DE102015225255A1 - Method and a circuit arrangement for determining the frequency stability of an integrated circuit clock signal - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Frequenzstabilität eines Taktsignals einer integrierten Schaltung, wobei eine Demodulation des Taktsignals durchgeführt und wenigstens zwei Demodulationssignale generiert werden, wobei die Demodulationssignale jeweils mit einem Referenzsignal vermischt und wenigstens zwei Mischsignale generiert werden, wobei aus den Mischsignalen ein Phasenwinkel zwischen dem Referenzsignal und den Demodulationssignalen bestimmt wird, wobei eine zeitliche Änderung des Phasenwinkels bestimmt wird und wobei aus dieser bestimmten zeitlichen Änderung des Phasenwinkels auf die Frequenzstabilität des Taktsignals rückgeschlossen wird.The invention relates to a method for determining the frequency stability of a clock signal of an integrated circuit, wherein a demodulation of the clock signal is performed and at least two demodulation signals are generated, wherein the demodulation signals are each mixed with a reference signal and at least two mixing signals are generated, wherein from the mixing signals a phase angle between the reference signal and the demodulation signals is determined, wherein a temporal change of the phase angle is determined, and being deduced from this specific change in the phase angle with respect to the frequency stability of the clock signal.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Bestimmen der Frequenzstabilität eines Taktsignals einer integrierten Schaltung.The present invention relates to a method and a circuit arrangement for determining the frequency stability of an integrated circuit clock signal.
Stand der TechnikState of the art
Integrierte Schaltungen finden in einer Vielzahl von Systemen Anwendung, beispielsweise in Steuergeräten von Kraftfahrzeugen. In einer integrierten Schaltung kann ein Taktsignal erzeugt werden, welches den Systemtakt für Rechenoperationen des gesamten Systems vorgibt.Integrated circuits are used in a variety of systems, for example in control units of motor vehicles. In an integrated circuit, a clock signal can be generated, which specifies the system clock for arithmetic operations of the entire system.
Um einen effektiven Betrieb und eine hohe Rechenleistung des Systems gewährleisten zu können, ist es von großer Bedeutung, dass das Taktsignal mit einer möglichst stabilen bzw. möglichst konstanten Frequenz generiert wird. An das Taktsignal werden somit hohe Anforderungen hinsichtlich der Frequenzstabilität gestellt.In order to be able to ensure effective operation and high computing power of the system, it is of great importance that the clock signal is generated with a frequency that is as stable or as constant as possible. High demands are thus placed on the clock signal with regard to frequency stability.
Die Frequenzstabilität von digitalen Taktsignalen wird im Zeitbereich mit dem Begriff "Jitter" bezeichnet und im Frequenzbereich als sogenanntes "Phasenrauschen". Eine Möglichkeit zur Jittermessung wird beispielsweise in der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Bestimmen der Frequenzstabilität eines Taktsignals einer integrierten Schaltung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method and a circuit arrangement for determining the frequency stability of a clock signal of an integrated circuit with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
Das insbesondere hochfrequente Taktsignal wird in der integrierten Schaltung selbst erzeugt, beispielsweise mittels einer sogenannten Phasenregelschleife (phase-locked loop, PLL), einer elektronischen Schaltung, welche Phasenwinkel und Frequenz eines veränderbaren Oszillators insbesondere derart beeinflusst, dass eine Phasenabweichung zwischen dem Oszillator und einem Referenzsignal möglichst konstant ist. The particular high-frequency clock signal is generated in the integrated circuit itself, for example by means of a so-called phase-locked loop (PLL), an electronic circuit which phase angle and frequency of a variable oscillator in particular influenced such that a phase deviation between the oscillator and a reference signal as constant as possible.
Die Schaltungsanordnung zum Bestimmen der Frequenzstabilität des Taktsignals (im Folgenden auch als Frequenzstabilitätsbestimmungsschaltung bezeichnet) kann beispielsweise als eine Komponente in die integrierte Schaltung implementiert oder auch als eine externe Schaltung ausgebildet sein. An einem (Signal-)Eingang liegt das Taktsignal an und wird in die Frequenzstabilitätsbestimmungsschaltung eingebracht.The circuit arrangement for determining the frequency stability of the clock signal (also referred to below as the frequency stability determination circuit) can be implemented, for example, as a component in the integrated circuit or else as an external circuit. At a (signal) input, the clock signal is present and is introduced into the frequency stability determination circuit.
