DE102008035456B4

DE102008035456B4 - Schaltungsanordnung und Verfahren zur Erzeugung eines Signals mit im Wesentlichen konstantem Signalpegel

Info

Publication number: DE102008035456B4
Application number: DE200810035456
Authority: DE
Inventors: Manfred Nopp; Gerhard Nössing
Original assignee: Lantiq Deutschland GmbH
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2028-07-31
Also published as: DE102008035456A1

Abstract

Schaltungsanordnung, umfassend:
eine Wandlerschaltung (230, 240) zur Erzeugung eines Signals (VOUT) mit im Wesentlichen konstantem Signalpegel abhängig von einem Schalttaktsignal (SCLK), umfassend:
eine Taktsignalgeneratorschaltung zur Erzeugung des Schalttaktsignals (SCLK) aus einem Eingangstaktsignal (CLK), die ausgestaltet ist, so dass die Frequenz des Schalttaktsignals (SCLK) im Verhältnis zu der Frequenz des Eingangstaktsignals (CLK) einstellbar ist,
einen Sägezahngenerator (210) zur Erzeugung eines Sägezahnsignals (S), und
einen Zähler (260), welcher mit einer durch die Frequenz des Eingangstaktsignals (CLK) bestimmten Rate inkrementiert wird, wobei die Taktsignalgeneratorschaltung dazu ausgestaltet ist, abhangig von dem Wert (C) des Zählers (260), wenn das Sägezahnsignal (S) einem im Wesentlichen konstanten Referenzsignal (Vref2) entspricht, die Frequenz des Schalttaktsignals (SCLK) einzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Erzeugung eines Signals mit im Wesentlichen konstantem Signalpegel.
Bei Vorrichtungen zur Erzeugung eines Signals mit im Wesentlichen konstantem Signalpegel, beispielsweise Gleichspannungswandler oder Gleichstromwandler, ist es bekannt, die Erzeugung des im Wesentlichen konstanten Signals abhängig von einem Schalttaktsignal vorzunehmen. Typischerweise steuert dieses Schalttaktsignal einen Schalttransistor an, welcher die Aufladung bzw. Entladung einer Speicherschaltung steuert, an welcher dann schließlich das Signal mit im Wesentlichen konstantem Signalpegel abgegriffen werden kann. Das Schalttaktsignal wird typischerweise aus einem Eingangstaktsignal erzeugt.
Bei den bekannten Schaltungsanordnungen bestehen jedoch Probleme dahingehend, dass der Einfluss von Abweichungen der Frequenz des Eingangstaktsignals von ihrem vorgesehen Wert nur unzureichend kontrollierbar ist.
Aus der DE 10 2005 062 451 A1 ist eine elektrische Leistungsschaltvorrichtung bekannt, bei welcher eine Steuerschaltung ein Schaltsteuersignal erzeugt. Anhand eines Vergleichs von Zählerwerten kann ein Multiplexer angesteuert werden, um zyklisch wiederholte unterschiedliche Pulsperiodenmuster zu erzeugen. Durch Vergleich eines Sägezahnsignals mit einer Schwellenwertspannung wird ein pulsweitenmoduliertes Signal erzeugt.
Aus der DE 10 2006 043 881 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten Signals bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen Zähler, ein Vergleichsregister und einen Komparator. Der Komparator vergleicht einen Vergleichswert des Vergleichsregisters mit einem Zählwert des Zählers und erzeugt abhängig von dem Vergleich ein Identitätssignal. Die Impulsbreite des pulsweitenmodulierten Signals wird gemäß dem Identitätssignals bestimmt.
Aus der US 7,184,480 B1 ist eine Pulsweitenmodulationsschaltung bekannt. Die Pulsweitenmodulationsschaltung umfasst ein digitalen Zähler, einen Digital-Analog-Wandler und einen Komparator. Der Komparator bewirkt einen Vergleich eines mittels des digitalen Zählers und des Digital-Analog-Wandlers erzeugten Rampensignals mit einer Gleichspannung, um ein pulsweitenmoduliertes Signal zu erzeugen.
Aus der US 3,824,584 ist eine Analog-Digital-Wandlerschaltung bekannt. Die Analog-Digital-Wandlerschaltung umfasst einen Rampengenerator, welcher mittels einer Pulssignalquelle, eines digitalen Zählers und eines Digital-Analog-Wandlers implementiert ist. Ein von dem Rampengenerator erzeugtes Rampensignal ist einem Komparator zugeführt, welcher das Rampensignal mit einer Eingangsvariablen vergleicht. Am Ausgang des Komparators wird ein pulsweitenmoduliertes Signal erzeugt.
