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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Eingangsempfängerschaltung
zum Empfangen eines Hochgeschwindigkeitseingangssignals, das in aufeinanderfolgenden
Eingangs-Taktintervallen je eine Date einer Mehrzahl von Daten darstellt,
und zum Ausgeben einer Mehrzahl von Ausgangssignalen, die mit einer
verglichen mit der Geschwindigkeit des Hochgeschwindigkeitseingangssignals
niedrigeren Erfassungsgeschwindigkeit verarbeitbar sind, und die
innerhalb eines Ausgangs-Taktintervalls jeweils eine Date der Mehrzahl
von Daten darstellen.
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Bei
zahlreichen Anwendungen, insbesondere bei der Datenübertragung,
Datenspeicherung und Datenverarbeitung, müssen Daten, die durch ein Eingangssignal
mit einer hohen Geschwindigkeit bzw. Übertragungsgeschwindigkeit
bzw. Datenübertragungsrate
seriell kodiert sind, empfangen und verarbeitet werden. Dabei ist
es oft wünschenswert,
die Daten mit einer Erfassungsgeschwindigkeit zu erfassen und weiterzuverarbeiten,
die niedriger als die Übertragungsgeschwindigkeit
des Eingangssignals ist.
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Herkömmlich wird
dazu häufig
ein Seriell-Parallel-Umsetzer verwendet, der Daten, die in einem Eingangssignal
seriell kodiert sind, empfängt
und parallel in einer Mehrzahl von Ausgangssignalen kodiert ausgibt.
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3 ist ein schematisches
Schaltungsdiagramm eines herkömmlichen
Seriell-Parallel-Umsetzers. Der Seriell-Parallel-Umsetzer empfängt an einem Eingang 10 ein
Eingangssignal data und an einem Taktsignaleingang 12 ein
Eingangs-Taktsignal clock. Der Seriell-Parallel-Umsetzer gibt an
Ausgängen 14, 16, 18, 20 parallel
Ausgangssignale aus, die Daten Q0, Q1, Q2, Q3 darstellen. Ferner
gibt der Seriell-Parallel-Umsetzer an einem Taktsignalausgang 22 ein
Ausgangs-Taktsignal clock/4 aus.
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Das
Eingangs-Taktsignal ist periodisch und weist in der Regel eine feste
Taktfrequenz auf. Steigende oder fallende Flanken des Eingangs-Taktsignals
clock definieren aufeinanderfolgende Eingangs-Taktintervalle bzw.
deren Grenzen. Das Eingangssignal data stellt eine Folge von Daten
dar, wobei das Eingangssignal data in jedem Eingangs-Taktintervall
eine Date bzw. ein Datum, beispielsweise ein Bit einer binären Darstellung
eines Buchstabens oder einer Zahl oder einer sonstigen Information,
darstellt.
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Das
Ausgangs-Taktsignal clock/4 ist ebenfalls periodisch, wobei seine
Ausgangs-Taktfrequenz ein Viertel der Eingangs-Taktfrequenz des Eingangs-Taktsignals
clock beträgt.
Steigende oder fallende Flanken des Ausgangs-Taktsignals clock/4
definieren Ausgangs-Taktintervalle. Die Ausgangssignale Q0, Q1,
Q2, Q3 stellen Daten dar, die der Seriell-Parallel-Umsetzer am Eingang 10 in
Form des Eingangssignals data empfangen hat. In einem Ausgangs-Taktintervall
stellen die Ausgangssignale Q0, Q1, Q2, Q3 je eine Date dar, die
der Seriell-Parallel-Umsetzer
zuvor in vier aufeinanderfolgenden Eingangs-Taktintervallen durch
das Eingangssignal data empfangen hat.
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Der
Seriell-Parallel-Umsetzer umfaßt
vier D-Flipflops, 24, 26, 28, 30.
Jedes der D-Flipflops 24, 26, 28, 30 weist
einen Eingang D, einen Taktsignaleingang C und einen Ausgang Q auf.
Die Taktsignaleingänge
C aller D-Flipflops 24, 26, 28, 30 sind
mit dem Taktsignaleingang 12 des Seriell-Parallel-Umsetzers verbunden,
um das Eingangs-Taktsignal clock zu empfangen. Der Eingang D des
ersten D-Flipflops 24 ist mit dem Eingang 10 des
Seriell-Parallel-Umsetzers verbunden. Der Ausgang Q des ersten D-Flipflops 24 ist
mit dem Eingang D des zweiten D-Flipflops 26 verbunden,
der Ausgang Q des zweiten D-Flipflops 26 ist mit dem Eingang
D des dritten D-Flipflops 28 verbunden, der Ausgang Q des
dritten D-Flipflops 28 ist mit dem Eingang D des vierten D-Flipflops 30 verbunden.
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Ferner
umfaßt
der Seriell-Parallel-Umsetzer vier Speicher 32, 34, 36, 38,
die in diesem Beispiel ebenfalls als D-Flipflops realisiert sind.
Jeder der Speicher 32, 34, 36, 38 weist
einen Eingang D, einen Taktsignaleingang C und einen Ausgang Q auf.
