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[https://en.wikipedia.org/wiki/Sample_and_hold] offenbart eine Abtast-und-Halte-Schaltung, die die Spannung eines kontinuierlich variierenden analogen Signals abtastet (erfasst, aufnimmt) und ihren Wert auf einem konstanten Pegel für einen spezifizierten minimalen Zeitraum hält (feststellt, einfriert). Eine solche Abtast-und-Halte-Schaltung kann als eine Eingangsstufe eines Analog-Digital-Wandlers verwendet werden, um Variationen des Eingangssignals zu beseitigen, die ansonsten den Umwandlungsprozess verschlechtern könnten. Eine vereinfachte Abtast-und-Halte-Schaltung weist eine Schaltvorrichtung (z. B. einen Feldeffekttransistor), der durch ein Steuersignal angesteuert wird, und einen Kondensator zum Speichern einer über die Schaltvorrichtung übertragenen Ladung auf.
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Ein System, z. B. ein Radarsystem und eine elektronische Steuereinheit (ECU) in dem Automobilbereich, benötigen möglicherweise wenigstens eine Taktquelle. Eine solche Taktquelle kann als eine externe Taktquelle realisiert werden, die durch wenigstens einen Mikrocontroller verwendet wird. Die Systemintegration kann jedoch die Signalqualität des Taktsignals beeinflussen, insbesondere wenn es an den Mikrocontroller oder von dem Mikrocontroller zu wenigstens einer anderen Komponente des Systems übermittelt werden muss. Daher kann das Taktsignal eine Verzerrung erfahren haben, wenn es an seinem Ziel ankommt. Eine solche Verschlechterung oder Jitter kann eine vordefinierte Spanne zur Massenproduktion und daher die Qualitätsanforderung des Systems verletzen.
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Ein weiteres Problem ist die Verschlechterung des Taktsignals hinsichtlich Sicherheitsaspekten. Ein Aspekt in dieser Hinsicht betrifft einen Takterzeugungsbaum, d. h. einige Taktsignale, die von einer Taktquelle abgeleitet werden können und teilweise voneinander abgeleitet werden können. Aus Sicherheitsgründen kann es wichtig sein, zu wissen, ob die Taktsignale innerhalb einer vordefinierten Fehlerspanne verbleiben oder nicht. Aufgrund zunehmender Jitter-Ausbreitung über einige abhängige Taktsignale kann die Verschlechterung zu einer erhöhten Bitfehlerrate in Hochgeschwindigkeitskommunikationsschnittstellen, wie HSCT, Gbit-Ethernet oder dergleichen, führen.
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Das Ziel ist es, bestehende Lösungen zu verbessern und insbesondere dazu in der Lage zu sein, eine Zeitmessung mit hoher Genauigkeit durchzuführen, zum Beispiel eine Messung eines Taktsignals, das von einer externen Taktquelle abgeleitet werden kann.
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Dies wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die hier vorgeschlagenen Beispiele können insbesondere auf mindestens einer der folgenden Lösungen basieren. Kombinationen der folgenden Merkmale können genutzt werden, um ein gewünschtes Ergebnis zu erreichen. Die Merkmale des Verfahrens könnten mit einem oder mehreren beliebigen Merkmalen der Vorrichtung, der Einrichtung oder des Systems kombiniert werden oder umgekehrt.
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Eine Vorrichtung zur Zeitmessung eines taktbasierten Signals wird bereitgestellt, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
- - eine Abtaststufe, die Folgendes umfasst:
- - eine Schaltvorrichtung, die durch ein Steuersignal angesteuert wird, und
- - eine Kapazität (Cs),
- - wobei die Abtaststufe zum Transformieren eines analogen Eingangssignals in ein analoges Ausgangssignal eingerichtet ist,
- - einen Analog-Digital-Wandler zum Umwandeln des analogen Ausgangssignals in ein digitales Ausgangssignal,
- - wobei das Eingangssignal, das auf die Abtaststufe angewandt wird, ein Referenzsignal ist,
- - wobei das taktbasierte Signal auf das Steuersignal angewandt wird.
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Das taktbasierte Signal kann ein beliebiges Signal sein, das eine Zeitinformation repräsentiert. Das taktbasierte Signal kann insbesondere ein digitales Signal sein.
