DE10164914B4 - Verifizierungsschaltungsanordnung - Google Patents
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Abstract
ein erstes Prüfmittel, das mit einem ersten Satz aus zwei oder mehr konsekutiven Speicherelementen des Registers operativ verbunden ist, zum Erzeugen eines ersten Prüfsignals, das einen ersten Zustand hat, wenn irgendeines der Speicherelemente des ersten Satzes den ersten Wert hat, und einen zweiten Zustand hat, wenn alle Speicherelemente des ersten Satzes den zweiten Wert haben;
ein zweites Prüfmittel, das mit den verbleibenden Speicherelementen des Registers operativ verbunden ist, die einen zweiten Satz aus zwei oder mehr konsekutiven Speicherelementen bilden, zum Erzeugen eines zweiten Prüfsignals, das einen ersten Zustand hat, wenn irgendeines der Speicherelemente des zweiten Satzes...
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verifizierungsschaltungsanordnung zur Verbindung mit einem Zirkulationssteuerregister, um zu verifizieren, daß ein vorbestimmtes N-Bit-Steuermuster durch das Register korrekt zirkuliert.
- In der Druckschrift
EP 0190494 B1 ist ein Register mit Selbsttestfunktion beschrieben. - Die Zurückgewinnung eines Taktsignals aus einem seriellen Datenstrom erfordert das Verriegeln (Abtasten) von Daten sowohl an den ansteigenden als auch an den abfallenden Taktflanken, wobei die Datenabtastwerte dann verarbeitet werden, um ein zurückgewonnenes Taktsignal zu erzeugen.
- Wenn die Frequenz des zurückgewonnenen Taktsignals (Taktfrequenz) hoch ist und an die maximale Operationsgeschwindigkeit der Schaltungselemente grenzt, die die Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung bilden, ergeben sich, wie folgt, verschiedene Konstruktionsprobleme.
- Erstens wird die Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung Signale erfordern, die sich zu gewissen, wohldefinierten Momenten verändern. Es kann erforderlich sein, den Moment, zu dem sich ein Steuersignal wie etwa ein Rücksetzsignal verändert, mit einer Genauigkeit von einem halben Taktzyklus oder weniger zu steuern. Eine Standardrücksetzschaltung, deren Einsatz in solch einer Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung zuvor in Betracht gezogen wurde, ist aus zwei Master-Slave-Verriegelungen gebildet. Es ist jedoch herausgefunden worden, daß es bei solch einer zuvor in Betracht gezogenen Rücksetzschaltung bei Frequenzen, die an die Grenze der Technik stoßen, nicht möglich ist zu garantieren, in welcher Hälfte des Taktzyklus ein Rücksetzsignal, das durch die Rücksetzschaltung erzeugt wird, von einem logischen Zustand in den anderen umgeschaltet wird. Dieses Problem er gibt sich deshalb, weil die Schaltzeit einer Master-Slave-Verriegelung auf Grund von Herstellungs- oder Verarbei tungstoleranzen, Spannungsspielräumen und Temperaturabweichungen (der sogenannten PVT-Abweichung) variiert.
- Zweitens ist die Verarbeitung der obenerwähnten Datenabtastwerte auch bei sehr hohen Taktfrequenzen problematisch. Diese Verarbeitung wird im allgemeinen durch eines von zwei verschiedenen Verfahren ausgeführt. Bei dem ersten Verfahren werden die Abtastwerte während der zweiten Hälfte des Taktzyklus geprüft, und das Resultat des Vergleichs wird am Ende des Taktzyklus (d. h., bei der nächsten ansteigenden Taktflanke) selbst verriegelt. Bei dem zweiten Verfahren werden die Datenabtastwerte am Ende des Taktzyklus (d. h., bei der nächsten ansteigenden Taktflanke) von einem ersten Satz von Verriegelungen zu einem zweiten Satz von Verriegelungen unverarbeitet weitergeleitet. Die Datenabtastwerte können dann während des nächsten Taktzyklus geprüft werden. In diesem Fall sind jetzt beide Abtastwerte an der ansteigenden Taktflanke ausgerichtet.
- Bei beiden der obigen Verfahren müssen die Daten, die bei der abfallenden Taktflanke abgetastet werden, von einer Verriegelung zu einer anderen Verriegelung innerhalb eines halben Taktzyklus übertragen werden. Bei Frequenzen, die an die Grenze der Technik stoßen, kann dies sehr schwierig sein.
- Drittens ist es in einer Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung manchmal auch erforderlich, eine Zirkulationssteuerfolge (z. B. 0111, 1011, 1101, 1110, 0111, ...) an den Ausgängen eines Steuerregisters zu erzeugen. Die Steuerregisterausgänge werden zum Beispiel verwendet, um verschiedene jeweilige Verriegelungen freizugeben. In der Praxis kann die Zirkulationssteuerfolge jedoch verfälscht werden, mit dem Resultat, daß die Freigabe der verschiedenen Verriegelungen nicht mehr korrekt ausgeführt wird. Bei Steuerregistern, die eine kleine Bitanzahl haben (z. B. vier Bits oder weniger), kann die Korrektheit der tatsächlichen individuellen Steuerzustände (z. B. 0111, 1011, etc.) explizit detektiert und geprüft werden. Wenn die Länge der Steuerfolge jedoch zu nimmt (zum Beispiel auf 8 Bits oder mehr), wird die Detektion der korrekten Steuerzustände schwieriger. Im besonderen ist eine höhere Anzahl von Gattern erforderlich, um die Schaltungsanordnung zum Prüfen der Korrektheit der Steuerzustände zu implementieren, was unvermeidlich zu erhöhten Belastungen an den Steuerregisterausgängen führt. Bei Frequenzen, die die Grenze der Technik erreichen, muß solch eine erhöhte Belastung vermieden werden, falls dies überhaupt möglich ist.
- Viertens kann es bei einer Schaltungsanordnung für die Verarbeitung von digitalen Hochgeschwindigkeitssignalen auch erforderlich sein, Datenelemente in einer Form in Datenelemente in einer anderen Form zu konvertieren. Zum Beispiel kann es erforderlich sein, parallele n-Bit-Daten (n = 8, zum Beispiel) in einen seriellen Bitstrom zur Übertragung mit der n-fachen Frequenz der parallelen Daten zu konvertieren. Für die parallelen Daten und die seriellen Daten sind im allgemeinen separate Taktsignale vorgesehen, wobei das serielle Taktsignal eine Frequenz hat, die das n-fache von jener des parallelen Taktsignals beträgt. Ein Schieberegister oder dergleichen wird verwendet, um die parallelen Daten temporär zu speichern, bevor sie als serieller Bitstrom mit immer einem Bit pro seriellen Taktzyklus aus dem Register hinausgeschoben werden. Deshalb ist es erforderlich, in einem geeigneten Moment während jedes parallelen Taktzyklus ein Übertragungssteuersignal erzeugen zu können, um eine Übertragung eines neuen Elementes von parallelen Daten in das Schieberegister vollziehen zu können. Falls sich zum Beispiel die parallelen Daten bei jeder ansteigenden Flanke des parallelen Taktsignals verändern dürfen, umfaßt eine zuvor in Betracht gezogene Lösung das Verwenden von ersten und zweiten seriell verbundenen Verriegelungen, wobei die erste Verriegelung das parallele Taktsignal als Dateneingabe hat und beide Verriegelungen durch das serielle Taktsignal getaktet werden. Bei n = 8 und unter der Annahme, daß das parallele Taktsignal ein Zeichen-Pausen-Verhältnis von 50% hat, koinzidiert in diesem Fall die ansteigende Flanke des Taktzyklus 4 des seriellen Taktsignals mit der abfallenden Flanke des parallelen Taktsignals. Dann wird erwartet, daß die erste Verriegelung den Zustand während des Taktzyklus 5 des seriellen Taktsignals verändert, wobei ein Detektionssignal erzeugt wird, da der Taktzyklus 5 der erste Zyklus ist, bei dem das parallele Taktsignal bei der ansteigenden Flanke des Zyklus den logischen L-Zustand hat. Bei dem nächsten seriellen Taktzyklus, dem Taktzyklus 6, verändert die zweite Verriegelung den Zustand, wobei das Übertragungssteuersignal erzeugt wird, und ein neues Element von parallelen Daten wird dann in das Schieberegister übertragen, aus dem die Daten mit immer einem Bit pro seriellen Taktzyklus als serieller Bitstrom hinausgeschoben würden.
- Bei sehr hohen Frequenzen, die sich der Grenze der Technik nähern, ist es sehr schwierig, die relative Phase des seriellen Taktsignals bezüglich jener des parallelen Taktsignals zu steuern (d. h., in Anbetracht von allen PVT- und Layout-Abweichungen). Als Resultat kann der parallele Takt in der Praxis seine abfallende Flanke gerade vor, exakt bei oder gerade nach der ansteigenden Flanke des seriellen Taktes im Taktzyklus 4 haben. Falls sie vor der ansteigenden Flanke liegt, wäre es möglich, daß die erste Verriegelung das Detektionssignal während des Taktzyklus 4 statt während des Taktzyklus 5 erzeugt. Im schlimmsten Fall könnte das Detektionssignal dynamisch instabil werden, d. h., es könnte zufällig entweder im seriellen Taktzyklus 4 oder 5 erzeugt werden. Dies würde bewirken, daß Datenelemente in veränderlichen Intervallen von 7, 8 oder 9 seriellen Taktzyklen in das Schieberegister übertragen werden.
- Fünftens wird in der zuvor in Betracht gezogenen Datenrückgewinnungsschaltungsanordnung ein Takt, der aus dem ankommenden seriellen Datenstrom zurückgewonnen wird, verwendet, um den seriellen Datenstrom zu verriegeln. In Abhängigkeit von der Form des Datenauges in dem seriellen Datenstrom kann es jedoch wünschenswert sein, einen Takt zu verwenden, der von dem zurückgewonnenen Takt versetzt ist, um die Verriegelung der seriellen Daten auszuführen. Das einfachste Verfahren zum Erzeugen solch eines versetzten Taktsignals wäre es, das Rückgewinnungstaktsignal unter Verwendung eines Verzögerungselementes zu verzögern. Dies hat jedoch inhärente Nachteile, und im besonderen ist es schwierig, die Verzögerung in Anbetracht von Prozeß-, Spannungs- und Temperaturabweichungen zu steuern. Ferner läßt sich solch ein Verzögerungselement von außerhalb der Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung schwer steuern, und es kann eher eine Verzögerung (als ein Vorrücken) bezüglich des zurückgewonnenen Taktsignals auferlegen.
- Es kann eine Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung vorgesehen sein, die betriebsfähig ist, um eine Wiederholungsfolge von N Zyklen auszuführen, wobei N ≥ 2 ist, mit: N Anstiegflankenverriegelungen, die jeweils zum Empfangen eines Stroms von seriellen Daten verbunden sind und jeweils bei einer ansteigenden Flanke eines verschiedenen von den N Zyklen der Wiederholungsfolge getriggert werden, um einen Anstiegflankenabtastwert der Daten zu entnehmen; N Abfallflankenverriegelungen, die jeweils zum Empfangen des Datenstroms verbunden sind und jeweils bei einer abfallenden Flanke eines verschiedenen von den N Zyklen der Wiederholungsfolge getriggert werden, um einen Abfallflankenabtastwert der Daten zu entnehmen; und ein Abtastwertverarbeitungsmittel zum Verarbeiten der Abtastwerte, um ein Taktsignal aus dem Datenstrom zurückzugewinnen.
- In solch einer Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung brauchen die Daten, die bei der abfallenden Taktflanke abgetastet werden, von einer Verriegelung zu einer anderen Ver riegelung nicht innerhalb eines halben Zyklus übertragen zu werden, und es stehen bis zu N – 0,5 Zyklen zur Verfügung. Wenn N zum Beispiel 4 ist, stehen bis zu 3,5 Zyklen zum Ausführen solch einer Übertragung zur Verfügung.
