DE102010048782B4

DE102010048782B4 - Ein chaotischer Breitbandfrequenzmodulator zur Rauschminderung

Info

Publication number: DE102010048782B4
Application number: DE102010048782.1A
Authority: DE
Inventors: Ruchir Saraswat; Andriy Gelman; Ulrich Bretthauer; Sunil Parmar; Rajashekar Shekar Manche; Chodimella Venkata Ramana; Shivraj G. Dharne
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2030-10-19
Also published as: GB2475949B; US8421544B2; JP5298355B2; CN102142862A; CN102142862B; GB2475949A; GB201018348D0; JP2011118878A; DE102010048782A1; US20110135027A1

Abstract

Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen beziehen sich auf eine Vorrichtung und Verfahren zur Verminderung von elektromagnetischer Interferenz (electromagnetic interference, EMI) und Funkfrequenz-Interferenz (radio frequency interference, RFI) in Computersystemen über eine chaotische Breitbandfrequenzmodulation. Der chaotische Rauschmodulator umfasst bei einer Ausführungsform: eine Master-Zelle, um eine Steuerspannung zu generieren, die einem unmodulierten Referenzsignal entspricht; und eine Slave-Zelle mit einem chaotischen Signalgenerator, um ein Zufallsrauschsignal zu generieren, wobei die Slave-Zelle mit der Master-Zelle gekoppelt ist und betrieben werden kann, um ein moduliertes Ausgangssignal in Antwort auf die Steuerspannung zu generieren.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäße Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf das Gebiet der Rauschminderung in einem Computersystem. Spezieller beziehen sich erfindungsgemäße Ausführungsformen auf eine Vorrichtung und Verfahren zur Verminderung elektromagnetischer Interferenz (electromagnetic interference, EMI) und Funkfrequenz-Interferenz (radio frequency interference, RFI) in Computersystemen über eine chaotische Breitbandfrequenzmodulation.
HINTERGRUND
Da Computergeräte immer häufiger vorkommen, vermindern die elektromagnetische Interferenz (EMI) und Funkfrequenz-Interferenz (RFI), verursacht durch ein Computergerät bei Betrieb eines anderen Computergeräts, die Leistung des anderen Computergeräts. Solch eine Interferenz kann vermindert werden durch ein spezielles Rauschminderungsgehäuse um die Computergeräte herum, das jegliche externe elektromagnetische oder Funkfrequenz-Wellen ablenkt und somit davon abhält, den Betrieb und die Leistung der Computergeräte zu stören. Spezialfarben können ebenfalls auf Computergerätgehäuse aufgetragen werden, um unerwünschte elektromagnetische oder Funkfrequenz-Signale abzulenken. Solche Gehäuse und Spezialfarben sind kostspielig und daher nicht umsetzbar, da die Anschaffungskosten für Computergeräte sinken.
Rauschminderungsschaltungen in Computergeräten können kostspielige Gehäuse und Spezialfarben überflüssig machen. Traditionell wurden periodische Modulationsprofile, wie beispielsweise sinusförmig, dreieckig, und Lexmark-Profile verwendet, um Leistungsspektrumsspitzen, die von Prozessoren eines Computergeräts generiert werden, zu vermindern. Eine niedrigere Leistungsspitze des Spektrums hat eine niedrigere EMI-Interferenz zur Folge. Solche Techniken erhöhen jedoch die Bandbreite des Leistungsspektrums. Eine Erhöhung der Bandbreite des Leistungsspektrums kann eine Interferenz mit benachbarten Frequenzbändern zur Folge haben, wodurch RFI verursacht wird.
Mit dem Einschluss von immer mehr On-Chip-Funkgeräten innerhalb des freien Frequenzbands, stehen Konstrukteure von Umgebungen mit mehreren Funkgeräten zwei Herausforderungen gegenüber.
Erstens wird das Frequenzband immer stärker mit unterschiedlichen On-Chip-Geräten und der Umgebung verstopft. Dies führt dazu, dass unterschiedliche Geräte miteinander interagieren und somit Interferenz verursachen. Solch eine Interferenz kann vermindert werden, indem der Frequenzbetrieb von den störenden Kanälen weg verschoben wird, wie gezeigt durch 1. 1 zeigt eine grafische Darstellung der Frequenz gegen Energie, um die Idee von Frequenzspreizung zu veranschaulichen. Um RFI zu vermindern, wird die Betriebsfrequenz verschoben, wie gezeigt durch die Verschiebung des Leistungsspektrums 101 bis 102. Während RFI durch Frequenzverschiebung vermindert werden kann, stellen die hohen Leistungsspitzen von 101 und 102 weiterhin EMI-Probleme dar.
Zweitens, mit einem Anstieg der Frequenzen aufgrund dem Überfluss an Computergeräten, stellt das Vermindern von EMI auf Ebenen, die von Regulierungsbehörden spezifiziert sind, wie beispielsweise der Federal Communications Commission (FCC), eine Herausforderung dar. Traditionell wird solch einer Herausforderung mit Spreizspektrumtechniken begegnet, die periodische Taktfrequenz verwenden, um das Leistungsfrequenzspektrum eines Computergeräts zu modulieren.
Die Spreizspektrumtechnik erhöht die Bandbreite des Frequenzspektrums, um die Spitzenleistung in dem Spektrum zu verringern. In 1 hat die Anwendung der Spreizspektrumtechnik in dem Frequenzspektrum 105 eines Geräts, das getestet wird, ein flacheres Frequenzspektrum 104 zur Folge. Wenn eine weitere Verminderung der Spitzenleistung erforderlich ist, würde eine weitere Spreizung in 103 resultieren. Das Vermindern der Leistung von 104, um EMI zu beheben, würde aufgrund einer höheren Bandbreite von 103 in RFI resultieren (wie durch 106 gezeigt). Der Verlust in der Leistung, um EMI zu verhindern (aufgrund höherer Leistungsspitze) ist durch 105 gezeigt. Die höhere Bandbreite von 103 wird durch das Ermöglichen einer höheren Spreizspektrumtechnik verursacht, verglichen mit der, die für 104 angewendet wurde.
US 2009/0016413 A1 offenbart einen pseudozufälligen Taktgenerator, der ein Taktsignal empfängt und daraus einen pseudozufälligen Code generiert. Durch einen Codebeschränker bleibt der Wert des pseudozufälligen Codes für mindestens zwei Perioden des Taktsignals unverändert. Der pseudozufällige Code und das Taktsignal werden mit einer logischen Operation verknüpft, um einen pseudozufälligen Takt zu generieren.
US 6,687,319 B1 offenbart einen Ansatz zur Taktung von digitalen Signalen, wobei ein Taktsignal, das an verschiedene Komponenten eines elektronischen Systems übermittelt werden soll, mit einem Rauschsignal kombiniert wird, um ein spektrumgespreiztes Taktsignal zu generieren, das mit einem zugehörigen Referenzsignal an ausgewählte Komponenten des Systems verteilt wird. Eine Empfangsschaltung in diesen Komponenten stellt aus dem spektrumgespreizten Taktsignal und seinem zugeordneten Referenzsignal das ursprüngliche Taktsignal wieder her.
US 5,943,382 A offenbart einen Taktgenerator, der einen frequenzmodulierten Takt erzeugt. Ein Master-PLL weist einen Spannungsaddierer auf, der eine Spannung an einen spannungsgesteuerten Oszillator ausgibt. Die Spannung des spannungsgesteuerten Oszillators bestimmt die Frequenz des generierten Takts. Eine modulierte Spannung wird subtrahiert, um die Spannung und die Frequenzmodulationen zu erzeugen, wobei die modulierte Spannung durch einen zweiten Regelkreis erzeugt wird, der als Slave zum Master-PLL arbeitet.
