JP2558678B2 - 擬似乱数発生回路 - Google Patents

擬似乱数発生回路

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JP2558678B2 JP62036548A JP3654887A JP2558678B2 JP 2558678 B2 JP2558678 B2 JP 2558678B2 JP 62036548 A JP62036548 A JP 62036548A JP 3654887 A JP3654887 A JP 3654887A JP 2558678 B2 JP2558678 B2 JP 2558678B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の試験を容易に行うための擬
似乱数発生回路に関するものである。
〔従来の技術〕
第5図は従来の擬似乱数発生回路の一例を示す回路図
である。この種の回路はLFSR(リニアフィードバック
シフトレジスタ)と呼ばれ、シフトレジスタと排他的論
理和回路から構成され一定の周期を持つ擬似乱数を発生
する。図において、1はn段の直列シフトレジスタ、2
は排他的論理和回路、3はシフトレジスタ1から排他的
論理和回路2への入力の有無を制御する制御回路、4は
シフトクロック端子、5は出力端子である。
次に動作について説明する。
制御回路3に関し、hi(i=1,2,……,n−1)はシフ
トレジスタから排他的論理和回路2への入力の有無を示
しており、hi=1の時はシフトレジスタ1から排他的論
理和回路2への入力が有る事を示し、hi=0の時は排他
的論理和回路2に対し論理“0"が入力されている事を示
すものとする。ただし、hi=0の時は排他的論理和回路
2の他方の入力がそのまま出力に伝わるので実際には排
他的論理和回路2を設置する必要はない。
クロック端子にクロックを与えると1ビットの右シフ
ト動作を行ない、最上位ビットQn-1には排他的論理和
回路2と制御回路3によって構成されたフィードバック
回路によって得られた値がセットされる。シフトレジス
タ1の持つ値は出力端子5を通じて取り出され、クロッ
クを与える毎に擬似乱数が得られる。
この動作を行列で表現すると、 となり、簡単に書き直せば Q(t+1)=H・Q(t) …第2式 となる。これはシフトレジスタの現在の状態をQ(t)
とするとクロックを1回与えた後の状態Q(t+1)は
第2式により導けることを示している。
また、この種の擬似乱数発生回路ではhiを適切に選ぶ
事によって最大2n−1の周期と2n−1種類の値を持つ
擬似乱数が得られることが知られている。
例えば、第6図は4ビット(n=4)のLFSRであり、
1=0,h2=0,h3=1の場合の具体的な回路図であり、
4−1=15の周期を持つ擬似乱数を発生するものであ
る。図において、1,2,4,5は第5図と同一又は相当部分
を示し、6は初期化端子である。
次に第6図の回路の動作について説明する。先ず、初
期化端子6をアクティブにする事によってシフトレジス
タをQ3=Q2=Q1=Q0=0以外の値に初期化する。な
ぜならば、all 0(Q3=Q2=Q1=Q0=0)に初期化
するとクロック端子4にクロックを与えてもシフトレジ
スタの状態は変化せずall 0(Q3=Q2=Q1=Q0
0)のままであり、擬似乱数を発生できないからであ
る。従ってこの種の擬似乱数発生回路ではall 0の値は
発生されない。例えばQ3=1,Q2=Q1=Q0=0に初期
化する。この状態をクロックサイクル0とすると、以
後、クロック端子4にクロックを与える毎にシフト動作
をくり返し、最上位ビットQ3には排他的論理和回路2
の出力がセットされていき、擬似乱数を発生し出力端子
5に出力される。
第7図は第6図の回路に関してクロックを与える毎の
シフトレジスタの内部状態を示しており、クロックサイ
クル毎に乱数が更新されていることがわかる(10進表示
を参照の事)。第7図では、クロックサイクル15でクロ
ックサイクル0と同じ状態(Q3=1,Q2=Q1=Q0
0)にもどっている。つまり、クロックサイクル15以降
はクロックサイクル0から14と同じ内容が繰り返される
