DE102006060067A1

DE102006060067A1 - Genaues Einstellen eines lokalen Taktes

Info

Publication number: DE102006060067A1
Application number: DE102006060067A
Authority: DE
Inventors: Richard L. Loveland Baer
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2007-08-09
Also published as: GB2435698B; US7348822B2; US20070176648A1; GB0701630D0; GB2435698A; JP2007208969A

Abstract

Eine genaue Korrektur eines lokalen Taktes, die eine übermäßige Drift bei dem lokalen Takt vermeidet, während eine Akkumulation von Quantisierungsfehlern vermieden wird. Ein lokaler Takt gemäß den vorliegenden Techniken erzeugt eine lokale Zeit durch ein Akkumulieren einer Sequenz von Ratenkoeffizienten, die unter Verwendung einer Reihe von fortschreitend längeren Ersetzungsperioden aus einer Mehrzahl von Ratenkoeffizienten ausgewählt werden.

Description

Eine große Vielzahl von elektronischen Systemen kann einen lokalen Takt umfassen. Beispiele für Vorrichtungen, die einen lokalen Takt umfassen können, sind zahlreich und umfassen Computersysteme, Server, Speichervorrichtungen, Testinstrumente, Industriesteuervorrichtung, Umgebungssteuervorrichtungen und Geräte.
Ein lokaler Takt kann einen Zähler und einen Oszillator umfassen, der ein Oszillatorsignal erzeugt, das bewirkt, dass der Zähler seinen Zählwert inkrementiert. Zum Beispiel kann ein Oszillatorsignal, das eine Frequenz von einem Megahertz aufweist, bewirken, dass ein Zähler seinen Zählwert jede Mikrosekunde inkrementiert, d. h. Mikrosekunden zählt. Oszillatoren höherer Frequenz können verwendet werden, um höhere Zeitauflösungen zu liefern.
Eine lokale Zeit kann einem Zähler durch ein Inkrementieren des Zählers mit einem anderen Wert als Eins zugeordnet werden. Zum Beispiel kann ein Oszillator, der eine Frequenz von 250 kHz aufweist, verwendet werden, um einen Zähler alle vier Mikrosekunden um Vier zu inkrementieren, um einen Zeitzählwert in Mikrosekunden aufrechtzuerhalten. Ein Wert, um den ein Zähler inkrementiert wird, hängt von der Rate seines Oszillators verglichen mit einem zu zählenden Zeitinkrement ab.
Die Frequenz eines Oszillators bei einem lokalen Takt kann sich im Laufe der Zeit verändern. Zum Beispiel kann sich die Frequenz eines Oszillators ansprechend auf Veränderungen der Temperatur oder anderer Umgebungsfaktoren verändern. Veränderungen der Frequenz eines Oszillators können bewirken, dass ein lokaler Takt zu manchen Zeiten schneller läuft und zu anderen Zeiten langsamer, wodurch seine Genauigkeit verringert wird.
Eine frühere Technik zum Verbessern der Genauigkeit eines lokalen Taktes besteht darin, periodisch eine Korrektur anzuwenden. Zum Beispiel kann eine Korrektur zu einem lokalen Takt addiert oder von demselben subtrahiert werden, um denselben in Übereinstimmung mit einer Referenzzeit zu bringen. Leider erlaubt ein Anwenden einer Korrektur bei einem lokalen Takt, dass der lokale Takt später aus der Übereinstimmung mit der Referenzzeit herausdriftet. Korrekturen können häufig bei einem lokalen Takt angewendet werden, jedoch auf die Gefahr hin, übermäßige Quantisierungsfehler zu akkumulieren. Zum Beispiel weist ein lokaler Takt, der einen n-Bit-Wert hält, einen möglichen Quantisierungsfehler von 1/n während jeder Addition oder Subtraktion einer Korrektur auf.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung, ein Verfahren zum Einstellen einer lokalen Zeit und einen lokalen Takt mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltung gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 7 sowie einen lokalen Takt gemäß Anspruch 13 gelöst.

