DE10204081A1 - Digitales Resetfilter für asynchrone Logikbausteine - Google Patents

Digitales Resetfilter für asynchrone Logikbausteine

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DE10204081A1
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DE
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reset
filter
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DE2002104081
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English (en)
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Michael Abert
Rolf Burgard
Andreas Hodapp
Francis Morio
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/125Discriminating pulses
    • H03K5/1252Suppression or limitation of noise or interference
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/22Modifications for ensuring a predetermined initial state when the supply voltage has been applied
    • H03K17/223Modifications for ensuring a predetermined initial state when the supply voltage has been applied in field-effect transistor switches

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (1) mit asynchron getakteten Logikbausteinen (2) und mit wenigstens einem digitalen Resetfilter (4) zum Rücksetzen der Logikbausteine (2). Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Filterung von Signalen in Schaltungsanordnungen mit asynchron getakteten Logikbausteinen (2), bei dem ein digitales Resetfilter (4) aus einem von außen zugeführten Resetsignal (Reset_P) ein gefiltertes Resetsignal (Reset_F) erzeugt, welches den Logikbausteinen (2) zur Rücksetzung zugeführt wird. Um eine Schaltungsanordnung anzugeben, bei der das Resetsignal (Reset_F) zur Rücksetzung der Logikbausteine (2) sofort nach dem Einschalten einen definierten Pegel aufweist und mittels interner digitaler Resetfilter (4) die Logikbausteine (2) rücksetzbar sind, wird vorgeschlagen, mittels eines internen Einschaltelements (3) in Abhängigkeit einer Versorgungsspannung (Vcc) ein Resetsignal (Reset_PO) zu erzeugen, das dem digitalen Resetfilter (4) zugeführt wird, um das digitale Resetfilter (4) und damit das Resetsignal (Reset_F) definiert während des Einschaltens zurückzusetzen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit asynchron getakteten Logikbausteinen und mit wenigstens einem digitalen Resetfilter zum Rücksetzen der Logikbausteine. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Filterung von Signalen in Schaltungsanordnungen mit asynchron getakteten Logikbausteinen, bei dem ein digitales Resetfilter aus einem von außen zugeführten Resetsignal ein gefiltertes Resetsignal erzeugt, welches den Logikbausteinen zur Rücksetzung zugeführt wird.
  • Beim Betrieb integrierter Schaltkreise werden empfindliche Eingänge durch externe Filterschaltungen, beispielsweise durch RC-Glieder, vor EMV-Störungen geschützt. Bei asynchron arbeitenden integrierten Schaltkreisen (ASICs) werden solche externe Filterschaltungen aus Kosten- und Toleranzgründen durch digitale Filterschaltungen im IC realisiert, die in der Regel nach folgendem Prinzip arbeiten: Das am Eingang anliegende Signal wird mit dem Bausteintakt abgefragt. Hat es während der Filterzeit seinen Logikpegel nicht geändert, so wird dieser Pegel übernommen, was auch als digitaler Tiefpass bezeichnet wird. Änderungen des Logikpegels, im überwiegenden Fall sind dies Störungen, die kürzer als die Filterzeit sind, werden nicht übernommen.
  • Um interne digitale Filter, im Folgenden als digitale Resetfilter bezeichnet, lange genug nach Netz-Ein und rechtzeitig vor Netz-Aus in einen definierten Zustand zu schalten, müssen sie asynchron mit einem Resetsignal in den jeweils inaktiven Zustand versetzt werden. Dies lässt sich jedoch nicht einfach realisieren, da dieses Resetsignal während der Filterzeit noch nicht zur Verfügung steht. Grund dafür ist, dass das Resetsignal in aller Regel selbst zu den störungsanfälligen Signalen gehört und daher selbst über eine wie oben beschriebene digitale Filterschaltung in die integrierte Schaltung geführt werden muss. Dadurch ist der Resetausgang des digitalen Resetfilters nach einem Einschalten für die Filterlaufzeit undefiniert, wodurch in der nachgeschalteten Logik eines komplexen Systems erhebliche Fehlfunktionen und Störungen hervorgerufen werden können.
  • Um dieses Problem zu vermeiden, wurden bisher externe Resetfilter eingesetzt. Diese sind jedoch im Verhältnis groß zu der folgenden Logikschaltung und aufwendiger zu implementieren.