Der Eingang D des ersten Speichers 32 ist mit dem Ausgang
Q des ersten D-Flipflops 24 verbunden, der Eingang D des
zweiten Speichers 34 ist mit dem Ausgang Q des zweiten
D-Flipflops 26 verbunden,
der Eingang D des dritten Speichers 36 ist mit Ausgang Q
des dritten D-Flipflops 28 verbunden, und der Eingang D
des vierten Speichers 38 ist mit dem Ausgang Q des vierten
D-Flipflops 30 verbunden. Der Ausgang Q des vierten Speichers 38 ist
mit dem ersten Ausgang 14 des Seriell-Parallel-Umsetzers
verbunden, der Ausgang Q des dritten Speichers 36 ist mit dem
zweiten Ausgang 16 des Seriell-Parallel-Umsetzers verbunden, der Ausgang
Q des zweiten Speichers 34 ist mit dem dritten Ausgang 18 des
Seriell-Parallel-Umsetzers
verbunden, und der Ausgang Q des ersten Speichers 32 ist
mit dem vierten Ausgang 20 des Seriell-Parallel-Umsetzers verbunden.
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Ferner
umfaßt
der Seriell-Parallel-Umsetzer einen Frequenzteiler 40 mit
einem Eingang In und einem Ausgang Out. Der Eingang In des Frequenzteilers 40 ist
parallel zu den Taktsignaleingängen
C der D-Flipflops 24, 26, 28, 30 mit
dem Taktsignaleingang 12 des Seriell-Parallel-Umsetzers
verbunden, um das Eingangs-Taktsignal clock zu empfangen. Der Ausgang
Out des Taktteilers 40 ist parallel mit den Taktsignaleingängen C der
Speicher 32, 34, 36, 38 und
dem Taktsignalausgang 22 des Seriell-Parallel-Umsetzers
verbunden. Der Taktteiler 40 erzeugt aus dem Eingangs-Taktsignal
clock das Ausgangs-Taktsignal
clock/4, dessen Ausgangs-Taktfrequenz ein Viertel der Eingangs-Taktfrequenz
beträgt.
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Die
vier D-Flipflops 24, 26, 28, 30 stellen
ein Schieberegister dar, bei dem jede Date des Eingangssignals data
nacheinander durch alle D-Flipflops 24, 26, 28, 30 geschoben
wird. In jedem Eingangs-Taktintervall erhält jedes D-Flipflop 26, 28, 30 jeweils
die Date, die im vorangegangenen Eingangs-Taktintervall im vorangegangenen D-Flipflop 24, 26, 28 vorlag.
Gesteuert durch das Ausgangs-Taktsignal clock/4 übernehmen die Speicher 32, 34, 36, 38 nach
jeweils vier Eingangs-Taktintervallen
die zu diesem Zeitpunkt in den D-Flipflops 24, 26, 28, 30 gespeicherten
Daten. Dadurch liegen, wie oben beschrieben, am Ende von jeweils
vier Eingangs-Taktintervallen an den Ausgängen 14, 16, 18, 20 des
Seriell-Parallel-Umsetzers
parallel Ausgangssignale Q0, Q1, Q2, Q3 an, welche das Eingangssignal
data in den vier Eingangs-Taktintervallen seriell darstellte.
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Das
Abtasten eines Signals, beispielsweise des Eingangssignals data
des in 3 dargestellten Seriell-Parallel-Umsetzers, benötigt eine
Abtastzeit, die sich im wesentlichen aus einer Setup-Zeit bzw. Vorbereitungszeit
bzw. Einstellzeit und einer Hold-Zeit bzw. Haltezeit bzw. Übernahmezeit
zusammensetzt. Die Setup-Zeit ist die minimale Zeitdauer, während der
das abzutastende Signal stabil bzw. unverändert sein muß, bevor
es abgetastet wird. Die Haltezeit ist die minimale Zeitdauer, die
für das
Abtasten des Signals erforderlich ist, und während derer das abzutastende
Signal ebenfalls stabil bzw. unverändert sein muß. Sowohl
die Setup-Zeit als auch die Hold-Zeit sind unter anderem von dem
abzutastenden Signal, insbesondere seinem Signalpegel und seinem
Rauschpegel, sowie der abtastenden Schaltung abhängig.
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Bei
dem oben anhand der 3 dargestellten
herkömmlichen
Seriell-Parallel-Umsetzer sind die Setup-Zeit und die Hold-Zeit durch die Länge eines Eingangs-Taktintervalls,
genauer gesagt durch die Zeitdauer innerhalb eines Eingangs-Taktintervalls,
innerhalb derer das Eingangssignal data einen im wesentlichen konstanten
Signalpegel aufweist, begrenzt. Je höher die Datenübertragungsrate
des Eingangssignals data bzw. die Eingangs-Taktfrequenz des Eingangs-Taktsignals
clock ist, desto kürzer müssen Setup-
und Hold-Zeit der D-Flipflops 24, 26, 28, 30 sein.
Je kürzer
die Setup- und die Hold-Zeit einer Schaltung sind, desto höher sind
jedoch in der Regel Entwicklungsaufwand, Herstellungskosten und
Leistungsbedarf derselben. Ein Nachteil des anhand der 3 dargestellten herkömmlichen
Seriell-Parallel-Umsetzers besteht somit darin, daß eine Erhöhung der Übertragungsrate
eine Erhöhung
der Kosten für
Anschaffung und Betrieb des Seriell-Parallel-Umsetzers zur Folge hat. Dies wird dadurch
verstärkt,
daß alle
vier D-Flipflops 24, 26, 28, 30 die
gleichen kurzen Setup- und
Hold-Zeiten aufweisen müssen.
