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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Synchronisation
eines Eingangstaktsignals mit einem Ausgangstaktsignal, insbesondere
eine Vorrichtung zur Synchronisation eines in einem Halbleiterchip
verwendeten Taktsignals mit einem vorgegebenen Taktsignal bei gleichzeitiger Regelung
des duty-cycles des Taktsignals, bzw. eine Vorrichtung zur Synchronisation
des intern in einem Halbleiterchip verwendeten Taktsignals mit einem von
außen
dem Halbleiterchip zugeleiteten Taktsignal, wobei gleichzeitig die
Länge des
duty-cycles des Taktsignals geregelt wird.
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Bei
Halbleiter-Bauelementen, insbesondere bei Speicherbauelementen wie – z.B. auf CMOS-Technologie
beruhenden – DRAMs
(DRAM = Dynamic Random Access Memory bzw. dynamischer Schreib-Lese-Speicher)
werden Taktsignale zur zeitlichen Koordination der Verarbeitung
bzw. Weiterschaltung der Daten verwendet. Bei herkömmlichen Halbleiter-Bauelementen
wird dabei üblicherweise ein
auf einer Einzel-Leitung anliegendes und sogenanntes "single ended" Taktsignal CLK verwendet. Die
Daten werden dann beispielsweise jeweils bei der ansteigenden Taktflanke
des Einzel-Taktsignals CLK weitergeschaltet oder verarbeitet (oder
alternativ z.B. jeweils bei der abfallenden Einzel-Taktsignal-Flanke).
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Weiterhin
sind aus dem Stand der Technik sogenannte DDR-Bauelemente, insbesondere DDR-DRAMs
bekannt (DDR-DRAM = Double Data Rate – DRAM bzw. DRAM mit doppelter
Datenrate). In DDR-Bauelementen nach dem Stand der Technik werden
die Daten bei beiden Taktflanken verarbeitet, so dass die Daten
sowohl bei der ansteigenden als auch bei der abfallenden Flanke
des Taktsignals weitergeschaltet bzw. verarbeitet werden. Damit
erfolgt in einem DDR-Bauelement die Weiterschaltung bzw. Verarbeitung
der Daten häufiger
bzw. schneller (insbesondere doppelt so häufig, bzw. doppelt so schnell),
wie bei entsprechenden, herkömmlichen Bauelementen,
bei denen die Verarbeitung bzw. Weiterleitung nur bei einer der
Taktsignalflanken stattfindet.
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Das
solchen Bauelementen zugeführte
Taktsignal weist eine sehr hohe Frequenz auf. Das Taktsignal kann
daher zur Erhöhung
der Störunempfindlichkeit
einmal als Taktsignal CLK und parallel dazu als invertiertes Taktsignal
bCLK auf einer weiteren Leitung dem Bauelement zugeleitet werden,
so dass zwei Taktsignalleitungen an das Bauelement geführt werden.
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Bei
derartigen getakteten Systemen ist es zum einen wichtig, dass von
dem Halbleiterbaustein abgegebene Signale immer mit gleicher Taktfrequenz
wie das Eingangstaktsignal CLK ausgegeben werden, also mit gleicher
Taktfrequenz wie das Eingangstaktsignal CLK an den Ausgängen des
Halbleiterchips anliegen. Zum Anderen müssen die Signale zeitlich auch
so mit dem Eingangstaktsignal CLK abgestimmt sein, dass die Flanken
der Ausgangssignale mit den Flanken des Eingangstakts CLK zeitlich zusammenfallen,
so dass die Signale für
die weitere Verarbeitung in einem nachfolgenden Bauelement synchronisiert
sind. Die Ausgangssignale eines solchen Bauelementes dürfen also
keine Phasenverschiebung gegenüber
dem zugeleiteten Eingangstaktsignal aufweisen. Zum anderen ist für DDR-Bauelemente notwendig,
dass zwischen den Flanken des Taktsignals CLK bzw. bCLK möglichst gleichviel
Zeit verstreicht, so dass beide Taktzustände – High und Low – gleich
lang dauern. Der sogenannte „duty-cycle", der definiert ist
als Verhältnis
der Zeitdauer des positiven Signalanteils, also High, zur Taktlänge des
Taktsignals, sollte demzufolge möglichst
50% betragen. Das in einem DDR-Halbleiterchip verwendete Taktsignal
muss damit mit dem extern anliegenden Taktsignal CLK synchronisiert
sein und weiterhin einen duty cycle von möglichst genau 50% aufweisen.