  • Alternativ werden interne Resetfilter benutzt, die nach dem Einschalten einen undefinierten Zustand aufweisen. Dieser undefinierte Zustand führt für die Filterlaufzeit auch an den Ausgängen der nachgeschalteten Logikbausteine zu undefinierten Zuständen. Um das zu vermeiden, werden teure und aufwendige externe Logikschaltungen beispielsweise als Trenntreiber eingesetzt, mit deren Hilfe die kritischen Ausgänge der Logikbausteine für die Einschaltzeit auf inaktivem oder definiertem Pegel gehalten werden. Diese Trenntreiber werden für alle relevanten Ausgänge zwischen ASIC und anzusteuernder Schaltung eingebaut. Diese Trenntreiber werden mit dem Resetsignal von Resetbaustein im benötigten Resetzustand gehalten.
  • Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung anzugeben, die undefinierte Zustände insbesondere im Einschaltmoment verhindert und einfach implementierbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Das digitale Resetfilter wird durch ein ASIC-internes Einschaltelement asynchron rückgesetzt. Hierdurch ist gewährleistet, dass der Filterausgang des digitalen Resetfilters spätestens nach Erreichen der Mindestbetriebsspannung den aktiven Pegel einnimmt. Damit werden die Logikbausteine im ASIC rückgesetzt und alle Ausgänge nehmen den inaktiven definierten Pegel ein. Dieser definierte Anfangszustand wird erst nach einem inaktiven und definierten Pegel am Reseteingang und nach Ablauf der eingestellten Filterlaufzeit verlassen. Ab dann werden die ASIC-Ausgänge entsprechend der implementierten Logik bedient. Im laufenden Betrieb kann der Logikbaustein dann fehlerfrei durch das externe Resetsignal rückgesetzt werden. Das ASIC-interne Einschaltelement ist gegen externe Störungen unempfindlich, da seine einzige Verbindung nach außen durch die Versorgungsspannung gegeben ist. Diese wird durch Stützkondensatoren oder funktionsähnliche Komponenten gepuffert und ist unempfindlich gegen EMV-Störungen.
  • Dadurch erreicht man ein sofortiges systemgerechtes Verhalten nach dem Einschalten und behält gleichzeitig den Vorteil, dass das externe Resetsignal über ein kostengünstiges und zeitgenaues, ASIC-internes, digitales Resetfilter geführt wird. Gleichzeitig sind die Eingänge des ASIC-Bausteins durch einfache und kostengünstig zu implementierende digitale Resetfilter gegen EMV-Störungen geschützt. Ein Rücksetzen der Pegel der Logikbausteine nur mit dem Einschaltelement ist möglich, beinhaltet jedoch den Nachteil, dass der Logikbaustein nicht während des laufenden Betriebes rückgesetzt werden kann. Das digitale Resetfilter allein hat den Nachteil, dass sowohl das digitale Resetfilter als auch die Logikbausteine beim Einschalten bis zu einer Filterlaufzeit im µs-ms-Bereich in einem undefinierten Zustand verbleiben.
  • Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Filterung von Signalen in Schaltungsanordnungen mit asynchron getakteten Logikbausteinen gelöst, bei dem ein digitales Resetfilter aus einem von außen zugeführten Resetsignal ein gefiltertes Resetsignal erzeugt, welches den Logikbausteinen zur Rücksetzung zugeführt wird, und bei dem ein von einem Einschaltelement in Abhängigkeit einer Versorgungsspannung Vcc erzeugtes Rücksetzsignal dem digitalen Resetfilter zugeführt wird, um das Resetfilter zurückzusetzen und damit das Resetsignal für die Logikbausteine während des Einschaltens in einen definierten Zustand zu versetzen.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
  • Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 Blockschaltbild mit erfindungsgemäßem Einschaltelement,
  • Fig. 2 Aufbau eines digitalen Resetfilters und
  • Fig. 3 Signalverlaufdiagramm der Signale.
  • Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild für einen ASIC-Baustein 1. In diesen ASIC-Baustein 1 sind ein digitales Resetfilter 4, ein Einschaltelement 3 und die asynchron getakteten Logikbausteine 2 integriert. Die Logikbausteine 2 stellen logische Verknüpfungen dar, die asynchron getaktet werden. Dem Einschaltelement 3 wird die Versorgungsspannung Vcc zugeführt. Die Versorgungsspannung Vcc wird über eine RC-Kombination 32 zum Abpuffern von Störungen einem negierenden Einschalter 31 zugeführt, der das Reset_PO-Signal erzeugt, welches dem digitalen Resetfilter 4 zugeführt wird. Dem digitalen Resetfilter 4 wird neben dem Reset_PO-Signal ein von außen zugeführtes Reset_P-Signal zugeführt, welches ungefiltert ist und von einem externen, hier nicht dargestellten Resetbaustein erzeugt wird. Außerdem wird ein Taktsignal Cl von einem nicht dargestellten externen Taktgenerator zugeführt. Das digitale Resetfilter 4 erzeugt ein gefiltertes Resetsignal Reset_F, welches den Logikbausteinen 2 zugeführt wird.
  • In Fig. 2 ist in beispielhafter Ausgestaltung der interne Aufbau eines digitalen Resetfilters 4 gezeigt. Die Filterzeit für dieses dargestellte Beispiel beträgt drei Takte. Über die drei beispielsweise D-Flip-Flops 21, 22 und 23 wird ein ungefiltertes Resetsignal Reset_P mit drei aufeinander folgenden Takten Cl durch das digitale Resetfilter durchgeschoben. Die Ausgänge der D-Flip-Flops werden einem AND-Glied 24 zugeführt, welches an seinem Ausgang das gefilterte Reset_F- Signal abgibt, welches den nachgeschalteten, hier nicht dargestellten Logikbausteinen zugeführt wird.
  • Das AND-Glied 24 gibt das am Eingang des digitalen Resetfilters 4 anliegende Reset_P-Signal nur als Reset_F-Signal weiter, wenn an allen drei Ausgängen der D-Flip-Flops der gleiche Pegel anliegt, d. h., wenn sich das Reset_P-Signal über die Filterzeit in seinem Pegel nicht verändert hat. Wenn Störungen den Pegel des Reset P-Signals verändern und ein Pegelwechsel auftritt, der weniger als drei Taktzyklen anliegt, wird dieser aufgrund der unterschiedlichen am AND- Glied anliegenden Pegel nicht durchgeschaltet, so dass das Reset_F-Signal seinen ursprünglichen Pegel behält. Im Einschaltmoment sind die Ausgangspegel der D-Flip-Flops undefiniert, so dass auch am AND-Glied 24 undefinierte Pegel anliegen, die möglicherweise Fehlfunktionen in den nachgeschalteten Logikbausteinen hervorrufen könnten. Durch das erfindungsgemäß zusätzlich zugeführte Reset_PO-Signal werden die D-Flip-Flops sofort nach dem Einschalten zurückgesetzt oder auf einen definierten Pegel gesetzt. Dadurch wird es ermöglicht, dass nach dem Einschalten keine Fehlfunktionen durch undefinierte Pegel in den ASIC-Komponenten und insbesondere in den Logikbausteinen 2 hervorgerufen werden können.
  • Fig. 3 zeigt ein Signalverlaufdiagramm der Signale. Das Resetsignal Reset_F am Eingang der Logikbausteine 2 kann die logischen Pegel 0 und 1 annehmen. Ist dieser Eingang als einsaktiv definiert, so bedeutet dies, dass bei einem logischen Pegel 1 die Logikbausteine rückgesetzt werden sollen. Ist der Eingang als nullaktiv definiert, so bedeutet dies, dass bei Anliegen des logischen Pegels 0 die Logikbausteine rückgesetzt werden sollen. Je nach Festlegung wird der ASIC jeweils mit 1 oder 0 rückgesetzt. Beim einsaktiven Signal ist der aktive Pegel die logische 1 und der inaktive Pegel die logische 0. Beim nullaktiven Signal ist der aktive Pegel die logische 0 und der inaktive Pegel die logische 1. Im Signalverlaufdiagramm nach Fig. 3 sind alle verwendeten Signale einsaktiv: 0 = inaktiver Pegel, 1 = aktiver Pegel.