ので真の乱数ではなく擬似乱数と呼ばれる。
第5図の回路ではall 0(Qn-1=Qn-2=……Q1=Q
0=0)の値は発生できないが、この欠点を改良した回
路があり、これを第8図に示す。図において、1,2,3,4,
5は第5図と同一又は相当部分を示し、2aは排他的論理
和回路2と同じもの、7aはシフトレジスタの連続するn
−1段の出力データが全て0であることを検出するゼロ
検出回路であり、例えばNOR回路で実現できる。第8図
の回路では、排他的論理和回路2aとゼロ検出回路7aの作
用により、000……01(Qn-1=Qn-2=……=Q1=0,Q0
=1)の状態の次にall 0(Qn-1=Qn-2=……Q1=Q
0=0)の状態を挿入する事ができ、hiを適切に選ぶ事
によって最大2nの周期と2n種類の値を持つ擬似乱数が
得られる。
例えば、第9図は4ビット(n=4)の改良された擬
似乱数発生回路の一つであり、16(=24)の周期と16
種類の値を持つ擬似乱数を発生する事ができる。
第10図は第9図の回路に関しクロックを与える毎のシ
フトレジスタの内部状態を示しており、クロックサイク
ル毎に乱数が更新され(10進表示を参照の事)、0001
(Q3=Q2=Q1=0,Q0=1)の状態の次にall 0(Q3
=Q2=Q1=Q0=0)の状態が挿入されている事がわ
かる。第10図では、クロックサイクル16でクロックサイ
クル0と同じ状態(Q3=1,Q2=Q1=Q0=0)にもど
っている。つまりクロックサイクル16以降はクロックサ
イクル0から15と同じ内容がくり返される事になる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の擬似乱数発生回路は以上のように構成されてい
るので、発生される擬似乱数は最大2nの周期と2n種類
の値を持つが、2n種類の値は一定の順序でくり返し発
生され、半導体装置の試験に必要な逆の順序での擬似乱
数発生が行なえないという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、擬似乱数を一定の順序で発生できるととも
に、半導体装置の試験に必要な逆の順序での擬似乱数を
も発生することができる擬似乱数発生回路を得ることを
目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る擬似乱数発生回路は、複数の段が直列
接続された方向の双方向に各段の保持データをシフト可
能とする直列シフトレジスタにおける一方端の段の出力
データとそれ以外の段の出力データとの論理演算を含む
第1の演算と、上記直列シフトレジスタにおける他方端
の段の出力データとそれ以外の段の出力データとの論理
演算を含む第2の演算とを行なう演算手段、および、第
2の演算の演算結果を前記一方端の段への入力とし前記
一方端の段から他方端の段への正方向に直列シフトレジ
スタの各段の保持データをシフトさせる動作と、第1の
演算の演算結果を他方端の段への入力とし正方向とは逆
の方向に直列シフトレジスタの各段の保持データをシフ
トさせる動作との切り換えを行い、正方向のシフト動作
と逆方向のシフト動作として互いに逆順序の擬似乱数を
発生させる切換手段を備えたものである。
〔作用〕
この発明においては、直列シフトレジスタを正方向に
シフト動作させると一定の順序で擬似乱数が発生し、直
列シフトレジスタを逆方向にシフト動作させると正方向
にシフト動作させた場合とは逆の順序の擬似乱数を発生
させることを可能とする。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例を図について説明する。
先ず、従来の第5図の回路動作は第1,第2式で表わさ
れたが、この回路とは逆の順序で擬似乱数を発生するに
は第2式に示したHの逆行列H-1を実現する回路を用い
ればよい。
逆行列H-1は以下に示すようになる(ただしmod 2の
計算)。
従って、逆の順序で擬似乱数を発生する回路の動作は Q(t+1)=H-1・Q …第4式 で表わされる。
更にall 0の状態を発生できるように第5図の回路か
ら第8図の回路への改良と同様の改良を加えれば最大2
