricht, das Verschiebeverhältnis zwischen jedem Register 7, und ansonsten wird das Verschiebeverhältnis lange in Synchronisation mit dem Takt CLK gehalten. Deshalb besteht, wenn das Fehlerbit mit dem Wert [1] einmal generiert wird, jede Möglichkeit, die Fehlerbits mit dem Wert [1] sukzessive zu generieren. Dann halten die normalen Bits mit dem Wert [0] für eine lange Zeit an.
Dies bedeutet, dass sich die Fehlerverteilung des Zufallsfehlersignals b, das aus dem Zufallsfehlersignalgenerator 3 ausgegeben wird, auf eine genau festgelegte Zeitposition konzentriert, und dies führt zu einer großen Abweichung von einer Poisson-Verteilung. Das heißt, es stellt sich ein Problem, dass das Zufallsfehlersignal b, das aus dem Zufallsfehlersignalgenerator 3 ausgegeben wird, die Zähleigenschaft nicht erfüllt. Der Zufallsfehlersignalgenerator 3 wirft auch ein Problem auf, dass die Verteilung der darauffolgenden Fehlerauftrittsabstände, die den Abstand zwischen einer bestimmten Fehlerauftrittszeit und einer Auftrittszeit eines anderen Fehlers zeigen, in hohem Maße von der geometrischen Verteilung abweichen und das Zufallsfehlersignal die Abstandseigenschaft nicht erfüllt.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zufallsfehlersignalgenerator bereitzustellen, um eine Zähleigenschaft und eine Abstandseigenschaft zu erfüllen, indem ermöglicht wird, dass eine Fehlerrate von ausgegebenen Zufallsfehlersignalen mit einer genau festgelegten Fehlerrate synchronisiert wird, indem ermöglicht wird, dass eine Fehlerverteilung von generierten Fehlern sich weiter einer Poisson-Verteilung nähert, und darüber hinaus, indem ein darauffolgender Fehlerauftrittsabstand von generierten Fehlern sich einer geometrischen Verteilung nähert.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Zufallsfehlersignalgenerator bereitgestellt, der eine Taktschaltung, die Takte in vorbestimmten Zyklen ausgibt; eine M-Sequenz-Generatorschaltung, die mehrere Teile von Bitdaten, die in jedem Register gespeichert sind, im Ansprechen auf Eingänge von Takten ausgibt, die aus der Taktschaltung ausgegeben werden; und eine Vergleichs- und Bestimmungseinheit umfasst, die Zufallsfehlersignale ausgibt, die ein Fehlerbit enthalten, indem ein Vergleich zwischen den Bitdaten, die aus der M-Sequenz-Generatorschaltung ausgegeben werden, und einem Referenzwert aufgestellt wird, wobei der Referenzwert aus einem ersten Referenzwert und einem zweiten Referenzwert besteht, wobei der Zufallsfehlersignalgenerator darüber hinaus aufweist: eine erste Referenzwertgeneratorschaltung, die sequentiell die ersten Referenzwerte ausgibt, deren Werte bei jedem Eingang des Takts um einen vorbestimmten Wert verändert werden; und eine zweite Referenzwertgeneratorschaltung, die sequentiell den zweiten Referenzwert ausgibt, der um einen Bereichswert, der in Übereinstimmung mit einer genau festgelegten Fehlerrate definiert ist, zum ersten Referenzwert verschoben wurde, der sequentiell synchron mit den Takten aus der ersten Referenzwertgeneratorschaltung ausgegeben wird, wobei
die Vergleichs- und Bestimmungseinheit als einen numerischen Wert mehrere Teile von Bitdaten übernimmt, die sequentiell parallel aus der M-Sequenz-Generatorschaltung ausgegeben werden, und synchron mit den Takten Zufallsfehlersignale als Fehlerbits ausgibt, wenn der separat genommene numerische Wert zwischen dem ersten Referenzwert und dem zweiten Referenzwert liegt.
Erfindungsgemäß wird ein Zufallsfehlersignalgenerator bereitgestellt, wobei die Vergleichs- und Bestimmungseinheit aufweist: einen ersten Komparator, der an einem Ende, die mehrere Teile von Bitdaten empfängt, die sequentiell parallel aus der M-Sequenz-Generatorschaltung ausgegeben werden sollen, die eingegebenen mehreren Teile von Bitdaten als einen numerischen Wert übernimmt, und ein Unterseiten-Bestimmungssignal ausgibt, wenn der numerische Wert gleich dem ersten Referenzwert oder größer als der am anderen Ende eingegebene erste Referenzwert ist; einen zweiten Komparator, der an einem Ende die mehreren Teile von Bitdaten empfängt, die sequentiell parallel aus der M-Sequenz-Generatorschaltung ausgegeben werden sollen, die eingegebenen mehreren Teile von Bitdaten als einen numerischen Wert übernimmt und ein Oberseiten-Bestimmungssignal ausgibt, wenn der numerische Wert gleich dem oder kleiner als der in das andere Ende eingegebene zweite Referenzwert ist; und eine Bestimmungsschaltung, welche die Zufallsfehlersignale als die Fehlerbits synchron mit den Takten ausgibt, wenn der erste Komparator ein Unterseiten-Bestimmungssignal ausgibt, und wenn der zweite Komparator gleichzeitig ein Oberseiten-Bestimmungssignal ausgibt.
In dem auf diese Weise ausgelegten Zufallsfehlersignalgenerator sind die ersten Referenzwerte, die sequentiell aus der ersten Referenzwertgeneratorschaltung synchron mit den Takten ausgegeben werden, keine konstanten feststehenden Werte, die einer zielorientierten Fehlerrate entsprechen, die aus der in 15 gezeigten herkömmlichen Referenzwertgeneratorschaltung ausgegeben werden sollen, sondern die Werte werden durch einen vorbestimmten Wert immer dann verändert, wenn der Takt eingegeben wird. Die zweiten sequentiell synchron mit den Takten aus der zweiten Referenzwertgeneratorschalung ausgegebenen Referenzwerte haben Werte, bei denen Bereichswerte, die den genau festgelegten Fehlerraten entsprechen, zum ersten Referenzwert hinzuaddiert sind.
Das heißt, wenn der erste und der zweite Referenzwert angezeigt werden, wobei der Takt als Querachse angesetzt ist, wird ein Parallelverhältnis zwischen dem ersten und zweiten Referenzwert aufrechterhalten. Der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Referenzwert ist ein Bereichswert mit einem konstanten feststehenden Wert, welcher der zielorientierten Fehlerrate entspricht, der aus der Referenzwertgeneratorschaltung der herkömmlichen, in 15 gezeigten Vorrichtung ausgegeben wird.