Auch die Speicher 32, 34, 36, 38 müssen innerhalb
eines einzigen Eingangs-Taktintervalls die Daten aus den D-Flipflops 24, 26, 28, 30 übernehmen. Auch
Setup- und Hold-Zeit der Speicher 32, 34, 36, 38 können somit
nicht länger
sein als die der D-Flipflops 24, 26, 28, 30.
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Darüber hinaus
weist der anhand der 3 dargestellte
herkömmliche
Seriell-Parallel-Umsetzer eine ausgeprägte Neigung zu Bit-Fehlern
auf, insbesondere wenn Daten und Takt über den gleichen Kanal übertragen
werden oder wenn das Eingangssignal verrauscht ist bzw. einen hohen
Rauschpegel aufweist. Bei vielen Anwendungen, namentlich bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen,
weist das Eingangssignal jedoch einen hohen Rauschpegel auf.
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Der
anhand der 3 dargestellte
herkömmliche
Seriel-Parallel-Umsetzer
eignet sich somit schlecht oder gar nicht zum Empfangen von Hochgeschwindigkeitseingangssignalen.
Falls überhaupt,
ist er nur mit großem
schaltungstechnischen Aufwand und um den Preis eines großen Versorgungsleistungsbedarfs
an eine Hochgeschwindigkeitsanwendung anpaßbar.
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Gleichzeitig
weist der herkömmliche
Seriell-Parallel-Umsetzer Eigenschaften auf, die für viele Anwendungen
bedeutungslos sind. Dazu zählt
beispielsweise die exakte Parallelität der Ausgangssignale. Teile
des Entwicklungsaufwands, der Herstellungskosten und des Versorgungsleistungsbedarfs sind
jedoch auf diese Eigenschaften zurückzuführen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Eingangsempfängerschaltung
und ein Verfahren zum Empfangen eines verrauschten Hochgeschwindigkeitseingangssignals
und zum Erzeugen einer Mehrzahl von Ausgangssignalen, die mit einer
verglichen mit der Geschwindigkeit des Hochgeschwindigkeitseingangssignals
niedrigeren Geschwindigkeit verarbeitbar sind, zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Eingangsempfängerschaltung nach Patentanspruch
1 bzw. ein Verfahren nach Patentanspruch 12 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Eingangsempfängerschaltung zum Empfangen
eines verrauschten Hochgeschwindigkeitseingangssignals und zum Erzeugen
einer Mehrzahl von Ausgangssignalen, die mit einer verglichen mit
der Geschwindigkeit des Hochgeschwindigkeitseingangssignals niedrigen
Erfassungsgeschwindigkeit verarbeitbar sind, mit einem Eingang zum
Empfangen des Hochgeschwindigkeitseingangssignals, einer Mehrzahl
von Integrationselementen, einem Schalter zum Verbinden des Eingangs
mit einem der Mehrzahl von Integrationselementen zum Integrieren
des Hochgeschwindigkeitseingangssignals, einer Mehrzahl von Einrichtungen
zum Empfangen von je einem der integrierten Hochgeschwindigkeitseingangssignale
und zum Ausgeben je eines der Mehrzahl von Ausgangssignalen und
einer Steuerung zum Steuern des Schalters.
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Ferner
schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Empfangen eines
verrauschten Hochgeschwindigkeitssignals und zum Erzeugen einer Mehrzahl
von Ausgangssignalen, die mit einer verglichen mit der Geschwindigkeit
des Hochgeschwindig keitseingangssignals niedrigen Erfassungsgeschwindigkeit
verarbeitbar sind, mit folgenden Schritten:
Empfangen des Hochgeschwindigkeitseingangssignals;
Auswählen
von einem ersten einer Mehrzahl von Integrationselementen;
Integrieren
des Hochgeschwindigkeitseingangssignals mit dem ersten ausgewählten Integrationselement;
Auswählen von
einem zweiten der Mehrzahl von Integrationselementen nach dem Integrieren
des Hochgeschwindigkeitseingangssignals mit dem ersten ausgewählten Integrationselemente;
Integrieren
des Hochgeschwindigkeitseingangssignals mit dem zweiten ausgewählten Integrationselement;
Ausgeben
eines ersten Ausgangssignals, das von dem mit dem ersten Integrationselement
integrierten Hochgeschwindigkeitseingangssignal abhängig ist; und
Ausgeben
eines zweiten Ausgangssignals, das von dem mit dem zweiten Integrationselement
integrierten Hochgeschwindigkeitseingangssignal abhängig ist.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf der Idee, ein serielles Hochgeschwindigkeitseingangssignal
innerhalb eines Eingangs-Taktintervalls
zu integrieren und das integrierte Hochgeschwindigkeitseingangssignal
während
nachfolgenden Eingangs-Taktintervallen
abzutasten. Dazu ist eine Mehrzahl von Integrationselementen, beispielsweise
Kondensatoren, vorgesehen, die in jeweils einem von mehreren aufeinanderfolgenden
Eingangs-Taktintervallen das Hochgeschwindigkeitseingangssignal
integrieren und das integrierte Hochgeschwindigkeitseingangssignal
während
nachfolgenden Eingangs-Taktintervallen halten. Während das integrierte Hochgeschwindigkeitseingangssignal innerhalb
einer Zeitdauer von mehreren Eingangs-Taktintervallen gehalten wird,
wird es abgetastet.