- In solch einer Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung muß die Freigabe von Signalen, die zum Triggern der Anstiegflanken- und Abfallflankenverriegelungen benötigt werden, akkurat gesteuert werden. Die Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung kann deshalb: einen Controller zum Erzeugen von N Ausgangssignalen aufweisen, wobei jedes Ausgangssignal einen aktiven Zustand in einem individuell entsprechenden der N Zyklen der Wiederholungsfolge und einen inaktiven Zustand in jedem nichtentsprechenden Zyklus der Folge hat; und N Verarbeitungsschaltungen, die jeweils einen Eingang zum Empfangen eines verschiedenen der N Ausgangssignale haben und jeweils eine der Anstiegflankenverriegelungen und eine der Abfallflankenverriegelungen umfassen und ferner einen Freigabesignalgenerator umfassen, der eine Signalerzeugungsschaltungsanordnung hat,
der betreibbar ist, um ansprechend auf das von der Verarbeitungsschaltung empfangene Ausgangssignal ein Freigabesignal für die Anstiegsflanakenverriegelung zu erzeugen, die in einer vorbestimmten Hälfte eines Zyklus vor der ansteigenden Flanke aktiv wird, welche jene Verriegelung triggert, und ein Freigabesignal für die Abfallflankenverriegelung, die in einer vorbestimmten Hälfte eines Zyklus vor der abfallenden Kante aktiv wird, welche jene Verriegelung triggert. Die Freigabesignale ändern garantiert den Zustand in besonderen halben Zyklen (z. B. in den dritten und vierten halben Zyklen nach der Arbeitsflanke), d. h. zu den richtigenZeiten, die nur durch einen halben Taktzyklus voneinander getrennt sind, ungeachtet von PVT-Abweichungen. - Der Freigabesignalgenerator kann in jeder Verarbeitungsschaltung umfassen:
ein erstes getaktetes Element, das zum Empfangen eines Taktsignals und des von der Verarbeitungsschaltung empfangenen Ausgangssignal verbunden ist und durch das Taktsignal umschaltbar ist zwischen einem ansprechbaren Zustand, in dem das Element als Reaktion auf eine Änderung logischen Zusatnds des Ausgangssignals betriebsfähig ist, um einen logischen Zustand eines synchronisierten Signals, das durch dieses erzeugt wird, zu verändern, und einem nichtansprechbaren Zustand, bei dem keine Zustandsveränderung des synchronisierten Signals erfolgt; und
ein zweites getaktetes Element, das angeschlossen ist zum Empfangen dieses Taktsignals und des synchronisierten Signals und zum Anwenden des Freigabesignals auf eine der Anstiegsflankenverrigelung und der Abfallflankenverriegelung der Verarbeitungsschaltung, und durch das Taktsignal schaltbar ist zwischen einem ansprechenden Zustand, in dem das Element als Reaktion auf die Zustandsänderung in dem synchronisierten Signal betriebsfähig ist, um einen logischen Zustand des Freigabesignals zu ändern, das der genannten einen Verriegelung zugeführt wird, und einem nichtansprechenden Zustand, in dem keine Zustandsänderung in dem Freigabesignal auftritt, und
ein drittes getaktetes Element, das angeschlossen ist zum Empfang des Taktsignals und des Freigabesignals, das auf eine der Verriegelungen angewendet wird, und zum Anwenden des Freigabesignals auf die andere der Anstiegsflankenverriegelung bzw. der Abfallflankenverriegelung der Verarbeitugnsschaltung, und durch das Taktsignal schaltbar ist zwischen einem ansprechenden Zustand, in dem das Element als Reaktion auf die genannte Zustandsänderung in dem genannten Freigabesignal, das der einen Verriegelung zugeführt wird, betriebsfähig ist, um einen logischen Zustand des der anderen
Verriegelung zugeführten Freigabesignals zu ändern, und einem nichtansprechenden Zustands, in dem keine Zustandsänderung des Freigabesignals auftritt,
worin dann, wenn das Taktsignal einen ersten logischen Zustand hat, jedes der ersten und dritten getakteten Elemente einen nichtansprechenden Zustand hat, und das zweite getaktete Element den ansprechenden Zustand hat, wenn das genannte Taktsignal einen zweiten logischen Zustand hat, jedes der ersten und dritten getakteten Elemente den genannten ansprechenden Zustand hat und das genannte zweite getaktete Element den nichtansprechenden Zustand hat. - In solch einer Signalerzeugungsschaltungsanordnung tritt die Zustandsveränderung des der einen Verriegelung zugeführten Freigabesignals garantiert immer in einem Teil eines Taktzyklus auf, ungeachtet von PVT-Abweichungen. Zum Beispiel ist es möglich zu garantieren, daß das eine Verriegelung freigebende Signal seinen logischen Zustand immer in der ersten Hälfte des Taktzyklus verändern wird. Diese Garantie ist auch dann möglich, wenn das von der Verarbeitungsschaltung empfangene
Signal nicht garantiert werden kann, daß eine Zustandsveränderung in einer besonderen Hälfte eines Zyklus erfolgt, weil zum Beispiel bei hohen Frequenzen und bei PVT-Abweichung ein Master/Slawe- oder Vollverriegelungselement, das zum Erzeugen des Ausgangssignals verwendet wird, eine Schaltzeit, die auf jeder Seite abweichen kann, von 50 der Taktperiode hat. - Es kann jedes der ersten und zweiten getakteten Elemente ein transparentes oder Halbverriegelungselement sein, zum Beispiel eine transparente pegelempfindliche Verriegelung. Solch ein transparentes oder Halbverriegelungselement hat eine kürzere Schaltzeit als ein Master/Slawe- oder Vollverriegelungselement, so daß es selbst bei sehr hohen Frequenzen noch möglich ist zu garantieren, daß die Schaltzeit des transparenten oder Halbverriegelungselementes kleiner als ein halber Taktzyklus sein wird.
- Wenn ein getaktetes Element, das das Ausgangssignal erzeugt, schnell nach einer Arbeitsflanke des Taktsignals (z. B. nach einer ansteigenden Flanke) umschaltet, kann die Zustandsveränderung des Ausgangssignals in dem ersten halben Zyklus nach der Arbeitsflanke auftreten. In diesem Fall ist das erste getaktete Element jedoch in dem nichtansprechbaren Zustand, so daß bis zu dem zweiten halben Zyklus nach der Arbeitsflanke keine Veränderung des synchronisierten Signals auftritt. In jenem zweiten halben Zyklus ist das zweite getaktete Element in dem nichtansprechbaren Zustand, so daß bis zu dem dritten halben Zyklus im Anschluß an die Arbeitsflanke keine Veränderung des eine-Verriegelung-Freigabesignals auftritt.
- Wenn sich andererseits das Ausgangssignal bis zu dem zweiten halben Zyklus im Anschluß an die Arbeitsflanke nicht verändert (da die Schaltzeit des getakteten Elementes, welches es hervorbringt, langsam ist), ist das erste getaktete Element schon in dem ansprechbaren Zustand, wenn die Veränderung auftritt. In diesem Fall tritt die Zustandsveränderung des synchronisierten Signals in dem zweiten halben Zyklus nach der Arbeitsflanke auf, mit dem Resultat, daß dann, wie in dem schnellen Fall, das eine Verriegelung freigebende Signal den Zustand in dem dritten halben Zyklus nach der Arbeitsflanke verändert.
- Es kann auch garantiert werden, daß die Veränderung des der anderen Verriegelung zugeführten Freigabesignals in dem vierten halben Zyklus im Anschluß an die Arbeitsflanke auftritt. Das dritte getaktete Element ist vorzugsweise ein transparentes oder Halbverriegelungselement.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Verifizierungsschaltungsanordnung vorgesehen, zur Verbindung mit einem Zirkulationssteuerregister, um zu veri fizieren, daß ein vorbestimmtes N-Bit-Steuermuster durch das Register korrekt zirkuliert, wobei das Register N Speicherelemente jeweils zum Speichern von einem Bit des Steuermusters hat und ein Bit des Steuermusters einen ersten Wert hat und jedes andere Bit einen zweiten Wert hat, welche Verifizierungsschaltungsanordnung umfaßt: ein erstes Prüfmittel, das mit einem ersten Satz aus zwei oder mehr konsekutiven Speicherelementen des Registers operativ verbunden ist, zum Erzeugen eines ersten Prüfsignals, das einen ersten Zustand hat, wenn irgendeines der Speicherelemente des ersten Satzes den ersten Wert hat, und einen zweiten Zustand hat, wenn alle Speicherelemente des ersten Satzes den zweiten Wert haben; ein zweites Prüfmittel, das mit den verbleibenden Speicherelementen des Registers operativ verbunden ist, die einen zweiten Satz aus zwei oder mehr konsekutiven Speicherelementen bilden, zum Erzeugen eines zweiten Prüfsignals, das einen ersten Zustand hat, wenn irgendeines der Speicherelemente des zweiten Satzes den ersten Wert hat, und einen zweiten Zustand hat, wenn alle Speicherelemente des zweiten Satzes den zweiten Wert haben; und ein Detektionsmittel desselben Zustandes, das mit den ersten und zweiten Prüfmitteln verbunden ist, zum Erzeugen eines Detektionssignals, das angibt, daß das Steuermuster inkorrekt ist, wenn die ersten und zweiten Prüfsignale denselben Zustand haben.
- Solch eine Verifizierungsschaltungsanordnung kann einfach unter Verwendung von einfachen Kombinationslogikgattern wie etwa von UND- oder NAND-Gattern und einem Exklusiv-ODER-Gatter implementiert werden. Ferner kann die Belastung, die dem Zirkulationssteuerregister durch die Schaltungsanordnung auferlegt wird, wünschenswert niedrig sein, so daß eine Hochgeschwindigkeitsoperation nicht gefährdet wird.
- Solch ein Zirkulationssteuerregister kann zum Beispiel in Verbindung mit dem obenerwähnten Controller in einer Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung verwendet werden, die den vollständigen zweiten Aspekt der Erfindung verkörpert, oder mit einem Zähler (der unten beschrieben ist) in einer Datensynchronisationsschaltungsanordnung, die einen vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung verkörpert.
- Es kann eine Datensynchronisationsschaltungsanordnung vorgesehen sein, zum sukzessiven Empfangen von ersten Datenelementen und zum sukzessiven Ausgeben von zweiten Datenelementen, die von den empfangenen ersten Elementen abgeleitet werden, wobei eines der ersten Elemente in jedem Zyklus eines ersten Taktsignals empfangen wird und eines der zweiten Elemente in jedem Zyklus eines zweiten Taktsignals ausgegeben wird, das eine Frequenz hat, die das N-fache derer des ersten Taktsignals beträgt, wobei N eine ganze Zahl ist, welche Schaltungsanordnung umfaßt: einen Rücksetzsignalgenerator zum Bewirken dessen, daß sich ein Rücksetzsignal an einem im voraus selektierten Punkt in einem Zyklus des ersten Taktsignals von einem aktiven Zustand in einen inaktiven Zustand verändert; einen Zähler, der zum Empfangen des zweiten Taktsignals und des Rücksetzsignals verbunden ist und im Anschluß an die Veränderung des Rücksetzsignals in den inaktiven Zustand betriebsfähig ist, um Impulse des zweiten Taktsignals zu zählen und Übertragungssteuersignale in Intervallen von N Zyklen des zweiten Taktsignals zu erzeugen; und einen Datenkonverter, der zum Empfangen der Übertragungssteuersignale und des zweiten Taktsignals verbunden ist und betriebsfähig ist, um als Reaktion auf die sukzessiven Übertragungssteuersignale jeweilige erste Elemente zu akzeptieren und die zweiten Elemente von den empfangenen ersten Elementen abzuleiten und eines der zweiten Elemente pro Zyklus des zweiten Taktsignals auszugeben.
- Die zweiten Elemente können von den ersten Elementen auf geeignete Weise durch den Datenkonverter abgeleitet werden. Der Datenkonverter kann ein Parallel-Serien-Konverter sein.
- Da der Zähler in solch einer Datensynchronisationsschaltungsanordnung Übertragungssteuersignale immer in Intervallen von N Zyklen des zweiten Taktsignals erzeugt, un geachtet von PVT-Abweichungen, kann garantiert werden, daß selbst dann, wenn das erste Taktsignal in der Phase bezüglich des zweiten Taktsignals abweicht, die ersten Datenelemente durch den Datenkonverter immer in Intervallen, die bezüglich des zweiten Taktsignals festgelegt sind, akzeptiert werden.
- Es kann eine Datenrückgewinnungsschaltungsanordnung zum Abtasten eines empfangenen seriellen Datenstroms vorgesehen sein, die umfaßt: eine Taktrückgewinnungsschaltung, die zum Empfangen einer Vielzahl von in Frage kommenden Taktsignalen verbunden ist, die dieselbe Frequenz haben, aber in der Phase voneinander getrennt sind, und betriebsfähig ist, um als zurückgewonnenes Taktsignal eines der in Frage kommenden Taktsignale zu selektieren, das mit dem empfangenen seriellen Datenstrom in der Phase übereinstimmt; eine Versetzungstaktschaltung, die betriebsfähig ist, um als versetztes Taktsignal ein weiteres der in Frage kommenden Taktsignale zu selektieren, das sich von dem in Frage kommenden Taktsignal unterscheidet, das als zurückgewonnenes Taktsignal selektiert wurde; und eine Datenabtastschaltung, die betriebsfähig ist, um den empfangenen Datenstrom unter Verwendung des versetzten Taktsignals abzutasten.
- In solch einer Datenrückgewinnungsschaltungsanordnung kann das versetzte Taktsignal frei gewählt werden, um zu einer Datenaugenform des empfangenen seriellen Datenstroms zu passen. Das versetzte Taktsignal kann in der Phase bezüglich des zurückgewonnenen Taktsignals voreilen oder verzögert sein, je nach Wunsch.
- Da das versetzte Taktsignal von den in Frage kommenden Taktsignalen selektiert wird, kann es unter Verwendung eines Steuersignals selektiert werden, das von außerhalb der Schaltungsanordnung vorgesehen wird. Dadurch wird die Schaltungsanordnung äußerst flexibel.
- Die Frequenz der in Frage kommenden Taktsignale ist der Frequenz des empfangenen seriellen Datenstroms vorzugsweise gleich, oder sie liegt dicht bei ihr.
- Vorzugsweise sind die Selektionssignale, die zum Bezeichnen von einem oder beiden der in Frage kommenden Taktsignale verwendet werden, die als das zurückgewonnene Taktsignal und das versetzte Taktsignal selektiert werden, Graycodierte Signale, so daß unnötige Übergangsphasensprünge vermieden werden, wenn die Selektionen von in Frage kommenden Taktsignalen verändert werden. Aus demselben Grund ist es vorzuziehen, wenn sich die ersten und letzten in Frage kommenden Taktsignale von der Vielzahl in der Phase um im wesentlichen denselben Betrag wie die zwei in Frage kommenden Taktsignale von jedem weiteren Paar von miteinander benachbarten in Frage kommenden Taktsignalen von der Vielzahl voneinander unterscheiden.
- Die Datenrückgewinnungsschaltungsanordnung umfaßt vorzugsweise ferner einen Multiphasentaktsignalgenerator, der enthält: eine Verzögerungsleitung, die zum Empfangen eines Referenztaktsignals verbunden ist, das eine Frequenz hat, die einer Datenrate des seriellen Datenstroms gleich ist oder dicht bei ihr liegt, und eine Folge von individuellen Verzögerungsstufen hat, von denen die in Frage kommenden Taktsignale abgeleitet werden; und eine Verzögerungseinstellschaltung zum Steuern einer Gesamtverzögerung, die durch die Verzögerungsstufen von der genannten Folge auferlegt wird, um einer Dauer von einem Zyklus des Referenztaktsignals im wesentlichen gleich zu sein.
- Bei dieser Implementierung gewährleistet es die Verzögerungseinstellschaltung, daß die Phasen der in Frage kommenden Taktsignale ungeachtet von PVT-Abweichungen präzise gesteuert werden.
