JP2001077630A

JP2001077630A - 雑音信号発生装置ならびにその利用装置

Info

Publication number: JP2001077630A
Application number: JP24712999A
Authority: JP
Inventors: Toshio Hirose; 敏夫広瀬
Original assignee: Koden Electronics Co Ltd
Current assignee: Koden Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2001-03-23
Anticipated expiration: 2019-09-01
Also published as: JP3909173B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高い周波数帯域での良好な無作為性の周波数
変化をもつ白色雑音信号の雑音信号発生装置ならびにそ
の利用装置を簡便な構成で提供する。【解決手段】逆バイアス電圧Ｖｂを変化させたときの
白色雑音信号１１ａを増幅・整流して得られる脈動波形
が所定の波形範囲内に入る特性をもつツェナーダイオー
ド１１（Ｇ）により白色雑音信号１１ａを得るととも
に、高い周波数帯域での良好な周波数変化を得るため
に、脈動波形の脈動部分を超えた電圧Ｖｂ（Ｇ）を逆バ
イアス電圧Ｖｂとして与える各手段を設けたものであ
る。ツェナーダイオード１１の選別と逆バイアス電圧Ｖ
ｂ（Ｇ）の選定とによる簡便な手段で高い周波数帯域で
の良好な周波数変化をもつ白色雑音信号１１ａを得るこ
とができる。利用装置としては、乱数などの無作為デー
タ信号を発生する無作為データ信号装置、その無作為デ
ータ信号にもとづいて通信内容を暗号化した通信信号を
通信する秘密通信装置がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ツェナーダイオ
ードに所定の逆バイアス電圧を与えることにより、無作
為性の周波数変化をもつ雑音信号、すなわち、白色雑音
信号を発生する雑音信号発生装置ならびにその利用装
置、例えば、上記の白色雑音信号にもとづいて無作為性
の変化をもつ符号または数を表すデータ信号を得る無作
為データ信号装置、上記のデータ信号によって通信内容
を変化させた秘密信号により通信を行う秘密通信装置な
どに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の雑音信号発生装置として、図６
のような雑音信号発生装置１０の構成（以下、第１従来
技術という）が、ＣＱ出版株式会社昭和６２年１月発行
「トランジスタ技術」誌ＳＰＥＣＩＡＬＮＯ．１な
どにより開示されている。なお、以下の図において、同
一の符号で示す部分は同一の機能をもつ部分である。

【０００３】図６において、ツェナーダイオード１１に
は、保護用の抵抗Ｒ１を介して直流電源による逆バイア
ス電圧＋Ｖｂを与えることにより、ツェナー電圧Ｖｚを
超えた電圧が与えられているので、ツェナー電流が流れ
るとともに、ツェナーダイオード１１の両端間に白色雑
音信号１１ａを発生する。

【０００４】この白色雑音信号１１ａは、電圧が小さい
ので、抵抗Ｒ２・Ｒ３とコンデンサＣ１とによる負帰還
回路をもつ非反転型の演算増幅回路１２で増幅して、所
要の電圧の白色雑音信号１２ａを得ている。

【０００５】また、こうした白色雑音信号１２ａにもと
づいて、無作為性の変化をもつ数、すなわち、乱数のデ
ータ信号、または、この乱数を符号に変換した無作為性
の変化をもつ符号のデータ信号（以下、これらのデータ
信号を総称して無作為データ信号という）を得る無作為
データ信号装置として、図７のような無作為データ信号
装置２０の構成（以下、第２従来技術という）が周知で
ある。

【０００６】図７において、変換回路２１は、雑音信号
発生装置１０からの白色雑音信号１２ａにおける無作為
性の周波数変化を、数の変化または符号の変化に変換し
て無作為データ信号２１ａを得る回路であって、例え
ば、白色雑音信号１２ａをリミッタ回路または微分回路
によってパルスの信号に変換し、このパルスのごく短い
所定の時間内、例えば、１μｓごとにおける発生数を計
数して得られる数、各パルスの間をクロックパルスで計
数して得られる数などを２進数のディジタル値に変換し
て得られる無作為の数による無作為データ信号、また
は、このディジタル値を５０音文字またはアルファベッ
ト文字などの符号に変換して得られる無作為の符号によ
る無作為データ信号２１ａを得るようにしたものであ
る。

【０００７】なお、上記の数による無作為データ信号２
１ａを発生する構成の場合には、例えば、図８のような
不作為性をもつ５桁の２進数を順次に発生するととも
に、例えば、同一の２進数が出現するまでの間が不等間
隔になっていることを調べるなどにより無作為性の検定
を行っていることも周知だある。

【０００８】さらに、こうした無作為データ信号２１ａ
によって通信内容を変化させることにより暗号化した秘
密信号を用いて通信を行う秘密通信装置として、図９の
ような秘密通信装置１００の構成（以下、第３従来技術
という）が、本願出願人等の出願にもとづく特開平１０
−３２６３６５号公報により開示されている。

