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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Erfassen
der Frequenz eines Eingangstaktsignals einer integrierten Schaltung
und eine integrierte Schaltung, welche dazu ausgestaltet ist, die
Frequenz ihres Eingangstaktsignals zu erfassen.
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Bei
einigen Typen von integrierten Schaltungen, wie zum Beispiel integrierte
Schaltungen, welche bei Kommunikationsanwendungen eingesetzt werden,
kann ein Bedarf bestehen, zwischen verschiedenen Frequenzen eines
der integrierten Schaltung zugeführten
Eingangstaktsignals zu unterscheiden. Diesbezüglich ist bekannt, eine Programmierung,
E-Fuses, taktspezifische Programme oder spezielle Signale, welche
der integrierten Schaltung von außen zugeführt sind, zu verwenden, um
anzuzeigen, welche Frequenz des Eingangstaktsignals verwendet wird.
Zum Beispiel kann ein einem hierfür vorgesehenen Pin der integrierten
Schaltung zugeführtes
Signal verwendet werden, um anzuzeigen, welche von einer hohen Frequenz
und einer niedrigen Frequenz verwendet wird. Die integrierte Schaltung
kann diese Information verwenden, um ihre internen Betriebsweisen
anzupassen. Jedoch besteht bei diesem bekannten Ansatz das Problem
einer niedrigen Flexibilität
oder eines Erfordernisses einer zusätzlichen Prozessierung, um
die integrierte Schaltung an die spezielle Frequenz des Eingangstaktsignals
anzupassen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden eine integrierte Schaltung gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren
gemäß Patentanspruch
10 und eine elektronische Vorrichtung gemäß Patentanspruch 24 bereitgestellt.
Die abhängigen
Patentansprüche
definieren bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Gemäß Ausführungsbeispielen
der Erfindung werden integrierte Schaltungen und Verfahren bereitgestellt,
bei welchen die Frequenz eines Eingangstaktsignals der integrierten
Schaltung mittels einer Brückenschaltung
erfasst werden können.
Die Brückenschaltung
umfasst ein erstes Schalter-Kondensator-Element bzw. Switched-Capacitor-Element,
welches sich in einem ersten Zweig der Brückenschaltung befindet, und
ein zweites Schalter-Kondensator-Element, welches sich in einem zweiten
Zweig der Brückenschaltung
befindet. Schaltsignale des ersten Schalter-Kondensator-Elements
und des zweiten Schalter-Kondensator-Elements werden auf Basis des
Eingangstaktsignals gewonnen.
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Für ein vollständigeres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgende
Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen.
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1 veranschaulicht
schematisch eine Brückenschaltung,
welche in einer integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist.
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2 veranschaulicht
die Erzeugung von Schaltsignalen auf Basis eines Eingangstaktsignals der
integrierten Schaltung von 1.
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3 veranschaulicht
schematisch eine Detektorschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
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4 veranschaulicht
schematisch eine Implementierung von Schaltern gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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5 veranschaulicht
schematisch eine Kalibrierungsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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6(a) und 6(b),
zusammen als 6 bezeichnet, veranschaulichen
schematisch den Verlauf von Spannungssignalen in der Brückenschaltung von 1.
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7 veranschaulicht
schematisch eine Elektronikvorrichtung, welche eine integrierte
Schaltung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst.
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In
der folgenden detaillierten Beschreibung werden beispielhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erläutert.
Die Beschreibung ist nicht zur Einschränkung der Erfindung gedacht,
sondern dient lediglich der Veranschaulichung von allgemeinen Prinzipien
der Erfindung. Der Umfang der Erfindung ist folglich lediglich durch
die Ansprüche
definiert und soll nicht durch die nachstehend beschriebenen beispielhaften
Ausführungsformen
eingeschränkt
sein.
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Es
versteht sich, dass in der folgenden detaillierten Beschreibung
jegliche dargestellte oder beschriebene direkte Verbindung oder
Kopplung zwischen zwei funktionalen Blöcken, Vorrichtungen, Komponenten
oder anderen physikalischen oder funktionalen Einheiten auch durch
eine indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert sein könnte.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die Ausführungsbeispiele beziehen
sich auf eine integrierte Schaltung und ein Verfahren zur Bestimmung
der Frequenz eines Eingangstaktsignals der integrierten Schaltung.