- Als Beispiel wird nun Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen, in denen:
-
1 ein Beispiel für eine zuvor in Betracht gezogene Signalerzeugungsschaltungsanordnung zur Verwendung in einer Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung zeigt; -
2 ein Zeitlagendiagramm ist, das Wellenformen zeigt, die in der Schaltungsanordnung von1 erzeugt werden, wenn sie in Gebrauch ist; -
3 eine Signalerzeugungsschaltungsanordnung zeigt, die nicht die vorliegende Erfindung verkörpert; -
4 und5 Zeitlagendiagramme sind, die Wellenformen zeigen, die in der Schaltungsanordnung von3 erzeugt werden, wenn sie in Gebrauch ist; -
6 Teile der Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung zeigt; -
7 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine mögliche Implementierung eines Zirkulationssteuerregisters in der Schaltungsanordnung von6 zeigt; -
8 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine mögliche Implementierung eines Freigabesignalgenerators in der Schaltungsanordnung von6 zeigt; -
9 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine mögliche Implementierung einer Anstiegflankenverriegelung in der Schaltungsanordnung von6 zeigt; -
10 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine mögliche Implementierung einer Abfallflankenverriegelung in der Schaltungsanordnung von6 zeigt; -
11(A) und (B) Zeitlagendiagramme sind, die Wellenformen zeigen, die in der Schaltungsanordnung von6 erzeugt werden, wenn sie in Gebrauch ist; -
12 eine Verifizierungsschaltungsanordnung zeigt, gemäß der vorliegenden Erfindung verkörpert; -
13 ein Beispiel für eine zuvor in Betracht gezogene Datensynchronisationsschaltungsanordnung zeigt; -
14 ein Zeitlagendiagramm ist, das Wellenformen zeigt, die in der Schaltungsanordnung von13 erzeugt werden, wenn sie in Gebrauch ist; -
15 Teile einer Datensynchronisationsschaltungsanordnung zeigt; -
16 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine mögliche Implementierung eines Rücksetzsignalgenerators in der Schaltungsanordnung von14 zeigt; -
17(A) ein Blockdiagramm ist, das eine mögliche Implementierung eines Zählers in der Schaltungsanordnung von15 zeigt; -
17(B) ein detailliertes Schaltungsdiagramm ist, das17(A) entspricht; -
18 ein Zeitlagendiagramm ist, das Wellenformen zeigt, die in der Schaltungsanordnung von15 erzeugt werden, wenn sie in Gebrauch ist; -
19 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine mögliche Implementierung eines Datenkonverters in der Schaltungsanordnung von15 zeigt; -
20 ein Schaltungsdiagramm zur Verwendung beim Erläutern der Operation einer Datenrückgewinnungsschaltungsanordnung ist; und -
21 Teile einer Datenrückgewinnungsschaltungsanordnung zeigt. - Die zuvor in Betracht gezogene Signalerzeugungsschaltungsanordnung
10 , die in1 gezeigt ist, umfaßt ein erstes Verriegelungselement12 und ein zweites Verriegelungselement14 . Jedes der Verriegelungselemente12 und14 ist zum Beispiel ein bei positiver Flanke getriggertes Master/Slawe-D-Typ-Verriegelungselement. - Jedes der Verriegelungselemente
12 und14 hat einen Takteingang C, der verbunden ist, um ein Taktsignal CLK zu empfangen. Jedes Verriegelungselement12 und14 hat auch einen Rücksetzeingang R, der verbunden ist, um ein L-aktives asynchrones Rücksetzsignal ARST zu empfangen. Das Rücksetzsignal ARST ist bezüglich des Taktsignals CLK asynchron. Das erste Verriegelungselement12 hat einen Dateneingang D, der verbunden ist, um auf dem logischen Pegel H (logische 1) zu sein. Das zweite Verriegelungselement14 hat einen Dateneingang D, der mit einem Datenausgang Q des ersten Verriegelungselementes12 verbunden ist, um von ihm ein erstes getaktetes Rücksetzsignal RCK1 zu empfangen. Ein zweites getaktetes Rücksetzsignal RCK2 wird an einem Datenausgang Q des zweiten Verriegelungselementes14 erzeugt. - Das zweite getaktete Rücksetzsignal RCK2 wird zum Beispiel als Rücksetzsignal zum Zurücksetzen einer Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung verwendet, die Freigabesignale zum Bewirken des Abtastens von Daten eines ankommenden seriellen Datenstroms erzeugt. In solch einer Schaltungsanordnung muß das Entfernen des Rücksetzsignals bezüglich des Taktsignals CLK akkurat gesteuert werden.
- Unter Bezugnahme auf
2 wird nun die Operation der Signalerzeugungsschaltungsanordnung von1 beschrieben. In2 wird angenommen, daß das asynchrone Rücksetzsignal ARST anfangs auf dem logischen Zustand L (aktiv) ist und dann entfernt wird. Da das ARST-Signal ein asynchrones Signal ist, kann es an jedem Punkt während eines Zyklus des Taktsignals CLK entfernt werden. Bei dem in2 gezeigten Beispiel wird das ARST-Signal in einem beliebigen Moment im Taktzyklus 0 entfernt. Bei der ersten ansteigenden Flanke R1 im Anschluß an die Entfernung des ARST-Signals wird der Zustand H am D-Eingang des ersten Verriegelungselementes12 unmittelbar vor der ansteigenden Flanke R1 bei der ansteigenden Flanke R1 verriegelt und von dem Q-Ausgang des ersten Verriegelungselementes12 ausgegeben. Das erste getaktete Rücksetzsignal RCK1 verändert sich deshalb während des Zyklus 1 von dem Zustand L auf den Zustand H. Der neue Zustand H am D-Eingang des zweiten Verriegelungselementes14 gerade vor der nächsten ansteigenden Flanke R2 wird bei jener ansteigenden Flanke R2 durch das zweite Verriegelungselement14 verriegelt. Der resultierende verriegelte Zustand H erscheint am Q-Ausgang des zweiten Verriegelungselementes14 später während des Zyklus 2 und sieht das zweite getaktete Rücksetzsignal RCK2 vor. Als Reaktion auf das Entfernen des ARST-Signals im Zyklus 0 verändert sich daher das zweite getaktete Rücksetzsignal RCK2 von dem Zustand L auf den Zustand H zu einer Zeit während des Zyklus 2, die mit dem Taktsignal CLK synchron ist. - Übrigens ist der Grund zum Einsatz zweier seriell verbundener Verriegelungselemente
12 und14 in der Signalerzeugungsschaltungsanordnung10 von1 wie folgt. Falls nur das erste Verriegelungselement12 vorgesehen würde, um das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung zu erzeugen (d. h., das Ausgangssignal wäre das Signal RCK1 anstelle des Signals RCK2), könnte es möglich sein, daß das Signal ARST vor einer vorbestimmten minimalen Aufbauzeit des ersten Verriegelungselementes12 vor der nächsten ansteigenden Flanke (z. B. R1 in2 ) entfernt wird. In diesem Fall kann das Signal RCK1 einen sogenannten metastabilen Zustand annehmen, bei dem es zwischen den Zuständen L und H bleibt oder zwei entgegengesetzte Zustandsveränderungen im Anschluß an die ansteigende Taktflanke erlebt. Indem das zweite Verriegelungselement14 vorgesehen wird, um das Signal RCK1 gerade vor der folgenden ansteigenden Flanke zu verriegeln, ist die Wahrscheinlichkeit extrem hoch, daß das Signal RCK2 ein unverfälschtes Signal sein wird, selbst wenn der minimalen Aufbauzeit des ersten Verriegelungselementes12 nicht entsprochen wird. - Bei Frequenzen, die sich der Grenze der Schaltungstechnik nähern, die zur Konstruktion der Signalerzeugungsschal tungsanordnung
10 zum Einsatz kommt, muß damit gerechnet werden, daß die Schaltzeit von jedem der Verriegelungselemente12 und14 dicht bei einer Hälfte einer Taktzyklusperiode liegt oder diese überschreiten kann. Dies bedeutet, daß es in2 nicht möglich ist zu garantieren, in welcher Hälfte des Zyklus 2 sich das Signal RCK2 von dem Zustand L auf den Zustand H verändern wird, in Anbetracht von allen möglichen PVT- und anderen Abweichungen. Es gibt jedoch einige Anwendungen, bei denen es von entscheidender Bedeutung ist, garantieren zu können, in welchem halben Zyklus das Signal RCK2 den Zustand verändern wird. Solche Anwendungen enthalten eine Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung. - Eine verbesserte Signalerzeugungsschaltungsanordnung ist in
3 gezeigt. Obwohl die Schaltung der3 nicht die Erfindung verkörpert, ist ihre Beschreibung nützlich zum Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung, die unten in Verbindung mit den6 bis11 beschrieben werden. In3 sind Komponenten der Schaltungsanordnung20 , die dieselben wie die Komponenten der Signalerzeugungsschaltungsanordnung10 von1 sind oder diesen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen, und eine Beschreibung von ihnen wird weggelassen. - In
3 sind die ersten und zweiten Verriegelungselemente12 und14 vorhanden und so verbunden, wie es zuvor unter Bezugnahme auf1 beschrieben wurde, um eine Eingangsschaltung10 zu bilden. Das zweite getaktete Rücksetzsignal RCK2 wird verwendet, um ein erstes synchronisiertes Signal S1 vorzusehen. Die Schaltungsanordnung von3 umfaßt ferner ein drittes Verriegelungselement22 und ein viertes Verriegelungselement24 . Die dritten und vierten Verriegelungselemente22 und24 sind Halb-(oder transparente)Verriegelungselemente, die jeweils einen Dateneingang D und einen Datenausgang Q haben. - Das dritte Verriegelungselement
22 hat einen L-aktiven Takteingang CL, während das vierte Verriegelungselement24 einen H-aktiven Takteingang CH hat. Somit hat das dritte Verriegelungselement22 einen ansprechbaren (offenen) Zustand, wenn sein Takteingang CL den L-Zustand hat. In diesem ansprechbaren Zustand verändert der Datenausgang Q den Zustand als Reaktion auf Zustandsveränderungen des Dateneingangs D. Wenn der CL-Eingang den H-Zustand hat, ist das dritte Verriegelungselement22 in einem nichtansprechbaren (geschlossenen) Zustand, bei dem der Datenausgang Q den Zustand als Reaktion auf Zustandsveränderungen am Dateneingang D nicht verändert. - Das vierte Verriegelungselement
24 hat andererseits den ansprechbaren (offenen) Zustand, wenn sein Takteingang CH den H-Zustand hat, und sonst den nichtansprechbaren (geschlossenen) Zustand. - Der Dateneingang D des dritten Verriegelungselementes
22 ist mit dem Datenausgang Q des zweiten Verriegelungselementes14 verbunden, um von ihm das erste synchronisierte Signal S1 (das zweite getaktete Rücksetzsignal RCK2) zu empfangen. Der Dateneingang D des vierten Verriegelungselementes24 ist mit dem Datenausgang Q des dritten Verriegelungselementes22 verbunden, um von ihm ein zweites synchronisiertes Signal S2 zu empfangen. Ein drittes synchronisiertes Signal S3 wird am Datenausgang Q des vierten Verriegelungselementes24 erzeugt. Die CL- und CH-Takteingänge der Verriegelungselemente22 und24 sind zum Empfangen des Taktsignals CLK verbunden. - Unter Bezugnahme auf
4 und5 wird nun die Operation der Signalerzeugungsschaltungsanordnung20 von3 beschrieben.4 betrifft den Fall, bei dem die Schaltungsanordnung (im besonderen die ersten und zweiten Verriegelungselemente12 und14 der Eingangsschaltung10 ) auf Grund von Verarbeitungstoleranzen, Spannungsspielräumen und Temperaturabweichungen (PVT-Abweichungen) schnelle Schaltzeiten hat.5 betrifft den Fall, bei dem die Signal erzeugungsschaltungsanordnung20 aus PVT-Gründen langsame Schaltzeiten hat. - Sowohl in
4 als auch in5 wird angenommen, daß das asynchrone Rücksetzsignal ARST während eines Taktzyklus 0 des Taktsignals CLK entfernt wird. Wie in der Schaltungsanordnung von1 verändern sich die Signale RCK1 und S1 (RCK2) während der Taktzyklen 1 bzw. 2 von dem L- auf den H-Zustand. In dem schnellen Fall (4 ) ist ersichtlich, daß sich das Signal S1 eine Zeit tearly vor der abfallenden Flanke F2 im Zyklus 2 auf den H-Zustand verändert. Wenn die Frequenz des Taktsignals CLK zum Beispiel 622 MHz beträgt, kann tearly 0,36 ns ausmachen. So erfolgt in dem schnellen Fall die Veränderung des Signals S1 bequem in der ersten Hälfte des Taktzyklus 2. - Andererseits ist in dem langsamen Fall (
5 ) ersichtlich, daß die längeren Schaltzeiten bedeuten, daß sich das Signal S1 erst eine Zeit tlate nach der abfallenden Flanke F2 in dem Taktzyklus 2 von dem L- auf den H-Zustand verändert. Zum Beispiel kann tlate 0,03 ns betragen, wenn sich die Taktfrequenz auf 622 MHz beläuft. So erfolgt die Zustandsveränderung von S1 in diesem Fall in der zweiten Hälfte des Taktzyklus 2. - In dem Fall, wenn sich S1 in der ersten Hälfte des Taktzyklus 2 auf den H-Zustand verändert (d. h., in dem schnellen Fall von
4 ), breitet sich jene Zustandsveränderung nicht durch das dritte Verriegelungselement22 aus, das bis zu der abfallenden Flanke F2 in dem nichtansprechbaren Zustand bleibt. Dies bedeutet, daß sich das zweite synchronisierte Signal S2 erst kurze Zeit thl3 nach der abfallenden Flanke F2 von dem L- auf den H-Zustand verändert, welche kurze Zeit thl3 der Schaltzeit des dritten Verriegelungselementes22 entspricht. Jene Veränderung von S2 breitet sich jedoch nicht unmittelbar durch das vierte Verriegelungselement24 aus, da jenes Verriegelungselement bis zu der ansteigenden Flanke R3 zu Beginn des Taktzyklus 3 in dem nichtansprechbaren Zustand ist. So verändert sich das Signal S3 erst kurze Zeit thl4 nach der ansteigenden Flanke R3 von dem L- auf den H-Zustand, wobei jene kurze Zeit thl4 der Schaltzeit des vierten Verriegelungselementes24 entspricht. Da die Schaltzeit thl4 des vierten Verriegelungselementes24 klein ist, im Vergleich zu den Schaltzeiten tfl1, tfl2 der ersten und zweiten Verriegelungselemente12 und14 , kann garantiert werden, daß das Signal S3 den Zustand in der ersten Hälfte des Taktzyklus 3 verändert. Zum Beispiel kann in dem schnellen Fall (4 ) die Zustandsveränderung von S3 eine Zeit tfast wie etwa 0,41 ns vor der abfallenden Flanke F3 des Taktzyklus 3 erfolgen, wenn die Taktfrequenz 622 MHz beträgt. - In dem langsamen Fall, bei dem sich das Signal S1 nach der abfallenden Flanke F2 im Taktzyklus 2 verändert, breitet sich jene Veränderung während der zweiten Hälfte des Taktzyklus 2 sofort durch das dritte Verriegelungselement
22 aus, da das Verriegelungselement22 zu dieser Zeit in dem ansprechbaren Zustand ist. So verändert sich das Signal S2 während der zweiten Hälfte des Taktzyklus 2 von dem L- auf den H-Zustand. Zu dieser Zeit ist das vierte Verriegelungselement24 jedoch noch in dem nichtansprechbaren Zustand, so daß sich das Signal S3 von seinem Anfangszustand L nicht verändert. Die Veränderung des Signals S3 von dem L- auf den H-Zustand erfolgt erst nach der ansteigenden Flanke R3, wenn das vierte Verriegelungselement24 in den ansprechbaren Zustand eintritt. Die Verzögerung der Zustandsveränderung des Signals S3 nach der ansteigenden Flanke R3 wird durch die Schaltzeit thl4 des vierten Verriegelungselementes24 bestimmt. Selbst in dem langsamsten Fall, wie in5 gezeigt, ist jene Schaltzeit thl4 niedrig genug, um zu garantieren, daß die Zustandsveränderung innerhalb der ersten Hälfte des Taktzyklus 3 auftritt, d. h., eine Zeit tslow vor der abfallenden Flanke F3. Zum Beispiel beträgt tslow 0,11 ns, wenn die Taktfrequenz 622 MHz ausmacht. - Daher ermöglicht es die Schaltungsanordnung von
3 , daß das Signal S3 am Ausgang der Signalerzeugungsschaltungsanordnung den Zustand garantiert innerhalb der ersten Hälfte eines Taktzyklus verändert, ungeachtet von Schaltzeitabweichungen der Verriegelungselemente auf Grund von PVT- und anderen Abweichungen. - In der Schaltungsanordnung von
3 soll garantiert sein, daß die Zustandsveränderung des Endausgangssignals (S3) der Signalerzeugungsschaltungsanordnung den Zustand innerhalb der ersten Hälfte eines Taktzyklus verändert. Falls andererseits garantiert sein soll, daß die Zustandsveränderung in der zweiten Hälfte eines Taktzyklus erfolgt, kann ein weiteres Verriegelungselement nach den dritten und vierten Verriegelungselementen22 und24 verbunden werden, um ein viertes synchronisiertes Signal zu erzeugen, welches weitere Verriegelungselement einen L-aktiven Takteingang CL hat. Diese Möglichkeit wird später unter Bezugnahme auf8 beschrieben. - Ähnlich erfolgen in der Schaltungsanordnung von
3 alle Zustandsveränderungen von L auf H, aber dies ist nicht unbedingt erforderlich. Beliebige Zustandsveränderungen können bei jedem der Signale RCK1 und S1 bis S3 bewirkt werden. Ferner ist es in der Eingangsschaltung10 nicht unbedingt erforderlich, das zweite Verriegelungselement14 in allen Fallen vorzusehen. Falls das erste Verriegelungselement12 eine Schaltungsanordnung zum Minimieren oder Eliminieren irgendeines metastabilen Zustandes an seinem Ausgang RCK1 hat, kann jener Ausgang direkt mit dem D-Eingang des dritten Verriegelungselementes22 verbunden werden und kann das zweite Verriegelungselement14 weggelassen werden. - Anstelle der Halbverriegelungselemente kann irgendein geeignetes getaktetes Element verwendet werden, das eine Schaltzeit hat, die garantiert schnell genug ist, um eine Veränderung des synchronisierten Signals, das es erzeugt, innerhalb des geforderten Teils eines Taktzyklus zu bewir ken, wie zum Beispiel eine Schaltzeit, die unter einem halben Zyklus liegt.