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Die Abtaststufe kann eine Abtast-und-Halte-Schaltung sein. Die Schaltvorrichtung kann ein elektronischer Schalter, insbesondere ein Feldeffekttransistor sein.
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Das taktbasierte Signal kann ein Taktsignal oder ein Signal sein, das auf einem Taktsignal basiert oder von diesem abgeleitet wird. Das Taktsignal kann zum Betreiben der Vorrichtung verwendet werden. Als eine Alternative oder zusätzlich dazu kann das Taktsignal verwendet werden, um in ein anderes Taktsignal (z. B. mit einer unterschiedlichen Frequenz) transformiert zu werden. Als eine Alternative oder zusätzlich dazu kann das taktbasierte Signal oder ein beliebiges davon abgeleitetes Signal an wenigstens eine andere Vorrichtung weitergegeben werden.
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Daher wird das taktbasierte Signal zum Ansteuern der Schaltvorrichtung der Abtaststufe verwendet.
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Die Kapazität der Abtaststufe wird zum Akkumulieren von Ladung während der Zeit verwendet, während der die Schaltvorrichtung geschlossen ist. Die Kapazität kann groß genug sein, um während eines einzigen Zyklus oder einer einzigen Periode des taktbasierten Signals nicht voll zu werden. Dies erlaubt digitale Ausgangssignale, die sich voneinander unterscheiden und die kleiner als ein digitales Ausgangssignal sind, das dem Referenzsignal entspricht. Mit anderen Worten steuert das taktbasierte Signal die Länge der Abtastoperation, was zu unterschiedlichen Ausgangswerten für unterschiedliche taktbasierte Signale führt.
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Die Vorrichtung kann ein Mikrocontroller oder eine beliebige andere Verarbeitungsvorrichtung sein. Die Vorrichtung kann Teil eines ADC sein oder die Vorrichtung kann einen ADC umfassen. Die Vorrichtung kann auch eine von einem ADC separate Komponente sein.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Referenzsignal wenigstens eines von Folgendem:
- - eine Referenzspannung;
- - einen Referenzstrom.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das taktbasierte Signal ein Taktsignal, das durch eine Komponente außerhalb der Vorrichtung bereitgestellt wird, oder basiert auf diesem.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das taktbasierte Signal eine Dauer einer einzigen Taktperiode oder die Dauer einiger Taktperioden auf.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Kapazität nach jedem digitalen Ausgangssignal oder nach einigen Ausgangssignalen (wenigstens teilweise) entladen.
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Außerdem ist ein Verfahren zur Zeitmessung eines taktbasierten Signals vorgeschlagen, umfassend eine Abtaststufe, die eine Schaltvorrichtung umfasst, die durch ein Steuersignal angesteuert wird, und eine Kapazität, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
- - Transformieren, durch die Abtaststufe, eines analogen Eingangssignals in ein analoges Ausgangssignal,
- - wobei das Eingangssignal, das auf die Abtaststufe angewandt wird, ein Referenzsignal ist,
- - wobei das taktbasierte Signal auf das Steuersignal angewandt wird,
- - Umwandeln, durch einen Analog-Digital-Wandler, des analogen Ausgangssignals in ein digitales Ausgangssignal.
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Der Wert des digitalen Ausgangssignals ist ein Maß für das taktbasierte Signal.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Referenzsignal wenigstens eines von Folgendem:
- - eine Referenzspannung;
- - einen Referenzstrom.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das taktbasierte Signal ein Taktsignal, das durch eine andere Komponente bereitgestellt wird, oder basiert auf diesem.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das taktbasierte Signal eine Dauer einer einzigen Taktperiode oder die Dauer einiger Taktperioden auf.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Kapazität (wenigstens teilweise) entladen, nachdem jedes digitale Ausgangssignal bestimmt wurde oder nachdem einige Ausgangssignalen bestimmt wurden.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner Folgendes:
- - Bestimmen einer Anzahl an N digitalen Ausgangssignalen für eine Anzahl an N taktbasierten Signalen,
- - Bestimmen einer Differenz zwischen digitalen Ausgangssignalen,
- - Bestimmen einer vordefinierten Handlung basierend auf der bestimmten Differenz.