  • Nachdem die Versorgungsspannung Vcc an den Stromversorgungsanschlüssen des ASICs 1 einen definierbaren Schwellspannungswert, beispielsweise 5 V überschritten hat, schaltet das interne Einschaltelement 3 seinen Resetausgang Reset_PO von 1 auf 0 (a). Bis zu diesem Zeitpunkt ist das digitale Resetfilter 4 definiert rückgesetzt, das von ihm ausgegebene gefilterte Resetsignal Reset F ist 1. Nach dem Einschalten bleibt das Signal Reset_PO auf dem logischen Pegel 0. Beim Ausschalten der Versorgungsspannung Vcc wechselt das Reset_PO-Signal wieder auf einen Pegel 1, der das digitale Resetfilter 4 definiert rücksetzt. Beim wiederholten Einschalten findet wieder nach Überschreiten des Schwellspannungswertes ein Wechsel des Pegels von Reset_PO von 1 auf 0 statt.
  • Sind alle beteiligten Spannungen im System nach dem Einschalten frei von Störungen, schaltet ein externer, hier nicht dargestellter Resetbaustein das Signal Reset_P von 1 auf 0 (b). Das digitale Resetfilter 4 schaltet mit der nächsten Taktflanke seinen Ausgang (Reset_F) ebenfalls auf 0 (c). Dabei werden Flanken von 1 auf 0 nicht gefiltert, sondern nur einsynchronisiert.
  • Tritt im laufenden Betrieb ein externer Resetimpuls kleiner der Filterzeit (Filterzeit im Beispiel = drei Takte) auf (d), so wird dieser ausgefiltert, d. h., der Ausgang (Reset_F) des digitalen Resetfilters 4 bleibt 0, da die drei Ausgänge der D-Flip-Flops unterschiedliche Pegel aufweisen.
  • Tritt im laufenden Betrieb ein externer Resetimpuls größer der Filterzeit auf (e), so wird dieser nach drei Takten am Ausgang (Reset_F) des digitalen Resetfilters 4 ausgegeben. Die Rückflanke wird nicht gefiltert.
  • Der Signalverlauf 30 stellt den Ausgang eines digitalen Resetfilters nach dem Stand der Technik dar, welches beim Einschalten nicht rückgesetzt wird. Es bleibt so lange undefiniert (f), bis eine der Filterzeit entsprechende Anzahl von Takten erkannt wird. Erst dann ist gewährleistet, dass dessen Filterausgang die 1 ausgibt. Dies hat zur Folge, dass auch die rückzusetzenden Schaltungsteile der Logikbausteine 2 im undefinierten Zustand verbleiben und deren Ausgänge Zufallswerte annehmen und Fehlfunktionen hervorrufen.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung (1) mit asynchron getakteten Logikbausteinen (2) und mit wenigstens einem digitalen Resetfilter (4) zum Rücksetzen der Logikbausteine, gekennzeichnet durch ein Einschaltelement (3), welches in Abhängigkeit der Versorgungsspannung (Vcc) ein Signal (Reset_PO) erzeugt, welches zur Zuführung zum Resetfilter (4) vorgesehen ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem digitalen Resetfilter ein externes Resetsignal (Reset_P) zuführbar ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Resetfilter (4) in den ASIC (1) integriert ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einschaltelement (3) in den ASIC (1) integriert ist.
5. Verfahren zur Filterung von Signalen in Schaltungsanordnungen mit asynchron getakteten Logikbausteinen (2), bei dem ein digitales Resetfilter (4) aus einem von außen zugeführten Resetsignal (Reset_P) ein gefiltertes Resetsignal (Reset_F) erzeugt, welches den Logikbausteinen (2) zur Rücksetzung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einem Einschaltelement (3) in Abhängigkeit einer Versorgungsspannung (Vcc) erzeugtes Rücksetzsignal (Reset_PO) dem digitalen Resetfilter (4) zugeführt wird, um das Resetfilter zurückzusetzen und damit das Resetsignal (Reset_F) während des Einschaltens in einen definierten Zustand zu versetzen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1724924A1 (de) * 2005-05-19 2006-11-22 Broadcom Corporation Digitale Betriebs-Resetsteuerung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8395426B2 (en) 2005-05-19 2013-03-12 Broadcom Corporation Digital power-on reset controller

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