Es wird eine Demodulation, insbesondere eine Winkeldemodulation, weiter insbesondere eine Phasenwinkeldemodulation, des Taktsignals durchgeführt. Im Zuge dessen werden wenigstens zwei Demodulationssignale generiert. Die Schaltungsanordnung weist zu diesem Zweck einen Demodulator auf. A demodulation, in particular an angle demodulation, in particular a phase angle demodulation, of the clock signal is carried out. In the course of this at least two demodulation signals are generated. The circuit arrangement has a demodulator for this purpose.
Im Zuge einer derartigen Demodulation wird das Taktsignal in Komponenten bzw. in seine Basisbandsignale zerlegt. Insbesondere können die sogenannten IQ-Komponenten des Taktsignals als Demodulationssignale bestimmt werden. Als ein erstes Demodulationssignal wird insbesondere eine sogenannte in-Phase-Komponente oder I-Komponente generiert, als ein zweites Demodulationssignal insbesondere eine sogenannte Quadraturkomponente oder Q-Komponente.In the course of such a demodulation, the clock signal is decomposed into components or into its baseband signals. In particular, the so-called IQ components of the clock signal can be determined as demodulation signals. In particular a so-called in-phase component or I-component is generated as a first demodulation signal, as a second demodulation signal in particular a so-called quadrature component or Q-component.
Diese Demodulationssignale werden jeweils mit einem Referenzsignal, insbesondere multiplikativ, vermischt und im Zuge dessen werden wenigstens zwei Mischsignale generiert. Die Schaltungsanordnung weist zu diesem Zweck insbesondere wenigstens zwei Mischer bzw. Mischelemente auf. These demodulation signals are each mixed with a reference signal, in particular multiplicatively, and in the course of which at least two mixed signals are generated. The circuit arrangement has for this purpose in particular at least two mixers or mixing elements.
Das Referenzsignal kann von der integrierten Schaltung oder der Schaltungsanordnung erzeugt bzw. bereitgestellt werden. Insbesondere wird das Referenzsignal aus einem unabhängigen Eingangssignal abgeleitet. Beispielsweise kann das Referenzsignal von einer externen Testeinrichtung erstellt und an die integrierten Schaltung bzw. die Schaltungsanordnung geführt werden. Das Referenzsignal kann insbesondere zunächst mit dem Taktsignal bzw. dem Systemtakt abgetastet werden, um ein harmonisches Referenzsignal zu generieren. Zu diesem Zweck kann die Schaltungsanordnung einen Referenzkodierer aufweisen, welchem das Taktsignal und das Referenzsignal als Eingangssignale zugeführt werden. Dieses harmonische Referenzsignal kann mit den Demodulationssignalen vermischt werden.The reference signal may be generated by the integrated circuit or circuitry. In particular, the reference signal is derived from an independent input signal. For example, the reference signal can be generated by an external test device and fed to the integrated circuit or the circuit arrangement. In particular, the reference signal can first be sampled with the clock signal or the system clock in order to generate a harmonic reference signal. For this purpose, the circuit arrangement may comprise a reference encoder to which the clock signal and the reference signal are supplied as input signals. This harmonic reference signal can be mixed with the demodulation signals.
Aus den Mischsignalen wird ein Phasenwinkel bzw. eine Phasenlage zwischen dem Referenzsignal und den von dem Demodulator generierten Demodulationssignalen bestimmt. Die Mischsignale werden zu diesem Zweck einem Dekodierer zugeführt, welcher ein entsprechendes Phasenwinkelsignal ausgibt, also insbesondere einen zeitlichen Verlauf des bestimmten Phasenwinkels.From the mixed signals, a phase angle or a phase position between the reference signal and the demodulation signals generated by the demodulator is determined. For this purpose, the mixed signals are supplied to a decoder which outputs a corresponding phase angle signal, that is to say in particular a time profile of the determined phase angle.
Insbesondere wird durch die Demodulation eine zweidimensionale Darstellung der Phase in Form eines entsprechenden Vektorsignals ermöglicht. Die relative Phasenlage des Taktsignals gegenüber dem Referenztakt kann durch die Dekodierung der im Zuge der Demodulation generierten Komponenten direkt abgeleitet werden. In particular, a two-dimensional representation of the phase in the form of a corresponding vector signal is made possible by the demodulation. The relative phase position of the clock signal relative to the reference clock can be directly derived by decoding the components generated in the course of demodulation.
