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Die
Erfindung betrifft einen digitalen Regelkreis sowie ein Verfahren
zur Erzeugung von Taktsignalen mit hoher Phasenstabilität.
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Zur
Erzeugung von Taktsignalen in integrierten Schaltungen wird oft
eine Vielzahl von Taktsignalen mit unterschiedlichen Phasenlagen
relativ zueinander benötigt.
Zur Phasenerzeugung sowie zur Phasenregelung in der schnellen seriellen
Datenübertragung
werden analoge oder digitale Regelschleifen verwendet.
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4A zeigt
eine herkömmliche
digitale Regelschleife, die die Phasenerzeugung, d. h. die Erzeugung
von Taktsignalen mit unterschiedlichen Phasenlagen zueinander, durch
Verwendung einer digital gesteuerten Verzögerungsleitung DL (delay line)
erreicht. Die Regelschleife besteht aus einem Phasendetektor PD,
einem digitalen Schleifenfilter DLF und der digital gesteuerten
Verzögerungsleitung DL.
Ausgehend von einem Referenztaktsignal Sref mit einer
Phase Φref erzeugt die Verzögerungsleitung DL durch Laufzeitverzögerung ein
neues Taktsignal Sout, das üblicherweise
aus mehreren einzelnen Phasensignalen besteht, die über einzelne
elektrische Leitungen bereitgestellt werden und unterschiedliche Phasenverschiebungen
relativ zum Referenztaktsignal Sref aufweisen.
Die einzelnen Phasensignale sind wiederum Oszillationssignale, die
als phasenverschobene Taktsignale ausgegeben werden. Typische Phasenverschiebungen
für die
einzelnen Taktsignale gegenüber der
Referenzphase Φref sind 45°, 90°, 135° und 180°.
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Um
die relative Phasenlage des erzeugten Taktsignals Sout bzw.
der einzelnen Phasensignale konstant zu halten, weist die Regelschleife
einen Rückkopplungspfad
auf. Dabei wird ein Teil des Taktsignals Sout als
Rückkopplungssignal
Sfb mittels Phasendetektor PD mit dem Referenztaktsignal
Sref verglichen. Als Rückkopplungssignal Sfb wird dabei oft das 180° Phasensignal des erzeugten
Taktsignals Sout verwendet. Abhängig von
der relativen Phasenlage zwischen dem Referenztaktsignal Sref und dem erzeugten Taktsignal Sout gibt der Phasendetektor PD ein digitales
Korrektursignal X aus. Dieses meist binäre Korrektursignal X wird an
den digitalen Schleifenfilter DLF übertragen, welcher ein digitales
Steuersignal Y erzeugt. Das Steuersignal Y ist meist mehrere Bits
breit und wird auch als Steuerwort Y bezeichnet. Das Steuerwort
Y wird an die Verzögerungsleitung
DL übertragen
und steuert die in der digitalen Verzögerungsleitung DL bewirkte
Verzögerungszeit.
Durch diese Nachregulierung der Verzögerungszeit wird erreicht,
dass die Phasenlage langfristig konstant bleibt.
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Zur
lokalen Phasenerzeugung kann nun das von der Regelschleife erzeugte
digitale Steuersignal Y mehrfach verwendet werden. Das Steuersignal wird,
wie in 4B gezeigt, zusammen mit dem
Referenztaktsignal Rref an mehrere über einen
Chip verteilte Verzögerungsleitungen
SDL (slave delay lines) übertragen.
Diese erzeugen dann die lokal benötigten Phasen. Somit kann auf
eine aufwendigere Verteilung aller Phasensignale über große Distanzen verzichtet
werden, welche erhebliche Anpassungsprobleme mit sich führen würde. An
Stelle dessen müssen
lediglich das Referenztaktsignal Sref und
das Steuersignal Y über
größere Distanzen
verteilt werden. Die Regulierung der Phasenlage erfolgt dabei über die
gemeinsame Regelschleife (Master DLL, Master Delay-Locked Loop).
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Zur
Regulierung der Phasenlage erzeugt der Phasendetektor PD üblicherweise
ein binäres
Korrektursignal X, d. h. er erzeugt in Abhängigkeit von der relativen
Phasenlage des Rückkopplungssignals im
Vergleich zum Referenztaktsignal eine Früh-Spät-Information in Form von digitalen
Impulsen. Ein solcher Phasendetektor PD in Kombination mit einem
integrierenden Schleifenfilter erfordert Prinzip bedingt bei konstanter
Referenzphase Φref im eingeschwungenen Zustand eine Oszillation
der Rückkopplungsphase Φfb, damit die Anzahl der „früh" und „spät" Informationen des Korrektursignals
X im zeitlichen Mittel konstant bleibt. Die damit verbundene Oszillation
des Korrektursignals X wiederum führt zu einer Oszillation des
Steuerwortes Y zwischen zwei Werten und somit wiederum zu Oszillationen der
Ausgangsphasen bzw. der erzeugten Phasensignale. Dies entspricht
einem inhärenten
Rauschen der Regelschleife.