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Abhängig von
der Anzahl der Integrationselemente steht somit gemäß der vorliegenden
Erfindung eine wesentlich längere
Zeitdauer zur Verfügung,
während
der das integrierte Hochgeschwindigkeitseingangssignal abgetastet
wird. Setup- und Hold-Zeit der abtastenden Einrichtungen können deshalb
wesentlich länger
sein als die der D-Flipflops 24, 26, 28, 30 und
der Speicher 32, 34, 36, 38 einer herkömmlichen
Eingangsempfängerschaltung,
beispielsweise eines herkömmlichen
Seriell-Parallel-Umsetzers. Die erfindungsgemäße Eingangsempfängerschaltung
erfordert deshalb einen geringeren Entwicklungs- und Herstellungs-Aufwand und ist mit
einem geringeren Leistungsbedarf realisierbar.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das erfindungsgemäße Verfahren
zum Empfangen eines Hochgeschwindigkeitseingangssignals eine geringere
Anfälligkeit
für Bit-Fehler
aufweist und damit insbesondere auch für eine Übertragung von Daten und Takt über den
gleichen Kanal geeignet ist.
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Eine
bevorzugte Anwendung der vorliegenden Erfindung liegt bei Datenspeichern
bzw. Speicherbauelementen für
Computer- und andere Anwendungen.
Die vorliegende Erfindung ist besonders bei einem DRAM-, SRAM-,
Flash- oder auch einem anderen Speicher und insbesondere an dessen Eingangsseite
verwendbar, um ein Hochgeschwindigkeitssignal zu empfangen. Das
Hochgeschwindigkeitssignal überträgt dabei
beispielsweise in dem Datenspeicher zu speichernde Daten, eine Adresse
eines Speicherorts in dem Datenspeicher oder ein Steuersignal für den Datenspeicher.
Das Hochgeschwindigkeitssignal wird gemäß der vorliegenden Erfindung
empfangen. Ansprechend auf das Hochgeschwindigkeitssignal wird eine
Mehrzahl von Ausgangssignalen ausgegeben, die von dem Datenspeicher
verarbeitete werden. Diese Verarbeitung umfaßt beispielsweise das Speichern
oder Auslesen von Daten, wobei sowohl zu speichernde Daten als auch
die Adresse eines Speicherorts in dem Datenspeicher, an dem die
Daten gespeichert oder von dem Daten ausgelesen werden sollen, und
die Steuerbefehle für das
Speichern oder Auslesen der Daten durch das Hochgeschwindigkeitssignal übertragen
werden können.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht
auch bei dieser Anwendung bei einem geringen Entwicklungs- und Herstellungsaufwand
eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit
und bietet dabei auch bei einem stark verrauschten oder anderweitig
stark gestörten Eingangssignal
eine geringe Anfälligkeit
gegenüber Bit-Fehlern.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung sind die Integrationselemente Kondensatoren,
die durch das Eingangssignal über
einen Widerstand geladen werden. Alternativ ist anstelle des Widerstands
eine durch das Eingangssignal steuerbare Stromquelle vorgesehen.
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Bevorzugte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein schematisches Schaltungsdiagramm
einer Eingangsempfängerschaltung
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung
der Zeitabhängigkeiten
von Signalen der in 1 dargestellten
Eingangsempfängerschaltung;
und
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3 ein schematisches Schaltungsdiagramm
eines herkömmlichen
Seriell-Parallel-Umsetzers.
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1 ist ein schematisches
Schaltungsdiagramm, das eine Eingangsempfängerschaltung gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. Die erfindungsgemäße Eingangsempfängerschaltung
umfaßt
einen Eingang 10 zum Empfangen eines Eingangssignales data
und einen Taktsignaleingang 12 zum Empfangen eines Eingangs-Taktsignales
clock. Das Eingangssignal ist vorzugsweise ein Hochgeschwindigkeitseingangssignal
bzw. ein Eingangssignal mit einer hohen Übertragungsrate. Ferner umfaßt die erfindungsgemäße Eingangsempfängerschaltung
Ausgänge 14, 16, 18, 20 zum
parallelen Ausgeben von Ausgangssignalen Q0, Q1, Q2, Q3. Der Taktsignaleingang 12 ist
hier beispielhaft mit einem Differenzverstärker oder Komparator 50 dargestellt,
dessen beide Eingängen
+, – komplementäre bzw.
um 180° gegenseitig
phasenverschobene Signale empfangen, die zusammen das Eingangs-Taktsignal clock
bilden.
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Der
Eingang 10 ist mit einem Verstärker mit der Verstärkung K
= 1 bzw. einer Folgeschaltung 52 verbunden. Das durch die
Folgeschaltung 52 gepufferte Eingangssignal wird über einen
Widerstand R1 einem Schalter S1 zugeführt. Vier Kondensatoren C1,
C2, C3, C4 sind jeweils über
eine ihrer beiden Elektroden mit Masse verbunden. Der Schalter S1 verbindet
den Widerstand R1 und damit den Eingang 10 wählbar mit
einem der vier Kondensatoren C1, C2, C3, C4. Ein zweiter Schalter
S2 verbindet wählbar
einen der vier Kondensatoren C1, C2, C3, C4 mit einem Pol einer
Referenzspannungsquelle 56, die eine Referenzspannung Vref
gegenüber
Masse erzeugt.
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Die
Schalter S1, S2 sind vorzugsweise Vierfach-Umschalter und in 1 auch als solche dargestellt.
Sie verbinden jeweils zu jedem Zeitpunkt höchstens genau einen der Kondensatoren
C1, C2, C3, C4 mit dem Eingang 10 bzw. der Referenzspannungsquelle 56.