Aus der US 6,895,046 B1 ist eine Vorrichtung mit einem Pulsweitenmodulator bekannt. Der Pulsweitenmodulator dient der Erzeugung eines Pulsfolgensignals. Die Vorrichtung beinhaltet weiterhin einen digitalen Zähler. Das Pulsfolgensignal ist dem Eingang des digitalen Zählers zugeführt.
Aus der DE 602 06 875 B2 und der DE 199 54 255 A1 sind Schaltungen mit Phasenregelschleifen bekannt, welche zur Erzeugung eines Taktsignals verwendet werden können.
Aus der US 2002/016017 A1 sind Vorrichtungen und Verfahren zur Übertragung von Signalen gemäß einem Kabelprotokoll bekannt. Es wird ein Medientransportadapter beschrieben, welcher eine Schnittstelle bezüglich eines herkömmlichen Telefons aufweist. Diese Schnittstelle stellt unter anderem eine Batteriespannung für das Telefon bereit.
Die vorliegende Erfindung bietet eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 10. Die abhängigen Patentansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Weitere Merkmale und Vorteile der obigen und weiterer Ausführungsbeispiele werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervorgehen.
1 zeigt schematisch einen Teilnehmeranschlussschnittstellenbaustein gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Gleichspannungssignals gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 bis 5 veranschaulichen beispielhafte Signalverläufe in der Schaltungsanordnung von 2.
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert, welche sich auf Verfahren und Schaltungsanordnungen zur Erzeugung eines Signals mit im Wesentlichen konstantem Signalpegel in Form einer Gleichspannungswandlerschaltung beziehen. Als im Wesentlichen konstant sind in diesem Zusammenhang Signalpegel und andere Werte zu verstehen, welche auf Zeitskala von einem Taktzyklus der verwendeten Taktsignale nur vernachlässigbaren Anderungen unterliegen. Änderungen auf längerer Zeitskala, z. B. durch Regelvorgänge, sind jedoch möglich. Die hierin beispielhaft beschriebenen Konzepte können in einer Teilnehmeranschlussschnittstellenschaltung bzw. einem SLIC-Baustein (SLIC: „Subscriber Line Interface Circuit”) zur Erzeugung einer Batteriespannung eingesetzt werden. Es versteht sich jedoch, dass die dargestellten Konzepte sich auch in anderen Anwendungsbereichen einsetzen lassen, beispielsweise zur Erzeugung von Versorgungsspannungen von Elektronikkomponenten. Darüber hinaus sind die dargestellten Konzepte auch nicht auf Gleichspannungswandler beschränkt, sondern können auch bei Gleichstromwandlern, Schaltnetzteilen oder dergleichen verwendet werden.
1 zeigt einen Teilnehmeranschlussschnittstellenbaustein 100, bezeichnet mit SLIC, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Teilnehmeranschlussschnittstellenbaustein 100 kann beispielsweise in einer Zentralstelle eines Telefonsystems eingesetzt werden, um einem oder mehreren Teilnehmern eine Kommunikationsverbindung über eine Zweidraht-Telefonleitung bereitzustellen. In diesem Fall ist es üblich, eine Versorgungsspannung für ein Teilnehmerendgerät, auch bezeichnet als Batteriespannung, über die Zweidraht-Telefonleitung zur Verfügung zu stellen. Bei dieser Batteriespannung handelt es sich typischerweise um ein Gleichspannungssignal von etwa 50 V, was deutlich über der internen Versorgungsspannung von üblichen Elektronikkomponenten liegt.
Der in 1 dargestellte Teilnehmeranschlussschnittstellenbaustein 100 umfasst einen Analogausgangsteil 150, bezeichnet mit AFE („Analog Front End”), welcher als ein Ausgangssignal die Batteriespannung VBAT bereitstellt. Zu diesem Zweck umfasst der Analogausgangsteil 150 einen Gleichspannungswandler 200, welcher aus einer Versorgungsspannung VS des Teilnehmeranschlussschnittstellenbausteins 100 die Batteriespannung VBAT erzeugt. Dies wird auf Grundlage eines Schalttaktsignals bewerkstelligt.
Das Schalttaktsignal wird in dem Gleichspannungswandler 200 aus einem Eingangstaktsignal CLK erzeugt. Zur Erzeugung des Eingangstaktsignals CLK umfasst der Teilnehmeranschlussschnittstellenbaustein 100 eine Phasenregelschleife 190 bzw. PLL („Phase Locked Loop”). Die Phasenregelschleife 190 nimmt ein externes Taktsignal ECLK auf und erzeugt aus diesem das Eingangstaktsignal CLK für den Gleichspannungswandler 200.