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Als
eine weitere Möglichkeit
zur Erzeugung von Taktsignalen mit bestimmten bzw. bestimmbaren Phasenlagen
zeigt 4C einen herkömmlichen
Regelkreis welcher einen Phaseninterpolator PI umfasst. Diesem Phaseninterpolator
wird ein erstes Phasenreferenzsignal Si und
ein zweites Phasenreferenzsignal Sq zugeführt. In
Abhängigkeit
von dem empfangenen Steuersignal Y gibt der Phaseninterpolator PI
ein Taktsignal Sout aus, dessen Phase Φout zwischen der Phase Φi des
ersten Phasenreferenzsignals Si und der
Phase Φq des zweiten Phasenreferenzsignals Sq liegt. Die genaue relative Phasenlage wird
durch das Steuerwort Y gesteuert bzw. bestimmt. Die Erzeugung des
Steuersignals Y erfolgt dabei analog zu den vorher gezeigten Beispielen.
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Durch
Verwendung von Phaseninterpolatoren können noch feinere Abstufungen
in der relativen Phasenlage erreicht werden.
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Dadurch
wirken sich allerdings Schwankungen bzw. Oszillationen der relativen
Phasenlage um so schwerwiegender auf die Unterscheidbarkeit der einzelnen
Taktsignale aus. Insbesondere wenn mehrere Regelkreise hintereinander
geschaltet werden, um beispielsweise zuerst eine grobe Abstufung
der Phasen durch Verzögerungsleitungen
und basierend auf den dabei erhaltenen Taktsignalen eine feinere Abstufung
der Phasenlage durch Phaseninterpolatoren zu erreichen, können sich
Oszillationen in der Phase der Taktsignale akkumulieren. Dadurch
ist die Feinheit der Abstufung für
noch unterscheidbare Phasenlagen auf eine minimale Abstufung beschränkt, die
größer sein
muss als die Amplitude der Oszillationen der Phasenlagen.
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WO 02/087086 A1 beschreibt
einen Clock-Generator, welcher eine Master-Verzögerungsschleife (master DLL)
und eine Slave-Verzögerungsschleife
(slave DLL) umfasst. Die Slave-Verzögerungsschleife
erzeugt ein Slave-Ausgangssignal auf Basis eines Clock-Signals.
Die Master-Verzögerungsschleife
erfasst das Slave-Ausgangssignal und kompensiert Variationen der
Verzögerung
von Daten- und Clock-Signalen um ein Erfassungs-Clock-Signal zu erzeugen. Wenn die Master-
und Slave-Verzögerungsschleife
eingeregelt sind, ist das Erfassungs-Clock-Signal genau am Datensignal ausgerichtet.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen digitalen Regelkreis
und ein Verfahren zur Takterzeugung bereitzustellen, mit denen eine
verbesserte Stabilität
der Phasenlage eines erzeugten Taktsignals erreicht wird.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch einen digitalen Regelkreis mit den in Anspruch 1 sowie ein
Verfahren mit den in Anspruch 9 aufgeführten Merkmalen. Bevorzugte
Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Somit
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein digitaler Regelkreis zur Takterzeugung bereitgestellt,
welcher umfasst:
- – zumindest einen Phasendetektor,
welcher zumindest einen Referenztaktsignaleingang zum Empfangen
eines Referenztaktsignals, insbesondere eines Clock-Signals, einen
Rückkopplungseingang
zum Empfangen eines Rückkopplungssignals
und einen Korrektursignalausgang aufweist, wobei der Phasendetektor
ausgelegt ist, eine Phasenverschiebung des Rückkopplungssignals relativ
zum Referenztaktsignal zu detektieren und am Korrektursignalausgang
ein Korrektursignal in Abhängigkeit
von der detektierten Phasenverschiebung auszugeben;
- – zumindest
einen Regelkreisfilter, der über
einen Korrektursignaleingang mit dem Korrektursignalausgang des
Phasendetektors zum Empfangen des Korrektursignals in Signalverbindung
steht, wobei der Regelkreisfilter ausgelegt ist, in Abhängigkeit
von dem Korrektursignal über
einen ersten Steuerausgang ein erstes Steuersignal und über einen
zweiten Steuerausgang ein zweites Steuersignal auszugeben, welches
sich vom ersten Steuersignal im wesentlichen dadurch unterscheidet,
dass im zweiten Steuersignal Oszillationen unterdrückt sind;
- – zumindest
einen ersten Phasengenerator, welcher zumindest einen Steuereingang
zum Empfangen des ersten Steuersignals und zumindest einen ersten
Phasenreferenzeingang zum Empfangen eines ersten Phasenreferenzsignals
aufweist, wobei der erste Phasengenerator ausgelegt ist, in Abhängigkeit
vom ersten Steuersignal und vom ersten Phasenreferenzsignal über einen ersten
Taktsignalausgang ein erstes Taktsignal auszugeben, wobei der erste
Taktsignalausgang zumindest teilweise mit dem Rückkopplungseingang des Phasendetektors
in Signalverbindung steht und das erste Taktsignal zumindest teilweise als
Rückkopplungssignal
an den Phasendetektor übertragen
wird; und
- – zumindest
einen zweiten Phasengenerator, welcher zumindest einen Steuereingang
zum Empfangen des zweiten Steuersignals und zumindest einen ersten
Phasenreferenzeingang zum Empfangen des ersten Phasenreferenzsignals
aufweist, wobei der zweite Phasengenerator im wesentlichen funktionsgleich
zum ersten Phasengenerator ist und ausgelegt ist, in Abhängigkeit
vom zweiten Steuersignal und vom ersten Phasenreferenzsignal über einen
zweiten Taktsignalausgang ein zweites Taktsignal auszugeben.