Die Schalter S1, S2 sind vorzugsweise aus jeweils vier Einzelschaltern
aufgebaut, die beispielsweise als Feldeffekttransistoren ausgeführt sind.
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Vier
Komparatoren oder Differenzverstärker 60, 62, 64, 66 weisen
je einen ersten Eingang + und einen zweiten Eingang – auf. Der
erste Eingang + des ersten Komparators 60 ist mit dem ersten
Kondensator C1 verbunden, der erste Eingang + des zweiten Komparators 62 ist
mit dem zweiten Kondensator C2 verbunden, der erste Eingang + des
dritten Komparators 64 ist mit dem dritten Kondensator
C3 verbunden, und der erste Eingang + des vierten Komparators 66 ist
mit dem vierten Kondensator C4 verbunden. Die zweiten Eingänge – aller
vier Komparatoren 60, 62, 64, 66 sind
wie der Schalter S2 mit der Referenzspannungsquelle 56 verbunden.
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Vier
Speicher bzw. Klinkenschaltungen bzw. Latches 70, 72, 74, 76 (REG
D1, REG D2, REG D3, REG D4) weisen jeweils einen Dateneingang DI,
einen Datenausgang DO und einen Steuersignaleingang bzw. Datenübernahmesteuereingang
CLK auf. Der Dateneingang DI des ersten Speichers 70 ist
mit dem Ausgang des ersten Komparators 60 verbunden, der
Dateneingang DI des zweiten Speichers 72 ist mit dem Ausgang
des zweiten Komparators 62 verbunden, der Dateneingang
DI des dritten Speichers 74 ist mit dem Ausgang des dritten
Komparators 64 verbunden, und der Dateneingang DI des vierten
Speichers 76 ist mit dem Ausgang des vierten Komparators 66 verbunden.
Der Datenausgang DO des ersten Speichers 70 ist mit dem
ersten Ausgang 14 der Eingangsempfängerschaltung verbunden, der Datenausgang
DO des zweiten Speichers 72 ist mit dem zweiten Ausgang 16 der
Eingangsempfängerschaltung
verbunden, der Datenausgang DO des dritten Speichers 74 ist
mit dem dritten Ausgang 18 der Eingangsempfängerschaltung
verbunden, und der Datenausgang DO des vierten Speichers 76 ist mit
dem vierten Ausgang 20 der Eingangsempfängerschaltung verbunden.
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Eine
Steuerungslogik bzw. Logikschaltung bzw. Steuerung 80 weist
einen Steuersignaleingang 82, einen ersten Schaltersteuerausgang 84 und
einen zweiten Schaltersteuerausgang 86 auf. Wenn die Schalter
S1, S2, wie oben als bevorzugte Ausführungsform dargestellt, von
je vier einzelnen Schaltern ausgeführt sind, bestehen die Schaltersteuerausgänge 84, 86 vorzugsweise
aus je vier einzelnen Signalausgängen,
die mit den Einzelschaltern der Schalter S1, S2 verbunden sind. Über jeden
der einzelnen Signalausgänge
des ersten Schaltersteuerausgangs 84 wird ein Signal S1C1,
S1C2, S1C3 bzw. S1C4 zu je einem der Einzelschalter des ersten Schalters
S1 übertragen,
das diesen steuert bzw. öffnet
und schließt.
Desgleichen wird über
jeden der einzelnen Signalausgänge
des zweiten Schaltersteuerausgangs 86 ein Signal S2C1,
S2C2, S2C3 bzw. S2C4 zu je einem der Einzelschalter des zweiten
Schalters S2 übertragen,
das diesen steuert bzw. öffnet
und schließt.
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Ferner
weist die Steuerung 80 vier Steuersignalausgänge 88, 90, 92, 94 auf.
Jeder der vier Steuersignalausgänge 88, 90, 92, 94 ist über eine
Steuerleitung mit einem Steuersignaleingang CLK von einem der vier
Speicher 70, 72, 74, 76 verbunden.
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Die
Funktion der in 1 dargestellten
erfindungsgemäßen Eingangsempfängerschaltung
wird nachfolgend mit Bezug auf 2 erläutert. 2 ist ein schematisches
Diagramm, das die Zeitabhängigkeit
von Signalen, Spannungen und Schalterstellungen der in 1 gezeigten Eingangsempfängerschaltung
zeigt. Der Abszisse ist die Zeit t zugeordnet, der Ordinate sind
die Signalpegel bzw. Spannungen zugeordnet.
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Ganz
oben in 2 ist das Eingangs-Taktsignal
clock dargestellt, das wie erwähnt
aus zwei komplementären
Signalen 102, 104 besteht. Darunter ist das Eingangssignal
data dargestellt. Darunter sind die an den Kondensatoren C1, C2,
C3, C4 anliegenden Spannungen VC1, VC2, VC3, VC4 dargestellt. Bei dem Eingangssignal data
und jeder der Spannungen VC1, VC2,
VC3, VC4 stellt
eine dünne
horizontale Gerade die Referenzspannung Vref dar.
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Unter
den an den Kondensatoren C1, C2, C3, C4 anliegenden Spannungen VC1, VC2, VC3, VC4 sind schließlich Signale
S1C1 und S2C1 dargestellt. Diese Signale S1C1 und S1C2 beziehen
sich auf die oben dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Schalter S1,
S2 mit jeweils vier Einzelschaltern. Durch das Signal S1C1 wird
der erste Einzelschalter des ersten Schalters S1 gesteuert, der
den ersten Kondensator C1 mit dem Eingang 10 verbindet. Durch
das Signal S2C1 wird der erste Einzelschalter des zweiten Schalters
S2 gesteuert, der den ersten Kondensator C1 mit der Referenzspannungsquelle 56 verbindet.
