DE102004010562A1

DE102004010562A1 - Schnittstellenvorrichtung und Verfahren zur Synchronisation von Daten

Info

Publication number: DE102004010562A1
Application number: DE102004010562A
Authority: DE
Inventors: Jörn Angel; Georg Stäbner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-02
Also published as: KR100817270B1; DE102004010562B4; KR20060131876A; WO2005086408A1; CN1926798A; CN1926798B; EP1721407A1; US7650523B2; US20070064846A1

Abstract

Es ist eine Schnittstellenvorrichtung (4) mit einer ersten und einer dazu parallel geschalteten zweiten Registereinrichtung (6, 7) vorgesehen, die für die Übernahme eines Datenwortes (DW) ausgebildet sind. Die Schnittstellenvorrichtung (4) umfasst ein Synchronisationsmittel (52), dem ein erstes und ein zweites Taktsignal (T1, T2) zugeführt werden und das zur Abgabe eines von dem ersten Taktsignal abgeleiteten Selektionssignals für eine Auswahl der ersten oder zweiten Registereinrichtung (6, 7) für die Speicherung eines am Dateneingang (41) anliegenden Datenwortes (DW) ausgebildet ist. Weiterhin ist das Synchronisationsmittel (52) zur Abgabe eines Stellsignals (MUX), abgeleitet aus dem Auswahlsignal und dem zweiten Taktsignal, an einen Stellausgang (55) ausgebildet. Der Stellausgang (55) ist mit einem Auswahlmittel (8) gekoppelt, durch das der Ausgang einer der beiden Registereinrichtungen (6, 7) auf den Datenausgang (42) der Schnittstellenvorrichtung schaltbar ist. Durch einen Vergleich des Selektionssignals mit dem zweiten Taktsignal (T2) kann auf eine zusätzliche Registereinrichtung verzichtet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schnittstellenvorrichtung für die synchrone Übertragung eines Datenwortes sowie ein Verfahren zur Synchronisation eines Datenwortes zwischen zwei mit gleicher Frequenz getakteten Schaltungsblöcken.
In getakteten Systemen müssen häufig Daten zwischen zwei verschiedenen Schaltungsblöcken ausgetauscht werden. Die einzelnen Schaltungsblöcke können dabei beispielsweise Daten austauschen, die dann in den jeweiligen Schaltungsblöcken weiterverarbeitet werden. Die beiden Schaltungsblöcke sind jeweils mit einem Taktsignal gleicher Frequenz getaktet. Um Datenfehler während des Datenaustausches zu vermeiden, muss der Datenaustausch synchron erfolgen, das heißt, die auszutauschenden Daten müssen immer zu den richtigen Zeitpunkten an den Schaltungsblöcken anliegen.
Aufgrund der räumlichen versetzten Anordnung der Schaltungsblöcke kann es zu Laufzeitunterschieden zwischen den beiden Taktsignalen der Schaltungsblöcke kommen. Unterschiedlich lange Leitungen für die beiden Taktsignale führen ebenso zu Laufzeitunterschieden. Ein Laufzeitunterschied ergibt einen Phasenunterschied der Taktsignale der beiden Schaltungsblöcke. Zusätzlich wird ein unbekannter Phasenunterschied der beiden Taktsignale zueinander durch eine leichte zufällige Variation, die "Jitter" genannt wird, wie auch durch verschiedene frequenzaufbereitende Maßnahmen hervorgerufen. Wenn die Frequenzen des Taktsignals gleich sind, aber aus unter schiedlichen Signalquellen stammen, so weisen sie meist eine unbekannte Phasenlage zueinander auf.
Bei einem Datenaustausch gibt ein Schaltungsblock die auszutauschenden Daten während eines Taktzyklus, beispielsweise bei einer steigenden Flanke seines Taktsignals, an seinem Ausgang ab. Der zweite Schaltungsblock liest beispielsweise bei einer steigenden Taktflanke seines Taktsignals die an seinem Eingang anliegenden Daten und verarbeitet sie weiter. Aufgrund des Phasenunterschiedes der beiden Taktsignale der Schaltungsblöcke zueinander erfolgt die Bereitstellung am Datenausgang bzw. der Lesevorgang am Dateneingang zu jeweils unterschiedlichen Zeitpunkten. Es kann daher passieren, dass ein Lesezyklus bereits startet, bevor der erste Schaltungsblock die zu übergebenden Daten an seinem Datenausgang bereitgestellt hat. Dadurch ergibt sich ein Datenverlust und somit ein Fehler in der Datenübertragung zwischen den Blöcken.

Zur Vermeidung eines solchen Datenverlustes werden Synchronisationsschaltungen und insbesondere sogenannte FIFO-Puffer (FIFO = First In First Out) zwischen die einzelnen Schaltungsblöcke geschaltet. Die verwendeten Pufferschaltungen speichern die zu übergebenden Daten in Flip-Flop-Schaltungen zwischen und geben sie bei Bedarf wieder ab. Dabei werden die Daten, die als erste im Puffer abgelegt werden, auch als erste Daten wieder herausgegeben.

Ein Beispiel einer synchronen Schnittstelle mit einem FIFO-Puffer zeigt 3. Die Synchronisationsschaltung 3 ist dabei zwischen die beiden Schaltungsblöcke 1 und 2 geschaltet. Der Schaltungsblock 1 gibt an seinem Ausgang bei jeder Taktperiode seines Taktsignals ein Datenwort ab. Das Datenwort umfasst ein Datum oder mehrere Daten und wird in einer der drei parallel geschalteten Registerbänke 32 abgelegt. Die Registerbänke 32 umfassen dabei jeweils mehrere parallel geschaltete Flip-Flop-Schaltungen, die je ein Datum des Datenworts speichern. Eine Auswahl, in welche der drei Registerbänke 32 das Datenwort des Schaltungsblocks 1 abgelegt wird, erfolgt durch die Steuereinrichtung 31. Ein Auslesen des gespeicherten Datenworts erfolgt über eine Multiplexereinheit 33, die mit einem Steuersignal der Steuereinheit 31 eine der drei Registerbänke 32 auf den Ausgang der Synchronisationsschaltung 3 schaltet und somit das Datenwort dem zweiten Schaltungsblock 2 zuführt. Die Abgabe des Datenwortes erfolgt dabei in der Reihenfolge, in der sie auch in den Registerbänken 32 abgelegt wurden.

Nach dem Auslesen einer Registerbank und dem Bereitstellen an den zweiten Schaltungsblock wird der Inhalt der Registerbank gelöscht und diese wieder für einen erneuten Schreibvorgang freigegeben. Die Synchronisation des Lese- und des Schreibvorgangs erfolgt über die Steuereinrichtung 31, der die Taktsignale des Schaltungsblocks 1 sowie des Schaltungsblocks 2 zugeführt werden.

Wenn der Schreib- und Lesevorgang der Daten mit zwei unterschiedlichen Taktsignalen gleicher Frequenz durchgeführt wird, müssen für jedes zu synchronisierende Datum mindestens drei Speicherstellen existieren. Für die Synchronisation n parallel anliegender Daten, welche ein Datenwort ergeben, sind daher 3·n Speicherstellen notwendig. Jede der dargestellten Registerbänke 32 enthält somit n Speicherstellen. Die dritte Registerbank ist erforderlich, um sicherzustellen, dass große Schwankungen der Phasenlage zwischen dem Taktsignal des ersten Schaltungsblocks und dem Taktsignal des zwei ten Schaltungsblocks in positiver als auch in negativer Richtung aufgefangen werden. Gerade bei Schaltungsblöcken, deren zu synchronisierendes Datenwort sehr viele parallele Daten umfasst, führt die Notwendigkeit einer dritten Speicherstelle pro Datum in der Synchronisationsschaltung zu einer großen Anzahl von Speicherstellen. Dies erhöht den Platzbedarf und erzeugt zusätzliche Kosten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schnittstellenvorrichtung mit einem reduzierten Aufwand vorzusehen, welche zur Synchronisation nur zwei Registerbänke benötigt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Synchronisation eines Datenwortes zwischen zwei mit gleicher Frequenz getakteten Schaltungsblöcken mit einfachen Mitteln vorzusehen.