Analog gilt dies für
das invertierte Taktsignal bCLK.
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Das
oder die externen Taktsignale, also das Taktsignal CLK und das hierzu
invertierte Taktsignal bCLK, wird bzw. werden von einem entsprechenden, mit
dem Bauelement verbundenen, externen Taktsignal-Geber erzeugt. Zur
gewünschten
Synchronisation des in dem Halbleiterbauelement verwendeten Taktsignals
DQS bzw. des invertierten Taktsignals bDQS mit den extern zugeleiteten
Eingangstaktsignalen CLK bzw. bCLK ist die Verwendung einer Taktsignal-Synchronisationseinrichtung,
beispielsweise einer sogenannten Delay-Locked-Loop (DLL), aus dem
Stand der Technik bekannt. Eine solche DLL verzögert das extern zugeführte Taktsignal
CLK bzw. bCLK so, dass diese Verzögerung zusammen mit der in
dem nachfolgenden Halbleiterbaustein unvermeidlich auftretenden
inhärenten
Taktverzögerung
bewirkt, dass die Flanken der Ausgangssignale des Halbleiterelements
mit den Flanken des Taktsignals CLK bzw. bCLK synchronisiert sind
und keine Phasenverschiebung aufweisen, also zeitlich zusammenfallen.
Dabei werden bei Frequenzänderungen der
Taktsignale CLK bzw. bCLK die in dem Halbleiterbauelement verwendeten
Taktsignale DQS bzw. bDQS in der Verzögerung entsprechend nachgeregelt.
Eine solche DLL Schaltung ist beispielsweise aus der
EP 964 517 12 bekannt.
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Eine
Taktsignal-Synchronisationseinrichtung weist beispielsweise eine
erste Verzögerungseinrichtung
(delay chain) auf, der das externe Taktsignale CLK bzw. bCLK als
Eingangssignal zugeleitet wird und dieses verzögert. Das Ausgangstaktsignal der
Verzögerungseinrichtung
wird – üblicherweise sowohl
einem Off-chip-driver (OCD), jedenfalls auch – einem Feedback-Delay Element
zugeführt.
In dem Feedback-Delay Element sind die Verzögerungseigenschaften des Halbleiterbauelements
nachgebildet, welches im Signalweg des Ausgangstaktsignals der Vorrichtung
nachfolgt und für
welches das Eingangstaktsignal CLK synchronisiert werden soll. Das Feedback-Delay
Element ist somit eine zweite Verzögerungseinrichtung und verzögert das
ihr zugeführte Signal – idealerweise – so wie
das Halbleiterbauelement, welches das Ausgangssignal der Vorrichtung als
Taktsignal erhält.
Das Ausgangssignal (FB) des Feedback-Delay Elements wird einem Phasenvergleichselement,
beispielsweise einem Komparator bzw. Phasendetektor als Eingangssignal
zugeleitet, welcher das Signal FB mit dem Eingangstaktsignal CLK
vergleicht. Das Ausgangssignal des Phasenvergleichselements, welches
die Phasenverschiebung zwischen den Signalen FB und CLK beschreibt
wird einem Steuerelement zugeführt,
welches über
ein entsprechendes Steuersignal die in dem ersten Verzögerungselement
(delay chain) bewirkte Verzögerung
auf den gewünschten
Wert einregelt. Eilt die Phase des FB Signals dem CLK Signal voraus,
so bewirkt das Steuerelement über
ein Inkrement-Signal eine schrittweise Vergrößerung der Verzögerung. Analog
bewirkt das Steuerelement mit Hilfe eines an das erste Verzögerungselement
signalisierten Dekrement-Signals die Verringerung der Verzögerung,
falls das FB Signal dem CLK Signal in der Phase hinterher läuft. Dieser
Regelkreis der Delay Locked Loop (DLL) bewirkt damit, dass das von
dem OCD abgegebene Signal gegenüber
dem Eingangstaktsignal – wie oben
beschrieben und gewünscht – verzögert ist. Eine
solche – in
ihrer Funktionsweise stark verkürzt dargestellte – Taktsignal-Synchronisationseinrichtung
weist jedoch den Nachteil auf, dass der duty cycle des Ausgangstaktsignals
nicht verändert
wird, sondern denjenigen Wert aufweist, den das der Vorrichtung
zugeleitete Eingangstaktsignal CLK aufweist.