Deshalb liegt ein numerischer Wert bei jedem Takteingang in jeweils ein Ende des ersten und zweiten Komparators von der M-Sequenz-Generatorschaltung her entweder in dem Bereich zwischen dem ersten und zweiten Referenzwert oder außerhalb davon. Da der Bereichswert der zielorientierten Fehlerrate entspricht, wird die innerhalb des Bereichs herrschende Wahrscheinlichkeit zur zielorientierten Fehlerrate. Somit werden die Fehlerraten der Zufallsfehlersignale, die aus der Bestimmungsschaltung ausgegeben werden, zu den genau festgelegten Fehlerraten.
Wenn ferner ein Veränderungsumfang der Ausgänge aus der M-Sequenz-Generatorschaltung mit einem Veränderungsumfang der ersten und zweiten Referenzwerte verglichen wird, können sich Letztere schneller ändern als Erstere, weil die Referenzwerte mit einer adaptiven Zunahme zunehmen.
Deshalb kann, selbst wenn sich die jeweils in ein Ende des ersten und zweiten Komparators eingegebenen numerischen Werte nicht so sehr verändern, weil sich die ersten und zweiten Referenzwerte, die jeweils in das andere Ende eingegeben werden, in hohem Maße verändern, und die Fortsetzung der die Fehler angebenden Bits mit dem Wert [1] in den aus der Bestimmungsschaltung ausgegebenen Zufallsfehlersignalen unterdrückt wird, die Fehlerverteilung, die in den aus der Bestimmungsschaltung ausgegebenen Zufallsfehlersignalen generiert wird, weiter einer Poisson-Verteilung angenähert werden, und darüber hinaus kann der darauffolgende Fehlergenerierungsabstand der generierten Fehler der geometrischen Verteilung angenähert werden.
In einer anderen Erfindung umfasst die erste Referenzwertgeneratorschaltung im Zufallsfehlersignalgenerator der vorstehenden Erfindung eine zweite M-Sequenz-Generatorschaltung, die jedes Mal, wenn ein Takt eingegeben wird, mehrere Datenbits ausgibt. Diese zweite M-Sequenz-Generatorschaltung wird dazu eingesetzt, eine M-Sequenz zu generieren, die sich von derjenigen unterscheidet, welche die zuvor erwähnte M-Sequenz-Generatorschaltung ausgibt.
Der auf diese Weise ausgelegte Zufallsfehlersignalgenerator verändert den ersten Wert, der aus der ersten Referenzwertgeneratorschaltung synchron mit dem Takt ausgegeben wird, im Vergleich dazu zufällig, dass der erste Referenzwert, der aus der ersten Referenzwertgeneratorschaltung der vorstehenden Erfindung ausgegeben wird, sich proportional zum Takt verändert. Als Ergebnis ermöglicht es dieser Zufallsfehlersignalgenerator, die Fehlerauftritte im Zufallsfehlersignal, das aus der Bestimmungsschaltung ausgegeben wird, einer Poisson-Verteilung und der geometrischen Verteilung anzunähern.
Beim Zufallsfehlersignalgenerator der vorstehenden Erfindung gibt die M-Sequenz-Generatorschaltung Bitdaten mit einem m-Zahlzeichen parallel aus, die erste und die zweite Referenzwertgeneratorschaltung geben die Signale mit den ersten und den zweiten Referenzwerten mit (m – 1) Zeichen, die um ein Zeichen kleiner sind als die Zahlzeichen der Bitdaten mit einem m-Zahlzeichen, an eine Vergleichsbestimmungseinheit aus, und die feststehenden Werte [0] werden als höchstwertige Zeichen eingegeben.
Beim Zufallsfehlersignalgenerator der vorstehenden Erfindung gibt die M-Sequenz-Generatorschaltung Bitdaten mit einem m-Zahlzeichen parallel aus, die erste und die zweite Referenzwertgeneratorschaltung geben Signale mit den ersten und zweiten Referenzwerten mit (m – 1) Zeichen, die um ein Zeichen kleiner sind als die Zahlzeichen der Bitdaten dem m-Zahlzeichen, an die Vergleichs- und Bestimmungsschaltung aus, und der erste und der zweite Komparator empfangen einen feststehenden Wert [0] als das höchstwertige Zeichen.
Das heißt, der aus der ersten Referenzwertgeneratorschaltung ausgegebene numerische Wert überschreitet einen Höchstwert 2^m nicht, der als ein numerischer Wert mit einem m-Zeichen angesetzt werden kann, der in ein Ende jedes Komparators eingegeben wird.
Eine andere Erfindung umfasst eine Auswahleinrichtung, um einen vorbestimmten Wert auszuwählen und anzusetzen, der seinen Wert bei jedem Eingang eines Takts des ersten Referenzausgangs aus der ersten Referenzwertgeneratorschaltung im Zufallsfehlersignalgenerator der vorstehenden Erfindung ändert.
Darüber hinaus umfasst ein Zufallsfehlersignalgenerator einer weiteren Erfindung eine Taktschaltung, die Takte mit vorbestimmten Zyklen ausgibt, eine M-Sequenz-Generatorschaltung mit mehreren in Reihe geschalteten Registern, und die parallel bei jedem Takteingang mehrere Teile von Bitdaten ausgibt, die in jedem Register gespeichert sind, eine erste Referenzwertgeneratorschaltung, die sequentiell einen ersten Referenzwert ausgibt, der sich bei jedem Eingang des Takts um einen vorbestimmten Wert ändert, eine zweite Referenzwertgeneratorschaltung, die sequentiell synchron mit den Takten einen zweiten Referenzwert ausgibt, der sich um einen Bereichswert, der einer genau festgelegten Fehlerrate entspricht, vom ersten Referenzwert verschoben hat, der sequentiell synchron mit den Takten aus der ersten Referenzwertgeneratorschaltung ausgegeben wird, und eine Vergleichs- und Bestimmungseinheit, die als einen numerischen Wert mehrere Teile von Bitdaten übernimmt, die sequentiell parallel aus der M-Sequenz-Generatorschaltung ausgegeben werden, und synchron mit den Takten Zufallsfehlersignale als Fehlerbits ausgibt, wenn der numerische Wert zwischen den separat genommenen ersten und zweiten Referenzwerten liegt.