Es versteht sich, dass die Teilnehmeranschlussschnittstellenschaltung 100 weitere Komponenten umfassen kann, beispielsweise Signalverarbeitungskomponenten, welche aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Darüber hinaus versteht es sich auch, dass die Teilnehmeranschlussschnittstellenschaltung typischerweise weitere Signaleingänge und Signalausgänge umfasst, z. B. für Kommunikationssignale.
2 veranschaulicht schematisch eine Schaltungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, durch welche beispielsweise der Gleichspannungswandler 200 des Teilnehmeranschlussschnittstellenbausteins 100 von 1 implementiert werden kann. In der Schaltungsanordnung von 2 ist daher auch die Phasenregelschleife 190 angedeutet, welche aus dem externen Taktsignal ECLK das Eingangstaktsignal CLK erzeugt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Gleichspannungswandler einen Sägezahngenerator 210, welcher ein Sägezahnsignal, bezeichnet mit S, erzeugt. Das Sägezahnsignal S umfasst eine Spannungsrampe mit vorgegebener Steigung, welche durch ein Rücksetzsignal DIS regelmäßig zurückgesetzt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel können Parameter des Sägezahngenerators 210, beispielsweise die Steigung der Spannungsrampe, über einen Steuereingang des Sägezahngenerators eingestellt werden.
Die Schaltungsanordnung umfasst weiterhin einen ersten Komparator 220, welchem das Sägezahnsignal S zugeführt ist. Der erste Komparator 220 vergleicht das Sägezahnsignal S mit einem Vergleichssignal VCOMP. Bei dem Vergleichssignal VCOMP handelt es sich um ein im Vergleich zu dem Sägezahnsignal S nur langsam variierendes oder im Wesentlichen konstantes Signal. Abhängig von dem Vergleich erzeugt der erste Komparator 220 ein Schalttaktsignal SCLK.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Schalttaktsignal SCLK derart erzeugt, dass es einen Puls umfasst, während das Sägezahnsignal 5 das Vergleichssignal VCOMP überschreitet. In diesem Fall variiert die Breite der Pulse des Schalttaktsignals SCLK abhängig von dem Wert des Vergleichssignals VCOMP. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Schalttaktsignal SCLK folglich als pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) erzeugt.
Die Schaltungsanordnung umfasst weiterhin eine Wandlerschaltung mit einem Schalttransistor 230 und einer Auskopplungsschaltung 240. Der Schalttransistor 230 ist durch das Schalttaktsignal SCLK angesteuert. Mit dem Schalttransistor 230 kann beispielsweise ein über die Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung erzeugtes Stromsignal selektiv über verschiedene Strompfade geleitet werden. Bei dem Schalttransistor 230 kann es sich um einen Leistungstransistor handeln.
Ein Ausgangssignal des Schalttransistors 230 ist der Auskopplungsschaltung 240 zugeführt, welche das von dem Schalttransistor 230 geschaltete Signal derart aufnimmt und speichert, dass ein von der Pulsweite des Schalttaktsignals SCLK abhängiges Ausgangssignal VOUT erzeugt wird. Hierbei können Ladungspumpenmechanismen oder dergleichen zum Einsatz kommen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ausgangssignal VOUT ein Gleichspannungssignal. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das Ausgangssignal ein Gleichstromsignal sein. Ein Eingangssignal VIN der Wandlerschaltung ist beispielsweise durch eine Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung gebildet.
Bei einem Ausführungsbeispiel können der Schalttransistor 230 und die Auskopplungsschaltung 240 als Aufwärtswandler ausgebildet sein, so dass das Ausgangssignal VOUT größer ist als das Eingangssignal VIN der Wandlerschaltung. Alternativ können der Schalttransistor 230 und die Auskopplungsschaltung 240 als Abwärtswandler ausgebildet sein, so dass das Ausgangssignal VOUT des Gleichspannungswandlers kleiner ist als sein Eingangssignal. Weiterhin können der Schalttransistor 230 und die Auskopplungsschaltung 240 als invertierende Wandlerschaltung ausgebildet sein, so dass das Vorzeichen der Ausgangssignals VOUT ein gegenüber dem Eingangssignal VIN invertiertes Vorzeichen aufweist.
Die in 2 dargestellte Schaltungsanordnung umfasst weiterhin einen Regelkreis mit einer ersten Regeleinheit 250, welcher das Ausgangssignal VOUT bei der Erzeugung des Schalttaktsignals SCLK berücksichtigt. Zu diesem Zweck wird das Ausgangssignal VOUT an die erste Regeleinheit 250 zurückgeführt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Regeleinheit 250 dazu ausgestaltet, die Differenz zwischen einem ersten Referenzsignal Vref1 und dem um einen Faktor skalierten Ausgangssignal VOUT auf Null zu regeln und im Rahmen dieses Regelvorgangs das Vergleichsignal VCOMP zu erzeugen. Die Regeleinheit 250 kann beispielsweise auf einer PID-Regelung basieren.