- Als nächstes werden unter Bezugnahme auf
6 bis11 Teile einer Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung30 erläutert, die einen ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verkörpert. - Unter Bezugnahme zuerst auf
6 umfaßt die Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung30 ein Zirkulationssteuerregister32 mit vier Speicherelementen340 ,341 ,342 und343 . Jedes Speicherelement340 bis343 kann einen 1-Bit-Wert speichern, der als Ausgangssignal B0 bis B3 des betreffenden Speicherelementes ausgegeben wird. - Die Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung
30 von6 hat auch vier Verarbeitungsschaltungen360 bis363 , wobei jede Verarbeitungsschaltung einem der Speicherelemente340 bis343 des Zirkulationssteuerregisters32 entspricht. - Jede Verarbeitungsschaltung
36 umfaßt einen Freigabesignalgenerator38 , eine Anstiegflankenverriegelung40 und eine Abfallflankenverriegelung42 . Der Freigabesignalgenerator38 in jeder Verarbeitungsschaltung36 hat einen Eingang, der verbunden ist, um das Ausgangssignal B0 bis B3 des entsprechenden Speicherelementes340 bis343 zu empfangen. Der Freigabesignalgenerator38 hat auch einen ersten Ausgang, an dem ein Anstiegflankenfreigabesignal ENr erzeugt wird, und einen zweiten Ausgang, an dem ein Abfallflankenfreigabesignal ENf erzeugt wird. - Die Anstieg- und Abfallflankenverriegelungen
40 und42 in jeder Verarbeitungsschaltung haben jeweils einen Dateneingang D, der verbunden ist, um einen seriellen Datenstrom DIN zu empfangen. Die Anstiegflankenverriegelung40 hat einen Freigabeeingang E, der verbunden ist, um das Anstiegflankenfreigabesignal ENr des Freigabesignalgenerators38 in ihrer Verarbeitungsschaltung zu empfangen. Die Abfallflankenverriegelung42 hat einen Freigabeeingang E, der verbunden ist, um das Abfallflankenfreigabesignal ENf zu emp fangen, das durch den Freigabesignalgenerator38 ihrer Verarbeitungsschaltung36 erzeugt wird. Die Anstiegflankenverriegelung40 hat einen Datenausgang Q, an dem ein Anstiegflankendatenabtastwert Dr erzeugt wird. Die Abfallflankenverriegelung42 hat einen Datenausgang Q, an dem ein Abfallflankendatenabtastwert Df erzeugt wird. Die Datenabtastwerte Dr0 bis Dr3 und Df0 bis Df3, die durch die verschiedenen Verarbeitungsschaltungen360 bis363 erzeugt werden, werden durch weitere Schaltungen (nicht gezeigt) innerhalb der Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung verwendet, um ein Taktsignal aus dem seriellen Datenstrom DIN zurückzugewinnen. -
7 zeigt ein Beispiel für die Struktur des Zirkulationssteuerregisters32 . Bei dem Beispiel von7 ist das Steuerregister32 aus ersten, zweiten, dritten und vierten Verriegelungselementen52 ,54 ,56 und58 gebildet. In dieser Ausführungsform ist jedes Verriegelungselement52 ,54 ,56 und58 ein bei positiver Flanke getriggertes Master/Slawe-D-Typ-Verriegelungselement. Jedes Verriegelungselement hat einen Dateneingang D, einen Datenausgang Q und einen Takteingang C. Der Dateneingang D des ersten Verriegelungselementes52 ist mit dem Datenausgang Q des vierten Verriegelungselementes58 verbunden. Der Dateneingang des zweiten Verriegelungselementes54 ist mit dem Datenausgang Q des ersten Verriegelungselementes52 verbunden. Der Dateneingang D des dritten Verriegelungselementes56 ist mit dem Datenausgang Q des zweiten Verriegelungselementes54 verbunden. Der Dateneingang D des vierten Verriegelungselementes58 ist mit dem Datenausgang Q des dritten Verriegelungselementes56 verbunden. Die jeweiligen Takteingänge C von allen vier Verriegelungselementen sind verbunden, um ein Taktsignal CLK zu empfangen. - Das erste Verriegelungselement
52 in7 hat einen L-aktiven Rücksetzeingang R, während jedes der zweiten bis vierten Verriegelungselemente54 ,56 und58 einen L-aktiven Voreinstellungseingang P hat. Der Rücksetzeingang R des ersten Verriegelungselementes52 und die jeweiligen Voreinstellungseingänge P der zweiten bis vierten Verriegelungselemente54 ,56 und58 sind verbunden, um ein Rücksetzsignal zu empfangen, das bei diesem Beispiel das synchronisierte Signal S3 ist, das durch die Signalerzeugungsschaltungsanordnung von3 erzeugt wird, die den obigen ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung verkörpert. - Bei der Implementierung des Steuerregisters
32 von7 sieht jedes Verriegelungselement eines der Speicherelemente340 bis343 des Steuerregisters32 vor. So wird die Ausgabe B0 des Speicherelementes340 in6 am Datenausgang Q des ersten Verriegelungselementes52 vorgesehen. Ähnlich sehen die Datenausgänge Q der zweiten bis vierten Verriegelungselemente54 ,56 und58 jeweilig die Ausgaben B1, B2 und B3 des Steuerregisters32 vor. - Bei Betrieb des Steuerregisters
32 von7 wird das Register initialisiert, indem das Signal S3 in den aktiven Zustand (L) versetzt wird. Als Resultat wird der Datenausgang Q des ersten Verriegelungselementes52 in den L-Zustand versetzt, während der Q-Ausgang von jedem der zweiten bis vierten Verriegelungselemente54 ,56 und58 in den H-Zustand versetzt wird. Daher werden die Ausgangssignale B0 bis B3 auf ”0111” gesetzt, wie in6 gezeigt. - Nachdem das Signal S3 entfernt ist (auf den H-Zustand verändert wurde), zirkuliert das Muster ”0111” als Reaktion auf jede ansteigende Flanke des CLK-Signals durch die Verriegelungselemente
52 ,54 ,56 und58 . So ergibt sich für die Ausgangssignale B0 bis B3 ”1011”, ”1101”, ”1110” und dann wieder ”0111” auf wiederholende Weise. Im besonderen hat jedes Ausgangssignal B0 bis B3 den L-Zustand immer während eines von vier Taktzyklen, und während einer Folge von vier konsekutiven Zyklen nehmen die vier verschiedenen Ausgangssignale der Reihe nach den L-Zustand an. - Als nächstes wird unter Bezugnahme auf
8 ein Beispiel für die Implementierung des Freigabesignalgenerators38 in jeder Verarbeitungsschaltung360 bis363 erläutert. Bei dem Beispiel von8 wird angenommen, daß der Freigabesignalgenerator38 der Freigabesignalgenerator der ersten Verarbeitungsschaltung360 ist, der das Ausgangssignal B0 des Zirkulationssteuerregisters32 empfängt. Die Freigabesignalgeneratoren in den übrigen Verarbeitungsschaltungen361 bis363 sind genauso wie der Freigabesignalgenerator38 von8 gebildet, empfangen aber statt dessen die Ausgangssignale B1 bis B3. - Der Freigabesignalgenerator
38 von8 basiert auf der Signalerzeugungsschaltungsanordnung von3 und umfaßt jeweilige erste, zweite und dritte Verriegelungselemente62 ,64 und66 . In diesem Fall wird die Eingangsschaltung10 von3 nicht verwendet. Das erste Verriegelungselement62 von8 entspricht dem dritten Verriegelungselement22 von3 ; das zweite Verriegelungselement64 von8 entspricht dem vierten Verriegelungselement24 von3 ; das dritte Verriegelungselement66 von8 ist ein zusätzliches Verriegelungselement, das in3 nicht vorhanden ist. Dieses zusätzliche Verriegelungselement ist auch ein Halb-(oder transparentes)Verriegelungselement. - Jedes Verriegelungselement
62 ,64 und66 hat einen Dateneingang D und einen Datenausgang Q. Die ersten und dritten Verriegelungselemente62 und66 haben jeweils einen L-aktiven Takteingang CL, und das zweite Verriegelungselement64 hat einen H-aktiven Takteingang CH. Der Dateneingang D des ersten Verriegelungselementes62 ist zum Empfangen des Ausgangssignals B0 des Zirkulationssteuerregisters verbunden. Der Dateneingang D des zweiten Verriegelungselementes64 ist mit dem Datenausgang Q des ersten Verriegelungselementes62 verbunden, um von ihm ein getaktetes Ausgangssignal BCK0 zu empfangen. Der Dateneingang D des dritten Verriegelungselementes66 ist mit dem Datenausgang Q des zweiten Verriegelungselementes64 verbunden. Das obenerwähnte Anstiegflankenfreigabesignal ENr0 wird an dem Datenausgang Q des zweiten Verriegelungselementes64 erzeugt, und das obenerwähnte Abfallflankenfreigabesignal ENf0 wird an dem Datenausgang Q des dritten Verriegelungselementes66 erzeugt. Der Takteingang CL oder CH von jedem Verriegelungselement62 ,64 und66 ist zum Empfangen des Taktsignals CLK verbunden. Es ist ersichtlich, daß das Signal B0 in8 dem ersten synchronisierten Signal S1 in3 entspricht; das Signal BCK0 dem zweiten synchronisierten Signal S2 in3 entspricht; und das Signal ENr0 dem dritten synchronisierten Signal S3 in3 entspricht. - Bevor die Operation des Freigabesignalgenerators von
8 beschrieben wird, wird unter Bezugnahme auf9 und10 ein Beispiel für die Implementierung der Anstiegflankenverriegelung40 und der Abfallflankenverriegelung42 in der Verarbeitungsschaltung360 erläutert, so daß die Operation der Verarbeitungsschaltung360 insgesamt erklärt werden kann. - In
9 ist die Anstiegflankenverriegelung40 ein bei positiver Flanke getriggertes Master-Slave-D-Typ-Flipflop. Das Flipflop40 hat einen Dateneingang D, der den seriellen Datenstrom DIN empfängt; einen Freigabeeingang E, der das Anstiegflankenfreigabesignal ENr0 empfängt, einen Takteingang C, der das Taktsignal CLK empfängt; und einen Datenausgang Q, an dem der obenerwähnte Anstiegflankendatenabtastwert Dr0 erzeugt wird. Der Freigabeeingang E wird verwendet, um das Flipflop40 zwischen einem freigegebenen Zustand und einem gesperrten Zustand umzuschalten. In dem freigegebenen Zustand (Freigabeeingang E im L-Zustand) wird der Zustand des D-Eingangs unmittelbar vor jeder ansteigenden Flanke des Signals CLK zu dem Datenausgang Q übertragen. In dem gesperrten Zustand (Freigabeeingang E im H-Zustand) spricht das Flipflop40 auf den Dateneingang D nicht an. - Die Abfallflankenverriegelung
42 von10 ist ein bei negativer Flanke getriggertes D-Typ-Flipflop, das abgesehen davon, daß es bei den abfallenden Flanken des Taktsignals CLK getriggert wird, sonst im Grunde genommen auf dieselbe Weise wie das Flipflop40 von9 arbeitet. - Unter Bezugnahme auf
11(A) und11(B) wird nun die Operation der Schaltungsanordnung von6 bis10 beschrieben. Die Taktzyklen des Taktsignals CLK bilden eine Wiederholungsfolge von vier konsekutiven Zyklen A0–A3, B0–B3, C0–C3, etc., wobei jeder neue Zyklus bei einer ansteigenden Flanke des Taktsignals beginnt. In11(A) und (B) sind nur die Zyklen A1–A3, B0–B3 und C0–C1 gezeigt. - Wenn das Signal CLK zu der Zeit A ansteigt, beginnt der Zyklus A2. Zu dieser Zeit ist der Inhalt des Steuerregisters
32 1110 (d. h., B0 = 1, B1 = 1, B2 = 1 und B3 = 0). Der Inhalt des Steuerregisters32 gerade vor der ansteigenden Flanke ist in6 um ein Speicherelement nach rechts verschoben, wobei der Inhalt des am weitesten rechts angeordneten Speicherelementes343 in das am weitesten links angeordnete Speicherelement340 verschoben wird. So treten in diesem Fall Veränderungen der Signale B0 und B3 etwa zu einer Zeit B während des Taktzyklus A2 auf. In Abhängigkeit von der Schaltzeit der Verriegelungselemente52 ,54 ,56 und58 in7 könnte die Zeit B in der ersten Hälfte des Taktzyklus 2 (wie gezeigt) oder in der zweiten Hälfte des Taktzyklus A2 liegen, wie es zuvor unter Bezugnahme auf5 beschrieben wurde. Diese Abweichung ist aus Gründen, die später erläutert werden, nicht von Bedeutung. - Jedes Signal B0 bis B3 wird zu seiner entsprechenden der Verarbeitungsschaltungen
360 bis363 übertragen. - Das Verriegelungselement
62 in jedem Freigabesignalgenerator38 ist in einem nichtansprechbaren Zustand, bis die zweite Hälfte des Taktzyklus A2 beginnt (Zeit C). Dies bedeutet, daß garantiert ist, daß bis zu einer Zeit D während der zweiten Hälfte des Taktzyklus A2 keine Veränderun gen der Signale B0 bis B3 bei den entsprechenden getakteten Signalen BCK0 bis BCK3 auftreten. Selbst wenn die Veränderungen der Signale B0 bis B3 kurz nach der Zeit C auftreten (was möglich ist, falls die Verriegelungselemente52 ,54 ,56 und58 lange Schaltzeiten auf Grund von PVT-Abweichungen haben), ist noch garantiert, daß die entsprechenden Veränderungen der getakteten Signale BCK0 bis BCK3 innerhalb der zweiten Hälfte des Taktzyklus A2 erfolgen. - Das weitere Ausbreiten von jeder Veränderung der Signale BCK0 bis BCK3 wird verhindert, bis die erste Hälfte des Zyklus A3 zu der Zeit E beginnt. Zu dieser Zeit verändert sich das Verriegelungselement