【０００９】図９において、秘密通信装置１００は、例
えば、自動車７０側の通信装置５０と料金所８０側の通
信装置６０とで構成されており、例えば、自動車７０に
設けたＩＣカード処理装置７１と、料金所８０に設けた
料金徴収処理装置８１との間における通信処理の内容を
第三者に秘匿した安全性をもたせて通信するようにした
ものである。

【００１０】そして、各通信装置５０・６０は、それぞ
れ、各マイクロコンピュータによる制御処理部（以下、
ＣＰＵという）５１・６１により所要の制御処理を行っ
ており、通信装置５０から通信装置６０への送信処理
は、ＩＣカード処理装置７１からのＩＣカード（図示せ
ず）に関する情報データ７１ａを、無作為データ信号装
置２０（以下、２０Ａという）の無作為データ信号２１
ａ（以下、２１ａ１という）と、予め約束を取り交わし
て定めた鍵データＫを記憶した鍵記憶回路５２からの鍵
データ信号５２ａと、予め約束を取り交わして定めた秘
匿処理のためのアルゴリズムを記憶したアルゴリズム記
憶回路５４とからアルゴリズム信号５４ａとにもとづい
て、ＣＰＵ５１が暗号化処理を行って得られる暗号信号
５１ａを通信回路５５で、無線周波数の変調信号に変換
した後に増幅（以下、変調・増幅という）して得られる
信号を送信信号５５ａとし、この送信信号５５ａをアン
テナ５６から送信する。

【００１１】通信装置６０での受信処理は、送信信号５
５ａをアンテナ６６で受信して得られた受信信号６６ａ
を通信回路６５で増幅した後に検波して得られる暗号信
号６５ａとし、この暗号信号６５ａを、鍵記憶回路５２
と同様の鍵記憶回路６２からの鍵データ信号５２ａと、
アルゴリズム記憶回路５４と同様のアルゴリズム記憶回
路６４からのアルゴリズム信号５４ａにもとづいて、通
信装置５０側における無作為データ信号装置２０Ａの無
作為データ信号２１ａ１による無作為データの内容を解
読することにより、ＩＣカード処理装置７１からの情報
データ７１ａに対応する情報データ信号６１ａを得て、
この情報データ信号６１ａを料金徴収処理装置８１に与
えて所要の料金徴収処理を行わせるものである。

【００１２】また、通信装置６０から通信装置５０への
送信処理は、料金徴収処理装置８１からのＩＣカードに
対する処理データ８１ａを、無作為データ信号装置２０
Ａと同様の無作為データ信号装置２０（以下、２０Ｂと
いう）からの無作為データ信号２１ａ（以下、２１ａ２
という）と、鍵記憶回路６２からの鍵データ信号５２ａ
と、アルゴリズム記憶回路６４からアルゴリズム信号５
４ａとにもとづいて、ＣＰＵ６１が暗号化処理を行って
得られる暗号信号６１ｂを通信回路６５で変調・増幅し
て得られる信号を送信信号６５ａとし、この送信信号６
５ｂをアンテナ６６から送信する。

【００１３】通信装置５０での受信処理は、送信信号６
５ｂをアンテナ５６で受信して得られた受信信号５６ａ
を通信回路５５で増幅・検波して得られる信号を暗号信
号５６ｂとし、この暗号信号５６ｂを、鍵記憶回路５２
からの鍵データ信号５２ａと、アルゴリズム記憶回路５
４からアルゴリズム信号５４ａにもとづいて、通信装置
６０側の無作為データ信号装置２０Ｂの無作為データ信
号２１ａ２による無作為データを解読することにより、
料金徴収処理装置８１からの処理データ８１ａに対応す
る処理データ信号５１ｂを得て、この処理データ信号５
１ｂをＩＣカード処理装置７１に与えて所要の料金徴収
処理を行わせるものである。

【００１４】そして、上記の秘匿のため暗号化として
は、特定の文に隠された意味など利用する隠文式、特定
の語句を約束に従った語句に変換する約束語式、特定の
語句や文を約束に従って分散配置する分置式、特定の文
または語句の文字を約束に従って配置位置を置き換える
転置式、特定の文または語句を約束に従ってマーク・図
形などに換える換字式、または、これらの各式のうちの
複数を適宜に組み合わせた混合式などの利用する構成
（以下、第４従来技術という）が昭和４９年７月ダイヤ
モンド社発行「暗号の秘密」などによって開示されてい
る。

【００１５】したがって、上記の秘匿のためのアルゴリ
ズムの記憶は、上記の第４従来技術における暗号化のう
ちのいずれかをアルゴリズム化したもの記憶させればよ
いことも周知である。

【００１６】また、上記の第１従来技術の雑音信号発生
装置１０による白色雑音信号１２ａは、通信関連装置に
おける信号対雑音比、すなわち、Ｓ／Ｎの測定にも利用
し得ることは言うまでもない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記の第１従来技術の
構成により発生される白色雑音信号１２ａでは、ごく低
い周波数からごく高い周波数までにわたる広い周波数帯
域において、無作為性が優れた雑音信号が得られる。