Die Demodulationssignale bzw. ein Summensignal dieser zweckmäßigerweise orthogonalen Komponenten des Taktsignals beschreiben insbesondere einen Vektor in einer IQ-Ebene. Der Winkel zwischen diesem Vektor und der Abszisse der IQ-Ebene (insbesondere der I-Achse) stellt dabei insbesondere den Phasenwinkel dar. In particular, the demodulation signals or a sum signal of these suitably orthogonal components of the clock signal describe a vector in an IQ plane. The angle between this vector and the abscissa of the IQ plane (in particular the I-axis) represents in particular the phase angle.
Eine Frequenzinstabilität bzw. Frequenzablage führt zu einer entsprechenden Rotation dieses Vektors in der IQ-Ebene und somit zu einer inkrementellen bzw. dekrementellen Änderung des Phasenwinkels. Diese zeitliche Änderung des Phasenwinkels liefert insbesondere im niederfrequenten Basisband ein genaues Abbild der Frequenzablage des Taktsignals bezogen auf das Referenzsignal und kann daher zweckmäßigerweise für eine Überwachung der Frequenzstabilität verwendet werden. Die zeitliche Änderung des Phasenwinkels stellt insbesondere ein Maß für die Frequenzstabilität des Taktsignals dar. Durch geeignete Wahl des Referenztaktes kann die Bewertung der Frequenzablage und der Stabilität des Taktsignals somit anhand der Änderung der Phasenlage erfolgen.Frequency instability leads to a corresponding rotation of this vector in the IQ plane and thus to an incremental or decremental change of the phase angle. This temporal change of the phase angle provides, in particular in the low-frequency baseband, an accurate image of the frequency offset of the clock signal relative to the reference signal and can therefore be used expediently for monitoring the frequency stability. The temporal change of the phase angle is in particular a measure of the frequency stability of the clock signal. By suitable choice of the reference clock, the evaluation of the frequency deviation and the stability of the clock signal can thus be carried out based on the change in the phase position.
Im Zuge des Verfahrens wird daher die zeitliche Änderung des Phasenwinkels bestimmt und aus dieser wird auf die Frequenzstabilität des Taktsignals rückgeschlossen. Das von dem Dekodierer bereitgestellte Phasenwinkelsignal wird zu diesem Zweck einem Differenzierglied zugeführt. Von diesem Differenzierglied wird ein Phasenwinkeländerungssignal generiert, welches einer Auswerteschaltung zugeführt wird. Von der Auswerteschaltung wird ein zweckmäßiges Frequenzstabilitätssignal basierend auf der Frequenzstabilität des Taktsignals generiert und an einem Ausgang der Frequenzstabilitätsbestimmungsschaltung bereitgestellt. In the course of the method, therefore, the time change of the phase angle is determined and from this conclusions are drawn about the frequency stability of the clock signal. The phase angle signal provided by the decoder is supplied to a differentiator for this purpose. From this differentiating element, a phase angle change signal is generated, which is supplied to an evaluation circuit. The evaluation circuit generates an appropriate frequency stability signal based on the frequency stability of the clock signal and provides it at an output of the frequency stability determination circuit.
Die Erfindung stellt eine Möglichkeit bereit, um auf einfache Weise die Frequenzstabilität des erzeugten Taktsignals einer integrierten Schaltung zu bestimmen. Frequenzinstabilitäten bzw. Phasenrauschen können frühzeitig mit hoher Genauigkeit erkannt werden. Es wird insbesondere ermöglicht, eine rein digitale Analyse des Taktsignals bezüglich insbesondere hochfrequenter Frequenz- und Phasenstabilität durchzuführen. Es müssen insbesondere keine Analog-Digital-Wandlungen bzw. Digital-Analog-Wandlungen vorgenommen werden. Insbesondere kann eine kontinuierliche Überwachung eines entsprechenden Taktgenerators ermöglicht werden, welcher das Taktsignal erzeugt. Es kann gewährleistet werden, dass auch kurzzeitige Frequenzablagen mit hoher Genauigkeit erkannt werden können. Derartige Frequenzablagen können ein potentielles Risiko für die korrekte Funktion der logischen Baugruppe bzw. des Systems darstellen. Durch die Möglichkeit, derartige Frequenzinstabilitäten frühzeitig zu erkennen, kann die funktionale Sicherheit des entsprechenden Systems erhöht werden. Weiterhin ist die Frequenzstabilitätsbestimmungsschaltung weitgehend unabhängig von der integrierten Schaltung ausgebildet, wodurch die Gefahr einer gegenseitigen Beeinträchtigung minimiert werden kann ("freedom of interference").The invention provides a way to easily determine the frequency stability of the generated clock signal of an integrated circuit. Frequency instabilities or phase noise can be detected early with high accuracy. In particular, it is possible to carry out a purely digital analysis of the clock signal with respect, in particular, to high-frequency frequency and phase stability. In particular, no analog-to-digital conversions or digital-to-analog conversions have to be made. In particular, a continuous monitoring of a corresponding clock generator can be made possible, which generates the clock signal. It can be ensured that even short-term frequency deviation can be detected with high accuracy. Such frequency shelves may pose a potential risk to the proper functioning of the logic board or system. The ability to detect such frequency instabilities at an early stage can increase the functional safety of the corresponding system. Furthermore, the frequency stability determination circuit is formed largely independently of the integrated circuit, whereby the risk of mutual interference can be minimized ("freedom of interference").
