(57)【要約】【課題】  自走発振器のロックを検出するシステム及び方法を提供することである。【解決手段】  ＦＲＯサンプラー１１０の出力がサンプルストレージメディア１２０の入力にカップリングされ、パターン検出ロジックが、サンプルストレージメディアを１つ以上のパターン検出器１３０に作動上カップリングしてサンプルにアクセスし又はサンプルを入手する。パターン検出器が、保存サンプル１〜Ｎを、保存サンプル（Ｎ＋１）〜２Ｎと比較してその等値性を調べ、サンプル１と４が同値を含み、サンプル２と５が同値を含み、サンプル３と６が同値を含むことを発見すると、サンプル１、２、３がサンプル４、５、６と同じパターンの反復であると見なされる。【選択図】  図１
2010161775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自走発振器（ＦＲＯ）のロックを検出する装置であって、
ＦＲＯ出力のサンプルを定期取得するためのサンプラーと、
連続する複数のサンプルを保存するためのサンプルストレージメディアと、
保存したサンプルにおける反復パターンを検出するための少なくとも１つのパターン検出器と、
反復パターン検出数をカウントするためのエラーカウンタと、
エラーカウンタの反復パターン検出カウント数が予め選択した数に達したことを表示するための閾値検出器と、
を含む装置。
【請求項２】
特定用途用に設計、製造した集積回路（ＡＳＩＣ）での用途において実施される請求項１の装置。
【請求項３】
予め選択した反復パターン検出カウント数の検出指標を保存するためのデータストレージを更に含む請求項１の装置。
【請求項４】
閾値検出器が、予め選択された反復パターン検出カウント数の検出を表示した場合にアラームを発生するアラーム発生器を更に含む請求項１の装置。
【請求項５】
閾値検出器が、予め選択された反復パターン検出カウント数の検出を表示した場合にＦＲＯを調節するためのＦＲＯアジャスタを更に含み、該ＦＲＯの調節が、ＦＲＯのリスタート、シャットダウン、動作周波数変更、の何れかを含む請求項２の装置。
【請求項６】
予め選択する反復パターン検出カウント数を変化させるための閾値レベルセレクタを更に含む請求項１の装置。
【請求項７】
サンプルストレージメディアがシフトレジスタである請求項１の装置。
【請求項８】
少なくとも１つのパターン検出器が、新規のサンプルが保存された場合に、最新サンプルの各々を当該最新サンプルの直前の同数のサンプルの各々と比較し、パターン検出器の少なくとも１つにより、各最新サンプルのパターンが前記直前のサンプルにおけるパターンと同一であると判定された場合にエラーカウンタが作動する請求項１の装置。
【請求項９】
何れのパターン検出器も反復パターンを検出しない場合はエラーカウンタがゼロにリセットされる請求項８の装置。
【請求項１０】
ＦＲＯの周波数が、サンプリング周波数の少なくとも半分である請求項１の装置。
【請求項１１】
自走発振器のロックを検出する方法であって、
サンプリング周波数下にＦＲＯ出力をサンプリングすること、
サンプルストレージ媒体に各新規サンプルを保存すること、
新規サンプルを保存する毎に、サンプルストレージメディアを、連続するサンプルの反復パターンに関してサーチすること、
該サーチにより少なくとも１つの反復パターンが発見された場合に、当該反復パターンを発見した連続サンプル数をカウントすること、
当該カウント値が、予め選択した閾値数に到達したことを検出すること、
を含む方法。
【請求項１２】
反復パターンが発見されなかった場合にエラーカウンタをゼロにリセットすることを更に含む請求項１１の方法。
【請求項１３】
カウント値が閾値数に到達した場合にアラームを発生することを更に含む請求項１１の方法。
【請求項１４】
カウント数が閾値数に到達した場合に、ＦＲＯのリスタート、シャットダウン、動作周波数変更、の何れかによりＦＲＯを調節することを更に含む請求項１１の方法。
【請求項１５】
閾値数を変化させることにより検出器の感度を変更することを請求項１１の方法。
【請求項１６】