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Die Differenz zwischen digitalen Ausgangssignalen kann zu einer Verteilung digitaler Ausgangssignale führen, die eine Qualität des taktbasierten Signals angeben.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die vordefinierte Handlung einen Alarm oder eine Benachrichtigung auslösen, die Abtaststufe und/oder den Analog-Digital-Wandler steuern und/oder eine Umgestaltung auslösen.
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Außerdem wird ein System oder eine Steuerungseinheit vorgeschlagen, die jeweils wenigstens eine wie hier beschriebene Vorrichtung umfassen.
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Das System kann ein Fahrzeug, insbesondere ein Auto, sein. Die Steuereinheit kann eine elektronische Steuereinheit (ECU) eines Fahrzeugs sein.
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Außerdem ist eine Vorrichtung bereitgestellt, die wenigstens eine Verarbeitungseinheit umfasst, die zum Durchführen der Schritte des Verfahrens, wie hier beschrieben, eingerichtet ist.
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Ausführungsformen sind unter Bezugnahme auf die Zeichnungen dargestellt und veranschaulicht. Die Zeichnungen dienen dazu, das Grundprinzip zu veranschaulichen, so dass nur für das Verständnis des Grundprinzips notwendige Aspekte veranschaulicht werden. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu. In den Zeichnungen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen gleiche Merkmale.
- 1 zeigt ein beispielhaftes Blockdiagramm, das eine erste Komponente zeigt, die ein Taktsignal an eine zweite Komponente liefert, wobei das Taktsignal durch Jitter beeinträchtigt werden kann, wenn es bei der zweiten Komponente ankommt;
- 2 zeigt ein symbolisches Diagramm einer beispielhaften Probenstufe eines Analog-Digital-Wandlers (ADC);
- 3 zeigt ein beispielhaftes Abtastdiagramm für die Schaltung aus 2;
- 4 zeigt einen Ansatz zum Messen eines Taktsignals unter Verwendung einer Abtast-und-Halte-Schaltung;
- 5 zeigt ein beispielhaftes Abtastdiagramm für die Schaltung aus 4;
- 6 zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das visualisiert, wie verschiedene Abtastspannungen für verschiedene Taktperioden bestimmt werden können;
- 7 zeigt eine Verteilung von Abtastwerten;
- 8 zeigt ein alternatives Abtastschema im Vergleich zu 6.
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Aufgrund der potentiellen Beeinträchtigungen, die ein Taktsignal beeinflussen, kann es notwendig oder wenigstens vorteilhaft sein, zum Messen und Detektieren der Qualität des Taktsignals, selbst nach einer tatsächlichen Systemintegration. d. h. in der finalen Anwendung oder dem finalen Produkt während der Laufzeit, in der Lage zu sein. Dies ist aufgrund der gesamten Rauschsituation in dem aktiven System eher schwierig. Falls zum Beispiel eine ECU in eine dichte Umgebung integriert ist und darin ausgeführt wird, ist es schwierig zu bestimmen, ob eine vordefinierte Jitter-Spanne eines Taktsignals beibehalten werden kann.
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Hier beschriebene Beispiele können zum flexiblen Überwachen von Taktsignalen verwendet werden. Das Ergebnis einer solchen Überwachung kann dann verwendet werden, um zu bestimmen, ob die Systemintegration ihre Voraussetzungen erfüllt, z. B. ob Mikrocontroller, die externe Taktsignale verwenden, einen Jitter jenseits einer vordefinierten Schwelle erfahren.
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Hier wird der Mikrocontroller lediglich als eine beispielhafte elektronische Komponente erwähnt, die durch eine Taktquelle angesteuert wird, die extern zu diesem Mikrocontroller ist. Die Taktquelle kann einige Mikrocontroller ansteuern. Außerdem kann die Taktquelle ein Taktsignal an einen ersten Mikrocontroller liefern, der das Taktsignal an einen zweiten Mikrocontroller weitergibt usw. Es besteht auch die Möglichkeit, dass der erste Mikrocontroller eine Umwandlung durchführt und ein Taktsignal an den zweiten Mikrocontroller weitergibt, das im Vergleich zu der Frequenz des Taktsignals der Taktquelle eine unterschiedliche Frequenz aufweist. Aufgrund der Propagation und/oder der Frequenztransformation kann der zweite Mikrocontroller einen Jitter erfahren, der im Vergleich zu einem Jitter, den der erste Mikrocontroller erfährt, erheblich höher ist.