Die Erfindung macht sich zu Nutze, dass das digitale Taktsignal durch eine geeignete Kodierung im Zuge der Demodulation als mathematisch genaues harmonisches Signal niedriger Wortbreite dargestellt werden kann, insbesondere mittels Sinus- und/oder Kosinus-Funktionen. Durch, insbesondere multiplikative, Mischung derartiger harmonischer Signale kann ein im mathematischen Sinne möglichst fehlerfreies Abbild der Frequenzablage hochfrequenter Taktsingale im (insbesondere niederfrequenten) Basisband wiedergegeben werden. Durch die Mischung werden die hochfrequenten Merkmale in einen für Analyse- und Diagnosezwecke handhabbaren Frequenzbereich überführt.The invention takes advantage of the fact that the digital clock signal can be represented by a suitable coding in the course of demodulation as mathematically accurate harmonic signal low word width, in particular by means of sine and / or cosine functions. By, in particular multiplicative, mixture of such harmonic signals, an error-free image of the frequency offset of high-frequency clocking signals in the (in particular low-frequency) baseband can be reproduced in the mathematical sense. The mixture converts the high-frequency characteristics into a frequency range that can be handled for analysis and diagnostic purposes.
Das Frequenzstabilitätssignal als Ausgangssignal der Frequenzstabilitätsbestimmungsschaltung wird insbesondere gemäß einem Ausgabeformat generiert, welches eine eindeutige Erkennung einer unzureichenden Frequenzstabilität und somit einen Rückschluss auf eventuell defekte Bauteile der integrierten Schaltung ermöglicht. Insbesondere wird mittels des Frequenzstabilitätssignals eine "Fail/Pass" Unterscheidung ermöglicht, sprich anhand des Frequenzstabilitätssignals kann erkannt werden, ob sich die Frequenzstabilität des Taktsignals innerhalb eines vorgegebenen Rahmens bewegt oder unzureichend ist.The frequency stability signal as an output signal of the frequency stability determination circuit is generated in particular according to an output format which enables unambiguous detection of an insufficient frequency stability and thus a conclusion on possibly defective components of the integrated circuit. In particular, a "fail / pass" distinction is made possible by means of the frequency stability signal, that is, it can be recognized from the frequency stability signal whether the frequency stability of the clock signal is within a predetermined range or insufficient.
Zweckmäßigerweise wird nur dann ein Ausgangssignal von der Frequenzstabilitätsbestimmungsschaltung ausgegeben, wenn eine unzureichende Frequenzstabilität bzw. eine entsprechende zu hohe Frequenzinstabilität vorliegt. Ein derartiges Ausgangssignal wird im Folgenden als Instabilitätssignal bezeichnet. Conveniently, an output signal from the frequency stability determination circuit is output only if there is insufficient frequency stability or correspondingly high frequency instability. Such an output signal is referred to below as an instability signal.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird auf eine unzureichende Frequenzstabilität rückgeschlossen, wenn in einem vorbestimmten Zeitintervall sowohl positive als auch negative zeitliche Änderungen des Phasenwinkels erkannt werden. Zu diesem Zweck weist die Auswerteschaltung vorzugsweise wenigstens einen Komparator auf, welcher aus dem Phasenwinkeländerungssignal ein Erhöhungs- und/oder Verringerungssignal generiert.According to an advantageous embodiment, an insufficient frequency stability is inferred if both positive and negative temporal changes of the phase angle are detected in a predetermined time interval. For this purpose, the evaluation circuit preferably has at least one comparator which generates an increase and / or decrease signal from the phase angle change signal.