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Somit
ist der erfindungsgemäße Regelkreis ausgelegt,
ein periodisches erstes Phasenreferenzsignal, welches vorzugsweise
ein Clock-Signal einer digitalen Schaltung ist, zu empfangen und
ein erstes und ein zweites periodisches Taktsignal auszugeben. Dabei
weisen das erste und das zweite Taktsignal im Wesentlichen dieselbe
Frequenz auf wie das erste Phasenreferenzsignal. Auch das am Referenztaktsignaleingang
bereitgestellte Referenztaktsignal ist vorzugsweise ein Clock-Signal einer digitalen
Schaltung und weist ebenfalls im Wesentlichen dieselbe Frequenz
auf. Als Referenztaktsignal und/oder als Referenztaktsignal dient
vorzugsweise zumindest teilweise ein Taktsignal, das durch einen
vorgeschalteten Regelkreis gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugt wurde.
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Besonders
bevorzugt ist das Referenztaktsignal und/oder das erste Phasenreferenzsignal
ein im wesentlichen rechteckförmiges,
periodisches Spannungssignal. Am meisten bevorzugt ist der erste
und der zumindest eine zweite Phasengenerator ausgelegt, das erste
bzw. zweite Taktsignal als rechteckförmiges, periodisches Spannungssignal
auszugeben. Vorzugsweise weisen das Referenztaktsignal, das erste
Phasenreferenzsignal sowie das erste und das zweite Taktsignal im
Wesentlichen dieselbe Form auf. Vorzugsweise unterscheiden sich
die periodischen Signale lediglich in ihrer relativen Phasenlage zueinander.
Dabei wird die relative Phasenlage bzw. Phase des ersten und des
zweiten Taktsignals bezüglich
der Phase des Phasenreferenzsignal und/oder des Referenztaktsignals
durch den ersten bzw. zweiten Phasengenerator in Abhängigkeit
vom ersten bzw. zweiten Steuersignal gesteuert bzw. eingestellt.
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Insbesondere
wird über
das erste bzw. zweite Steuersignal die relative Phasenlage des ersten bzw.
zweiten Taktsignals zum ersten Phasenreferenzsignal beeinflusst.
Dabei ist der zweite Phasengenerator im Wesentlichen funktionsgleich
zum ersten Phasengenerator ausgestaltet. Dies bedeutet, dass die
Phasengeneratoren beim Empfangen von identischen Steuersignalen
eine im Wesentlichen gleiche relative Phasenlage des ersten beziehungsweise
zweiten Taktsignals zum ersten Phasenreferenzsignal bewirken. Vorzugsweise
erzeugen die Phasengeneratoren bei ähnlichen Steuersignalen ähnliche
Phasenlagen der Taktsignale relativ zum ersten Phasenreferenzsignal.
Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass der zweite Phasengenerator
im Wesentlichen baugleich zum ersten Phasengenerator ist. Dabei
bedeutet „im
Wesentlichen" baugleich,
dass nicht notwendigerweise die räumliche Anordnung einzelner
elektronischer Bauteile identisch sein muss, sondern dass vorzugsweise
zumindest die elektrische Verschaltung der einzelnen Bauteile bzw.
Funktionskomponenten identisch ist.
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Da
sich erfindungsgemäß das vom
Regelkreisfilter erzeugte zweite Steuersignal vom ersten Steuersignal
im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass im zweiten Steuersignal
Oszillationen und insbesondere Oszillationen des Steuersignals zwischen
zwei Werten unterdrückt
sind, wird durch die im Wesentlichen funktionsgleiche Ausgestaltung
der zumindest zwei Phasengeneratoren erreicht, dass sich das zweite
Taktsignal vorzugsweise im Wesentlichen dadurch vom ersten Taktsignal
unterscheidet, dass im zweiten Taktsignal Oszillationen unterdrückt sind.
Während
das erste Taktsignal zumindest teilweise als Rückkopplungssignal in der Regelschleife des
erfindungsgemäßen Regelkreises
dient, kann das zweite Taktsignal vorzugsweise für die Weiterverarbeitung in
einer digitalen Schaltung beziehungsweise zur Steuerung von Schaltvorgängen in
einer digitalen Schaltung verwendet werden. Das erste Taktsignal
hingegen wird vorzugsweise nur zur Bereitstellung des Rückkopplungssignals
verwendet.
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Durch
die getrennte Takterzeugung in dem ersten Phasengenerator (Master
Generator) und dem zweiten Phasengenerator (Slawe Generator), kann
man ein Taktsignal mit einer stabilen Phasenlage, nämlich das
zweite Taktsignal, erzeugen, ohne durch eine zusätzliche Dämpfung im Regelkreis die Regelcharakteristik
nachteilig zu beeinflussen.
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Vorzugsweise
umfasst der Regelkreisfilter einen digitalen Schleifenfilter, der
analog zu einem digitalen Schleifenfilter herkömmlicher Regelkreise zur Takterzeugung
ausgestaltet sein kann und im Wesentlichen zur Erzeugung des ersten
Steuersignal dient. Vorzugsweise umfasst der Regelkreisfilter Dämpfungsmittel,
um ausgehend vom ersten Steuersignal das zweite Steuersignal zu
generieren, wobei im ersten Steuersignal vorhandene Oszillationen
gedämpft
werden. Die Dämpfungsmittel
bewirken damit vorzugsweise im Wesentlichen die Funktion eines Tiefpasses.