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Es wird angemerkt, dass der Mikrocontroller nur eine beispielhafte elektronische Komponente ist. Andere Komponenten können anstelle oder in Kombination mit (einem) solchen Mikrocontroller(n) verwendet werden. Beispiele für solche elektronische Komponenten, die durch ein externes Taktsignal angesteuert werden können, sind: MMICs (Monolithic Microwave Integrated Circuit -monolithisch integrierte Mikrowellenschaltung), Silicium-Mikrofon-ICs, Leistungsverwaltungsmodule und Hochgeschwindigkeit-PHY-ICs.
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1 zeigt ein beispielhaftes Blockdiagramm, das zwei Komponenten 101 und 102 umfasst, wobei die Komponente 101 mit einem externen Taktsignal 105 (das durch eine externe Taktquelle bereitgestellt wird) versorgt wird. Die Komponente 101 liefert in Taktsignal 103 (basierend auf dem externen Taktsignal 105) an die Komponente 102. Es gibt außerdem einen Kommunikationskanal 104 zwischen den Komponenten 101 und 102.
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Die Komponente 101 kann ein Mikrocontroller sein, der in einem Master-Modus arbeitet, und die Komponente 102 kann ein Mikrocontroller sein, der in einem Slave-Modus arbeitet.
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Das Taktsignal 105 kann ein 20 MHz-Signal sein, das die Komponente 101 ansteuert, und wird von der Komponente 101 zu der Komponente 102 gespeist. Aufgrund der Verbindung (z. B. der Länge des Kabels oder Leitungspfades auf einer gedruckten Leiterplatte (PCB)) zwischen der Komponente 101 und 102 unterliegt das Taktsignal einer Verschlechterung (z. B. Jitter), die die Leistungsfähigkeit der Komponente 102 und dementsprechend die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems beeinträchtigen kann.
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Die hier präsentierte Lösung ermöglicht insbesondere den Zugriff auf das Taktsignal an der jeweiligen Komponente, um die Robustheit und Leistungsfähigkeit der Schaltungsgestaltung zu beurteilen. Dies kann verwendet werden, um zu bestätigen, dass eine Schaltungsgestaltung zur Massenproduktion gut geeignet ist, oder kann sogar eine Änderung der Schaltungsgestaltung und/oder eine Änderung davon auslösen, wie die Schaltung gesteuert wird, um ihre Anforderungen, insbesondere zur Massenproduktion, zu erfüllen.
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Der Ansatz kann insbesondere für Synchronschnittstellen (z. B. High Speed Communication Tunnel (HSCT), Ethernet, Peripheral Component Interconnect Express (PCIe)) zutreffen.
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Außerdem besteht die Möglichkeit, dass die Komponente 101 ein Taktsignal 103 produziert, das von dem Taktsignal 105 verschieden ist. Zum Beispiel kann das Taktsignal 105 eine Frequenz von 20 MHz aufweisen und kann das Taktsignal 103 eine Frequenz aufweisen, die 125 MHz beträgt und die durch die Komponente 101 durch Transformieren des Taktsignals 105 erzeugt wird. Dieser Ansatz ermöglicht das Einsparen von BOM(Bill Of Material - Materialliste)-Kosten, da keine 125-MHz-Taktquelle (z. B. ein Kristall) benötigt wird. In diesem Szenario verschlechtert sich die Taktqualität stärker bei höheren Frequenzen, was es umso wichtiger macht, dass jegliche Verschlechterungseffekte, die die Komponenten und dementsprechend das Gesamtsystem beeinflussen, bekannt sind.
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Bei einem anderen Beispiel kann die Komponente 101 eine monolithische integrierte Mikrowellenschaltung (MMIC) sein und kann die Komponente 102 ein Mikrocontroller sein. Das Taktsignal 105 kann eine Frequenz von 50 MHz haben und das Taktsignal 103 kann auch eine Frequenz haben, die 50 MHz beträgt.
