(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランダム信号発生装置であって、
出力端を持つ遷移状態電子回路と、
前記遷移状態電子回路の活性化および停止を指令することにより前記遷移状態電子回路に温度不安定を発生させる手段と、を有し、
前記ランダム信号が、信号前記遷移状態電子回路で発生された温度不安定に応じて、前記出力端に発生される
前記ランダム信号発生装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、前記遷移状態電子回路は、半導体論理素子を有する装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置であって、前記遷移状態電子回路は、半導体から成る発振器回路と、前記発振器回路の発熱と冷却を制御する手段を備える装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、前記発振器回路は、発振器出力端に接続されている発振器入力端を有し、前記発振器出力端からの出力信号を前記発振器入力端へ接続（ルーピング）している装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、前記発振器回路は反転器手段を有し、前記反転器手段は、接続回路を介して前記反転器出力端へ接続されている入力端を有し、前記反転器入力端に印加された信号を反転して、反転信号を前記反転器出力端に出力し、更に、前記反転手段は、前記接続回路に配置されるスイッチを有し、前記スイッチは前記反転器入力端と出力端の間の前記接続回路をブレークする為のものである装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置において、前記発振器回路の発熱と冷却を制御する手段は、前記反転器出力端を前記発信器出力端に接続している接続回路をブレークするスイッチ手段を有する装置。
【請求項７】
請求項５記載の装置において、前記反転器手段は、複数の反転器を偶数個備えることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１記載の装置において、特別のＩＣまたはプログラム可能ＩＣの組み合わせである装置。
【請求項９】
すくなくとも１つのランダム信号発生論理回路を有する装置であって、
前記装置は、
複数のランダム信号発生デバイスを有し、前記ランダム信号発生デバイスの各々は、遷移状態電子回路を有し、前記遷移状態電子回路は、半導体論理デバイスを有しかつ出力端を備え、前記ランダム信号が、信号前記遷移状態電子回路で発生された温度不安定に応じて、前記出力端に発生され、更に前記遷移状態電子回路の発熱及び冷却を制御する制御手段を有し、前記複数のランダム信号発生デバイスは、引き続いてランダム信号を発生し；かつ
制御回路を有し、前記制御回路は、前記ランダム信号発生デバイスの各々に備えられている前記遷移状態電子回路の発熱及び冷却を連続的または交互に制御し；かつ
前記ランダム信号発生デバイスからの出力信号を結合する結合素子を有する
装置。
【請求項１０】
請求項９記載の装置において、前記結合素子は、EXCLUSIVE OR ゲート（排他的論理和）を有する装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置において、前記遷移状態電子回路を制御する制御手段は、カウントダウンシーケンスを実行する少なくとも１つのカウンタを有し、前記結合素子からの出力を受信する入力端を持ち、それはランダム信号発生デバイスからの出力信号を順にAND, OR, またはXORするためのものであり、前記装置は、カウントダウンシーケンスの１つの機能として、前記複数のランダム信号発生装置の半導体素子のシャットダウンを制御する手段を有する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランダム信号発生装置に関する。これは、論理回路形式のランダム信号発生装置に適用すると効果的であるが、これに限定される訳ではない。
【０００２】
【従来の技術】
ランダム信号の発生が可能な論理回路装置は、既に多くが知られている（非同期クロックの組み合わせ、通電したメモリ・マップにおける配置の利用）。かかる装置は、その不安定な特性のために、ある条件の下では欠陥が生じる虞れがあり、データ処理のようにランダム性の品質を重視する多くの用途には不適切である。
【０００３】