【００１８】一方、最近の通信の高速化に伴い、通信周
波数帯がごく高い周波数帯域に移行するとともに、上記
の第２従来技術の構成による無作為データ信号２１ａに
おける各データの作成を高速化することが要求されてい
る。

【００１９】こうした高速化のためには、白色雑音信号
１２ａのうちの低い周波数帯域の部分を、例えば、高域
濾波回路などによって除去することにより、所定の周波
数帯域よりも高い周波数帯域での周波数変化だけをもつ
白色雑音信号を得るようにして、無作為データ信号２１
ａの作成を高域化する構成が考えられる。

【００２０】しかしながら、こうした構成では、低い周
波数帯域の部分に相当する時間部分が空白化されてしま
い、無作為データ信号２１ａが途切れ、途切れにしか作
成できないという不都合が生ずる。

【００２１】上記の不都合を解消するためには、複数の
雑音信号発生装置１０を設けておき、特定の雑音信号発
生装置１０による上記の空白化された部分を他の雑音信
号発生装置１０による雑音信号で補わせるなどの複雑な
構成を設ける構成が考えられるが、この構成によって、
上記の空白部分を完全に除去するには、その空白部分の
発生も無作為性があるので、十分な数の雑音信号発生装
置１０を設けなければならず、装置全体が複雑高価にな
らざる得ないなど不都合がある。

【００２２】このため、これらの不都合を無くした雑音
信号発生装置ならびにその利用装置の提供が望まれてい
るという課題がある。

【００２３】また、上記の第１従来技術による雑音信号
発生装置１０は、上記の第３従来技術のように、自動車
などにおける普遍的な秘密通信装置にまで利用されるた
め、量産的な構成で構成しなければならないが、本来、
ツェエナーダイオード１１は定電圧回路用として製造さ
れているので、雑音発生用としては性能が一定していな
い。

【００２４】このため、多数のツェエナーダイオードの
中から、雑音発生用に適するものを選別して使用しなけ
ればならないが、そのための選別方法は、発生した白色
雑音信号１２ａをブラウン管表示面に表示しておき、そ
の周波数変化を長時間にわたって目視で判別する方法
か、または、上記の無作為データ信号装置２０に組み込
んで、上記の無作為の検定を行う方法などが用いられ
る。

【００２５】しかしながら、これら方法では、いずれの
場合も比較的長時間にわたる判別が必要であり、量産用
としては適さないという不都合がある。

【００２６】このため、こうした不都合のない雑音発生
用ダイオード、すなわち、雑音発生用素子の判別装置の
提供が望まれているという課題がある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記のよう
なツェナーダイオードに所定の逆バイアス電圧を与える
ことにより、無作為性の周波数変化をもつ雑音信号、す
なわち、白色雑音信号を発生する雑音信号発生装置にお
いて、

【００２８】上記の無作為性を高めるために、上記の逆
バイアス電圧を変化させたときの上記の白色雑音信号を
増幅・整流して得られる脈動波形が所定の波形範囲内に
入る特性をもつ上記のツェナーダイオードにより上記の
白色雑音信号を得る雑音信号手段と、

【００２９】所定の周波数帯域よりも高い周波数帯域で
の上記の周波数変化を得るために、上記の脈動波形にお
ける脈動部分を超えた箇所の電圧を上記の逆バイアス電
圧として与える逆バイアス手段とを設ける第１の構成
と、

【００３０】ツェナーダイオードに所定の逆バイアス電
圧を与えることにより、無作為性の周波数変化をもつ雑
音信号、すなわち、白色雑音信号を発生するとともに、
上記の白色雑音信号にもとづいて無作為性の変化をもつ
数または符号を表すデータ信号、すなわち、無作為デー
タ信号を得る無作為データ信号装置において、

【００３１】上記の第１の構成における雑音信号手段・
逆バイアス手段とを設けるとともに、上記の周波数変化
にもとづいて上記の無作為データ信号を得るデータ信号
手段を設ける第２の構成と、

【００３２】ツェナーダイオードに所定の逆バイアス電
圧を与えることにより、無作為性の周波数をもつ雑音信
号、すなわち、白色雑音信号を発生するとともに、上記
の白色雑音信号にもとづいて得られる無作為性の変化を
もつ数または符号を表すデータ信号、すなわち、無作為
データ信号によって通信内容を変化させた秘密通信信号
により通信を行う秘密通信装置において、

【００３３】上記の第１の構成における雑音信号手段・
逆バイアス手段と、上記の第２の構成におけるデータ信
号手段とを設ける第３の構成と、により上記の課題を解
決したものである。

【００３４】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態として、こ
の発明を、上記の第１従来技術の雑音信号発生装置１０
と、上記の第２従来技術の無作為データ信号装置２０
と、上記の秘密通信装置１００に適用した各実施例とを
説明する。

