JP2001166920A - 数値発生装置および数値発生応用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一プロセスで回路を構成でき、かつ、いか
なる場合にも予測不可能な数値を発生できる数値発生装
置を得る。 【解決手段】 不安定な周波数の信号を発生する不安定
発振手段１と、安定な周波数の信号を発生する安定発振
手段２と、不安定発振手段１の出力に基づいて不規則な
数値を発生する数値発生手段５と、数値発生手段５の発
生する数値を、安定発振手段２の発生する信号のタイミ
ングで読み出す数値読出手段６とを有し、不安定発振手
段１、安定発振手段２、数値発生手段５及び数値読出手
段６は、同一のディジタル回路プロセスで作成されてい
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、予測不可能な数
値を発生する回路に係わり、特にディジタル回路と同じ
プロセスで作成できる予測不可能な数値を発生する回路
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来例１．図１８は、例えば特開平２−
１４５０１０号公報に示された「乱数雑音発生方式」に
開示された乱数雑音発生装置のブロック図である。この
装置は、物理的雑音源Ｒ１と、物理的雑音源Ｒ１から出
力される雑音を２値化する２値化手段としてのコンパレ
ータＲ２と、コンパレータＲ２からの２値出力ＢＤがシ
リアルに入力し、クロックＣＬＫに同調させてサンプリ
ングしてパラレルに出力するシフトレジスタＲ８と、
“ｎ−１”まで順次に計数し“ｎ−１”の次に再び
“０”に戻るモジュロｎカウンタ（modulo-nカウンタ）
Ｒ９と、モジュロｎカウンタＲ９が例えば“０”となる
度にシフトレジスタＲ８からのパラレル出力をラッチす
るラッチ回路Ｒ１０とを備えている。

【０００３】物理的雑音源Ｒ１は、ダイオードに電源電
圧を逆バイアスに加え、電源電圧をダイオードのブレー
クダウン電圧より十分高くしてダイオードにブレークダ
ウンを生じさせ雑音を発生させる。発生した雑音は、演
算増幅器により増幅されて出力される。

【０００４】コンパレータＲ２は、参照電圧Ｖｒを閾値
として、アナログ信号である雑音を、“０”、“１”の
信号に２値化する。参照電圧Ｖｒを変えることで、
“０”、“１”の信号になる確立を変化させることがで
きる。

【０００５】シフトレジスタＲ８の具体的構成を図１９
に示す。シフトレジスタＲ８は、ｎ個のＤフリップフロ
ップＲ３−１乃至Ｒ３−ｎを連続接続して構成されてお
り、コンパレータＲ２の出力ＢＤをＤフリップフロップ
の入力とし、Ｄフリップフロップからのシリアルデータ
出力を後続のＤフリップフロップに順次転送しパラレル
に変換して出力する。

【０００６】モジュロｎカウンタＲ９は、クロックＣＬ
Ｋがｎ個出力されるごとに１つのストローブ信号ＳＴＢ
１をラッチ回路Ｒ１０に送る。これによってラッチ回路
Ｒ１０ではシフトレジスタＲ８からのｎ個の２値乱数系
列ｂ０乃至ｂｎ−１をストローブ信号ＳＴＢ１が送られ
たときにのみ、すなわち、クロックＣＬＫがｎ回生起し
たときにのみラッチする。これによってラッチ回路Ｒ１
０でストローブ信号ＳＴＢ１ごとに順次ラッチされるｎ
個の２値乱数系列ｂ０乃至ｂｎ−１すなわちｎビットの
バイナリワード間の相関をなくすことができ、ラッチ回
路Ｒ１０から再現性、周期性のない一様分布の乱数を発
生することができる。

【０００７】また、ストローブ信号ＳＴＢ１の周波数、
すなわち、ラッチ回路Ｒ１０における２値乱数系列ｂ０
乃至ｂｎ−１のサンプリング周期をｆｐとすると、離散
時間系での意味において周波数“０”から“ｆｐ／２”
までの全周波数帯域においてラッチ回路Ｒ１０から出力
されるｎビットのバイナリワードｂ０乃至ｂｎ−１を白
色のものとすることができる。

【０００８】従来例２．図２０は、例えば特開平５−２
４３９２２号公報に示された「疑似乱数発生装置とこれ
を用いた光電スイッチ」に開示された疑似乱数発生装置
のブロック図である。図において、Ｐ１はパルス発生装
置、Ｐ２はカウンタ、Ｐ３はクロック発生回路、Ｐ４は
系列選択回路、Ｐ５は疑似乱数発生回路である。

【０００９】パルス発生回路Ｐ１は、ＣＲ発振器、ＬＣ
発振器の発振周波数に１／ｆノイズや温度変化等によっ
てゆらぎが生じる発振器を備えており、かかる発振器の
出力パルスＡを出力する。このパルスＡの時間幅は、こ
の発振器の発振周波数が常時ゆらぐので、常時変化して
いる。ここで、パルスＡの時間幅は、クロック発生回路
Ｐ３で発生するクロックＣＫの周期に比べ、例えば１０
００万倍程度等充分長く設定されている。カウンタＰ２
は、パルス発生回路Ｐ１からのパルスＡが供給される毎
に、そのパルス期間クロック発生回路Ｐ３からのクロッ
クＣＫをカウントし、このパルス期間の終了とともにそ
のパルス期間でのカウント値Ｎを系列選択回路Ｐ４に送
る。

【００１０】一方、疑似乱数発生回路Ｐ５は、疑似乱数
が異なる順序で配列されてなる複数の系列が発生可能に
構成されており、また、系列選択回路Ｐ４には、疑似乱
数発生回路Ｐ５における各々の系列に一対一に対応し、
対応する系列を指示するための系列指示データＳＤが格
納されている。また、これら系列指示データＳＤはカウ
ンタＰ２からのカウント値Ｎに対応している。

【００１１】そこで、カウンタＰ２からのカウント値Ｎ
が出力されると、これに対応した系列指示データＳＤが
選択されて系列選択回路Ｐ４から出力され、疑似乱数発
生回路Ｐ５は、この系列指示データＳＤで指示される系
列の発生状態に設定される。そして、この指示された系
列の疑似乱数がクロック発生回路Ｐ３から出力されるク
ロックＣＫ毎に１つずつ疑似乱数発生回路Ｐ５から出力
される。