US 5,699,005 A offenbart einen Taktgenerator, der einen Systemtakt mit minimalen elektromagnetischen Interferenzen generiert. Die Taktgeneratorschaltung weist eine Taktquelle zum Generieren eines Grundtaktsignals mit einer vorgegebenen Frequenz auf. Ein Phasenmodulator ist an die Taktquelle gekoppelt und erzeugt ein Systemtaktsignal. Eine Signalquelle steuert den Phasenmodulator und verzögert das Systemtaktsignal bezüglich des Referenztaktsignals.
Eine weitere elektronische Vorrichtung mit niedrigen Funkfrequenzinterferenzen ist in US 5,506,545 A offenbart.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Rauschminderung bei Computersystemen zu ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung ist durch eine Vorrichtung zur Rauschminderung bei Computersystemen und ein Verfahren zur Rauschminderung bei Computersystemen gemäß dem Hauptanspruch bzw. dem nebengeordneten Anspruch definiert. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Erfindungsgemäße Ausführungsformen werden aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung und aus den begleitenden Zeichnungen von verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen vollständiger verstanden werden, die jedoch die Erfindung nicht auf die spezifischen beschriebenen Ausführungsformen beschränken sollen, sondern lediglich der Erläuterung und dem Verständnis dienen.
1 veranschaulicht das Problem der Spreizspektrumtechnik zur Verminderung von EMI, die RFI verursachen kann.
2 ist ein Blockdiagramm der Master- und Slave-Konfiguration eines chaotischen Breitbandfrequenzmodulators auf hoher Ebene, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
3 veranschaulicht die Generation des modulierten Ausgangssignals über ein chaotisches Rauschsignal, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
4A veranschaulicht eine chaotische Transferabbildung, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
4B veranschaulicht eine Implementierung eines chaotischen Rauschgenerators, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
5A veranschaulicht den Ausgang des chaotischen Rauschgenerators von 4B, der eine Zeltabbildung als die chaotische Transferabbildungsfunktion implementiert, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
5B veranschaulicht die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (probability density function, PDF) des Zeltabbildungsrauschens über den chaotischen Rauschgenerator von 4B, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
6A veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Rampengenerators 600 auf hoher Ebene, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
6B veranschaulicht eine Transistorebene-Implementierung des Rampengenerators (210 und 211 von 2), gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
6C veranschaulicht eine Transistorebene-Implementierung des Rampengenerators (210 und 211 von 2), gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
7 veranschaulicht eine Implementierung des Flankengenerators auf hoher Ebene, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
8A und 8B sind ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zur Generierung eines modulierten Ausgangssignals über das chaotische Rauschsignal zeigt, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
9 veranschaulicht den Vorteil der Modulation basierend auf chaotischem Rauschen über ein periodisches Dreiecksignal basierend auf Modulation, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Erfindungsgemäße Ausführungsformen erörtern eine Vorrichtung und Verfahren zur Verminderung von elektromagnetischer Interferenz (electromagnetic interference, EMI) und Funkfrequenz-Interferenz (radio frequency interference, RFI) in Computersystemen über eine chaotische Breitbandfrequenzmodulation.
Bezugnahme in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform”, „einige Ausführungsformen” oder „andere Ausführungsformen” bedeutet, dass eine bestimmte Funktion, Struktur oder ein bestimmtes Merkmal, die/das im Zusammenhang mit den Ausführungsformen beschrieben wird, in mindestens einigen Ausführungsformen, aber nicht notwendigerweise allen Ausführungsformen eingeschlossen ist. Das verschiedenartige Auftreten von „eine Ausführungsform” oder „einige Ausführungsformen” bezieht sich nicht notwendigerweise auf die gleichen Ausführungsformen. Wenn die Beschreibung einer Komponente, Funktion, Struktur oder eines Merkmals aussagt, dass sie enthalten sein „kann” oder „könnte”, dann ist es zum Beispiel für diese bestimmte Komponente, Funktion, Struktur oder dieses bestimmte Merkmal nicht erforderlich, enthalten zu sein. Wenn die Beschreibung oder der Anspruch Bezug nimmt auf „ein” Element, bedeutet das nicht, dass es nur eines von diesem Element gibt. Wenn die Beschreibung oder die Ansprüche Bezug nehmen auf „ein zusätzliches” Element, schließt das nicht aus, dass es dort mehr als ein zusätzliches Element gibt.
Wie in dem Abschnitt zum Hintergrund erwähnt, hat eine Frequenzspreizspektrumtechnik, die auf einem periodischen Taktsignal für Frequenzmodulation basiert, ein Absenken der Leistungsspitze auf Kosten einer breiteren Bandbreite des neuen Leistungsspektrums zur Folge. Diese breitere Bandbreite des neuen Leistungsspektrums kann RFI mit einem benachbarten Betriebsfrequenzspektrum verursachen. Das Anwenden eines Spreizspektrums über ein reines Rauschsignal, das eine Korrelation von Null zwischen seinen aufeinanderfolgenden Abtastungen besitzt, ist ein ideales Modulationssignal zum gleichmäßigen Spreizen des Spektrums des modulierten Ausgangstakts. Das Generieren eines reinen Zufallssignals kann jedoch kostspielig sein.
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines chaotischen (Zufalls-)Breitbandfrequenzmodulators 200 auf hoher Ebene zur Verminderung von EMI und RFI, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Der Modulator 200 ist als eine Master- 201 und Slave- 202 Zellenkonfiguration konfiguriert. Solch eine Konfiguration ermöglicht es dem modulierten Ausgangstaktsignal dem unmodulierten Eingangsreferenztaktsignal 209 zu folgen, falls es eine Verschiebung gibt, die die unmodulierte Referenzeingangstaktfrequenz verursacht hat, beispielsweise durch Takt-Jitter.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Master-Zelle 201 ein Paar Rampengenerationsschaltungen 203 und 204, die mit Vergleicher 205 bzw. 206 gekoppelt sind. Der Ausgang der Vergleicher ist mit einem Flankengenerator 207 verbunden. Bei einer Ausführungsform ist der Flankengenerator 207 ein Set-Reset-Latch (SR Latch). Die Vergleicher 205 und 206 vergleichen die von der Rampe erzeugten periodischen Signale mit einem vorbestimmten Signal (Spannung) V_x.
Bei einer Ausführungsform wird die vorbestimmte Spannung V_x über eine Bandabstandspannungsgeneratorschaltung generiert. Bei anderen Ausführungsformen können andere Spannungsquellen verwendet werden, um die vorbestimmte Spannung V_x zu generieren. Die vorbestimmte Spannung V_x ist auf einen Wert eingestellt, sodass die Überschneidung des Rampensignals und der vorbestimmten Spannung in einer Ausgangsfrequenz resultiert, die nahe (oder gleich) der unmodulierten Referenzsignalfrequenz ist. Bei einer Ausführungsform wird die vorbestimmte Spannung V_x verwendet, um Steuersignale für den SR-Latch 207 zu generieren. Die vorbestimmte Spannung V_x wird bei einer Ausführungsform ebenfalls in die Slave-Zelle eingegeben, was später erörtert wird.
Bei einer Ausführungsform ist das unmodulierte Referenzsignal ein periodisches Signal, wie beispielsweise ein Taktsignal, das von einem Referenztaktsignalgenerator 209 generiert wird. Bei anderen Ausführungsformen ist das Referenzsignal ein externes Signal, das an den Phasenfrequenzdetektor 208 weitergeleitet wird. Bei einer Ausführungsform ist die vorbestimmte Spannung V_x ein konstantes Signal, das bei ungefähr der Hälfte der Stromversorgungsebene Vcc/2 eingestellt ist.