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Bei noch einem anderen Beispiel kann die Komponente 101 ein Mikrocontroller sein und kann die Komponente 102 ein PCIe-Peripheriegerät sein. Die Kommunikation 104 in diesem Fall kann Transferraten in dem Bereich von bis zu Gbit/s ermöglichen. Daher ist es wichtig, dazu in der Lage zu sein, auf die Qualität des Taktsignals zuzugreifen, um solche hohen Transferraten zuverlässig zu ermöglichen.
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Hier beschriebene Beispiele können eine Abtast-Halte-Struktur verwenden, um eine Zeit in ein Spannungssignal umzuwandeln und dann das Spannungssignal in ein digitales Signal umzuwandeln. Dies wird auch als Zeit-Digital-Wandler (TDC: Time-to-Digital Converter) bezeichnet.
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Mit anderen Worten wird zum Messen eines Taktsignals, das ein Timing hat, das Jitter unterliegt, dieses Taktsignal verwendet, um eine Abtast-Halte-Struktur anzusteuern, wodurch das Timing des Taktsignals in eine Spannung umgewandelt wird, die dann durch einen Analog-Digital-Wandler (ADC) abgetastet wird. Dies ermöglicht, dass die Timingunterschiede von Taktperioden des Taktsignals bekannt sind, die den Jitter des Taktsignals angeben.
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Dieser Ansatz ist vorteilhaft, weil eine bestehende ADC-Struktur eines Mikrocontrollers verwendet werden kann, um das TDC-Signal zu erzeugen.
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2 zeigt ein symbolisches Diagramm einer beispielhaften Abtaststufe 201 eines ADC. Dies kann die Abtast-und-Halte-Schaltung eines ADC sein. Der ADC kann die Schaltung aus 2 umfassen oder der ADC kann eine separate Komponente sein, die die Ausgabe der Schaltung aus 2 nutzt.
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Eine Eingangsspannung 202 ist durch Verwenden eines Abtastzeitsteuersignals 203 zum Ansteuern eines Schalters 204 abzutasten. Dieses Abtastzeitsteuersignal 203 wird als ts bezeichnet und kann durch den ADC bereitgestellt werden. Der Schalter 204 kann ein Schaltelement, z. B. ein Feldeffekttransistor, sein und er ist zwischen der Eingangsspannung 202 und einer Reihenverbindung aus einem Widerstand Rs und einem Kondensator Cs mit Masse verbunden. Eine abgetastete Spannung wird an einem Knoten 205 zwischen dem Widerstand Rs und dem Kondensator Cs erhalten.
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Der Widerstand Rs kann einem Widerstand des Transmissionsgatters des ADC entsprechen, wobei der ADC ein SAR-ADC (Sukzessive-Approximation-ADC) sein kann. Der Kondensator Cs kann eine Abtastkapazität des SAR-ADC sein.
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3 zeigt ein beispielhaftes Abtastdiagramm für die Schaltung aus 2. Die y-Achse veranschaulicht die Spannung des Kondensators Cs und die x-Achse gibt die Zeit an. Eine Kurve 301 zeigt eine Abtastkurve und ts gibt die Abtastzeit an, die den Schalter 204 ansteuert. Wenn die Abtastzeit ts erreicht wird, wird die Eingangsspannung 202 abgetastet („erfasst“), d. h. die Eingangsspannung 202 entspricht einer abgetasteten Spannung, die durch eine Referenz 302 angegeben wird.
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Die Abtastzeit ts muss lang genug sein, damit die Kurve 301 die Eingangsspannung 302 erreicht. Als ein Beispiel kann die Abtastzeit ts Folgendes betragen:
mit
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4 zeigt einen Ansatz zum Messen eines Taktsignals, das eine Taktperiode tc aufweist. Das Taktsignal kann ein Rechteckwellensignal sein. Die beispielhafte Abtaststufe 201 kann verwendet werden, um eine Referenzspannung Vref über eine Spannungsquelle anstelle der in 2 gezeigten Eingangsspannung 202 anzulegen.