【００１２】従来例３．図２１は、例えば特開平１０−
３４０１８３号公報に示された「乱数発生装置」に開示
された疑似乱数発生装置のブロック図である。電圧制御
発振器ＶＣＯに入力する制御電圧として、異なる温度係
数（ΔＲ／ΔＴ）を有する抵抗Ｒ１、Ｒ２により分圧さ
れた制御電圧Ｖｘが入力され、この制御信号Ｖｘの変化
によって、電圧制御発振器ＶＣＯの出力が変動する。

【００１３】電圧制御発振器ＶＣＯは、入力電圧依存性
（Δｆ／ΔＶｉｎ）が大きくなるように設定されてい
る。従って、異なる温度係数（ΔＲ／ΔＴ）を有する抵
抗Ｒ１、Ｒ２により分圧された制御電圧によって、電圧
制御発振器ＶＣＯから出力される発振周波数ＣＬＫを大
きく変化させることが可能となり、乱数読み出し制御信
号ＲＥＡＤ−ＲＮＤに応じて増減値が一定のカウンタＣ
ＯＵＮＴから連続的にデータを読み出しても、予測不可
能に不規則に変化する乱数列を得ることができる。ま
た、電圧制御発振器ＶＣＯに入力される電源電圧を、温
度係数の異なる抵抗Ｒ１，Ｒ２の比に応じて分圧した電
圧を制御信号として使用しているので、電源電圧の変動
によって発振周波数が変化するのに加えて、動作時の温
度変化によっても発振周波数が変化するので、より効果
的に乱数列を得ることができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来例１の特開平２−
１４５０１０号公報に示された「乱数雑音発生方式」に
示された乱数雑音発生装置は、上述のように、物理的雑
音を増幅し、コンパレータＲ２で２値化し２値化データ
ＢＤを発生し、シフトレジスタＲ８で２値化データＢＤ
をクロックでシフトしながらパラレル変換し、モジュロ
ｎカウンタＲ９でストローブ信号ＳＴＢ１を発生し、ス
トローブ信号ＳＴＢ１のタイミングでパラレル化された
２値化データを読み出していた。そのため、アナログ信
号である物理的雑音を増幅、および、２値化するアナロ
グ回路を必要とする問題があった。また、２値化データ
ＢＤはシフトレジスタのデータに入力されているので、
雑音によってはデータのセットアップ、ホールドが得ら
れない場合、シフトレジスタＲ８の出力、すなわち、パ
ラレル化された２値化データが変化しないという問題が
あった。

【００１５】また、従来例２の特開平５−２４３９２２
号公報に示された「疑似乱数発生装置とこれを用いた光
電スイッチ」に示された疑似乱数発生装置は、上述のよ
うに、パルス発生回路Ｐ１で発生させるパルスＡの期
間、クロックＣＫをカウンタＰ２でカウントし、そのカ
ウント値Ｎを系列選択回路Ｐ４に送り、系列選択回路Ｐ
４では格納されている系列指示データＳＤを出力し、疑
似乱数発生回路Ｐ５に送る。疑似乱数発生回路Ｐ５で
は、系列指示データＳＤに指示される格納された疑似乱
数系列を、クロックＣＫで出力する。そのため、系列選
択回路Ｐ４、疑似乱数発生回路Ｐ５にデータを格納する
回路が必要となり、回路規模が大きくなり、コスト増に
つながる問題があった。また、パルス発生回路Ｐ１に
は、抵抗Ｒ、コンデンサＣ、コイルＬが使われているの
で、セミカスタムのディジタルＩＣ以外に抵抗Ｒ、コン
デンサＣ、コイルＬを外付け回路としなければならない
問題があった。

【００１６】従来例３の特開平１０−３４０１８３号公
報に示された「乱数発生装置」に示された疑似乱数発生
装置は、上述のように、温度係数の異なる抵抗Ｒ１、Ｒ
２により分圧された制御電圧Ｖｘにより、入力電圧依存
性が大きい電圧制御発振器ＶＣＯを制御し、発振周波数
を大きく変化し、その発振周波数をカウントし、そのカ
ウント値を乱数読み出し信号ＲＥＡＤ−ＲＮＤにより、
そのカウント値を読み出しているので、温度係数の異な
る抵抗を必要とし、同じプロセスで回路を発生するディ
ジタルＩＣ回路では、これらの抵抗を外付部品としなけ
ればならず、回路構成が複雑となる問題があった。

【００１７】この発明は、上述のような問題点を解消す
るためになされたものであり、外付け部品を必要とせず
に、単一プロセスで回路を構成でき、かつ、いかなる場
合にも予測不可能な数値を発生できる数値発生装置を提
供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る数値発生
装置は、不安定な周波数の信号を発生する不安定発振手
段と、安定な周波数の信号を発生する安定発振手段と、
不安定発振手段の出力に基づいて不規則な数値を発生す
る数値発生手段と、数値発生手段の発生する数値を、安
定発振手段の発生する信号のタイミングで読み出す数値
読出手段とを有し、不安定発振手段、安定発振手段、数
値発生手段及び数値読出手段は、同一のディジタル回路
プロセスで作成されている。

【００１９】また、不安定発振手段は、リング状に構成
される発振回路の発振信号線に温度依存性のある電位降
下素子、あるいは電位上昇素子を複数個接続した構成で
ある。

【００２０】また、電位降下素子、あるいは電位上昇素
子は、ゲート電位がグランド電位になるとＯＦＦとなる
ＣＭＯＳトランジスタである。

【００２１】また、複数個接続された電位降下素子、あ
るいは電位上昇素子は、ゲート電位がグランド電位にな
るとＯＦＦとなるＣＭＯＳトランジスタと、ゲート電位
が電源電位になるとＯＦＦとなるＣＭＯＳトランジスタ
とが各々少なくとも１個接続されてなる。

【００２２】また、数値発生手段は、不安定発振手段が
発生する信号をクロックとして、入力された初期値をリ
ング状に接続された複数のシフトレジスタにて順次シフ
トさせて、不規則な数値を発生させる。