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Aus
dem Stand der Technik sind zur Anpassung des duty cycle beispielsweise
Schaltungen bekannt, die in Reihe zu einer Taktsignal-Synchronisationseinrichtung,
also einer DLL, in den Pfad eines Taktsignals geschaltet werden.
Eine solche von der Anpassung der Verzögerung separate Anpassung des
duty cycles weist jedoch gegenüber
einer Kombination in einer Schaltung Nachteile auf. Bei einer Integration
eines sogenannten Duty Cycle Correctors (DCC) in eine DLL könnten beispielsweise
mindestens die zur Pegelanpassung notwendigen Ein- und Ausgangsstufen
gemeinsam verwendet werden.
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In
der US 2003/0067015 A1 und der Entgegenhaltung Chunseok Jeong et
al.: «Digital
delay locked loop with open-loop digital duty cycle corrector for
1,2Gb/s/pin double data rate SDRAM» in: Proceeding of the 30th European Solid-State Circuits Conference
2004, ESSCIRC 2004, September 2004, S. 379–382 sind Beispiele für Verzögerungsregelschleifen
zur Synchronisation von Eingangstaktsignalen gezeigt, bei denen
schaltungstechnische Maßnahmen
vorgesehen sind, mit denen das Tastverhältnis (bzw. der duty cycle)
von Taktsignalen geregelt wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neuartige Vorrichtung
und ein neuartiges Verfahren zur Synchronisation von Taktsignalen
vorzuschlagen, insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren,
mit denen die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile – zumindest
teilweise – vermieden
werden.
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Die
Erfindung erreicht dieses und andere Ziele durch den Gegenstand
der Ansprüche
1 und 9.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einem
Grundgedanken der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Synchronisation
eines Eingangs- mit einem Ausgangstaktsignal vorgeschlagen, mit:
- (a) einer ersten variablen, steuerbaren Verzögerungseinrichtung
zur Erzeugung eines ersten Taktsignals und mindestens eines zweiten
Taktsignals aus einem der ersten Verzögerungseinrichtung zugeleiteten
Taktsignal, und
- (b) einer zweiten Verzögerungseinrichtung,
welche die Eigenschaften der Verzögerung von das Ausgangstaktsignal
verarbeitenden Bauelementen nachbildet, sowie
- (c) einer ersten Phasenvergleichseinrichtung zur Ermittlung
der Phase zwischen dem Eingangstaktsignal und einem durch die zweite
Verzögerungseinrichtung
verzögerten
Taktsignal, und,
- (d) einer ersten Steuereinrichtung zur Steuerung der Verzögerung des
zweiten Taktsignals in der ersten Verzögerungseinrichtung entsprechend der
durch die erste Phasenvergleichseinrichtung ermittelten Phase, gekennzeichnet
durch,
- (e) eine bistabile Kippstufe zur Steuerung der Flanken des der
ersten Verzögerungseinrichtung zugeleiteten
Taktsignals,
- (f) eine zweite Phasenvergleichseinrichtung zur Ermittlung der
Phase zwischen dem ersten, mittels der ersten Verzögerungseinrichtung
verzögerten
Taktsignal und dem Eingangstaktsignal und
- (g) eine zweite Steuereinrichtung zur Steuerung der Verzögerung des
ersten Taktsignals entsprechend der durch die zweite Phasenvergleichseinrichtung
ermittelten Phase.
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In
vorteilhafter Weise wird mit einer solchen Vorrichtung zum einen
die Länge
des duty cycles geregelt, zum Anderen wird das erste Signal, welches denselben
duty cycle wie das zweite Signal aufweist, mit der gewünschten
Verzögerung
beaufschlagt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand des in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 eine
schematische Darstellung der in 1 verwendeten
ersten Verzögerungseinrichtung;
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3 eine
schematische Darstellung der Taktsignale bei der Korrektur des duty
cycles;
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4 eine schematische Darstellung der Signalabgriffe
in der ersten Verzögerungseinrichtung.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Synchronisationsvorrichtung 1,
der ein Taktsignal CLK und ein invertiertes oder differentielles
Taktsignal bCLK über
einen sogenannten Input Receiver 2 zugeleitet werden. Der
Input Receiver 2 erzeugt aus den zugeführten Taktsignalen CLK bzw.
bCLK ein Referenztaktsignal REFCLK, welches in der Spannung den
Erfordernissen der Synchronisationsvorrichtung 1 angepasst
ist.