Eine genaue Korrektur eines lokalen Taktes ist offenbart, die eine übermäßige Drift bei dem lokalen Takt vermeidet, während eine Akkumulation von Quantisierungsfehlern vermieden wird. Ein lokaler Takt gemäß den vorliegenden Techniken erzeugt eine lokale Zeit durch ein Akkumulieren einer Sequenz von Ratenkoeffizienten, die aus einer Mehrzahl von Ratenkoeffizienten unter Verwendung einer Reihe von fortschreitend längeren Ersetzungsperioden ausgewählt werden.

Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detailliertere Beschreibung ersichtlich.

Die vorliegende Erfindung wird bezüglich bestimmter exemplarischer Ausführungsbeispiele derselben beschrieben, und es wird entsprechend Bezug auf die Zeichnungen genommen. Es zeigen:
1 einen lokalen Takt gemäß den vorliegenden Lehren; und
2 ein Ausführungsbeispiel einer Ratenkorrekturschaltung gemäß den vorliegenden Lehren.
1 zeigt einen lokalen Takt 10 gemäß den vorliegenden Lehren. Der lokale Takt 10 umfasst einen Zähler 12, der einen Zeitzählwert 18 ansprechend auf ein Oszillatorsignal 16 von einem Oszillator 14 erzeugt. Das Oszillatorsignal 16 bewirkt, dass der Zähler 12 sich inkrementiert, z. B. bei ansteigenden Flanken des Oszillatorsignals 16. Der lokale Takt 10 umfasst eine Ratenkorrekturschaltung 20 und einen Akkumulator 22, die durch ein Akkumulieren eines Satzes von Ratenkoeffizienten 100 ansprechend auf den Zeitzählwert 18 eine lokale Zeit 110 erzeugen. Die Ratenkorrekturschaltung 20 wählt eine Sequenz von Ratenkoeffizienten 100 unter Verwendung einer Reihe von fortschreitend längeren Ersetzungsperioden aus.
Die Ratenkoeffizienten 100 können bezeichnet werden als A₀, A₁, ... A_M. Die Ratenkorrekturschaltung 20 wählt einen Koeffizienten 40 aus den Ratenkoeffizienten A₀, A₁, ... A_M zur Akkumulation durch den Akkumulator 22 für jeden Schritt bei dem Zeitzählwert 18 aus.
Tabelle 1 zeigt den Index i des Ratenkoeffizienten A_i, der durch die Ratenkorrekturschaltung 20 ausgewählt wird, für jeden Schritt bei dem Zeitzählwert 18 bei einem Ausfüh rungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel ersetzt der Ratenkoeffizient A₁ jede vierte Verwendung des Ratenkoeffizienten A₀. Der Ratenkoeffizient A₂ ersetzt jede vierte Verwendung des Ratenkoeffizienten A₁ usw.
Tabelle 1
Die Zuordnung der Ratenkoeffizienten A₀, A₁, ... A_M zu den Schritten bei dem Zeitzählwert 18 liefert einen Satz von Ersetzungsperioden. Die Ersetzungsperioden können als N₀, N₁, ... N_M bezeichnet werden. Die Ersetzungsperioden N₀, N₁, ... N_M bei einem Ausführungsbeispiel sind Vielfache voneinander, derart, dass N_j = k·N_j+1 für alle j, wenn der Multiplikationsfaktor k eine Potenz von 2 ist. In dem Fall k = 4 akkumuliert sich die lokale Zeit 110 wie A₀, 2·A₀, 3·A₀, (A₁ + 3·A₀), (A₁ + 