Ein hoher Signalpegel bzw. eine logische Eins in den Signalen S1C1
und S2C1 steuert jeweils ein Schließen des ersten Einzelschalters
des ersten Schalters S1 bzw. des ersten Einzelschalters des zweiten
Schalters S2. Ein niedriger Signalpegel bzw. eine logische Null
steuert jeweils ein Öffnen
des ersten Einzelschalters des ersten Schalters S1 bzw. des ersten
Einzelschalters des zweiten Schalters S2.
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Die
Zeitabhängigkeiten
der Signalpegel bzw. Spannungen sind stark vereinfacht wiedergegeben. Insbesondere
sind nur Rampen mit konstanter Steigung bzw. Flanken mit konstanter Änderungsrate (Spannung/Zeit)
sowie Plateaus mit konstanter Spannung gezeigt. Reale Signalverläufe weisen
davon abweichend Flanken mit variierender Änderungsrate, ausgerundete Übergängen zwischen Flanken
und Plateaus, ein überlagertes
Rauschen und andere Störungen
auf.
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In
einem ersten Eingangs-Taktintervall zwischen einem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunk t2 stellt das
Eingangssignal data mit einem hohen Pegel eine logische 1 dar. (Alternativ
stellen ein hoher Pegel eine logische 0 und ein niedriger Pegel
eine logische 1 dar. Dies ändert
jedoch nichts an der Funktion des erfindungsgemäßen Seriell-Parallel-Umsetzers.)
In diesem ersten Eingangs-Taktintervall weist das Signal S1C1 einen
hohen Pegel auf. Durch den hohen Signalpegel des Signals S1C1 verbindet
der erste Einzelschalter des ersten Schalters S1 den ersten Kondensator
C1 (über
den Widerstand R1 und die Folgeschaltung 52) mit dem Eingang 10.
Der erste Kondensator C1 wird deshalb geladen, wobei seine Spannung
VC1 ansteigt.
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In
nachfolgenden Eingangs-Taktintervallen zwischen den Zeitpunkten
t2 und t3 und zwischen
den Zeitpunkten t3 und t4 weisen
sowohl das Signal S1C1 als auch das Signal S2C1 einen niedrigen
Signalpegel auf. Die ersten Einzelschalter des ersten Schalters
S1 und des zweiten Schalters S2 sind deshalb jeweils offen. Anders
und unabhängig
von der Ausführungsform
des Schalters S2 ausgedrückt
steht also keiner der beiden Schalter S1, S2 in der Stellung 1 (1). Die Ladung auf dem Kondensator
C1 und damit seine Spannung VC1 bleiben
deshalb abgesehen von einer nicht-dargestellten geringfügigen Entladung über den
endlichen Innenwiderstand des ersten Komparators 60 konstant.
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Etwa
zu einem Zeitpunkt t3 erzeugt die Steuerung 80 an
ihrem ersten Steuerausgang 88 ein Steuersignal für den ersten
Speicher 70. Der erste Speicher 70 tastet aufgrund
des Steuersignals von der Steuerung 80 den Ausgang des
ersten Komparators 60 ab. Das Komparatorsignal bzw. Ausgangssignal
des ersten Komparators 60 zeigt an, daß die Spannung VC1 am
ersten Kondensator C1 größer als die
Referenzspannung Vref ist. Diese Information
bzw. das Komparatorsignal des ersten Komparators 60 wird
in den ersten Speicher 70 übernommen und an seinen Ausgang
DO ausgegeben.
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Der
erste Komparator 60 und der erste Speicher 70 bilden
zusammen eine Einrichtung zum Empfangen des durch den ersten Kondensator
C1 integrierten Eingangssignals data und zum Ausgeben eines Ausgangssignals,
das angibt, ob die Spannung VC1 am ersten
Kondensator C1 größer oder
kleiner als die Referenzspannung Vref ist.
Das Ausgangssignal Q0 am ersten Ausgang 14 der erfindungsgemäßen Eingangsempfängerschaltungs
zeigt somit an, ob das Eingangssignal data innerhalb des ersten
Eingangs-Taktintervalls zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 einen
hohen oder einen niedrigen Pegel hatte. Das erste Ausgangssignal
Q0 am ersten Ausgang 14 der Eingangsempfänger schaltung
gibt also die Date wieder, die das Eingangssignal data zwischen den
Zeitpunkten t1 und t2 darstellte.
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In
einem vierten Eingangs-Taktintervall zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 weist das
Signal S2C1 einen hohen Signalpegel auf. Gesteuert durch diesen
hohen Signalpegel schließt
der erste Einzelschalter des zweiten Schalters S2 und verbindet
den ersten Kondensator C1 mit der Referenzspannungsquelle 56.
Anders und unabhängig
von der Ausführungsform
des Schalters S2 ausgedrückt
weist der zweite Schalter S2 die Stellung 1 (1) auf, d. h. er verbindet
den Kondensator C1 mit der Referenzspannungsquelle 56.
Der erste Kondensator C1 wird dadurch entladen, und seine Spannung
gleicht sich der Referenzspannung Vref an.