n種類の値を逆の順序で発生できる。
第1図はこの発明の一実施例による擬似乱数発生回路
を示す回路図である。図において、2,3,5,2a,7aは第8
図と同一又は相当部分を示し、4aは正方向シフトクロッ
ク端子、4bは逆方向シフトクロック端子、2bは排他的論
理和回路、7bはゼロ検出回路、8はセレクタ回路、9は
セレクタ制御端子、10は双方向シフト可能な双方向直列
シフトレジスタである。
次に動作について説明する。
セレクタ制御端子9を制御することによりセレクタ回
路8は同時に切換わり、右又は左の接点に接続される。
左側の接点に接続された場合には、論理的には第8図の
回路と同様になり、正方向シフトクロック端子4aにクロ
ックを与える事により、第8図の回路が発生するのと同
じ最大2nの周期と2n種類の値を持つ擬似乱数を出力端
子5に発生する。逆に右側の接点に接続された場合に
は、制御回路3及び排他的論理和回路2によるフィード
バック回路が第4式を満たすように接続され、かつ排他
的論理和回路2bとゼロ検出回路7bによりall 0の値も発
生できるので逆方向シフトクロック端子4bにクロックを
与えることにより、逆の順序で最大2nの周期と2n種類
の値を持つ擬似乱数を発生することができる。また、第
5図の回路と同様に制御回路3のhi=0の時はそれに接
続される排他的論理和回路とセレクタ回路は省略する事
ができる。
第2図は上記実施例が4ビットの場合の擬似乱数発生
回路の一例であり、h1=0,h2=0,h3=1の場合の具体
的な回路図である。
次に第2図の回路の動作について説明する。先ず、セ
レクタ制御端子9を制御する事によりセレクタ回路8を
切換え、左の接点に接続する。この状態で正方向シフト
クロック端子4aにクロックを与える事により右(正方
向)シフト動作が行なわれ、最上位ビットQ3には排他
的論理和回路2及び2a,ゼロ検出回路7a,セレクタ回路8
によるフィードバック回路により得られた値がセットさ
れ、クロックを与え続ける事により、16(=24)の周
期と16種類の値を持つ擬似乱数を発生する。逆に、セレ
クタ制御端子9を制御する事によりセレクタ回路8を切
換え、右の接点に接続し、この状態で逆方向シフトクロ
ック端子4bにクロックを与えることにより左(逆方向)
シフト動作が行なわれ最下位ビットQ0には、排他的論
理和回路2及び2b,ゼロ検出回路7b,セレクタ回路8によ
るフィードバック回路により得られた値がセットされ、
クロックを与え続けることにより、逆の順序で16(=2
4)種類の値を発生する。
第3図は第2図の回路に関してクロックを与える毎の
シフトレジスタの内部状態を示したものであり、クロッ
クサイクル0から15は正方向(正方向シフトと左接点)
の擬似乱数発生を、クロックサイクル16以降は逆方向
(逆方向シフトと右接点)の擬似乱数発生を行なった例
を示している。なお、ここでは初期化動作としてQ3
1,Q2=Q1=Q0=0となるものをクロックサイクル0と
して示したが、Qj(j=0,1,2……)はどのような値に
初期化されてもよい。
第4図は第2図と同一の動作を行なう疑似乱数発生回
路を示す。第1図や第2図ではセレクタ回路8を用いた
ものを示したが、本実施例のような回路構成とすること
により、all 0の状態を除いて第2式及び第4式を満足
させることができ、セレクタ回路を用いなくても同様の
動作を行なうことができる。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明の擬似乱数発生回路によれ
ば、複数の段が直列接続された方向の双方向に各段の保
持データをシフト可能とする直列シフトレジスタにおけ
る一方端の段の出力データとそれ以外の段の出力データ
との論理演算を含む第1の演算と、上記直列シフトレジ
スタにおける他方端の段の出力データとそれ以外の段の
出力データとの論理演算を含む第2の演算とを行なう演
算手段、および、第2の演算の演算結果を前記一方端の
段への入力とし前記一方端の段から他方端の段への正方
向に直列シフトレジスタの各段の保持データをシフトさ
せる動作と、第1の演算の演算結果を他方端の段への入
力とし正方向とは逆の方向に直列シフトレジスタの各段
