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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Recheneinrichtungen mit Funkkomponenten und insbesondere Recheneinrichtungen mit Takteinstellungsmerkmalen zur Reduzierung schädlicher Hochfrequenzstörungen.
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STAND DER TECHNIK
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Drahtlose Rechenplattformen (oder Rechenplattformen) können unter Verwendung von einem oder mehreren drahtlosen Kommunikationskanälen kommunizieren. Bei den heutigen drahtlosen Plattformen ist es nicht möglich, Hochfrequenzstörungen (Radio Frequency Interference, RFI) der Plattform vollständig zu vermeiden. Plattformkomponenten umfassen normalerweise Taktgeber, die während des Betriebs Harmonische erzeugen können, die sich mit dem Frequenzbereich mindestens eines drahtlosen (Funk-)Kanals überlappen. Auf einigen Plattformen kann die enge Nachbarschaft der Taktgeber und der drahtlosen Sender/Empfänger beträchtliche RFI in einen oder mehrere drahtlose Kanäle einführen. Die RFI können eine beträchtliche Reduzierung der Datenrate und/oder des Betriebsbereichs des drahtlosen Kanals bewirken.
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Einige Rechenplattformen verwenden Spread Spectrum Clock(SSC, Spreizspektrumtakt-)Modulation, um elektromagnetische Emissionen zu minimieren und die Erfüllung regionaler Vorschriften für elektromagnetische Störungen (electromagnetic interference, EMI) zu erleichtern. Zum Beispiel ist 1A ein Diagramm, welches das Spektrum einer Harmonischen in der Nähe eines WiFi 2,5 GHz Bandes eines entspreizten 100-MHz-Taktes zeigt (der z. B. verwendet wird, um einen PCI-Express-Takt auf der Plattform zu generieren). 1C ist eine grafische Darstellung, die das Spektrum derselben Harmonischen zeigt, nachdem eine herkömmliche triangulare Center-Spread-SSC-Modulation von 1% angewendet wurde. (1B zeigt einen Zyklus eines typischen Spread Spektrum Clocking Profils mit einer Peak-zu-Peak-Amplitude von 1% und einer Frequenz von 30 kHz.) Ebenfalls in 1 dargestellt ist ein spezieller WiMax-Kanal.
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SSC-Implementierungen verringern im Allgemeinen die elektromagnetische Peak-Energie, um die Einhaltung der EMV-Vorschriften durch Verteilen von Energie über benachbarte Frequenzen zu erreichen. Wie aus 1C ersichtlich, wurde die Peak-Energie verringern, jedoch die Energie wurde in einen WiMax-Kanal gespreizt, zusammen mit benachbarten WiFi-Kanälen. Somit wird, auch wenn eines solche SSC-Modulation EMI-Probleme beseitigen kann, die Energie leider oft in sensible Bereiche hinein gespreizt, die von Plattform-Funkgeräten verwendet werden, um Informationen zu empfangen. Da Plattform-Funkgeräte normalerweise empfindlich für Rauschpegel sind, die unterhalb der EMI-Grenzwerte liegen (normalerweise um 30 bis 40 dB empfindlicher), kann dieses Verhalten das Betriebsverhalten der Funkgeräte ernsthaft beeinträchtigen.
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Dementsprechend wird ein neuer Ansatz benötigt, um Funkstörungen zu reduzieren und nach Möglichkeit zugleich in der Lage zu sein, die Einhaltung der EMV-Vorschriften weiterhin zu gewährleisten.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ausführungsformen der Erfindung werden beispielhaft, nicht jedoch einschränkend, in den in den Figuren der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, bei denen sich gleiche Bezugszeichen auf ähnliche Elemente beziehen.
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1A ist ein Diagramm, welches Plattform-RFI zeigt, die von einer Harmonischen des Plattformtakts erzeugt werden.
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1B ist ein Diagramm, welches ein Spread Spectrum Clocking (SSC) Profil zeigt, welches auf den Takt angewendet werden soll, der die Harmonische von 1A erzeugt.
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1C ist ein Diagramm, welches Plattform-RFI zeigt, die von dem Takt von 1A erzeugt werden, nachdem er unter Verwendung eines SSC Profils von 1B moduliert wurde.
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2A ist ein Diagramm, welches ein SSC-Profil für den Takt von 1A zeigt, um ein mit einer Ausblendung versehenes Spektrum entsprechend einigen Ausführungsformen zu erzeugen.
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2B ist ein Diagramm, welches das mit einer Ausblendung versehene RFI-Spektrum zeigt, das aus der Anwendung des SSC-Profils von 2A resultiert, entsprechend einigen Ausführungsformen.
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3 ist eine schematische Darstellung, welche eine Rechenplattform mit Reduzierung von RFI unter Verwendung von SSC entsprechend einigen Ausführungsformen zeigt.