高品質のランダム性を必要とする場合、電子回路の設計者は、通常、アナログ・システム（ノイズの増幅等）に頼っていた。このやり方では、論理回路、特にＡＳＩＣまたはＦＰＧＡに集積することはできない。必要な機能を得るために特定の装置を利用する必要があるので、集積は不可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の総合的な目的は、質の高いランダム信号を発生することができる装置を提案することである。
本発明の別の目的は、論理回路を用いて実現するのに相応しい解決策を提案することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
電子ノイズは、２つの主要なカテゴリに分類されることは公知である。即ち、熱ノイズおよび粒状ノイズ（素早く変化する信号の平均レベルの不安定性を当業者が記述するために「ポップコーン・ノイズ」と言うこともある。）である。
【０００６】
本発明は、このために、熱が原因のノイズおよび半導体の接合部のノイズとの組み合わせの一部を取り出すことを提案する。
具体的には、本発明は、ランダム信号発生装置を提供する。この装置は、遷移状態を有する電子回路と、前記回路の活性化および／または停止を指令し、前記回路の出力にランダム信号を発生させる手段とから成ることを特徴とする。
【０００７】
遷移状態を有する前記回路は、活性化しているか、またはその動作が停止しているかに応じて発熱または冷却する。その発熱によって、出力にランダム信号が発生する。
前記回路は、限定ではないが、半導体から成る論理手段を備えると有利である。
特に、好適な一実施形態では、前記装置は、更に半導体から成る発振回路と、前記回路の活性化および／または停止を指令する手段とを備えている。
【０００８】
このような発振器を用いると、半導体の熱によるノイズおよび接合部のノイズが発熱段階の間に特に装置の起動時に互いに増幅し合う。接合部に向かうキャリアの速度は、温度に左右され、キャリアの転送動作時には上昇する。装置の熱的安定化まで不安定性の「自動増幅」がある（即ち、生成される熱は、排される熱に等しい）。不安定現象は、非常に短い期間にしか生じない（接合部が周囲温度から安定温度に移るのに必要な期間）。この期間は、実験回路（具体的には、０．８ミクロンのＣＭＯＳ回路）では数百マイクロ秒からミリ秒以上まで変動する。このパラメータは、所与の技術に適している。
【０００９】
更に、前記発振回路の出力をその入力に結合すると有利である。
回路のループ自体が回路の非制御出力上において不安定現象を増幅する。したがって、回路は、それ自体の不安定性を増幅のため（そして、できるだけ長くそれを維持するため）に利用する。
【００１０】
好適な一実施形態では、前記発振回路は、反転器を形成する手段を備え、この反転器は、その出力において、その入力にある信号を反転し、その入力および出力がループに含まれる。
特に、前記発振器の活性化および停止を指令する手段は、反転器を形成する手段の出力と前記発振回路の出力との間で前記ループ内に配されたスイッチを形成する手段を備えることができる。
また、前記反転器を形成する手段は、複数の反転器を偶数個備えることができる。
【００１１】
その上、利用する現象は、一時的特性を有するので、連続した流れを得るために、少なくとも２つの装置を結合し、一方は、他方が冷却する間、不安定性を発生させるようにする。
【００１２】
また、本発明は、同様にランダム信号発生論理回路装置を目的とする。この装置は、連続的に前記ランダム信号を発生するために、数個の装置と、前記装置の各々の状態遷移を有する回路の活性化そして停止を連続的に交互に指令する手段と、前記個々の装置の出力を結合する手段とから成ることを特徴とする。
【００１３】
前記結合手段は、排他的論理和を前記個々の装置の出力において用いる。
好ましくは、前記指令手段は、前記個々の装置の出力を結合する手段の出力にある信号を入力において受ける少なくとも１つの計数手段と、前記計数手段の減数の関数として前記半導体から成る手段の活性化または停止を指令する手段とを備えている。
本発明が提案する装置は、特定集積回路（ＡＳＩＣ）内またはプログラム可能集積回路（ＦＰＧＡ）内に一体化すると効果的であることは理解されよう。
【００１４】
本発明のその他の特徴および利点は、以下の説明から明らかとなろう。この説明は、限定ではなく純粋に例示であり、添付図面を参照しながら読むべきものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の可能な実施形態の一例を示す回路１１は、反転器１１１または一連の偶数個の反転器を含み、論理ゲート１１２を介してそれ自体に接続されている。