Diese vorbestimmte Spannung V_x wird dem chaotischen Rauschen, das durch den chaotischen Rauschgenerator 212 der Slave-Zelle 202 generiert wird, hinzugefügt, was später erörtert wird. Ein Grund für das Hinzufügen der vorbestimmten Spannung V_x zu dem chaotischen (Zufalls-)Rauschen ist, dass, wenn der chaotische Rauschgenerator 212 kein Rauschen erzeugt, der modulierte Ausgangstakt der Slave-Zelle 202 mit dem Referenztaktsignal von 209 synchronisiert wird. Bei einer Ausführungsform wird die vorbestimmte Spannung V_x dem chaotischen Rauschsignal durch Addierer 216 und 217 der Slave-Zelle 202 hinzugefügt.
Bei einer Ausführungsform ist der Phasenfrequenzdetektor 208 der Master-Zelle 201 mit dem Flankengenerator 207 und dem Referenztaktgenerator 209 gekoppelt. Der Phasenfrequenzdetektor 208 generiert eine Steuerspannung Vctrl durch Vergleichen des Ausgangs des Flankengenerators 207 mit dem unmodulierten Referenztaktsignal von 209. Die Steuerspannung Vctrl wird bei einer Ausführungsform in die Slave-Zelle 202 eingegeben, die den finalen modulierten Ausgangstakt generiert. Das Steuerspannungssignal Vctrl passt die Neigung des Rampensignals von den Rampengeneratoren 203, 204, 210 und 211 an. Die Rampengeneratoren 203, 204, 210 und 211 generieren Rampensignale der gleichen Frequenz wie das unmodulierte Eingangsreferenztaktsignal. Der Grund für das Anpassen der Neigung des Rampensignals liegt darin, jegliches Rauschen (z. B. Takt-Jitter) auf dem unmodulierten Eingangsreferenztaktsignal zurückzuverfolgen, sodass das Rauschen nachgewiesen ist, wenn das modulierte Ausgangssignal generiert wird.
Bei einer Ausführungsform generieren die Rampengeneratoren 203, 204, 210 und 211 Rampen für jeden hohen und niedrigen Impuls des Referenztaktsignals. Die Breite der Rampen ist gleich der hohen und niedrigen Impulse des unmodulierten Referenzeingangstaktsignals.
Bei einer Ausführungsform ist die Schleife in der Master-Zelle 201 durch einen Widerstand R und Kondensatoren C1 und C2 stabilisiert. Die Werte des Widerstands R und der Kondensatoren C1 und C2 betragen 5,5 K Ohm, 15 pF bzw. 1,5 pF, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Andere Werte können für andere Ausführungsformen verwendet werden, abhängig von Faktoren, wie z. B. Prozesstechnologien, Modulationsanforderungen, etc.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Slave-Zelle 202 ein Paar Rampengeneratoren 210 und 211, Vergleicher 213 und 214, einen chaotischen Rauschgenerator 212, Addierer 216 und 217 und einen Flankengenerator 215. Die Rampengeneratoren 210 und 211 generieren die gleiche Frequenz wie der unmodulierte Referenzeingangstakt.
Der chaotische Signalgenerator 212 generiert ein Zufallsrauschsignal. Der Maximal- und Minimalwert der Rauschspannung des Zufallsrauschsignals ist abhängig von der erforderlichen Frequenzspreizung. Bei einer Ausführungsform ist die Frequenz des Zufallsrauschsignals niedrig, verglichen mit der Referenzsignalfrequenz. Bei einer Ausführungsform beträgt die Frequenz des Zufallsrauschsignals 32 KHz. Die Frequenz des Referenzsignals beträgt bei einer Ausführungsform 100 MHz. Andere Frequenzen für das Zufallsrauschsignal und das Referenzsignal können für andere Ausführungsformen verwendet werden, ohne die Essenz der Erfindung zu verändern.
Der chaotische Signalgenerator 212 ist gegenüber anfänglichen Konditionen sehr empfindlich. Dies bedeutet, dass eine kleine Änderung der anfänglichen Spannung X(n) (ebenfalls als X_n bezeichnet) in unterschiedlichen Rauschprofilen resultiert. Beispielsweise generiert die anfängliche Kondition von Spannung X(n) (ebenfalls als X_n bezeichnet), wie gezeigt in 4B, wenn auf 50 mV eingestellt, ein vollständig unterschiedliches Rauschprofil, wenn verglichen mit einer anfänglichen Kondition von Spannung X(n), die auf 55 mV eingestellt ist. Bei diesem Beispiel resultiert eine Änderung von 5 mV der anfänglichen Kondition in vollständig unterschiedlichen Rauschprofilen. Diese Empfindlichkeit gegenüber der anfänglichen Spannungskondition von X_n bedeutet, dass der chaotische Signalgenerator 212 deterministisch ist – für jede anfängliche Kondition wird ein bekanntes, aber unterschiedliches, Rauschprofil von dem chaotischen Signalgenerator 212 generiert. Dieses Verhalten des chaotischen Signalgenerators 212 bedeutet ebenfalls, dass aufeinanderfolgendes Abtasten des chaotischen Rauschsignals eine Korrelation von nicht Null zwischen den aufeinanderfolgenden Abtastungen hat. Wie vorstehend erläutert, hat ein reines Rauschsignal eine Korrelation von Null zwischen den aufeinanderfolgenden Abtastungen. Die Implementierung des chaotischen Rauschgenerators 212, der später unter Bezugnahme auf 4A und 4B erörtert wird, und seine Leistung (wie gezeigt durch 5A und 5B) veranschaulichen, dass der Ausgang des chaotischen Signalgenerators 212 tatsächlich zufällig (chaotisch) ist – mit offensichtlicher Korrelation von Null zwischen den chaotischen Signalabtastungen. Der Grund für eine offensichtliche Korrelation von Null zwischen chaotischen Signalabtastungen von dem chaotischen Signalgenerator 212 ist, dass die Korrelation durch die in 4A gezeigte Ausführungsform exponentiell abnimmt, was in einem zufälligen (chaotischen) Ausgangssignal resultiert.
Bei einer Ausführungsform vergleichen die Vergleicher 213 und 214 der Slave-Zelle 202 das Zufallsrauschsignal von dem chaotischen Rauschgenerator 212 mit den Rampensignalen von den Rampengeneratoren 210 und 211. Bei einer Ausführungsform werden die Zufallsrauschsignale von dem chaotischen Rauschgenerator 212 (durch Addierer 216 und 217) mit der vorbestimmten Spannung V_x der Master-Zelle 201 hinzugefügt. Der summierte Ausgang wird sodann mit den Rampensignalen von den Rampengeneratoren 210 und 211 durch Vergleicher 213 und 214 verglichen. Der Ausgang der Vergleicher 213 und 214 wird sodann in den Flankengenerator 215 eingegeben. Bei einer Ausführungsform ist der Flankengenerator 215 ein SR-Latch. Der Ausgang von Vergleicher 213 wird bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform als der „Reset” des SR-Latches 215 eingegeben, während der Ausgang des Vergleichers 214 als „Set” des SR-Latches 215 eingegeben wird. Bei einer Ausführungsform sind die Vergleicher der Slave-Zelle 202 identisch zu den Vergleichern der Master-Zelle 201, um Variationen in dem Referenztaktsignal beim Generieren des modulierten Taktausgangs zurückzuverfolgen.