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Das
Taktsignal REFCLK wird über
eine Leitung 3 auf den Set-Eingang einer bistabilen Kippstufe 4 geführt. Die
bistabile Kippstufe kann beispielsweise ein Flipflop sein. Das Ausgangssignal
der bistabilen Kippstufe 4 wird damit durch eine ansteigende
Flanke des Referenztaktsignals REFCLK auf High- Pegel gesetzt, so dass die bistabile
Kippstufe 4 die ansteigende Flanke des Taktsignals REFCLK
durchleitet. Das Ausgangssignal der bistabilen Kippstufe 4 wird über die
Leitung 5 als Eingangssignal VDL_IN einer ersten Verzögerungseinrichtung 6,
einer sogenannten Variablen Delay Line, zugeführt. Der High-Pegel des Eingangssignals
VDL_IN der ersten Verzögerungseinrichtung 6 bleibt
solange in dem Zustand High, bis dieser über ein Signal, welches an
dem Reset-Eingang der bistabilen Kippstufe 4 anliegt, auf Low
gesetzt wird. Ein solches Signal kann beispielsweise eine ansteigende
Signalflanke sein.
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Die
Verzögerungseinrichtung 6 weist
mindestens zwei, im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Ausgänge auf,
an denen drei synchronisierte Signale P1,
P2, Pdc anliegen.
Da die Ausgangssignale P1, P2 und
Pdc von demselben Eingangssignal VDL_IN
abgeleitet und nur mit verschiedenen Verzögerungen T1, T2,
Tdc abgegriffen werden, weisen die Signale
P1, P2, Pdc dieselbe Frequenz und denselben duty-cylce
auf.
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Das
von der Verzögerungseinrichtung 6 bereitgestellte
Signal Pdc wird über eine Leitung 7 auf den
Reset-Eingang der bistabilen Kippstufe 4 geleitet, so dass
eine ansteigende Flanke des Referenztaktsignals REFCLK in der ersten
Verzögerungseinrichtung 6 um
einen ersten Verzögerungswert
Tdc verzögert
wird und anschließend,
nachdem die ansteigende Flanke das erste Verzögerungselement 6 durchlaufen
hat, über
den RESET-Eingang
der bistabilen Kippstufe 4 das Eingangssignal VDL_IN der ersten
Verzögerungseinrichtung 6 auf
Low-Pegel setzt. Über
diesen Verzögerungswert
Tdc kann damit gesteuert werden, wie lange
der High-Pegel des Eingangssignals VDL_IN der ersten Verzögerungseinrichtung 4 dauert.
Dabei ist zu beachten, dass die gesamte Dauer des High-Pegels des
VDL_IN Signals die Summe des Verzögerungswertes Tdc und
der inhärenten
Signalverzögerung
durch die bistabile Kippstufe 4 ist.
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Das
Signal Pdc wird weiterhin einer Phasenvergleichseinrichtung 8 zugeführt, die
ein Komparator sein kann, und die über die Leitung 9 das
Referenztaktsignal REFCLK als Eingangssignal erhält. Die Phasenvergleichseinrichtung 8 ermittelt
die Phase, also die Zeitdauer, zwischen der fallenden Flanke des
Signals Pdc und der ansteigenden Flanke
des Referenztaktsignals REFCLK und generiert ein entsprechendes
Signal, welches über
die Leitung 10 an eine Steuereinrichtung 11 geleitet
wird. Basierend auf diesem Signal ermittelt die Kontrolleinrichtung 11 ein Steuersignal
CTRLdc und leitet dieses über die
Leitung 12 zu der ersten Verzögerungseinrichtung 6. Mittels
des Steuersignals CTRLdc bewirkt die Steuereinrichtung 11 eine
Verlängerung
der Verzögerungszeit
Tdc, falls die fallende Flanke des Signals
Pdc zeitlich vor der nächsten steigenden Flanke des
Referenztaktsignals REFCLK liegt. Folgt die fallende Flanke des
Signals Pdc dem Referenztaktsignal REFCLK,
so bewirkt die Steuereinrichtung 11 entsprechend eine Verkürzung der
Verzögerungszeit
Tdc. Auf diese Weise wird über die
Regelung der Verzögerungszeit
Tdc die Dauer des duty cycle des Signals VDL_IN
so geregelt, dass dieser 50% beträgt.