Insbesondere umfasst die Auswerteschaltung zwei Komparatoren, wodurch zwei unterschiedliche Kanäle bereitgestellt werden. Ein erster Kanal ist zweckmäßigerweise für eine positive Änderung des Phasenwinkels vorgesehen und ein zweiter Kanal insbesondere für eine negative Änderung. Jeder der Kanäle kann jeweils einen Ausgang aufweisen, an welchem jeweils bei positiver bzw. negativer Phasenwinkeländerung ein entsprechendes Erhöhungs- bzw. Verringerungssignal ausgegeben wird.In particular, the evaluation circuit comprises two comparators, whereby two different channels are provided. A first channel is expediently provided for a positive change of the phase angle and a second channel in particular for a negative change. Everyone each of the channels can have an output at which a corresponding increase or decrease signal is output in each case in the case of positive or negative phase angle change.
Zweckmäßigerweise können diese Kanäle jeweils Toggleelemente, insbesondere T-Flip-Flops, aufweisen, welche insbesondere Pulse der Erhöhungs- bzw. Verringerungssignale als Flankenwechsel darstellen und entsprechend am jeweiligen Ausgang bereitstellen. Jitter bzw. Phasenrauschen und somit unzureichende Frequenzstabilität äußert sich in diesem Fall insbesondere durch temporäre positive und negative Phasenwinkeländerung und demgemäß durch Auftreten von Flankenwechseln an beiden Ausgängen der beiden Kanäle.Expediently, these channels can each have toggle elements, in particular T flip-flops, which in particular represent pulses of the increase or decrease signals as edge changes and provide correspondingly at the respective output. Jitter or phase noise and thus insufficient frequency stability manifests itself in this case, in particular by temporary positive and negative phase angle change and, accordingly, by occurrence of edge changes at both outputs of the two channels.
Um eine möglichst hohe Rechenleistung der integrierten Schaltung bzw. der logischen Baugruppe zu gewährleisten, kann insbesondere gefordert werden, dass die Phasenwinkeländerung des Taktsignals gegenüber dem Referenzsignal einen vorgegebene konstanten Wert darstellt, beispielsweise Null. Unzureichende Frequenzstabilität lässt sich insbesondere durch Grenzwerte der Phasenwinkeländerung festlegen. In order to ensure the highest possible computing power of the integrated circuit or the logic module, it may be required in particular that the phase angle change of the clock signal relative to the reference signal represents a predetermined constant value, for example zero. Inadequate frequency stability can be defined in particular by limit values of the phase angle change.
Im Zuge einer Kalibrier- bzw. Testphase können beispielsweise absichtliche Verstimmungen des Referenzsignals verwendet werden, um Grenzwerte für Frequenzschwankungen zu bestimmen, ab welchen nur noch positive oder negative Änderungen des Phasenwinkels auftreten. Diese Grenzwerte stellen insbesondere ein Maß für die Bandbreite der Frequenzinstabilität dar.For example, deliberate detuning of the reference signal may be used in the course of a calibration or test phase in order to determine limit values for frequency fluctuations, from which only positive or negative changes of the phase angle occur. These limits represent in particular a measure of the bandwidth of the frequency instability.
Vorzugsweise wird aus der bestimmten zeitlichen Änderung des Phasenwinkels eine Bewertungsgröße bestimmt. Wenn diese Bewertungsgröße einen Schwellwert erreicht, wird bevorzugt auf eine unzureichende Frequenzstabilität rückgeschlossen. Die Bewertungsgröße kann vorteilhafterweise bestimmt werden, indem die zeitliche Änderung des Phasenwinkels über ein vorgegebenes Zeitintervall aufsummiert bzw. integriert wird. In diesem Fall stellt die Bewertungsgröße eine integrale Phasenänderung dar. Vorzugsweise umfasst die Auswerteschaltung zu diesem Zweck einen entsprechenden Zähler, welchem die von den Komparatoren generierten Erhöhungs- und/oder Verringerungssignale zugeführt werden und welcher vorzugsweise ein entsprechendes Bewertungsgrößensignal generiert.Preferably, an evaluation variable is determined from the determined temporal change of the phase angle. If this evaluation variable reaches a threshold value, preference is given to inferring insufficient frequency stability. The evaluation variable can advantageously be determined by summing or integrating the temporal change of the phase angle over a predetermined time interval. In this case, the evaluation variable represents an integral phase change. For this purpose, the evaluation circuit preferably comprises a corresponding counter, to which the increase and / or reduction signals generated by the comparators are supplied and which preferably generates a corresponding evaluation variable signal.