4·A₀), (A₁ + 5·A₀), (A₁ + 6·A₀), (2·A₁ + 6·A₀), ... (3·A₁ + 12·A₀), (A₂ + 3· A₁ + 12·A₀), (A₂ + 3·A₁ + 13·A₀) usw. Jeder Ratenkoeffizient A₀, A₁, ... A_M weist einen Bereich von 0 bis (2^k – 1) auf. Die Ratenkoeffizienten A₀, A₁, ... A_M und die Ersetzungsperioden N₀, N₁, ... N_M ergeben einen augenblicklichen Quantisierungsfehler bei der lokalen Zeit 110, der k/2 Mal das Ratenkoeffizienten-LSB nicht überschreitet. Jedes Mal, wenn der Quantisierungsfehler der lokalen Zeit 110 k/2 Mal das Ratenkoeffizienten-LSB nahekommt, wird ein weiterer Ratenkoeffizient längerer Periode aufgerufen.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Zähler 12 ein Binärzähler der Länge log2(k·M) Bits.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Ratenkorrekturschaltung 20. Die Ratenkorrekturschaltung 20 umfasst einen Satz von UND-Gattern 60–62 und einen Satz von ODER-Gattern 63–65, die einen Multiplexer und irgendeine Freigabelogik 50 für den Multiplexer implementieren. Die Freigabelogik 50 gibt die UND-Gatter 60–62 frei, um die Ratenkoeffizienten A₀, A₁, ... A_M über einen Satz von Freigabesignalen 70–72 (Freigabe₀ bis Freigabe_M) freizugeben. Die Freigabelogik 50 gibt nur einen der Ratenkoeffizienten A₀, A₁, ... A_M bei jedem Schritt des Zeitzählwerts 18 frei. Die ODER-Gatter 63–65 liefern den freigegebenen Ratenkoeffizienten 40 an den Akkumulator 22.
Die Freigabesignale 70–72 werden durch ein Kombinieren von Bits des Zeitzählwerts 18 bestimmt. Das Freigabesignal 70, Freigabe₀, für den nullten Ratenkoeffizienten ist ~(~x₀ & ~x₁ & ~x₂ & ... & ~x_k-2 & x_k-1). Das Freigabesignal Freiga be_i für den i-ten positiven Ratenkoeffizienten ist (~x₀ & ~x₁ & ~x₂ & ... & ~x_p-2 & x_p-1) & ~(~x_p & ~x_p+1 & ~x_p+2 & ... & ~x_p+k-2 & x_p+k-1), wobei p = i·k. Bei dieser Gleichung sind die x die Bitwerte aller Stufen des Zählers 12. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem k = 4 und M = 3, ist der Zähler 12 ein 12-Stufen-Binärzähler, der die Freigabesignale 70–72 für die vier Ratenkoeffizienten A₀, A₁, A₂ und A₃ ableitet. Die Freigabesignale 70–72 für dieses Ausführungsbeispiel sind folgendermaßen: Freigabe0 = ~(~x0 & ~x1 & ~x2 & x3) Freigabe1 = (~x0 & ~x1 & ~x2 & x3) & ~(~x4 & ~x5 & ~x6 & x7) Freigabe2 = (~x0 & ~x1 & ~x2 & ~x3 & ~x4 & ~x5 & ~x6 & ~x7) & ~(~x8 & ~x9 & ~x10 & x11) Freigabe3 = (~x0 & ~x1 & ~x2 & ~x3 & ~x4 & ~x5 & ~x6 & ~x7 & ~x8 & ~x9 & ~x10 & x11)