Diese Aufgaben werden mit den Gegenständen der Patentansprüche 1 und 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß umfasst dabei eine Schnittstellenvorrichtung zur synchronen Übertragung eines Datenwortes einen Dateneingang für das Datenwort sowie einen Datenausgang für das Datenwort. Eine erste Registereinrichtung und eine zweite parallel zu der ersten geschaltete Registereinrichtung ist mit je einem Eingang an den Dateneingang gekoppelt und weist einen Auswahleingang und einen Ausgang auf. Die erste und zweite Registereinrichtung ist dabei für eine Speicherung eines eingangsseitig anliegenden Datenwortes und zur Abgabe des Datenwortes an den Ausgang ausgebildet. Die Schnittstellenvorrichtung umfasst weiterhin ein Auswahlmittel, welches an den Ausgang der ersten Registereinrichtung und an den Ausgang der zweiten Registereinrichtung angeschlossen ist. Das Mittel ist für eine Kopplung des Ausgangs der ersten oder zweiten Regis tereinrichtung mit dem Datenausgang abhängig von einem Stellsignal ausgebildet. Das Mittel bildet somit eine Multiplexereinheit. Die Schnittstellenvorrichtung umfasst weiterhin einen ersten Takteingang zur Zuführung eines ersten Taktsignals sowie einen zweiten Takteingang zur Zuführung eines zweiten Taktsignals. Letztlich enthält sie eine Synchronisationseinrichtung, welches mit dem ersten und dem zweiten Takteingang sowie mit einem Stellausgang an das Auswahlmittel gekoppelt ist. Die Synchronisationseinrichtung ist zur Abgabe eines von dem ersten Taktsignal abgeleiteten Selektionssignals zu einer Auswahl der ersten oder der zweiten Registereinrichtung für eine Speicherung eines am Dateneingang anliegenden Datenworts ausgebildet. Bevorzugt ist die Einrichtung so zur Abgabe eines Auswahlsignals an die erste und die zweite Registereinrichtung ausgebildet. Weiterhin ist die Synchronisationseinrichtung zur Abgabe des Stellsignals an den Stellausgang ausgebildet, wobei das Stellsignal aus dem Auswahlsignal und dem zweiten Taktsignal abgeleitet ist.

Mit der Synchronisationseinrichtung und der selektiven Ansteuerung der ersten und zweiten Registereinrichtung ist eine dritte Registereinrichtung mit zusätzlichen Speicherstellen nicht erforderlich. Eine Synchronisation zwischen den Taktsignalen der beiden Schaltungsblöcke wird auf die Synchronisationseinrichtung konzentriert, anstatt wie bisher die drei Registerbänke dafür zu verwenden. Diese Einrichtung muss für die gesamte Schnittstellenvorrichtung nur einmal ausgebildet werden. Sie stellt sicher, dass die zwischen den Schaltungsblöcken auszutauschenden Daten fehlerfrei zum richtigen Zeitpunkt am Ausgang der erfindungsgemäßen Schnittstellenvorrichtung bereitliegen. Insbesondere liegt am Ausgang der erfindungsgemäßen Schnittstellenvorrichtung zu dem Zeitpunkt das zu übertragende Datenwort an, an dem der Schaltungsblock ein an seinem Eingang anliegendes Datenwort übernimmt und weiterverarbeitet.

Dies erfolgt bevorzugt durch eine zeitliche Auswertung des Selektionssignals mit dem zweiten Taktsignal und der daraus abhängigen Ableitung des Stellsignals. Der Realisierungsaufwand der Erfindung wird dadurch bei einem synchronen Austausch vieler paralleler Daten im Verhältnis zur konventionellen Realisierung mit drei Registerbänken immer geringer.

Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn in einer vorteilhaften Ausgestaltung die erste und die zweite Registereinrichtung einen Taktsignaleingang umfassen, der den Auswahleingang bildet. Die erste und die zweite Registereinrichtung ist dabei zur Abgabe eines an ihrem Dateneingang anliegenden Datenworts bei einer Flanke eines aus dem Selektionssignal abgeleiteten Taktsignals an ihren Ausgang ausgebildet. Diese Registereinrichtungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, können so weiterverwendet werden. Die Registereinrichtungen enthalten dabei mehrere parallel angeordnete Flip-Flop-Schaltungen für jedes einzelne Datum des Datenwortes.

Um die Datensicherheit zu erhöhen, ist in einer Weiterbildung der Erfindung eine erste Pufferschaltung zwischen dem Dateneingang der Schnittstellenvorrichtung und der ersten und zweiten Registereinrichtung geschaltet. Diese ist zur Abgabe eines am Dateneingang der Schnittstellenvorrichtung anliegenden Datenwortes an die erste und die zweite Registereinrichtung bei einer Taktflanke des ersten Taktsignals ausgebildet. Bevorzugt ist dies die fallende Taktflanke. Dadurch wird sichergestellt, dass am Dateneingang der ersten und zweiten Registereinrichtung ein gültiges Datenwort anliegt, wenn die erste und zweite Registereinrichtung bei einer steigenden Flanke des angelegten Taktsignals das Datenwort an ihrem Dateneingang übernimmt.

In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist eine zweite Puffereinrichtung zwischen das Auswahlmittel und den Datenausgang der Schnittstellenvorrichtung geschaltet. Sie ist zur Abgabe eines am Datenausgang des Auswahlmittels abgegebenen Datenwortes an den Ausgang der Schnittstellenvorrichtung bei einer fallenden Taktflanke des zweiten Taktsignals ausgebildet. Dadurch ist sichergestellt, dass das mit dem zweiten Taktsignal synchronisierte Datenwort bei einer steigenden Taktflanke des zweiten Taktsignals sicher am Datenausgang der Schnittstellenvorrichtung anliegt. So kann das Datenwort mit dieser Taktflanke des zweiten Taktsignals in den Schaltungsblock zur weiteren Verarbeitung übernommen werden. Alternativ kann die Richtung der Taktflanken in der ersten bzw. zweiten Pufferschaltung auch vertauscht werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Synchronisationseinrichtung ein Selektionsmittel bzw. einen Selektor, das zur Erzeugung des Auswahlsignals zur Auswahl der jeweils anderen Registereinrichtung bei jeder Taktperiode des ersten Taktsignals ausgebildet ist. Das Auswahlsignal ist so gebildet, dass dadurch alternierend zwischen beiden Registereinrichtungen ausgewählt wird. Die Frequenz des Auswahlsignals entspricht der halben Frequenz des ersten Taktsignals. Bevorzugt umfasst das Selektionsmittel bzw. der Selektor ein mit dem ersten Taktsignal getaktetes D-Toggle-Flip-Flop. Der Datenausgang des Toggle-Flip-Flops ist mit einem ersten Eingang eines ersten logischen Gatters und über einen Inverter zu seinem ersten Eingang eines zweiten logischen Gatters sowie mit seinem Dateneingang gekoppelt. Das rückgekoppelte D-Toggle-Flip-Flop wirkt daher als Frequenzteiler, das die Fre quenz des ersten Taktsignals halbiert. Alternativ dazu kann jede andere Schaltung verwendet werden, die ein Taktsignal mit halber Frequenz des Eingangstakts erzeugt.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist ein jeweils zweiter Eingang des ersten und des zweiten logischen Gatters an den ersten Takteingang gekoppelt und der Ausgang des ersten logischen Gatters zur Abgabe des Auswahlsignals mit dem Auswahleingang der ersten Registereinrichtung verbunden. Der Ausgang des zweiten logischen Gatters ist mit dem Auswahleingang der zweiten Registereinrichtung gekoppelt. Durch diese logische Verschaltung liegt am Auswahleingang der ersten und der zweiten Registereinrichtung jeweils ein Taktsignal mit der halben Frequenz des ersten Taktsignals an. Die an den Auswahleingängen der Registereinrichtungen anliegenden Signale sind zueinander um 90° phasenverschoben. So kann in einfacher Weise ein Auswahlsignal erzeugt werden, das zudem als Taktsignal für die erste und zweite Registereinrichtung benutzbar ist, welche in alternierender Form jeweils ein Datenwort am Synchronisationseingang der Synchronisationseinrichtung einlesen.

In einer anderen Weiterbildung der Erfindung umfasst die Synchronisationseinrichtung eine mit dem zweiten Taktsignal getaktete Abtastvorrichtung. Die Abtastvorrichtung ist für eine Detektion einer Änderung des Selektionssignals und zur Abgabe des Stellsignals an das Auswahlmittel ausgebildet. Das Stellsignal ist dabei so geschaltet, dass es den Ausgang der durch das Selektionssignal ausgewählten Registereinrichtung mit dem Datenausgang der Schnittstellenvorrichtung verbindet. Eine solche Ausbildung ist besonders vorteilhaft, da die Abtastvorrichtung somit über das Selektionssignal die Registerein richtung detektiert, die das nächste zu synchronisierende Datenwort gespeichert hat.