Dieses Bewertungsgrößensignal wird vorteilhafterweise wenigstens einem weiteren Komparator zugeführt, welcher bzw. welche das Bewertungsgrößensignal mit dem Schwellwert vergleichen. Insbesondere wird ein entsprechendes Instabilitätssignal ausgegeben, wenn die Bewertungsgröße bzw. das Bewertungsgrößensignal den Schwellwert erreicht. Liegt somit am Ausgang der Auswerteschaltung dieses Instabilitätssignal an, bedeutet dies im Zuge der "Fail/Pass"-Unterscheidung zweckmäßigerweise, dass eine unzureichende Frequenzstabilität vorliegt, die eventuell auf defekte Bauteile der integrierten Schaltung schließen lässt. This evaluation variable signal is advantageously fed to at least one further comparator, which compares the evaluation variable signal with the threshold value. In particular, a corresponding instability signal is output if the evaluation variable or the evaluation variable signal reaches the threshold value. If, therefore, this instability signal is present at the output of the evaluation circuit, this advantageously means, in the course of the "fail / pass" distinction, that there is insufficient frequency stability, which may possibly indicate defective components of the integrated circuit.
Vorteilhafterweise wird eine Tiefpassfilterung der Mischsignale durchgeführt, um die höherfrequenten Anteile der Mischsignale zu eliminieren. Jedem Mischer ist zu diesem Zweck insbesondere jeweils ein Tiefpassfilter nachgeschaltet. Advantageously, a low-pass filtering of the mixed signals is carried out in order to eliminate the higher-frequency components of the mixed signals. Each mixer is followed in particular by a low-pass filter for this purpose in each case.
Vorzugsweise wird eine sogenannte Quadraturdemodulation des Taktsignals durchgeführt. Im Zuge dieser werden insbesondere zwei Demodulationssignale generiert, die in-Phase-Komponente und die Quadraturkomponente, welche insbesondere senkrecht aufeinander stehen bzw. gegeneinander um 90° verschoben sind. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine sogenannte Drei-Phasen-Demodulation des Taktsignals durchgeführt werden. Im Zuge dessen werden insbesondere drei Demodulationssignale generiert, welche insbesondere zueinander jeweils um 120° verschoben sind.Preferably, a so-called quadrature demodulation of the clock signal is performed. In the course of this two demodulation signals are generated in particular, the in-phase component and the quadrature component, which in particular are perpendicular to each other or are shifted from each other by 90 °. Alternatively or additionally, a so-called three-phase demodulation of the clock signal can be performed. In the course of this, in particular, three demodulation signals are generated, which in particular are shifted relative to one another by 120 ° in each case.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird in Abhängigkeit von dem Referenzsignal ein zweites Referenzsignal bestimmt. Bevorzugt kann zu diesem Zweck das Referenzsignal durch den invertierten Systemtakt bzw. das invertierte Taktsignal abgetastet werden. Die Demodulationssignale werden vorzugsweise jeweils sowohl mit dem Referenzsignal als auch mit dem zweiten Referenzsignal, insbesondere multiplikativ, vermischt und es werden wenigstens vier Mischsignale generiert. Der Phasenwinkel wird vorzugsweise aus diesen wenigstens vier Mischsignalen bestimmt. Zweckmäßigerweise werden sämtliche dieser Mischsignale dem Dekodierer zugeführt. Somit kann die Dekodierung mit mindestens vier Mischsignalen durchgeführt werden, wodurch die Winkelauflösung verbessert werden kann.According to an advantageous embodiment, a second reference signal is determined as a function of the reference signal. Preferably, for this purpose, the reference signal can be sampled by the inverted system clock or the inverted clock signal. The demodulation signals are preferably mixed both with the reference signal and with the second reference signal, in particular multiplicatively, and at least four mixed signals are generated. The phase angle is preferably determined from these at least four mixing signals. Conveniently, all of these mixed signals are supplied to the decoder. Thus, the decoding can be performed with at least four mixing signals, whereby the angular resolution can be improved.