Bei einer Ausführungsform entsprechen die Rampensignale, die von dem Rampengenerator 210 generiert wurden, den niedrigen Impulsen des unmodulierten Referenztaktsignals. Gleichermaßen entsprechen bei einer Ausführungsform die Rampensignale, die von dem Rampengenerator 211 generiert wurden, den hohen Impulsen des unmodulierten Referenztaktsignals. Wenn das Rampensignal das Zufallsrauschsignal schneidet, geben die Vergleicher (213 und 214) Übergänge von hoch zu niedrig oder niedrig zu hoch aus. Wie vorstehend erwähnt, wird bei einer Ausführungsform das Zufallsrauschsignal mit der vorbestimmten Spannung V_x der Master-Zelle 201 summiert, bevor der Vergleich mit den Rampensignalen durch Vergleicher 213 und 214 stattfindet.
Bei einer Ausführungsform, wenn der Ausgang des Vergleichers 214 von hoch zu niedrig übergeht (oder niedrig zu hoch), setzt der Rampengenerator 211 zurück. Dieses Zurücksetzen führt dazu, dass der Rampengenerator das Rampensignal unterbricht (entlädt). Der gleiche Ausgangsübergang von dem Vergleicher 214 führt ebenfalls dazu, dass der andere Rampengenerator 210 das Generieren eines Rampensignals auslöst, d. h. damit beginnt. Eine ähnliche Kreuzkopplung des Ausgangs des Vergleichers 213 zum Zurücksetzen des Rampengenerators 210 und zum Auslösen des anderen Rampengenerators 211 ist implementiert.
Bei einer Ausführungsform stellt der Ausgang des Vergleichers 214 den SR-Latch 215 ein, d. h. der SR-Latch 215 generiert ein hohes Signal. Der Ausgang des Vergleichers 213 setzt bei einer Ausführungsform den SR-Latch 215 zurück, d. h. der SR-Latch 215 generiert ein niedriges Signal. Demzufolge generieren der Rampengenerator 210 und der Vergleicher 213 niedrige Impulse des modulierten Ausgangstakts, während der Rampengenerator 211 und der Vergleicher 214 hohe Impulse des modulierten Ausgangstaktsignals generieren.
Ein Grund für das Angleichen des Aufbaus der Master- und Slave-Zellen 201 bzw. 202 ist beispielsweise zum Zurückverfolgen jeglichen Rauschens auf dem unmodulierten Referenztaktsignal beim Generieren des modulierten Ausgangssignals.
3 veranschaulicht die grafische Ansicht des Algorithmus zum Generieren des modulierten Ausgangssignals über ein chaotisches (Zufalls-)Rauschsignal auf hoher Ebene, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Bei einer Ausführungsform werden zwei Rampen (304 und 305) mit einer Breite gleich dem hohen bzw. dem niedrigen Impuls des unmodulierten Referenztakts 301 generiert. Diese Rampensignale (304 und 305) werden durch Vergleicher (213 und 214 von 2) mit dem chaotischen (Zufalls-)Rauschsignal 302 verglichen, um das modulierte Ausgangssignal 303 zu generieren. Wie vorstehend erwähnt, wird bei einer Ausführungsform das Zufallsrauschsignal 302 mit der vorbestimmten Spannung V_x der Master-Zelle 201 durch Addierer 216 und 217 von 2 summiert, bevor der Vergleich mit den Rampensignalen durch Vergleicher 213 und 214 stattfindet.
Bei einer Ausführungsform ist die Frequenz des Zufallsrauschsignals 302 (wie gezeigt in 3) niedriger als die Referenztaktfrequenz, generiert von 209 von 2. Wenn das Zufallsrauschsignal 302 den Spannungswert ändert, ändert sich die Frequenz des modulierten Ausgangssignals. Diese Änderung der Frequenz liegt darin begründet, dass die Rampensignale (304 und 305) sich vor der Änderung des Zufallsrauschsignalspannungspegels mit dem Zufallsrauschsignal 302 an anderen Punkten als den Überschneidungspunkten überschneiden. Die Änderung der Frequenz ist gezeigt in 3 durch 306, 307 und 308.
Bei einer Ausführungsform hängen die Spannungspegel des chaotischen (Zufalls-)Rauschsignals 302 von der chaotischen Transferabbildung ab. Diese chaotische Transferabbildung ist von dem chaotischen Rauschgenerator 212 von 2 implementiert. Bei einer Ausführungsform ist eine Zelttransferabbildung als die chaotische Transferabbildung implementiert. Bei einer anderen Ausführungsform ist eine Bernoulli-Verschiebungsabbildung als die chaotische Transferabbildung implementiert. Gleichermaßen können andere Ausführungsformen andere Arten von chaotischen Transferabbildungen implementieren, um das chaotische (Zufalls-)Rauschsignal 302 zu generieren.
4A veranschaulicht eine chaotische Transferabbildung, die eine Zeltabbildung 400 ist, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Ein Vorteil einer Zeltabbildung ist, dass die Transferfunktion nur zwei Quadranten hat und die Implementierung somit einfach wird. Die Zeltabbildung 400 wird durch eine typische Zeltabbildungsgleichung 401 beschrieben. Bei einer Ausführungsform ist die Zeltabbildung 400 mit μ = 2 implementiert. Bei anderen Ausführungsformen können andere Werte von μ verwendet werden, ohne das Betriebsprinzip des chaotischen Rauschgenerators 212 von 2 zu ändern. Unter erneuter Bezugnahme auf 4A ist die X-Achse X_n Spannung, während die Y-Achse X_(n+1) Spannung ist. Bei einer Ausführungsform ist die Vorspannung V_b (erörtert in 4B) auf der halben Strecke des dreieckigen Abbildungssignals eingestellt. Die Implementierung der Multiplizierschaltungen, erörtert in 4B, ist abhängig von der Einstellung der Vorspannung V_b in Bezug auf X_n.
4B veranschaulicht eine Implementierung eines chaotischen Rauschgenerators 410, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die hier erörterte Implementierung verwendet die Zeltabbildung (400 von 4A) als die chaotische Transferabbildung. Bei einer Ausführungsform sind die Multiplizierer 411, 412 und 413 analoge Multiplizierer. Diese Multiplizierer sind bei einer Ausführungsform als OPAMP-(Operationsverstärker, operational amplifiers)-basierte Schaltungen implementiert. Die Widerstände (nicht gezeigt) in den Multiplizierern bestimmen die Multiplizierfaktoren der Multiplizierer 411, 412 und 413. Bei der Implementierung von 4B basieren die Multiplizierfaktoren der Multiplizierer auf der Zeltabbildungsgleichung 422. Deshalb ist Multiplizierer 411 eine Multiplizierung mit 2, Multiplizierer 412 ist eine Multiplizierung mit –2 und Multiplizierer 413 ist eine Multiplizierung mit 4, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Bei einer Ausführungsform multipliziert Multiplizierer 411 ein vorheriges Zufallsrauschsignal X_n mit 2, um 2X_n zu generieren, Multiplizierer 412 multipliziert das vorherige Zufallsrauschsignal X_n mit –2, um –2X_n zu generieren, und Multiplizierer 413 multipliziert die Vorspannung V_b 417 mit 4, um 4V_b zu generieren.
Multiplexer 414 ist konfiguriert, um entweder 2X_n oder –2X_n Signale auszuwählen, während Multiplexer 415 konfiguriert ist, um entweder ein Massesignal (ein Null) oder 4V_b an den Summierverstärker 420 weiterzugeben, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Bei einer Ausführungsform, abhängig von der Spannung des Signals X_n, wählt der Vergleicher 416 die passenden Steuersignale der Multiplexer 411 und 412 aus. Der Ausgang des Summierverstärkers 420 ist X_(n+1), was der Ausgang der Zeltabbildungsgleichung ist, und ist ebenfalls das Zufallsrauschsignal 421, das in die Vergleicher 213 und 214 von 2 eingegeben wird. Wie vorstehend erwähnt, wird bei einer Ausführungsform das Zufallsrauschsignal 421 mit der vorbestimmten Spannung V_x der Master-Zelle 201 summiert, bevor der Vergleich mit den Rampensignalen durch Vergleicher 213 und 214 stattfindet.