Die Gesamtfunktionsweise des den ersten Komparator 220, den Schalttransistor 230, die Auskopplungsschaltung 240 und die Regeleinheit 250 umfassenden Regelkreises ist folglich, das Ausgangssignal VOUT so einzustellen, dass sein skalierter Wert dem ersten Referenzsignal Vref1 entspricht. Durch die in der Regeleinheit 250 vorgenommene Skalierung kann erreicht werden, dass eine Regelung auch dann möglich ist, wenn das Ausgangssignal VOUT außerhalb des Bereichs verfügbarer Referenzsignale liegt, beispielsweise ein Spannungssignal darstellt, welches über der maximalen verfügbaren Versorgungsspannung liegt.
Die in 2 dargestellte Schaltungsanordnung umfasst weiterhin einen zweiten Komparator 270, welcher das Sägezahnsignal S mit einem zweiten Referenzsignal Vref2 vergleicht. Das zweite Referenzsignal Vref2 kann beispielsweise so gewählt sein, dass es im Bereich der Hälfte einer typischen Amplitude des Sägezahnsignals S liegt. Bei einem Ausfuhrungsbeispiel variiert das Sägezahnsignal im Bereich zwischen 0 und 3 V, und das zweite Referenzsignal hat einen Wert von etwa 1.5 V.
Das zweite Referenzsignal Vref2 hat einen im Wesentlichen konstanten Wert. Wenn das Sägezahnsignal S dem zweiten Referenzsignal Vref2 entspricht, erzeugt der zweite Komparator 270 ein Ausgangssignal, beispielsweise in Form eines Spannungspulses.
Die in 2 dargestellte Schaltungsanordnung umfasst darüber hinaus noch einen Schaltungsteil zur Erzeugung des Rücksetzsignals DIS für den Sägezahngenerator 210, welcher einen Zähler 260, eine Rücksetzlogik 265, einen Signalspeicher 280 und eine zweite Regeleinheit 290 umfasst.
Dem Zähler 260 ist das Eingangstaktsignal CLK zugeführt. Der Zähler 260 ist derart ausgestaltet, dass sein Wert C fortlaufend inkrementiert wird. Die Rate, mit welcher der Zähler 260 inkrementiert wird, hängt von der Frequenz des Eingangstaktsignals CLK ab. Beispielsweise kann der Zähler 260 mit jedem Taktzyklus des Eingangstaktsignals CLK inkrementiert werden. Wenn der Wert C des Zählers 260 einen Maximalwert Nmax erreicht, wird der Zähler 260 zurückgesetzt. Der Wert C des Zählers 260 ist weiterhin der Rücksetzlogik 265 zugeführt, welche das Rücksetzsignal DIS für den Sägezahngenerator 210 erzeugt, wenn der Wert C des Zählers 260 den Maximalwert Nmax erreicht und zurückgesetzt wird.
Der Wert C des Zählers ist darüber hinaus dem Zählerwertspeicher 280 zugeführt. Der Zählerwertspeicher 280 umfasst einen Steuereingang, welchem das Ausgangssignal STP des Komparators 270 zugeführt ist. Der Zählerwertspeicher 280 ist derart ausgestaltet, dass er den Wert C des Zählers 260 übernimmt und speichert, wenn das Ausgangssignal STP des Komparators 270 anzeigt, dass das Sägezahnsignal S dem zweiten Referenzsignal Vref2 entspricht. Der Zählerwertspeicher 280 kann beispielsweise flankengesteuerte oder zustandsgesteuerte Latches oder D-Flipflops umfassen.
Der in dem Zählerwertspeicher 280 gespeicherte Wert wird in Form eines Speicherwertsignals CNT der zweiten Regeleinheit 290 zur Verfügung gestellt. Die zweite Regeleinheit 290 ist dazu ausgestaltet, abhängig von dem Speicherwertsignal CNT den Maximalwert Nmax des Zählers 260 einzustellen.
