(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ台の電流又は電圧ソース（Ｅ０−Ｅ６）を疑似ランダムスイッチングする装置であって、
上記Ｎ台のソースを第１のＮ個の出力の系列（Ｘ０−Ｘ６）に切換える第１のスイッチング手段（Ａ）と、
上記Ｎ台のソースを上記第１の手段の確率に対称的な確率で第２のＮ個の出力の系列（Ｘ０’−Ｘ６’）に切換える第２のスイッチング手段（Ｂ）と、
上記第１のＮ個の出力の系列又は上記第２のＮ個の出力の系列の何れかの出力の系列を第３の出力の系列に同程度の確率で多重化する手段（Ｃ）と、
を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
上記第１のスイッチング手段（Ａ）と上記第２のスイッチング手段（Ｂ）は、同一のスイッチ（Ｓ１−Ｓ９）のネットワークにより構成され、
各スイッチは２個の入力及び２個の出力を具備し、
各ネットワークは同じランダムシーケンス発生器により制御され、
各ネットワークの対応するスイッチは上記疑似ランダムシーケンス発生器の同一ビットにより制御され、
上記第１のスイッチング手段のＮ個の入力は、上記第２のスイッング手段とは逆の順序で上記Ｎ台のソースに接続される、
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
上記第１のＮ個の出力の系列（Ｘ０−Ｘ６）及び上記第２のＮ個の出力の系列（Ｘ’０−Ｘ’６）は、互いに逆の順序で参照され、
上記多重化する手段（Ｃ）は、別のネットワークに属する同一の順序の２個の出力の一方を、上記第３の出力の系列の一つの出力に多重化することを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
上記第１のＮ個の出力の系列又は上記第２のＮ個の出力の系列の多重化は、ランダムシーケンス発生器の付加ビットにより制御されることを特徴とする請求項２又は３記載の装置。
【請求項５】
上記ランダムシーケンス発生器は帰還ループを備えたシフトレジスタを含み、
上記ループは、上記レジスタの入力を、上記レジスタの所定の数のメモリに接続された入力を有する排他的論理和の出力に接続することにより実現されることを特徴とする請求項２乃至４のうちいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
Ｎ台の電流又は電圧ソース（Ｅ０−Ｅ６）を疑似ランダムスイッチングする方法であって、
Ｎ台のソースを第１のＮ個の出力の系列（Ｘ０−Ｘ６）の方に切換える第１の段階と、
上記の第１の段階の切換えの確率に対し等しい確率と比較した場合に対称的な切換えの確率となるように、Ｎ台のソースを第２のＮ個の出力の系列（Ｘ’０−Ｘ’６）の方に切換える第２の段階と、
上記第１のＮ個の出力の系列又は第２のＮ個の出力の系列の一方を、第３のＮ個の出力の系列（Ｆ０−Ｆ６）に等しい確率で多重化する段階と、
を有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、電流又は電圧ソースを無作為に切換える方法及び装置に関する。本発明は、特に、ディジタルオーディオシステム（光、又は、光磁気ディスク、ディジタルテレビジョン）用のマルチビット変調器に使用される。
ある種の回路では、所望の値の電流を発生させるべく所定の数の電流ソースからの電流を加算するため、複数の電流ソースの中から所定の数の電流ソースをアドレス指定する必要がある。このアドレス指定のタイプは、例えば、数通りの別個の電流レベルを発生させるマルチビット変調器で使用される。上記のレベルは、必要に応じた台数の電流ソースからの電流を加算することにより得られる。
厳密に同一の値の電流を発生する電流ソースを実現することは困難である。これは、集積回路基板の特性の局部的な変化と、上記のタイプの回路のため使用される従来より利用可能な製造工程の限界とに起因する。従って、ソースにより発生される電流の値は、ある誤差の余裕を有する。
上記の誤差の影響を制限するため、電流ソースをアドレス指定する前に、所定の電流レベルの誤差を変えるよう電流ソースを疑似ランダム的に同程度の確率で切換えることが提案されている。例えば、８台のソースをアドレス指定する必要があるとき、値<<１>>のレベルは、８台のソースの中の何れか１台を無作為にアドレス指定することにより発生され、値<<２>>のレベルは、８台のソースの中の何れか２台を無作為にアドレス指定することにより発生される。
従来の切換え方法は、スイッチの構造から名付けられたバタフライ法である。この方法は、２の冪乗に一致する台数の電流ソースを必要とする応用で使用される。この方法については後で詳細に説明する。電流ソースの台数が２の冪乗に一致しない場合に、バタフライ法は採用されず、ソースの切換えが同程度の確率で行われない。これにより、ソースの平均誤差ではあるが、不所望なバイアスが生じる。
本発明の目的は、Ｎ台の電流又は電圧ソースの疑似ランダムスイッチング装置であって、この疑似ランダムスイッチング装置は、