Bei den integrierten Schaltungen handelt es sich beispielsweise
um Chips aus einem Halbleitermaterial, welche eine elektronische
Schaltung beinhalten. Die integrierte Schaltung kann dazu ausgestaltet
sein, spezielle Funktionen in einer Elektronikvorrichtung auszuführen, wie
zum Beispiel in einer Kommunikationsvorrichtung. Zum Beispiel kann
die integrierte Schaltung Funktionen eines drahtlosen Telefons,
eines Mobiltelefons oder anderer Typen von Kommunikationsvorrichtungen
implementieren. Derartige Typen von integrierten Schaltungen sind
allgemein mit Taktsignaleingängen
versehen. Typischerweise wird diesen Taktsignaleingängen ein
Eingangstaktsignal mit einer spezifischen Frequenz zugeführt. In
einigen Fällen
können
die integrierten Schaltungen jedoch in verschiedenen Anwendungsumgebungen
verwendet werden, welche wiederum verschiedene Frequenzen des Eingangstaktsignals
erfordern.
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1 veranschaulicht
schematisch einen Abschnitt einer integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die integrierte Schaltung ist mit einer internen
Brückenschaltung 100 versehen,
um die Frequenz eines Eingangstaktsignals CLK der integrierten Schaltung
zu bestimmen. Das Eingangstaktsignal CLK wird über einen Taktsignaleingang 120 der
integrierten Schaltung aufgenommen. Die integrierte Schaltung umfasst weiterhin
einen Schaltsignalgenerator 150, welcher das Eingangstaktsignal
aufnimmt und daraus Schaltsignale zur Verwendung in der Brückenschaltung 100 erzeugt.
In 1 sind die Schaltsignale mit CLK1 und CLK2 bezeichnet.
Es versteht sich, dass das Eingangstaktsignal CLK auch weiteren
Komponenten der integrierten Schaltung zugeführt wird, z. B. zur Verwendung
als Systemtakt oder dergleichen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind diese
weiteren Strukturen der integrierten Schaltung in 1 nicht dargestellt.
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Wie
dargestellt umfasst die Brückenschaltung 100 einen
ersten Zweig, welcher gebildet ist aus einem ersten Widerstand R1
und einem ersten Schalter-Kondensator-Element (Switched-Capacitor-Element) 160,
welche in Reihe verbunden sind, und einem zweiten Zweig, welcher
gebildet ist aus einem zweiten Schalter-Kondensator-Element 180 und einem
zweiten Widerstand R2, welche in Reihe verbunden sind. Der erste
und der zweite Zweig der Brückenschaltung 100 sind
parallel zwischen eine hohe und eine niedrige Versorgungsgleichspannung
geschaltet. Die Versorgungsgleichspannung wird durch eine Gleichspannungsquelle 140 bereitgestellt.
Bei dem dargestellten Beispiel entspricht die niedrige Versorgungsgleichspannung
einem Massepotenzial. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Versorgungsspannung
anders gewählt
sein.
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In
dem ersten Zweig der Brückenschaltung 100 ist
zwischen dem ersten Widerstand R1 und dem ersten Schalter-Kondensator-Element 160 ein
erster Messknotenpunkt ausgebildet. Ein Spannungspegel an dem ersten
Messknotenpunkt ist mit V1 bezeichnet. In dem zweiten Zweig der
Brückenschaltung 100 ist
zwischen dem zweiten Schalter-Kondensator-Element 180 und
dem zweiten Widerstand R2 ein zweiter Messknotenpunkt ausgebildet.
Ein Spannungspegel an dem zweiten Messknotenpunkt ist mit V2 bezeichnet.
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Wie
dargestellt, entspricht die Brückenschaltung 100 einer
elektrischen Schaltung, bei welcher ein Strompfad von der hohen
Versorgungsgleichspannung zu der niedrigen Versorgungsgleichspannung
sich in zwei parallele Zweige aufteilt und dann wieder zu einem
einzigen Strompfad zusammengeführt
wird, so dass eine Schleife gebildet wird.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst
das erste Schalter-Kondensator-Element 160 einen ersten
Schalter S1, einen zweiten Schalter S2 und einen ersten Kondensator
C1, welcher mit einem seiner Anschlüsse an einen Knotenpunkt zwischen
dem ersten Schalter S1 und dem zweiten Schalter S2 gekoppelt ist.
Der andere Anschluss des ersten Kondensators C1 ist mit der niedrigen
Versorgungsspannung gekoppelt. Der erste Schalter S1 ist derart
angeordnet, dass er selektiv den ersten Kondensator C1 mit einem
Anschluss des ersten Schalter-Kondensator-Elements 160 bezüglich des
ersten Widerstands R1 koppeln kann. Der zweite Schalter S2 ist derart
angeordnet, dass er den ersten Kondensator C1 selektiv mit einem
Anschluss des ersten Schalter-Kondensator-Elements 160 bezüglich der niedrigen
Versorgungsspannung koppeln kann.