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4 ist ein Flussdiagramm, welches eine Routine zur Reduzierung problematischer RFI in der Plattform von 3 entsprechend einigen Ausführungsformen zeigt.
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5 ist eine schematische Darstellung einer anderen Rechenplattform mit Reduzierung von RFI mittels SSC entsprechend einigen Ausführungsformen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Bei einigen Ausführungsformen können SSC-Profile (z. B. diskrete SSC-Profile) mit beabsichtigten und gesteuerten Lücken verwendet werden, um Störungen für Plattform-Funkgeräte zu reduzieren. Gezielte Frequenzlücken werden im Spektrum von gespreizten Takten und vom Takt abgeleiteten Signalen dort platziert, wo diese andernfalls problematische RFI für ein Plattform-Funkgerät zur Folge haben können. Die Lücken sind auf geeignete Weise in Bezug auf drahtlose Plattformkanäle oder andere interessierende Bänder ausgerichtet, um Störungen des Betriebs von Plattform-Funkgeräten zu reduzieren. Die Lücken werden durch Gestaltung des Spreiz-Profils gesteuert.
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2A ist ein Beispiel eines speziellen diskreten SSC-Profils, welches verwendet werden kann, um zur Erfüllung von EMV-Anforderungen spektrale Energie auszubreiten und gleichzeitig Energie für einen interessierenden Plattformkanal auszublenden. (In dem dargestellten Beispiel entspricht die Position der Ausblendung (Notch) dem WiMax-Kanal von 1C.) 2B stellt das resultierende Spektrum für die Harmonische von 2,5 GHz dar. Es zeigt, dass eine RFI-Ausblendung für einen WiMax-Kanal erzeugt wird.
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Im Allgemeinen kann ein beliebiges SSC-Profil (z. B. dreieckig, sinusförmig, Hershey KissTM (Lexmark) usw.) verwendet werden, solange es ausreichende Reduzierungen, wenn nicht vollständige Auslassungen, von interessierenden Frequenzkomponenten aufweist. Zum Beispiel wurde bei dem Profil von 2A die Verwendung von Frequenzen im Bereich von etwa 99,8 bis 100,3 MHz weggelassen. Dies erscheint als eine vertikal verschobene Lücke, oder wenigstens als recht ”steile” Stufen in dem Profil. Um solche Profile zu implementieren, kann Discrete Spread Spektrum Clocking (DSSC) bevorzugt oder sogar erforderlich sein. (Es ist zu beachten, dass der Begriff ”vertikal verschoben”, wie er hier verwendet wird, bedeutet, dass eine im Wesentlichen vertikale Komponente vorhanden ist, wobei jedoch ausschließlich vertikale, d. h. rechteckig geformte Lücken nicht erforderlich sind. Rampen, z. B. steile Rampen, können in Abhängigkeit von Erwägungen des Entwurfs ebenfalls geeignet sein. So kann eine trapezförmige anstelle einer rechteckig geformten Lücke ausreichend sein.) Ein Durchschnittsfachmann sollte mit DSSC-Techniken ausreichend vertraut sein. Als ein Beispiel einer Implementierung von DSSC wird auf die US-Patentanmeldung Nr. 11/726,911 mit dem Titel SPREAD SPECTRUM CLOCK GENERATOR verwiesen, welche durch Querverweis in die vorliegende Anmeldung einbezogen ist.
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Wenn ein SSC-Profil entworfen wird, um interessierende Frequenzbänder auszublenden, können verschiedene Faktoren berücksichtigt werden. Zum Beispiel werden Ausblendungen bei höheren Harmonischen breiter sein als die Ausblendung aus der Grundfrequenz eines Takts oder anderen niedrigeren Harmonischen. So ist zum Beispiel, falls ein Takt von 100 MHz gespreizt werden soll und die Ausblendung dazu dienen soll, problematische Harmonische über einem um 2,5 GHz zentrierten Band von 10 MHz zu vermeiden, nur eine Ausblendung von 0,4 MHz (von 99,8 bis 100,2 MHz) TATSÄCHLICH erforderlich, um eine Ausblendung von 10 MHz (2,495 bis 2,505 GHz) in dem interessierenden Bereich des Energiespektrums der RFI zu erreichen, wo sich andernfalls die Harmonische von 2,5 GHz befinden würde. Es können auch andere Erwägungen angestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen sollte die Ausblendungsbreite (welche der Höhe vertikaler Komponenten in dem benutzten Profil entspricht) gegen Erwägungen hinsichtlich der Erfüllung von EMV-Vorschriften abgewogen werden, da nämlich die Energie irgendwohin gehen muss. Breitere Ausblendungen werden normalerweise zur Folge haben, dass die Konturen, welche die Ausblendung umgeben, eine höhere Energie aufweisen. Dementsprechend kann es wünschenswert sein, das Profil oberhalb und unterhalb des Ausblendungsbereiches des Profils symmetrisch zu gestalten, was zu einer stärker symmetrischen Energieverteilung beiderseits der spektralen Ausblendung führt. Dies kann es auch erleichtern, die Einhaltung der EMV-Vorschriften zu erreichen. Außerdem ist anzumerken, dass, obwohl scharfe Ausblendungen möglicherweise wünschenswert sind, die praktische Implementierung derselben eventuell nicht so einfach ist, da zum Beispiel Einschränkungen hinsichtlich der erreichbaren Vertikalität des SSC-Profils und Einschränkungen des PLL/DLL (Phase Locked Loop/Delay Locked Loop, phasensynchronisierte Schleife/verzögerungssynchronisierte Schleife) bewirken können, dass solche scharfe Ausblendungen prohibitiv sind.