【００２３】また、数値発生手段は、不安定発振手段が
発生する信号を、リング状に接続されたカウンタでカウ
ントすることにより、不規則な数値を発生させる。

【００２４】また、数値発生手段は、データロード機能
のある数値発生手段構成素子、及びデータロード機能の
ない数値発生手段構成素子をリング状に接続し、不規則
な数値を発生させる。

【００２５】また、初期値を保持する初期値保持手段
と、初期値を数値発生手段が読み込むタイミングを発生
するタイミング発生手段とをさらに有し、数値発生手段
は、タイミング発生手段の発生させたタイミングで初期
値を読み込み、初期値と不安定発振手段の出力に基づい
て不規則な数値を発生する。

【００２６】また、所定の初期データを発生するデータ
発生手段と、初期データを数値発生手段が読み込むタイ
ミングを発生するタイマー手段とをさらに有し、数値発
生手段は、タイマー手段の発生させたタイミングで初期
データを読み込み、初期データと不安定発振手段の出力
に基づいて不規則な数値を発生する。

【００２７】また、データ発生手段は、プログラムカウ
ンタの実行アドレスを初期データとする。

【００２８】また、データ発生手段は、データバス上の
情報を初期データとする。

【００２９】また、データ発生手段は、熱電対である。

【００３０】また、データ発生手段は、モータ、エンジ
ンなどの回転数を計測するタコメータである。

【００３１】さらに、請求項１乃至請求項１３記載の数
値発生装置と、数値発生装置の発生する数値を用いて演
算を行う演算装置と、数値発生装置、演算装置を制御す
る制御装置とを有し、数値発生装置、演算装置及び制御
装置は、同一のディジタル回路プロセスで一体に作成さ
れている。

【００３２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図について説明する。図１は、本発明の
数値発生装置を示すブロック図である。図１において、
１は不安定発振回路（不安定発振手段）であり、周期、
デューティーが一定でない不安定な信号を生成する回路
である。２は安定発振回路（安定発振手段）であり、周
期、デューティーが一定である安定な信号を生成する回
路である。３はタイミング回路（タイミング発生手段）
であり、後述の初期値保持回路４のデータを、同じく後
述の数値発生回路５にロードするタイミングを生成する
回路である。４は初期値保持回路（初期値保持手段）
で、後述の数値発生回路５にロードするデータを記録す
る回路である。５は数値発生回路（数値発生手段）であ
り、不安定発振回路１からの信号に基づき、数値を発生
する回路である。６は数値読出回路（数値読出手段）で
あり、数値発生回路５で発生した数値を、安定発振回路
２が生成する信号のタイミングで読み出し、出力する回
路である。

【００３３】本発明は、不安定な数値を発生させる装置
である。この構成要素のうち、不安定発振回路１に本実
施の形態の特徴がある。以下、不安定発振回路１を中心
に動作について説明する。

【００３４】まず、不安定発振回路１の説明に入る前
に、安定発振回路２の動作について説明する。図２は、
一般的なインバータを奇数個使ったリング型の発振回路
を示している。このような構成のリング型発振回路は、
電源投入により発生するノイズを信号源として、リング
型に接続されているインバータをノイズが順次伝搬す
る。ノイズは、インバータを通過することにより、Ｈ
（high）、Ｌ（low）のはっきりした信号となる。この
信号は、インバータを順次通過することにより、ある条
件にあった信号だけに淘汰される。

【００３５】図３に、条件に合った信号を示す。図中
の、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３は、図２の信号線名Ｓ２
１、Ｓ２２、Ｓ２３に対応する。インバータ１個の伝搬
遅延をΔとすると、Ｓ２２はＳ２１に対して時間Δ遅れ
た反転信号となる。Ｓ２３はＳ２２に対して時間Δ遅れ
た反転信号となる。さらに、Ｓ２１はＳ２３に対して時
間Δ遅れた反転信号となる。このような関係がＳ２１、
Ｓ２２、Ｓ２３について成り立つと、安定した信号とな
り、電源が投入されている間安定した信号を出力するこ
とになる。この安定信号の半周期は、リング型発振回路
を構成するインバータの遅延の総和（図では３×Δ）と
なる。

【００３６】つぎに、本実施の形態の特徴である不安定
発振回路１の動作説明に移る。図４は、不安定発振回路
１の回路構成を示したものである。インバータ１ａ、ト
ランジスタ１ｂ、コンデンサ１ｃを１組として、奇数組
つなげてリング型に結線したものである。コンデンサ１
ｃは、高周波成分の除去と、伝搬信号に遅延を加えるた
めのものである。トランジスタ１ｂのゲートは接地され
ており、トランジスタ１ｂはＯＦＦとなっている。

【００３７】不安定発振回路１の、ＯＦＦされているト
ランジスタについて、さらに説明を加える。一般のＣＭ
ＯＳ型のトランジスタのゲート電位とドレイン電流のＶ
−Ｉ特性を図５に示す。ゲート電位ＶＧを高くすること
により、ドレイン電流ＩＤは流れるようになる。この特
性は、温度に依存して変化する。また、トランジスタが
ＯＦＦ、すなわち、ゲート電位ＶＧが０のときでも、ド
レイン電流は発生する。これをリーク電流と呼ぶ。そし
てリーク電流も、同じく温度に依存して変化する。

【００３８】不安定発振回路１の構成要素の一つを図６
に示す。いま、インバータ１ａの出力がＨの時、コンデ
ンサ１ｃは充電される。しかし、リーク電流があるた
め、図６の矢印に示されるように、ＯＦＦされたトラン
ジスタ１ｂを通じて電流が流れるので、コンデンサ１ｃ
の電位上昇率は下がる。このとき、インバータ１ａの出
力は、リーク電流の影響を受けるような小さい出力とす
ることが特徴である。例えば、リーク電流の１０倍の電
流出力能力のあるインバータとする。リーク電流は、図
５で説明したように、温度によって変化するので、コン
デンサの電位上昇率も温度によって異なる。この様子を
図７に示す。