Sobald eine Änderung registriert ist, die eine neue Registereinrichtung anzeigt, wird das Stellsignal an das Auswahlmittel abgegeben. Die Synchronisationseinrichtung ist so ausgebildet, dass der Datenausgang der ausgewählten Registereinrichtung auf den Datenausgang der Synchronisationseinrichtung geschaltet wird. So ist sichergestellt, dass die Registereinrichtung erst dann auf den Ausgang der Synchronisationseinrichtung geschaltet ist, wenn von der Registereinrichtung ein gültiges Datenwort abgegeben wird.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Abtastvorrichtung zur Detektion einer Änderung eine erste und zumindest eine zweite Flip-Flop-Schaltung. An den Dateneingängen der ersten und der zumindest einen zweiten Flip-Flop-Schaltung ist das Selektionssignal zuführbar. Ein Takteingang der ersten Flip-Flop-Schaltung ist an den zweiten Takteingang und ein Takteingang der zumindest einen zweiten Flip-Flop-Schaltung ist über zumindest ein erstes Verzögerungsglied an den zweiten Takteingang angeschlossen. Das Verzögerungsglied ist dabei für eine zeitliche Verzögerung des zweiten Taktsignals ausgebildet. Durch die Ausbildung mit zumindest zwei Flip-Flop-Schaltungen, deren Taktsignaleingänge an den zweiten Takteingang angeschlossen sind, ist somit eine Detektion des Zeitpunktes einer Signaländerung des Selektionssignals möglich. Dies ergibt Aufschluss über die Registereinrichtung, die das nächste abzugebende Datenwort enthält.

Es ist zudem zweckmäßig, wenn die Abtastvorrichtung eine dritte Flip-Flop-Schaltung enthält, deren Takteingang über ein zweites Verzögerungsglied mit dem zweiten Takteingang ge koppelt ist. Der Dateneingang der dritten Flip-Flop-Schaltung ist über zumindest ein Logikgatter an die Datenausgänge der ersten und der zumindest einen zweiten Flip-Flop-Schaltung angeschlossen. Die Logikschaltung ist dabei zur Auswertung der zeitlichen Detektion einer Änderung des Selektionssignals durch die erste und die zumindest eine zweite Flip-Flop-Schaltung ausgebildet. Der Datenausgang der dritten Flip-Flop-Schaltung ist bevorzugt mit dem Stelleingang des Auswahlmittels gekoppelt. Somit ist an dem Datenausgang der dritten Flip-Flop-Schaltung das Stellsignal der Synchronisationseinrichtung abgreifbar.

Das Verfahren zur Synchronisation eines Datenwortes umfasst neben einem Bereitstellen einer ersten Registereinrichtung und einer zweiten Registereinrichtung für ein vom ersten Schaltungsblock abgegebenes Datenwort ein Auswählen einer der beiden Registereinrichtungen durch ein Selektionssignal. Der Wert des Selektionssignals ist je einem der Registereinrichtungen zugeordnet. Weiterhin wird ein vom ersten Schaltungsblock abgegebenes Datenwort in die ausgewählte Registereinrichtung mit einer steigenden Taktflanke eines ersten Taktsignals übernommen. Das Selektionssignal wird durch Auswerten des zeitlichen Verhaltens des Selektionssignals mit einem zweiten Taktsignal detektiert. Dadurch wird detektiert, welche der beiden Registereinrichtungen zur Übernahme des vom Schaltungsblock abgegebenen Datenworts ausgewählt wurde. Das übernommene Datenwort wird an den zweiten Schaltungsblock nach einer solchen Detektion bei einer steigenden Taktflanke des zweiten Taktsignals abgegeben. Erfindungsgemäß wird somit die Synchronisation auf eine Detektion eines Pegelübergangs im Selektionssignal konzentriert. Diese Detektion erfolgt durch die zeitliche Auswertung eines Vergleichs des Selektionssignals mit dem zweiten Taktsignal.

Es sind daher nur zwei Registereinrichtungen für die Synchronisation notwendig, in die das zu synchronisierende Datenwort abwechselnd übernommen wird. Sobald sichergestellt ist, dass die Registereinrichtung das am Eingang der Schnittstellenvorrichtung anliegende Datenwort übernommen hat, wird dieses mit dem Takt des zweiten Taktsignals am Datenausgang abgegeben.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn das Selektionssignal mit einem ersten und einem zweiten logischen Pegel erzeugt wird. Der erste und der zweite logische Pegel wird mit jeder Taktperiode des ersten Taktsignals invertiert, wobei jedem logischen Pegel eine der beiden Registereinrichtungen zugeordnet ist. Das Selektionssignal ist daher ein Signal, das seinen Pegel mit jeder Periode des ersten Taktsignals invertiert. In bevorzugter Ausführungsform wird das Selektionssignal aus dem ersten Taktsignal durch eine Halbierung des ersten Taktsignals erzeugt. Der logisch hohe Pegel wird dabei der ersten Registereinrichtung zugeordnet, der logisch niedrige Pegel der zweiten Registereinrichtung. Das Selektionssignal kann so bevorzugt direkt für die Erzeugung eines Taktsignals für die Registereinrichtungen verwendet werden.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist dafür ein Phasenversatz einer halben Taktperiode des ersten Taktsignals für die jeweiligen Auswahlsignale am Takteingang der ersten und zweiten Registereinrichtung vorgesehen. Diese Signale können bevorzugt durch ein Anlegen des Selektionssignals und des ersten Taktsignals an ein erstes logisches Gatter sowie ein Invertieren des Selektionssignals und Anlegen des invertierten Selektionssignals und des ersten Taktsignals an ein zweites logisches Gatter erzeugt werden.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird ein drittes und ein viertes Taktsignal mit einem Tastverhältnis von 3:1 erzeugt, wobei das dritte Taktsignal ein Phasenversatz von einer halben Taktperiode zu dem vierten Taktsignal aufweist. Das dritte Taktsignal wird dem Takteingang der ersten Registereinrichtung und das vierte Taktsignal dem Taktsignal der zweiten Registereinrichtung zugeführt. Bei einer steigenden Taktflanke am Takteingang übernehmen somit die Registereinrichtungen ein von dem ersten Schaltungsblock abgegebenes Datenwort.