Bei dem auf diese Weise ausgelegten Zufallsfehlersignalgenerator integriert eine Vergleichs- und Bestimmungseinheit die Funktionen des ersten Komparators, des zweiten Komparators und der Bestimmungsschaltung der zuvor erwähnten Erfindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschema, das einen schematischen Aufbau eines Zufallsfehlersignalgenerators nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau einer M-Sequenz-Generatorschaltung zeigt, die in den in 1 gezeigten Zufallsfehlersignalgenerator mit eingebunden ist;
3 ist ein Blockschema, das einen Aufbau einer ersten Referenzwertgeneratorschaltung zeigt, die in den in 1 gezeigten Zufallsfehlersignalgenerator mit eingebunden ist;
4 ist eine beispielhafte grafische Darstellung, die ein Verhältnis zwischen Veränderungen bei den Referenzwerten zeigt, die aus der ersten und zweiten Referenzwertgeneratorschaltung ausgegeben werden, die in den in 1 gezeigten Zufallsfehlersignalgenerator mit eingebunden sind;
5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das einen Funktionsablauf in jeder Einheit des in 1 gezeigten Zufallsfehlersignalgenerators darstellt;
6 ist eine grafische Darstellung, die eine Zähleigenschaft eines Zufallsfehlersignals zeigt, das von dem in 1 gezeigten Zufallsfehlersignalgenerator generiert wurde;
7 ist eine grafische Darstellung, die eine Abstandseigenschaft des Zufallsfehlersignals zeigt, das von dem in 1 gezeigten Zufallsfehlersignalgenerator generiert wurde;
8 ist eine grafische Darstellung, die eine Zähleigenschaft eines Zufallsfehlersignals zeigt, das von dem in 1 gezeigten Zufallsfehlersignalgenerator unter einer Bedingung generiert wurde, dass der erste Referenzwert darin festgelegt wurde;
9 ist eine grafische Darstellung, die eine Abstandseigenschaft eines Zufallsfehlersignals zeigt, das von dem in 1 gezeigten Zufallsfehlersignalgenerator unter einer Bedingung generiert wurde, dass der erste Referenzwert darin festgelegt wurde;
10 ist ein Blockschema, das einen schematischen Aufbau eines Zufallsfehlersignalgenerators nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
11 ist eine beispielhafte grafische Darstellung, die eine Veränderung bei jedem Referenzwert der ersten und der zweiten Referenzwertgeneratorschaltung in dem in 10 gezeigten Zufallsfehlersignalgenerator zeigt;
12 ist ein Blockschema, das einen schematischen Aufbau eines Zufallsfehlersignalgenerators nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
13 ist ein Blockschema, das einen schematischen Aufbau eines Zufallsfehlersignalgenerators nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
14 ist eine Schaltungsansicht, die einen schematischen Aufbau einer herkömmlichen Testvorrichtung zeigt, die mit einem Zufallsfehlersignalgenerator versehen ist;
15 ist ein Blockschema, das einen schematischen Aufbau eines herkömmlichen Zufallsfehlersignalgenerators zeigt;
16 ist eine Schaltungsansicht, die eine M-Sequenz-Generatorschaltung zeigt, die in den in 15 gezeigten Zufallsfehlersignalgenerator mit eingebunden ist; und
17 ist ein Zeitablaufdiagramm, das einen Funktionsablauf bei jeder Einheit in dem in 15 gezeigten herkömmlichen Zufallsfehlersignalgenerator zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend wird ein Zufallsfehlersignalgenerator nach einer Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
[Erste Ausführungsform]
1 zeigt ein Bockschema, das einen schematischen Aufbau eines Zufallsfehlersignalgenerators nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt. Gleiche Symbole sind denselben Bauteilen wie denjenigen des in 15 gezeigten herkömmlichen Zufallsfehlersignalgenerators zugewiesen, und deren ausführliche Beschreibung unterbleibt.
Eine M-Sequenz-Generatorschaltung 6 (M ist die längste Sequenz), die in einen Zufallsfehlersignalgenerator 20 nach der ersten Ausführungsform mit eingebunden ist, setzt sich aus Register 7 mit m Stufen und einem oder mehreren EXKLUSIV-ODER-Glied/ern 8 zusammen, wie in 2 gezeigt ist. Wenn ein Takt CLK von einer externen Taktschaltung 9 her an jedes Register 7 angelegt wird, gibt die M-Sequenz-Generatorschaltung 6 Pseudozufallssignale mit einem Zyklus (2^m – 1) aus einem Ausgangsanschluss 10 der Schaltung 6 aus. Bei jedem Eingang des Takts CLK gibt die M-Sequenz-Generatorschaltung 6 jeweils die in jedem Register 7 gespeicherten Bitdaten mit m Teilen parallel miteinander aus.
Die einzelnen Bitdaten mit m Teilen, die aus der M-Sequenz-Generatorschaltung 6 parallel ausgegeben werden, werden jeweils an einen Eingangsanschluss (X-Anschluss) eines ersten Komparators 1 und eines zweiten Komparators 2, welche die gleiche Auslegung haben, angelegt.
Eine erste Referenzwertgeneratorschaltung 23 legt ein erstes Referenzwertsignal mit einem ersten Referenzwert C mit einer m-Bit-Auslegung, das seinen Wert sequentiell um einer vorbestimmten Wert bei jedem Eingang des Takts CLK von der Taktschaltung 9 her erhöht, an den anderen Eingangsanschluss (Y-Anschluss) des ersten Komparators 21 an, und legt das erste Referenzwertsignal auch an eine zweite Referenzwertgeneratorschaltung 24 an.
3 zeigt ein Blockschema, das einen detaillierten Aufbau der ersten in 1 gezeigten Referenzwertgeneratorschaltung 23 darstellt. Ein Taktzähler 25 zählt Eingangstakte, um die Anzahl N von gezählten Takten an einen Vervielfacher 26 zu schicken. Der Vervielfacher 26 multipliziert die Anzahl N mit einem vorbestimmten Wert K, um einen ersten Referenzwert C (= n × K) zu erhalten, legt den ersten Referenzwert C an den anderen Eingangsanschluss (Y-Anschluss) des ersten Komparators 21 an, und legt den Wert C auch an die zweite Referenzwertgeneratorschaltung 24 an. Da der erste Referenzwert C dadurch erhalten wird, dass die Anzahl N mit dem vorbestimmten Wert K multipliziert wird, nimmt der Wert C bei jedem Eingang des Takts CLK um einen vorbestimmten Wert (Schrittweite) zu. Der vorbestimmte Wert (Schrittweite) K kann mittels einer Schrittweiteneinstelleinheit 28 willkürlich einstellbar sein.