【００３９】図７において、リーク電流が大きければ大
きい程、電位はゆっくりと変化する事になる。図中のＶ
ｔｈは、インバータの閾値であり、この電位を境に入力
信号がＨであるか、Ｌであるかを判別する。図からわか
るように、温度により閾値Ｖｔｈに達する時間が異なっ
てくる。この時間は、不安定発振回路１の構成要素の各
々の伝搬遅延Δに影響を与える。すなわち、温度により
伝搬遅延Δが変化する（図８参照）、つまりは、発振信
号の半周期が変化することになる。よって、発振信号は
温度により異なった周期の信号となる。

【００４０】このような構成の不安定発振回路１を、周
辺温度が変化する環境、例えば、車のエンジンの排気孔
の近くなどに設置すれば、外気温（−４０℃〜４０℃）
から排気温（１００℃）まで大きく変化し、かつ、エン
ジンの稼動状態によりその排気温は時々刻々と変化す
る。また、不安定発振回路１が設置されている回路その
ものが発生する熱により、不安定発振回路１の温度も変
化する。よって、不安定に周期やデューティーが変化す
る発振信号となる。

【００４１】図９は、数値発生回路５の一例を示すブロ
ック図である。図９に示された各シフトレジスタは、ロ
ードイネーブル付きのシフトレジスタであり、最終段の
レジスタ出力を、初段のレジスタ入力Ｄ２につなげて、
リング型としたものである。ロードイネーブルＬには、
タイミング回路３で発生させたタイミング信号をつな
ぐ。レジスタのロード入力Ｄ１には、初期値保持回路４
のデータＩｉ（ｉ＝０〜３）をつなぐ。レジスタ出力Ｏ
ｉ（ｉ＝０〜３）は、後段の数値読出回路６につなぐ。
クロックには、不安定発振回路２で発生させた発振信号
をクロックとしてつなぐ。

【００４２】数値発生回路５では、タイミング回路３で
発生させたタイミング信号により、初期値保持回路４の
データがロードされる。ロードされたデータは、不安定
発振回路２で発生させた不安定発振信号をクロックとし
て、順次シフトされる。

【００４３】数値読出回路６の一例を、図１０に示す。
クロックＣＬＫのタイミングで入力データＩｎを出力デ
ータＯｕｔに送るフリップフロップｎ個で構成されてい
る。

【００４４】数値発生回路５、数値読出回路６の動作を
図１１を参照してさらに説明する。数値発生回路５で
は、ロードされたデータが不安定発振回路１で発生させ
た不安定信号をクロック（不安定ＣＬＫ）として、順次
シフトされ、出力される。図中の数値発生回路５の出力
の番号は、シフトされた回数を示している。この数値発
生回路５の出力が、数値読出回路６の入力となり、安定
発振回路２で発生させた安定発振信号をクロック（安定
ＣＬＫ）とするタイミングで出力される。数値発生回路
５の出力は、不安定ＣＬＫでシフトされているので、デ
ータの有効期間がまちまちな信号である。これを、安定
ＣＬＫで、数値読出回路６の出力とするので、連続した
数値でもなく、不連続でどの数値が出力されるか予測の
つかない数値を出力することになる。また、数値発生回
路５では、初期値をリング型にシフトさせているので、
不規則性はさらに増す。

【００４５】このような構成の数値発生装置において
は、数値発生回路５のクロックを発生する不安定発振回
路１を、温度に依存して周期、デューティーが変化する
ように、温度依存性のあるＯＦＦされたトランジスタ１
ｂを、発振信号とグランドとの間に設置したので、リン
グ型発振回路の遅延時間が温度により変化し、発信する
信号の周期、デューティーが変化する。また、不安定発
振回路１を温度変化の激しい環境にあえて設置すること
で、その不安定性をより効果的に発揮することができ
る。この不安定信号を用いて数値発生回路５を動作さ
せ、安定発振回路２で発生させた安定信号で数値発生回
路５の出力を読み出すことで、予測のつかない数値を得
ることができる。

【００４６】また、このような構成の数値発生装置にお
いては、不安定な周波数の信号を発生する不安定発振回
路１と、安定な周波数の信号を発生する安定発振回路２
と、不安定発振回路１の出力に基づいて不規則な数値を
発生する数値発生回路５と、数値発生回路５の発生する
数値を、安定発振回路２の発生する信号のタイミングで
読み出す数値読出回路６とは、いずれも同一のディジタ
ル回路プロセスで作成されている。そのため、作成工程
が短縮され、安価な装置とすることができる。

【００４７】なお、本実施の形態では、数値発生回路５
を、リング状に接続された複数のシフトレジスタとした
が、カウンタとしても同様の効果を奏する。

【００４８】実施の形態２．以下、この発明の実施の形
態２を図について説明する。図１２は、本発明の数値発
生装置の他の例を示す不安定発振回路１の回路図であ
る。本実施の形態では、ゲート電位が電源電位になると
ＯＦＦとなるトランジスタ１ｄを発振信号と電源との間
に設置したものである。他の構成は、実施の形態１と同
様である。

【００４９】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。発振信号とグランドとの間に設置したグランドでＯ
ＦＦとなるトランジスタ１ｂは、前述の実施の形態１と
同様に動作する。一方、発振信号と電源との間に設置し
た電源電位でＯＦＦとなるトランジスタ１ｄは、発振信
号がＬとなるとき、電源よりリーク電流を通して、コン
デンサ１ｃを充電し、発振信号の電位をあげる動作をす
る。この発振信号と電源との間に設置した電源電位でＯ
ＦＦとなるトランジスタ１ｄのリーク電流も、温度依存
性があるので、発振信号を不安定にする。本実施の形態
では、このように２種類の動作の異なるトランジスタを
用いたので、相互の作用により不安定信号はさらに不安
定となる。これにより、数値発生装置の発生する予測不
可能な数値も、より不規則性を増すことになる。

【００５０】このような構成の数値発生装置において
は、不安定発振回路１の発振信号と、電源、グランドと
の間に、それぞれ電源電位、グランド電位でＯＦＦする
トランジスタ１ｄ，１ｂを設置したので、温度依存性の
あるリーク電流により、コンデンサ１ｃの充電、放電が
行われ、発振信号の周期、デューティーが不安定に変化
することになる。この不安定な発振信号を用いて、数値
発生回路５を動作させ、安定発振回路２で発生させる安
定信号で、数値を読み出すので、温度により変化する予
測不可能な数値は、より不規則性を増すことになる。