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Wie
weiterhin dargestellt, umfasst das zweite Schalter-Kondensator-Element 180 einen
dritten Schalter S3, einen vierten Schalter S4 und einen zweiten
Kondensator C2, welcher mit einem seiner Anschlüsse an einen Knotenpunkt zwischen
dem dritten Schalter S3 und dem vierten Schalter S4 gekoppelt ist.
Der andere Anschluss des zweiten Kondensators C2 ist mit der niedrigen
Versorgungsspannung gekoppelt. Der dritte Schalter S3 ist derart
angeordnet, dass er selektiv den zweiten Kondensator C2 mit einem
Anschluss des zweiten Schalter-Kondensator-Elements 180 bezüglich der
hohen Versorgungsspannung koppeln kann. Der vierte Schalter S4 ist
derart angeordnet, dass er selektiv den zweiten Kondensator C2 mit
einem Anschluss des zweiten Schalter-Kondensator-Elements 180 bezüglich des zweiten
Widerstands R2 koppeln kann.
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Wie
oben erwähnt
werden das erste Schalter-Kondensator-Element 160 und das Schalter-Kondensator-Element 180 auf
Basis der Schaltsignale CLK1 und CLK2 angesteuert. Bei dem Schalter-Kondensator-Element 160 steuert
das erste Schaltsignal CLK1 den ersten Schalter S1, und das zweite
Schaltsignal CLK2 steuert den zweiten Schalter S2. Bei dem zweiten
Schalter-Kondensator-Element 180 steuert das erste Schaltsignal
CLK1 den vierten Schalter S4, und das zweite Schaltsignal CLK2 steuert
den dritten Schalter S3. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Zuordnung
des ersten Schaltsignals CLK1 und des zweiten Schaltsignals CLK2
innerhalb des ersten Schalter-Kondensator-Elements 160 oder
des zweiten Schalter-Kondensator-Elements 180 umgekehrt
sein.
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Der
Schaltsignalgenerator 150 ist dazu ausgestaltet, das erste
Schaltsignal CLK1 und das zweite Schaltsignal CLK2 auf Basis des
Eingangstaktsignals CLK derart zu erzeugen, dass das erste Schaltsignal
CLK1 und das zweite Schaltsignal CLK2 Taktpulssignale sind, deren
Pulse relativ zueinander nicht überlappend
sind und eine Frequenz aufweisen, welche durch die Frequenz des
Eingangstaktsignals CLK gesteuert ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel
wird dies bewerkstelligt, indem das erste Schaltsignal CLK1 und
das zweite Schaltsignal CLK2 als Zweiphasentaktsignale bzw. sogenannte
Biphase-Taktsignale auf Basis des Eingangstaktsignals erzeugt werden.
Dies ist in 2 näher dargestellt.
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Wie
in 2 dargestellt, bildet das Eingangstaktsignal CLK
eine Abfolge von gleichmäßig beabstandeten
Taktpulsen. Dasselbe gilt für
das erste Schaltsignal CLK1 und das zweite Schaltsignal CLK2. Jedoch
ist nur jeder zweite Puls des Eingangstaktsignals CLK in dem ersten
Schaltsignal CLK1 und dem zweiten Schaltsignal CLK2 vorhanden. Insbesondere
sind diejenigen Pulse des Eingangstaktsignals CLK, welche in dem
ersten Schaltsignal CLK1 vorhanden sind, in dem zweiten Schaltsignal
CLK2 ausgelassen und umgekehrt. Daher sind das erste Schaltsignal
CLK1 und das zweite Schaltsignal CLK2 relativ zueinander um einen
Taktzyklus des Eingangstaktsignals CLK phasenverschoben. Da die
Pulsbreite der Taktpulse in dem ersten Schaltsignal CLK1 und in
dem zweiten Schaltsignal CLK2 dieselbe ist wie in dem Eingangstaktsignal
CLK, stellt dies sicher, dass die Taktpulse in dem ersten Schaltsignal
CLK1 und in dem zweiten Schaltsignal CLK2 relativ zueinander nicht überlappend
sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen
können
nicht überlappende
Taktpulssignale auf andere Weise erzeugt werden, z. B. unter Verwendung
von Phasenverschiebungs- und/oder
Frequenzteilungstechniken.