ＦＲＯの動作周波数がサンプリング周波数の少なくとも半分である請求項１１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自走発振器に関し、詳しくは当該自走発振器のロック検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
所謂真性乱数生成回路（ＴＲＮＧ）の出力は代表的には、例えば、放射性崩壊の不規則な発生時間又はレジスタの横断方向に生じる熱雑音といった、エントロピー（即ち、ランダム性）を持つ幾つかのフィジカルソースに基づいたものである。ランダム性を持つフィジカルソースの１つに、自走発振器（ＦＲＯ）のタイミングジッタがある。ＦＲＯをランダム性のあるフィジカルソースとして用いる場合、標準的なデジタル回路技術、例えば、ＡＳＩＣ（ある特定の用途のために設計、製造される集積回路）を用いて当該ＦＲＯを構成出来る利点がある。ＦＲＯが正しく“自”走すると仮定（つまり、ＦＲＯがその環境内の周期的信号にロックされない）する場合、ＦＲＯの出力サンプルを周期的に取得することで、真性乱数発生に使用可能なランダム性を有するフィジカルソースが提供される。
【０００３】
しかしながら、ＦＲＯがその環境下の周期的信号（又はそれらの信号の調和振動）にロックされるとＦＲＯの出力サンプルにおけるランダム性が低下する。サンプリング周波数又はサンプリング計時用のもっと高い周波数でロックするとサンプルのランダム性が全くなくなることすらある。乱数発生器が、ＦＲＯサンプルからの発生値を何らかのフォームを使用して後処理するものである場合、統計的手法により発生乱数の異常をチェックしてもＦＲＯのロックを発見できない。後処理後の乱数値は、真性のランダム性がもはや無い場合でさえ、尚、ランダム性があるように見える場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，８０７，５５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
自走発振器のロックを検出するシステム及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、自走発振器（ＦＲＯ）のロック検出法が提供される。当該方法には、ＦＲＯの出力サンプルを定期的に取得すること、新規の出力サンプルをサンプルストレージメディアに保存すること、新規の出力サンプルを保存する毎に、保存した出力サンプルに関する少なくとも１つの反復パターンをサーチすること、連続する出力サンプルでは発見された反復パターン数をカウントすること、反復パターンカウント数が予め選択した閾値に達したことを表示すること、が含まれる。
以上の一般的記述及び以下の詳細な記述は、例示的且つ説明的なものであり、ここに開示するシステム及び方法に関する爾後の説明を意図したものである。
【発明の効果】
【０００７】
自走発振器のロックを検出するシステム及び方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明に従うＦＲＯロック検出用のブロックダイアグラムである。
【図２】図２は、本発明に従うＦＲＯロック検出用の流れダイヤグラム図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ＦＲＯ出力の連続するサンプルにおける反復パターンをサーチすることによりＦＲＯのロックを検出する。連続サンプルにおける反復パターンを検出すると、反復パターンを維持しているサンプル数がカウントされる。このカウント数が予め選択した閾値を越えるとＦＲＯのロックが表示されたと見なされる。このロック表示は、アラーム発生及び又はＦＲＯの動作を、例えば、その動作周波数の変更、リスタートあるいはシャットダウンなどにより調整するために使用できる。閾値は、検出器の感度をコントロールできるよう変化され得ることが好ましい。
【００１０】