【００５１】実施の形態３．以下、この発明の実施の形
態３を図について説明する。図１３は、本発明の数値発
生装置の他の例を示すブロック図である。図１３におい
て、１は実施の形態１で述べた不安定発振回路であり、
周期、デューティーが一定でない不安定な信号を生成す
る回路である。２は実施の形態１で述べた安定発振回路
であり、周期、デューティーが一定である安定な信号を
生成する回路である。７はタイマー（タイマー手段）で
あり、一定のタイミングでイネーブル信号を発生する。
８はプログラムカウンタであり、プログラムの進行状況
をカウントする。５は実施の形態１で述べた数値発生回
路であり、不安定発振回路１からの信号に基づき、数値
を発生する回路である。６は実施の形態１で述べた数値
読出回路であり、数値発生回路５で発生した数値を、安
定発振回路２が生成する信号のタイミングで読み出し、
出力する回路である。

【００５２】次に動作の説明に移る。不安定発振回路
１、安定発振回路２、数値発生回路５、数値読出回路６
は、実施の形態１で動作を述べたのでここでは説明を省
略する。

【００５３】本実施の形態のプログラムカウンタ８であ
るが、これはいうまでもなく現在実行されているプログ
ラムの実行アドレスを示しており、プログラムの進行に
より時々刻々と変化する。一方、タイマー７は、プログ
ラムの進行とは無関係に、一定のタイミングでイネーブ
ル信号を発生する。このイネーブル信号のタイミング
で、プログラムカウンタ８の実行アドレスが、数値発生
回路５のロード入力から、数値発生回路５にロードされ
る。ロードされるデータは、プログラムカウンタ８の実
行アドレスなので、プログラムの進行により変化する。
すなわち、初期値が一定のタイミングで書き変わること
になる。以降は、不安定発振回路１で発生した信号のタ
イミングでシフト、または、カウントがなされ、安定発
振回路２で発生した信号のタイミングで数値読出回路６
で数値が読み出される。

【００５４】このような構成の数値発生装置において
は、プログラムの進行により時々刻々と変化するプログ
ラムカウンタ８の実行アドレスを、タイマー７が発生す
る一定のタイミングで、数値発生回路５にロードするこ
とにしたので、数値発生回路５の初期値が定期的に書き
変わり、不安定発振回路１が発生する不安定信号による
予測不可能性に、プログラムカウンタによる予測不可能
性が加わる。

【００５５】なお、本実施の形態では、プログラムの進
行により時々刻々と変化するプログラムカウンタ８の実
行アドレスを、タイマー７が発生する一定のタイミング
で、数値発生回路５にロードすることとしたが、時々刻
々と変化するデータバスのデータを、タイマー７が発生
する一定のタイミングで、数値発生回路５にロードする
ことにしても同様の効果を奏する。

【００５６】実施の形態４．以下、この発明の実施の形
態４を図について説明する。図１４は、本発明の数値発
生装置の他の例を示す数値発生回路５を中心として書い
た要部ブロック図である。本実施の形態の数値発生回路
５は、ロードイネーブル付きのシフトレジスタを２個直
列につなげ、実施の形態１と同様にリング型にしてあ
る。そして、一方のシフトレジスタにのみプログラムカ
ウンタからロードできる回路構成とする。数値読出回路
６には、２個のシフトレジスタの出力をつなげて、倍の
ビット数の数値を読み出す構成としている。

【００５７】次に動作について説明する。タイマー７が
発生する一定のタイミングで、プログラムカウンタ８の
実行アドレスが、一方のシフトレジスタにロードされ
る。ロードされたデータは、不安発振回路１が発する不
安定信号のタイミングで順次シフトされ、他方のシフト
レジスタにもシフトされる。シフトされるデータはリン
グ回路を通じて、再度一方のレジスタにシフトされ、こ
の一連の動作をくり返す。タイマー７は一定のタイミン
グで、イネーブル信号を発生し、その都度、一方のシフ
トレジスタにプログラムカウンタ８の実行アドレスをロ
ードする。タイマー７と不安定発振回路１とは全く関係
なく信号を発生するので、シフトされるデータは複雑度
が増し、さらに、予測不可能な数値を発生する。

【００５８】このような構成の数値発生装置において
は、数値発生装置５をロード機能のあるシフトレジスタ
またはカウンタ、および、ロード機能のないシフトレジ
スタまたはカウンタの直列構成とし、かつ、リング型に
つないだので、シフトされるデータがロードの度に変化
し、かつ、出力するビット数も倍増させることができ
る。よって、読み出される数値は、予測不可能性が増す
と共に、プログラムカウンタ８のビット数よりもビット
数の高い数値を得ることができる。

【００５９】実施の形態５．以下、この発明の実施の形
態５を図について説明する。図１５は、本発明の数値発
生装置の他の例を示すブロック図である。図１５におい
て、１は実施の形態１で述べた不安定発振回路であり、
周期、デューティーが一定でない不安定な信号を生成す
る回路である。２は実施の形態１で述べた安定発振回路
であり、周期、デューティーが一定である安定な信号を
生成する回路である。７は実施の形態２で述べたタイマ
ーであり、一定のタイミングでイネーブル信号を発生す
る。９は熱電対であり、周囲の温度を電気信号に変換
し、さらにＡＤ変換器でディジタル信号に変換する。５
は実施の形態１で述べた数値発生回路であり、不安定発
振回路１からの信号に基づき、数値を発生する回路であ
る。６は実施の形態１で述べた数値読出回路であり、数
値発生回路５で発生した数値を、安定発振回路２が生成
する信号のタイミングで読み出し、出力する回路であ
る。

【００６０】次に動作について説明する。不安定発振回
路１、安定発振回路２、数値発生回路５、数値読出回路
６、タイマー７は、実施の形態１および実施の形態２で
動作を述べたのでここでは説明を省略する。