Die in 2 dargestellte Schaltungsanordnung umfasst folglich einen Regelkreis zur Einstellung des Maximalwerts Nmax des Zählers 260 abhängig von dem Wert C des Zählers 260, wenn das Sägezahnsignal S dem zweiten Referenzsignal Vref2 entspricht. Beispielsweise kann, wenn dieser Wert sich um einen bestimmten Faktor erhöht oder verringert, der Maximalwert des Zähler 260 um im Wesentlichen denselben Faktor erhöht bzw. verringert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die in 2 dargestellte Schaltungansordnung weiterhin einen Regelkreis zur Anpassung des Sägezahngenerators 210 abhängig von dem Wert C des Zählers 260, wenn das Sägezahnsignal S dem zweiten Referenzsignal Vref2 entspricht. Bei der in 2 dargestellten beispielhaften Implementierung ist zu diesem Zweck eine dritte Regeleinheit 205 vorgesehen, welche das Speicherwertsignal CNT von dem Signalspeicher 280 aufnimmt und abhängig davon ein Stellsignal für den Sägezahngenerator 210 erzeugt. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Sägezahngenerator 210 einen Kondensator mit einstellbarer Kapazität und/oder eine Stromquelle mit einstellbarem Ausgangsstrom umfassen. Beispielsweise kann auf diese Weise in einer Initialisierungsphase die Steigung des Sägezahnsignals S eingestellt werden.
Die in 2 dargestellte Schaltungsanordnung umfasst folglich Komponenten, welche aus dem Eingangstaktsignal CLK das Schalttaktsignal SCLK erzeugen. Diese Komponenten, welche zusammenfassend auch als Taktsignalgeneratorschaltung bezeichnet werden konnen, umfassen bei den dargestellten Ausführungsbeispielen den Zähler 260, die Rücksetzlogik 265, den Sägezahngenerator 210, den ersten Komparator 220, den zweiten Komparator 270, den Wertspeicher 280 und die zweite Regeleinheit 290.
Die Funktionsweise der in 2 dargestellten Schaltungsanordnung wird nachfolgend anhand von in 3–5 dargestellten beispielhaften zeitlichen Signalverläufen näher erläutert. In 3–5 dargestellt sind beispielhafte Verläufe für das Sägezahnsignal S, den Wert des Zählers C, das Ausgangssignal STP des Komparators 270, das Rücksetzsignal DIS, das Speicherwertsignal CNT und das Schalttaktsignal SCLK.
Die in 3 dargestellten beispielhaften zeitlichen Signalverläufe entsprechen einem Normalbetrieb der in 2 dargestellten Schaltungsanordnung, wenn das externe Taktsignal SCLK der Phasenregelschleife 190 zugeführt ist und diese abhängig von dem externen Taktsignal SCLK das Eingangstaktsignal CLK für den Gleichspannungswandler erzeugt. Bei dem betrachteten Beispiel beträgt die Frequenz des externen Taktsignals ECLK etwa 32 MHz.
Wie in 3 zu erkennen, wird in dieser Situation in regelmäßigen Zeitabständen das Rücksetzsignal DIS für den Sägezahngenerator 210 erzeugt, wenn der Wert C des Zählers den Maximalwert Nmax erreicht. Die Frequenz des Rücksetzsignals DIS und damit auch die Frequenz des Schalttaktsignals SCLK im Verhältnis zu der Frequenz des Eingangstaktsignals sind durch den Maximalwert Nmax für den Wert C des Zählers bestimmt. Bei der Schaltungsanordnung von 2 kann daher die Frequenz des Schalttaktsignals SCLK im Verhältnis zu der Frequenz des Eingangstaktsignals eingestellt werden und ist nicht durch die Frequenz des Eingangstaktsignals fest vorgegeben. Auf diese Weise kann die Schaltungsanordnung flexibel an verschiedene Frequenzen des externen Taktsignals CLK angepasst werden.
Weiterhin ist in 3 zu erkennen, dass das Sägezahnsignal S in einem Bereich zwischen einem Minimalwert Vmin und einem Maximalwert Vmax oszilliert, ohne jedoch den Maximalwert Vmax zu erreichen. Bei dem Minimalwert Vmin kann es sich um eine niedrige Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung handeln, und bei dem Maximalwert Vmax kann es sich um eine hohe Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung handeln.
Ein Puls des Schalttaktsignals SCLK wird dann erzeugt, wenn das Sägezahnsignal S über dem Wert des Vergleichssignals VCOMP liegt. Die Breite der Pulse des Schalttaktsignals SCLK hängt folglich von dem Wert des Vergleichssignals VCOMP ab. Wie im Zusammenhang mit 2 erläutert, wird dieser Umstand genutzt, um das Ausgangssignal VOUT auf einen im Wesentlichen konstanten Wert einzuregeln.