Die Dämpfungscharakteristik
der Dämpfungsmittel
wird dabei vorzugsweise an die Regelungscharakteristik des Regelkreises
und/oder an die erforderliche Präzision
der Phasenlage des zweiten Taktsignals angepasst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung erfolgt somit eine Dämpfung
von Steady-State-Oszillationen der erzeugten Taktsignale auf der
Ebene der digitalen Steuersignale. Dabei werden Oszillationen der
Phasenlage eines zu erzeugenden Taktsignals dadurch unterdrückt, dass
Oszillation des Steuersignals gedämpft werden.
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Vorzugsweise
ist der Phasendetektor ausgelegt, ein binäres Korrektursignal auszugeben.
Dabei repräsentieren
die beiden Werte, die das Korrektursignal einnehmen kann, vorzugsweise
jeweils eine Früh-
bzw. Spätinformation
für die
Phasenlage des Rückkopplungssignals
gegenüber
dem Referenztaktsignal. Die beiden Werte des Korrektursignals sind
also vorzugsweise ein Maß dafür, ob die
Phasendifferenz größer oder
kleiner als ein vorbestimmter bzw. bestimmbarer Sollwert ist.
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Vorzugsweise
umfasst der Regelkreis eine Vielzahl weiterer Phasengenerator die
alle analog zum zweiten Phasengeneratoren ausgebildet sind und wie
dieser über
das zweite Steuersignal gesteuert werden. Diese weiteren Phasengeneratoren
können
zur lokalen Phasenerzeugung über
einen Chip verteilt eingesetzt werden. Vorzugsweise sind alle Phasengeneratoren
im Wesentlichen baugleich.
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Vorzugsweise
wird das Referenztaktsignal vom ersten und von dem zumindest einen
zweiten Phasengenerator als erstes Phasenreferenzsignal empfangen.
Somit stehen vorzugsweise der erste Phasenreferenzeingang des ersten
Phasengenerators und der erste Phasenreferenzeingang des zumindest
einen zweiten Phasengenerators mit dem Referenztaktsignaleingang
des Phasendetektors in Signalverbindung.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der erste und der zumindest eine zweite Phasengenerator
jeweils zumindest eine erste bzw. zumindest eine zweite Verzögerungsleitung
(Delay-Line), welche
ausgelegt ist, das erste bzw. zumindest eine zweite Taktsignal zumindest
teilweise durch Verzögern
des ersten Phasenreferenzsignals um eine mittels des ersten bzw.
zweiten Steuersignals festgelegte Phase zu erzeugen.
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Dabei
steht vorzugsweise jeweils der erste Phasenreferenzeingang der ersten
und der zweiten Verzögerungsleitung
mit dem Referenztaktsignaleingang des Phasendetektors in direkter
Signalverbindung. Das erste und das zweite Taktsignal entspricht vorzugsweise
einem um eine vom Steuersignal abhängige Phase verschobenen ersten
Phasenreferenzsignal.
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Vorzugsweise
umfasst der erste und/oder zweite Taktsignalausgang eine Vielzahl
von Phasenausgängen
und das erste bzw. zweite Taktsignal eine Vielzahl von im Wesentlichen
periodischen Phasensignalen derart, dass die einzelnen Phasensignale gegeneinander
um eine bestimmte bzw. bestimmbare Phasendifferenz verschoben sind
und jedes Phasensignal über
einen Phasenausgang ausgegeben wird. Die Taktsignalausgänge umfassen
somit vorzugsweise jeweils eine Vielzahl von elektrischen Leitungen
bzw. eine Vielzahl einzelner elektrischer Ausgänge, über die jeweils ein Phasensignal
ausgegeben wird. Vorzugsweise umfassen die Taktsignale jeweils vier
Phasensignale, d. h. die Phasensignalausgänge umfassen vorzugsweise jeweils
zumindest vier Phasenausgänge.
Die einzelnen Phasensignale bilden dabei vorzugsweise um bestimmte
bzw. bestimmbare Phasen verschobene Phasenreferenzsignale.
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Vorzugsweise
sind die Phasensignale um 45°,
90°, 135° bzw. 180° gegen das
erste Phasenreferenzsignal verschoben. Vom ersten Taktsignal wird besonders
bevorzugt die 180°-Phase
als Rückkopplungssignal
verwendet. Die Taktsignale können
auch mehr Phasensignale umfassen, die insbesondere eine feinere
Unterteilung bzw. Stufung der Phasenverschiebungen, beispielsweise
um 22,5°,
aufweisen.
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Vorzugsweise
weist der erste und der zumindest eine zweite Phasengenerator jeweils
einen zweiten Phasenreferenzeingang zum Empfangen eines zweiten
Phasenreferenzsignals auf und umfasst jeweils zumindest einen ersten
bzw. zumindest einen zweiten Phaseninterpolator, welcher ausgelegt
ist, das erste bzw. zumindest ein zweites Taktsignal derart zu erzeugen,
dass dessen Phase an einer durch das erste bzw. zweite Steuersignal
festgelegten Lage zwischen den Phasen des ersten und des zweiten Phasenreferenzsignals
liegt. Somit erfolgt die Taktsignalerzeugung vorzugsweise durch
Phaseninterpolation. Dabei lassen sich in bekannter Weise herkömmliche
digital gesteuerte Phaseninterpolatoren zusammen mit der vorliegenden
Erfindung verwenden.