上記Ｎ台のソースを第１のＮ個の出力の系列に切換える第１のスイッチング手段と、
上記第１の手段の確率に対称的な確率で上記Ｎ台のソースを第２のＮ個の出力の系列に切換える第２のスイッチング手段と、
上記第１又は第２の何れかの出力の系列を第３の出力の系列に同程度の確率で多重化する手段とからなることを特徴とするスイッチング装置である。
本発明の特定の一実施例によれば、上記スイッチング手段は、各スイッチが２個の入力及び２個の出力を有する同一のスイッチのネットワークからなり、各ネットワークは同じランダムシーケンス発生器により制御され、上記第１のスイッチング手段のＮ個の入力は、上記第２のスイッング手段とは逆の順序で上記Ｎ台のソースに接続される。
本発明の特定の一実施例によれば、上記第１及び第２の出力の系列は、互いに逆の順序で参照され、上記の多重化する手段は、上記第３の出力の系列の一つの出力と同一の参照名を有する２個の出力の一方を多重化する。
特定の一実施例によれば、上記のスイッチのネットワークは、バタフライネットワーク形である。
特定の一実施例によれば、上記第１又は第２の出力の系列の多重化はランダムシーケンス発生器の付加ビットにより制御される。
特定の一実施例によれば、上記ランダムシーケンス発生器はループ状のシフトレジスタからなり、上記のループは、レジスタの入力を、上記レジスタの所定の数のメモリにその入力が接続された排他的論理和の出力に接続することにより実現される、
本発明の他の目的は、Ｎ台の電流又は電圧ソースの疑似ランダムスイッチング方法であり、この疑似ランダムスイッチング方法は、
Ｎ台のソースを第１のＮ個の出力の系列の方に切換える第１の段階と、
第２の段階中の切換えの確率が上記の第１の段階の切換えの確率に同程度の確率と比べて対称的であるように、Ｎ台のソースを第２のＮ個の出力の系列の方に切換える第２の段階と、
上記第１又は第２の出力の系列の一方を第３のＮ個の出力の系列に同程度の確率で多重化する段階とからなることを特徴とする。
特定の一実施例によれば、上記多重化の段階は、疑似ランダムシーケンス発生器のビットにより制御される。
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面により示されたその例に限定されることのない実施例の説明を通して明らかにされる。図面において、
図１は、バタフライ形処理により制御されたスイッチングネットワークを介する８台の電流ソースのアドレス指定装置を表わす図であり、
図２は、２の冪乗と一致しない多数のソースのアドレス指定装置を表わす図であり、
図３は、各ソースの参照番号の関数として重み付けられた図２の装置の各ソースのスイッチング回数のグラフであり、
図４は、本発明の実施例によるアドレス指定装置を表わす図である。
図１には、スイッチのネットワークを制御するバタフライ形の方法による８台のソースのアドレス指定装置が示される。８台の電流ソースは、Ｅ０乃至Ｅ７の名前が付けられる。上記装置の８個の出力は、Ｘ０乃至Ｘ７の名前が付けられる。上記装置の機能は、８台のソースＥ０乃至Ｅ７の中の何れかを８個の出力Ｘ０乃至Ｘ７の中の何れかに同程度の確率で接続させることである。このため、上記装置は、各スイッチが２個の入力及び２個の出力を有する１２個のスイッチＳ１乃至Ｓ１２により構成される。スイッチに送られた制御信号に従って、２個の入力信号は、夫々、一方の出力又はもう一方の出力に切換えられる。各スイッチの入力は、２台の電流ソース、又は、それ自体が別個の電流ソースの組に直接又は間接的に接続された別のスイッチの２個の出力に接続される。各電流ソースを２3の中の１個の出力に多重化させる必要があるならば、３個のスイッチを通過させる必要がある。１２個のスイッチは、１２個のフリップフロップよりなるシフトレジスタにより実現された疑似ランダムシーケンス発生器により制御され、幾つかのフリップフロップの出力は排他的論理和をうけ、この演算の結果は、最初のフリップフロップの入力に帰還される。かくして、周期が２12−１＝４０９５ビットであるビットの疑似ランダムシーケンスが発生させられる。
かかる疑似ランダムシーケンス発生器の実現は、当業者には周知であり、これ以上の説明を行わない。より多くの情報のため、例えば、サイモン  ヘイキン(Simon Haykin)著の書物“通信システム”、
ジョン  ウィレイ  アンド  サンズ(John Wiley and Sons)、１９９４年刊行のページ５７９乃至５９６が参照できる。
より一般的に言うと、直列したｎ個のフリップフロップからなる上記のタイプの疑似ランダムシーケンス発生器は、２n−１個の語を発生し、ゼロだけにより構成された語は許されない。１周期中に、各フリップフロップは、２n-1回の状態<<１>>と、２n-1−１回の状態<<０>>である。状態<<１>>及び<<０>>は略同一の確率を有する。
再度図１を参照すると、各スイッチは、疑似ランダム発生器のシフトレジスタのあるビットの状態（フリップフロップ）に応答する。従って、各クロックパルスにおいて、スイッチの状態は、電流ソースと出力の間のパスを変更、修正する。各出力は１台のソースだけに接続される。