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Im
darauffolgenden Eingangs-Taktintervall zwischen den Zeitpunkten
t5 und t6 verbindet
wieder gesteuert durch den hohen Signalpegel des Signals S1C1 der
erste Schalters S1 den ersten Kondensator C1 mit dem Eingang 10.
Das Eingangssignal data weist in diesem Eingangs-Taktintervall einen
niedrigen Pegel auf, der unter der Referenzspannung Vref liegt.
Der erste Kondensator C1 wird deshalb weiter entladen, und seine
Spannung VC1 sinkt unter die Referenzspannung
Vref.
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In
den folgenden Eingangs-Taktintervallen zwischen den Zeitpunkten
t6 und t8 ist der
erste Kondensator C1 wiederum isoliert bzw. weder mit dem Eingang 10 noch
mit der Referenzspannungsquelle 56 verbunden. Zum Zeitpunkt
t7 erzeugt die Steuerung 80 an
ihrem ersten Steuerausgang 88 ein Steuersignal für den ersten
Speicher 70. Gesteuert durch dieses Steuersignal tastet
der erste Speicher 70 das momentane Komparatorsignal des
ersten Komparators 60 ab. Dies entspricht einer Abtastung
des auf dem ersten Kondensator C1 integrierten Eingangssignals data
durch den ersten Komparator 60 und den ersten Speicher 70.
Da das integrierte Eingangssignal bzw. die Spannung VC1 kleiner
als die Referenzspannung Vref ist, speichert
der erste Speicher 70 nun eine logische 0. Am Ausgang DO
des ersten Speichers 70 und am ersten Ausgang 14 der
Eingangsempfängerschaltung
liegt deshalb im folgenden ein erstes Ausgangssignal Q0 an, das
anzeigt, daß das Eingangssignal
data im fünften
Eingangs-Taktintervall zwischen den Zeitpunkten t5 und
t6 einen niedrigen Pegel hatte bzw. eine
logische 0 darstellte.
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Der
beschriebene Vorgang am ersten Kondensator C1, dem ersten Komparator 60 und
dem ersten Speicher 70 wiederholt sich im folgenden mit einer
Periode von vier Eingangs-Taktintervallen. Im ersten Eingangs-Taktintervall
jeder Periode wird der erste Kondensator C1 durch das Eingangssignal data
geladen. Danach ist seine Spannung VC1 abhängig davon,
ob das Eingangssignal data in diesem Eingangs-Taktintervall einen
hohen oder einen niedrigen Pegel aufwies, größer oder kleiner als die Referenzspannung
Vref ist. Das zweite und das dritte Eingangs-Taktintervall
jeder Periode stehen zur Verfügung,
damit der erste Komparator 60 und der erste Speicher 70 gemeinsam
das auf dem ersten Kondensator C1 integrierte Eingangssignal data
abtasten und am ersten Ausgang 14 der Eingangsempfängerschaltung
ein Ausgangssignal ausgeben, welches das Eingangssignal data bzw.
dessen Pegel bzw. die durch diesen dargestellte Date wiedergibt
bzw. darstellt. Im vierten Eingangs-Taktintervall jeder Periode wird der
erste Kondensator C1 entladen bzw. in einen definierten Ladezustand überführt, in
dem er durch den zweiten Schalter S2 mit der Referenzspannungsquelle 56 verbunden
wird.
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Der
gleiche Ablauf wiederholt sich auch für den zweiten Kondensator C2,
den dritten Kondensator C3 und den vierten Kondensator C4, jedoch
jeweils um ein Eingangs-Taktintervall gegeneinander verschoben.
Das heißt,
daß im
ersten Eingangs-Taktintervall
zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 der erste Kondensator C1 durch das Eingangssignal
data geladen wird, im zweiten Eingang-Taktintervall zwischen den
Zeitpunkten t2 und t3 der
zweite Kondensator C2 durch das Eingangssignal data geladen wird,
im dritten Eingangs-Taktintervall zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 der dritte
Kondensator C3 durch das Eingangssignal data geladen wird und im
vierten Eingangs-Taktintervall
zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 der vierte Kondensator C4 durch das Eingangssignal
data geladen wird.
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Die
Signale S1C2, S1C3, S1C4, S2C2, S2C3, S2C4, die das Laden der Kondensatoren
C2, C3, C4 über
den Schalter S1 bzw. dessen Einzelschalter und das Entladen der
Kondensatoren C2, C3, C4 über
den Schalter S2 bzw. dessen Einzelschalter steuern, sind in 2 nicht dargestellt. Die Signale
S1C2 und S2C2 sind gegenüber
den Signalen S1C1 bzw. S2C1 um die Dauer eines Eingangs-Taktintervalls
verschoben, etc.
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Der
Ablauf in den ersten vier Eingangs-Taktintervallen zwischen den
Zeitpunkten t1 und t5 wiederholt
sich jeweils in den nächsten, übernächsten,
... vier Eingangs-Taktintervallen zwischen den Zeitpunkten t5 und t9 bzw. zwischen
den Zeitpunkten t9 und t13,
...
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Vier
aufeinanderfolgende Eingangs-Taktintervalle bilden jeweils ein Ausgangs-Taktintervall.
Innerhalb eines Ausgangs-Taktintervalls
wird jeder der vier Kondensatoren C1, C2, C3, C4 wie oben beschrieben
einmal durch das Eingangssignal data geladen (oder entladen) und
wird der in jedem der vier Speicher 70, 72, 74, 76 gespeicherte
Wert bzw. die gespeichert Date einmal neu bestimmt. Der Zeitpunkt,
zu dem das auf den Kondensatoren C1, C2, C3, C4 integrierte Eingangssignal
data abgetastet wird, sowie der jeweils vorliegende Wert des integrierten
Eingangssignales ist in 2 jeweils
durch einen Kreis 106 hervorgehoben.