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Vorzugsweise
umfasst der Regelkreisfilter
- – zumindest
eine Latch-Vorrichtung mit einem Dateneingang zum Empfangen des
ersten Steuersignals, einem Datenausgang zum Ausgeben des zweiten
Steuersignals und einem Aktivierungseingang zum Empfangen eines
Aktivierungssignals, durch das die Latch-Vorrichtung in einen aktivierten
oder einen deaktivierten Zustand versetzt wird, wobei die Latch-Vorrichtung
- – im
aktivierten Zustand das erste Steuersignal und
- – im
deaktivierten Zustand den Wert des ersten Steuersignals unmittelbar
vor der Deaktivierung der Latch-Vorrichtung
ausgibt;
und
- – zumindest
einen Oszillationsdetektor, der ausgelegt ist, Oszillationen des
Korrektursignals zu detektieren und an einen Detektorausgang abhängig von
den detektierten Oszillationen ein Detektionssignal auszugeben,
das als Aktivierungssignal an die Latch-Vorrichtung übertragen
wird.
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Dazu
weist der Oszillationsdetektor vorzugsweise einen Korrektursignaleingang
zum Empfangen des Korrektursignals auf. Vorzugsweise werden in empfangenen
Korrektursignalen aufeinander folgende Bits miteinander verglichen
und dadurch Oszillationen im Korrektursignal detektiert. Je nach
Anzahl der miteinander verglichenen Bits des Korrektursignal läßt sich
die Wellenlänge
bzw. die Länge
der Oszillationen festlegen. Detektiert der Oszillationsdetektor
eine periodische Bit-Folge, die im Mittel vorzugsweise gleich viele „high" wie „low"-Bits enthält, so wird über das
Detektionssignal bzw. Aktivierungssignal die Latch-Vorrichtung deaktiviert,
so dass vorzugsweise das im letzten aktivierten Zustand der Latch-Vorrichtung erzeugte
Steuersignal in der Latch-Vorrichtung gespeichert wird und als konstantes
zweites Steuersignal ausgegeben wird. Damit werden die Steady-State-Oszillationen
im Korrektursignal nicht auf das zweite Steuersignal und somit auch
nicht auf das zweite Taktsignal übertragen.
Erst wenn der Oszillationsdetektor eine Abweichung von der periodischen
Oszillation und insbesondere das Überwiegen von „high" oder „low"-Bits feststellt,
wird die Latch-Vorrichtung aktiviert und eine neues zweites Steuersignal
zur Korrektur der Phasenlage ausgegeben. Sobald sich wieder ein
geschwungener Zustand ergibt, d. h. das Korrektursignal lediglich
Steady-State-Oszillationen
aufweist, wird das zweite Steuerwort beziehungsweise Steuersignal
vorzugsweise wieder eingefroren.
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Die
Erfindung stellt außerdem
ein Verfahren zur Takterzeugung bereit, welches folgende Schritte umfasst:
- – Bereitstellen
eines Referenztaktsignals;
- – Detektieren
einer Phasenverschiebung zwischen dem Referenztaktsignal und einem
Rückkopplungssignal;
- – Erzeugen
eines Korrektursignals in Abhängigkeit
von der detektierten Phasenverschiebung;
- – Erzeugen
zumindest eines ersten Steuersignals und zumindest eines zweiten
Steuersignals in Abhängigkeit
vom Korrektursignal, wobei sich das zumindest eine zweite Steuersignal
vom ersten Steuersignal im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass
im zumindest einen zweiten Steuersignal Oszillationen unterdrückt sind;
- – Bereitstellen
zumindest eines ersten Phasenreferenzsignals;
- – Erzeugen
eines ersten Taktsignals, dessen Phase relativ zur Phase des ersten
Phasenreferenzsignals vom ersten Steuersignal abhängt und
das Referenztaktsignal verwendet wird; und
- – Erzeugen
eines zweiten Taktsignals, dessen Phase relativ zur Phase des ersten
Phasenreferenzsignals vom zweiten Steuersignal abhängt,
wobei
die Schritte des Erzeugens des ersten Taktsignals und des zweiten
Taktsignals als im Wesentlichen identische Verfahrensschritte ausgeführt werden.
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Vorzugsweise
wird als Referenztaktsignal ein Clock-Signal einer digitalen Schaltung
bereitgestellt. Als Korrektursignal wird vorzugsweise ein binäres Signal
auszugeben. Weiter bevorzugt wird das Referenztaktsignal als erstes
Phasenreferenzsignal verwendet.
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Besonders
bevorzugt umfasst das erste und/oder zweite Taktsignal eine Vielzahl
von im Wesentlichen periodischen Phasensignalen derart, dass die
einzelnen Phasensignale gegeneinander um eine bestimmte bzw. bestimmbare
Phasendifferenz verschoben sind und jedes Phasensignal auf einer
eigenen Phasenleitung ausgegeben wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird das erste bzw. zumindest eine zweite Taktsignal zumindest teilweise
durch Verzögern
des ersten Phasenreferenzsignals mittels einer ersten bzw. zumindest
einer zweiten Verzögerungsleitung
um eine mittels des ersten bzw. zweiten Steuersignals festgelegte
Phase erzeugt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Verfahren außerdem
einen Schritt des Bereitstellens zumindest eines zweiten Phasenreferenzsignals,
wobei das erste und das zumindest eine zweite Taktsignal mittels
eines ersten bzw. zumindest eines zweiten Phaseninterpolators derart
erzeugt wird, dass deren Phase an einer durch das erste bzw. zweite
Steuersignal festgelegten Lage zwischen den Phasen des ersten und
des zweiten Phasenreferenzsignals liegt.