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3 ist ein Blockschaltbild eines Abschnitts einer Rechenplattform 300, welche die Prinzipien der Erfindung implementiert. Das dargestellte Schema zeigt die Plattform 300, welche eine Verarbeitungseinheit 302, steuerbare Taktgeneratoren (auch als Taktquellen oder Taktgeber bezeichnet) 312 und Funkgeräte 314 umfasst. Die Verarbeitungseinheit 302 kann Teil einer beliebigen geeigneten Verarbeitungslogik sein, z. B. Teil eines Prozessorkerns, eines Systems-on-Chip, einer Steuereinrichtung, dedizierten Logik usw. sein. Sie umfasst Logik zur RFI-Reduzierung 304, um das Spread Spectrum Clocking (SSC) der Taktgeber 312 wie erforderlich oder wie gewünscht zu steuern, um problematische RFI an den Funkgeräten 314 zu reduzieren.
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Die Taktgeber 312 können Teil verschiedenartiger Einrichtungen in der Plattform sein oder für solche verwendet werden. Zum Beispiel könnten sie für Speicherschnittstellen, Anzeigetaktung, Schnittstellen für Peripheriegeräte wie etwa für USB-Schnittstellen, PCIe-Schnittstellen, Speicherlaufwerk-(z. B. SATA-)Schnittstellen und Ähnliches verwendet werden. In einigen Fällen sind frühere Lösungen, wie etwa das Verschieben der Taktfrequenzen, um empfindliche RFI-Bereiche zu vermeiden, möglicherweise nicht realisierbar, da viele Takte äußerst enge Toleranzen für Frequenzabweichungen erfordern. Zum Beispiel können Spezifikationen für DATA- und DVI-Schnittstellen eine Abweichung von einer festen, vordefinierten Grundfrequenz von weniger als 0,5 fordern.
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Die Funkgeräte 314 entsprechen dem einem oder den mehreren verschiedenen Funkgeräten, welche Teil einer Plattform sein können. (Es ist anzumerken, dass der Begriff ”Plattform” beliebige tragbare oder nicht tragbare Rechenplattformen einschließen soll, welche von den hier dargelegten Prinzipien der RFI-Reduzierung profitieren können. Zu den Beispielen von Plattformen gehören unter anderem Mobiltelefone, Tablets, Netbook-Computer, Notebook-Computer, Internet-Fernsehgeräte, MP3-Player, einige Personalcomputer und Ähnliches.) Eine Plattform kann ein oder mehrere Funkgeräte aufweisen, um sie mit verschiedenen Diensten zu versorgen, darunter unter anderem drahtlose Paketdatennetz-Konnektivität (z. B. WiFi), GPS, Mobilfunknetz-Konnektivität (z. B. LTE, WiMax, GSM usw.) und Ähnliches.