Das Detektieren des Selektionssignals erfolgt bevorzugt durch Detektieren einer Taktflanke des Selektionssignals mittels einer logischen Auswertung. Die genaue zeitliche Detektion erfolgt dabei über ein Verzögern des zweiten Taktsignals und anschließendes Zuführen des zweiten verzögerten Taktsignals an einen Takteingang einer Flip-Flop-Schaltung. Abhängig von der Verzögerung wird der Datenausgang der Flip-Flop-Schaltung erst dann umgeschaltet, wenn ein Pegelübergang im Selektionssignal erfolgt ist. Die Ausgangssignale des Datenausgangs der Flip-Flop-Schaltungen werden in der Logikschaltung ausgewertet und daraus der Zeitpunkt bestimmt, an dem das in der Registriereinrichtung abgelegte Datenwort an den Ausgang der Synchronisationseinrichtung übernommen werden kann.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der Zeichnungen im Detail erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 ein detailliertes Blockschaltbild einer Schnittstellenvorrichtung,
3 eine bekannte Schnittstellenvorrichtung,
4 ein Zeitdiagramm mit ausgewählten Signalen innerhalb der Schnittstellenvorrichtung.
1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm mit der erfindungsgemäßen Schnittstellenvorrichtung. Eine Schnittstelle wird benötigt, wenn Daten zwischen unterschiedlichen Blöcken ausgetauscht werden, wobei die Schaltungsblöcke mit je einem eigenen Taktsignal getaktet sind. Das Taktsignal für den ersten Schaltungsblock wie auch für den zweiten Schaltungsblock besitzen die gleiche Frequenz, jedoch ist ihre Phasenlage zueinander unterschiedlich. Sie kann zudem durch Jitter bzw. natürliche Schwankungen verändert werden. Die Schnittstellenvorrichtung erlaubt den synchronen Austausch von Daten zwischen den Schaltungsblöcken. Unter dem Begriff synchron ist hier die zeitlich korrekte Abgabe des am Eingang der Schnittstellenvorrichtung vorliegenden Datenworts an ihrem Ausgang gemeint, wenn der zweite Schaltungsblock dieses bereit ist zu übernehmen. Der "synchrone" Austausch stellt so sicher, dass das auszutauschende korrekte Datenwort mit einer Taktflanke des zweiten Taktsignals vom zweiten Schaltungsblock übernommen wird.
Dazu ist eine erfindungsgemäße Schnittstellenvorrichtung 4 zwischen dem Ausgang 11 eines ersten Schaltungsblocks 1 und dem Eingang 21 eines zweiten Schaltungsblocks 2 geschaltet. Die Schnittstellenvorrichtung 4 enthält einen Dateneingang 41 für das zu übertragende Datenwort, der mit dem Eingang 11 des ersten Schaltungsblocks verbunden ist, sowie einen Datenaus gang 42 für die Abgabe eines Datenwortes, welcher an den Eingang 21 des zweiten Schaltungsblocks 2 angeschlossen ist. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Schnittstellenvorrichtung zwei Takteingänge 43 bzw. 44. Am ersten Takteingang 43 liegt ein Taktsignal T1 an, das auch das Taktsignal des ersten Schaltungsblocks 1 ist. Am zweiten Takteingang 44 liegt ein zweites Taktsignal T2 an, das ebenso als Taktsignal für den zweiten Schaltungsblock 2 verwendet wird. Die beiden Eingänge sind somit für Taktsignale des ersten bzw. zweiten Schaltungsblocks 1, 2 ausgebildet.
Der Dateneingang 41 ist jeweils mit einer ersten Registereinrichtung 6 und einer dazu parallel geschalteten Registereinrichtung 7 verbunden. Die beiden Registereinrichtungen 6 und 7 speichern ein am Dateneingang 41 anliegendes Datenwort DW zwischen und geben dies jeweils an ihrem Ausgang ab. Die Speicherung und die Abgabe des Datenwortes wird über je einen Stelleingang 61 bzw. 71 für die Registereinrichtungen 6 bzw. 7 gesteuert. Die Ausgänge der Registereinrichtungen 6 und 7 sind an eine Multiplexereinheit 8 angeschlossen. Die Einheit 8 stellt einen Schalter dar, der abhängig von einem Steuersignal an seinem Steuereingang 81 einen seinen beiden Eingänge 82 bzw. 83 mit seinem Ausgang 84 verbindet. Der Ausgang 84 der Multiplexereinheit 8 ist an den Datenausgang 42 der Schnittstellenvorrichtung 4 angeschlossen.
Die Schnittstellenvorrichtung 4 umfasst weiterhin ein Synchronisationsmittel bzw. eine Synchronisationseinrichtung 5. Das Synchronisationsmittel 5 weist zwei Eingänge 51 und 52 auf. Der erste Eingang 51 ist mit dem ersten Takteingang 43 und der zweite Eingang 52 mit dem zweiten Takteingang 44 verbunden. Die Einrichtung 5 enthält ein Auswahl- oder Selektionsmittel bzw. Selektor 56. Das Selektionsmittel 56 erzeugt aus dem Taktsignal am Eingang 43 ein Selektionssignal. Das Selektionssignal wird als Auswahlsignal entweder am Ausgang 53 bzw. 54 abgegeben. Über das Signal selektiert das Selektionsmittel 56 die Registereinrichtung 6 bzw. 7, so dass die ausgewählte Registereinrichtung das nächste am Dateneingang 41 anliegende Datenwort DW zwischenspeichert.
Beispielsweise erzeugt das Selektionsmittel 56 ein Auswahlsignal und gibt dieses am Datenausgang 53 ab. Mit der nächsten steigenden Taktflanke des ersten Taktsignals am Takteingang 43 wird das Auswahlsignal am Ausgang 53 abgegeben. Die steigende Taktflanke des ersten Taktsignals bewirkt zudem, dass am Dateneingang 41 ein vom Schaltungsblock 1 abgegebenes Datenwort DW anliegt. Durch das Auswahlsignal am Ausgang 53 wird die Registereinrichtung 6 angesteuert, so dass sie das am Dateneingang 41 anliegende Datenwort DW zwischenspeichert. Mit der nächsten steigenden Taktflanke des ersten Taktsignals am Takteingang 43 erzeugt das Selektionsmittel ein Auswahlsignal am Ausgang 54, so dass die Registereinrichtung 7 angesteuert wird. Da mit dieser Taktflanke ein neues Datenwort am Dateneingang 41 anliegt, wird dieses nun in die Registereinrichtung 7 übernommen.
Gleichzeitig gibt das Auswahl- bzw. Selektionsmittel 56 das Selektionssignal an eine Abtastvorrichtung 57 ab. Die Abtastvorrichtung ist mit dem zweiten Eingang 52 und damit mit dem zweiten Takteingang 44 für das zweite Taktsignal verbunden. Die Abtastvorrichtung 57 ist so ausgebildet, dass sie anhand des Selektionssignals erkennt, in welcher Registereinrichtung 6 bzw. 7 das am Dateneingang 41 anliegende Datenwort DW gespeichert wird. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass ein Übergang eines Pegels vom Selektionssignal von einem ersten Pegel auf einen zweiten Pegel stattfindet, wobei der Übergang den Zeitpunkt für eine Übernahme des Datenwortes in die entsprechend ausgewählte Registereinrichtung anzeigt. Sobald die Abtastvorrichtung 57 somit einen Übergang registriert, wird am Datenausgang der ausgewählten Registereinrichtung das übernommene Datenwort abgegeben. Ab diesem Zeitpunkt kann daher das Datenwort an den Datenausgang 42 der Schnittstellenvorrichtung 4 weitergereicht werden.