64 in8 von dem nichtansprechbaren Zustand in den ansprechbaren Zustand, so daß die Anstiegflankenfreigabesignale ENr0 bis ENr3 zu einer Zeit F während der ersten Hälfte des Taktzyklus A3 Zustandsveränderungen erleben, welche Veränderungen die Veränderungen von B0 bis B3 reflektieren, die zu der Zeit B auftraten. - So ist garantiert, daß das Anstiegflankenfreigabesignal ENr0 während der ersten Hälfte des Taktzyklus A3 aktiv wird. Jenes Anstiegflankenfreigabesignal ENr0 wird verwendet, um zu der Zeit J, d. h., zu Beginn des Taktzyklus B0, einen Anstiegflankenabtastwert Dr0 des seriellen Datenstroms DIN zu entnehmen. Die Anstiegflankenverriegelung
40 in der Verarbeitungsschaltung360 hat deshalb eine ausreichende Aufbauzeit ab der Zeit F, zu der das Freigabesignal ENr0 aktiv wird, bis zu der Abtastzeit J. Diese Aufbauzeit beträgt garantiert wenigstens einen halben Taktzyklus. So wird der Zustand des seriellen Datenstroms DIN (L-Zustand) zu der Zeit J abgetastet und in der Anstiegflankenverriegelung40 der ersten Verarbeitungsschaltung360 verriegelt. Die abgetasteten Daten Dr0 stehen am Ausgang von jener Verriegelung40 kurz nach der Zeit J zur Verfügung. - Zu der Zeit I während des Zyklus A3 verändert sich das Abfallflankenfreigabesignal ENf0 in den L-aktiven Zustand. Diese Veränderung erfolgt wieder garantiert in der zweiten Hälfte des Zyklus 2, da das Verriegelungselement
66 in8 bis zu der zweiten Hälfte von jedem Zyklus in dem nichtansprechbaren Zustand gehalten wird. Dies bedeutet, daß sich die Veränderung des Anstiegflankenfreigabesignals ENr0 zu der Zeit F nicht vor der Zeit I durch das Verriegelungselement66 ausbreitet. Die Zustandsveränderung des Abfallflankenfreigabesignals ENf0 bewirkt, daß ein Abfallflankenabtastwert Df0 im Zyklus B0 zu der Zeit K entnommen wird. Dieser Abtastwert reflektiert den Zustand des DIN-Datenstroms gerade vor der Zeit K, d. h., den H-Zustand. Der resultierende Datenabtastwert Df0 steht zu der Zeit L, gerade vor dem Ende des Zyklus B0, am Ausgang der Abfallflankenverriegelung42 in der Verarbeitungsschaltung360 zur Verfügung. Die Freigabeaufbauzeit für die Abfallflankenverriegelung42 (ab der Zeit I bis zu der Zeit K) beträgt garantiert wieder wenigstens einen halben Taktzyklus. - In dem nächsten Zyklus B1 wird zu der Zeit M ein neuer Anstiegflankendatenabtastwert Dr1 entnommen, und zu der Zeit N wird ein neuer Abfallflankendatenabtastwert Df1 entnommen. In dem Zyklus B2 wird zu der Zeit 0 ein neuer Anstiegflankendatenabtastwert Dr2 entnommen, und zu der Zeit P wird ein neuer Abfallflankendatenabtastwert Df2 entnommen. In dem Taktzyklus B3 wird zu der Zeit Q ein neuer Anstiegflankendatenabtastwert Dr3 entnommen, und zu der Zeit R wird ein neuer Abfallflankendatenabtastwert entnommen.
- Es ist offensichtlich, daß der Freigabesignalgenerator
38 auch dazu dient, zu gewährleisten, daß ungeachtet einer PVT-Abweichung jedes Freigabesignal ENr oder ENf innerhalb eines halben Zyklus der relevanten ansteigenden oder abfallenden Flanke, die es betrifft, in den inaktiven Zustand H verändert wird. Zum Beispiel wird das Anstiegflankenfreigabesignal ENr0 innerhalb eines halben Zyklus der abfallenden Flanke des Zyklus B0 (Zeit J) in den inaktiven Zustand verändert. - Es ist ersichtlich, daß in
11(A) und (B) die Anstieg- und Abfallflankenverriegelungen40 und42 von jeder Verarbeitungsschaltung36 Abtastwerte innerhalb eines halben Taktzyklus voneinander entnehmen. Jede Verriegelung wird jedoch immer nur einmal in vier Taktzyklen aktualisiert. Zum Beispiel wird die Verriegelung40 in der ersten Verarbeitungsschaltung360 das nächste Mal im Zyklus C0 der nächsten Folge von vier Zyklen C0–C3 aktualisiert. Diese Strategie gestattet etwa 3,5 Taktzyklen (anstelle von 0,5 Taktzyklen, wie in der früher in Betracht gezogenen Taktrückgewinnungsschaltungsanordnung), bevor die Datenabtastwerte wieder zu anderen Verriegelungen übertragen werden müssen oder direkt bewertet werden müssen, wodurch die Konstruktion der weiteren Schaltungsanordnung, die die Datenabtastwerte verarbeitet, viel einfacher wird. - In der Ausführungsform von
6 bis11 hat das Zirkulationssteuerregister32 vier Speicherelemente, und vier Verarbeitungsschaltungen sind vorhanden. Andere Ausführungsformen des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung können jedoch verschiedene Anzahlen von Speicherelementen und Verarbeitungsschaltungen haben. Zum Beispiel könnte die Anzahl von Speicherelementen und Verarbeitungsschaltungen irgendeine ganze Zahl sein, die größer als oder gleich 2 ist. Wenn die Anzahl von Speicherelementen und Verarbeitungsschaltungen N beträgt, sind im allgemeinen N – 0,5 Taktzyklen verfügbar, bevor die Datenabtastwerte wieder zu anderen Verriegelungen übertragen werden müssen oder direkt bewertet werden müssen. - Es ist vorzuziehen, wie in
7 gezeigt, wenn das Rücksetzsignal, das auf das Zirkulationssteuerregister30 bei der Initialisierungsoperation angewendet wird, durch die Signalerzeugungsschaltungsanordnung vorgesehen wird, wie sie in3 gezeigt ist. Da im besonderen das Signal S3, das durch die Schaltungsanordnung von3 erzeugt wird, den Zustand ungeachtet von PVT-Abweichungen garantiert in der ersten Hälfte eines Taktzyklus ändert, beträgt die Aufbauzeit, bevor die normale Operation (mit 0111 in dem Zirkulationssteuerregister32 ) beginnt, garantiert wenigstens einen halben Taktzyklus. - Bei Ausführungsformen des ersten Aspektes der Erfindung ist es wichtig, daß das Zirkulationssteuermuster (0111) nicht verfälscht wird, da sonst die Datenabtastwerte zu den falschen Zeiten entnommen werden, und als Resultat wird das Vermögen zum Wiederherstellen eines Taktsignals aus dem ankommenden seriellen Datenstrom DIN verlorengehen. Angesichts dieses Problems ist es wünschenswert, eine Verifizierungsschaltungsanordnung vorzusehen, die verifizieren kann, daß das korrekte Steuermuster durch das Steuerregister
32 zirkuliert. -
12 zeigt ein Beispiel für solch eine Verifizierungsschaltungsanordnung80 . Die Schaltungsanordnung80 umfaßt jeweilige erste und zweite NAND-Gatter82 und84 , ein Äquivalenz-(Exklusiv-ODER)-Gatter86 und ein Flipflop88 . Das erste NAND-Gatter82 ist verbunden, um die Ausgangssignale B0 und B1 zu empfangen, die zu einer ersten Hälfte des Steuerregisters32 gehören. Das zweite NAND-Gatter84 ist verbunden, um die Ausgangssignale B2 und B3 der zweiten Hälfte des Steuerregisters32 zu empfangen. Ein Ausgang des ersten NAND-Gatters82 ist mit einem ersten Eingang des Äquivalenzgatters86 verbunden, um darauf ein Ersthälftenprüfsignal H1 anzuwenden. Ein Ausgang des zweiten NAND-Gatters84 ist mit einem zweiten Eingang des Äquivalenzgatters86 verbunden, um darauf ein Zweithälftenprüfsignal H2 anzuwenden. Ein Ausgang des Äquivalenzgatters86 ist mit einem Dateneingang D des Flipflops88 verbunden, um darauf ein Detektionssignal SAME anzuwenden. Das Flipflop88 hat auch einen Takteingang C, der verbunden ist, um das Taktsignal CLK zu empfangen, und einen Datenausgang Q, an dem ein Fehlersignal ERR erzeugt wird. - Die Verifizierungsschaltungsanordnung
80 von12 arbeitet wie folgt. Es wird angenommen, daß das Steuerregister32 weiterschiebt, selbst wenn die Steuersequenz verfälscht wird. Das Steuerregister32 ist in zwei Hälften geteilt, die separat geprüft werden. Die resultierenden Prüfsignale für die zwei Hälften sollten immer verschieden sein. Falls sie dieselben sind, muß dann eine Verfälschung der Steuersequenz aufgetreten sein. - Die Ausgangssignale B0 und B1 der ersten Hälfte des Steuerregisters werden zusammen NAND-verknüpft, um das Ersthälftenprüfsignal H1 zu erzeugen. Ähnlich werden die Zweithälftenausgangssignale B2 und B3 zusammen NAND-verknüpft, um das Zweithälftenprüfsignal H2 zu erzeugen. Falls die Steuersequenz korrekt ist, kann nur eines der Prüfsignale H1 und H2 den H-Zustand haben (der wenigstens einer 0 in der betreffenden Registerhälfte entspricht). Das andere Prüfsignal muß den L-Zustand haben (der den Ausgangssignalen in jener Registerhälfte entspricht, die alle 1 sind). Das Äquivalenzgatter
86 versetzt das Detektionssignal SAME in den L-Zustand, wenn die Prüfsignale H1 und H2 in demselben Zustand sind, und versetzt das Detektionssignal SAME in den H-Zustand, wenn die Prüfsignale H1 und H2 verschiedene Zustände haben. Der Zustand des Signals SAME gerade vor jeder ansteigenden Flanke des Signals CLK wird durch das Flipflop88 abgetastet, und dieser Zustand wird verwendet, um das Signal ERR vorzusehen. Auf diese Weise wird das Signal SAME erst abgetastet, sobald sich die Prüfsignale H1 und H2 im Anschluß an eine Zirkulationsoperation des Steuerregisters32 stabilisiert haben. Das Signal ERR ist in dieser Ausführungsform ein L-aktives Signal (da das Signal SAME den L-Zustand hat, wenn die zwei Prüfsignale H1 und H2 denselben Zustand haben, der eine Verfälschung der Steuersequenz repräsentiert). - Es ist ersichtlich, daß die Verifizierungsschaltungsanordnung
80 von12 auf Grund ihrer Einfachheit die Korrektheit des Steuermusters in jedem Zyklus der Wiederholungsfolge von Zyklen (z. B. eine Serie von vier Zyklen, wie z. B. die Zyklen B0 bis B3 in der Ausführungsform von6 ) nicht konkret verifiziert. So werden nicht alle Fehler sofort detektiert. Dennoch wird schließlich jeder Fehlertyp detektiert. Falls das Steuermuster im besonderen so verfälscht wird, daß alle Ausgangssignale 1 werden, wird dies sofort detektiert. Falls das Steuermuster so verfälscht wird, daß mehr als ein Ausgangssignal Null wird, wird dies detektiert, wenn eine Null in jeder Hälfte des Steuerregisters existiert. Somit wird jede inkorrekte Anzahl (0, 2, 3, 4 in der Ausführungsform von6 ) von zirkulierenden Nullen innerhalb einer kleinen Anzahl von Zyklen detektiert (die höchstens gleich der Länge des Musters ist), ohne explizit nach einem besonderen korrekten Muster in jedem Zyklus suchen zu müssen. - Obwohl in der Ausführungsform von
12 die Verifizierungsschaltungsanordnung dafür ausgelegt ist, die Korrektheit eines Vier-Bit-Steuerregisters zu prüfen, versteht sich, daß andere Ausführungsformen der Verifizierungsschaltungsanordnung hergestellt werden können, um mit Steuerregistern zu arbeiten, die eine Anzahl von Bits haben, die größer als 4 ist. Die zwei ”Hälften” brauchen keine gleichen Anzahlen von Bits zu haben. Zum Beispiel könnten bei einer Steuersequenz mit der Länge von 5 Bits die zwei Hälften 2 Bits bzw. 3 Bits haben (d. h., ein NAND-Gatter mit 2 Eingängen und ein NAND-Gatter mit 3 Eingängen). Die zwei Hälften müssen auch nicht mit den ersten und letzten Bits des Steuerregisters beginnen und enden. Da das Steuermuster zirkuliert, könnten die ersten und letzten Bits in derselben Hälfte sein. Zum Beispiel könnte bei 4 Bits eine Hälfte die Endbits 3 und 0 und die andere Hälfte die mittleren Bits 1 und 2 umfassen. - Die Vorteile der Verifizierungsschaltungsanordnung sind bei Steuerregistern mit großen Bitanzahlen, wie zum Beispiel mit 8 Bits oder mehr, besonders überzeugend. In diesem Fall würde eine Verifizierungsschaltungsanordnung, die in allen Zyklen explizite korrekte Zustände konkret identifizieren kann, kompliziert sein, und auf Grund der großen Anzahl von enthaltenen Gattern würde sie dazu tendieren, den Ausgangssignalen des Steuerregisters eine unerwünscht hohe Last aufzuerlegen, was mit einer zufriedenstellenden Hochgeschwindigkeitsoperation unvereinbar sein könnte.