アドレス指定されたソースの数が２の冪乗と一致しないとき、図１の装置は採用されないことが分かる。この場合、スイッチは、同程度の確率でソースを出力に切換えるため配置できない。従って、電流ソースのアドレス指定にバイアスが現れ、何台かのソースは他のソースよりも頻繁にアドレス指定される。その結果として、電流ソースの値に関する誤差の平均化の効果は小さい。
図２には、７台のソースＥ０乃至Ｅ６を無作為にアドレス指定する装置が示される。図１に関して説明されたネットワークと類似した９個のスイッチからなるネットワークが使用される。９個のスイッチは３段のスイッチング段に設けられる。
第１の段で、スイッチＳ１、Ｓ２及びＳ３は、夫々、電流ソースの対（Ｅ０，Ｅ１）、（Ｅ２，Ｅ３）及び（Ｅ４，Ｅ５）を切換える。ソースＥ６は第２の段だけで切換えられる。ソースの台数が奇数台である場合に、７台のソースの中の１台のソースは所定の段で切換えられない。
第２の段で、スイッチＳ４及びＳ５の各入力の対は、スイッチＳ１の一方の出力と、スイッチＳ２の一方の出力に夫々接続される。スイッチＳ６は、ソースＥ６と、スイッチＳ３の２個の出力の一方に接続される。スイッチＳ６の入力に接続されないスイッチＳ３の出力は、第３の段に直接的に伝達される。
第３の段で、スイッチＳ７は、スイッチＳ４の出力及びスイッチＳ６の出力を切換え、一方、スイッチＳ９は、スイッチＳ４の出力及びスイッチＳ６の出力を切換える。スイッチＳ８は、上記スイッチＳ３の出力と、スイッチＳ５の出力を切換える。スイッチＳ５の別の出力は、第３の段で切換えられない。
スイッチＳ７、Ｓ８、Ｓ９の出力と、スイッチＳ５の切換えられない出力は、夫々、装置の出力０、４、１、５、２、６及び３を構成する。
図３のグラフＡは、装置の各出力に対し、疑似ランダム発生器の１周期中に上記出力により受けられたソースの重み付き和を与える。出力Ｘがソース３を受けるとき、値<<３>>が累積され、出力がソース６を受けるとき、値<<６>>が累積され、以下同様である。出力に対するソースの寄与が常に同一確率であるならば、各出力に対し得られる和は同じである。同一確率ではない場合に、出力３は、例えば、他のソースよりも大きい重み付け係数を有する若干数のソースを受ける。同一確率の線が線Ｂにより与えられる。図３のグラフに対応する疑似ランダム発生器に使用された特性多項式は、
Ｐ＝１＋Ｘ3＋Ｘ10
であることに注意する必要がある。
図４には、本発明の上記実施例に従う装置が示される。上記装置は、特定の形式で接続された二つのスイッチネットワークＡ及びＢからなる。上記の二つの各ネットワークは、図２のネットワークと同一である。二つのネットワークのスイッチは、同一の疑似ランダムシーケンス発生器により制御される。第１のネットワークは、ソースＥ０乃至Ｅ６を出力Ｘ０乃至Ｘ６に接続する。第２のネットワークは、第１のネットワークに対称的であり、ソースＥ０乃至Ｅ６がその入力に逆の順序で存在する。第１のネットワークの入力がソースＥ０に接続されるならば、対応する第２のネットワークの入力はソースＥ６に接続される。各ネットワークの出力に対しても同じことが言える。第１のネットワークの出力はＸ０乃至Ｘ６の名前が付けられ、一方、第２のネットワークの出力はＸ’０乃至Ｘ’６の名前が付けられる。
図４において、第２のネットワーク自体は第１のネットワークの鏡像である。これは、前節に記載された内容と同じ意味である。
上記の装置は、２個の入力及び２個の出力を有する７台のマルチプレクサからなり、各マルチプレクサの入力は同一の参照番号を有する出力に接続される。全マルチプレクサ（図４においてＣで示される）は、疑似ランダムシーケンス発生器の同一ビットにより制御される。従って、マルチプレクサの７個の出力は、第１のネットワークの出力だけ、又は、第２のネットワークの出力だけに接続される。かくして、１台の電流ソースが二つ以上のネットワークにより引き寄せられることはない。多重化の機能は、二つのネットワークの確率を平均化することである。
図３のグラフＣは、第２のネットワークに対応し、第１のネットワークに対するグラフＡと等価である。ネットワークの対称性により、線Ｂに関してグラフの対称性が生じることが分かる。実際上、線Ｂは、グラフＡとＢの値のハーフサムに対応する。かくして、全出力に接続されるべき全ソースに対し同一確率が多少得られる。
上記の定義された多項式を用いて、１０２３回のサイクルに関するシミュレーションから得られたグラフは、以下の表１に定義された座標を有する。
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上記の実施例は、奇数台のソースに関係するが、本発明は、２の冪乗に一致しないあらゆる台数のソースに対し容易に一般化することが可能である。
本発明は、電流ソースの疑似ランダムアドレス指定に限定されることなく、他の応用、例えば、電圧ソースのアドレス指定に使用される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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