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Bezüglich des
in 1 dargestellten Aufbaus des ersten Schalter-Kondensator-Elements 160 und
des zweiten Schalter-Kondensator-Elements 180 bedeutet
der nicht überlappende
Charakter des ersten Schaltsignals CLK1 und des zweiten Schaltsignals
CLK2, dass die Ansteuerung des ersten Schalters S1 und des zweiten
Schalters S2 derart ist, dass nur einer von beiden zur gleichen
Zeit offen ist, und das die Ansteuerung des dritten Schalters S3
und des vierten Schalters S4 derart ist, dass nur einer von beiden
zur gleichen Zeit offen ist. Auf diese Weise steuern der erste Schalter
S1, der zweite Schalter S2, der dritte Schalter S3 und der vierte
Schalter S4 in Verbindung mit dem ersten Kondensator C1 und dem
zweiten Kondensator C2 den Ladungsfluss von der hohen Versorgungsgleichspannung
zu der niedrigen Versorgungsgleichspannung. Hierdurch wird das Gleichstromverhalten
eines Widerstands nachgebildet. Die in einer Zeiteinheit übertragene Ladungsmenge
ist abhängig
von der Schaltfrequenz, d. h. von der Frequenz des Eingangstaktsignals
CLK. Folglich imitieren das erste Schalter-Kondensator-Element 160 und
das zweite Schalter-Kondensator-Element 180 jeweils einen
Widerstand mit einem Widerstandswert, welcher von der Frequenz des
Eingangstaktsignals CLK abhängt.
Entsprechend der Änderung
des Widerstandswerts entsteht ein Ungleichgewicht der Spannungspegel
V1, V2 in dem ersten Messknotenpunkt und in dem zweiten Messknotenpunkt.
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel werden
die Spannungspegel V1, V2 in dem ersten und zweiten Messknotenpunkt
als Grundlage für
eine Erfassung der Frequenz des Eingangstaktsignals CLK verwendet.
Es versteht sich jedoch, dass wenn die Frequenz des Eingangstaktsignals
CLK bekannt ist, die Spannungspegel V1, V2 in dem ersten und zweiten
Messknotenpunkt auch als Grundlage für eine Bestimmung der Werte
der Widerstände
und der Kondensatoren der Brückenschaltung 100 herangezogen
werden könnten.
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In 3 ist
eine Implementierung einer Detektorschaltung 200 dargestellt,
welche in einer integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung verwendet werden kann, um die Spannungspegel V1, V2
in dem ersten und zweiten Messknotenpunkt der Brückenschaltung 100 auszuwerten.
Wie dargestellt umfasst die Detektorschaltung 200 ein erstes
Filter 220 vom Tiefpasstyp, welches mit dem ersten Messknotenpunkt
gekoppelt ist, d. h. welchem der erste Spannungspegel V1 zugeführt ist,
und ein zweites Filter 240 vom Tiefpasstyp, welches mit
dem zweiten Messknotenpunkt gekoppelt ist, d. h. welchem der zweite
Spannungspegel V2 zugeführt
ist. Die Filter 220, 240 vom Tiefpasstyp sind jeweils
als RC-Filter implementiert, welche einen Widerstand R und einen
Kondensator C umfassen. Bei anderen Ausführungsbeispielen können andere
Implementierungen der Filter verwendet werden.
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Die
Detektorschaltung 200 umfasst weiterhin einen Komparator 260,
welchem die gefilterten Ausgangssignale des ersten und zweiten Filters 220, 240 vom
Tiefpasstyp zugeführt
sind. Auf Basis eines Vergleichs zwischen seinen Eingangssignalen
erzeugt der Komparator 260 an seinem Ausgang ein Frequenzinformationssignal
FI.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
kann das Frequenzinformationssignal FI derart erzeugt werden, dass
es abhängig
davon, welcher von dem ersten Spannungspegel V1 und dem zweiten
Spannungspegel V2 einen größeren Wert
hat, entweder einen hohen oder einen niedrigen Wert annimmt. Was
die Frequenz des Eingangstaktsignals CLK anbelangt, kann dieser
Typ von Frequenzinformationssignal FI verwendet werden, um zu erfassen,
ob die Frequenz des Eingangstaktsignals CLK über oder unter einem bestimmten
Schwellenwert liegt. Der Schwellenwert kann eingestellt werden,
indem die Komponenten der Brückenschaltung,
d. h. der erste und zweite Kondensator C1, C2 und der erste und zweite
Widerstand R1, R2 entsprechend dimensioniert werden.