Die Ratenkorrekturschaltung wählt Ratenkoeffizienten eines höheren Index mit fortschreitend weniger Frequenz aus. Bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel, das im Vorhergehenden dargelegt ist, wird der A₀-Ratenkoeffizient 15 mal alle 16 Schritte des Zählers 12 verwendet. Der A₁-Ratenkoeffizient wird 15 mal alle 256 (16·16) Schritte des Zählers 12 verwendet. Der A₂-Ratenkoeffizient wird 15 mal alle 4.096 (16·16·16) Schritte des Zählers 12 verwendet. Der A₃-Ratenkoeffizient wird 1 mal alle 4.096 Schritte des Zählers 12 verwendet. Bei einem Ausführungsbeispiel mit einer Ganzzahl von Zählerstufen und k Stufen zwischen jedem Ratenkoeffizient und insgesamt M + 1 Ratenkoeffizienten beträgt die Anzahl von Malen, die jeder Ratenkoeffizient angewendet wird, n_i = (k – 1)·2^(k·M)/2^(k·(i + 1)) für i < M und n_m = 1.
Bei dem oben genannten Beispiel ist die Anzahl von Malen, die jeder Ratenkoeffizient ausgewählt wird, folgendermaßen.
n₀ = 3840
n₁ = 240
n₂ = 15
n₃ = 1
Der lokale Takt 10 verbessert eine Quantisierungsgenauigkeit gegenüber der bekannten Technik einer Korrektur pro Korrekturintervall um einen Faktor k mit der Potenz M. Die augenblickliche Genauigkeit des lokalen Taktes 10 ist auch hoch, weil die Ratenkoeffizienten A₀, A₁, ... A_M relativ häufig angewendet werden.
Zusätzliche Ratenkoeffizienten können verwendet werden, um den Wert von k und deshalb den maximalen Quantisierungsfehler zu verringern, jedoch bei Zunahme der Hardware. Falls die Ersetzungsperioden N₀, N₁ ... N_M keine einheitlichen Vielfachen voneinander sind, wird der Quantisierungsfehler häufiger durch einige Ratenkoeffizienten und weniger häufig durch andere Ratenkoeffizienten korrigiert.
Die Ratenkoeffizienten A₀, A₁, ... A_M werden ausgewählt, um einen Endzählwert F zu ergeben. Der Endzählwert F kann von einem Zeitversatz zum Korrigieren der lokalen Zeit 110 abgeleitet werden, z. B. während einer IEEE-1588-Zeitsynchronisation. Der am häufigsten verwendete Ratenkoeffizient wird zuerst ausgewählt, und dann werden die anderen in Folge ausgewählt. Die Ratenkoeffizienten A₀, A₁, ... A_M werden folgendermaßen bestimmt. A0 = Grund(F/n0) A1 = Grund ((F – A0·n0)/n1) A2 = Grund ((F – A0·n0 – A1·n1)/n2) Ai = Grund ((F – A0·n1 ... – Ai-1·ni-1)/ni)
Bei dem oben genannten Beispiel sind bei einem Endzählwert F gleich 16.793 die Ratenkoeffizienten A₀, A₁, ... A_M folgendermaßen.
A₀ = 4
A₁ = 5
A₂ = 15
A₃ = 8
Alternative Zählschemata können bei dem lokalen Takt 10 verwendet werden, jedoch auf Kosten einer komplizierteren Ratenkoeffizientenauswahllogik. Zählschemata, bei denen die Frequenz einer Ratenkoeffizientenverwendung nicht geometrisch mit der Ratenkoeffizientenzahl abnimmt, nutzen die Ratenkoeffizienten suboptimal aus, indem mehr Fehler ermöglicht wird.
Die vorangegangene detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird zu Veranschaulichungszwecken geliefert und soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf das genaue offenbarte Ausführungsbeispiel beschränken. Dementsprechend ist der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung durch die angehängten Ansprüche definiert.