【００３５】

【実施例】以下、図１〜図５により実施例を説明する。
なお、図１〜図５において、図６〜図９の符号と同一符
号で示す部分は、図６〜図９で説明した同一符号の部分
と同一の機能をもつ部分であり、また、図１〜図５の符
号と同一符号で示す部分は、図１〜図５のいずれかにお
いて説明する同一符号の部分と同一の機能をもつ部分で
ある。

【００３６】〔第１実施例〕以下、第１実施例として、
図１により、この発明で使用するツェナーダイオード１
１、すなわち、雑音信号発生用素子を選別するために用
いる雑音信号発生用素子選別装置２００の実施例を説明
する。この雑音信号発生用素子選別装置２００は雑音信
号発生装置１０における雑音発生用素子として使用する
ツェナーダイオード１１が雑音発生用として良好な特性
を有するものか否かを判別して良好な特性を有するもの
のみを選別するための装置であり、図１の構成が図６の
構成と異なる箇所は次の箇所である。

【００３７】第１の異なる箇所は、直流電源による逆バ
イアス電圧Ｖｂに代えて、図１の〔要部動作波形〕のよ
うな鋸歯状波電圧Ｖｓをツェナーダイオード１１に与え
るための掃引電源Ｅｓを設けるように構成した箇所であ
る。

【００３８】第２の異なる箇所は、演算増幅回路１２に
代えて、白色雑音信号１１ａをコンデンサＣ１１を介し
て高周波用トランジスタ、例えば、ＦＥＴ、すなわち電
界効果型トンジスタに与えて増幅するコンデンサ結合型
増幅回路２０１を設けることにより、増幅した白色雑音
信号２０１ａを得るとともに、白色雑音信号２０１ａを
整流回路２０２で整流して、図１の〔要部動作特性〕の
ような脈動波形Ｗｓをもつ整流信号２０２ａを得るよう
に構成した箇所である。

【００３９】そして、整流回路２０２は、白色雑音信号
２０１ａを、例えば、ダイオード（図示せず）により整
流して得られる整流電圧（図示せず）とし、この整流電
圧を、白色雑音信号２０１ａの中の高周波成分を濾波す
るための濾波回路（図示せず）、例えば、コンデンサと
抵抗の組み合わせ、または、インダクタンスとコンデン
サの組み合わせによる濾波回路に与えて図１の〔要部動
作特性〕のような脈動波形Ｗｓをもつ整流信号２０２ａ
が得られるように構成してある。なお、上記のように増
幅した後に整流することを、この発明では、増幅・整流
という。

【００４０】第３の異なる箇所は、表示部分２０３を追
加して整流信号２０２ａを観測し得るようにした箇所で
あり、表示部分２０３は、例えば、ブラウン管表示器ま
たはＸＹレコーダに、鋸歯状波電圧Ｖｓと整流信号２０
２ａとを与えて、整流信号２０２ａを鋸歯状波電圧Ｖｓ
の繰返周期Ｔｓに同期掃引させることにより、その表示
面に、図１の〔要部動作特性〕のように、整流信号２０
２ａの電圧Ｖｄを脈動波形Ｗｓの繰返による波形表示に
よって行い得るように構成した箇所である。

【００４１】第４の異なる箇所は、予めツェナーダイオ
ード１１を、例えば、図８のような第２従来技術による
無作為データ信号装置２０の雑音信号発生装置１０など
に組み入れることによって、良好な白色雑音信号１１ａ
が得られているツェナーダイオード１１（Ｇ）を端子１
１Ａ・１１Ｂ取り付けて表示部分２０３に表示すると、
表示画面に得られる各脈動波形ＷｓＡが図１の〔雑音特
性良好素子〕のような特性画像になって得られるように
した箇所である。なお、図１の〔雑音特性良好素子〕の
画像は、複数個のツェナーダイオード１１（Ｇ）によっ
て得られた画像を一緒に画いたものであり、１つのツェ
ナーダイオード１１（Ｇ）では、同図の脈動波形のうち
の１つが表示されることになるものである。

【００４２】第５の異なる箇所は、端子１１Ａ・１１Ｂ
に、新たに選別の対象とするツェナーダイオード１１の
取り付けて表示部分２０３に表示すると、雑音特性が不
良のツェナーダイオード１１では、図１の〔雑音特性良
好素子〕のような特性画像に比べて、図１の〔雑音特性
不良素子〕の脈動波形ＷｓＢように波形が大きく異なっ
た特性画像で表示され、また、雑音特性が良好なツェナ
ーダイオード１１（Ｇ）では、図１の〔雑音特性良好素
子〕の脈動波形ＷｓＡと同程度の脈動波形ＷｓＡによる
特性画像が得られるので、脈動波形ＷｓＡと脈動波形Ｗ
ｓＢとの比較差（図示せず）を表示することによって、
良好な雑音特性のツェナーダイオード１１（Ｇ）のみを
選別し得るように構成した箇所である。なお、図１の
〔雑音特性不良素子〕の画像は、複数個の不良なツェナ
ーダイオード１１によって得られた画像を一緒に画いた
ものであり、１つの不良なツェナーダイオード１１で
は、同図の脈動波形のうちの１つが表示されることにな
るものである。