図１には、ＦＲＯのロックを検出するための装置実施例のブロックダイヤグラム図が示される。このブロックダイヤグラム図は、ＦＲＯがその環境下の周期的信号にロックされた場合における如きものである。ＦＲＯブロック１００には、例えば乱数発生用のエントロピー源としてその出力を使用可能なＦＲＯが含まれる。米国特許第６，８０７，５５３号には、乱数発生用の複数のＦＲＯを含む装置例が記載される。ＦＲＯブロック１００からの出力はＦＲＯサンプラー１１０の入力に作動上カップリングされる。ＦＲＯサンプラー１１０は、ＦＲＯブロックからの出力を、例えば、図示されないサンプリングクロック周波数の如き周期的周波数ではサンプリングする。あるＦＲＯサンプラー１１０実施例はＤタイプのフリップフロップを含み得る。
【００１１】
ＦＲＯサンプラー１１０の出力はサンプルストレージメディア１２０の入力にカップリングされる。サンプルストレージメディア１２０はコンピューターで読み取り可能なストレージメディア、例えば、メモリ、レジスタ、その他であり得る。あるサンプルストレージメディア１２０実施例は、ＦＲＯブロック１００からの連続する出力サンプルを、例えばカスケード接続した複数のディレーステージの如きに保持するシフトレジスタを含み得る。ＦＲＯサンプラー１１０は、そうしたシフトレジスタ１２０の第１ステージであり得る。この実施例では参照容易化のためのサンプル番号付け規則が使用され、“サンプル１”はシフトレジスタ内にシフトされた最後のサンプルを、“サンプル２”は最後のサンプルの１つ前のサンプルを表わすが、その他の番号付け規則を使用しても良い。
【００１２】
パターン検出ロジックが、サンプルストレージメディア１２０を１つ以上のパターン検出器１３０に作動上カップリングする等により、サンプルにアクセスし又はサンプルを入手する。各パターン検出器は、保存したサンプル１〜Ｎを、保存したサンプル（Ｎ＋１）〜２Ｎと比較し、又、異なる数Ｎでは連続するサンプルにアクセスする。例えば、Ｎ＝３のパターン検出器は、最新のサンプル１、２、３を、次に最新のサンプル４、５、６と夫々比較する。詳しくは、サンプル１をサンプル４と比較し、同様にサンプル２をサンプル５と比較し、サンプル３をサンプル６と比較し、その等値性を見る。もしサンプル１と４が同値を含み、サンプル２と５が同値を含み、サンプル３と６が同値を含むことを発見すると、サンプル１、２、３はサンプル４、５、６と同じパターンの反復であると見なされる。ある実施例では、サンプル１と４、２と５、３と６を夫々比較するためにＸＮＯＲゲートが使用され得る。ＸＮＯＲゲートからの出力は、サンプル１、２、３がサンプル４、５、６のパターンの反復である場合にそれを出力表示するＡＮＤゲートの入力にカップリングされ得る。Ｎ＝３は一例であり、Ｎは任意の所望値であり得る。
【００１３】
ある実施例では、Ｎ値が異なる複数のサンプルを同時比較する複数のパターン検出器を平行使用する。例えば、Ｎ＝３の第１のパターン検出器を、Ｎ＝４及び又はＮ＝５等であるパターン検出器と組み合わせて使用し得る。Ｎ値を任意の所望値とする任意の所望のパターン検出器組み合わせを平行使用できる。パターン検出器１３０は、サンプルストレージメディア１２０への新規サンプルの保存、例えば、シフトレジスタ内にシフトされる毎にパターンをサーチする。
【００１４】
パターン検出器１３０はエラーカウンタ１４０に作動上カップリングされる。エラーカウンタ１４０は、１つ以上のパターン検出器が反復パターン例を検出すると作動し、何れのパターン検出器も反復パターンを検出しない場合はゼロにリセットされる。エラーカウンタ１４０は閾値検出器１５０に作動上カップリングされる。閾値検出器１５０はエラーカウンタのカウント数を閾値と比較する。閾値は閾値検出器１５０に保存され得、又は閾値検出器１５０にアクセス可能な別の保存場所に保存され得る。閾値検出器１５０は閾値到達を検出し得る。ある実施例では、エラーカウンタ１４０のカウント数が閾値と等しくなった場合を閾値到達とする。他の実施例では閾値はエラーカウンタ１４０の数値が閾値を上回った場合を閾値到達とする。何れの実施例でも、閾値検出器１５０は閾値到達を判定するための比較器を含み得る。閾値に到達すると閾値検出器１５０の閾値出力がロック表示信号を提供する。