Vorzugsweise wird der Phasenwinkel im Zuge einer sogenannten PSK-Dekodierung ("phase-shift keying") bestimmt. Bevorzugt wird eine QPSK-Demodulation ("quadrature phase-shift Keying") durchgeführt, im Zuge derer insbesondere zwei Demodulationssignale verwendet werden, um den Phasenwinkel zu bestimmen. Der Phasenwinkel kann dabei mit einer Auflösung von 90° bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann bevorzugt eine π/4-QPSK-Dekodierung durchgeführt werden, im Zuge welcher insbesondere vier Demodulationssignale verwendet werden, wodurch der Phasenwinkel mit einer Auflösung von 45° bestimmt werden kann. Vorteilhafterweise kann auch eine π/3-PSK-Dekodierung mit drei Demodulationssignalen durchgeführt werden, wodurch sich eine Phasenwinkelauflösung von 60° ergibt. Vorzugsweise ist auch eine π/6-PSK-Dekodierung mit sechs Demodulationssignalen und einer Phasenwinkelauflösung von 30° denkbar.Preferably, the phase angle in the course of a so-called PSK decoding ("phase-shift keying") is determined. Preferably, a QPSK demodulation ("quadrature phase-shift keying") is performed, in the course of which, in particular, two demodulation signals are used to determine the phase angle. The phase angle can be determined with a resolution of 90 °. Alternatively or additionally, preferably a π / 4-QPSK decoding can be carried out, in the course of which in particular four demodulation signals are used, whereby the phase angle can be determined with a resolution of 45 °. Advantageously, a π / 3-PSK decoding with three demodulation signals can be performed, resulting in a phase angle resolution of 60 °. Preferably, a π / 6-PSK decoding with six demodulation signals and a phase angle resolution of 30 ° conceivable.
Die integrierte Schaltung und/oder die Frequenzstabilitätsbestimmungsschaltung können vorteilhafterweise in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs implementiert sein. Beispielsweise können das Verfahren bzw. die Schaltungsanordnung zum Bestimmen der Frequenzstabilität im Kraftfahrzeugbereich für eine digitale Getriebesteuerung, eine Piezo-Einspritzung, eine NOx-Sensorauswertung oder ähnliches verwendet werden.The integrated circuit and / or the frequency stability determination circuit can advantageously be implemented in a control unit of a motor vehicle. For example, the method or the circuit arrangement for determining the frequency stability in the automotive sector can be used for digital transmission control, piezo injection, NO x sensor evaluation or the like.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of embodiments in the drawing and will be described below with reference to the drawing.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In den
Identische Bezugszeichen in den
An einem Eingang
An einem weiteren Eingang
Das Taktsignal wird einem Demodulator
wobei fclk die Frequenz des Taktsignals ist. Damit lässt sich die Wertemenge der Demodulationssignale ohne Quantisierungsverluste auf {+1; 0; –1} beschränken. Die Demodulationssignale sind vorzugsweise als 2-Bit-Signale darstellbar durch:
where f clk is the frequency of the clock signal. Thus, the set of values of the demodulation signals without quantization losses on {+1; 0; -1} limit. The demodulation signals are preferably represented as 2-bit signals by:
Das am Eingang
mit der Frequenz ωr bzw. fr des Referenzsignals (fref ☐ fIQ).That at the
with the frequency ω r and f r of the reference signal (f ref ☐ f IQ ).
Die Demodulationssignale IHF und QHF werden jeweils mit dem harmonischen Referenzsignal Sref multiplikativ gemischt bzw. vermischt. Zu diesem Zweck werden das Demodulationssignal IHF und das harmonische Referenzsignal Sref einem ersten Mischer
Von dem ersten Mischer
und
and
Um die höherfrequenten Anteile dieser Mischsignale zu eliminieren, wird das Mischsignal IMX einem ersten Tiefpassfilter
Mit einer derartigen Übertragungsfunktion lässt sich die Abbildungseigenschaft der begrenzten Wertebereiche vorteilhaft nutzen, da die Produkte einer Wertefolge über vier Schritte aufgrund der Demodulationsfunktion immer zwei Nullwerte beinhalten. Die Summe über eine Wertefolge von vier Schritten ist damit insbesondere darstellbar in der Form:
Und damit gilt für die Wertemenge von S insbesondere: S = {+2; 0; –2}. Mit einem Skalierungsfaktor von 1/2 bleibt die Wertemenge der Ausgangssignale der Tiefpassfilter
Die Ausgangssignale der Tiefpassfilter
und
and
Das Summensignal dieser beiden tiefpassgefilterten Mischsignalen ILF und QLF beschreibt einen Vektor in einer IQ-Ebene. Ein Winkel φ zwischen diesem Vektor und der Abszisse der IQ-Ebene beschreibt die Phasenlage zwischen dem Referenzsignal und den Demodulationssignalen IHF und QHF.The sum signal of these two low-pass filtered mixed signals I LF and Q LF describes a vector in an IQ plane. An angle φ between this vector and the abscissa of the IQ plane describes the phase relationship between the reference signal and the demodulation signals I HF and Q HF .