【００４３】つまり、選別すべきツェナーダイオード１
１による図１の〔雑音特性不良素子〕での脈動波形Ｗｓ
Ｂにおける第１の脈動波形Ｗｐ１Ｂの振幅値Ｗｈ１Ｂ
と、第２の脈動波形Ｗｐ２Ｂの振幅値Ｗｈ２Ｂから、図
１の〔雑音特性良好素子〕での脈動波形ＷｓＡおける第
１の脈動波形Ｗｐ１Ａの振幅値Ｗｈ１Ａと、第２の脈動
波形Ｗｐ２Ａの振幅値Ｗｈ２Ａとを差し引いた値を比較
差として、この比較差がの所定の許容範囲（図示せず）
内に入っているものを良好な雑音特性をもつツェナーダ
イオード１１（Ｇ）として判別するようにしたものであ
る。

【００４４】図１における〔雑音特性良好素子〕〔雑音
特性不良素子〕の特性例は、例えば、ツェナーダイオー
ド１１を電圧９Ｖ用ツェナーダイオードとした場合のも
のであるが、他の電圧用のものでもほぼ同様の特性が得
られる。なお、ツェナーダイオード１１の種類が異なる
ものでは、第２の脈動波形Ｗｐ２Ａ・Ｗｐ２Ｂが現れな
いものもあるので、その場合には、そうした脈動波形Ｗ
ｓＡ・ＷｓＢに対応させて判別するように構成すればよ
いことは言うまでもない。

【００４５】また、図１の構成における整流回路２０２
の整流極性を逆の極性に変更するとともに、整流信号２
０２ａに対応する部分の構成を上記の逆の極性に対応さ
せて構成してもよいことは言うまでもない。

【００４６】〔第２実施例・第３実施例〕以下、第２実
施例・第３実施例として、図１・図２・図３により上記
の第１の構成をもつ雑音信号発生装置２０の実施例を説
明する。そして、この第２実施例の構成が図７の第１従
来技術の構成と異なる箇所は次の箇所である。

【００４７】第１の異なる箇所は、図３の〔普通増幅型
構成〕のように、図７の構成における演算増幅回路１２
による増幅に代えて、図１の構成と同様に、コンデンサ
結合型増幅回路２０１を設けて白色雑音信号２０１ａを
得るように構成した箇所である。

【００４８】第２の異なる箇所は、白色雑音信号１１ａ
における周波数変化の無作為性を高めるために、ツェナ
ーダイオード１１として、上記の第１の構成または第２
の構成による雑音信号発生用素子選別装置２００によっ
て選別した雑音特性が良好なツェナーダイオード１１
（Ｇ）を用いて構成することにり良好な白色雑音信号１
１ａを得るように構成した箇所である。

【００４９】第３の異なる箇所は、上記の通信の高速化
に対応した白色雑音信号１１ａが得られるように、所定
の周波数帯域、例えば、１００ｋＨｚ以下の周波数帯よ
りも高い周波数帯域での周波数変化を得るために、逆バ
イアス電圧Ｖｂの電圧値として、脈動波形ＷｓＡにおけ
る脈動部分を超えた箇所、例えば、第１の脈動部分Ｗｐ
１Ａと、第２の脈動部分Ｗｐ２Ａと超えた箇所の電圧Ｖ
ｂ（Ｇ）、例えば、ツェナーダイオード１１を電圧９Ｖ
用ツェナーダイオードとした場合には、例えば、逆バイ
アス電圧Ｖｂ＝１０Ｖ以上の固定電圧（以下、逆バイア
ス電圧Ｖｂ（Ｇ）という）を与えるように構成した箇所
である。

【００５０】また、第３実施例の構成が、上記の第２実
施例の構成と異なる箇所は、図３の〔ＡＧＣ増幅型構
成〕のように、白色雑音信号１１ａに含まれた比較的低
い周波数成分の影響による白色雑音信号２０１ａの振幅
変動成分を除去するために、増幅回路２０１を可変増幅
回路に変更して構成するとともに、白色雑音信号２０１
ａを、例えば、普通のダイオード（図示せず）で整流し
た後に、除去したい周波数成分よりも若干低い周波数以
上の周波数を濾波するための濾波回路（図示せず）を通
して得られる出力を増幅度を負方向に制御するための制
御入力として与える利得制御回路２０１Ａを設けた自動
利得制御構成、すなわち、ＡＧＣ構成にした箇所であ
る。

【００５１】つまり、この第２実施例・第３実施例の構
成は、概括的には、ツェナーダイオード１１に所定の逆
バイアス電圧Ｖｂを与えることにより、無作為性の周波
数変化をもつ雑音信号、すなわち、白色雑音信号、例え
ば、白色雑音信号１１ａを発生する雑音信号発生装置２
００において、