このゲートは、信号の循環を許可するまたはしないスイッチを形成する手段を構成し、外部信号１２によって制御される。
【００１６】
回路１１が熱的に安定していない場合、指令１２が循環を許可するとき、その出力１３は、ランダム的特性を呈する（非常に頻繁に）。このランダム的特性は、極めて強く現れ、回路の熱的安定まで続くことができる。
【００１７】
図２に示す実施形態は、これに対して、不連続性のないランダム信号の発生を可能にする。
この図２に示し、１４と付番された装置は、図１の形式の回路を数個備えている。この場合、２つであり、１１ａおよび１１ｂと付番されている。ここでは、開示の簡略化のため回路数を減らしている。しかしながら、本発明者は、図１の形式の回路を５つまで備えた装置を検査している。
【００１８】
回路１１ａ、１１ｂを制御する手段は、一度にこれらの回路の１つだけが活性化するようにする。
出力１３ａ、１３ｂは、手段２０において結合され、１つの出力信号を発生する（出力１５）。
出力１３ａ、１３ｂの結合を保証する手段２０は、ＸＯＲ（排他的論理和）回路で構成され、安定した回路の状態１または０を出力することができる。
【００１９】
同様に、結合された出力は、カウンタ２１に供給される。カウンタ２１は、選択した係数にしたがって減数を行なう。この係数は、どれだけ大きく選択しても、それに到達するための計数時間が熱的安定時間よりも常に短くなるようにするが、さほど重要ではない。
【００２０】
この場合、図２では、装置は、一度に計数手段およびＸＯＲ回路をこの手段の上流で合流させる。
カウンタ２１の上位ビットの出力２１ａは、回路１１ａ、１１ｂの論理ゲートを制御するために用いられる。このビット２１ａは、これらの回路の一方には直接送られ、他方には反転された後送られる。その場合、信号２１ａは、回路１１ａを制御する信号１２ａを直接構成する。これは、反転器２２によって反転され、回路１１ｂを制御する信号１２ｂとなる。
【００２１】
ここでは、論理発振器に特定した回路の場合において本発明について説明したが、本発明は、更に一般的に半導体手段を備えた全ての装置に適用され、更に一般的には遷移する状態を有する電子回路を備えた全ての装置に適用される。実際、かかる手段は、（それ自体による、または例えば、近くの回路のように他の手段による）発熱または冷却の際に不安定性を呈し、この不安定性は、ゲートの結合−再結合の速度に不規則な変動として現れる。これは、伝搬時間、信号の立ち上がりおよび立ち下がり時間、ファンアウト等、多数のパラメータに影響を及ぼす。更に、この結合−再結合の動作が熱を発生する。
【００２２】
特筆すべきは、本発明は、アナログ回路の構造にも同様に応用可能であることである。
この場合の構造を図３に示す。図３は、差動増幅器３０および２つの同一分圧ブリッジ３１、３２から成るアナログ回路を示す。分圧ブリッジ３１、３２の出力は、それぞれ増幅器３０の２つの入力の一方および他方に接続されている。これら２つの分圧ブリッジ３１、３２の電力供給は、スイッチ３３によって制御される。
【００２３】
分圧ブリッジ３１、３２の抵抗発熱段階では、２つの分圧ブリッジの出力間に電圧差が存在する。これは、ランダム信号であり、差動増幅器３０のために利用することができる。
しかしながら、半導体の論理回路に対する解決策の方が好ましい。
本装置は、ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣの回路に集積することができるという利点がある。特に、本発明者は、ＡＣＴＥＬ１０１０上においてある実施態様を用いて本発明を検査した。
ＡＳＩＣの場合、ランダム信号発生装置は、できるだけ同期のない電気的動作を行なう領域に配置すると有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の可能な実施形態による論理回路装置の原理図である。
【図２】本発明の可能な実施形態による連続的な流れを有する装置の図である。
【図３】本発明の可能な別の実施形態を示すアナログ装置の図である。
【符号の説明】
１１    回路
１２    外部信号
１３    出力
１４    装置
１５    出力
２０    手段
２１    カウンタ
２１ａ  出力ビット
２２    反転器
３０    差動増幅器
３１、３２    分圧ブリッジ
３３    スイッチ
１１１    反転器
１１２    論理ゲート
【図１】
0004790940.tif 000002
【図２】
0004790940.tif 000003
【図３】
0004790940.tif 000004