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Bei
anderen Ausführungsbeispielen
kann bei der Erzeugung des Frequenzinformationssignals FI eine andere
Herangehensweise verwendet werden. Zum Beispiel kann das Frequenzinformationssignal FI
derart erzeugt werden, dass es proportional zu der Abweichung der
Frequenz des Eingangstaktsignals CLK von einem Sollwert ist. Außerdem können mehrere
Frequenzbereiche definiert werden, und das Frequenzinformationssignal
FI kann derart erzeugt werden, dass es anzeigt, in welchen der Frequenzbereiche
die Frequenz des Eingangstaktsignals CLK fällt, z. B. indem eine Anordnung
mit mehreren Komparatoren verwendet wird.
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4 veranschaulicht
schematisch eine Implementierung eines Schalters 300, welcher
bei einer integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung innerhalb des ersten und zweiten Schalter-Kondensator-Elements 160, 180 der
in 1 dargestellten Brückenschaltung 100 verwendet
werden kann. Insbesondere veranschaulicht 4 eine Implementierung
eines Schalters 300, welcher einem bilateralen CMOS- Schalter entspricht. Der
Schalter 300 kann verwendet werden als der erste Schalter
S1, der zweite Schalter S2, der dritte Schalter S3 oder der vierte
Schalter S4 in den Schalter-Kondensator-Elementen
von 1.
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Wie
dargestellt umfasst der Schalter 300 einen ersten Inverter 310,
welchem das Schaltsignal CLK1/CLK2 zugeführt ist. Das Ausgangssignal
des ersten Inverters 310 ist einem zweiten Inverter 320 zugeführt. Der
Schalter 300 umfasst weiterhin einen ersten MOS-Transistor 330 und
einen komplementären
zweiten MOS-Transistor 340. Das Ausgangssignal des zweiten
Inverters wird verwendet als ein Steuersignal für den ersten MOS-Transistor 330,
und das Ausgangssignal des ersten Inverters 310 wird verwendet
als ein Steuersignal für
den komplementären
zweiten MOS-Transistor 340. Auf diese Weise kann ein Strompfad
durch die Source- und Drain-Anschlüsse des ersten MOS-Transistors 330 und
des komplementären
zweiten MOS-Transistors 340 abhängig von
dem Zustand des Schaltsignals CLK1/CLK2 gleichzeitig geöffnet oder
geschlossen werden.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
kann die integrierte Schaltung außerdem eine Kondensatorkalibrierungsschaltung
umfassen, um interne Kondensatoren des ersten oder zweiten Schalter-Kondensator-Elements 160, 180 bezüglich eines
externen Kondensators zu kalibrieren. Diesbezüglich bezieht sich der Ausdruck „interner
Kondensator" auf
einen Kondensator, welcher innerhalb der integrierten Schaltung
ausgebildet ist, und der Ausdruck „externer Kondensator" bezieht sich auf
einen Kondensator, welcher extern an die integrierte Schaltung angeschlossen
werden kann.
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5 veranschaulicht
schematisch eine Kondensatorkalibrierungsschaltung 400 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In 5 ist ein interner Kondensator
bezeichnet durch Cint und ein externer Kondensator ist bezeichnet
durch Cext. Wie oben erwähnt,
kann der interne Kondensator Cint dem in 1 dargestellten
ersten Kondensator C1 oder zweiten Kon densator C2 entsprechen. Der externe
Kondensator Cext kann ein Kondensator mit genau bekanntem Wert sein,
welcher extern an die integrierte Schaltung angeschlossen wird.
Zum Beispiel kann der externe Kondensator Cext ein Versorgungskondensator
sein, welcher an einen Versorgungsanschluss der integrierten Schaltung
angeschlossen ist. In diesem Fall ist kein zusätzlicher externer Anschluss
der integrierten Schaltung erforderlich. Typischerweise können Versorgungskondensatoren,
wie zum Beispiel zur Entkopplung verwendet, mit hinreichender Genauigkeit
ausgewählt
werden, um als externe Referenzkondensatoren verwendet werden zu
können.
In 5 ist eine Chipgrenze durch eine gestrichelte
Linie 500 dargestellt, welche interne Komponenten der integrierten
Schaltung auf der linken Seite der Figur von externen Komponenten auf
der rechten Seite der Figur trennt.
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Wie
dargestellt umfasst die Kondensatorkalibrierungsschaltung 400 eine
Stromquelle 410, welche selektiv mit dem internen Kondensator
Cint oder dem externen Kondensator Cext gekoppelt werden kann, um
den internen Kondensator Cint oder den externen Kondensator Cext
mit einem Ausgangsstrom der Stromquelle 410 zu laden. Außerdem können der
interne Kondensator Cint und der externe Kondensator Cext selektiv
mit der niedrigen Versorgungsspannung gekoppelt werden, d. h. mit
Masse, um den Kondensator zu entladen.