【００５２】上記の無作為性を高めるために、上記の逆
バイアス電圧Ｖｂを変化、例えば、鋸歯状波電圧Ｖｓの
ように変化させたときの上記の白色雑音信号１１ａを増
幅・整流して得られる脈動波形ＷｓＡが所定の範囲範囲
内に入る特性をもつ上記のツェナーダイオード１１、す
なわち、ツェナーダイオード１１（Ｇ）により上記の白
色雑音信号１１ａを得る雑音信号手段と、

【００５３】所定の周波数帯域、例えば、１００ｋＨｚ
以下の周波数帯よりも高い周波数帯域での上記の周波数
変化を得るために、上記の脈動波形ＷｓＡにおける脈動
部分Ｗｐ１Ａ・Ｗｐ２Ａを超えた箇所の電圧Ｖｂ
（Ｇ）、例えば、１０Ｖ以上の電圧を上記の逆バイアス
電圧Ｖｂとして与える逆バイアス手段とを設けた上記の
第１の構成を構成しているものである。

【００５４】そして、具体的には、図３の〔普通増幅型
構成〕において、白色雑音信号１１ａにおける周波数変
化を、目的とする周波数変化、例えば、所定の周波数帯
域、例えば、１００ｋＨｚ以下の周波数帯よりも高い周
波数帯域での上記の周波数変化にして得るために、逆バ
イアス電圧Ｖｂを変化させて白色雑音信号１１ａを増幅
した白色雑音信号２０１ａを、例えば、ブラウン管シン
クロスコープなどで観測してみると、ツェナーダイオー
ド１１を電圧９Ｖ用ツェナーダイオードとした場合に
は、逆バイアス電圧Ｖｂが小さい値、例えば、ツェナー
電圧Ｖｚ付近に相当する９．１Ｖにすると、図２の〔小
逆バイアス／雑音特性〕のように、出力のレベル変動が
大きく、低い周波数帯成分、例えば、１００ｋＨｚ以下
の周波数帯の成分が多く含まれいる。

【００５５】また、逆バイアス電圧Ｖｂが中位いの値、
例えば、第２の脈動部分Ｗｐ２Ａ付近に相当する９．７
Ｖにすると、図２の〔中逆バイアス／雑音特性〕のよう
に、出力のレベル変動が少し小さくなるが、低い周波数
帯成分、例えば、１００ｋＨｚ以下の周波数帯の成分
が、やはり、かなり多く含まれいる。

【００５６】さらに、逆バイアス電圧Ｖｂが大きい値、
例えば、脈動部分ＷｓＡを超えた箇所、すなわち、第２
の脈動部分Ｗｐ２Ａを超えた箇所の電圧Ｖｂ（Ｇ）に相
当する１０Ｖにすると、図２の〔大逆バイアス／雑音特
性〕のように、出力のレベル変動がさらに小さくなると
ともに、低い周波数帯成分、例えば、１００ｋＨｚ以下
の周波数帯の成分が無い高い周波数帯域の白色雑音成分
のみになる。そして、この電圧Ｖｂ（Ｇ）は、１０Ｖ以
上にすれば、同様に、高い周波数帯域の白色雑音成分の
みになるが、図１の〔雑音特性良好素子〕における脈動
波形ＷｓＡから分かるように、１０Ｖを超えた部分で
は、白色雑音信号１１ａの出力が小さくなるほか、ツェ
ナーダイオード１１（Ｇ）に流れる電流が大きくなって
破損寿命を短くするので、なるべく１０Ｖ程度の箇所に
しておく方がよい。

【００５７】つまり、目的とする高い周波数帯域、例え
ば、１００ｋＨｚを超える周波数帯域での周波数変化を
得るためには、脈動波形ＷｓＡにおける脈動部分、すな
わち、第１の脈動部分Ｗｐ１Ａと第２の脈動部分Ｗｐ２
Ａとを超えた箇所の電圧Ｖｂ（Ｇ）、例えば、９Ｖ形の
ツェナーダイオード１１（Ｇ）の場合には、１０Ｖ以上
の電圧を逆バイアス電圧Ｖｂとすればよいことになる。
また、図３の〔ＡＧＣ増幅型〕では、図２の〔大逆バイ
アス／雑音特性〕における白色雑音信号１１ａを増幅し
た白色雑音信号２０１ａにおける比較的低い周波数成分
による振幅変動をＡＧＣ構成によって平坦化させる得る
ので、安定した振幅をもつ白色雑音信号２０１ａを得る
ことができる。

【００５８】したがって、第１の構成によれば、低い周
波数帯域の部分によって生ずる高い周波数帯域で白色雑
音成分の空白化を、単に、逆バイアス電圧Ｖｂを脈動部
分を超えた電圧値Ｖｂ（Ｇ）にするのみで解消できるの
で、上記の通信の高速化に対応した白色雑音信号を、ご
く簡単な構成の装置によって得ることができるという特
長がある。