Claims

Schaltung, die eine lokale Zeit (110) durch ein Akkumulieren einer Sequenz von Ratenkoeffizienten einstellt, die aus einer Mehrzahl von Ratenkoeffizienten (100) unter Verwendung einer Reihe von fortschreitend längeren Ersetzungsperioden ausgewählt werden.
Schaltung gemäß Anspruch 1, bei der die Ersetzungsperioden und die Ratenkoeffizienten ausgewählt werden, um eine Akkumulation von Quantisierungsfehlern bei der lokalen Zeit (110) zu vermeiden.
Schaltung gemäß Anspruch 1, bei der die Ersetzungsperioden und die Ratenkoeffizienten ausgewählt werden, um große Fehler bei der lokalen Zeit (110) zu vermeiden.
Schaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Ersetzungsperioden Vielfache voneinander sind.
Schaltung gemäß Anspruch 4, bei der die Ersetzungsperioden geometrisch um zwei mit einer ganzzahligen Potenz zunehmen.
Schaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Ratenkoeffizienten von einem Zeitversatz abgeleitet werden, der einer Zeitsynchronisation zugeordnet ist.
Verfahren zum Einstellen einer lokalen Zeit (110), das folgende Schritte aufweist: Auswählen einer Sequenz von Ratenkoeffizienten aus einer Mehrzahl von Ratenkoeffizienten (100); Akkumulieren der Sequenz von Ratenkoeffizienten, jeder während einer fortschreitend längeren Ersetzungsperiode.
Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem die Ersetzungsperioden und die Ratenkoeffizienten ausgewählt werden, um eine Akkumulation von Quantisierungsfehlern bei der lokalen Zeit (110) zu vermeiden.
Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem das Auswählen einer Sequenz von Ratenkoeffizienten ein Auswählen einer Sequenz von Ratenkoeffizienten und der Ersetzungsperioden aufweist, um große Fehler bei der lokalen Zeit (110) zu vermeiden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem das Akkumulieren der Sequenz von Ratenkoeffizienten ein Akkumulieren der Sequenz von Ratenkoeffizienten während eines Satzes von Ersetzungsperioden aufweist, die Vielfache voneinander sind.
Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem das Akkumulieren der Sequenz von Ratenkoeffizienten während eines Satzes von Ersetzungsperioden, die Vielfache voneinander sind, ein Akkumulieren der Sequenz von Ratenkoeffizienten während eines Satzes von Ersetzungsperioden aufweist, die geometrisch um zwei mit einer ganzzahligen Potenz zunehmen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, das ferner ein Ableiten der Ratenkoeffizienten von einem Zeitversatz aufweist, der einer Zeitsynchronisation zugeordnet ist.
Lokaler Takt, der folgende Merkmale aufweist: einen Zähler (12), der einen Zeitzählwert erzeugt; eine Ratenkorrekturschaltung (20), die eine Sequenz von Ratenkoeffizienten aus einer Mehrzahl von Ratenkoeffizienten unter Verwendung einer Reihe von fortschreitend längeren Ersetzungsperioden auswählt; einen Akkumulator (22), der eine lokale Zeit durch ein Akkumulieren der Sequenz von Ratenkoeffizienten erzeugt.
Lokaler Takt gemäß Anspruch 13, bei dem die Ratenkorrekturschaltung folgende Merkmale aufweist: einen Multiplexer, der aus den Ratenkoeffizienten ansprechend auf einen Satz von Freigabesignalen auswählt; eine Freigabelogik (50), die die Freigabesignale ansprechend auf den Zeitzählwert unter Verwendung der Reihe von fortschreitend längeren Ersetzungsperioden erzeugt.
Lokaler Takt gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem die Ersetzungsperioden und die Ratenkoeffizienten ausgewählt werden, um eine Akkumulation von Quantisierungsfehlern bei der lokalen Zeit (110) zu vermeiden.
Lokaler Takt gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem die Ersetzungsperioden und die Ratenkoeffizienten ausgewählt werden, um große Fehler bei der lokalen Zeit (110) zu vermeiden.
Lokaler Takt gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem die Ersetzungsperioden Vielfache voneinander sind.
Lokaler Takt gemäß Anspruch 17, bei dem die Ersetzungsperioden geometrisch um zwei mit einer ganzzahligen Potenz zunehmen.
Lokaler Takt gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem die Ratenkoeffizienten von einem Zeitversatz abgeleitet werden, der einer Zeitsynchronisation zugeordnet ist.