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Besonders
bevorzugt umfasst das Verfahren außerdem die Schritte:
- – Detektieren
von Oszillationen des Korrektursignals;
- – Übertragen
eines Aktivierungssignals an eine Latch-Vorrichtung in Abhängigkeit von den detektierten
Oszillationen, wobei im Schritt des Erzeugens des zweiten Taktsignals
das erste Steuersignals an die Latch-Vorrichtung übertragen
wird und die Latch-Vorrichtung in Abhängigkeit von dem Aktivierungssignal
in einen aktivierten oder einen deaktivierten Zustand versetzt wird,
wobei die Latch-Vorrichtung
- – im
aktivierten Zustand das erste Steuersignal und
- – im
deaktivierten Zustand den Wert des ersten Steuersignals unmittelbar
vor der Deaktivierung der Latch-Vorrichtung
als
zweites Taktsignal ausgibt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf begleitende Zeichnungen
bevorzugter Ausführungsformen
beispielhaft beschrieben. Dabei zeigen:
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1A:
eine erste bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung
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1B:
eine zweite bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung
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2:
einen Regelkreisfilter gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung
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3:
einen Oszillationsdetektor
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4A–4C:
herkömmliche
Regelkreise zur Takterzeugung.
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1A zeigt
die erste bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Dabei wird einem Phasendetektor PD über einen
Referenztaktsignaleingang 10 ein Referenztaktsignal Sref mit einer Phasenlage bzw. Phase Φref zugeführt.
Gleichzeitig empfängt
der Phasendetektor PD über
einen Rückkopplungseingang 12 ein
Rückkopplungssignal
Sfb, dessen Phase Φfb er
mit der Referenzphase Φref vergleicht. Abhängig von der relativen Phasenlage
gibt der Phasendetektor PD über
einen Korrektursignalausgang 14 ein vorzugsweise binäres Korrektursignal
X aus. Vorzugsweise umfasst der Phasendetektor PD eine flankengesteuerte
Flip-Flop-Schaltung. Dabei wird abhängig von der relativen zeitlichen
Lage der Flanken des Referenztaktsignals Sref und
des Rückkopplungssignals
Sfb am Korrektursignalausgang 14 ein „hoch" (high) oder „tief" (low) Signal ausgegeben,
welches eine „Früh-" oder „Spät-Information repräsentiert.
Es ist aber auch die Verwendung eines Korrektursignals mit mehreren
Bits und damit eine feinere Abstufung der „Früh/Spät"-Information denkbar.
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Das
Korrektursignal X wird an einen Regelkreisfilter DLF übertragen
und diesem über
einen Korrektursignaleungang 16 zugeführt. In Abhängigkeit vom empfangenen Korrektursignal
X und vorzugsweise unter Berücksichtigung
von dessem zeitlichen Verlauf erzeugt der Regelkreisfilter DLF ein
erstes digitales Steuersignal Y, welches er über einen ersten Steuerausgang 18 ausgibt.
Dazu umfasst der Regelkreisfilter DLF beispielsweise einen herkömmlichen
digitalen Schleifenfilter.
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Das
erste Steuersignal bzw. Steuerwort Y wird in der in 1A gezeigten
ersten Ausführungsform
zu einer ersten Verzögerungsleitung
DL übertragen.
Die erste Verzögerungsleitung
DL empfängt
das digitale Steuersignal Y über
einen Steuereingang 20. Außerdem weist die erste Verzögerungsleitung
DL einen ersten Phasenreferenzeingang 21 auf, über den
sie das Referenztaktsignal Sref empfängt. Das Referenztaktsignal
Sref bildet damit ein erstes Phasenreferenzsignal.
Die erste Verzögerungsleitung
DL weist vorzugsweise eine Vielzahl von Verzögerungsstufen auf, durch die
das empfangene Referenztaktsignal Sref aufgrund
der Laufzeit des Signals durch die einzelnen Verzögerungsstufen
verzögert
und somit in seiner Phase verschoben wird. Durch Abgreifen des Signals
nach den einzelnen der vorzugsweise hintereinander geschalteten
Verzögerungsstufen erhält man eine
Vielzahl von Phasensignalen, die vorzugsweise parallel an einem
ersten Taktsignalausgang 22 als erstes Taktsignal Sout bereitgestellt werden. Vorzugsweise wird
eines dieser gleichzeitig ausgegebenen Signale und dabei besonders
bevorzugt das um 180° gegen
das Referenztaktsignal Sref verschobene
Phasensignal als Rückkopplungssignal an
den Rückkopplungseingang 12 des
Phasendetektors PD übertragen. Über diesen
geschlossenen Regelkreis wird somit, ähnlich wie in herkömmlichen
Regelkreisen zur Takterzeugung, die Phasenlage des ersten Taktsignals
Sout geregelt. Anders als in herkömmlichen
Regelkreisen wird das erste Taktsignal Sout in
der vorliegenden Erfindung allerdings vorzugsweise nicht als Clock-Signal
zur Steuerung digitaler Schaltungen verwendet, sondern dient lediglich
als Rückkopplungssignal
Sfb für
den Regelkreis. Der Phasendetektor PD, der Regelkreisfilter DLF
und der erste Phasengenerator bzw. die erste Verzögerungsleitung
DL bilden dabei zusammen eine Master Delay-Locked Loop (Master DLL).