【００５９】〔第４実施例・第５実施例〕以下、第３実
施例・第４実施例として、図２・図３・図４により上記
の第２の構成をもつ無作為データ信号装置３０の実施例
を説明する。そして、図４による第４実施例の構成が図
７の第２従来技術の構成と異なる箇所は、図７の構成に
おける雑音信号発生装置１０の部分を、上記の図２・図
３による第２実施例で説明した図３の〔普通増幅型構
成〕の雑音信号発生装置１０に変更して構成した箇所で
ある。また、第５実施例（図示せず）の構成は、上記の
第４実施例における図３の〔普通増幅型構成〕の雑音信
号発生装置１０の部分を、図３の〔ＡＧＣ増幅型構成〕
による雑音信号発生装置１０に変更して構成したもので
ある。

【００６０】そして、これら第４実施例・第５実施例に
おける変換回路２１の部分は、上記の第２従来技術によ
り説明したように、白色雑音信号１１ａにおける無作為
性をもつ周波数変化にもとづいて無作為データ信号２１
ａを得るように構成してある。

【００６１】つまり、概括的には、ツェナーダイオード
１１に所定の逆バイアス電圧Ｖｂを与えることにより、
無作為性の周波数変化をもつ雑音信号、すなわち、白色
雑音信号１１ａを発生するとともに、上記の白色雑音信
号１１ａにもとづいて無作為性の変化をもつ数または符
号を表すデータ信号、すなわち、無作為データ信号２５
ａまたは２５ｂを得る無作為データ信号装置２０におい
て、。

【００６２】上記の第１の構成における雑音信号手段・
逆バイアス手段とを設けるとともに、上記の周波数変化
にもとづいて上記の無作為データ信号を得るデータ信号
手段を設けた上記の第２の構成を構成しているものであ
る。

【００６３】したがて、この第２の構成によれば、上記
の第１の構成による特長をもつ白色雑音信号にもとづい
て無作為データ信号２１ａを得ているので、上記の通信
の高速化に対応した無作為データ信号をも、同様に、ご
く簡単な構成の装置によって得ることができるという特
長がある。

【００６４】〔第６実施例〕以下、第６実施例として、
図２・図３・図４・図５により上記の第３の構成をもつ
秘密通信装置１００の実施例を説明する。そして、図５
の第６実施例の構成が図９の第３従来技術の構成と異な
る箇所は、図９の構成における無作為データ信号装置２
０の部分を、上記の図２・図３・図４による第４実施例
・第５実施例で説明した無作為データ信号装置２０に変
更して構成した箇所である。

【００６５】そして、各通信装置５０・６０の部分は、
上記の第３従来技術により説明したように、無作為デー
タ信号２０１ａによって通信内容を変化させた秘密通信
信号、例えば、暗号化処理にもとづいて得られた各送信
信号５５ａ・６５ａにより通信を行う秘密通信装置１０
０を構成している。

【００６６】つまり、概括的には、ツェナーダイオード
１１に所定の逆バイアス電圧Ｖｂを与えることにより、
無作為性の周波数変化をもつ雑音信号、すなわち、白色
雑音信号１１ａを発生するとともに、上記の白色雑音信
号１１ａにもとづいて得られる無作為性の変化をもつ数
または符号を表すデータ信号、すなわち、無作為データ
信号２５ａまたは２５ｂによって通信内容を変化させた
秘密通信信号、例えば、暗号化処理にもとづいて得られ
た各送信信号５５ａ・６５ａにより通信を行う秘密通信
装置１００において、

【００６７】上記の第２の構成と同様に、上記の第１の
構成における雑音信号手段・逆バイアス手段と、上記の
第２の構成におけるデータ信号手段とを設けた第３の構
成を構成しているものである。

【００６８】したがって、この第３の構成によれば、上
記の第２の構成による特長をもつ白色雑音信号にもとづ
いて無作為データ信号２１ａを得ているので、上記の通
信の高速化に対応した秘密通信信号、例えば、暗号化処
理にもとづいて得られた各送信信号５５ａ・６５ａによ
る通信をも、ごく簡単な構成の装置によって行うことが
できるという特長がある。

【００６９】

【発明の効果】この発明によれば、以上のように、ツェ
ナーダイオードに逆バイアス電圧を与えて得られる白色
雑音信号の低い周波数帯域の部分によって高い周波数帯
域で生ずる空白化部分を、単に、逆バイアス電圧を掃引
して得られる脈動部分を超えた電圧値にするのみで除去
できるので、通信の高速化に対応させた白色雑音信号を
発生する雑音信号発生装置と、白色雑音信号にもとづく
無作為データ信号を作成する無作為データ信号装置と、
無作為データ信号によって通信内容を変化させた秘密通
信信号を得る秘密通信装置とを、ごく簡単な構成の装置
によって得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図１〜図６はこの発明の実施例を、また、図７〜図１０
は従来技術を示し、各図の内容は次のとおりである。