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Um
das Laden des Kondensators zu überwachen,
umfasst die Kondensatorkalibrierungsschaltung 400 außerdem eine Überwachungsvorrichtung 420,
welche selektiv mit einem ihrer Eingänge an den internen Kondensator
Cint oder den externen Kondensator Cext gekoppelt werden kann. Dem
anderen Eingang der Überwachungsvorrichtung 420 ist
eine Referenzspannung Vref zugeführt.
Die Referenzspannung Vref kann durch einen bekannten Typ von Referenzspannungsquelle
bereitgestellt sein. Die Überwachungsvorrichtung 420 kann
auf Basis eines Komparators implementiert sein.
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Außerdem umfasst
die Kondensatorkalibrierungsschaltung 400 eine Auswertungsvorrichtung 450,
welcher das Ausgangssignal der Überwachungsvorrichtung 420 und
ein Referenztaktsignal RCLK zugeführt sind. Das Referenztaktsignal
RCLK kann durch einen bekannten Typ von Taktsignalquelle erzeugt
sein. Wie im Folgenden erläutert,
kann die Auswertungsvorrichtung 450 auf Basis eines Zählers implementiert
sein.
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Zur
selektiven Ankopplung und Abkopplung des internen Kondensators Cint
und des externen Kondensators Cext bezüglich der Stromquelle 410, der Überwachungsvorrichtung 420 und
der niedrigen Versorgungsspannung umfasst die Kondensatorkalibrierungsschaltung 400 Schalter
S11, S12 und S13, welche durch die Auswertungsvorrichtung 450 gesteuert
sind. Indem die Schalter S11, S12, S13 gesteuert werden, steuert
die Auswertungsvorrichtung 450 den Kalibrierungsvorgang.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist der Ablauf des Kalibrierungsvorgangs wie folgt:
Zunächst werden
die Schalter S11 und S12 geschlossen, bis der interne Kondensator
Cint entladen ist. Die Zeit zum Entladen des internen Kondensators Cint
kann gesteuert werden, indem eine entsprechende Anzahl von Taktzyklen
des Referenztaktsignals RCLK abgezählt wird.
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Dann
wird der Schalter S11 geöffnet
und die Auswertungsvorrichtung 450 beginnt, die Taktzyklen des
Referenztaktsignals RCLK zu zählen.
In diesem Zustand wird der interne Kondensator Cint durch den Ausgangsstrom
der Stromquelle 410 geladen. Der Spannungspegel an dem
Anschluss des internen Kondensators Cint wird mittels der Überwachungsvorrichtung 420 überwacht,
welche den Spannungspegel mit der Referenzspannung Vref vergleicht.
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Als
nächstes,
wenn die Überwachungsvorrichtung 420 anzeigt,
dass der Spannungspegel an dem Anschluss des internen Konden sators
Cint die Referenzspannung Vref erreicht hat, unterbricht ein entsprechendes
Ausgangssignal der Überwachungsvorrichtung 420 den
Zählvorgang
der Auswertungsvorrichtung 450. Zu diesem Zeitpunkt entspricht
der Zählerwert
einer ersten Zeitspanne zum Laden des internen Kondensators Cint
auf den Referenzspannungspegel Vref. Dieser Zählerwert wird von der Auswertungsvorrichtung 450 gespeichert.
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Als
nächstes
werden die Schalter S11 und S13 geschlossen und der Schalter S12
wird geöffnet, um
den externen Kondensator Cext zu entladen. Wie oben erwähnt, könnte dies
auf Basis eines Abzählens einer
geeigneten Anzahl von Taktzyklen des Referenztaktsignals RCLK bewerkstelligt
werden.
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Dann
wird der Schalter S11 geöffnet
und die Auswertungsvorrichtung 450 beginnt, Taktzyklen
des Referenztaktsignals RCLK zu zählen. In diesem Zustand lädt der Ausgangsstrom
der Stromquelle 410 den externen Kondensator Cext. Der
Spannungspegel an dem externen Kondensator Cext wird von der Überwachungsvorrichtung 420 überwacht,
welche den Spannungspegel mit der Referenzspannung Vref vergleicht.
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Wenn
die Überwachungsvorrichtung 420 anzeigt,
dass der Spannungspegel die Referenzspannung Vref erreicht hat,
bewirkt ein entsprechendes Ausgangssignal der Überwachungsvorrichtung 420, dass
der Zählvorgang
der Auswertungsvorrichtung 450 unterbrochen wird. Zu diesem
Zeitpunkt entspricht der Zählerwert
einer zweiten Zeitspanne zum Laden des externen Kondensators Cext
auf den Referenzspannungspegel Vref.