【００１５】
閾値検出器１５０は、閾値到達を示す指標を閾値を検出したストレージ１６０に保存せしめ得る。例えば、閾値到達を比較回路を用いて検出するインプレメンテーションでは比較器の出力は、エラーカウンタの出力が閾値に到達する（即ち、等値となる又は上回る）限りに於いてのみアクティブ化され、ロック検出の指標は、メモリ回路、“フリップフロップ”回路その他を使用して保存され得る。ある実施例では、閾値に到達するとアラーム発生器１７０によりアラームが発生され得、及び又は、ＦＲＯブロック１００内のＦＲＯがＦＲＯアジャスタ１８０により調節され得る。ＦＲＯアジャスタ１８０は、ＦＲＯの動作周波数変更、リスタート、又はシャットダウンによりＦＲＯを調節し得る。ＦＲＯアジャスタ１８０は、ＦＲＯ調節に際してエラーカウンタ１４０をもリセットさせる。
【００１６】
閾値は閾値レベルセレクタ１９０により変更され得ることが好ましい。閾値を閾値検出器で使用するべく選択及びセットさせ得るよう、レジスタ、メモリ、又は任意の、コンピューターによりアクセス可能なその他のデータストレージデバイスを使用して閾値を保持させ得る。閾値は、例えば、特定用途に対する所望に応じて、又は所望よりも多い又は少ないロック検出数に応じた運転コース中に変化され得る。閾値は自動又は手動で変化され得る。閾値が小さい（即ち、比較的少数のサンプルを用いてロックを表示させる）場合、閾値検出器の感度を高くし得る（即ち、より速くロックを検出させ得る）。しかしながら、真性のランダム信号の中には反復挙動を示すものが存在し得ることから、閾値が小さいとロックが誤認識される恐れがある。従って、より高感度の閾値検出器では、もっと低感度の閾値検出器における場合より“誤アラーム”数が多くなる。
【００１７】
サンプルストレージメディア１２０への保存サンプル数は、反復パターンを信頼下に検出するに充分と考え得る任意数のサンプルがパターン検出器に供給されるように選択し得る。例えば、保存可能なサンプル数は２４であり、１２までのサンプル長さを検出するパターン検出器を使用し得るが、もっと多い又は少ないサンプル数を使用できる。又、パターン検出器の使用数、各パターン検出器がパターンサーチするサンプル数Ｎ、及び又は、使用する検出器の組み合わせは特定用途条件により変更され得る。
【００１８】
図２にはＦＲＯロック検出法の流れダイヤグラムが示される。ブロック２００ではＦＲＯ出力がサンプリングされる。ブロック２１０では出力サンプルが、例えばシフトレジスタその他に保存される。ブロック２２０では各保存サンプルにおける１つ以上の反復パターンがサーチされる。ブロック２３０では反復パターンの発見が判定される。ブロック２４０では、もし反復パターンが発見されない場合はエラーカウンタがゼロにリセットされ、プロセスはブロック２００に戻って継続される。
【００１９】
しかしながら、ブロック２３０で１つ以上の反復パターンが発見されると、ブロック２５０でエラーカウンタが作動される。ブロック２６０でエラーカウンタのカウント数が閾値と比較される。ある実施例では、エラーカウンタのカウント数が閾値と等値となった場合を閾値到達とする。他の実施例では、エラーカウンタのカウント数が閾値を上回った場合を閾値到達とする。ブロック２７０では、エラーカウンタにより閾値が達成されたか否かを下に判定が実施される。もし閾値が達成されていない場合、プロセスはブロック２００に戻って継続される。
【００２０】
閾値に到達すると、ブロック２８０で閾値到達を示す指標が保存され得、及び又はアラームが発生され得る。ブロック２９０では、同様にあるいは別様に、ＦＲＯが調節（アジャスト）され得、エラーカウンタがリセットされ得る。次いでプロセスはブロック２００に戻されて当該ブロックから実施される。ブロック２９０ではＦＲＯは、例えば動作周波数の変更、リスタート、又はシャットダウンにより先に記述したようにアジャストされ得る。ＦＲＯは、例えば、複数のＦＲＯとの組み合わせにおいて特定用途用エントロピーを提供する、例えばＴＲＮＧの如き場合ではシャットダウンされる。ある実施例ではＦＲＯは、その動作周波数の変更後、及び又は、予め選択した回数リスタートさせた後にロックを繰り返すことが発見された場合にシャットダウンされ得る。
