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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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In „A CMOS Fractional-N Frequency Synthesizer for Low-Power RF Applications”, Khaled M. Sharaf, IEEE MELECON 2002, May 7–9, 2002, Kairo, EGYPT, wird in 4 ein auf geschalteten Kondensatoren basierender Frequenzdetektor beschrieben. Der Frequenzdetektor erzeugt zusammen mit einem Operationsverstärker einen Ausgangsstrom, welcher von der Frequenzdifferenz von zwei Eingangssignalen abhängt.
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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 geköppelt 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 Kondensator 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 Kondensators 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 45 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 Ausführungsbeispiel 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 unzureichende 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 120 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 CLK 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 100 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 200 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 200 oder der Kondensatorkalibrierungsschaltung 400, 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.