Weiterhin ist aus 3 ersichtlich, wie das Ausgangssignal STP des Komparators 270 auf Basis eines Vergleichs des Sägezahnsignals S mit dem zweiten Referenzsignal Vref2 erzeugt wird. Wenn das Sägezahnsignal S das zweite Referenzsignal Vref2 schneidet, wird in dem Ausgangssignal STP des Komparators 270 ein Puls erzeugt, welcher bewirkt, dass der momentane Wert C des Zählers 260 in Form des SpeicherwertSignals CNT gehalten wird. Bei dem dargestellten Beispiel liegt der Maximalwert des Zählers 260 bei 255, so dass sich für das Signal CNT ein Wert von 138 ergibt. Der Wert des Signals CNT hängt ab von der Rate, mit welcher der Wert C des Zählers 260 inkrementiert wird, d. h. von der Frequenz des Eingangstaktsignals CLK. Mit steigender Frequenz des Eingangstaktsignals CLK steigt auch der Wert des Zählerwertsignals CNT, während mit abnehmender Frequenz des Eingangstaktsignals CLK der Wert des Zählerwertsignals CNT abnimmt.
Bei der in 2 dargestellten Schaltungsanordnung kann folglich über das Zählerwertsignal CNT die Frequenz des Eingangstaktsignals CLK erfasst werden.
4 zeigt beispielhafte zeitliche Signalverläufe für eine Situation, in welcher der Phasenregelschleife 190 das externe Taktsignal ECLK nicht zugeführt ist und sich die Phasenregelschleife 190 im Leerlaufbetrieb befindet, beispielsweise aufgrund eines Ausfalls des externen Taktsignals ECLK. In einer solchen Situation ist die Frequenz des von der Phasenregelschleife 190 erzeugten Eingangstaktsignals CLK nicht präzise definiert. Typischerweise ist für einen solchen Leerlaufbetrieb der Phasenregelschleife 190 die Frequenz des erzeugten Eingangstaktsignals niedriger als im Normalbetrieb, wenn der Phasenregelschleife 190 das externe Taktsignal ECLK zugeführt ist.
4 veranschaulicht die Auswirkungen eines solchen Ausfalls des Eingangstaktsignals CLK, ohne dass über die zweite Regeleinheit 290 eine Anpassung des Maximalwertes Nmax für den Zähler 260 erfolgt ist. Es ist erkennbar, dass der Wert C des Zählers 260 nun mit einer geringeren Rate inkrementiert wird und folglich der Maximalwert Nmax in größeren Zeitabständen erreicht wird. Dies führt dazu, dass das Rücksetzsignal DIS für den Sägezahngenerator 210 und folglich auch das Schalttaktsignal SCLK mit einer geringeren Frequenz erzeugt wird.
Weiterhin ist in 4 erkennbar, dass durch die vergrößerten Zeitabstände zwischen den Pulsen des Rücksetzsignals DIS das Sägezahnsignal S ansteigen kann, bis es seinen Maximalwert Vmax erreicht hat. Wenn in einer solchen Konstellation über die erste Regeleinheit 250 der Vergleichswert VCOMP ebenfalls in Richtung des Maximalwertes Vmax geregelt wird, werden unter Umständen die Pulse des Schalttaktsignals SCLK nur mit einer minimalen Pulsdauer erzeugt, da das Sägezahnsignal S die Vergleichsspannung VCOMP nicht mehr überschreitet.
Wie in 4 weiterhin zu erkennen ist, schneidet das Sägezahnsignal S das zweite Referenzsignal Vref2 nun zu einem Zeitpunkt, zu welchem der Wert des Zählers C geringer ist als bei der in 3 dargestellten Situation. Bei dem dargestellten Beispiel ist dieser Wert, welcher über den Zählerwertspeicher 280 in das Speicherwertsignal CNT umgesetzt wird, 66, d. h. entspricht in etwa der Hälfte des in der Situation von 3 erfassten Wertes, woraus auf eine um etwa den Faktor zwei verringerte Frequenz des Eingangstaktsignals CLK geschlossen werden kann. Für andere Abweichungen der Frequenz des Eingangstaktsignals CLK würden sich entsprechend größere oder kleinere Änderungen des Speicherwertsignals CNT ergeben. Die verringerte Frequenz des Eingangstaktsignals CLK kann folglich über das Speicherwertsignal CNT erfasst werden, welches bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen proportional zu der Frequenz des Eingangstaktsignals CLK ist.
In 5 sind beispielhafte zeitliche Signalverläufe für eine Situation dargestellt, in welcher wie bei 4 das externe Taktsignal SCLK ausgefallen ist, jedoch der Maximalwert Nmax des Zählers 260 von der zweiten Regeleinheit 290 auf einen neuen Wert Nmax' angepasst wurde. Bei dem dargestellten Beispiel erfolgte diese Anpassung des Maximalwerts von Nmax = 255 auf Nmax' = 128, was in etwa proportional zu über das Speicherwertsignal CNT erfassten Veringerung der Frequenz des Eingangstaktsignals CLK ist.