Die zweite Referenzwertgeneratorschaltung 24 berechnet einen zweiten Referenzwert D mit einer m-Bit-Auslegung, worin der erste Referenzwert C, der sequentiell synchron mit dem Takt CLK aus der ersten Referenzwertgeneratorschaltung 23 ausgegeben wird, mit einem bestimmten Bereichswert E addiert wird, und legt das zweite Referenzsignal mit dem zweiten Referenzwert D synchron mit dem Takt CLK an den anderen Eingangsanschluss (Y-Anschluss) des zweiten Komparators 22 an. Bei der zweiten Referenzwertgeneratorschaltung 24 wird der bestimmte Bereichswert E in Übereinstimmung mit der genau festgelegten (Ziel-)Fehlerrate p generiert, die extern genau festgelegt wird, und der zweite Referenzwert wird innerhalb des Bereichs des Bereichswerts E mit der genau festgelegten Fehlerrate p generiert.
Der erste Komparator 21 übernimmt als einen numerischen Wert A parallel ausgegebene m Teile (Bits) von Daten, die von der M-Sequenz-Generatorschaltung 6 her an einen Eingangsanschluss (X-Anschluss) angelegt wurden. Entsprechend übernimmt der erste Komparator 21 auch als einen numerischen Wert den ersten Referenzwert C von parallel ausgegebenen m-Bits, die von der ersten Referenzwertgeneratorschaltung 23 her an den anderen Eingangsanschluss (Y-Anschluss) angelegt wurden. Falls der aus einem Eingangsanschluss (X-Anschluss) entnommene numerische Wert A nicht kleiner ist als der erste Referenzwert C, der aus dem anderen Eingangsanschluss (Y-Anschluss) entnommen wurde, schickt der erste Komparator 21 ein Unterseiten-(Grenz-)-Bestimmungssignal d1 mit dem Wert [1] an eine Bestimmungsschaltung 29.
Der zweite Komparator 22 übernimmt als einen numerischen Wert A parallel ausgegebene m Teile (Bits) von Daten, die von der M-Sequenz-Generatorschaltung 6 her an einen Eingangsanschluss (X-Anschluss) angelegt wurden. Entsprechend übernimmt der zweite Komparator 22 als einen numerischen Wert einen parallel ausgegebenen zweiten m-Bit-Referenzwert D, der von der zweiten Referenzwertgeneratorschaltung 24 her an den anderen Eingangsanschluss (Y-Anschluss) angelegt wurde. Falls der aus einem Eingangsanschluss (Y-Anschluss) entnommene numerische Wert nicht größer ist als der zweite Referenzwert D, der aus dem anderen Eingangsanschluss (Y-Anschluss) entnommen wurde, schickt der zweite Komparator 22 ein Oberseiten-(Grenz-)-Bestimmungssignal d₂ mit dem Wert [1] an die Bestimmungsschaltung 29.
Zum Beispiel besteht die Bestimmungsschaltung 29 aus einem UND-Glied und gibt das Zufallsfehlersignal b₁ als Fehlerbit mit dem Wert [1] nur dann synchron mit dem Takt CLK aus, wenn das Unterseiten-Bestimmungssignal d₁ mit dem Wert [1] vom ersten Komparator 21 her eingegeben wird und das Oberseiten-Bestimmungssignal d₂ mit dem Wert [1] gleichzeitig vom zweiten Komparator 22 her eingegeben wird.
Bei dem Zufallsfehlersignalgenerator 20 der ersten Ausführungsform, der auf diese Weise ausgelegt ist, nimmt der erste Referenzwert C, der sequentiell synchron mit dem Takt CLK aus der ersten Referenzwertgeneratorschaltung 23 ausgegeben wird, bei jedem Eingang des Takts CLK um den vorbestimmten Wert K zu (C = N × K). Der zweite Referenzwert D, der sequentiell synchron mit dem Takt CLK aus der zweiten Referenzwertgeneratorschaltung 24 ausgegeben wird, wird als ein Wert (D = C + E) bestimmt, worin der erste Referenzwert C mit dem in Übereinstimmung mit der genau festgelegten Fehlerrate definierten Bereichswert E addiert wird.
4 zeigt eine grafische Darstellung, die ein Verhältnis zwischen durch die Anzahl N von Takten gezeigten zeitlichen Veränderungen am numerischen Wert A, der in jeweils einen Eingangsanschluss (X-Anschluss) des ersten und zweiten Komparators 21, 22 eingegeben wird, an den ersten Referenzwerten C (= N × K) und den zweiten Referenzwerten D (= C + E) darstellt. In 4 sind die Kennziffern B dargestellt, um die Referenzwerte B zu vergleichen, bei denen es sich um feststehende Werte handelt, die bei dem in 15 gezeigten herkömmlichen Zufallsfehlersignalgenerator 3 aus der Referenzwertgeneratorschaltung 12 ausgegeben werden.
In 4 ist die Anzahl m der Register 7 der M-Sequenz-Generatorschaltung 6 mit 7 angesetzt, und ein einfaches Polynom zur Bestimmung der Beschaffenheit der M-Sequenz-Generatorschaltung 6 wird als x⁷ + y + 1 ausgedrückt. Im Ergebnis hat ein Zyklus einen Taktzyklus von (2^m – 1) = 127, und der numerische Wert A nimmt einen Wert innerhalb von 0 bis 127 an. Die Fehlerrate p ist als 16/127 ≅ 1/8 definiert. Somit ist der Referenzwert B, bei dem es sich um einen feststehenden Wert handelt, gleich 16. Der vorbestimmte Wert K, worin sich der erste Referenzwert C synchron mit dem Takt CLK ändert, ist [2], und der Bereichswert E, der dem ersten Referenzwert C hinzugefügt werden soll, ist [16], was derselbe wie der Referenzwert B ist, bei dem es sich um den feststehenden Wert handelt.
Während, wie aus 4 klar hervorgeht, die Referenzwertgeneratorschaltung 12 beim herkömmlichen Zufallsfehlersignalgenerator 3 den Referenzwert B generiert, der aufgrund der genau festgelegten Fehlerrate als der feststehende Wert definiert ist, generiert die zweite Referenzwertgeneratorschaltung 24 bei dem in 1 gezeigten Zufallsfehlersignalgenerator 20 den zweiten Referenzwert D als einen Wert, bei dem der erste Referenzwert C (= N × K), der mit der Zunahme bei der Anzahl N von Takten verändert werden soll, und der erste Referenzwert C (= N × K) mit dem Bereichswert E addiert wird, der in Übereinstimmung mit der genau festgelegten Fehlerrate definiert ist.