Dazu erzeugt die Abtastvorrichtung 57 aus dem zweiten Taktsignal am zweiten Takteingang 44 und dem Übergang des Auswahlsignals ein Stellsignal MUX am Stellausgang 55. Der Stellausgang 55 ist an den Stelleingang 81 des Datenmultiplexers 8 angeschlossen. Der Multiplexer 8 schaltet so in Abhängigkeit des Stellsignals MUX am Eingang 81 immer zu dem Zeitpunkt, an dem sichergestellt ist, dass am entsprechenden Eingang 82 bzw. 83 ein gültiges Datenwort anliegt. Durch das Selektionsmittel 56 und die Abtastvorrichtung 57 wird eine Phasenverschiebung der beiden Taktsignale gegeneinander in positiver als auch in negativer Richtung registriert und das Umschalten der Multiplexereinheit 8 so gesteuert, dass die am Dateneingang 41 der Synchronisationsschaltung 4 anliegenden Datenworte takt- und phasensynchron zu dem zweiten Taktsignal am zweiten Takteingang 44 am Datenausgang 42 der Schnittstellenvorrichtung 4 abgegeben werden. Dadurch erfolgt ein Datenaustausch synchron zu den Takten der beiden Schaltungsblöcke 1 und 2.
Ein detailliertes Ausführungsbeispiel der Schnittstellenvorrichtung 4 zeigt 2. Gleiche Bauelemente tragen dabei gleiche Bezugszeichen. Die in 4 gezeigte erfindungsgemäße Schnittstellenvorrichtung ist positiv Taktflanken gesteuert. Eine positive Taktflanke bezeichnet eine steigende Taktflanke, eine negative Taktflanke ist gleichbedeutend mit einer fallenden Taktflanke.
Die in 2 gezeigte Schnittstellenvorrichtung ist zum synchronen Austausch eines Datenwortes aus mehreren parallelen Daten zwischen zwei Schaltungsblöcken ausgebildet. Im vorliegenden Beispiel bilden jeweils sechs parallele Daten ein Datenwort. Die hier dargestellte Schnittstellenvorrichtung lässt sich jedoch auch zur Synchronisation von Datenwörtern mit deutlich mehr parallelen Daten verwenden. Dazu ist lediglich die Anzahl der parallelen Flip-Flop-Schaltungen in den einzelnen Bauelementen des durch eine dicke Linie markierten Datenpfades zu erhöhen.
Der Dateneingang 41 für das Datenwort DW ist an einen Eingang D einer Pufferschaltung 9 aus mehreren parallel geschalteten Flip-Flop-Schaltungen angeschlossen. Die Ausgänge der parallel geschalteten Flip-Flop-Schaltungen bilden den Ausgang Q des Datenpuffers 9 und sind jeweils an den Eingang D der Registereinrichtungen 6 und 7 angeschlossen. Die Registereinrichtungen 6 und 7, die auch als Registerbänke 6 und 7 bezeichnet werden, umfassen ebenfalls mehrere parallel geschaltete Flip-Flop-Schaltungen. Eine Flip-Flop-Schaltung ist dabei für die Speicherung eines Datums des Datenworts vorgesehen. Die Ausgänge Q der Registereinrichtungen 6 und 7 sind mit einer Multiplexereinheit mit den Eingängen 82 bzw. 83 verbunden.
Der Ausgang 84 der Multiplexereinheit 8 ist wiederum an einen Dateneingang D einer zweiten Pufferschaltung 9A angeschlossen. Die Pufferschaltung 9A umfasst wie die Pufferschaltung 9 die gleiche Anzahl an parallel geschalteten Flip-Flops, die an ihren jeweiligen Ausgängen Q ihre Daten an den Datenaus gang 42 abgeben. Der Eingangspuffer 9 wie auch der Ausgangspuffer 9A sind optionale Bestandteile der erfindungsgemäßen Schnittstellenvorrichtung 4, die eine zusätzliche Sicherheit in der Bereitstellung der Daten ermöglichen. Durch die beiden Pufferschaltungen wird ein Schreib- bzw. Lesefehler in den Registereinrichtungen verhindert.
Der Taktsignaleingang der Pufferschaltung 9 ist über einen Inverter 561 an den ersten Takteingang 43 für das erste Taktsignal T1 angeschlossen. Bei einer fallenden oder negativen Taktflanke des ersten Taktsignals T1 liest die Pufferschaltung 9 ein am Eingang 41 anliegendes Datenwort und gibt dieses an ihren Datenausgang Q wieder ab.
Das mit dem Inverter 561 invertierte Taktsignal T1 wird außerdem einem Taktsignaleingang eines D-Toggle-Flip-Flops 60 zugeführt. Der Dateneingang D des D-Toggle-Flip-Flops 60 ist dabei über einen Inverter 601 an den Datenausgang Q des D-Toggle-Flip-Flops 60 angeschlossen. Der Ausgang des D-Toggle-Flip-Flops 60 ist an seinen Eingang rückgekoppelt und invertiert so bei jeder fallenden Taktflanke des ersten Taktsignals T1 seinen Ausgang Q. Es wirkt daher auch als Frequenzteiler. Das an seinem Ausgang abgegebene Signal ist das Selektionssignal SEL für die Auswahl der Registereinrichtung 6 oder 7, die als nächstes ein Datenwort übernimmt.
Der Ausgang Q des D-Toggle-Flip-Flops 60 ist weiterhin an einen ersten Eingang eines logischen UND-Gatters 607 angeschlossen, dessen zweiter Eingang mit dem ersten Takteingang 43 verbunden ist. Der Dateneingang des D-Toggle-Flip-Flops 60, der an den Ausgang des Inverters 601 angeschlossen ist, ist zudem auch mit einem ersten Eingang eines zweiten logischen UND-Gatters 606 verbunden. Der zweite Eingang des logi schen UND-Gatters 606 ist an den ersten Takteingang 43 angeschlossen. Die Ausgänge der logischen UND-Gatter 606 bzw. 607 führen zu jeweils einem Inverter 605 bzw. 604. Der Ausgang des Inverters 605 bildet den Ausgang 53 für das Auswahlsignal R0. Der Ausgang des Inverters 604 bildet den Ausgang 54 für das Signal R1 und ist an den Taktsignaleingang der Registereinrichtung 7 angeschlossen. Das Auswahlsignal R0 wie auch das Auswahlsignal R1 bilden somit ein Taktsignal für die Registereinrichtung 6 und 7. Bei einer steigenden oder positiven Taktflanke der jeweiligen Ausgangssignale R0 bzw. R1 übernehmen diese ein an ihrem Dateneingang D anliegendes Datenwort DW in ihren Zwischenspeicher und geben dies am Ausgang Q ab. Die Takteingänge der beiden Registereinrichtungen 6 bzw. 7 stellen somit die beiden Auswahleingänge 61 bzw. 71 gemäß 1 dar. Das Flip-Flop 60 und die logischen Gatter 606 und 607 bilden das Auswahl- bzw. Selektionsmittel 56.
Die Logikgatter 606 und 607 erzeugen aus dem Selektionssignal SEL und dem ersten Taktsignal T1 die Auswahlsignale R0 und R1, welche jeweils ein Tastverhältnis von 1:3 aufweisen. Die Taktperiode der beiden Signale R0 und R1 ist doppelt so groß wie die Taktperiode des ersten Taktsignals T1. Zusätzlich sind die beiden Signale R0 und R1 zueinander um jeweils eine halbe Periode ihres Taktes phasenverschoben. Dadurch übernimmt die erste Registereinrichtung 6 bei einer steigenden Taktflanke des ersten Taktsignals T1 das an ihrem Dateneingang anliegende Datenwort und gibt dieses am Ausgang Q ab. Bei der nächsten steigenden Taktflanke des ersten Taktsignals T1 übernimmt die zweite Registereinrichtung 7 das an ihrem Dateneingang D anliegende Datenwort DW. Somit wird immer abwechselnd bei jeder Taktperiode das am Eingang anliegende Datenwort von der Registereinrichtung 6 bzw. 7 übernommen und an ihren jeweiligen Ausgang weitergereicht.
Die Information, in welche der beiden Registereinrichtungen 6 bzw. 7 das Datenwort als nächstes übernommen wird, ist wichtig für den synchronen Datenaustausch. Dazu dient die Flip-Flop-Schaltung 61, die mit ihrem Dateneingang an den Datenausgang Q des Toggle-Flip-Flops 60 angeschlossen ist. Der Takteingang des Flip-Flops 61 ist mit dem ersten Takteingang verbunden. Mit jeder steigenden Taktflanke des ersten Taktsignals T1 wird so die Information, in welcher der beiden Registereinrichtungen 6 bzw. 7 gerade aktuelle Daten anliegen, an den Ausgang Q der Flip-Flop-Schaltung 61 in Form des Selektionssignals SEL' weitergereicht. Die Flip-Flop-Schaltung 61 bildet gleichzeitig die Schnittstelle, die das erste Taktsignals T1 und das zweite Taktsignal T2 logisch verknüpft, um so den fehlerfreien Datenaustausch zu gewährleisten.