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Als eine Alternative dazu kann eine Referenzstromquelle anstelle der Referenzspannungsquelle verwendet werden. Die Stromquelle kann verwendet werden, um die Ladung auf dem Kondensator Cs während der Zeit, zu der der Schalter 204 geschlossen ist, zu integrieren. In dem Szenario unter Verwendung der Stromquelle kann die Messzeitperiode, die durch die Taktperiode tc (oder Vielfache davon) angegeben wird, vorteilhafterweise kleiner sein als
wobei Vmax die maximale Eingangsspannung ist und Is der durch die Stromquelle bereitgestellte Strom ist.
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5 zeigt ein beispielhaftes Abtastdiagramm für die Schaltung aus 4. Die y-Achse veranschaulicht die Spannung des Kondensators Cs und die x-Achse gibt die Zeit an. Eine Kurve 601 zeigt eine Abtastkurve und tc gibt die Taktperiode an, die der in 3 gezeigten Abtastzeit entspricht.
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Während der Taktperiode tc wird die Referenzspannung Vref abgetastet. Wenn die Taktperiode tc vorüber ist, wird eine abgetastete Spannung erreicht, die durch eine Referenz 602 angegeben ist. Daher ist der Wert der abgetasteten Spannung (der von der Dauer der Taktperiode tc abhängt) ein Maß für die Taktperiode tc. Verschiedene Taktperioden führen zu unterschiedlichen abgetasteten Spannungen, wodurch ermöglicht wird, dass eine beliebige Divergenz (z. B. Jitter) zwischen Taktperioden gemessen wird.
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Als Nächstes kann ein ADC den analogen Wert der abgetasteten Spannung in einen digitalen Wert umwandeln.
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Die Taktperiode tc kann vorteilhafterweise erheblich kleiner als 10 · τ sein. Daher ist die abgetastete Spannung niedriger als die Referenzspannung Vref, was das Messen der Taktperiode tc und das Vergleichen unterschiedlicher Werte von Taktperioden ermöglicht.
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Es ist eine Option, dass mehrere Taktperioden tc anstelle einer einzigen Taktperiode als eine Abtastzeit zum Ansteuern des Schalters 204 verwendet werden.
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Als eine Möglichkeit kann eine Diskrepanz zwischen Taktperioden bestimmt und mit einer vordefinierten Schwelle verglichen werden, um zu bestimmen, ob die jeweilige Taktperiode einen vordefinierten Bereich überschreitet oder unter diesen fällt.
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6 zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das visualisiert, wie verschiedene Abtastspannungen für verschiedene Taktperioden bestimmt werden können.
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„Abtasten 1“ gibt eine Abtastung einer ersten Taktperiode an, die während einer Phase „Umwandlung 1“ in einen digitalen Wert umgewandelt wird, dann wird der Kondensator Cs entladen. Als Nächstes gibt „Abtasten 2“ eine Abtastung einer anschließenden Taktperiode an, die während einer Phase „Umwandlung 2“ in einen digitalen Wert umgewandelt wird, dann wird der Kondensator Cs entladen. Dies kann wiederholt werden, bis ein Wert N für die N-te Abtastung erreicht und umgewandelt wird. Die anschließende Taktperiode kann eine Taktperiode nach dem Durchführen von Umwandlung 1 und Entladung sein.
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Bei diesem Beispiel wird der Kondensator Cs nach jeder Umwandlung geladen und entladen. Die Abtastzeiten können in Abhängigkeit von der tatsächlichen Taktperiode variieren. Die Variation der Abtastzeiten führt zu unterschiedlichen digitalen Werten. Dies ermöglicht, dass sich ein Jitter basierend auf den Unterschieden zwischen den digitalen Werten, d. h. den digitalen Werten, die aus (unterschiedlichen Dauern der) Taktperioden resultieren, abzeichnet.
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7 zeigt eine Verteilung von Abtastwerten (digitalen Werten), wobei die y-Achse die Anzahl an Abtastwerten (d. h. die Anzahl an Taktperioden) darstellt und die x-Achse den Wert der abgetasteten Spannung zeigt, die der Länge der Taktperiode entspricht. Daher ermöglicht 7 das Bestimmen der Verteilung abgetasteter digitaler Taktperiodenwerte, wobei eine Breite, die durch einige Spalten definiert ist, eine Angabe der Größe des Jitters ist. Zum Beispiel zeigt ein Pfeil 701 kurze Taktperioden, die eher selten auftreten, und ein Pfeil 702 zeigt lange Taktperioden, die ebenfalls eher selten auftreten, wobei „kurz“ und „lang“ in diesem Aspekt jeweils auf die Entfernung von dem Zentrum der Verteilung verweisen, d. h. die Spalte in der Mitte (oder um diese herum) der Verteilung.