- Anstelle der zwei NAND-Gatter könnten zwei UND-Gatter verwendet werden. Alternativ könnten ein NAND-Gatter und ein UND-Gatter verwendet werden.
- Die Verifizierungsschaltungsanordnung von
12 kann dafür ausgelegt sein, die Korrektheit einer zirkulierenden Steuersequenz zu verifizieren, die eine einzelne 1 hat, wobei alle anderen Bits 0 sind (im Gegensatz zu einer einzelnen 0, wobei alle anderen Bits 1 sind). In diesem Fall werden die ersten und zweiten NAND-Gatter82 und84 durch NOR- oder ODER-Gatter ersetzt. - Als nächstes werden Ausführungsformen eines dritten Aspektes der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Lösung für ein Problem vorsehen, das in einer früher in Betracht gezogenen Parallel-Serien-Datenkonvertierungsschaltungsanordnung auftritt.
13 zeigt ein Beispiel für eine Datensynchronisationsschaltung90 in einem früher in Betracht gezogenen Parallel-Serien-Datenkonverter. Die Synchronisationsschaltung90 ist eine sogenannte Standard-Doppelpufferschaltung mit jeweiligen ersten und zweiten Master/Slawe-Verriegelungselementen92 und94 . Jedes Verriegelungselement92 und94 hat einen Takteingang C, der zum Empfangen eines seriellen Taktsignals SERCLK verbunden ist. Ein paralleles Taktsignal PARCLK wird auf einen Dateneingang D des ersten Verriegelungselementes92 angewendet. Ein Datenausgang Q des ersten Verriegelungselementes92 ist mit einem Dateneingang D des zweiten Verriegelungselementes94 verbunden, um darauf ein gepuffertes paralleles Taktsignal BPCLK anzuwenden. Ein Datenausgang Q des zweiten Verriegelungselementes94 ist mit einem Steuereingang des Schieberegisters96 verbunden, um darauf ein Übertragungssteuersignal TFER anzuwenden. Das serielle Taktsignal SERCLK wird auch auf einen Takteingang des Schieberegisters96 angewendet. Das Schieberegister96 hat einen parallelen Dateneingang zum Empfangen eines Elementes PARDATA von parallelen Daten und einen seriellen Datenausgang zum Erzeugen eines seriellen Ausgangsdatenstroms DOUT. - Bei Betrieb dürfen sich die parallelen Daten nur bei ansteigenden Flanken des parallelen Taktsignals PARCLK verändern. Jedes Element paralleler Daten ist bei diesem Beispiel aus 8 Bits gebildet, so daß die serielle Taktfrequenz das 8fache der parallelen Taktfrequenz beträgt. So sind in jedem Zyklus des parallelen Taktsignals PARCLK 8 Zyklen des seriellen Taktsignals SERCLK vorhanden, die in
14 als Zyklen 0 bis 7 numeriert sind. - Das parallele Taktsignal PARCLK verändert sich während des Zyklus 4 des seriellen Taktsignals SERCLK auf den L-Zustand. Somit wird diese Veränderung zu Beginn des Zyklus 5 detektiert, und das Signal BPCLK verändert sich von H auf L. Dies bedeutet, daß sich das Übertragungssteuersignal TFER zu Beginn des Zyklus 6 von H auf L verändert. Der Steuereingang des Schieberegisters
96 detektiert die TFER-Pegelveränderung, so daß im Zyklus 7 ein neues Element PARDATA paralleler Daten in das Schieberegister96 geladen wird. Im Zyklus 7 und in jedem nachfolgenden Zyklus des seriellen Taktsignals SERCLK (d. h., in den Zyklen 0 bis 6 des nächsten parallelen Taktzyklus) wird 1 Bit des Elementes, das zu Beginn des Zyklus 7 geladen wird, aus dem Schieberegister als serielle Daten DOUT ausgegeben. Zu Beginn des Zyklus 7 des nächsten parallelen Taktzyklus hat dann das Signal TFER seine nächste abfallende Flanke, so daß das nächste Element PARDATA paralleler Daten in das Schieberegister geladen wird. - In der Praxis ist es bei Frequenzen, die sich der Grenze der Technik nähern, sehr schwierig, die relative Phase des seriellen Taktsignals SERCLK bezüglich jener des parallelen Taktsignals PARCLK zu steuern. Obwohl der serielle Taktzyklus, bei dem zuerst detektiert wird, daß der parallele Takt in den L-Zustand eingetreten ist, der Taktzyklus 5 sein sollte, könnte es daher möglich sein, daß zu Beginn des Taktzyklus 4 detektiert wird, daß das parallele Taktsignal in dem L-Zustand ist. Dies könnte auftreten, falls die abfallende Flanke des parallelen Taktsignals PARCLK gerade vor der ansteigenden Flanke des seriellen Taktsignals SERCLK im Zyklus 4 auftritt. In diesem Fall verändern sich die Signale BPCLK und TFER einen Zyklus früher, wie es durch die gestrichelten Linien in
14 gezeigt ist. Im schlimmsten Fall könnte die Detektion entweder im Zyklus 4 oder im Zyklus 5 auf zufälliger Basis auftreten. Dies würde dazu führen, daß das Übertragungssteuersignal TFER in veränderlichen Intervallen von 7, 8 oder 9 Zyklen des seriellen Taktsignals SERCLK entweder mit einem Verlust oder einer Duplizierung von Bits in dem seriellen Datenstrom DOUT erzeugt wird. - Um dieses Problem zu vermeiden, kann eine Datensynchronisationsschaltungsanordnung verwendet werden, die einen dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung verkörpert.
-
15 zeigt eine Ausführungsform von solch einer Datensynchronisationsschaltungsanordnung. Die Schaltungsanordnung100 umfaßt einen Rücksetzsignalgenerator102 , einen Zähler104 und einen Datenkonverter106 . Der Rücksetzsignalgenerator102 empfängt sowohl ein paralleles Taktsignal PARCLK als auch ein serielles Taktsignal SERCLK. In dieser Ausführungsform wird angenommen, daß jedes Element paralleler Daten, das in einem einzelnen Taktzyklus des parallelen Taktsignals PARCLK in serielle Form zu bringen ist, aus 8 Bits gebildet ist, so daß die Taktfrequenz des seriellen Taktes SERCLK das 8fache von jener des parallelen Taktsignals PARCLK beträgt. - Der Rücksetzsignalgenerator
102 empfängt ein Rücksetzsignal ARST, das in bezug auf die beiden parallelen und seriellen Taktsignale asynchron entfernt (in einen inaktiven Zustand verändert) wird. Der Rücksetzsignalgenerator102 wendet ein synchronisiertes Rücksetzsignal SRST auf den Zähler104 an. Das synchronisierte Rücksetzsignal SRST ist bezüglich des seriellen Taktsignals SERCLK synchronisiert. Der Zähler104 wird in einem Rücksetzzustand gehalten, wenn das Signal SRST in einem aktiven Zustand ist, und freigegeben, um mit dem Zählen von Impulsen des seriellen Taktsignals SERCLK zu beginnen, wenn das Signal SRST durch den Rücksetzsignalgenerator102 in den inaktiven Zustand verändert wird. - Der Zähler
104 zählt die Anzahl von Impulsen des seriellen Taktsignals SERCLK, das empfangen wird, nachdem das synchronisierte Rücksetzsignal SRST entfernt ist. Nachdem der Zählwert 7 erreicht, wird der Zählwert wieder auf Null zurückgesetzt. Der Zähler104 wendet ein Übertragungssteuersignal TFER auf den Datenkonverter106 an. Wenn der Zählwert einen vorbestimmten Wert hat, zum Beispiel den Wert 3, wird das Übertragungssteuersignal TFER in den aktiven Zustand versetzt. Bei allen anderen Zählwerten hat das Übertragungssteuersignal TFER den inaktiven Zustand. - Der Datenkonverter
106 hat einen parallelen Dateneingang zum Empfangen eines 8-Bit-Elementes paralleler Daten. Immer wenn das Übertragungssteuersignal TFER durch den Zähler104 in den aktiven Zustand versetzt wird, wird ein neues Element PARDATA paralleler Daten in den Datenkonverter106 übertragen und in ihm gespeichert. Der Datenkonverter106 hat in dieser Ausführungsform auch einen seriellen Datenausgang, an dem ein Strom von seriellen Daten DOUT erzeugt wird. Der Datenkonverter106 empfängt das serielle Taktsignal SERCLK, und wenn das Übertragungssteuersignal TFER in dem inaktiven Zustand ist, werden die Bits des gespeicherten Elementes paralleler Daten in dem Datenkonverter106 eines nach dem anderen aus dem seriellen Datenausgang hinausge schoben, wobei in jedem Taktzyklus des seriellen Taktsignals SERCLK ein Bit ausgegeben wird. - Da der Zähler
104 in der Datensynchronisationsschaltungsanordnung von15 tatsächliche Impulse des seriellen Taktsignals zählt, wird das Übertragungssteuersignal TFER garantiert in Intervallen von acht Zyklen des seriellen Taktsignals SERCLK erzeugt, ungeachtet von PVT-Abweichungen in der Schaltungsanordnung. So tritt bei dem Serialisierungsprozeß keine Duplizierung oder kein Verlust von Datenbits auf. -
16 zeigt ein Beispiel für die Implementierung des Rücksetzsignalgenerators102 in der Ausführungsform von15 . Bei dieser Implementierung umfaßt der Rücksetzsignalgenerator102 erste, zweite, dritte und vierte Verriegelungselemente110 ,112 ,114 und116 . Jedes der Verriegelungselemente ist der Master/Slawe-Typ und hat einen Dateneingang D, einen Takteingang C, einen Rücksetzeingang R und einen Datenausgang Q. Die ersten und zweiten Verriegelungselemente110 und112 bilden eine erste Synchronisationsschaltung1181 , deren Paar von Verriegelungselementen durch das parallele Taktsignal PARCLK getaktet wird. Die dritten und vierten Verriegelungselemente114 und116 bilden eine zweite Synchronisationsschaltung1182 , deren Paar von Verriegelungselementen durch das serielle Taktsignal SERCLK getaktet wird. Alle vier Verriegelungselemente empfangen an ihren jeweiligen Rücksetzeingängen R das asynchrone Rücksetzsignal ARST, das in dieser Ausführungsform ein L-aktives Signal ist. - Der Dateneingang D des ersten Verriegelungselementes
110 bleibt permanent in dem H-Zustand. Der Datenausgang Q des ersten Verriegelungselementes110 ist mit dem Dateneingang D des zweiten Verriegelungselementes112 verbunden, um darauf synchron mit dem parallelen Taktsignal PARCLK ein ansteigendes Signal PR anzuwenden. Der Datenausgang Q des zweiten Verriegelungselementes112 ist mit dem Dateneingang D des dritten Verriegelungselementes verbunden, um darauf ein Detektionssignal DET anzuwenden, das mit dem parallelen Taktsignal PARCLK synchron ist. Der Datenausgang Q des dritten Verriegelungselementes114 ist mit dem Dateneingang D des vierten Verriegelungselementes116 verbunden, um darauf ein ansteigendes Signal SR anzuwenden, das mit dem seriellen Taktsignal SERCLK synchron ist. Das synchronisierte Rücksetzsignal SRST wird am Datenausgang Q des vierten Verriegelungselementes116 erzeugt. -
17(A) und (B) zeigen ein Beispiel für die Implementierung des Zählers104 in der Ausführungsform von15 . Der Zähler104 kann, wie in17(A) gezeigt, als Zirkulationssteuerregister120 implementiert werden, das dem Zirkulationssteuerregister32 von6 ähnlich ist. In diesem Fall muß das Zirkulationssteuerregister120 acht Bits haben (eines für jedes Bit der parallelen Daten, die pro parallelen Taktsignalzyklus in serielle Form zu bringen sind). Somit hat das Zirkulationssteuerregister120 acht Speicherelemente1220 bis1227 , wie in17(A) gezeigt. Nur ein Ausgangssignal B3 des Speicherelementes1223 wird in dieser Ausführungsform verwendet. Dieses Ausgangssignal B3 kann verwendet werden, um das Übertragungssteuersignal TFER direkt vorzusehen. Alternativ kann das Übertragungssteuersignal TFER vorgesehen werden, indem ein Ausgangssignal des Zirkulationssteuerregisters120 durch die Elemente22 und24 in3 (oder durch die Elemente62 ,64 und66 in8 ) geführt wird. In diesem Fall kann das Ausgangssignal das Signal B2 anstelle des Signals B3 sein. Diese Maßnahme kann dazu beitragen, die Aufbauzeitforderungen der Logik, die zum parallelen Laden des Schieberegisters verwendet wird, zu erfüllen. In diesem Fall wird die Zwischenschaltungsanordnung nicht benötigt, um zu gewährleisten, daß das Schalten des TFER in einem besonderen halben Zyklus auftritt (obwohl dies garantiert ist); der Zweck ist einfach der, zu garan tieren, daß die Aufbauzeitforderungen ungeachtet von PVT-Abweichungen erfüllt werden. - Die Struktur des Steuerregisters
120 ist im wesentlichen dieselbe wie jene des zuvor unter Bezugnahme auf7 beschriebenen Zirkulationssteuerregisters, wie in17(B) gezeigt, wobei ein Master/Slawe-Verriegelungselement1240 bis1247 für jedes Speicherelement1220 bis1227 vorhanden ist. Das Verriegelungselement1240 hat einen Rücksetzeingang R, der verbunden ist, um das synchronisierte Rücksetzsignal SRST zu empfangen. Jedes der übrigen Verriegelungselemente1241 bis1247 hat einen Voreinstellungseingang P, der verbunden ist, um das synchronisierte Rücksetzsignal SRST zu empfangen. Wenn das synchronisierte Rücksetzsignal SRST in dem L-aktiven Zustand ist, werden daher die Ausgangssignale B0 bis B7 der Verriegelungselemente1240 bis1247 auf 01111111 initialisiert, wie in17(A) gezeigt. Nachdem das synchronisierte Rücksetzsignal SRST entfernt (in den H-Zustand geändert) ist, wird das Steuermuster in17(A) als Reaktion auf jede ansteigende Flanke des seriellen Taktsignals SERCLK auf zirkulierende Weise um eine Position nach rechts verschoben. - Unter Bezugnahme auf