Der Ausgang 421 des Summierverstärkers 420 wird durch ein analoges Flip-Flop 418 abgetastet. Die Abtastfrequenz des analogen Flip-Flops 418 wird durch ein Taktsignal 419 gesteuert. Bei einer Ausführungsform ist das analoge Flip-Flop 418 mit Schaltern S1–S4 und Kondensatoren C1–C2 implementiert. Bei einer Ausführungsform sind diese Schalter als Transistoren implementiert. Die Schalter arbeiten außer Phase zueinander, um den Eingangsknoten mit einem der Kondensatoren zu verbinden, während der andere Kondensator den neuen Wert abtastet. Bei einer Ausführungsform ist der Ausgang Q des analogen Flip-Flops 418 mit einem hochohmigen Anschluss verbunden, um den Ausgangskondensator davon abzuhalten, sich zu entladen. Bei einer Ausführungsform ist der Eingang D des analogen Flip-Flops 418 mit einem niederohmigen Anschluss verbunden, um das Laden des Eingangskondensators zu ermöglichen. Bei einer Ausführungsform kann das analoge Flip-Flop betrieben werden, um das Zufallsrauschsignal mit einer programmierbaren Abtastfrequenz abzutasten. Die Abtastfrequenz kann bei einer Ausführungsform durch Hardware und/oder Software programmiert werden.
Bei einer Ausführungsform wird die Vorspannung V_b 417 On-Chip oder Off-Chip generiert. Bei einer Ausführungsform wird die Vorspannung V_b 417 durch eine Bandabstandschaltung (nicht gezeigt) generiert. Der Wert der V_b 417 beträgt bei einer Ausführungsform 105 mV. Die Vorspannung V_b 417 wird ebenfalls verwendet, um die Spreizung des Frequenzspektrums zu programmieren. Diese Programmierung ist bei einer Ausführungsform durch Software und/oder Hardware implementiert. Das Ändern der Vorspannung V_b 417 ändert den Rauschspannungspegel X_n, was intern die Ausgangsfrequenz (Spreizung des Frequenzspektrums) des modulierten Ausgangstakts ändert.
5A veranschaulicht den Ausgang des chaotischen Rauschgenerators von 4B, der eine Zeltabbildung als die chaotische Transferabbildungsfunktion implementiert, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die grafische Darstellung veranschaulicht, dass die Zufallsrauschsignalpegel über die Zeit hinweg zufällig sind, da sie keinem bestimmten Muster folgen, d. h. Korrelation von Null zwischen Rauschabtastungen.
5B veranschaulicht die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (probability density function, PDF) des Zeltabbildungsrauschens über den chaotischen Rauschgenerator von 4B, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Nach der anfänglichen Einschwingzeit der Schaltungen des chaotischen Rauschgenerators von 4B ist die PDF recht gleichmäßig und ist vergleichbar mit weißem Rauschen.
6A veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Rampengenerators 600 auf hoher Ebene, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Stromquellen 601–604 sind konfiguriert, um Strom in die Kondensatoren C1 und C2 zu speisen und um Strom von diesen zu ziehen. Bei einer Ausführungsform steuern hohe Impulse des Referenztaktsignals Schalter S1 und S4, während niedrige Impulse des unmodulierten Referenztaktsignals Schalter S2 bzw. S3 steuern. Solch ein Steuermechanismus generiert ein hohes Rampensignal und ein niedriges Rampensignal mit Breiten, gleich den hohen und niedrigen Impulsen des unmodulierten Referenztaktsignals. Diese hohen und niedrigen Rampensignale werden in den Multiplexer 605 eingegeben, der von den Ausgängen des Vergleichers 213 und 214 von 2 gesteuert wird. Bei einer Ausführungsform stellen die Stromquellen 601 und 602, die Schalter S1 und S2 und der Kondensator C1 gemeinsam eine erste Ladungspumpe des Rampengenerators 600 dar. Gleichermaßen stellen bei einer Ausführungsform die Stromquellen 603 und 604, die Schalter S3 und S4 und der Kondensator C2 gemeinsam eine zweite Ladungspumpe des Rampengenerators 600 dar.
Bei einer Ausführungform werden die Rampensignale zurückgesetzt, d. h. die Rampe wird unterbrochen oder entladen, wenn der Rampengenerator ein Zurücksetzsignal von Vergleichern 213 und 214 von 2 empfängt. Bei einer Ausführungsform beginnen die Rampensignale damit, bei Empfang eines Auslösesignals, das ebenfalls von den Vergleichern 213 und 214 von 2 eingestellt wird, anzusteigen.
6B veranschaulicht eine Transistorebene-Implementierung 610 des Rampengenerators (203, 204, 210 und 211 von 2), gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Das Steuersignal Vctrl von der Master-Zelle 201 steuert das Laden von Kondensator C1, und steuert somit den Gradienten der Rampe. Die PMOS-Transistoren M5 und M1 bilden einen Stromspiegel. Bei einer Ausführungsform, wenn das Auslösesignal und das Zurücksetzsignal niedrig sind, i. e. massegleich, wird Kondensator C1 geladen. Bei einer anderen Ausführungsform, wenn das Auslösesignal (verbunden mit PMOS-Transistor M3) und das Zurücksetzsignal hoch sind, d. h. versorgungsgleich, wird Kondensator C1 entladen. Da der Strom durch den NMOS-Transistor M4 nicht gesteuert wird, entlädt der Entladestrom Kondensator C1 schnell. Ein Grund, weshalb der NMOS-Transistor M4 nicht gesteuert wird, was in schneller Entladung des Rampensignalausgangs (aus) resultiert, ist, genügend Zeit bereitzustellen, um den Ausgang (aus) im nächsten Referenztaktzyklus erneut zu laden.
6C veranschaulicht eine Transistorebene-Implementierung 620 des Rampengenerators (203, 204, 210 and 211 von 2), gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform, wie verglichen mit der Ausführungsform von 6B, zieht das Hinzufügen des PMOS-Transistors M6 den schwebenden Knoten, f_Knoten, zu Boden, wenn das Reset_b Signal freigegeben wird, d. h. die Rampe wird unterbrochen oder entladen. Bei solch einer Ausführungsform wird das Rampenmerkmal des Rampensignals stärker gesteuert, als das Rampenmerkmal des Rampensignals, generiert von 6B, da der Knoten, f_Knoten, sich nicht in einem schwebenden Zustand befindet, wenn das Laden der Rampe beginnt, d. h. wenn das Auslösesignal und das Zurücksetzsignal niedrig sind.
Bei einer Ausführungsform wird das Signal „Leerlauf”, das in die PMOS-Transistoren M2 von 6B und 6C) eingegeben wird, verwendet, um den Rampengenerator 610 und 620 zu umgehen. Wenn das „Leerlauf-”Signal auf Null (Masse) eingestellt ist, wird der „aus-”Knoten nach oben auf die Stromversorgungsebene gezogen, wodurch der Effekt des schwebenden Knotens, f_Knoten, beseitigt wird. Während die Ausführungsformen von 6B und 6C als CMOS-basierter Aufbau gezeigt sind, können andere Transistortechnologien (z. B. ECL, BJT, BiCMOS, etc.) verwendet werden, um den gleichen Aufbau zu implementieren, ohne die Essenz der Erfindung zu verändern.