Wie in 5 dargestellt, hat dies zur Folge, dass der Wert C des Zählers 260 wieder in kürzeren Zeitabständen seinen Maximalwert Nmax' erreicht, so dass auch das Rücksetzsignal DIS für den Sägezahngenerator 210 und damit das Schalttaktsignal SCLK wieder mit einer höheren Frequenz erzeugt wird. Diese Frequenz entspricht in etwa der Frequenz des Schalttaktsignals SCLK im Normalbetrieb. Die Frequenz des Schalttaktsignals SCLK ist bei der in 5 dargestellten Situation daher im Wesentlichen dieselbe wie bei der in 3 dargestellten Situation, unabhängig Variationen der Frequenz des Eingangstaktsignals CLK. Die Schaltungsanordnung von 2 gewährleistet daher einen zuverlässigen Betrieb, welcher robust gegenüber Variationen der Frequenz des Eingangstaktsignals ist. Die Erzeugung des Ausgangssignals VOUT mit dem gewünschten Signalpegel bleibt auch auf Grundlage der im Leerlaufbetrieb arbeitenden Phasenregelschleife 190 möglich.
Es versteht sich, dass bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung verschiedenartige Modifikationen möglich sind. Beispielsweise kann anstelle eines Ausgangsspannungssignals ein Ausgangsstromsignal erzeugt werden. Die beschriebenen Konzepte können mit verschiedenartigen Typen von auf Basis eines Schalttaktsignals arbeitenden Wandlerschaltungen kombiniert werden. Eine Nachführung der Frequenz des Schalttaktsignals wird nicht nur für den Fall ermöglicht, dass das Eingangstaktsignal im Leerlaufbetrieb einer Phasenregelschleife mit einer niedrigeren Frequenz erzeugt wird, sondern auch bei anderweitig verursachten Variationen der Frequenz des Eingangstaktsignals. Eine Anpassung oder Regelung des Sägezahngenerators kann lediglich zu Beginn des Normalbetriebs der Schaltungsanordnung vorgesehen sein, beispielsweise während einer Initialisierungsphase, oder kann in regelmäßigen Zeitabständen wiederholt werden. Weiterhin ist es auch möglich, auf eine dynamische Regelung des Sägezahngenerators zu verzichten und die Eigenschaften des erzeugten Sägezahnsignals über eine Messung während der Fertigung der Schaltungsanordnung zu kalibrieren. Schließlich versteht es sich, dass die in 3 bis 5 dargestellten Signalverläufe und Signalformen lediglich veranschaulichend und beispielhaft sind und dass bei anderen Ausführungsbeispielen abweichende Signalverläufe und Signalformen auftreten können.
Bezugszeichenliste

100: Teilnehmeranschlussschnittstellenschaltung
150: Analogausgangsteil
190: Phasenregelschleife
200: Gleichspannungswandler
205: Regeleinheit
210: Sägezahngenerator
220: Komparator
230: Schalttransistor
240: Auskopplungsschaltung
250: Regeleinheit
260: Zähler
265: Rücksetzlogik
270: Komparator
280: Wertspeicher
290: Regeleinheit
C: Zählerwert
CLK: Eingangstaktsignal
CNT: Speicherwertsignal
DIS: Rücksetzsignal
ECLK: Externes Taktsignal
Nmax: Maximalwert
STP: Ausgangssignal
VCOMP: Vergleichssignal
VIN: Eingangssignal
VOUT: Ausgangssignal
Vref1, Vref2: Referenzsignal

Claims

Schaltungsanordnung, umfassend: eine Wandlerschaltung (230, 240) zur Erzeugung eines Signals (VOUT) mit im Wesentlichen konstantem Signalpegel abhängig von einem Schalttaktsignal (SCLK), umfassend: eine Taktsignalgeneratorschaltung zur Erzeugung des Schalttaktsignals (SCLK) aus einem Eingangstaktsignal (CLK), die ausgestaltet ist, so dass die Frequenz des Schalttaktsignals (SCLK) im Verhältnis zu der Frequenz des Eingangstaktsignals (CLK) einstellbar ist, einen Sägezahngenerator (210) zur Erzeugung eines Sägezahnsignals (S), und einen Zähler (260), welcher mit einer durch die Frequenz des Eingangstaktsignals (CLK) bestimmten Rate inkrementiert wird, wobei die Taktsignalgeneratorschaltung dazu ausgestaltet ist, abhangig von dem Wert (C) des Zählers (260), wenn das Sägezahnsignal (S) einem im Wesentlichen konstanten Referenzsignal (Vref2) entspricht, die Frequenz des Schalttaktsignals (SCLK) einzustellen.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Taktsignalgeneratorschaltung dazu ausgestaltet ist, die Frequenz des Schalttaktsignals (SCLK) abhängig von der Frequenz des Eingangstaktsignals (CLK) derart einzustellen, dass die Frequenz des Schalttaktsignals (SCLK) unabhängig von Variationen der Frequenz des Eingangstaktsignals (CLK) im Wesentlichen konstant ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Taktssignalgeneratorschaltung dazu ausgestaltet ist, ein Rücksetzsignal (DIS) für den Sägezahngenerator (210) zu erzeugen, wenn der Wert (C) des Zählers (260) einen Maximalwert (Nmax) erreicht.