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Eine Änderung
des Referenztakts REFCLK würde
zunächst
eine Abweichung des duty cycle Wertes von 50% bewirken. Bei einer
Erhöhung
der Frequenz CLK bzw. bCLK und einem daraus resultierenden höheren Referenztakt
REFCLK würde
die nächste
steigende Flanke des Referenztaktsignals REFCLK zeitlich vor der
fallenden Flanke des Signals Pdc liegen.
Dieses zeitliche Auseinanderlaufen der Flanken würde jedoch durch ein entsprechendes Steuersignal
CTRLdc der Steuereinrichtung 11,
welche eine Verkürzung
der Verzögerungszeit
Tdc bewirkt, verhindert werden. Entsprechend
wird bei einer Verringerung der Frequenz des ersten Taktsignals CLK
bzw. bCLK die Verzögerungszeit
Tdc vergrößert, so dass in beiden Fällen der
Frequenzänderung
der duty cycle Wert nachgeregelt wird.
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Die
erste Verzögerungseinrichtung 6 erzeugt aus
dem Eingangssignal VDL_IN die Taktsignale P1 und
P2, die auf den Leitungen 13 bzw. 14 geleitet
werden. Das Taktsignal P1 wird aus dem Signal
VDL_IN durch eine Verzögerung
T1 abgeleitet, das Taktsignal P2 wird
analog mit einer Verzögerung
von T2 aus VDL_IN abgeleitet, so dass beide
Taktsignale P1, P2 den
gleichen duty cycle wie das Signal VDL_IN aufweisen, gegenüber diesem
jedoch um die Verzögerungszeit
T1 bzw. T2 verzögert sind.
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Eines
der Taktsignale P1, P2 wird über einen Multiplexer 15 als
Signal Delayed CLocK (DCLK) weitergeleitet und über die Leitung 16 einer
zweiten Verzögerungseinrichtung 17,
einem sogenannten Feedback Delay, zugeleitet. Die zweite Verzögerungseinrichtung 17,
die einstellbar ist, verzögert
das zugeführte
Signal DCLK um die Zeitspanne, um die das aus der Vorrichtung austretende
Ausgangstaktsignal DQ bzw. DQS in den nachfolgenden, hier nicht dargestellten
Bauelementen, und um die inhärente Verzögerung des
Input Receivers 2 und des Output Drivers 24 verzögert wird.
Das Ausgangssignal FeedBack CLocK (FBCLK) ist damit gegenüber dem ersten
Taktsignal CLK bzw. bCLK um die Zeitspanne verzögert, wie beim Austritt aus
dem im Signalpfad des Ausgangstaktsignals DQ nachfolgenden, hier nicht
dargestellten Halbleiterbaustein.
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Mittels
der Phasenvergleichseinrichtung 18, die das Referenztaktsignal
REFCLK und das Signal FBCLK als Eingangssignale erhält, wird
die zeitliche Lage, also die Phasenlage, der beiden Signale REFCLK
und FBCLK zueinander ermittelt und über die Leitung 19 an
die Steuereinrichtung 20 geführt. Die Steuereinrichtung 20 steuert über die
Steuersignale CTRL1 und CTRL2 die Länge der Verzögerungswerte
T1 und T2 und damit
wie lange die Signale P1 bzw. P2 gegenüber dem
VDL_IN Signal verzögert
werden. Die Verzögerungswerte
T1 und T2 werden
dabei schrittweise so lange verändert,
bis gleiche Signalflanken der Signale REFCLK und FBCLK zeitlich
aufeinander fallen. Die Signale P1 und P2 werden so in an sich bekannter Weise gegenüber dem
ersten Taktsignal CLK bzw. bCLK um die gewünschte Zeitdauer T1 bzw.