Nun soll der Auswahlschalter 8 so geschaltet werden, dass er die Registereinrichtung, an der neue Daten anliegen, mit der Pufferschaltung 9A verbindet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass dies mit der steigenden Flanke des Ausgangstaktes T2 erfolgt, so dass die am Dateneingang D der Pufferschaltung 9A anliegenden Daten synchron mit der fallenden Ausgangsflanke des zweiten Taktsignals in die Pufferschaltung 9A übernommen und am Datenausgang 42 der Schnittstellenvorrichtung 4 abgegeben werden können.
Dazu ist der Ausgang Q der Flip-Flop-Schaltung 61 mit jeweils einem Dateneingang eines ersten, zweiten und dritten Abtast-Flip-Flops 63, 64, 65 verbunden. Der Taktsignaleingang des ersten Abtast-Flip-Flops 63 ist an den zweiten Takteingang 44 der erfindungsgemäßen Schnittstellenvorrichtung angeschlossen. Der Taktsignaleingang des zweiten Abtast-Flip-Flops 64 ist über ein Verzögerungsglied 71 mit dem zweiten Takteingang verbunden. Der Takteingang für das dritte Abtast-Flip-Flop 65 ist seinerseits über das Verzögerungsglied 72 und das Verzögerungsglied 71 an den zweiten Takteingang 44 gekoppelt.
Durch die beiden Verzögerungsglieder 71 und 72 wird das zweite Taktsignal T2 verzögert und gelangt zu unterschiedlichen Zeiten an die Takteingänge der Abtast-Flip-Flops 63, 64 bzw. 65. Eine Abtastung des Selektionssignals SEL', welches vom Ausgang Q des Flip-Flops 61 abgegeben wird, wird zu drei verschiedenen Zeitpunkten durchgeführt. Erfolgt während dieses Zeitraums ein Übergang im Selektionssignal SEL' von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel oder umgekehrt, so wird dies von zumindest einem der drei Abtast-Flip-Flops 63, 64 bzw. 65 registriert.
Beispielsweise erfolgt ein Umschalten der Registereinrichtung 6 auf die Registereinrichtung 7 durch das Selektionssignal SEL. Dadurch wird mit einer steigenden Taktflanke des ersten Taktsignals T1 das am Dateneingang 41 anliegende Datenwort DW in die Registerbank 7 übernommen und gleichzeitig eine positive Flanke des Selektionssignals SEL' am Ausgang Q des Flip-Flops 61 erzeugt. Die positive Flanke am Ausgang des Flip-Flops 61 erfolgt beispielsweise zu einem Zeitpunkt, der geringfügig später ist als die steigende Taktflanke des zweiten Taktsignals T2. Dadurch registriert der erste Abtast-Flip-Flop 63 an seinem Dateneingang bei der steigenden Taktflanke des zweiten Taktsignals T2 noch einen niedrigen Pegel des Selektionssignals SEL' und gibt diesen invertiert an seinem Ausgang QN ab.
Durch das Verzögerungsglied 71 wird die steigende Taktflanke des zweiten Taktsignals T2 verzögert. Wechselt während dieser Verzögerungszeit das Selektionssignal SEL' auf den anderen Pegel, so wird dies vom Abtast-Flip-Flop 64 und auch vom Ab tast-Flip-Flop 65 registriert und ein entsprechend invertiertes Signal an ihren Ausgängen QN abgegeben. Dadurch wird angezeigt, dass nun die Registereinrichtung 7 das nächste Datenwort enthält und ihr Ausgang mit dem Ausgang 42 der Schnittstellenvorrichtung 4 zu koppeln ist.
Ein Umschalten der Registerbänke von Bank 6 auf Bank 7 ist durch eine positive Flanke im Selektionssignal SEL bzw. SEL' gekennzeichnet, während ein Umschalten der Registereinrichtung von Einrichtung 7 auf Einrichtung 6 durch die entsprechend negative Flanke repräsentiert wird. Die Abtast-Flip-Flops 63, 64 bzw. 65 detektieren aufgrund der an ihren Takteingängen angeschlossenen Verzögerungsglieder diesen Übergang im Selektionssignal zu verschiedenen Zeitpunkten. Dabei kennzeichnen die logischen Pegel 0-0-1 bzw. 0-1-1 für die invertierenden Ausgänge QN der Abtast-Flip-Flops 63, 64 und 65 eine negative Taktflanke des Selektionssignals SEL' und damit einen Übergang der Registriereinrichtung von 7 nach 6. Die Reihenfolge 1-0-0 und 1-1-0 der Ausgangspegel kennzeichnen einen positiven Übergang des Selektionssignals SEL' und damit einen Übergang der Registereinrichtung von 6 auf 7.
Der Ausgang des ersten Abtast-Flip-Flops 63 ist an einen Inverter 81 und an einen ersten Eingang eines Nicht-UND-Gatters 82 angeschlossen. Der invertierende Ausgang QN des Abtast-Flip-Flops 64 ist mit einem zweiten Eingang des Gatters 82 verbunden. Der invertierte Ausgang QN des Flip-Flops 65 ist an einen Inverter 83 sowie an einen dritten Eingang des Nicht-UND-Gatters 82 angeschlossen. Die Ausgänge der Inverter 81 und 83 sind mit den Eingängen eines Nicht-UND-Gatters 84 verbunden. Der Ausgang des Nicht-UND-Gatters 82 ist an den ersten Eingang eines Nicht-UND-Gatters 85 angeschlossen. Die Ausgänge der beiden Nicht-UND-Gatter 84 und 85 sind mit einem weiteren Nicht-UND-Gatter 86 verbunden. Dessen Ausgang ist an einen Dateneingang einer Selektions-Flip-Flop-Schaltung 90 angeschlossen.
Der Takteingang der Selektions-Flip-Flop-Schaltung 90 ist über ein weiteres Verzögerungsglied 73 mit dem zweiten Verzögerungsglied 72 verbunden. Der invertierte Ausgang QN des Selektions-Flip-Flops 90 ist an den zweiten Eingang des logischen Nicht-UND-Gatters 85 rückgeführt. Zudem ist er über einen Inverter 91, welcher den Ausgang 55 für das Stellsignal MUX bildet, an den Stelleingang 81 des Auswahlmittels 8 angeschlossen. Die komplette Logikschaltung aus den logischen Gattern 81 bis 86 sowie des Selektions-Flip-Flops 90 erzeugt aus den von den Abtast-Flip-Flops abgegebenen Informationsdaten das Stellsignal MUX.
Das Stellsignal MUX schaltet den Auswahlschalter 8 auf den Eingang, an dem das nächste am Datenausgang 42 abzugebene Datenwort anliegt. Das Toggle-Flip-Flop 90, welches mit einer durch die Verzögerungseinrichtungen 71, 72 und 73 verzögerten positiven Taktflanke des zweiten Taktsignals T2 angesteuert wird, gibt so ein Stellsignal MUX an den Stelleingang 81 des Auswahlmittels 8 ab. Die von der Registereinrichtung 6 bzw. 7 abgegebenen Daten werden sicher mit der nächsten fallenden Taktflanke des zweiten Taktsignals T2 von der Pufferschaltung 9A übernommen und an den Datenausgang 42 abgegeben.
Das Verzögerungsglied 73 ist dabei in der zeitlichen Verzögerung des zweiten Taktsignals hinreichend groß. Die Logikschaltung aus den Gattern 81 bis 86 ist bereits vollständig umgeschaltet, bevor die steigende Taktflanke des Taktsignals T2 den Ausgang QN des Toggle-Flip-Flops 90 umschaltet. Weiterhin bleibt ausreichend Zeit, bis zur fallenden Taktflanke des zweiten Taktsignals T2, die das vom Multiplexer 8 abgegebene Datenwort an den Ausgang 42 der Schnittstellenvorrichtung 4 anlegt. Das Selektions-Flip-Flop 90, der Inverter 91 sowie das Auswahlmittel haben dann bereits umgeschaltet. Die dadurch notwendigen Verzögerungen legen die maximale Abtastfrequenz des ersten und des zweiten Taktsignals fest.
Einen zeitlichen Verlauf verschiedener Signale zeigt 3. Die erste Kurve zeigt das erste Taktsignal T1 mit einer bestimmten Frequenz. Nach einer ersten Taktperiode ΔT1 schaltet das Selektionssignal SEL von dem logischen niedrigen Pegel 0 in den logisch hohen Pegel 1. Nach einer weiteren Taktperiode ΔT2 wird das Selektionssignal SEL vom Toggle-Flip-Flop 60 wieder invertiert. Wie zu erkennen, wirkt das Toggle-Flip-Flop als Frequenzteiler für das erste Taktsignal T1. Das Selektionssignal SEL wird zusammen mit dem ersten Taktsignal den logischen Gattern 606 bzw. 607 zugeführt.