【００２１】
長さＮビットにおける反復パターンは、Ｎの整数倍数である長さＭのパターンを検出するパターン検出器により検出され得る。従って、ある実施例では、サンプルストレージメディア１２０におけるシフトレジスタの長さと、パターン検出器１３０の長さとは、各サンプルを保存し得且つ所望数での及びその数の所望の倍数でのサンプルにおけるパターンを検出し得るように選択され得る。更には、ＦＲＯ動作周波数の、サンプルクロック周波数の整数倍及び非整数倍の周波数におけるロックを、長さの異なる多数のパターン検出器を使用して検出し得る。これにより、サンプリングクロック以外のクロックであるが、しかし関連する周波数下に動作する、例えば、周波数比を相互に固定した多数のクロックを使用する特定用途用に設計、製造した集積回路（ＡＳＩＣ）におけるロック検出が助長され得る。
【００２２】
例えば、ある実施例では、Ｎ値が３及び４の各サンプルに夫々対応する２つのパターン検出器が使用される。当該構成上、４サンプルの長さまでの全反復パターンが検出され、検出される反復パターンには、２つのパターン検出器の何れによっても検出される“０”又は“１”の連続サンプル流れと、Ｎ＝４のパターン検出器により検出される“１０”で反復するサンプルと、Ｎ＝３のパターン検出器により検出される、“１００”及び又は“１１０”で反復するサンプルと、Ｎ＝４のパターン検出器により検出される“１０００”、“１１００”及び又は“１１１０”で反復するサンプルとが含まれる。ＦＲＯの、サンプリング周波数又はサンプリング周波数の整数倍（即ち、倍数）でのロックを検出するのに加え、本実施例では少なくとも以下に述べるロック状況が検出される。
・ ＦＲＯがサンプリング周波数のｘ／２倍（ｘは倍数＞０）で動作される場合。---ｘが偶数であれば‘０’又は‘１’のサンプルの連続流れとなり、ｘが奇数であれば‘０１’のサンプルの反復パターンとなる。
・ ＦＲＯがサンプリング周波数の（２ｘ）／３倍（ｘは倍数＞０）で動作される場合。---‘１００’又は‘１１０’のサンプルの反復パターンとなる。
ＦＲＯがサンプリング周波数の（３ｘ）／４倍（ｘは倍数＞０）で動作される場合。---ｘが偶数であれば‘０１’のサンプルの、またｘが奇数であれば‘００１１’のサンプルの反復パターンとなる。
【００２３】
ＦＲＯの動作周波数はサンプリング周波数の少なくとも半分であることが好ましい。その理由は、ＦＲＯがサンプリング周波数よりもずっと低い周波数で動作すると、連続するサンプルが同値となって誤アラームが生じ得るからである。
【００２４】
検出ロジックが比較的シンプルであることから、例えば、真性乱数生成回路における複数のＦＲＯに関するＦＲＯロックの検出を、過剰なコストを要さずに又は複雑化させずに実施し得る利点がある。更には、検出器の感度が、閾値を変化させることにより改変され得、平行動作する複数のＦＲＯロック検出器に対して同じ閾値セッティングを使用できる。
【００２５】
更に、実際に生じた反復パターンの１つ以上のサンプルポイントがＦＲＯ出力信号のエッジと偶然一致する場合は、これらサンプルに対する値を予測できず、ロックは検出され得ない。しかしながら、そうした非予測値はソートアフターエントロピーに貢献することから、この状況でのロック誤検出は問題にはならない。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２６】
１、２、３、４、５、６  サンプル
１００  ＦＲＯブロック
１１０  ＦＲＯサンプラー
１２０  サンプルストレージメディア
１３０  パターン検出器
１４０  エラーカウンタ
１５０  閾値検出器
１６０  ストレージ
１７０  アラーム発生器
１８０  ＦＲＯアジャスタ
１９０  閾値レベルセレクタ
【図１】
2010161775.tif 000003
【図２】
2010161775.tif 000004