Dieser Phasenwinkel φ wird in einem Dekodierer
Dieser bestimmte Phasenwinkel bzw. ein entsprechendes von dem Dekodierer
Aufgrund der begrenzten Wortbreite von φ ist die Operation des Differenzierglieds
Diese zeitliche Änderung dφ/dt des Phasenwinkels φ stellt ein Maß für die Frequenzstabilität des Taktsignals dar. Um auf die Frequenzstabilität des Taktsignals rückzuschließen, wird die zeitliche Änderung des Phasenwinkels bzw. das Phasenwinkeländerungssignal an eine Auswerteschaltung
In
Zu diesem Zweck wird das am Eingang
Dieses harmonische zweite Referenzsignal Sref2 wird analog zu dem Signal Sref jeweils mit den Demodulationssignalen IHF und QHF, insbesondere multiplikativ, vermischt. Das Demodulationssignal IHF und das Signal Sref2 werden einem dritten Mischer
Diese Mischsignale IMX2 und QMX2 werden einem dritten Tiefpassfilter
und
and
Die vier tiefpassgefilterten Mischsignale ILF, QLF, ILF2 und QLF2 werden einem Dekodierer
In
Im Zuge der entsprechenden Demodulation werden von dem 3-Phasen-Demodulator
Insbesondere sind die Demodulationssignale P1HF, P2HF und P3HF ebenfalls durch eine verzerrungsfreie Quantisierung in der begrenzten Wertemenge {–1; 0; +1} darstellbar. In particular, the demodulation signals P1 HF , P2 HF and P3 HF are also characterized by a distortion-free quantization in the limited value set {-1; 0; +1} can be displayed.
Weiterhin kann neben dem Abtastelement
Für das Signal Spref gilt vorteilhafterweise:
Die P1HF, P2HF und P3HF werden jeweils mit dem Signal Spref einem Mischer
Für die Produkte einer Wertefolge über
Da das Signal Spref in diesem Beispiel auch Nullwerte (N = {1, 0}) beinhaltet, können weitere Terme der Summenfunktion zu Null werden und damit gilt für die Wertemenge: S = {+4; +3; +2; +1; 0; –1; –2; –3; –4}. Daher sind in diesem Fall für die Darstellung der tiefpassgefilterten Mischsignale P1LF, P2LF, P3LF jeweils insbesondere
Die Dekodierung des dreiphasigen Basisbandsignals bzw. der tiefpassgefilterten Mischsignale P1LF, P2LF, P3LF erfolgt in diesem Beispiel einem π/3-PSK-Dekodierer
Es ist auch denkbar, dass auch für einen 3-Phasen-Demodulators
In
Das von dem Differenzierglied
Ein Komparator
Durch die Toggleelemente
Die Toggleelemente
Eine positive Änderung des Phasenwinkels φ um einen Schritt führt somit insbesondere zu einer Zustandsänderung am Ausgang
Weiterhin kann noch ein dritter Kanal
In diesem dritten Kanal ist ein Zähler
Für eine definierte Frequenzablage bzw. Frequenzinstabilität Δf ergibt sich in diesem Zeitintervall TMI ein entsprechender Sollwert φis insbesondere wie folgt:
Aus diesem Sollwert φis können für eine maximal zulässige und eine minimal zulässige Frequenzinstabilität Δf ein maximaler Schwellwert Smax und ein minimaler Schwellwert Smin abgeleitet werden. Die Schwellwerte Smax und Smin entsprechen somit der maximal zulässigen Phasenablage vom Sollwert φis.From this desired value φ is , a maximum threshold value S max and a minimum threshold value S min can be derived for a maximum permissible and a minimum permissible frequency instability Δf. The threshold values S max and S min thus correspond to the maximum permissible phase deviation from the setpoint value φ is .
Die integrale Phasenänderung φint bzw. das entsprechende Bewertungsgrößensignal wird von dem Zähler
Wenn die integrale Phasenänderung φint den minimalen Schwellwert Smin und/oder den maximalen Schwellwert Smax erreicht, wird von einem Element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10103879 B4 [0004] DE 10103879 B4 [0004]
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Citations (2)
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---|---|---|---|---|
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US7429896B2 (en) * | 2005-08-24 | 2008-09-30 | Epson Toyocom Corporation | Frequency stability measuring apparatus |
-
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10103879B4 (en) | 2000-01-31 | 2008-02-28 | Advantest Corp. | Apparatus and method for jitter measurement |
US7429896B2 (en) * | 2005-08-24 | 2008-09-30 | Epson Toyocom Corporation | Frequency stability measuring apparatus |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
K. W. Wan, J. Austin and E. Vilar: A novel approach to the simultaneous measurement of phase and amplitude noise of oscillators. In: Frequency Control, 1990., Proceedings of the 44th Annual Symposium on, Baltimore, MD,, 1990, S. 140-144. * |
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