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In 1 ist erkennbar, daß lediglich
die Schalter S1, S2, der Widerstand R1 und die Kondensatoren C1,
C2, C3, C4 direkt mit dem Eingangssignal data in Berührung kommen.
Bei dem Widerstand R1 und den Kondensatoren C1, C2, C3, C4 handelt es
sich um passive Bauelemente, die im Prinzip mit beliebig hohen Datenübertragungsraten
am Eingang 10 der Eingangsempfän gerschaltung beaufschlagt werden
können.
Die Schalter S1, S2 sind Bauelemente, die ohne weiteres für sehr hohe
Schaltgeschwindigkeiten ausgelegt und damit an sehr hohe Datenübertragungsraten
angepaßt
werden können. Den
Komparatoren 60, 62, 64, 66 und
den Speichern 70, 72, 74, 76 stehen,
wie in 2 deutlich erkennbar
ist, zum Abtasten des integrierten Eingangssignals zwei Eingangs-Taktintervalle
zur Verfügung
und damit doppelt so viel Zeit wie den D-Flipflops 24, 26, 28, 30 und
den Speichern 32, 34, 36, 38 des
eingangs anhand der Fig. beschriebenen herkömmlichen Seriell-Parallel-Umsetzers. Setup-
und Hold-Zeit für
diese Abtastung können
deshalb doppelt so lang gewählt
werden. Alternativ wird bei unveränderten Setup- und Hold-Zeiten
eine gegenüber dem
oben anhand der 3 dargestellten
herkömmlichen
Seriell-Parallel-Umsetzer
verdoppelte Datenübertragungsrate
gewählt.
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Der
Faktor, um den die für
die Abtastung bereitstehende Zeitdauer länger ist als ein Eingangs-Taktintervall,
hängt von
der Anzahl der Kondensatoren C1, C2, C3, C4 ab. Mit einer größeren Anzahl
von Kondensatoren, Komparatoren und Speichern ist somit gemäß der vorliegenden
Erfindung bei unveränderten
Setup- und Hold-Zeiten eine weitere Erhöhung der Datenübertragungsrate
möglich.
Umgekehrt können
bei unveränderter
Datenübertragungsrate
Setup- und Hold-Zeiten der Komponenten der erfindungsgemäßen Eingangsempfängerschaltung
weiter vergrößert werden,
um Entwicklungs- und Herstellungsaufwand und Leistungsbedarf der Eingangsempfängerschaltung
zu senken.
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Die
vorliegende Erfindung ist auch mit weniger als vier Kondensatoren
ausführbar.
Bei Verwendung von drei Kondensatoren, drei Komparatoren und drei
Speichern sind die Anforderungen an Setup- und Hold-Zeit gegenüber dem
herkömmlichen
Seriell-Parallel-Umsetzer
unverändert,
die erfindungsgemäße Eingangsempfängerschaltung
weist dann allerdings immer noch den Vorteil einer geringeren Anfälligkeit
für Bit-Fehler
auf. Mit zwei Kondensatoren, zwei Komparatoren und zwei Speichern
ist die vorliegende Erfindung realisierbar, wenn das durch den zweiten
Schalter S2 bewirkte Rücksetzen
der Ladung eines Kondensators nicht wie oben anhand der 2 beschrieben ein eigenes
Eingangs-Taktintervall benötigt,
sondern in sehr kurzer Zeit zwischen zwei Eingangs-Taktintervallen
stattfindet.
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Die
erfindungsgemäße Eingangsempfängerschaltung,
wie sie in 1 dargestellt
ist, wird vorzugsweise um Merkmale ergänzt, wie sie aus herkömmlichen
Seriell-Parallel-Umsetzern bekannt sind, beispielsweise einem Ausgang
zum Ausgeben des Ausgangs-Taktsignals, Einrichtungen, die ein Kaskadieren
mehrerer Eingangsempfängerschaltungen
ermöglichen,
etc.
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Die
in 2 durch die Kreise 106 dargestellten
Zeitpunkte, zu denen die Steuerung 80 über einen ihrer Steuerausgänge 88, 90, 92, 94 ein
Abtasten eines Komparatorausgangs durch den zugeordneten Speicher
steuert, kann abweichend von der Darstellung in 2 asymmetrisch angeordnet sein, so daß er nicht
mit einer Grenze zwischen zwei aufeinanderfolgenden Eingangs-Taktintervallen
zusammenfällt, und
die Setup-Zeit und die Hold-Zeit ungleich lang sind.
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Ferner
ist die anhand der 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße Eingangsempfängerschaltung
für ein
binäres
Eingangssignal data ausgelegt. Es ist jedoch erkennbar, daß durch
Verwendung jeweils mehrerer Komparatoren an einem Kondensator und
entsprechender Speicher auch ternäre Signale oder Signale mit
einer noch größeren Anzahl
von verschiedenen möglichen
Signalpegeln empfangen werden können.
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Ferner
kommen als Integrationselemente anstelle der dargestellten Kondensatoren
beispielsweise auch Spulen oder andere Bauelemente in Frage. Im
Fall von Spulen ist anstelle einer Kondensatorspannung ein Spulenstrom
abzutasten.