Wie sich aus 4 in Erfahrung bringen lässt, behalten der erste Referenzwert C und der zweite Referenzwert D in jeder der Anzahl N von Takten durch den Bereichswert E separat voneinander ein Parallelverhältnis, und der Abstand (Bereichswert E) zwischen dem ersten Referenzwert C und dem zweiten Referenzwert D entspricht dem Referenzwert B, bei dem es sich um einen feststehenden Wert handelt. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit, dass der numerische Wert A, der bei jedem Takt CLK, der jeweils von der M-Sequenz-Generatorschaltung 6 in ein Ende des ersten und zweiten Komparators 21, 22 eingegeben wird, nicht kleiner wird als der erste Referenzwert C und nicht größer als der zweite Referenzwert D, das heißt, die Wahrscheinlichkeit eines Vorkommens im Bereich E wird zur zielorientierten Fehlerrate p. Deshalb wird die Fehlerrate des aus der Bestimmungsschaltung 29 ausgegebenen Zufallsfehlersignals b₂ zur genau festgelegten Fehlerrate p.
Da darüber hinaus der Bereich zur Bestimmung, ob das Auftreten des Fehlers sich entsprechend der Anzahl N von Takten in hohem Maße verändert, auch wenn die numerischen Werte A, die jeweils in ein Ende des ersten und des zweiten Komparators 21, 22 eingegeben werden, sich nicht so sehr ändern, da die ersten und zweiten Referenzwerte C, D, die in die anderen Enden der Komparatoren 21, 22 eingegeben werden, sich in hohem Maße verändern, wird die Verteilung der Fehlerauftritte nicht verzerrt. Dann kann die Fehlerverteilung weiter einer Poisson-Verteilung angenähert werden, und die darauffolgenden Fehlerauftrittsabstände der aufgetretenen Fehler können der geometrischen Verteilung angenähert werden.
Dies wird mit Bezug auf ein in 5 gezeigtes konkretes Beispiel beschrieben. 5 zeigt ein Zeitablaufdiagramm, das Vergleichsfunktionsabläufe zwischen dem ersten Komparator 21, dem zweiten Komparator 22 und der Bestimmungsschaltung 29 darstellt. Es wird davon ausgegangen, dass jeder numerische Wert A und jeder Referenzwert C, D, der von der M-Sequenz-Generatorschaltung 6, der ersten Referenzwert-Generatorschaltung 23 und der zweiten Referenzwert-Generatorschaltung 24 in jeden Eingangsanschluss des ersten und des zweiten Komparators 21, 22 eingegeben wird, jeweils 10 Zahlzeichen (m = 10) besitzt.
Es wird davon ausgegangen, dass, wenn ein Takt CLK eingegeben wird, wenn parallel ausgegebene Daten mit 10 Bits (m = 10), die aus 10 Sätzen jedes Registers 7 der M-Sequenz-Generatorschaltung 6 ausgegeben werden, [1000000000] ausmachen, der numerische Wert E, welcher der zielorientierten (genau festgelegten) Fehlerrate p entsprechen, dem Wert [4] gleichwertig ist, bei dem es sich um denselben wie denjenigen des Referenzwerts B handelt.
Wenn sich die Daten mit 10 Bits (m = 10) aus der M-Sequenz-Generatorschaltung 6 ändern, ändert sich der numerische Wert A an jedem Eingangsanschluss (X-Anschluss) jedes Komparators 21, 22 jedes Mal, wenn der Takt CLK eingegeben wird, wie bei (a) von 5 gezeigt ist, in der Größenordnung von [1] → [2] → [4] → [8], ..., wie bei (b) von 5 gezeigt ist.
Wenn sich, wie bei (c) von 5 gezeigt, der erste Referenzwert C in der Größenordnung von [0] → [3] → [6] → [9] → (K = 3) jedes Mal, wenn der Takt CLK eingegeben wird, wie bei (c) von 5 gezeigt, ändert, verändert sich der zweite Referenzwert D, der dadurch generiert wird, dass der numerische Wert (E = 4) so definiert wird, dass er der Fehlerrate p entspricht, zum ersten Referenzwert C addiert wird, in der Größenordnung von [4] → [7] → [10] → [13] →, ..., wie bei (e) von 5 gezeigt ist.
Wenn wie bei (d) von 5 gezeigt, der numerische Wert A bei jedem der Anzahl N der Takte des ersten Komparators 21 nicht kleiner ist als der erste Referenzwert C, verändert sich das Unterseiten-Bestimmungssignal d₁, das [1] betragen soll, in der Größenordnung von [1] → [0] → [0] → [0] →, ..., bei jedem der Anzahl N der Takte. Darüber hinaus verändert sich das Oberseiten-Bestimmungssignal d₂, das [1] betragen soll, wenn der numerische Wert A bei jedem der Anzahl N der Takte des zweiten Komparators 22 nicht größer ist als der zweite Referenzwert D, in der Größenordnung von [1] → [1] → [1] → [1] →, ..., bei jedem der Anzahl N der Takte, wie bei (f) von 5 gezeigt ist.
Das Fehlerbit des Zufallsfehlersignals b₂, wobei sowohl das Unterseiten-Bestimmungssignal d₁ als auch das Oberseiten-Bestimmungssignal d₂ der Bestimmungsschaltung 29 dem Wert [1] gleichwertig sind, verändert sich in der Größenordnung von [1] → [0] → [0] → [0] →, ..., bei jedem der Anzahl N der Takte, wie bei (g) von 5 gezeigt ist.
Auf diese Weise lassen sich die letztendlich erhaltenen Fehlerauftritte des Fehlersignals b₂ beim Zufallsfehlersignalgenerator 20 der ersten Ausführungsform im Vergleich zu einem Fall in hohem Ausmaß verteilen, bei dem die Fehlersignalgenerierung unter derselben Bedingung, aber mit dem in 17 gezeigten herkömmlichen Signalgenerator erfolgt.
6 zeigt ein Messergebnis einer Fehlerauftrittsverteilung (Zähleigenschaft) innerhalb einer vorbestimmten Zählzeit des Zufallsfehlersignals b₂, das vom Zufallsfehlersignalgenerator 20 der ersten Ausführungsform generiert wurde.