の保持データをシフトさせる動作との切り換えを行い、
正方向のシフト動作と逆方向のシフト動作とで互いに逆
順序の擬似乱数を発生させる切換手段を備えたので、一
定順序の擬似乱数を発生するとともにこれとは逆順序の
擬似乱数を発生することもでき、従って、半導体装置の
試験に必要な互いに逆順序である2通りの擬似乱数を得
ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による擬似乱数発生回路を
示す回路図、第2図は本実施例が4ビットの場合の擬似
乱数発生回路を示す回路図、第3図は第2図の回路の動
作時のシフトレジスタの内部状態を示す図、第4図は第
2図の回路と同じ動作をするこの発明の他の実施例によ
る擬似乱数発生回路を示す回路図、第5図は従来の擬似
乱数発生回路を示す回路図、第6図は該従来例の4ビッ
トの場合の擬似乱数発生回路を示す回路図、第7図は第
6図の回路の動作時のシフトレジスタの内部状態を示す
図、第8図は従来の改良された擬似乱数発生回路を示す
回路図、第9図は該従来例の4ビットの場合の擬似乱数
発生回路を示す回路図、第10図は第9図の回路の動作時
のシフトレジスタの内部状態を示す図である。 図において、1は直列シフトレジスタ、2,2a,2bは排他
的論理和回路、3は制御回路、4はシフトクロック端
子、4aは正方向シフトクロック端子、4bは逆方向シフト
クロック端子、5は出力端子、6は初期化端子、7a,7b
はゼロ検出回路、8はセレクタ回路、9はセレクタ制御
端子、10は双方向直列シフトレジスタである。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直列に接続された複数の段を有し、この直
    列接続された方向の双方向に各段の保持データをシフト
    可能とする直列シフトレジスタ、 前記直列シフトレジスタにおける一方端の段の出力デー
    タとそれ以外の段の出力データとの論理演算を含む第1
    の演算と、前記直列シフトレジスタにおける他方端の段
    の出力データとそれ以外の段の出力データとの論理演算
    を含む第2の演算とを行なう演算手段、および、 前記第2の演算の演算結果を前記一方端の段への入力と
    し前記一方端の段から前記他方端の段への正方向に前記
    直列シフトレジスタの各段の保持データをシフトさせる
    動作と、前記第1の演算の演算結果を前記他方端の段へ
    の入力とし前記正方向とは逆の方向に前記直列シフトレ
    ジスタの各段の保持データをシフトさせる動作との切り
    換えを行い、前記正方向のシフト動作と逆方向のシフト
    動作とで互いに逆順序の擬似乱数を発生させる切換手段
    を備えていることを特徴とする擬似乱数発生回路。
  2. 【請求項2】前記演算手段は、前記直列シフトレジスタ
    の少なくとも前記一方端の段の出力および他方端の段の
    出力に接続され、前記第1の演算と第2の演算とを選択
    して実行させるセレクタ回路を有することを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の擬似乱数発生回路。
  3. 【請求項3】前記直列シフトレジスタの前記一方端の段
    を除くすべての段の保持データが同一の値を出力したこ
    とを検出する第1の検出回路、および、 前記直列シフトレジスタの前記他方端の段を除くすべて
    の段の保持データが同一の値を出力したことを検出する
    第2の検出回路を備え、 前記演算手段は、前記第1の検出回路の出力と前記第2
    の演算の演算結果とを論理演算し、その結果を前記他方
    端の段へ入力する第1の論理回路、および、 前記第2の検出回路の出力と前記第1の演算の演算結果
    とを論理演算し、その結果を前記一方端の段へ入力する
    第2の論理回路を有することを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の擬似乱数発生回路。
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