【００６１】熱電対９は、周囲の温度を電気信号に変換
するものである。実施の形態１で述べたように、温度変
化の激しい環境に熱電対９を設置すれば、熱電対９の出
力は設置場所の温度に依存するので、その温度変化の影
響を受ける。この温度による影響は、ＯＦＦされたトラ
ンジスタと熱電対９とでは、物質が違うので、影響も異
なったものとなる。このようなことから、この温度デー
タを数値発生回路５に、タイマー７の発生するイネーブ
ル信号のタイミングでロードし、不安定発振回路１の不
安定信号のタイミングで、シフトまたはカウントするの
で、読み出される数値はより予測不可能な数値となる。

【００６２】このような構成の数値発生装置において
は、周辺温度を測定する熱電対７の出力信号を、タイマ
ー７が発生する一定のタイミングで、数値発生回路５に
ロードすることにしたので、数値発生回路５の初期値が
定期的に、かつ、予測不可能に書き変わり、ついで、不
安定発振回路１が発生する不安定信号でシフトまたはカ
ウントされるので、不安定発振回路１が発生する不安定
信号による予測不可能性に、熱電対のデータ不規則性が
加わる。

【００６３】実施の形態６．以下、この発明の実施の形
態６を図について説明する。図１６は、本発明の数値発
生装置の他の例を示すブロック図である。図１６におい
て、１は実施の形態１で述べた不安定発振回路であり、
周期、デューティーが一定でない不安定な信号を生成す
る回路である。２は実施の形態１で述べた安定発振回路
であり、周期、デューティーが一定である安定な信号を
生成する回路である。７は実施の形態２で述べたタイマ
ーであり、一定のタイミングでイネーブル信号を発生す
る。１０はタコメータであり、モータ、エンジンなどの
回転数を電気信号に変換し、さらにＡＤ変換器でディジ
タル信号に変換する。５は実施の形態１で述べた数値発
生回路であり、不安定発振回路１からの信号に基づき、
数値を発生する回路である。６は実施の形態１で述べた
数値読出回路であり、数値発生回路５で発生した数値
を、安定発振回路２が生成する信号のタイミングで読み
出し、出力する回路である。

【００６４】次に動作について説明する。不安定発振回
路１、安定発振回路２、数値発生回路５、数値読出回路
６、タイマー７は、実施の形態１および実施の形態２で
動作を述べたのでここでは説明を省略する。

【００６５】タコメータ１０は、エンジンやモータの回
転数を電気信号に変換するものである。車のエンジンの
場合、回転数は道路状況、運転者の行動により時々刻々
と変化するので、予測は不可能である。このタコメータ
１０の信号を数値発生回路５に、タイマー７の発生する
イネーブル信号のタイミングでロードし、不安定発振回
路１の不安定信号のタイミングで、シフトまたはカウン
トするので、読み出される数値はより予測不可能な数値
となる。

【００６６】このような構成の数値発生装置において
は、エンジンやモータの回転数を測定するタコメータ１
０の出力信号を、タイマー７が発生する一定のタイミン
グで、数値発生回路５にロードすることとしたので、数
値発生回路５の初期値が定期的に、かつ、予測不可能に
書き変わり、ついで、不安定発振回路１が発生する不安
定信号をクロックとしてシフトまたはカウントされるの
で、不安定発振回路１が発生する不安定信号による数値
予測不可能性に、モータ、エンジンの回転数の不規則
性、人の行動の不規則性を加えることができる。

【００６７】実施の形態７．以下、この発明の実施の形
態７を図について説明する。図１７は、本発明の数値発
生応用装置のブロック図である。図１７において、Ａ１
は各種制御を行う制御手段としてのＣＰＵ（中央演算装
置）、Ａ２は実施の形態１〜実施の形態６で述べた数値
発生装置、Ａ３は演算を行う演算装置である。数値発生
応用装置Ａはこれらの構成要素をコンパクトに一つにま
とめ、所望の機能を実現するものである。

【００６８】次に動作について説明する。中央演算装置
Ａ１は、数値発生装置Ａ２、演算装置Ａ３を制御する。
例えば、数値発生装置Ａ２の初期値、プログラムカウン
タ値等を設定したり、タイマーの周期を変更したりす
る。数値発生装置Ａ２では、これらの設定値をもとに、
予測不可能な数値を安定発振回路２のクロックのタイミ
ングで生成する。演算装置Ａ３は、例えば、暗号生成回
路であり、予測不可能な数値を用いて暗号を発生する。
演算装置Ａ３の初期設定は、中央演算装置Ａ１で行う。
演算に要する予測不可能な数値は、数値発生装置Ａ２で
発生した数値を使用する。

【００６９】本発明で用いた不安定発振回路１は、ＯＦ
Ｆされたトランジスタを利用している。そのため、ディ
ジタル回路である中央演算装置Ａ１及び演算装置Ａ３を
作成するプロセスで作ることが可能なので、外付けの回
路を必要とせずに、ひとつのプロセスでコンパクトにま
とめた装置とすることができる。

【００７０】このような構成の数値発生応用装置におい
ては、所望の機能を実現するために必要なブロックを、
同じプロセスを使用して作成するので、コンパクトな回
路構成で予測不可能な数値を必要とする回路を容易に実
現できる。

【００７１】

【発明の効果】この発明に係る数値発生装置は、不安定
な周波数の信号を発生する不安定発振手段と、安定な周
波数の信号を発生する安定発振手段と、不安定発振手段
の出力に基づいて不規則な数値を発生する数値発生手段
と、数値発生手段の発生する数値を、安定発振手段の発
生する信号のタイミングで読み出す数値読出手段とを有
し、不安定発振手段、安定発振手段、数値発生手段及び
数値読出手段は、同一のディジタル回路プロセスで作成
されている。そのため、作成工程が短縮され、安価な装
置とすることができる。

【００７２】また、不安定発振手段は、リング状に構成
される発振回路の発振信号線に温度依存性のある電位降
下素子、あるいは電位上昇素子を複数個接続した構成で
ある。そのため、温度特性のある電位降下素子、あるい
は電位上昇素子を複数個接続し、発振周波数をきめるリ
ング回路構成素子の遅延時間を変化させ、不安定発振手
段を、温度に依存して周期、デューティーが変化するよ
うにしたので、リング型発振回路の遅延時間が温度によ
り変化し、発信する信号の周期、デューティーが変化す
る。また、不安定発振手段を温度変化の激しい環境にあ
えて設置することで、その不安定性をより効果的に発揮
することができる。この不安定信号をクロックとして用
いて数値発生手段を動作させ、安定発振手段で発生させ
た安定信号で数値発生手段の出力を読み出すことで、予
測のつかない不規則な数値を得る効果がある。