18 wird nun die Operation des Rücksetzsignalgenerators102 von16 und des Zählers104 (der als Zirkulationssteuerregister120 von17(A) und (B) implementiert ist) beschrieben. In18 wird angenommen, daß sich die parallelen Daten PARDATA bei ansteigenden Flanken des parallelen Taktsignals PARCLK verändern. Die acht Zyklen des seriellen Taktsignals SERCLK in einem gegebenen Zyklus des parallelen Taktsignals PARCLK sind in18 von 0 bis 7 numeriert. - In
18 beginnt ein neuer Zyklus P0 des parallelen Taktsignals PARCLK zu einer Zeit A. Zu einer Zeit B während jenes Zyklus P0 wird das Rücksetzsignal ARST entfernt, d. h., das ARST-Signal wird von dem L-aktiven Zustand in den inaktiven H-Zustand versetzt. Der inaktive Zustand des Si gnals ARST gerade vor Beginn des nächsten parallelen Taktzyklus P1 zu der Zeit C wird detektiert und durch das erste Verriegelungselement110 zu der Zeit C verriegelt. Zu der Zeit D, kurz nach Beginn jenes nächsten parallelen Taktzyklus P1, verändert sich das ansteigende Signal PR, das mit dem parallelen Takt synchron ist, von dem L- auf den H-Zustand. - Dieselbe Veränderung tritt bei dem Detektionssignal DET zu einer Zeit F kurz nach Beginn (zu der Zeit E) des nächsten parallelen Taktzyklus P2 auf. Die Reaktion durch das dritte Verriegelungselement
114 hängt von der temporalen Beziehung zwischen dem seriellen Takt SERCLK und dem Detektionssignal DET ab, das mit dem parallelen Takt synchron ist. Die normale temporale Beziehung ist so, wie sie in18 gezeigt ist. In diesem normalen Fall tritt in dem parallelen Taktzyklus P2, der zu der Zeit E beginnt, die ansteigende Flanke SRE des ersten Zyklus (Zyklus 0) des seriellen Taktsignals SERCLK vor der ansteigenden Flanke PRE des mit dem parallelen Takt synchronen Detektionssignals DET auf. In diesem Fall wird die Zustandsveränderung von L auf H von DET durch das dritte Verriegelungselement114 bis zu der ansteigenden Flanke des seriellen Taktsignals SERCLK zu der Zeit G nicht detektiert. So verändert sich das mit dem seriellen Takt synchrone ansteigende Signal SR in dem seriellen Taktzyklus 1 gerade nach der Zeit G von dem L- auf den H-Zustand, und das synchronisierte Rücksetzsignal SRST erlebt zu einer Zeit H gerade nach Beginn des seriellen Taktzyklus 2 dieselbe Veränderung. Dies bedeutet, daß die erste ansteigende Flanke des seriellen Taktsignals SERCLK, bei der der Zähler104 mit dem Zählen beginnt, die ansteigende Flanke zu der Zeit I ist, d. h., der Beginn des seriellen Taktzyklus 3. Daher wird das Ausgangssignal B3 (TFER) des Zählers104 für einen Zyklus in dem seriellen Taktzyklus 5 L. Selbst wenn sich danach die Phasenbeziehung zwischen dem parallelen Taktsignal PARCLK und dem seriellen Taktsignal SERCLK ändert (z. B. durch Spannungs- oder Temperaturabweichung), wird das Ausgangssignal B3 für einen seriellen Taktzyklus in Intervallen von exakt acht seriellen Taktzyklen L sein. - Auf Grund der PVT-Abweichung könnte es möglich sein, daß die ansteigende Flanke SRE nach der ansteigenden Flanke PRE auftritt. In diesem Fall tritt die Veränderung von dem L- auf den H-Zustand bei jedem der Signale SR und SRST einen seriellen Taktzyklus früher als in
18 auf, d. h., die Veränderung von SR erfolgt kurz nach Beginn des seriellen Taktzyklus 0, und die Veränderung von SRST erfolgt kurz nach Beginn des seriellen Taktzyklus 1. Dies wiederum bedeutet, daß der Zähler104 einen seriellen Taktzyklus früher zu zählen beginnt, so daß das Ausgangssignal B3 in dem seriellen Taktzyklus 4 statt in dem seriellen Taktzyklus 5 L sein wird. Diese Differenz hat jedoch keine Bedeutung für die korrekte Operation der Schaltungsanordnung. Die parallelen Daten PARDATA werden in dem Taktzyklus 4 genauso stabil wie in dem Taktzyklus 5 sein. Auch das Intervall zwischen sukzessiven aktiven Zyklen des Ausgangssignals B3 (TFER) des Zählers104 beträgt noch garantiert genau acht serielle Taktzyklen, selbst wenn die Phasenbeziehung zwischen den parallelen und seriellen Taktsignalen von einem parallelen Taktzyklus zu dem nächsten auf Grund von Spannungs- und Temperaturabweichungen verändert wird oder schwankt. - Unter Bezugnahme auf
19 wird als nächstes ein Beispiel für die mögliche Struktur des Datenkonverters106 beschrieben. - Bei dem Beispiel von
19 umfaßt der Datenkonverter106 acht Multiplexerelemente1300 bis1307 und acht Verriegelungselemente1320 bis1327 . Jedes Multiplexerelement130 hat erste und zweite Dateneingänge I0 und I1, einen Selektionseingang S und einen Datenausgang Z. Der erste Dateneingang I0 von jedem Multiplexerelement1300 bis1307 ist zum Empfangen von einem Bit PARDATA0 bis PARDATA7 der parallelen Daten PARDATA verbunden, die in serielle Form zu bringen sind. Der zweite Dateneingang I1 des Multiplexerelementes1300 bleibt permanent (aber willkürlich) in dem H-Zustand (logische 1). Der zweite Dateneingang I1 von jedem der übrigen Multiplexerelemente1301 bis1307 ist zum Empfangen eines Schiebedatensignals SD0 bis SD6 verbunden, das durch ein unmittelbar vorausgehendes der Verriegelungselemente1320 bis1326 erzeugt wird. Das Übertragungssignal TFER wird auf jeden der Selektionseingänge S angewendet. - Jedes Verriegelungselement hat einen Dateneingang D, einen Datenausgang Q und einen Takteingang C. Der Dateneingang D von jedem Verriegelungselement
1320 bis1327 ist mit dem Datenausgang Z von seinem entsprechenden der Multiplexerelemente1300 bis1307 zum Empfangen eines multiplexierten Ausgangssignals M0 bis M7 von jenem Multiplexerelement verbunden. Die obenerwähnten Schiebedatensignale SD0 bis SD6 werden jeweilig an den Datenausgängen Q der Verriegelungselemente1320 bis1326 erzeugt. Der serielle Datenstrom DOUT wird an dem Datenausgang Q des Verriegelungselementes1327 erzeugt. Der Takteingang C von jedem Verriegelungselement1320 bis1327 ist zum Empfangen des seriellen Taktsignals SERCLK verbunden. In dieser Ausführungsform ist jedes Verriegelungselement1320 bis1327 ein bei positiver Flanke getriggertes Master/Slawe-Verriegelungselement. - Bei Betrieb des Datenkonverters von
19 selektiert jedes Multiplexerelement1300 bis1307 seinen ersten Dateneingang I0, wenn sein Selektionseingang S den L-Zustand hat, und sonst den zweiten Dateneingang I1. Die Daten an dem selektierten Eingang I0 oder I1 werden am Datenausgang Z ausgegeben. Wenn das Übertragungssteuersignal TFER den L-Zustand hat, werden daher die multiplexierten Ausgangssignale M0 bis M7 den parallelen Datenbits PARDATA0 bis PARDATA7 jeweilig gleich. Diese multiplexierten Ausgangssignale M0 bis M7 werden in den Verriegelungselementen1320 bis1327 jeweilig bei der ansteigenden Flanke des seriellen Taktsignals SERCLK zu Beginn des seriellen Taktzyklus 6 in18 (Zeit J) registriert. So ist in Zyklus 6 SD0 = PARDATA0, SD1 = PARDATA1, ... SD6 = PARDATA6. Da DOUT = PARDATA7 ist, wird das höchstwertige Bit PARDATA7 der parallelen Daten in Zyklus 6 für den seriellen Datenstrom DOUT ausgegeben. - Kurz nach der Zeit J in
18 kehrt das TFER-Steuersignal auf den H-Zustand zurück, so daß M0 gleich 1 ist, M1 = SD0, M2 = SD1, ... und M7 = SD6 ist. Dieser Satz von Signalen M0 bis M7 wird in den Verriegelungselementen1320 bis1327 bei der nächsten ansteigenden Flanke des seriellen Taktsignals SERCLK registriert, d. h., zu Beginn des Taktzyklus 7. Das parallele Datenbit PARDATA6 wird in Zyklus 7 für den seriellen Datenstrom DOUT ausgegeben. - In sukzessiven seriellen Taktzyklen wird jedes der weiteren Bits PARDATA5 bis PARDATA0 sequentiell für den seriellen Datenstrom DOUT ausgegeben. In dem nächsten seriellen Taktzyklus, der garantiert exakt acht Taktzyklen nach dem Taktzyklus zu der Zeit J in
18 stattfindet, nimmt dann das TFER-Steuersignal wieder für einen Zyklus den L-Zustand an, und ein neues Element paralleler Daten wird in die Verriegelungselemente1320 bis1327 geladen. - In der Ausführungsform von
15 bis19 ist der Datenkonverter ein Parallel-Serien-Datenkonverter. Dies ist jedoch kein unbedingt erforderliches Merkmal des dritten Aspektes der Erfindung. Der Datenkonverter kann dafür ausgelegt sein, im allgemeinen erste Elemente von Daten in zweite Elemente von Daten zu konvertieren, welche ersten Elemente sukzessive synchron mit einem ersten Taktsignal empfangen werden und welche zweiten Elemente sukzessive synchron mit einem zweiten Taktsignal ausgegeben werden, das eine höhere Frequenz als das erste Taktsignal hat. Die beiden ersten und zweiten Elemente können parallele Daten sein. Die Konvertierungsoperation, die durch den Datenkonverter ausgeführt wird, ist keineswegs begrenzt. Eine beliebige Anzahl von ersten Elementen kann verwendet werden, um eine beliebige Anzahl von zweiten Elementen zu erzeugen. Die Konvertie rungsoperation kann eine Inversion oder logische Kombinationsoperationen an den Bits der empfangenen ersten Elemente umfassen, um die zweiten Elemente zu erzeugen. - Die Konstruktion des Konverters
104 ist nicht auf ein Zirkulationssteuerregister begrenzt, wie es in17(A) und (B) gezeigt ist. Jeder Konverter kann verwendet werden, der zum Zählen von Taktimpulsen in der Lage ist. - Wenn ein Zirkulationssteuerregister verwendet wird, um den Zähler
104 vorzusehen, wird vorzugsweise die Verifizierungsschaltungsanordnung verwendet, die den zweiten Aspekt der Erfindung verkörpert, um zu verifizieren, daß das Steuermuster korrekt durch das Register zirkuliert. - Als nächstes wird unter Bezugnahme auf
20 und21 eine Ausführungsform der Datenrückgewinnungsschaltungsanordnung beschrieben, die einen vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung verkörpert. In20 hat ein serieller Datenstrom, der an der Datenrückgewinnungsschaltungsanordnung empfangen wird, ein Datenauge150 mit einer Form, die zum Beispiel von einer Charakteristik eines Übertragungsweges abhängt, der den seriellen Datenstrom transportiert. In der Datenrückgewinnungsschaltungsanordnung wird ein Taktsignal152 aus dem seriellen Datenstrom zurückgewonnen, wobei zum Beispiel eine Phasenregelschleifen-[phase lock loop (PLL)]-Schaltung verwendet wird. Dieses zurückgewonnene Taktsignal stimmt in der Phase mit dem seriellen Datenstrom überein. In einer zuvor in Betracht gezogenen Datenrückgewinnungsschaltungsanordnung wird das zurückgewonnene Taktsignal152 dann verwendet, um den seriellen Datenstrom zu verriegeln. - In Abhängigkeit von der Form des Datenauges des seriellen Datenstroms kann es jedoch besser sein, ein Taktsignal zu verwenden, das von dem zurückgewonnenen Taktsignal
152 versetzt ist, um die Verriegelung des seriellen Datenstroms auszuführen. Im Falle des Datenauges150 von20 wäre es zum Beispiel besser, ein versetztes Taktsignal154 , das um einen Betrag ΔT bezüglich des zurückgewonnenen Taktsignals152 versetzt ist, zu verwenden, um den seriellen Datenstrom zu verriegeln. Eine Möglichkeit zum Erzeugen des versetzten Taktsignals154 wäre es, das zurückgewonnene Taktsignal152 unter Verwendung eines Verzögerungselementes zu verzögern. In der Praxis hat das Erzeugen des versetzten Taktsignals auf diese Weise jedoch Nachteile. Im besonderen läßt sich die Verzögerung ΔT in Anbetracht von Prozeß-, Spannungs- und Temperatur-(PVT)-Abweichungen schlecht steuern. Ferner kann die Verzögerung von außerhalb der Datenrückgewinnungsschaltungsanordnung nicht ohne weiteres gesteuert werden. Des weiteren kann das versetzte Taktsignal154 in bezug auf das zurückgewonnene Taktsignal152 nur verzögert und nicht vorgerückt werden, wenn ein Verzögerungselement verwendet wird. -
21 zeigt eine Ausführungsform der Datenrückgewinnungsschaltungsanordnung, die einen vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung verkörpert. In der Ausführungsform von21 umfaßt die Datenrückgewinnungsschaltungsanordnung160 einen Multiphasentaktsignalgenerator170 , eine digitale Phasenregelschleifen-(DPLL)-Schaltung180 , ein erstes Multiplexerelement190 , ein zweites Multiplexerelement200 , ein Datenverriegelungselement210 und einen Addierer220 . - Der Multiphasentaktsignalgenerator
170 umfaßt eine Verzögerungsleitung172 , einen Phasendetektor174 , einen Ladungspumpenspannungsregler176 und einen Phaseninterpolator178 . - Die Verzögerungsleitung