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, wobei die Taktsignalgeneratorschaltung dazu ausgestaltet ist, den Zähler (260) zurückzusetzen, wenn der Zähler den Maximalwert (Nmax) erreicht.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Taktsignalgeneratorschaltung dazu ausgestaltet ist, abhängig von dem Wert (C) des Zählers (260), wenn das Sägezahnsignal dem im Wesentlichen konstanten Referenzsignal (Vref2) entspricht, den Maximalwert (Nmax) anzupassen.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: eine Regeleinheit (205) zur Anpassung des Sägezahngenerators (210) abhängig von dem Wert (C) des Zählers (260), wenn das Sägezahnsignal (S) dem im Wesentlichen konstanten Referenzsignal (Vref2) entspricht.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehendedn Ansprüche, wobei die Taktsignalgeneratorschaltung dazu ausgestaltet ist, einen Puls des Schalttaktsignals (SCLK) zu erzeugen, wenn das Sägezahnsignal (S) ein Vergleichssignal (VCOMP) überschreitet.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: einen Schalttransistor (230), welcher abhängig von dem Schalttaktsignal (SCLK) angesteuert ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: eine Phasenregelschleife (190) zur Erzeugung des Eingangstaktsignals (CLK).
Verfahren, umfassend: Erzeugen eines Signals (VOUT) mit im Wesentlichen konstantem Signalpegel abhängig von einem Schalttaktsignal (SCLK), und Erzeugen des Schalttaktsignals (SCLK) aus einem Eingangstaktsignal (CLK), Einstellen einer Frequenz des Schalttaktsignals (SCLK) im Verhältnis zu der Frequenz des Eingangstaktsignals (CLK), Erzeugen eines Sägezahnsignals (S), Inkrementieren eines Zählerwerts (C) mit einer durch die Frequenz des Eingangstaktsignals (CLK) bestimmten Rate, und Einstellen der Frequenz des Schalttaktsignals (SCLK) abhängig von dem Zählerwert (C), wenn das Sägezahnsignal (S) einem im Wesentlichen konstanten Referenzsignal (Vref2) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 10, umfassend: Einstellen der Frequenz des Schalttaktsignals (SCLK) abhängig von der Frequenz des Eingangstaktsignals (CLK) auf solche Weise, dass die Frequenz des Schalttaktsignals (SCLK) unabhängig von Variationen der Frequenz des Eingangstaktsignals (CLK) im Wesentlichen konstant ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, umfassend: Erzeugen eines Pulses des Schalttaktsignals (SCLK), während das Sägezahnsignal (S) ein Vergleichssignal (VCOMP) überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, umfassend: Zurücksetzen des Sägezahnsignals (S) und des Zählerwerts (C), wenn der Zählerwert (C) einen Maximalwert (Nmax) erreicht.
Verfahren nach Anspruch 13, umfassend: Anpassen des Maximalwerts (Nmax) abhängig von dem Zählerwert (C), wenn das Sägezahnsignal (S) dem im Wesentlichen konstanten Referenzsignal (Vref2) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, umfassend: Anpassen des Sägezahnsignals (S) abhängig von dem Zählerwert (C), wenn das Sägezahnsignal (S) dem im Wesentlichen konstanten Referenzsignal (Vref2) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 15, umfassend: Anpassen der Steigung des Sägezahnsignals (S).
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, umfassend: Ansteuern eines Schalttransistors (230) mit dem Schalttaktsignal (SCLK) .
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, umfassend: Erzeugen des Eingangstaktsignals (CLK) mittels einer Phasenregelschleife (190).
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Phasenregelschleife (190) wahlweise im Leerlaufbetrieb oder auf Grundlage eines externen Taktsignals (SCLK) betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, wobei das Signal mit im Wesentlichen konstantem Signalpegel einer Batteriespannung einer Teilnehmeranschlussschnittstellenschaltung entspricht.
Teilnehmeranschlussschnittstellenschaltung, umfassend: eine Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.