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In einem idealen System würden alle Taktperioden den gleichen abgetasteten Wert produzieren, was zu lediglich einer einzigen Spitze führen würde. In einer Anwendung der realen Welt tritt die beispielhafte Verteilung aus 7 auf, die angibt, dass die abgetasteten digitalen Taktperioden nicht alle den gleichen Wert aufzeigen, sondern wenigstens teilweise von einem idealen Wert abweichen. Daher erlaubt die Verteilung das Messen einer Störung, die das (ideale) Taktsignal beeinflusst. Zum Beispiel kann die Entfernung zwischen den Pfeilen 701 und 702 und/oder eine Standardabweichung die Qualität des Taktsignals und daher seinen Einfluss auf die jeweilige Komponente und/oder das System angeben. Aufgrund der Verteilung kann zuverlässig entschieden werden, ob die Systemintegration geändert werden muss oder ob die Verschlechterung innerhalb eines akzeptablen Bereichs liegt.
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8 zeigt ein alternatives Abtastschema im Vergleich zu 6. Hier wird der Kondensator Cs nach N Abtastungen/Umwandlungen entladen. Bei diesem Beispiel kann N auf N Taktperioden, d. h. N · tc, verweisen.
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Dies kann M-mal wiederholt werden, was zu M akkumulierten digitalen Werten führt, wobei jeder digitale Wert N Taktperioden entspricht.
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Eine Verteilung der M digitalen Werte kann wie zuvor mit Bezug auf 7 beschrieben beurteilt werden, wodurch ermöglicht wird, zu entscheiden, ob eine Neugestaltung notwendig ist, um die Anforderungen für die Taktsignale zu erfüllen.
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Ein Vorteil dieser Lösung ist, dass sie die Verwendung bestehender Komponenten eines Mikrocontrollers erlaubt, was durch Hinzufügen oder Verändern von Software und/oder Firmware erweitert werden kann. Daher kann die präsentierte Lösung effizient bei geringen Kosten realisiert werden.
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Ein weiterer Vorteil basiert auf der Fähigkeit, dass die Beurteilung der Taktsignalverschlechterung in einer tatsächlichen Implementierung während einer Laufzeit erfolgen kann, ohne komplexe und teure Testinstallationen hinzuzufügen. Daher kann ein Hersteller eine ECU in ihrer anvisierten Anwendung während der Laufzeit testen, z. B. in einem Auto, während es fährt, wodurch Taktsignale und/oder Abweichungen von Taktsignalen von vordefinierten Werten überwacht werden. Der Ansatz erlaubt das Testen, Überwachen und/oder Verifizieren mit hoher Genauigkeit.
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Im Grunde kann der präsentierte Ansatz in Verbindung mit einer beliebigen Hochpräzisionszeitmessung verwendet werden.
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Eine beispielhafte Anwendung der Lösung kann in dem Automobilbereich liegen, z. B. ein Mikrocontroller, der in einer ECU eines Autos implementiert wird.
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Obwohl verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung offenbart wurden, wird es einem Fachmann ersichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, die manche der Vorteile der Erfindung erzielen werden, ohne von der Idee und dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Es wird für einen Durchschnittsfachmann offensichtlich sein, dass andere Komponenten, die die gleichen Funktionen durchführen, zweckmäßig ersetzt werden können. Es sei erwähnt, dass Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine spezielle Figur erklärt wurden, mit Merkmalen anderer Figuren kombiniert werden können, selbst in jenen Fällen, in denen dies nicht ausdrücklich erwähnt wurde. Ferner können die Verfahren der Erfindung entweder in reinen Softwareimplementierungen unter Verwendung der geeigneten Prozessoranweisungen oder in Hybridimplementierungen, die eine Kombination von Hardwarelogik und Softwarelogik nutzen, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen, erzielt werden. Derartige Modifikationen an dem erfinderischen Konzept sollen durch die angehängten Ansprüche abgedeckt werden.