T2 verzögert.
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Die
Taktsignale P1 und P2 sind
gegenüber dem
Signal VDL_IN um den gleichen Bruchteil eines Taktes, nicht jedoch
um die gleiche Anzahl an ganzen Taktzyklen verzögert. Eines der Signale P1 oder P2 ist demzufolge
um eine ganze Anzahl von Taktzyklen gegenüber dem anderen verzögert. Prinzipiell
können
daher beide Signale P1, P2 als
DCLK Signal ausgewählt
werden. In der Praxis wird jedoch dasjenige Signal gewählt, welches
in der ersten Verzögerungseinrichtung 6 weniger
verzögert
wurde und aufgrund der geringeren Anzahl an durchlaufenen Verzögerungselementen
weniger verzerrt ist.
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Die
Taktsignale P1 und P2 werden
einer Phasenvergleichseinrichtung 21 zugeleitet. Wird bei
der Regelung der Verzögerung
T1 oder T2 eine
Grenze der ersten Verzögerungseinrichtung
erreicht, so kann mit Hilfe dieser Phasenvergleichseinrichtung 21 ermittelt
werden, an welchem anderen, neuen und um mindestens einen Taktzyklus
verschobenen Punkt der ersten Verzögerungseinrichtung 6 das
entsprechende Signal P1 oder P2 zukünftig abzugreifen
ist. Über
den Multiplexer 15 kann hierbei auf das jeweils andere
Taktsignal, also P2 oder P1,
als DCLK Signal umgeschaltet werden.
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Schließlich weist
die Vorrichtung noch einen sogenannten Output Driver 24 auf,
der das DCLK Signal in der Spannung entsprechend den Anforderungen
der in dem Signalpfad des Ausgangstaktsignals DQ nachfolgenden Bauelemente
anpasst.
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Die
Vorrichtung ermöglicht
damit zum einen eine Anpassung des duty cycle des Ausgangstaktsignals
DQ, zum anderen die gewünschte
Verzögerung
und Synchronisation des Ausgangstaktsignals DQ, so dass die Ausgangssignale
der in dem Signalpfad des Ausgangstakts nachfolgenden Bauelemente
gleichphasig zu dem Eingangstaktsignal CLK bzw. bCLK sind.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer sogenannten Variable Delay Line,
wie sie als erste Verzögerungseinrichtung 6 in 1 verwendet werden
kann. Die Verzögerungseinrichtung 6 weist eine
Reihenschaltung von Verzögerungselementen 22 auf,
die das von der linken Seite zugeleitete Taktsignal CK um – idealerweise – jeweils
die gleiche Zeitdauer verzögern.
Für jedes
der verzögerten
Taktsignale P1, P2 und
Pdc werden jeweils zwei oder mehr Signale
zwischen den Verzögerungselementen 22 an Abgreifstellen 25 abgegriffen.
Die Abgreifstellen 25 können
dabei entsprechend der Steuersignale CTRL1, CTRL2 sowie CTRLdc über
die Multiplexer 23 auf die Signalleitungen P1a, P1b und
P2a, P2b sowie Pdca, Pdcb geschaltet werden, so dass der Betrag der
zeitlichen Verzögerung
für jede
Signalleitung steuerbar ist. Zur Generierung eines Taktsignals P1, P2 bzw. Pdc aus den abgegriffenen Signalen werden immer
zwei Leitungen 26 mit verschiedenen Abgreifstellen 25 über die
Schaltzustände
der Multiplexer 23 ausgewählt. Das für ein Taktsignal P1,
P2 bzw. Pdc abgegriffe ne
Paar an Signalen wird dann jeweils einem in dieser Zeichnung nicht
dargestellten Phaseninterpolator zugeführt, der aus den zugeführten Signalen ein
zwischen den Flanken liegendes Signal P1,
P2 bzw. Pdc generiert
und der damit die Auflösung
der Verzögerungskette
erhöht.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Referenztaktsignals
REFCLK und des Signals Pdc zu den Zeitpunkten
t1, t2 und t3.