Aus der logischen Verknüpfung und der daran angeschlossenen Invertierung durch die Inverter 605 bzw. 604 ergeben sich die Ausgangssignale R1 und R0. Deutlich zu erkennen ist das Taktverhältnis von 1:3, wobei der logisch hohe Pegel für das jeweilige Auswahlsignal R1 bzw. R0 nur eine halbe Taktperiode des ersten Taktsignals T1 lang ist. Weiterhin sind die beiden Signale R1 und R0 zueinander um eine halbe Periode ihrer Taktperiode phasenverschoben. Die jeweilige steigende Flanke des Signals R1 bzw. R0 tritt immer zu dem Zeitpunkt einer steigenden Flanke des ersten Taktsignals auf.
Mit jeder steigenden Taktflanke des Signals R1 übernimmt die Registereinrichtung 7 ein am Eingang anliegendes Datenwort DW. Gleiches gilt für die Registereinrichtung 6. Auch diese übernimmt mit jeder steigenden Taktflanke ihres Taktsignals R0 ein am Eingang anliegende Datenwort. Somit wird abwechselnd bei jeder steigenden Taktflanke des ersten Taktsignals T1 ein am Dateneingang anliegendes Datenwort in die jeweilige Registereinrichtung übernommen.
Zum Zeitpunkt Tx erzeugt das Selektionssignal SEL einen Übergang vom logisch niedrigen auf logisch hohen Pegel, der anzeigt, dass bei der nächsten steigenden Taktflanke des ersten Taktsignals T1 das am Eingang anliegende Datenwort in die Registereinrichtung 7 übernommen werden soll.
Das Selektionssignal SEL wird durch das Flip-Flop 61 aber erst mit der darauf folgenden steigenden Taktflanke des Taktsignals T1 übernommen und als Selektionssignal SEL' an seinem Ausgang Q abgegeben. Es ist also gegenüber dem vom D-Toggle-Flip-Flop 60 erzeugten Selektionssignal SEL um eine halbe Periode phasenverschoben. Das Selektionssignal SEL' besitzt eine steigende Flanke zu dem Zeitpunkt einer steigenden Flanke des Signals R1, eine fallenden Flanke bei einer steigenden Flanke des Signals R0. Zu dem Zeitpunkt, in dem die Registereinrichtung 7 ein Datenwort übernimmt, liegt so an den jeweiligen Dateneingängen der Abtast-Flip-Flops 63 bis 65 das Selektionssignal SEL' mit logisch hohem Pegel an. Dieser ist der Registereinrichtung 7 auch zugeordnet.
Der Ausgangstakt, gegeben durch das zweite Taktsignal T2 ist gegenüber dem ersten Taktsignal T1 um 90° phasenverschoben. Zum Zeitpunkt Tz, bei dem das Selektionssignal SEL' noch nicht gewechselt ist, tritt eine steigende Flanke im zweiten Taktsignals T2 auf. Der Abtast-Flip-Flop 63 registriert somit noch keinen Pegelwechsel des Selektionssignals SEL'. Durch die Verzögerungsglieder 71 bzw. 72 wird die steigende Taktflanke des zweiten Taktsignals T2 aber verzögert und gelangt zu späteren Zeitpunkten an die jeweiligen Takteingänge. Die Abtast-Flip-Flops registrieren einen Pegelwechsel, die sie an ihren Ausgängen abgeben. Die neuen an den Eingängen der Logikgatter 81, 82 und 83 anliegenden logischen Pegel 1-0-0 werden von ihnen verarbeitet und daraus ein Signal mit einem logisch hohen Pegel erzeugt, der dem Selektions-Flip-Flop 90 an seinem Dateneingang D zugeführt wird. Nach einer weiteren Verzögerung durch die Verzögerungseinheit 73 erreicht die steigende Flanke des Taktsignals T2 den Takteingang des Flip-Flops 90 und erzeugt an seinem invertierten Ausgang einen logisch niedrigen Pegel. Mit dem Selektions-Flip-Flop 90 werden so die Information, in welche Registerbank gerade Geschrieben wurde als auch die bisherige Stellung des Multiplexers 8 ausgewertet. Die erste Information ergibt sich aus dem Selektionssignal SEL', die zweite aus dem Ausgang des Selektions-Flip-Flops 90 selbst. Eine Änderung des Ausgangspegels des Selektions-Flip-Flops 90 erfolgt nur dann, wenn sich das Selektionssignal SEL' ändert.
In diesem Ausführungsbeispiel schaltet zum annähernd gleichen Zeitpunkt die Registereinrichtung 7 aufgrund einer steigenden Taktflanke im Signal R1 das an ihrem Dateneingang D anliegende Datenwort auf ihren Ausgang Q. Es liegt somit am Ausgang 83 der Multiplexereinheit 8 an. Das vom Flip-Flop 90 abgegeben und vom Inverter 91 invertierte Stellsignal MUX wird an den Stelleingang 81 der Schalteinrichtung 8 angelegt. Die Schalteinrichtung 8 schaltet daraufhin den Eingang 83 auf ihren Ausgang und führt so das von der Registereinrichtung 7 abgegebene Datenwort dem Eingang D der Ausgangspufferschaltung 9A zu. Bei der nächsten fallenden Taktflanke des Taktsignals T2 wird das Datenwort von der Ausgangspufferschaltung 9A an den Datenausgang 42 der Schnittstellenvorrichtung 4 abgegeben.
Zum Zeitpunkt Ty wechselt das Selektionssignal SEL' auf den logisch niedrigen Pegel und zeigt damit an, dass die Registereinrichtung 6 das nächste Datenwort übernommen hat. Bei der nächsten steigenden Taktflanke des zweiten Taktsignals T2 wird dieser Wechsel des Selektionssignals SEL' erneut registriert, worauf das Selektions-Flip-Flop 90 ein Stellsignal zum Umschalten des Auswahlschalters 8 erzeugt.
Grundlage der Erfindung sind somit zwei Registereinrichtungen, die abwechselnd mit Daten beschrieben werden, wobei immer aus der jeweils anderen Registereinrichtung gelesen wird. Dadurch ist sichergestellt, dass die Daten nicht fehlerhaft sind. Die Synchronisation zwischen den beiden Schaltungsblöcken oder zwischen den beiden Taktsignalen mit gleicher Frequenz, aber unterschiedlicher Phase findet an der Stelle statt, die eine Auswahl für das Auslesen der Registereinrichtungen festlegt. Dies ist das Flip-Flop 61, das die Registereinrichtung angibt, an der bereits neue Daten anliegen. Die Synchronisation erfolgt durch einen zeitlichen Vergleich des Pegelwechsels des Selektionssignals mit dem zweiten Taktsignal. Das Auslesen kann daher mit einer neuen Flanke des zweiten Taktsignals T2 erfolgen, die den Auswahlschalter 8 auf die entsprechende Registerbank schaltet. Mit der anschließenden fallenden Taktflanke des zweiten Taktsignals werden die Daten in die Ausgangspuffer 9 übernommen. Auf zusätzliche Flip-Flop-Schaltungen für die Registereinrichtungen in einer herkömmlichen Synchronisationsschaltung kann daher verzichtet werden.
Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel ist mit positiv Taktflanken gesteuerten Flip-Flop-Schaltungen realisiert. Natürlich ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Sie kann auch mit negativ Taktflanken gesteuerten Flip-Flops implementiert werden. Anstatt der Abtast-Flip-Flops ist eine andere Vergleichslogik denkbar, die einen zeitlichen Zusammenhang zwischen ersten und zweiten Taktsignal herstellt. Auf invertierenden Ausgänge QN der Abtast-Flip-Flops kann bei geeigneter Ausbildung der nachgeschalteten Logik verzichtet werden. Die Logik, die das Selektionssignal SEL' mit dem Signal MUX verknüpft, kann auch in beliebig anderer Form realisiert werden. Dabei invertiert die Logik das Signal MUX, welches das Auswahlmittel umschaltet, immer dann, wenn ein Pegelwechsel im Signals SEL' erfolgt ist. Die logischen Gatter lassen sich nicht nur als UND-Gatter, sondern auch als NAND-Gatter mit Invertern realisieren. Die gesamte Schaltung ist sowohl in CMOS-Logik aber auch reiner MOS-Logik implementierbar.