7 veranschaulicht eine Implementierung des Flankengenerators 700 auf hoher Ebene, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Wie vorstehend erwähnt, werden die Flanken des Ausgangssignals für sowohl die Master-Zelle 201 (Signal eingegeben in den Phasenfrequenzdetektor 208 von 2) und die Slave-Zelle 202 (moduliertes Ausgangssignal) von 2 von 207 und 215 generiert. Während Blöcke 207 und 215 die finalen Flanken generieren, beinhaltet die Flankengenerationsarchitektur Vergleicher 701 und 702 (gleich den Vergleichern 205, 206, 213 und 214 von 2), um die Blöcke 207 und 215 zu kuppeln. Bei einer Ausführungsform empfangen die Vergleicher 701 (gleich 205 und 213 von 2) und 702 (gleich 206 und 214 von 2) das Zufallsrauschsignal und die Rampensignale 706 und 707, um positive und negative Flanken für das modulierte Ausgangssignal zu generieren. Wie vorstehend erwähnt, wird bei einer Ausführungsform das Zufallsrauschsignal mit der vorbestimmten Spannung V_x der Master-Zelle 201 summiert, bevor der Vergleich mit den Rampensignalen 706 und 707 durch Vergleicher 701 und 702 stattfindet.
Bei einer Ausführungsform ist die Breite der Rampensignale gleich der Breite der hohen und niedrigen Impulse des unmodulierten Referenztaktsignals. Der Ausgang der Vergleicher wird bei einer Ausführungsform von Puffer 703 und 704 zwischengespeichert, um die Signalstärke des Vergleicherausgangs zu stärken. Diese Vergleicher sind bei einer Ausführungsform als Differentialverstärker implementiert. Der Ausgang der Puffer 703 und 704 wird bei einer Ausführungsform in die flankengenerierende Schaltung 705 eingegeben. Der Flankengenerator 705 ist bei einer Ausführungsform ein SR-Latch.
Bei einer Ausführungsform, wenn das hohe Rampensignal 706 gleich dem Zufalls-(chaotischen)Rauschsignal ist, stell der Vergleicher 701 den SR-Latch 705 ein. Gleichermaßen setzt bei einer Ausführungsform, wenn das niedrige Rampensignal 707 gleich dem Zufalls-(chaotischen)Rauschsignal ist, der Vergleicher 702 den SR-Latch 705 zurück. Wie vorstehend erwähnt, wird bei einer Ausführungsform das Zufallsrauschsignal mit der vorbestimmten Spannung V_x der Master-Zelle 201 summiert, bevor der Vergleich mit den Rampensignalen 706 und 707 durch Vergleicher 701 und 702 stattfindet, um die Zurücksetz- und Einstellungssignale für den SR-Latch 705 zu generieren.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 in Hinblick auf 7 implementiert die Master-Zelle 201 einen ähnlichen Rampengenerator und Flankengenerator, wie diejenigen von Slave-Zelle 202. Solch eine Master-Slave-Konfiguration kompensiert jeglichen Fehler, verschuldet durch Vergleicher-Offset (von Vergleichern 213 und 214) in der Slave-Zelle 201 durch das Steuersignal Vctrl, das über die identischen Vergleicher (205 und 206) in der Master-Zelle 201 generiert wird.
8A und 8B sind ein Ablaufdiagramm 800, das einen Prozess zur Generierung eines modulierten Ausgangssignals über das chaotische Rauschsignal zeigt, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Der Prozess wird beschrieben unter Bezugnahme auf 2 und 4B. Bei Block 801 werden zwei dreieckige Rampensignale über den Rampengenerator 203–204 und 210–211 generiert. Wie vorstehend erwähnt, hinsichtlich der Generation von Rampensignalen, wird eine der Rampen mit hoher Rampe (R_steigend) bei der steigenden Flanke des eingehenden unmodulierten Referenztaktsignals generiert und eine niedrige Rampe (R_fallend) wird bei der fallenden Flanke des unmodulierten Referenztaktsignals generiert.
Bei Block 802 wird eine Bestimmung über die Phasenverriegelung der Master-Zelle 201 getroffen, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Bei einer Ausführungsform, wenn die Master-Zelle 201 nicht verriegelt ist, wird Block 803 ausgeführt. Bei Block 803 generiert der chaotische Rauschgenerator 212 eine konstante Spannung V_x durch Umgehen des Ausgangs 421 von 4B über einen Multiplexer (nicht gezeigt in 4B). Diese konstante Spannung V_x ist gleich der vorbestimmten Spannung V_x von der Master-Zelle 201. Bei einer Ausführungsform werden die Addierer 216 und 217 umgangen, da der chaotische Rauschgenerator 212 V_x selbst ausgibt, durch Umgehen des Ausgangssignals 421 von 4B, und daher besteht kein Grund, weshalb V_x erneut von Addierern 216 und 217 hinzugefügt werden sollte. Bei einer anderen Ausführungsform generiert Block 803 einen Ausgang von Null durch den chaotischen Rauschgenerator 212, und daher werden die Addierer 216 und 217 nicht umgangen. Bei beiden Ausführungsformen, wenn die Master-Zelle 201 nicht verriegelt ist, vergleichen die Vergleicher 213 und 214 V_x mit den Ausgängen der Rampengeneratoren 210 und 211. Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird V_x dem chaotischen Rauschgenerator 212 oder von Addierern 216 und 217 nicht hinzugefügt, bevor der chaotische Rauschgeneratorausgang 421 von Vergleichern 213 und 214 verglichen ist.
Wenn die Master-Zelle 201 verriegelt ist, wird sodann bei Blöcken 812–813 das X_(n+1) Signal von dem chaotischen Rauschgenerator 212, welches abgeleitet wird von X_n, von dem analogen Flip-Flop 418 gespeichert. Bei Block 814, nach einer vorbestimmten Abtastzeit, wird X_(n+1) zurück (als x_n) in den Vergleicher 416 von 4B eingegeben, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Dieser Prozess wird bei einer Ausführungsform wiederholt, wie gezeigt durch Indikator B von 8A und 8B. Das chaotische Rauschsignal X_(n+1) wird ebenfalls von Block 810 verwendet, wie später erörtert.
Bei Block 804 werden der Ausgang des chaotischen Rauschgenerators 212 und der Ausgang der Rampengeneratoren 203 und 203 in die Vergleicher 205 und 206 der Master-Zelle eingegeben, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die Vergleicher 205 und 206 vergleichen die Rampensignale mit dem vorbestimmten Spannungspegel V. Die Vergleicher 205 und 206 generieren hohe Impulse bei der Überschneidung der Rampensignale und dem vorbestimmten Spannungssignal. Der hohe Impuls von Vergleicher 205 wird als „Set-”Signal in den SR-Latch 207 eingegeben, während der niedrige Impuls von dem Vergleicher 206 als „Reset-”Signal in den SR-Latch 207 eingegeben wird, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Bei Block 805 generiert der SR-Latch 207 einen Ausgangstakt, der als Rückkopplungstakt für den Phasenfrequenzdetektor 208 verwendet wird, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Bei einer Ausführungsform werden bei Block 806 die Rampensignale auf Masse entladen, wenn die steigenden und fallenden Flanken des modulierten Ausgangstakts generiert werden. Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Ausgang der Vergleicher 205 und 206 verwendet, um die Rampensignale für hohe und niedrige Referenztaktsignale zu entladen.
Bei einer Ausführungsform wird bei Block 807 der Takt, der von dem SR-Latch 207 generiert wird, mit dem Referenztaktsignal durch den Phasenfrequenzdetektor 208 verglichen. Der Ausgang des Phasenfrequenzdetektors 208 wird durch ein RC-Netzwerk gefiltert, was in einer Steuerspannung Vctrl resultiert, die in die Rampengeneratoren 203 und 204 eingegeben wird. Bei einer Ausführungsform sind die Rampengeneratoren 203 und 204 der Master-Zelle 201 identisch zu den Rampengeneratoren 210 und 211 der Slave-Zelle 202.