Darin sind die Anzahl von Registern 7 der M-Sequenz-Generatorschaltung 6: m = 25, in einfaches Polynom, das eine Kennlinie der M-Sequenz-Generatorschaltung 6 eindeutig definiert: x²⁵ + x³ + 1,
eine Fehlerrate: p = 10^–3
ein Übergang bei der Anzahl N von jedem der Takte mit dem ersten Referenzwert C: (K = 1.000)
[0] → [1.000] → [2.000] → [3.000] → [4.000] → A,
der einer Fehlerrate p entsprechende Wert E, der zum ersten Referenzwert C addiert werden soll: E = 33554.
Das durch die senkrechten Kästchen von 6 angegebene Messergebnis wurde als einer durch schwarze Quadrate angegebenen Poisson-Verteilung angenähert interpretiert.
7 zeigt eine Messübersicht einer Verteilungskennlinie (Abstandseigenschaft) zwischen aufeinanderfolgenden Fehlerauftrittsabständen desselben Zufallsfehlersignals b₂, aus dem das Messergebnis mit der Fehlerverteilung von 6 erhalten wurde. Aus dem in 7 gezeigten Messergebnis ist zu erkennen, dass sich die Verteilungskennlinie der durch schwarze Quadrate angegebenen geometrischen Verteilung annähert.
8 zeigt eine Ansicht, die ein Messergebnis einer Fehlerauftrittsverteilung (Zähleigenschaft) innerhalb einer vorbestimmten Zählzeit eines Zufallsfehlersignals b₃ darstellt, das unter beinahe derselben Bedingung wie derjenigen des herkömmlichen Signalgenerators von 15 generiert wurde, indem der erste Referenzwert C in der ersten Referenzwertgeneratorschaltung 23 mit einem feststehenden Wert [C = 0] angesetzt wurde, und deshalb ist im Zufallsfehlersignalgenerator der ersten Ausführungsform der Erfindung der sich ergebende zweite Referenzwert D mit D = E (feststehend) angesetzt.
Wie aus diesem Messergebnis klar hervorgeht, weicht die Fehlerauftrittsverteilung (Zähleigenschaft) innerhalb der gemessenen vorbestimmten Zählzeit in hohem Maße von einer Poisson-Verteilung ab.
9 zeigt eine Messübersicht einer Verteilungskennlinie (Abstandseigenschaft) aufeinanderfolgender Fehlerauftrittsabstände der gleichen Zufallsfehlersignale b₃.
Auch in diesem Messergebnis ist zu erkennen, dass die Verteilungskennlinie (Abstandseigenschaft) der gemessenen aufeinanderfolgenden Fehlerauftrittsabstände in hohem Maße von der durch schwarze Quadrate angegebenen geometrischen Verteilung abweicht.
Speziell drückt in 9 der Messwert, der sich am weitesten links befindet und extrem größer ist als ein durch die geometrische Verteilung zu erwartender Wert, ein Auftreten eines Phänomens aus, bei dem Zufallsfehlersignale konzentriert sind (d. h. der darauffolgende Fehlergenerierungsabstand kurz ist) und beim herkömmlichen Zufallsfehlersignalgenerator in einer genau festgelegten Zeit generiert werden.
Auf diese Weise wird klar, dass mit einer Zunahme beim ersten und zweiten Referenzwert C, D bei jedem Eingang des Takts, sich die Anzahl der Häufigkeiten von Fehlerauftritten im generierten Zufallsfehlersignal b₂ innerhalb einer vorbestimmten Zählzeit einer Poisson-Verteilung annähert und sich auch der Auftrittszeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Fehlern der geometrischen Verteilung annähert.
In der in 1 gezeigten Schaltung können der erste und der zweite Komparator 21, 22 und die Bestimmungsschaltung 29 in einem Modul aufgebaut und durch ein Vergleichs- und Bestimmungsschaltungsmodul gebildet sein.
[Zweite Ausführungsform]
10 zeigt ein Blockschema, das einen schematischen Aufbau eines Zufallsfehlersignalgenerators nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt. Dieselben Bauteile wie diejenigen des Zufallsfehlersignalgenerators 20 der ersten Ausführungsform der Erfindung sind durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und die ausführliche Erläuterung für sich überschneidende Bauteile wird weggelassen.
Beim Zufallsfehlersignalgenerator 20a der zweiten Ausführungsform besteht eine erste Referenzwertgeneratorschaltung 23a aus einer zweiten M-Sequenz-Generatorschaltung 30. Die restliche Auslegung ist beinahe dieselbe wie die des in 1 gezeigten Zufallsfehlersignalgenerators 20 der ersten Ausführungsform.
Die zweite M-Sequenz-Generatorschaltung 30, die in der ersten Referenzwertgeneratorschaltung 23a eingebaut ist, gibt mehrere (m) Teile (Bits) von Daten parallel aus, und die Daten unterscheiden sich von denjenigen, welche die M-Sequenz-Generatorschaltung 6 ausgibt. Obwohl die zweite M-Sequenz-Generatorschaltung 30 dieselbe Anzahl m der Register 7 besitzt wie die M-Sequenz-Generatorschaltung 6 und Pseudozufallssignale mit einem Zyklus 2^m – 1 generiert, wird das einfache Polynom, das die Kennlinie der M-Sequenz-Generatorschaltung bestimmt, eindeutig anders ausgelegt als dasjenige der M-Sequenz-Generatorschaltung 6, indem das Register 7 einer Versorgungsquelle von Bitdaten verändert wird, die in das EXKLUSIV-ODER-Glied 8 eingespeist werden sollen.
Im Ergebnis schickt die zweite M-Sequenz-Generatorschaltung 30 parallel ausgegebene m Teile (Bits) von Daten mit einer Codefolge, die sich von derjenigen der M-Sequenz-Generatorschaltung 6 unterscheidet, als einen ersten Referenzwert C an den anderen Eingangsanschluss (Y-Anschluss) des ersten Komparators 21, und schickt sie auch an die zweite Referenzwertgeneratorschaltung 24.
Die zweite Referenzwertgeneratorschaltung 24 generiert einen zweiten Referenzwert D, in dem ein Wert E, der einer Fehlerrate p entspricht, zum ersten, aus der ersten Referenzwertgeneratorschaltung 23a ausgegebenen Referenzwert C hinzuaddiert ist, und schickt den Referenzwert D an den anderen Eingangsanschluss (Y-Anschluss) des zweiten Komparators 22.
11 zeigt eine Veränderung beim ersten Referenzwert C, dem zweiten Referenzwert D und der Anzahl N von jedem der Takte. Da sich der erste und der zweite Referenzwert C, D in einem Zustand nach und nach (schrittweise) zufällig verändern, in dem die Werte C, D gegenseitig einen vorbestimmten Abstand E in Übereinstimmung mit der Anzahl N von jedem der Takte haben, können die kontinuierlichen Auftritte der Fehler verhindert werden.