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Als
nächstes
wird das Verhältnis
des Zählerwerts
beim Laden des internen Kondensators Cint und des Zählerwerts
beim Laden des externen Kondensators Cext, d. h. das Verhältnis der
ersten Zeitspanne und der zweiten Zeitspanne, berechnet. Dieses
Verhältnis
entspricht dem Kapazitätsverhältnis zwischen
dem internen Kondensator Cint und dem externen Kondensator Cext.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird das obige als Ergebnis des Kalibrierungsvorgangs
erhaltene Verhältnis
als Grundlage für
eine Einstellung des internen Kondensators Cint verwendet. Zu diesem
Zweck sind die internen Kondensatoren C1 und C2 der in 1 dargestellten Brückenschaltung 100 als
einstellbare Kondensatoren implementiert. Die einstellbaren Kondensatoren C1
und C2 können
unter Verwendung einer bekannten Technik implementiert sein, wie
zum Beispiel Varaktordioden oder Schalter-Kondensator-Bänke (Switched-Capacitor-Bänke). Bei
anderen Ausführungsbeispielen
können
die Ergebnisse des Kalibrierungsvorgangs auf eine andere Weise verwendet werden.
Zum Beispiel können
die Widerstände
in der in 1 dargestellten Brückenschaltung 100 angepasst
werden. Außerdem
kann das Ergebnis des Kalibrierungsvorgangs auf der Ebene der Auswertung der
Spannungspegel V1, V2 herangezogen werden. Zum Beispiel könnte innerhalb
des in der Detektorschaltung 200 von 3 dargestellten
Komparators 260 eine Versatzspannung hinzuaddiert werden.
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Da
die Kondensatorkalibrierungsschaltung 400 eine gemeinsame
Stromquelle 410 zum Laden sowohl des internen Kondensators
Cint und des externen Kondensators Cext sowie eine gemeinsame Überwachungsvorrichtung 420 und
eine gemeinsame Referenzspannung Vref zur Überwachung des Spannungspegels
an sowohl dem internen Kondensator Cint als auch dem externen Kondensator
Cext verwendet, ist der Kalibrierungsvorgang nicht empfindlich gegenüber Prozessvariationen
dieser Komponenten.
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6 zeigt beispielhafte Verläufe der
Spannungspegel V1, V2 an dem ersten und zweiten Messknotenpunkt
der Brückenschaltung 100 von 1.
In der Darstellung ist eine Welligkeit der Kurven aufgrund der Schalttätigkeit
nicht dargestellt. Diese Welligkeit kann durch die Filter vom Tiefpasstyp
in der in 3 dargestellten Detektorschaltung 200 ausgeglättet werden.
Außerdem
ist es möglich,
Kondensatoren zwischen dem ersten Messknotenpunkt und Masse und
zwischen dem zweiten Messknotenpunkt und Masse einzufügen. Gemäß einem
Ausfüh rungsbeispiel
können
diese Kondensatoren so ausgewählt werden,
dass sie eine größere Kapazität aufweisen als
der erste Kondensator C1 und der zweite Kondensator C2.
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In 6(a) beträgt
die Frequenz des Eingangstaktsignals CLK 10 MHz. In 6(b) beträgt die
Frequenz des Eingangstaktsignals CLK 20 MHz. Für Sollwerte der Kapazitäten und
Widerstände
in der Brückenschaltung 100 ist
das Signal durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Die zusätzlichen schattierten
Linien veranschaulichen die Auswirkung von Abweichungen von den
Sollwerten aufgrund von Prozessvariationen während der Herstellung der integrierten
Schaltung.
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Wie 6(a) und 6(b) zu
erkennen, nähern
sich nach Aktivierung der Schaltung die Spannungspegel V1, V2 in
dem ersten und zweiten Messknotenpunkt der Brückenschaltung 100 einem
konstanten Wert an, wobei die Annäherungsrate abhängig ist
von dem Wert der Kondensatoren C1 und C2, von der Frequenz des Eingangstaktsignals
CLK und von einer zusätzlichen
Kapazität,
z. B. aufgrund der Filter vom Tiefpasstyp in der Detektorschaltung 200 von 3.
Im Fall von 6(a) nähert sich der Spannungspegel
V1 in dem ersten Messknotenpunkt einem Wert an, welcher niedriger
ist als der Wert, welchem sich der Spannungspegel V2 in dem zweiten
Messknotenpunkt annähert.