【図１】全体ブロック構成・要部動作特性・要部表示構
成図

【図２】要部動作特性図

【図３】全体ブロック構成図

【図４】全体ブロック構成図

【図５】全体ブロック構成図

【図６】全体ブロック構成図

【図７】全体ブロック構成図

【図８】要部動作特性図

【図９】全体ブロック構成図

【符号の説明】

１０雑音信号発生装置１１ツェナーダイオード１１（Ｇ）ツェナーダイオード１１Ａ端子１１Ｂ端子１１ａ白色雑音信号１２演算増幅回路１２ａ白色雑音信号２０無作為データ信号装置２０Ａ無作為データ信号装置２０Ｂ無作為データ信号装置２１変換回路２１ａ無作為データ信号２１ａ１無作為データ信号２１ａ２無作為データ信号５０通信装置５１ＣＰＵ５１ａ暗号信号５１ｂ処理データ信号５２鍵記憶回路５２ａ鍵データ信号５４アルゴリズム記憶回路５４ａアルゴリズム信号５５通信回路５５ａ送信信号５６アンテナ５６ａ受信信号５６ｂ暗号信号６０通信装置６１ＣＰＵ６１ａ情報データ信号６１ｂ暗号信号６２鍵記憶回路６４アルゴリズム回路６５通信回路６５ａ暗号信号６５ｂ送信信号６６アンテナ６６ａ受信信号６５通信回路７０自動車７１ＩＣカード処理装置７１ａ情報データ８０料金所８１料金徴収装置８１ａ処理データ１００秘密通信装置２００雑音信号発生用素子選別装置２０１コンデンサ結合型増幅回路２０２整流回路２０２ａ整流信号２０３表示部分Ｃ１コンデンサＲ１抵抗Ｒ１抵抗Ｒ３抵抗Ｔｓ繰返周期Ｖｂ逆バイアス電圧Ｖｂ（Ｇ）逆バイアス電圧Ｖｓ鋸歯状波電圧Ｖｚツェナー電圧Ｗｈ１Ａ振幅値Ｗｈ１Ｂ振幅値Ｗｈ２Ａ振幅値Ｗｈ２Ｂ振幅値Ｗｐ１Ａ第１の脈動部分Ｗｐ１Ｂ第１の脈動部分Ｗｐ２Ａ第２の脈動部分Ｗｐ２Ｂ第２の脈動部分ＷｓＡ脈動波形ＷｓＢ脈動波形

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ツェナーダイオードに所定の逆バイアス
電圧を与えることにより、無作為性の周波数変化をもつ
雑音信号（以下、白色雑音信号という）を発生する雑音
信号発生装置であって、前記無作為性を高めるために、前記逆バイアス電圧を変
化させたときの前記白色雑音信号を増幅・整流して得ら
れる脈動波形が所定の波形範囲内に入る特性をもつ前記
ツェナーダイオードにより前記白色雑音信号を得る雑音
信号手段と、所定の周波数帯域よりも高い周波数帯域で
の前記周波数変化を得るために、前記脈動波形における
脈動部分を超えた箇所の電圧を前記逆バイアス電圧とし
て与える逆バイアス手段とを具備することを特徴とする
雑音信号発生装置。
【請求項２】ツェナーダイオードに所定の逆バイアス
電圧を与えることにより、無作為性の周波数変化をもつ
雑音信号（以下、白色雑音信号という）を発生するとと
もに、前記白色雑音信号にもとづいて無作為性の変化を
もつ数または符号を表すデータ信号（以下、無作為デー
タ信号という）を得る無作為データ信号装置であって、前記周波数変化の無作為性を高めるために、前記逆バイ
アスを変化させたときの前記白色雑音信号を増幅・整流
して得られる脈動波形が所定の波形範囲内に入る特性を
もつ前記ツェナーダイオードにより前記白色雑音信号を
得る雑音信号手段と、所定の周波数帯域よりも高い周波数帯域での前記周波数
変化を得るために、前記脈動波形における脈動部分を超
えた箇所の電圧を前記逆バイアス電圧として与える逆バ
イアス手段と、前記周波数変化にもとづいて前記無作為データ信号を得
るデータ信号手段とを具備することを特徴とする無作為
データ信号装置。
【請求項３】ツェナーダイオードに所定の逆バイアス
電圧を与えることにより、無作為性の周波数をもつ雑音
信号（以下、白色雑音信号という）を発生するととも
に、前記白色雑音信号にもとづいて得られる無作為性の
変化をもつ数または符号を表すデータ信号（以下、無作
為データ信号という）によって通信内容を変化させた秘
密通信信号により通信を行う秘密通信装置であって、前記周波数変化の無作為性を高めるために、前記逆バイ
アスを変化させたときの前記白色雑音信号を増幅・整流
して得られる脈動波形が所定の波形範囲内に入る特性を
もつ前記ツェナーダイオードにより前記白色雑音信号を
得る雑音信号手段と、所定の周波数帯域よりも高い周波数帯域での前記周波数
変化を得るために、前記脈動波形における脈動部分を超
えた箇所の電圧を前記逆バイアス電圧として与える逆バ
イアス手段と、前記周波数変化にもとづいて前記無作為データ信号を得
るデータ信号手段とを具備することを特徴とする秘密通
信装置。