Deshalb nähert sich beim Zufallsfehlersignal b₂, das vom Signalgenerator 20a der zweiten Ausführungsform generiert wird, die Anzahl der Häufigkeiten von Fehlerauftritten innerhalb einer vorbestimmten Zählzeit einer Poisson-Verteilung an, und die Zeitabstände der Auftritte von zwei aufeinanderfolgenden Fehlern nähern sich einer geometrischen Verteilung an.
Auch in der in 10 gezeigten Schaltung können der erste und der zweite Komparator 21, 22 und die Bestimmungsschaltung 29 in einem Modul hergestellt und durch eine Vergleichs- und Bestimmungsschaltung gebildet sein.
[Dritte Ausführungsform]
12 zeigt ein Blockschema, das einen schematischen Aufbau eines Zufallsfehlersignalgenerators nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt. Dieselben Bauteile wie diejenigen des in 1 gezeigten Zufallsfehlersignalgenerators 20 der ersten Ausführungsform der Erfindung sind durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und die ausführliche Erläuterung für sich überschneidende Bauteile wird weggelassen.
Bei einem Zufallsfehlersignalgenerator 20b der dritten Ausführungsform schickt eine erste Referenzwertgeneratorschaltung 23b einen ersten Referenzwert C₁ mit (m – 1) Zahlzeichen, der um ein Zahlzeichen kleiner ist als die Zahl m, paralleler Bitdaten, die aus der M-Sequenz-Generatorschaltung 6 ausgegeben werden, bis zu einem niedrigstwertigen Zahlzeichen (1, 2, ..., m – 1) mit Ausnahme des höchstwertigen Zahlzeichens (m), an den anderen Eingangsanschluss (Y-Anschluss) des ersten Komparators 21, und schickt den Referenzwert C₁ an eine zweite Referenzwertgeneratorschaltung 24a. Ein feststehender Bitwert [0] wurde dem höchstwertigen Zahlzeichen (m) am anderen Eingangsanschluss (Y-Anschluss) des ersten Komparators 21 zugeteilt.
Die zweite Referenzwertgeneratorschaltung 24a generiert einen zweiten Referenzwert D₁ mit einem (m – 1)-Zahlzeichen, bei dem ein in Übereinstimmung mit einer Fehlerrate p definierter Wert E einem ersten Referenzwert C₁ mit einem (M – 1)-Zahlzeichen, der um ein Zahlzeichen kleiner ist als die Anzahl m von Teilen (Bits) von parallel eingegebenen Bitdaten, hinzuaddiert wird, um den zweiten Referenzwert D₁ an den anderen Eingangsanschluss (Y-Anschluss) des Komparators 22 zu schicken. Ein feststehender Bitwert [0] wird dem obersten Zahlzeichen (m) am anderen Anschluss (Y-Anschluss) des zweiten Komparators 22 zugeteilt.
Der erste und der zweite Komparator 21, 22 übernehmen als einen numerischen Wert A parallele m Teile (Bits) von Daten, die von der M-Sequenz-Generatorschaltung 6 her in einen Eingangsanschluss (Y-Anschluss) eingespeist werden. Entsprechend übernehmen die Komparatoren 21, 22 wieder als den ersten Referenzwert C₁ und den zweiten Referenzwert D₁ Daten mit insgesamt m-Zahlzeichen eines Zahlzeichens des höchstwertigen [0] und (m – 1)-Zahlzeichen des ersten und des zweiten Referenzwerts C₁ und D₁. Danach wird das endgültige Zufallsfehlersignal b₂ entsprechend der Vorgehensweise erhalten, die für die erste Ausführungsform beschrieben wurde.
Bei einem solchen Zufallsfehlersignalgenerator 20d der dritten Ausführungsform werden der erste Referenzwert C₁ und der zweite Referenzwert D₁, die aus der ersten Referenzwertgeneratorschaltung 23b bzw. der zweiten Referenzwertgeneratorschaltung 24a ausgegeben werden, so definiert, dass sie einen Höchstwert 2^m nicht überschreiten und auf den numerischen Wert A mit m Zahlzeichen eingestellt werden können, der in einen Eingangsanschluss (X-Anschluss) des ersten und zweiten Komparators 21, 22 eingegeben wird. Deshalb kann der Schaltungsaufbau einfach ausgelegt werden, und es können Zufallsfehlersignale mit hoher Genauigkeit generiert werden.
Auch in der in 12 gezeigten Schaltung können der erste und der zweite Komparator 21, 22 in Modulen hergestellt und durch eine Vergleichs- und Bestimmungsschaltung gebildet sein.
[Vierte Ausführungsform]
13 zeigt ein Blockschema, das einen schematischen Aufbau eines Zufallsfehlersignalgenerators nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt. Dieselben Bauteile wie diejenigen des in 1 gezeigten Zufallsfehlersignalgenerators 20 der ersten Ausführungsform der Erfindung sind durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und die ausführliche Erläuterung für sich überschneidende Bauteile wird weggelassen.
Bei einem Zufallsfehlersignalgenerator 20c der vierten Ausführungsform sind der erste und der zweite Komparator 21, 22 und die Bestimmungsschaltung 29, die in 1 gezeigt sind, durch eine Vergleichs- und Bestimmungseinheit 32 ersetzt, die Vergleichs- und Bestimmungseinheit 32 ist mit drei Eingangsanschlüssen versehen, bei denen es sich um einen X-Eingangsanschluss handelt, in den parallele m Teile (Bits) von Daten aus der M-Sequenz-Generatorschaltung 6 eingespeist werden, einen Y-Anschluss, in den ein erster Referenzwert C mit einem m-Bit-Aufbau aus der ersten Referenzwertgeneratorschaltung 23 eingespeist wird, und einen Z-Eingangsanschluss, in den ein zweiter Referenzwert D mit einem m-Bit-Aufbau aus der zweiten Referenzwertgeneratorschaltung 24 eingespeist wird.
Die Vergleichs- und Bestimmungseinheit 32 zeichnet als einen numerischen Wert A Bitdaten mit m-Bits auf, die von der M-Sequenz-Generatorschaltung 6 her in den X-Eingangsanschluss eingespeist werden, und gibt ein Zufallsfehlersignal b₂ als Fehlerbit aus, wenn der numerische Wert A zwischen dem ersten, synchron mit dem Takt CLK in den Y-Eingangsanschluss eingegebenen Referenzwert C und dem zweiten, synchron mit dem Takt CLK in den Z-Anschluss eingegebenen Referenzwert liegt.