172 hat in dieser Ausführungsform eine Folge von acht Verzögerungsstufen, zusammen mit einer Eingangspufferungsstufe, die der ersten Verzögerungsstufe der Folge vorausgeht, und einer Ausgangspufferungsstufe, die sich an die letzte (die achte) Stufe der Folge anschließt. Die Verzögerungsleitung172 hat einen Signaleingang IN, an dem ein Referenztaktsignal REFCLK, das der Datenrate des ankommenden seriellen Datenstroms gleich ist oder dicht bei ihr liegt, für die Eingangspufferungsstufe empfangen wird. Die Verzögerungsstufen erlegen gleiche Verzögerungen auf. In dieser Ausführungsform beträgt die Taktfrequenz des Referenztaktsignals 622,08 MHz (was einer Taktperiode von 1,6075 ns entspricht). Die Verzögerungsleitung172 hat auch einen Steuereingang DLYCTRL, an dem eine analoge Steuerspannung Vreg empfangen wird, die verwendet wird, um eine Verzögerungszeit, die durch jedes Verzögerungselement auferlegt wird, gebrochen einzustellen. Erste und zweite Phasenvergleichssignale P1 und P2 werden durch die Verzögerungsleitung172 an einen Phasendetektor174 ausgegeben. Das erste Phasenvergleichssignal P1 ist das gepufferte Signal am Eingang der ersten Verzögerungsstufe (d. h., nach der Eingangspufferungsstufe der Verzögerungsleitung172 ). Das zweite Phasenvergleichssignal P2 wird an einem Ausgang der letzten (der achten) Verzögerungsstufe erzeugt. - In dem Phasendetektor
174 werden die jeweiligen Phasen der ersten und zweiten Phasenvergleichssignale P1 und P2 verglichen. Die Verzögerung des zweiten Phasenvergleichssignals P2 bezüglich des ersten Phasenvergleichssignals P1 soll auf exakt einem Taktzyklus des Referenztaktsignals REFCLK gehalten werden (d. h., eine Gesamtnennverzögerung, die durch die Verzögerungsleitung auferlegt wird, beträgt 1,6075 ns.) So sollte das zweite Phasenvergleichssignal P2 mit dem ersten Phasenvergleichssignal P1 phasengleich (aber um einen vollen Taktzyklus diesbezüglich verzögert) sein. - Der Phasendetektor
174 erzeugt eines von zwei Steuersignalen FAST und SLOW gemäß dem Resultat des Phasenvergleichs zwischen den Signalen P1 und P2. Wenn die Phase des Signals P2 jener des Signals P1 vorauseilt, wird das Steuersignal FAST durch den Phasendetektor174 erzeugt. Wenn andererseits die Phase des Signals P2 hinter jener des Signals P1 liegt, wird das Steuersignal SLOW durch den Phasendetektor174 erzeugt. Der Phasendetektor174 umfaßt vorzugsweise eine Fensterdetektionsschaltungsanordnung, die das Verriegeln bei Vielfachen oder Harmonischen der Referenztaktsignalfrequenz verweigert. - Die Steuersignale FAST und SLOW werden auf den Ladungspumpenspannungsregler
176 angewendet, der an seinem Ausgang die Steuerspannung Vreg erzeugt. Der Regler176 enthält einen Kondensator. Die Ladungsmenge, die in dem Kondensator gehalten wird, wird erhöht, wenn das Steuersignal SLOW erzeugt wird. Ähnlich wird die Ladungsmenge, die in dem Kondensator gehalten wird, verringert, wenn das Steuersignal FAST erzeugt wird. Die Steuerspannung Vreg wird von der Spannung quer über den Kondensator abgeleitet. Die Verzögerung, die durch jede Verzögerungsstufe in der Verzögerungsleitung172 auferlegt wird, ist von der Steuerspannung Vreg abhängig. Wenn die Steuerspannung Vreg abnimmt, mit der Bedeutung, daß die Phase des zweiten Phasenvergleichssignals P2 jener des ersten Phasenvergleichssignals P1 vorauseilt, nimmt die Verzögerung zu, die durch jede Verzögerungsstufe auferlegt wird. Wenn andererseits die Steuerspannung Vreg zunimmt, mit der Bedeutung, daß die Phase des zweiten Phasenvergleichssignals P2 hinter jener des ersten Phasenvergleichssignals P1 liegt, wird die Verzögerung verringert, die durch jede Verzögerungsstufe auferlegt wird. Daher bilden der Phasendetektor174 und der Ladungspumpenspannungsregler176 eine Rückführungsschleife um die Verzögerungsleitung172 , die arbeitet, um die Gesamtverzögerung, die durch die acht Verzögerungsstufen der Verzögerungsleitung172 auferlegt wird, bei exakt einem Taktzyklus des Referenztaktsignals REFCLK zu halten oder zu verriegeln, ungeachtet einer PVT-Abweichung. - Der Phaseninterpolator
178 empfängt neun Basisphasensignale, die durch die Verzögerungsleitung172 erzeugt werden. Das erste Basisphasensignal ist das Signal, das an dem Ausgang der Eingangsstufe der Verzögerungsleitung172 erzeugt wird, d. h., das erste Phasenvergleichssignal P1. Die übrigen acht Basisphasensignale sind die verzögerten Signale, die jeweilig an den Ausgängen der acht Verzöge rungsstufen der Verzögerungsleitung172 erzeugt werden. So ist das neunte Basisphasensignal das zweite Phasenvergleichssignal P2. - Für jedes Paar von benachbarten Basisphasensignalen erzeugt der Phaseninterpolator
178 weitere drei interpolierte Phasensignale mit gleichmäßig getrennten Phasen zwischen den jeweiligen Phasen der zwei Basisphasensignale von seinem Paar. So erzeugt der Phaseninterpolator178 24 interpolierte Phasensignale zusätzlich zu den neun Basisphasensignalen, die durch die Verzögerungsleitung172 erzeugt werden. Die Phasendifferenz zwischen den Basis- und interpolierten Phasensignalen und zwischen benachbarten interpolierten Phasensignalen beträgt 1/32 der Referenztaktsignalfrequenz, d. h., 50,23 ps in dieser Ausführungsform. - Eines der zwei ”End”-Basisphasensignale wird ausgesondert, da sie beide mit dem Referenztaktsignal REFCLK phasengleich sind. Das verbleibende der ”End”-Basisphasensignale, zum Beispiel das Basisphasensignal, das am Ausgang der achten Verzögerungsstufe erzeugt wird, und alle verbleibenden Basis- und interpolierten Phasensignale werden als jeweilige Referenztaktphasensignale PHASE0 bis PHASE31 zugeführt. Diese 32 Referenztaktphasensignale PHASE0 bis PHASE31 werden auf jeweilige Eingänge I0 bis I31 von jedem der ersten und zweiten Multiplexerelemente
190 und200 angewendet. Jedes Multiplexerelement190 und200 hat ferner einen Selektionseingang S und einen Ausgang Z. Ein erstes Selektionssignal SEL1, das durch die DPLL-Schaltung180 ausgegeben wird, wird auf den Selektionseingang S des ersten Multiplexerelementes190 angewendet. Das erste Selektionssignal SEL1 wird auch auf einen Eingang des Addierers220 angewendet. Der andere Eingang des Addierers220 ist verbunden, um ein benutzerprogrammierbares versetztes Signal OFFSET zu empfangen. Ein zweites Selektionssignal SEL2, das durch den Addierer220 ausgegeben wird, wird auf den Selektionseingang S des zweiten Multiplexerelementes200 angewendet. - Der Ausgang Z des ersten Multiplexerelementes
190 ist mit einem ersten Eingang eines Phasendetektors182 der DPLL-Schaltung180 verbunden. Ein zurückgewonnenes Taktsignal RCVCLK wird an dem Z-Ausgang des ersten Multiplexerelementes190 erzeugt. - Ein ankommender serieller Datenstrom DIN wird auf einen zweiten Eingang des Phasendetektors
182 angewendet. Der Phasendetektor182 bestimmt, ob die Übergänge in dem ankommenden Datenstrom DIN vor oder hinter den Übergängen in dem zurückgewonnenen Taktsignal RCVCLK liegen. Auf der Basis der Bestimmung erzeugt der Phasendetektor182 entweder ein Voreilsteuersignal ADV oder ein Verzögerungssteuersignal RET. Die Steuersignale ADV und RET werden auf ein Schleifenfilter184 angewendet, das die effektive Bandbreite einer Phasenregelschleife steuert, die durch die DPLL-Schaltung180 vorgesehen wird. - Die DPLL-Schaltung
180 kann eine digitale Implementierung einer einpoligen Schleife mit einzelner Null zweiter Ordnung sein. In diesem Fall kann das Schleifenfilter184 eine benutzerprogrammierbare und/oder dynamisch veränderbare Tiefpaßfilterfunktion vorsehen. Zum Beispiel kann die Schleifenbandbreite bei digitaler Steuerung dynamisch verändert werden, um eine schnelle Datenerfassung ohne Sperren (große Bandbreite, großer Erfassungsbereich) und eine hohe Jitterunterdrückung mit Sperren (schmale Bandbreite, schmaler Verriegelungsbereich) zu erreichen. - In Abhängigkeit von den Steuersignalen ADV und RET erzeugt das Schleifenfilter
184 ein Steuersignal CS, das auf einen Selektionscontroller186 angewendet wird. Der Selektionscontroller186 erzeugt das obenerwähnte erste Selektionssignal SEL1 auf der Basis des Steuersignals CS. - Das erste Multiplexerelement
190 selektiert eine der 32 Taktphasen PHASE0 bis PHASE31 gemäß dem ersten Selektionssignal SEL1 und gibt die selektierte Taktphase als zurückgewonnenes Taktsignal RCVCLK aus. - Die DPLL-Schaltung
180 bewirkt, daß jede neue Selektion der Taktphase PHASE0 bis PHASE31 in Abhängigkeit von einer Phasendifferenz und/oder Frequenzdifferenz zwischen dem ankommenden seriellen Datenstrom DIN und der dabei selektierten Taktphase RCVCLK erfolgt. Die Rückführungsschleife, die durch die DPLL-Schaltung180 vorgesehen wird, dient dazu, bei der Selektion des zurückgewonnenen Taktsignals RCVCLK zu derjenigen der Taktphasen PHASE0 bis PHASE31 zu tendieren, die sich zu irgendeiner gegebenen Zeit in der Phase am wenigsten von dem seriellen Datenstrom DIN unterscheidet. Wenn das erste Selektionssignal SEL1 seinen Maximalwert erreicht, der der PHASE31 an einem Ende der Verzögerungsleitung172 entspricht, verändert es sich auf den minimalen Wert, wobei es sich effektiv um die PHASE0 am anderen Ende der Verzögerungsleitung172 schlingt. So ist kein Phasensprung beim Übergang von einem Ende der Verzögerungsleitung zu dem anderen vorhanden. Denn ein Sprung von der Phase31 zurück zu der Phase 0 ist von einem Sprung von genau einer Phase nach vorn nicht zu unterscheiden. Zusätzlich ist das erste Selektionssignal SEL1 vorzugsweise ein Gray-codiertes Signal, so daß keine unnötigen Phasensprünge auftreten, wenn der Wert des Selektionssignals SEL1 verändert wird. - Der Addierer
220 addiert die jeweiligen Werte der Signale SEL1 und OFFSET miteinander, um das Signal SEL2 zu erzeugen. Der Addierer220 ist in dieser Ausführungsform ein Moduln-32-Addierer. Der Wert des Signals OFFSET kann positiv oder negativ sein. Das Signal SEL2 ist vorzugsweise auch ein Gray-codiertes Signal. - Gemäß dem Wert des Signals SEL2 selektiert das zweite Multiplexerelement
200 eine der Taktphasen PHASE0 bis PHASE31 als versetztes Taktsignal OFFCLK. Der serielle Datenstrom DIN wird deshalb durch die Datenverriegelung210 bei jeder ansteigenden Flanke des versetzten Taktsignals OFFCLK verriegelt. - Da das versetzte Taktsignal OFFSET benutzerprogrammierbar ist, kann die Phase des versetzten Taktsignals OFFCLK durch den Benutzer gewählt werden, um zu der besonderen Form des Datenauges in dem Datenstrom DIN zu passen. Das versetzte Taktsignal OFFCLK kann bezüglich des zurückgewonnenen Taktsignals RCVCLK voreilen oder verzögert sein, wodurch eine größere Flexibilität erreicht wird. Ferner wird die Phase des versetzten Taktsignals OFFCLK bezüglich jener des zurückgewonnenen Taktsignals RCVCLK ungeachtet einer PVT-Abweichung in der Datenrückgewinnungsschaltungsanordnung
160 akkurat gesteuert.
Claims (4)
- Verifizierungsschaltungsanordnung, zur Verbindung mit einem Zirkulationssteuerregister, um zu verifizieren, daß ein vorbestimmtes N-Bit-Steuermuster durch das Register korrekt zirkuliert, wobei das Register N Speicherelemente jeweils zum Speichern von einem Bit des Steuermusters hat und ein Bit des Steuermusters einen ersten Wert hat und jedes andere Bit einen zweiten Wert hat, welche Verifizierungsschaltungsanordnung umfaßt: ein erstes Prüfmittel, das mit einem ersten Satz aus zwei oder mehr konsekutiven Speicherelementen des Registers operativ verbunden ist, zum Erzeugen eines ersten Prüfsignals, das einen ersten Zustand hat, wenn irgendeines der Speicherelemente des ersten Satzes den ersten Wert hat, und einen zweiten Zustand hat, wenn alle Speicherelemente des ersten Satzes den zweiten Wert haben; ein zweites Prüfmittel, das mit den verbleibenden Speicherelementen des Registers operativ verbunden ist, die einen zweiten Satz aus zwei oder mehr konsekutiven Speicherelementen bilden, zum Erzeugen eines zweiten Prüfsignals, das einen ersten Zustand hat, wenn irgendeines der Speicherelemente des zweiten Satzes den ersten Wert hat, und einen zweiten Zustand hat, wenn alle Speicherelemente des zweiten Satzes den zweiten Wert haben; und ein Detektionsmittel desselben Zustandes, das mit den ersten und zweiten Prüfmitteln verbunden ist, zum Erzeugen eines Detektionssignals, das angibt, daß das Steuermuster inkorrekt ist, wenn die ersten und zweiten Prüfsignale denselben Zustand haben.
- Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der der erste Wert eine Null ist und der zweite Wert eine Eins ist und jedes Prüfmittel eine UND- oder NAND-Operation an den jeweiligen gespeicherten Werten der Speicherelemente seines Satzes ausführt.
- Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der der erste Wert eine Eins ist und der zweite Wert eine Null ist und jedes Prüfmittel eine ODER- oder NOR-Operation an den jeweiligen gespeicherten Werten der Speicherelemente seines Satzes ausführt.
- Schaltungsanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Detektionsmittel desselben Zustandes arbeitet, um das Detektionssignal zu einer vorbestimmten Detektionszeit im Anschluß an eine Zirkulationsoperation des Steuerregisters zu erzeugen, wenn sich die Zustände der ersten und zweiten Prüfsignale stabilisiert haben.
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