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Zur
Erzeugung eines Taktsignals, welches zur Steuerung weiterer digitaler
Schaltungen verwendet wird, weist der Regelkreisfilter DLF einen
zweiten Steuerausgang 24 auf, über den er ein zweites Steuersignal
Z ausgibt. Dieses zweite Steuersignal Z unterscheidet sich vom ersten
Steuersignal Y im Wesentlichen dadurch, dass insbesondere die im
eingeschwungenen Zustand des Regelkreises auftretenden Oszillationen
des ersten Steuersignals Y bei der Erzeugung des zweiten Steuersignals
Z unterdrückt werden.
Insbesondere ist das zweite Steuersignal Z im eingeschwungenen Zustand
vorzugsweise im Wesentlichen konstant. Das zweite Steuersignal Z
wird an einen Steuereingang 26 einer zweiten Verzögerungsleitung
SDL (Slawe Delay Line) übertragen. Diese
Slawe Delay Line SDL ist vorzugsweise im Wesentlichen baugleich
zur Master Delay Line DL (erste Verzögerungsleitung). So weist die
zweite Verzögerungsleitung
SDL ebenfalls einen ersten Phasenreferenzeingang 27 auf
und erzeugt analog zur ersten Verzögerungsleitung DL ausgehend
von dem empfangenen Referenztaktsignal Sref und
gesteuert durch das zweite Steuersignal Z an einem zweiten Taktsignalausgang 28 ein
zweites Taktsignal SS,out. Wie das erste
Taktsignal SM,out umfasst auch das zweite
Taktsignal SS,out vorzugsweise eine Vielzahl einzelner
Phasensignale, die als Clock-Signale zur Steuerung weiterer digitaler
Schaltungen verwendet werden können
und eine bestimmte bzw. bestimmbare Abstufung der relativen Phasenlagen
zueinander aufweisen. Vorzugsweise werden hierbei relative Phasenlagen
von 45°,
90°, 125° und 180° erzeugt. Die
entsprechenden Phasensignale werden vorzugsweise über parallele
Ausgänge
ausgegeben, die zusammen den zweiten Taktsignalausgang (28)
bilden.
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Um
Phasenoszillationen des bereitzustellenden Taktsignals SS,out zu vermeiden, werden somit, wie beschrieben,
die verwendeten Taktsignale SS,out und das
Rückkopplungssignal
Sfb voneinander entkoppelt. Die beiden ansonsten
vorzugsweise baugleichen Verzögerungsleitungen
werden durch unterschiedliche Steuerwörter angesteuert.
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1B zeigt
eine zweite bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform werden als Phasengeneratoren
anstelle von Verzögerungsleitungen
DL und SDL Phaseninterpolatoren PI1 und PI2 verwendet. Die Phaseninterpolatoren
weisen neben dem ersten Phasenreferenzeingang 21, 26 jeweils
einen zweiten Phasenreferenzeingang 30, 32 auf, über den
sie ein zweites Phasenreferenzsignal Sq empfangen.
Die Phasenlage der erzeugten Taktsignale SM,out und
SS,out wird dabei an beiden Phasenreferenzsignal
Si und Sq orientiert.
Insbesondere wird dabei jeweils eine Ausgabephase Φout erzeugt, die zwischen den Phasen Φi und des ersten und Φq des
zweiten Phasenreferenzsignals liegt. Wie in der ersten Ausführungsform
wird die genaue Lage der Phase des ersten SM,out bzw.
zweiten Taktsignals SS,out über das
erste Y bzw. zweite Steuersignal Z gesteuert. Die Erzeugung der
Steuersignale ebenso wie die Regelung durch Rückkopplung erfolgt analog zur
ersten Ausführungsform.
Damit wird auch in dieser zweiten Ausführungsform vorzugsweise ein
zweites Steuersignal Z erreicht, das im eingeschwungenen Zustand
vorzugsweise im Wesentlichen konstant ist. Damit ist im eingeschwungenen
Zustand vorzugsweise auch die Phasenlage des zweiten Taktsignals
im Wesentlichen konstant und weist insbesondere keine oder zumindest
sehr viel geringere Oszillationen auf als dies nach Regelkreisen
im Stand der Technik üblich
war.
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2 zeigt
einen Regelkreisfilter gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Dieser Regelkreisfilter umfasst einen
herkömmlichen
Schleifenfilter auf der Basis einer Counter Control Steuerung bzw.