Bei einer Ausführungsform passen bei Block 808 die Rampengeneratoren 210 und 211 der Slave-Zelle 202 die Neigung der Rampensignale durch Erhöhen oder Absenken der Neigung in Hinblick auf das Vctrl Signal von der Master-Zelle 201 an. Das Anpassen der Neigung ist abhängig von den Frequenzen der periodischen Rampensignalen, wenn verglichen mit dem unmodulierten Referenztaktsignal. Das Anpassen der Neigungen resultiert in einem finalen Rampensignal, das bei Block 809 generiert wird.
Bei einer Ausführungsform wird bei Block 815 eine Entscheidung über den verriegelten Zustand der Schleife in der Master-Zellel 201 getroffen. Wenn die Master-Zelle 201 verriegelt ist, ist die Steuerspannung Vctrl stabil genug, damit die Slave-Zelle 202 ihre Funktion ordentlich durchführen kann. Dies bedeutet, dass der chaotische Rauschausgang 421 von 4B von Vergleichern 213 und 214 von 2 verwendet wird. Wie vorstehend erwähnt, wird bei einer Ausführungsform das Zufallsrauschsignal 421 von 4B mit der vorbestimmten Spannung V_x der Master-Zelle 201 summiert, bevor der Vergleich mit den Rampensignalen durch Vergleicher 213 und 214 stattfindet. Wenn die Master-Zelle 201 verriegelt ist, da die Frequenz der Rampensignale nicht gleich der Frequenz des unmodulierten Eingangsreferenzsignals ist, wird Block 804 wiederholt. An diesem Punkt vergleichen die Vergleicher 213 und 214 V_x mit den Rampensignalen, da der Ausgang 421 des chaotischen Rauschgenerators 212 umgangen wird.
Bei einer Ausführungsform wird bei Block 810 der Ausgang 421 des chaotischen Rauschgenerators 212, der ein Zufallsrauschsignal X_(n+1) generiert, von den Addierern 216 und 217 mit der vorbestimmten Spannung V_x hinzugefügt. Der summierte Ausgang wird sodann mit den Rampensignalen, die von den Rampengeneratoren 210 und 211 der Slave-Zelle 202 generiert wurden, verglichen. Dieser Vergleich wird von Vergleichern 213 und 214 durchgeführt. Bei einer Ausführungsform wird der Ausgang des chaotischen Rauschgenerators 212 direkt in die Vergleicher 213 und 214 eingegeben. Der Ausgang der Vergleicher 213 und 214 der Slave-Zelle 202 werden als „Set-” und „Reset-”Signale in den SR-Latch 215 eingegeben, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Bei Block 811 generiert der SR-Latch 215 den modulierten Ausgangstakt. An diesem Punkt wird der Prozess von Block 801 wiederholt, wie durch den Indikator 'A' dargestellt. Wenn mehrere Zyklen des modulierten Ausgangstakts generiert werden, wird bei Block 816 erklärt, dass ein modulierter Ausgangstakt von dem chaotischen Rauschsignal generiert wird.
9 veranschaulicht den Vorteil der Modulation basierend auf chaotischem Rauschen über ein periodisches Dreiecksignal basierend auf Modulation, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die grafische Darstellung von 9 ist ein Frequenzspreizspektrum. Das schattierte Grauspektrum stellt das Spektrum von der Modulierung des Taktsignals über ein periodisches Dreiecksignal dar, während das Schwarzspektrum das Spektrum von der Modulierung des Taktsignals über das chaotische Rauschen darstellt, gemäß der hierin beschriebenen Ausführungsformen. Das Schwarzspektrum hat eine niedrigere Leistungsspitze als das schattierte Grauspektrum, um 12 dB in diesem Beispiel. Dies bedeutet, dass auf chaotischem Rauschen basierte Modulation das EMI-Rauschen um 12 dB über eine dreieckbasierte Modulation senkt. Gleichzeitig verbleibt die Bandbreite des schattierten Grauspektrums und des Schwarzspektrums gleich. Dies bedeutet, dass RFI durch die Verwendung des Schwarzspektrums vermindert werden kann, indem Leistungsspitze mit Bandbreite getauscht wird.
Elemente von Ausführungsformen sind ebenfalls als maschinenlesbares Speichermedium zum Speichern der computerausführbaren Befehle bereitgestellt. Bei einer Ausführungsform ist die Vorspannung V_b von 4B beispielsweise über computerausführbare Befehle programmierbar, um die Frequenzspreizung des modulierten Ausgangssignals anzupassen. Das maschinenlesbare Speichermedium kann u. a. Flash-Memory, optische Disks, CD-ROMs, DVD ROMs, RAMs, EPROMs, EEPROMs, magnetische oder optische Karten oder eine andere Art von maschinenlesbaren Speichermedien, die geeignet sind, um elektronische oder computerausführbare Befehle zu speichern, beinhalten. Beispielsweise können erfindungsgemäße Ausführungsformen als ein Computerprogramm heruntergeladen werden, das von einem entfernten Computer (z. B. einem Server) an einen anfragenden Computer (z. B. einem Client) mittels Datensignalen über einen Kommunikationslink (z. B. ein Modem oder eine Netzwerkverbindung) übertragen werden kann.
Während die Erfindung in Verbindung mit spezifischen Ausführungsformen davon beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung offensichtlich, dass viele Alternativen, Modifikationen und Variationen möglich sind.
Beispielsweise kann die vorbestimmte Spannung V_x, die von Addierern 216 und 217 in der Slave-Zelle 202 von 2 hinzugefügt wird, in der chaotischen Generationsschaltung 212 mit einem einzelnen Addierer hinzugefügt werden. Bei solch einer Ausführungsform wird der Ausgang 421 von 4B in einen Multiplexer (nicht gezeigt in 4B) eingegeben, der von dem phasenverriegelten Signal der Master-Zelle 201 von 2 gesteuert wird. Wenn die Master-Zelle 201 von 2 verriegelt ist, wählt der Multiplexer (nicht gezeigt in 4B) den Ausgang 421. Dieser Ausgang 421, über den Multiplexer (nicht gezeigt in 4B), wird sodann mit der vorbestimmten Spannung V_x über einen analogen Addierer (ebenfalls nicht gezeigt in 4B) summiert. Dieser analoge Addierer ersetzt bei einer Ausführungsform die Addierer 316 und 217 von 2. Der finale Ausgang des chaotischen Signalgenerators 410 beinhaltet bei solch einer Ausführungsform die vorbestimmte Spannung V_x.
Bei einer Ausführungsform, wenn die Schleife der Master-Zelle 201 von 2 nicht verriegelt ist, fügt der Multiplexer (nicht gezeigt in 4B) eine Spannung von Null (Masse) der vorbestimmten Spannung V_x über den analogen Addierer (nicht gezeigt in 4B) hinzu, um den Ausgang des chaotischen Signalgenerators 410 zu generieren. Bei solch einer Ausführungsform wird das Ausgangssignal 421 von 4B durch den Multiplexer (nicht gezeigt in 4B) umgangen, da die Schleife der Master-Zelle 201 von 2 nicht verriegelt ist.
Bei einer alternativen Ausführungsform können die SR-Latches 207 und 215 von 2 durch SR-Flip-Flops ersetzt werden. Gleichermaßen kann der Rampengenerator, bei einer anderen alternativen Ausführungsform, als 6C anstatt der Implementierung, gezeigt in 6B, implementiert werden.
Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen sollen alle solche Alternativen, Modifikationen und Variationen abdecken, sodass sie in den breiten Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Vorrichtung zur Rauschminderung bei Computersystemen, umfassend: eine Master-Zelle (201), um eine Steuerspannung zu generieren, die einem unmodulierten Referenzsignal entspricht; und eine Slave-Zelle (202) mit einem chaotischen Signalgenerator (212), um ein Zufallsrauschsignal zu generieren, wobei die Slave-Zelle (202) mit der Master-Zelle (201) gekoppelt ist und betrieben werden kann, um ein moduliertes Ausgangssignal in Antwort auf die Steuerspannung zu generieren, wobei die Master-Zelle (201) umfasst: einen Flankengenerator (207), um Impulssignale zu generieren; einen Phasenfrequenzdetektor (208), um die Impulssignale und das unmodulierte Referenzsignal zu empfangen, und um einen Ausgang zu generieren; und einen Schleifenfilter, gekoppelt mit dem Phasenfrequenzdetektor (208), um den Ausgang in die Steuerspannung umzuwandeln.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der chaotische Signalgenerator (212) betrieben werden kann, um das Zufallsrauschsignal basierend auf einer chaotischen Transferabbildung zu generieren.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die chaotische Transferabbildung entweder eine Zelttransferabbildung oder eine Bernoulli-Verschiebungsabbildung beinhaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Master-Zelle (201) weiter umfasst: einen Rampengenerator (203, 204), um ein Rampensignal entsprechend der Steuerspannung zu generieren; und einen Vergleicher (205, 206), gekoppelt mit dem Rampengenerator (203, 204), um das Rampensignal mit einer vorbestimmten Spannung zu vergleichen, um Steuersignale für den Flankengenerator (207) zu generieren.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die vorbestimmte Spannung eingestellt wird, um die Steuersignale zu generieren, die eine Frequenz aufweisen, die der Frequenz des unmodulierten Referenzsignals entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Rampengenerator (203, 204) umfasst: eine erste Ladungspumpe; eine zweite Ladungspumpe; und einen Multiplexer, gekoppelt mit der ersten und der zweiten Ladungspumpe, wobei der Multiplexer betrieben werden kann, um das Rampensignal zu generieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Slave-Zelle (202) weiter umfasst: einen Rampengenerator (210, 211), um ein Rampensignal entsprechend der Steuerspannung von der Master-Zelle (201) zu generieren; einen Addierer (216, 217), gekoppelt mit dem chaotischen Rauschgenerator (212), um dem Zufallsrauschsignal eine vorbestimmte Spannung hinzuzufügen, um einen summierten Ausgang zu generieren; einen Vergleicher (213, 214), gekoppelt mit dem chaotischen Rauschgenerator (212), um den summierten Ausgang mit dem Rampensignal zu vergleichen; und einen Flankengenerator (215), gekoppelt mit dem Vergleicher (213, 214), um das modulierte Ausgangssignal zu generieren.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die vorbestimmte Spannung von der Master-Zelle (201) eingestellt wird, um Steuersignale für den Flankengenerator (215) zu generieren, wobei die Steuersignale eine Frequenz aufweisen, die der Frequenz des unmodulierten Referenzsignals entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Rampengenerator (210, 211) umfasst: eine erste Ladungspumpe; eine zweite Ladungspumpe; und einen Multiplexer, gekoppelt mit der ersten und der zweiten Ladungspumpe, um das Rampensignal zu generieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der chaotische Signalgenerator (212) umfasst: einen ersten positiven Multiplizierer; einen negativen Multiplizierer; einen ersten Multiplexer, gekoppelt mit dem positiven Multiplizierer und dem negativen Multiplizierer; einen zweiten Multiplexer, gekoppelt mit einem zweiten positiven Multiplizierer, um eine Vorspannung zu multiplizieren; und einen Summierverstärker, gekoppelt mit dem ersten Multiplexer und dem zweiten Multiplexer, um das Zufallsrauschsignal zu generieren.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der chaotische Signalgenerator (212) weiter umfasst: ein analoges Flip-Flop, das betrieben werden kann, um das Zufallsrauschsignal abzutasten; und einen Vergleicher, gekoppelt mit dem analogen Flip-Flop, um ein Steuersignal für den ersten Multiplexer und den zweiten Multiplexer zu generieren.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das analoge Flip-Flop betrieben werden kann, um das Zufallsrauschsignal mit einer programmierbaren Frequenz abzutasten.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Vorspannung programmierbar ist, um die Frequenzspreizung des modulierten Ausgangssignals anzupassen.
Verfahren zur Rauschminderung bei Computersystemen, umfassend: Generieren, von einer Master-Zelle, einer Steuerspannung von einem unmodulierten Referenzsignal, wobei das Generieren der Steuerspannung von einem unmodulierten Referenzsignal ein Generieren von Impulssignalen durch einen Flankengenerator, ein Empfangen, durch einen Phasenfrequenzdetektor, der Impulssignale und des unmodulierten Referenzsignals und ein Umwandeln, durch einen mit dem Phasenfrequenzdetektor gekoppelten Schleifenfilter, eines von dem Phasenfrequenzdetektor generierten Ausgangs in die Steuerspannung umfasst; und Generieren, von einer Slave-Zelle mit chaotischem Signalgenerator, der betrieben werden kann, um ein Zufallsrauschsignal zu generieren, eines modulierten Ausgangssignals in Antwort auf die Steuerspannung und das Zufallsrauschsignal, wobei die Slave-Zelle mit der Master-Zelle gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Generieren der Steuerspannung von dem unmodulierten Referenzsignal ferner umfasst: Empfangen, durch den Phasenfrequenzdetektor, eines Rückkopplungssignals von dem Flankengenerator; und Verriegeln der Master-Zelle, basierend auf dem empfangenen unmodulierten Referenzsignal und dem Rückkopplungssignal.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Generieren des Zufallsrauschsignals ein Implementieren einer chaotischen Transferabbildung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die chaotische Transferabbildung entweder eine Zelttransferabbildung oder eine Bernoulli-Verschiebungsabbildung beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Generieren des modulierten Ausgangssignals in Antwort auf die Steuerspannung umfasst: Generieren eines Rampensignals für alle steigenden und fallenden Flanken des unmodulierten Referenzsignals; Hinzufügen einer vorbestimmten Spannung zu dem Zufallsrauschsignal, um einen summierten Ausgang zu generieren; Vergleichen des summierten Ausgangs mit dem Rampensignal; und Generieren des modulierten Ausgangssignals basierend auf dem Vergleich.
Verfahren nach Anspruch 18, weiter umfassend ein Einstellen der vorbestimmten Spannung auf einen Wert, um Steuersignale zum Generieren des modulierten Ausgangssignals zu generieren, wobei die Steuersignale eine Frequenz aufweisen, die der Frequenz des unmodulierten Referenzsignals entspricht.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Generieren der Rampensignale umfasst: Anpassen der Neigung des Rampensignals basierend auf der Steuerspannung von der Master-Zelle; Unterbrechen des Rampensignals basierend auf dem Vergleich; und Auslösen des Rampensignals basierend auf dem Vergleich.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Generieren des Zufallsrauschsignals umfasst: Positives Multiplizieren eines vorherigen Zufallsrauschsignals mit zwei; Negatives Multiplizieren des vorherigen Zufallsrauschsignals mit zwei; Positives Multiplizieren einer Vorspannung mit vier; Vergleichen des vorherigen Zufallsrauschsignals mit der Vorspannung; erstes Multiplexen des vorherigen Zufallsrauschsignals, das positiv mit zwei multipliziert wird, und des vorherigen Zufallsrauschsignals, das negativ mit zwei multipliziert wird; zweites Multiplexen der Vorspannung, die positiv mit vier multipliziert wird, und eines Massesignals; und Summieren von Ausgängen von dem ersten Multiplexen und dem zweiten Multiplexen, um das Zufallsrauschsignal zu generieren.
Verfahren nach Anspruch 21, weiter umfassend ein Programmieren der Vorspannung, die betrieben werden kann, um die Frequenzspreizung des modulierten Ausgangssignals anzupassen.