【００７３】また、電位降下素子、あるいは電位上昇素
子は、ゲート電位がグランド電位になるとＯＦＦとなる
ＣＭＯＳトランジスタである。そのため、不安定発振手
段を、温度に依存して周期、デューティーが変化するよ
うに、温度依存性のあるＯＦＦされたトランジスタを、
発振信号とグランドまたは電源電位との間に設置したの
で、リング型発振回路の遅延時間が温度により変化し、
発信する信号の周期、デューティーが変化する。この不
安定信号をクロックとして用いて数値発生手段を動作さ
せ、安定発振手段で発生させた安定信号で数値発生手段
の出力を読み出すことで、予測のつかない不規則な数値
を得る効果がある。また、不安定発振手段を、ディジタ
ルＩＣの作成プロセスと同じくすることができ、コンパ
クトな回路構成で不規則な数値を発生する回路を容易に
実現することができる。

【００７４】また、複数個接続された電位降下素子、あ
るいは電位上昇素子は、ゲート電位がグランド電位にな
るとＯＦＦとなるＣＭＯＳトランジスタと、ゲート電位
が電源電位になるとＯＦＦとなるＣＭＯＳトランジスタ
とが各々少なくとも１個接続されてなる。そのため、デ
ィジタルＩＣの作成プロセスと同じくすることができ、
コンパクトな回路構成で不規則な数値を発生する回路を
容易に実現することができる。

【００７５】また、数値発生手段は、不安定発振手段が
発生する信号をクロックとして、入力された初期値をリ
ング状に接続された複数のシフトレジスタにて順次シフ
トさせて、不規則な数値を発生させる。そのため、シフ
トレジスタを不安定な発振信号をクロックとして、初期
値をシフトさせ、不規則な数値を発生させるとともに、
リング型にシフトさせることで連続的に不規則な数値を
発生させることができる。

【００７６】また、数値発生手段は、不安定発振手段が
発生する信号を、リング状に接続されたカウンタでカウ
ントすることにより、不規則な数値を発生させる。その
ため、不安定な発振信号をカウンタでカウントさせ、不
規則な数値を発生させるとともに、リング型にカウント
させることで連続的に不規則な数値を発生させることが
できる。

【００７７】また、数値発生手段は、データロード機能
のある数値発生手段構成素子、及びデータロード機能の
ない数値発生手段構成素子をリング状に接続し、不規則
な数値を発生させる。そのため、データロード機能のあ
る数値発生手段構成素子、データロード機能のない数値
発生手段構成素子をリング型につなぐことで、ロードす
るデータのビット数より高いビット数を有する不規則な
数値を発生させることができる。

【００７８】また、初期値を保持する初期値保持手段
と、初期値を数値発生手段が読み込むタイミングを発生
するタイミング発生手段とをさらに有し、数値発生手段
は、タイミング発生手段の発生させたタイミングで初期
値を読み込み、初期値と不安定発振手段の出力に基づい
て不規則な数値を発生する。そのため、タイミング発生
手段が発生するタイミングで、数値発生手段は初期値を
読み込むので、数値発生手段の初期値が定期的に書き変
わり、連続的に不規則な数値を発生させることができ
る。

【００７９】また、所定の初期データを発生するデータ
発生手段と、初期データを数値発生手段が読み込むタイ
ミングを発生するタイマー手段とをさらに有し、数値発
生手段は、タイマー手段の発生させたタイミングで初期
データを読み込み、初期データと不安定発振手段の出力
に基づいて不規則な数値を発生する。そのため、データ
発生手段の初期データを、タイマー手段が発生する一定
のタイミングで、数値発生手段にロードするので、数値
発生手段の初期値が定期的に書き変わり、不安定発振手
段が発生する不安定信号による数値予測不可能性に、さ
らに不規則性を加えることができる。

【００８０】また、データ発生手段は、プログラムカウ
ンタの実行アドレスを初期データとする。そのため、プ
ログラムの進行により時々刻々と変化するプログラムカ
ウンタのデータを、タイマー手段が発生する一定のタイ
ミングで、数値発生手段にロードするので、数値発生手
段の初期値が定期的に書き変わり、不安定発振手段が発
生する不安定信号による数値予測不可能性に、プログラ
ムカウンタの不規則性が加わった不規則な数値を得るこ
とができる。

【００８１】また、データ発生手段は、データバス上の
情報を初期データとする。そのため、プログラムの進行
により時々刻々と変化するデータバスのデータを、タイ
マー手段が発生する一定のタイミングで、数値発生手段
にロードするので、数値発生手段の初期値が定期的に書
き変わり、不安定発振手段が発生する不安定信号による
数値予測不可能性に、プログラムカウンタの不規則性が
加わった不規則な数値を得ることができる。

【００８２】また、データ発生手段は、熱電対である。
そのため、熱電対のデータを定期的に数値発生手段の発
生データ源としてロードするので、不安定な発振信号で
発生させる不規則な数値に、熱電対で測定する熱の不規
則性を重積させることができる。

【００８３】また、データ発生手段は、モータ、エンジ
ンなどの回転数を計測するタコメータである。そのた
め、タコメータのデータを定期的に数値発生手段の発生
データ源としてロードするので、不安定な発振信号で発
生させる予測不可能な数値に、モータ、エンジンの回転
数の不規則性およびそれらを動作させている人の行動の
不規則性を重積させることができる。

【００８４】さらに、請求項１乃至請求項１３記載の数
値発生装置と、数値発生装置の発生する数値を用いて演
算を行う演算装置と、数値発生装置、演算装置を制御す
る制御装置とを有し、数値発生装置、演算装置及び制御
装置は、同一のディジタル回路プロセスで一体に作成さ
れている。そのため、所望の機能を実現するために必要
なブロックを、同じプロセスを使用して作成することが
できるので、コンパクトな回路構成で不規則な数値を必
要とする回路を実現できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の数値発生装置を示すブロック図であ
る。