In der vierten Ausführungsform genügt es, wenn der numerische Wert E, welcher der Fehlerrate p entspricht, zwischen dem ersten und dem zweiten Referenzwert C, D liegt, und ein Größenverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Referenzwert C, D ist nicht besonders eingeschränkt.
Auch der auf diese Weise aufgebaute Zufallsfehlersignalgenerator 20c der vierten Ausführungsform ermöglicht es, eine Auswirkung auf den Funktionsablauf zu haben, die beinahe dieselbe wie diejenige des Zufallsfehlersignalgenerators 20 der ersten Ausführungsform ist.
Wie vorstehend erwähnt, verändert der erfindungsgemäße Zufallsfehlersignalgenerator sequentiell den ersten und den zweiten Referenzwert synchron mit den Takten und hält dabei die Abstände aufrecht, die der Zielfehlerrate entsprechen. Somit kann der Generator die Fehlerrate des auszugebenden Zufallsfehlersignals mit der genau festgelegten Fehlerrate abstimmen, kann darüber hinaus die Fehlerverteilung der Fehler einer Poisson-Verteilung annähern, und kann die aufeinanderfolgenden Fehlerauftrittsabstände der geometrischen Verteilung annähern.

Claims

Zufallsfehlersignalgenerator, Folgendes aufweisend: eine Taktschaltung (9), die Takte mit vorbestimmten Zyklen ausgibt; eine M-Sequenz-Generatorschaltung (6) mit mehreren Registern, wobei die M-Sequenz-Generatorschaltung (6) mehrere Teile von Bitdaten, die in jedem Register gespeichert sind, im Ansprechen auf die Takte ausgibt; und eine Vergleichs- und Bestimmungseinheit (32), die ein Fehlerbit oder Fehlerbits enthaltende Zufallsfehlersignale ausgibt, die auf Grundlage eines Vergleichs zwischen den aus der M-Sequenz-Generatorschaltung (6) ausgegebenen Bitdaten und einer Referenz generiert werden; dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz erste Referenzwerte und zweite Referenzwerte umfasst, und wobei der Zufalls fehlersignalgenerator darüber hinaus aufweist: eine erste Referenzwertgeneratorschaltung (23), die sequentiell die ersten Referenzwerte ausgibt, die mit einem vorbestimmten Wert in Abhängigkeit von jedem Eingang des Takts verändert werden; und eine zweite Referenzwertgeneratorschaltung (24), die sequentiell die zweiten Referenzwerte synchron mit den Takten ausgibt, wobei die zweiten Referenzwerte von den ersten Referenzwerten um einen Bereich verschoben sind, der in Abhängigkeit von einer genau festgelegten Fehlerrate bestimmt ist, wobei die Vergleichs- und Bestimmungseinheit (32) als einen numerischen Wert mehrere Teile von Bitdaten übernimmt, die sequentiell parallel aus der M-Sequenz-Generatorschaltung ausgegeben werden, und einen ersten Referenzwert und einen zweiten Referenzwert übernimmt und synchron mit den Takten Zufallsfehlersignale als Fehlerbits ausgibt, wenn der aus der M-Sequenz-Generatorschaltung entnommene numerische Wert zwischen dem ersten Referenzwert und dem zweiten Referenzwert liegt.
Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichs- und Bestimmungseinheit aufweist: einen ersten Komparator (21), der die mehreren Teile von Bitdaten, die sequentiell parallel aus der M-Sequenz-Generatorschaltung ausgegeben werden sollen, empfängt, die eingegebenen mehreren Teile von Bitdaten als einen numerischen Wert übernimmt, und ein Unterseiten-Bestimmungssignal ausgibt, wenn der numerische Wert gleich dem oder größer als der erste, in den ersten Komparator (21) eingegebene Referenzwert ist; einen zweiten Komparator (22), der die mehreren Teile von Bitdaten, die sequentiell parallel aus der M-Sequenz-Generatorschaltung ausgegeben werden sollen, empfängt, die eingegebenen mehreren Teile von Bitdaten als einen numerischen Wert übernimmt, und ein Oberseiten-Bestimmungssignal ausgibt, wenn der numerische Wert gleich dem oder kleiner als der zweite, in den zweiten Komparator (22) eingegebene Referenzwert ist; und eine Bestimmungsschaltung (29), welche die Zufallsfehlersignale als Fehlerbits synchron mit den Takten ausgibt, wenn der erste Komparator ein Unterseiten-Bestimmungssignal ausgibt, und wenn der zweite Komparator gleichzeitig ein Oberseiten-Bestimmungssignal ausgibt.
Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Referenzwertgeneratorschaltung (23a) eine zweite M-Sequenz-Generatorschaltung (30) umfasst, die bei jedem Eingang des Takts mehrere Teile von Bitdaten parallel ausgibt und sich die Daten von denjenigen unterscheiden, die von der M-Sequenz-Generatorschaltung ausgegeben werden.
Generator nach den Ansprüchen 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die M-Sequenz-Generatorschaltung Bitdaten mit einem m-Zahlzeichen parallel ausgibt, die erste und die zweite Referenzwertgeneratorschaltung an die Vergleichs- und Bestimmungseinheit (32) den ersten und den zweiten Referenzwert mit (m – 1) Zahlzeichen ausgeben, der um ein Zahlzeichen kleiner ist als die Anzahl von Zahlzeichen der Bitdaten mit dem m-Zahlzeichen, und die Vergleichs- und Bestimmungseinheit (32) feststehende Werte mit dem Wert [0] als höchstwertige Zahlzeichen empfängt.
Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die M-Sequenz-Generatorschaltung Bitdaten mit einem m-Zahlzeichen parallel ausgibt, die erste und die zweite Referenzwertgeneratorschaltung den ersten und den zweiten Referenzwert mit (m – 1) Zahlzeichen, der um ein Zahlzeichen kleiner ist als die Anzahl von Zahlzeichen der Bitdaten mit dem m-Zahlzeichen, an die Vergleichs- und Bestimmungseinheit (32) ausgeben, und der erste und der zweite Komparator (21, 22) feststehende Werte mit dem Wert [0] als höchstwertige Zahlzeichen empfangen.
Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er darüber hinaus aufweist: eine Auswahleinrichtung (28), um einen vorbestimmten Wert, der seinen Wert bei jedem Eingang des Takts ändert, aus den ersten, aus der ersten Referenzwertgeneratorschaltung ausgegebenen Referenzwerten auszuwählen und anzusetzen.