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Das
Referenztaktsignal REFCLK ist zu allen Zeitpunkten unverändert. Dieses
ist daher hier nur einmal dargestellt. Zur Verdeutlichung ist in
diesem Beispiel der High Level des Referenztaktsignals sehr kurz,
so dass der duty cycle des Signals Pdc erheblich weniger
als die gewünschten
50% beträgt.
Die gestrichelten Pfeile zeigen an, welche Signalflanke von welcher
eines anderen Signals abgeleitet ist.
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Der
Zeitpunkt t = t1 zeigt den Einschaltzeitpunkt. Zu diesem Zeitpunkt
wird das Signal VDL_IN nur wenig durch die erste Verzögerungseinrichtung 6 verzögert. Der
Verzögerungswert
Tdc ist nahezu Null. Die steigende Flanke
des Taktsignals VDL_IN ist gegenüber
der steigenden Flanke des Referenztaktsignals REFCLK um eine sehr
kleine Zeitspanne verzögert – also nach
rechts verschoben –,
die durch die inhärente
Verzögerung
der bistabilen Kippstufe 4 bewirkt ist. Die steigende Flanke
des Signals Pdc ist die durch die erste
Verzögerungseinrichtung 6 geleitete steigende
Flanke des VDL_IN Signals. Die fallende Flanke des VDL_IN Signals
wird durch die Leitung des Signals Pdc auf
den RESET-Eingang der bistabilen Kippstufe 4 bewirkt. Die
steigende Flanke des Signals Pdc bewirkt,
das die bistabile Kippstufe 4 ihren Ausgangspegel – zurück – auf Low
setzt und damit die fallende Flanke des VDL_IN Signals bewirkt.
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Diese
fallende Flanke des VDL_IN Signals durchläuft – ebenso wie die steigende
Flanke – die erste
Verzögerungseinrichtung 6.
Die steigende Flanke des nächsten
Taktzyklus wird dann wieder durch die steigende Flanke des Referenztaktsignals REFCLK
bewirkt, sobald diese dem Set-Eingang der bistabilen Kippstufe 4 zugeleitet
wird.
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Zum
Zeitpunkt t2 ist die Verzögerung
Tdc bereits auf einen größeren Wert geregelt, so dass
die steigende Flanke des Signals Pdc gegenüber der
steigenden Flanke des Signals VDL_IN erst nach einer – im Vergleich
zum Zeitpunkt t1 – längeren Verzögerung aus
der ersten Verzögerungseinrichtung 6 austritt.
Sobald jedoch die steigende Flanke des Signals Pdc die
erste Verzögerungseinrichtung 6 durchlaufen hat
und damit am Reset-Eingang der bistabilen Kippstufe 4 anliegt,
bewirkt dies wieder die fallende Flanke des Signals VDL_IN. Die
geringe Verzögerung zwischen
der steigenden Flanke des Signals Pdc und der
fallenden Flanke des Signals VDL_IN bleibt unverändert, da diese die inhärente Verzögerung der bistabilen
Kippstufe 4 ist. Die fallende Flanke des VDL_IN wird nun
mit demselben Wert Tdc wie die steigende
Flanke in der ersten Verzögerungseinrichtung 6 verzögert und
ist nach dieser Zeitdauer Tdc die fallende
Flanke im Signal Pdc.
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Zum
Zeitpunkt t3 ist die Verzögerungszeit
Tdc schrittweise soweit erhöht worden,
dass die fallende Flanke des Signals Pdc zeitgleich
zur steigenden Flanke des Referenztakts REFCLK ist. Der Verzögerungswert
Tdc weist nun den gewünschten Betrag auf.
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4 zeigt eine schematische Darstellung der
Signalabgriffe in der ersten Verzögerungseinrichtung 6 mit
Bezug auf das Referenzsignal REFCLK bei drei verschieden Situationen.
Jedes Kästchen symbolisiert
dabei ein Verzögerungselement 22 der ersten
Verzögerungseinrichtung 6.
Die Bezeichnungen in den Kästchen
symbolisieren die Abgriffe für die
jeweiligen Signale P1, P2 und
Pdc.
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4a zeigt
den eingeregelten Zustand bei konstanter Taktfrequenz f1. Das Signal
P1 wird nach einem, das Signal Pdc nach drei und das Signal P2 wird
nach 7 Verzögerungselementen 22 abgegriffen. Dieser
Zustand entspricht dem in 2 dargestellten,
in dem ebenso das Signal P1 nach einem,
das Signal Pdc nach drei und das Signal
P2 nach 7 Verzögerungselementen abgegriffen
wird. Wie hier dargestellt, beträgt
die Verzögerung
des Signals P2 gegenüber P1 genau
eine Taktlänge.