【図２】 安定発振回路の回路図である。

【図３】 安定発振回路のタイミングチャート図であ
る。

【図４】 不安定発振回路の回路図である。

【図５】 ＣＭＯＳトランジスタの動作図図である。

【図６】 不安定発振回路の回路動作説明図である。

【図７】 不安定発振回路の電位降下の説明図である。

【図８】 不安定発振回路の温度とゲート遅延の関係図
である。

【図９】 数値発生回路の回路図である。

【図１０】 数値読出回路の回路図である。

【図１１】 数値発生の説明図である。

【図１２】 本発明の数値発生装置の他の例を示す不安
定発振回路の回路図である。

【図１３】 本発明の数値発生装置の他の例を示すブロ
ック図である。

【図１４】 本発明の数値発生装置の他の例を示す数値
発生回路を中心として書いた要部ブロック図である。

【図１５】 本発明の数値発生装置の他の例を示すブロ
ック図である。

【図１６】 本発明の数値発生装置の他の例を示すブロ
ック図である。

【図１７】 本発明の数値発生応用装置のブロック図で
ある。

【図１８】 従来の乱数雑音発生装置のブロック図であ
る。

【図１９】 従来のシフトレジスタの回路図である。

【図２０】 従来の疑似乱数発生装置のブロック図であ
る。

【図２１】 従来の疑似乱数発生装置の他の例を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１ 不安定発振回路（不安定発振手段）、２ 安定発振
回路（安定発振手段）、３ タイミング回路（タイミン
グ発生手段）、４ 初期値保持回路（初期値保持手
段）、５ 数値発生回路（数値発生手段）、６ 数値読
出回路（数値読出手段）、７ タイマー（タイマー手
段）、８ プログラムカウンタ、９ 熱電対、１０ タ
コメータ、Ａ１ ＣＰＵ（中央演算装置）、Ａ２ 数値
発生装置、Ａ３演算装置。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 不安定な周波数の信号を発生する不安定
   発振手段と、 安定な周波数の信号を発生する安定発振手段と、 上記不安定発振手段の出力に基づいて不規則な数値を発
   生する数値発生手段と、 上記数値発生手段の発生する数値を、上記安定発振手段
   の発生する信号のタイミングで読み出す数値読出手段と
   を有し、 上記不安定発振手段、上記安定発振手段、上記数値発生
   手段及び上記数値読出手段は、同一のディジタル回路プ
   ロセスで作成されていることを特徴とする数値発生装
   置。
2. 【請求項２】 上記不安定発振手段は、リング状に構成
   される発振回路の発振信号線に温度依存性のある電位降
   下素子、あるいは電位上昇素子を複数個接続した構成で
   あることを特徴とする請求項１記載の数値発生装置。
3. 【請求項３】 上記電位降下素子、あるいは上記電位上
   昇素子は、ゲート電位がグランド電位になるとＯＦＦと
   なるＣＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求
   項２記載の数値発生装置。
4. 【請求項４】 上記複数個接続された電位降下素子、あ
   るいは上記電位上昇素子は、ゲート電位がグランド電位
   になるとＯＦＦとなるＣＭＯＳトランジスタと、ゲート
   電位が電源電位になるとＯＦＦとなるＣＭＯＳトランジ
   スタとが各々少なくとも１個接続されてなることを特徴
   とする請求項２記載の数値発生装置。
5. 【請求項５】 上記数値発生手段は、上記不安定発振手
   段が発生する信号をクロックとして、入力された初期値
   をリング状に接続された複数のシフトレジスタにて順次
   シフトさせて、上記不規則な数値を発生させることを特
   徴とする請求項１記載の数値発生装置。
6. 【請求項６】 上記数値発生手段は、上記不安定発振手
   段が発生する信号を、リング状に接続されたカウンタで
   カウントすることにより、上記不規則な数値を発生させ
   ることを特徴とする請求項１記載の数値発生装置。
7. 【請求項７】 上記数値発生手段は、データロード機能
   のある数値発生手段構成素子、及びデータロード機能の
   ない数値発生手段構成素子をリング状に接続し、上記不
   規則な数値を発生させることを特徴とする請求項１記載
   の数値発生装置。
8. 【請求項８】 初期値を保持する初期値保持手段と、 上記初期値を上記数値発生手段が読み込むタイミングを
   発生するタイミング発生手段とをさらに有し、 上記数値発生手段は、上記タイミング発生手段の発生さ
   せたタイミングで上記初期値を読み込み、該初期値と上
   記不安定発振手段の出力に基づいて上記不規則な数値を
   発生することを特徴とする請求項１記載の数値発生装
   置。
9. 【請求項９】 所定の初期データを発生するデータ発生
   手段と、 上記初期データを上記数値発生手段が読み込むタイミン
   グを発生するタイマー手段とをさらに有し、 上記数値発生手段は、上記タイマー手段の発生させたタ
   イミングで上記初期データを読み込み、該初期データと
   上記不安定発振手段の出力に基づいて上記不規則な数値
   を発生することを特徴とする請求項１記載の数値発生装
   置。
10. 【請求項１０】 上記データ発生手段は、プログラムカ
    ウンタの実行アドレスを上記初期データとすることを特
    徴とする請求項９記載の数値発生装置。
11. 【請求項１１】 上記データ発生手段は、データバス上
    の情報を上記初期データとすることを特徴とする請求項
    ９記載の数値発生装置。
12. 【請求項１２】 上記データ発生手段は、熱電対である
    ことを特徴とする請求項９記載の数値発生装置。
13. 【請求項１３】 上記データ発生手段は、モータ、エン
    ジンなどの回転数を計測するタコメータであることを特
    徴とする請求項９記載の数値発生装置。
14. 【請求項１４】 請求項１乃至請求項１３記載の数値発
    生装置と、 上記数値発生装置の発生する数値を用いて演算を行う演
    算装置と、 上記数値発生装置、演算装置を制御する制御装置とを有
    し、 上記数値発生装置、上記演算装置及び上記制御装置は、
    同一のディジタル回路プロセスで一体に作成されている
    ことを特徴とする数値発生応用装置。