Im Fall von 6(b) nähert sich der Spannungspegel
V1 in dem ersten Messknotenpunkt einem Wert an, welcher größer ist als
der Wert welchem sich der Spannungspegel V2 in dem zweiten Messknotenpunkt
annähert.
Indem die Spannungspegel V1 und V2 nach einer geeigneten Zeitspanne
verglichen werden, kann folglich unterschieden werden zwischen der
Situation von 6(a), in welcher die Frequenz
des Eingangstaktsignals CLK 10 MHz ist, und der Situation von 6(b), in welcher die Frequenz des Eingangstaktsignals
CLK 20 MHz ist.
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Wie
den schattierten Linien von 6(a) und (b)
zu entnehmen ist, können
Prozessvariationen bewirken, dass der Vergleich zwischen den Spannungspegeln
V1, V2 ungenaue oder un zureichende Ergebnisse liefert. Dies kann
vermieden werden, indem die Komponenten der Brückenschaltung 100 neu
dimensioniert werden oder indem die Kondensatoren C1, C2 bezüglich eines
externen Kondensators kalibriert werden, wie es im Zusammenhang
mit 5 beschrieben wurde.
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Schließlich veranschaulicht 7 schematisch
eine Elektronikvorrichtung 600, in welcher eine integrierte
Schaltung gemäß einem
der obigen Ausführungsbeispiele
verwendet wird. In 7 ist die integrierte Schaltung
durch das Bezugszeichen 660 bezeichnet. Die integrierte
Schaltung nimmt ein Eingangstaktsignal CLK von einer Taktsignalquelle 650 auf.
Typischerweise ist die Taktsignalquelle 650 eine weitere
Komponente der Elektronikvorrichtung 600. Zum Beispiel
kann die Taktsignalquelle 650 eine weitere integrierte
Schaltung sein, welche mit der integrierten Schaltung 660 kommuniziert.
Bei anderen Beispielen kann die Taktsignalquelle 650 eine
Oszillatorschaltung oder dergleichen sein.
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Bei
der Elektronikvorrichtung 600 nimmt die integrierte Schaltung 660 das
Eingangstaktsignal CLK über
ihren Taktsignaleingang auf und erfasst die Frequenz des Eingangstaktsignals
CLK. Die Betriebsweise der integrierten Schaltung 660 wird
auf Basis der erfassten Frequenz gesteuert. Zum Beispiel kann die
integrierte Schaltung 660 mit wenigstens zwei verschiedenen
Betriebsweisen versehen sein, von welchen jede einer anderen Frequenz
des Eingangstaktsignals CLK entspricht. Nach Erfassen der Frequenz
des Eingangstaktsignals CLK wählt
die integrierte Schaltung 660 ihre Betriebsweise auf Basis
der erfassten Frequenz. Auf diese Weise kann die integrierte Schaltung 660 auf
flexible Weise in verschiedenen Schaltungsumgebungen verwendet werden.
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Obwohl
im Vorangegangenen Ausführungsbeispiele
der Erfindung mit Bezug auf integrierte Schaltungen zur Verwendung
in Kommunikationsvorrichtungen beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht
darauf beschränkt.
Insbesondere können
die oben beschriebenen Konzepte für jegliche Art von integrierter
Schaltung, bei welcher Kenntnis der Frequenz eines Eingangstaktsignals
erforderlich ist, angewendet werden.
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Ferner
können
die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
verschiedenen Modifikationen unterzogen werden. Zum Beispiel könnte die
in 1 dargestellte Brückenschaltung auch unter Verwendung
von zusätzlichen
Schalter-Kondensator-Elementen anstelle von Widerständen implementiert werden.
Verschiedene Implementierungen sind für die Schalter-Kondensator-Elemente
möglich.
Die in 3 dargestellte Detektorschaltung könnte andere Filtertypen
verwenden, entweder analog oder digital. Weiterhin versteht es sich,
dass einige der dargestellten Komponenten entweder durch Hardware
oder durch Software, welche auf einer Prozessoreinheit der integrierten
Schaltung läuft,
implementiert sein könnten.
Zum Beispiel könnten
Funktionen der Detektorschaltung oder der Kondensatorkalibrierungsschaltung,
insbesondere der Überwachungsvorrichtung
und/oder der Auswertungsvorrichtung, durch Software implementiert
sein. Schließlich
versteht es sich, dass Merkmale von verschiedenen Ausführungsbeispielen
nach Erfordernis miteinander kombiniert werden könnten.