Regelung, der in bekannter Weise aus dem Korrektursignal X ein erstes
Steuersignal Y erzeugt. Darüber
hinaus umfasst der Regelkreisfilter einen Oszillationsdetektor OD,
der über einen
Detektoreingang 33 das Korrektursignal X empfängt und
Oszillationen des Korrektursignals X detektiert. Abhängig davon,
ob der Oszillationsdetektor OD neben einer periodischen Oszillation
des Korrektursignals X, wie sie im eingeschwungenen Zustand des
Regelkreises auftritt, auch einen nicht periodischen Anteil festgestellt,
gibt der Oszillationsdetektor OD an einem Detektorausgang 34 ein
Detektionssignal aus, das als Aktivierungssignal Sac an
eine Latch-Vorrichtung 36 übermittelt wird, welche das
Aktivierungssignal Sac an einem Aktivierungseingang 38 empfängt. Vorzugsweise
ist das Detektionssignal ein binäres
Signal, das direkt in der Lage ist, die Latch-Vorrichtung 36 zu
aktivieren oder deaktivieren.
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Über einen
Dateneingang 40 empfängt
die Latch-Vorrichtung 36 das erste Steuersignal Y. Ist
die Latch-Vorrichtung 36 aktiviert, so wird das erste Steuersignal
Y vorzugsweise direkt an einem Datenausgang 42 als zweites
Steuersignal Z ausgegeben. Weist das Korrektursignal X hingegen
keinen nicht periodischen Anteil, sondern lediglich Oszillationen auf,
die den Oszillationsdetektor dazu veranlassen, die Latch-Vorrichtung 36 über das
Aktivierungssignal zu deaktivieren, so bleibt in der Latch-Vorrichtung 36 der
zuletzt übertragene
Wert des ersten Steuersignals Y gespeichert und wird als konstanter
Wert für das
zweite Steuersignal Z am Datenausgang 42 solange bereitgestellt,
bis die Latch-Vorrichtung wieder aktiviert wird. Damit werden Oszillationen
des zweiten Steuersignals SS,out vermieden.
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3 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
eines Oszillationsdetektors OD, wie er vorzugsweise in dem in 2 dargestellten
Regelkreisfilter verwendet wird. Dabei umfasst der Oszillationsdetektor
OD eine erste Flip-Flop-Schaltung 44 und eine zweite Flip-Flop-Schaltung 46,
durch die das empfangene Korrektursignal X vorzugsweise mit jedem Anstieg
oder Abfall des Clock-Signals bit-weise durchgeschleust wird. Dadurch
können
aufeinander folgende Bits im Korrektursignal X beispielsweise durch
ein AND-Gatter 48 miteinander verglichen werden. Folgen
im Korrektursignal X zwei gleiche Bits aufeinander, so gibt das
AND-Gatter 48 ein Signal aus, das als Aktivierungssignal
Sac an die Latch-Vorrichtung 36 übertragen
werden kann. Abweichend von dieser gezeigten Ausführungsform
kann nach dem selben Prinzip durch Verwendung ein Vielzahl von hintereinander
geschalteter Flip-Flop-Schaltungen auch eine längere Bit-Kette des Korrektursignals ausgewertet
werden.
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Darüber hinaus
ist es mit der vorliegende Erfindung auch möglich, einer einzigen Master
Delay-Locked Loop eine Vielzahl von zweiten Phasengeneratoren (Slaves)
zuzuordnen, die alle durch dasselbe zweite Steuerwort (Z) gesteuert
werden.
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Vorzugsweise
sind alle diese zweiten Phasengeneratoren funktionsgleich und insbesondere
im Wesentlichen baugleich zu dem in der Master Delay-Locked Loop
verwendeten ersten Phasengenerator.
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- 10
- Referenzsignaleingang
- 12
- Rückkopplungseingang
- 14
- Korrektursignalausgang
- 16
- Korrektursignaleingang
- 18
- erster
Steuerausgang
- 20
- Steuereingang
des ersten Phasengenerators
- 21
- erster
Phasenreferenzeingang des ersten Phasengenerators
- 22
- erster
Taktsignalausgang
- 24
- zweiter
Steuerausgang
- 26
- Steuerausgang
des zweiten Phasengenerators
- 27
- erster
Phasenreferenzeingang des zweiten Phasengenerators
- 28
- zweiter
Taktsignalausgang
- 30
- zweiter
Phasenreferenzeingang des ersten Phasengenerators
- 32
- zweiter
Phasenreferenzeingang des zweiten Phasengenerators
- 33
- Detektoreingang
- 34
- Detektorausgang
- 36
- Latch-Vorrichtung
- 38
- Aktivierungseingang
- 40
- Dateneingang
- 42
- Datenausgang
- 44
- erste
Flip-Flop-Schaltung
- 46
- zweite
Flip-Flop-Schaltung
- 48
- AND-Gatter
bzw. UND-Gatter
- DLF
- Regelkreisfilter
- PD
- Phasendetektor
- DL
- erste
Verzögerungsleitung
- SDL
- zweite
Verzögerungsleitung
- PI1
- erster
Phaseninterpolator
- PI2
- zweiter
Phaseninterpolator
- Sref
- Referenztaktsignal
- Sfb
- Rückkopplungssignal
- Si
- erstes
Phasenreferenzsignal
- Sq
- zweites
Phasenreferenzsignal
- SM,out
- erstes
Taktsignal
- SS,out
- zweites
Taktsignal
- Φref
- Referenztaktphase
- Φfb
- Rückkopplungsphase
- Φi
- erste
Phasenreferenzphase
- Φq
- zweite
Phasenreferenzphase
- X
- Korrektursignal
- Y
- erstes
Steuersignal
- Z
- zweites
Steuersignal