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4b zeigt
einen eingeregelten Zustand bei einer konstanten Taktfrequenz f2,
die erheblich höher
als die Taktfrequenz f1 ist. Aufgrund der höheren Frequenz f2 sind die
Verzögerungen
aller Signale geringer als bei der niedrigeren Frequenz f1. Insbesondere
die Verzögerung
Tdc des Signals Pdc,
die maßgeblich
den duty cycle vorgibt, ist verringert und damit der erhöhten Frequenz
und der daraus resultierenden kürzeren
Taktdauer angepasst. Die Verzögerung
des Signals P2 gegenüber dem Signal P1 beträgt ebenso – wie bei
der geringeren Taktfrequenz f1 – genau
einen Takt und ist wegen der höheren
Frequenz und der daraus resultierenden kürzeren Taktdauer – im Vergleich
zu der entsprechenden Verzögerung
bei niedrigerer Frequenz – kleiner.
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4c zeigt
einen eingeregelten Zustand bei einer Taktfrequenz f3, die geringfügig höher als die
Frequenz f2 ist. Zur Anpassung der Verzögerung des Taktsignals P1 an die – gegenüber der Frequenz f2 – verkürzte Taktdauer
muss das Taktsignal weniger verzögert
werden, so dass das Taktsignal P1 an einem
in der ersten Verzögerungseinrichtung 6 früher liegenden
Abgriff zwischen zwei Verzögerungselementen
abgegriffen werden muss. Da das Taktsignal P1 jedoch
bereits bei der Frequenz f2 nach einem Verzögerungselement 22 abgegriffen
wurde – siehe 4b – führt die
Erhöhung
der Taktfrequenz dazu, dass der Abgriff des Taktsignals P1 nicht weiter auf eine geringere Verzögerung verändert werden
kann. Dieser sogenannte Underflow führt dazu, dass das Taktsignal
P2, dessen Abgriff an die geringere Taktdauer
angepasst wurde, mittels des Multiplexers als Taktsignal DCLK geschaltet
wird.
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Mittels
der Phasenvergleichseinrichtung 21 und der Steuereinrichtung 20 wird
dann für
den Abgriff des Taktsignals P1 ein neuer
Abgreifpunkt in der ersten Verzögerungseinrichtung 6 ermittelt,
der eine größere Verzögerung T1 aufweist als der Abgriff des Taktsignals
P2, wobei die Verzögerung ein ganzes Vielfaches
der Taktdauer beträgt.
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Würde dann
im Falle einer weiteren Erhöhung
der Taktfrequenz nochmals ein Underflow auftreten, so dass die Verzögerung für das Taktsignal
P2 nicht weiter verringert werden könnte, so
könnte dann
das Taktsignal P1 über den Multiplexer 15 als Taktsignal
DCLK geschaltet werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
bietet damit die Funktion einer Delay Locked Loop zur Synchronisation
eines Eingangstaktsignals CLK mit einem Ausgangstaktsignal DQS bei
gleichzeitiger Regelung des duty cycles des Ausgangstaktsignals DQS
auf 50%.
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- 1
- Taktsignal-Synchronisationsvorrichtung
- 2
- Input-Receiver
- 3
- Leitung
- 4
- bistabile
Kippstufe
- 5
- Leitung
- 6
- erste
Verzögerungseinrichtung
- 7
- Leitung
- 8
- Phasenvergleichseinrichtung
- 9
- Leitung
- 10
- Leitung
- 11
- Steuereinheit
- 12
- Leitung
- 13
- Leitung
- 14
- Leitung
- 15
- Multiplexer
- 16
- Leitung
- 17
- Verzögerungseinrichtung
- 18
- Phasenvergleichseinrichtung
- 19
- Leitung
- 20
- Steuereinheit
- 21
- Phasenvergleichseinrichtung
- 22
- Verzögerungselement
- 23
- Multiplexer
- 24
- Output
Driver
- 25
- Abgreifstelle
- 26
- Leitung