1, 2: Schaltungsblöcke
3: Synchronisationsschaltung
4: Schnittstellenvorrichtung
6, 7, 32: Registereinrichtungen
5: Synchronisationsmittel
8, 33: Auswahlschalter
43, 44: Taktsignaleingänge
41: Dateneingang
42: Datenausgang
9, 9a: Pufferschaltungen
8: Auswahlschalter
82, 83: Dateneingänge
81: Stelleingang
55: Stellausgang
56: Auswahlmittel
57: Abtastvorrichtung
53, 54: Auswahlausgang
601, 604, 605, 81, 83, 91, 561: Inverter
606, 607, 82, 84, 85, 86: Nicht-UND-Gatter
63, 64, 65: Abtast-Flip-Flops
71, 72, 73: Verzögerungsglied
61: Flip-Flop
62: Toggle-Flip-Flop
T1, T2: Taktsignale
SEL, SEL': Selektionssignale
R1, R2: Auswahlsignal, Taktsignal

Claims

Schnittstellenvorrichtung (4) zum synchronen Austausch eines Datenworts zwischen zwei Schaltungsblöcken (1, 2), umfassend: – einen Dateneingang (41) für ein Datenwort (DW) und einem Datenausgang (42) für das Datenwort (DW); – eine erste Registereinrichtung (6) und eine zweite parallelgeschaltete Registereinrichtung (7) mit je einem an den Dateneingang (42) gekoppelten Eingang, einem Auswahleingang (61, 71) und einem Ausgang, die für eine Speicherung eines eingangsseitig anliegenden Datenworts und zur Abgabe des Datenworts an den jeweiligen Ausgang ausgebildet sind; – ein Auswahlmittel (8), das an den Ausgang der ersten Registereinrichtung (6) und an den Ausgang der zweiten Registereinrichtung (7) angeschlossen ist und zu einer Kopplung des Ausgangs der ersten oder der zweiten Registereinrichtung (6, 7) mit dem Datenausgang (42) abhängig von einem Stellsignal (MUX) ausgebildet ist; – ein erster Takteingang (43) zur Zuführung eines ersten Taktsignals (T1); – einen zweiten Takteingang (44) zur Zuführung eines zweiten Taktsignals (T2); – ein Synchronisationsmittel (52), welches mit dem ersten und dem zweiten Takteingang (43, 44) gekoppelt ist, welches einen an das Auswahlmittel (8) gekoppelten Stellausgang (55) umfasst, welches zur Abgabe eines von dem ersten Taktsignal (T1) abgeleiteten Selektionssignals (SEL) zu einer Auswahl der ersten oder der zweiten Registereinrichtung (6, 7) für eine Speicherung eines am Dateneingang (41) anliegenden Datenworts (DW) ausgebildet ist und welches zur Abgabe des Stellsignals (MUX) an den Stellausgang (55) abgeleitet aus dem Selektionssignal (SEL) und dem zweiten Taktsignal (T2) ausgebildet ist.
Schnittstellenvorrichtung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Registereinrichtung (6, 7) je einen Taktsignaleingang umfassen, der jeweils den Auswahleingang (61, 71) für die erste und die zweite Registereinrichtung (6, 7) bildet und die erste und die zweite Registereinrichtung (6, 7) zur Abgabe eines an ihrem Dateneingang (D) anliegenden Datenworts bei einer Flanke eines vom Selektionssignal (SEL) abgeleiteten Taktsignals (R0, R1) an ihren Ausgang ausgebildet sind.
Schnittstellenvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet durch eine erste Pufferschaltung (9), die zwischen Dateneingang (41) der Schnittstellenvorrichtung (4) und erster und zweiter Registereinrichtung (6, 7) geschaltet ist, die zur Abgabe eines am Dateneingang (41) der Schnittstellenvorrichtung (4) anliegenden Datenworts (DW) an die erste und zweite Registereinrichtung (6, 7) bei einer Taktflanke des ersten Taktsignals (T1) ausgebildet ist.
Schnittstellenvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine zweite Pufferschaltung (9A), die zwischen das Auswahlmittel (8) und Datenausgang (42) der Schnittstellenvorrichtung (4) geschaltet ist und zur Abgabe eines am Auswahlmittel (8) anliegenden Datenworts an den Datenausgang (42) bei einer Taktflanke des zweiten Taktsignals (T2) ausgebildet ist.
Schnittstellenvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Synchronisationsmittel (52) ein Selektionsmittel (56) umfasst, das zur Erzeugung des Auswahlsignals (SEL) zur Auswahl der jeweils anderen Registereinrichtung (6, 7) bei jeder Taktperiode des ersten Taktsignals (T1) ausgebildet ist.
Schnittstellenvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Selektionsmittel (56) eine mit dem ersten Taktsignal (T1) getaktete Flip-Flop-Schaltung (60) umfasst, dessen Datenausgang (Q) über einen Inverter (601) mit einem ersten Eingang eines ersten logischen Gatters (606), mit einem ersten Eingang eines zweiten logischen Gatters (607) und über den Inverter (601) mit seinem Dateneingang (D) gekoppelt ist.
Schnittstellenvorrichtung (4) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweils zweiter Eingang des ersten logischen Gatters (606) und des zweiten logischen Gatters (607) an den ersten Takteingang (43) gekoppelt sind und der Ausgang des ersten logischen Gatters (606) mit dem Auswahleingang der ersten Registereinrichtung (6) und der Ausgang des zweiten logischen Gatters (607) mit dem Auswahleingang der zweiten Registereinrichtung (7) gekoppelt sind.
Schnittstellenvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite logische Gatter (606, 607) je ein logisches UND-Gatter umfasst.
Schnittstellenvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Synchronisationsmittel (52) eine mit dem zweiten Taktsignal (T2) getaktete Abtastvorrichtung (57) umfasst, welche für eine Detektion einer Änderung des Selektionssignals (SEL) und zur Abgabe des Stellsignals (MUX) an das Auswahlmittel (8) ausgebildet ist.
Schnittstellenvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswahlmittel (8) zwei einnehmbare Zustände aufweist, wobei in einem ersten Zustand der Ausgang der ersten Registereinrichtung (6) mit dem Datenausgang (42) der Schnittstellenvorrichtung (4) und in einem zweiten Zustand der Ausgang der zweiten Registereinrichtung (7) mit dem Datenausgang (42) der Schnittstellenvorrichtung (4) gekoppelt ist.
Schnittstellenvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung (57) zur Detektion einer Änderung des Selektionssignals (SEL) eine erste und zumindest eine zweite Flip-Flop-Schaltung (63, 64) umfasst, deren Dateneingängen (D) zur Zuführung des Selektionssignals (SEL) ausgebildet sind, wobei ein Takteingang der ersten Flip-Flopschaltung (63) an den zweiten Takteingang (44) und ein Takteingang der zumindest einen zweiten Flip-Flop-Schaltung (64) über zumindest ein erstes Verzögerungsglied (71) zur zeitlichen Verzö gerung des zweiten Taktsignals (T2) an den zweiten Takteingang (44) angeschlossen sind.
Schnittstellenvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung (57) eine dritte Flip-Flop-Schaltung (90) umfasst, deren Takteingang über ein zweites Verzögerungsglied (72, 73) mit dem zweiten Takteingang (44) gekoppelt ist, deren Dateneingang (D) über zumindest ein Logikgatter an die Datenausgänge der ersten und der zumindest einen zweiten Flip-Flopschaltung (63, 64) angeschlossen ist.
Schnittstellenvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Takteingang der dritten Flip-Flop-Schaltung (90) über das zweite Verzögerungsglied (73, 72) und das zumindest eine erste Verzögerungsglied (71) an den zweiten Takteingang angeschlossen ist.
Verfahren zur Synchronisation eines Datenworts zwischen zwei mit gleicher Frequenz getakteten Schaltungsblöcken (1, 2) umfassend die Schritte: – Bereitstellen einer ersten Registereinrichtung (6) und einer zweiten Registereinrichtung (7) zum Speichern eines vom ersten Schaltungsblock (1) abgegebenen Datenworts (DW); – Auswählen einer der beiden Registereinrichtungen (6, 7) durch ein der jeweiligen Registereinrichtung zugeordneten Wert eines Selektionssignals (SEL); – Übernehmen des von dem ersten Schaltungsblock (1) abgegebenen Datenworts (DW) in die ausgewählte Registereinrichtung (6, 7) mit einer Taktflanke eines ersten Taktsignals (T1); – Detektieren der ausgewählten Registereinrichtung durch Auswerten des zeitlichen Verhaltens des Selektionssignals (SEL) mit einem zweiten Taktsignal (T2); – Abgeben des in der ausgewählten Registereinrichtung (6, 7) übernommenen Datenworts (DW) an einen zweiten Schaltungsblock (2) nach einem Detektieren bei Auftreten einer Taktflanke des zweiten Taktsignals (T2).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Auswählens die Schritte umfasst: – Erzeugen des Selektionssignals (SEL) mit einem ersten und einem zweiten logischen Pegel, der mit jeder Taktperiode des ersten Taktsignals (T1) invertiert wird, wobei der erste logische Pegel der ersten Registereinrichtung (6) und der zweite logische Pegel der zweiten Registereinrichtung (7) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Auswählens die Schritte umfasst: – Anlegen des Selektionssignals (SEL) und des ersten Taktsignals (T1) an ein erstes logisches Gatter (606); – Invertieren des Selektionssignals (SEL) und Anlegen des invertierten Selektionssignals (SEL) und des ersten Taktsignals (T1) an ein zweites logisches Gatter (607);
Verfahren nach Anspruch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Übernehmens die Schritte umfasst: – Erzeugen eines dritten und eines vierten Taktsignals (R0, R1) mit einer halben Taktfrequenz des ersten Taktsignals (T1), wobei das dritte Taktsignal (R0) einen Phasenversatz von einer halben Taktperiode zu dem vierten Taktsignal (R1) aufweist; – Zuführen des dritten und vierten Taktsignals (R0, R1) an jeweils einen Takteingang der ersten und zweiten Registereinrichtung (6, 7), wobei diese bei jeder Taktflanke des dritten und vierten Taktsignals (R0, R1) ein von einem ersten Schaltungsblock (1) abgegebenes Datenwort (DW) übernehmen.
Verfahren nach Anspruch 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Detektieren der ausgewählten Registereinrichtung die Schritte umfasst: – zeitliches Verzögern des zweiten Taktsignals (T2) um eine bestimmte Zeitdauer; – Detektieren einer Pegeländerung im Selektionssignal mit dem zweiten Taktsignal (T2) und dem verzögerten zweiten Taktsignal (T2); – Bestimmen des Zeitpunktes, bei dem das Datenwort (DW) von der ausgewählten Registereinrichtung (6, 7) an den zweiten Schaltungsblock (2) abgegeben werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Abgebens die Schritte umfasst: – Erzeugen eines Stellsignals (MUX); – Schalten einer Schalteinrichtung (8) mit dem Stellsignal (MUX); – Abgeben des Datenwortes (DW) an den zweiten Schaltungsblock (2) bei Auftreten einer Taktflanke des zweiten Taktsignals (T2).