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4 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zeigt, welche von der Logik zur RFI-Reduzierung 304 gemäß einigen Ausführungsformen ausgeführt werden könnte. Im Wesentlichen wartet sie in 404 auf eine Änderung des Funkgerät-Zustands (402) eines der Funkgeräte 314. Eine solche Änderung könnte eine Änderung des Aktivitätszustands sein (z. B. Ein, Aus, Ruhezustand usw.), oder sie könnte anzeigen, dass das Funkgerät seinen aktiven Kanal wechselt. (Es ist anzumerken, dass sie bei alternativen Ausführungsformen proaktiv auf Änderungen prüfen oder auf Änderungen prüfen und/oder warten könnte). In 406 bestimmt sie, ob das Funkgerät einer Beeinflussung durch problematische RFI von einem Taktgeber 312 mit steuerbarer SSC-Fähigkeit auf der Plattform unterliegen wird. Wenn ja, dann ändert sie in 408, falls zutreffend, das SSC-Profil des (der) Taktgeber(s), so dass es ein mit einer Ausblendung versehenes Energiespektrum erzeugt, so dass die RFI des Taktgebers keine schädlichen Auswirkungen auf das Funkgerät haben. Gleichzeitig sollte sie nach Möglichkeit den (die) Taktgeber in die Lage versetzen, die geforderten Frequenzeigenschaften und die Anforderungen betreffs der EMV zu erfüllen. (Es ist anzumerken, dass nicht jeder Takt auf diese Weise geändert werden kann. Zum Beispiel könnte entschieden werden, dass die Frequenztoleranz des Takts genügend weit dafür ist, dass die Taktfrequenz verschoben werden kann, anstatt sein Energiespektrum mit einer Ausblendung zu versehen.) Um zu entscheiden, ob ein Takt problematisch ist, kann die Logik 302 die mögliche Energie berechnen oder auf andere Weise ermitteln, die für die verschiedenen Harmonischen eines Taktes erzeugt wird, um festzustellen, ob der Takt den Funkkanal beeinflussen wird. Falls in 406 bestimmt wurde, dass kein SSC-Takt vorhanden ist, welcher geändert werden sollte, springt die Routine zurück zu 404 und wartet auf eine weitere Änderung des Funkgerät-Zustands.
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5 ist eine schematische Darstellung einer Rechenplattform mit Reduzierung von RFI in einer Implementierung als tragbarer Computer. Die dargestellte Plattform umfasst einen CPU-Chip 502, der mit einem Steuerungs-Hub 330 der Plattform über eine Direct Media Interconnect (DMI) Schnittstelle 514/532 gekoppelt ist. Die Plattform weist außerdem einen Speicher 511, der über einen Speichercontroller 510 gekoppelt ist, und ein Display 513, das über einen Display-Controller 512 gekoppelt ist, auf. Sie weist außerdem ein Speicherlaufwerk 539 (z. B. ein Festkörperlaufwerk) auf, das über einen Laufwerk-Controller wie etwa den dargestellten SATA-Controller 538 gekoppelt ist, und Einrichtungen 518 (z. B. Netzschnittstelle, WiFi-Schnittstelle, Drucker, Kamera, Mobilfunknetz-Schnittstelle usw.), die über Plattform-Schnittstellen wie PCI Express (516 im CPU-Chip und 540 im PCH-Chip) und USB-Schnittstellen 536, 544 gekoppelt sind.
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Der CPU-Chip 502 umfasst einen oder mehrere Prozessorkerne 504, einen Grafikprozessor 506 und einen Last-Level-Cache (LLC) 508. Einer oder mehrere der Kerne 504 führen Betriebssystemsoftware (BS-Raum) 520 aus, welche Funkgerät-APIs (Anwendungsplattform-Schnittstellen) 522 und eine Programm zur RFI-Reduzierung 524 umfasst. Die Funkgerät-APIs 522 überwachen jeweils ein separates Funkgerät oder sind mit einem solchen verbunden (z. B. in einer WiFi-, Mobilfunk- oder GPS-Einrichtung 518), unter anderem um zu bestimmen, ob sich dessen Zustand geändert hat, und um die Zustandsänderung dem Programm zur RFI-Reduzierung 524 zu melden. Sie sollten außerdem dem Programm zur RFI-Reduzierung die speziellen Kanalinformationen für ihr zugeordnetes Funkgerät übermitteln. Das Programm zur RFI-Reduzierung 524 führt dann eine Routine aus, wie etwa die in 4 dargestellte, um über SSC-Ausblendung (SSC Notching) etwaige problematische Taktgeber in der Plattform so zu steuern, dass sie Energie mit Ausblendungen erzeugen, um eine unangemessene Beeinträchtigung eines Funkgeräts zu vermeiden. (Es ist anzumerken, dass die Logik zur RFI-Reduzierung 524, obwohl sie bei dieser Ausführungsform mit Software in dem Betriebssystem implementiert ist, auf eine beliebige geeignete Weise implementiert werden könnte. Zum Beispiel könnte sie in Firmware implementiert werden, entweder auf dem CPU- oder dem PCH-Chip.) In der vorstehenden Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen sollten die folgenden Begriffe wie folgt ausgelegt werden: Es können die Begriffe ”gekoppelt” und ”verbunden” zusammen mit ihren Ableitungen verwendet sein. Es versteht sich, dass diese Begriffe nicht als Synonyme füreinander gedacht sind. Vielmehr wird bei bestimmten Ausführungsformen ”verbunden” verwendet, um anzugeben, dass zwei oder mehr Elemente in einem direkten physischen oder elektrischen Kontakt miteinander stehen. ”Gekoppelt” wird verwendet, um anzugeben, dass zwei oder mehr Elemente miteinander zusammenwirken oder interagieren, wobei sie jedoch in einem direkten physischen oder elektrischen Kontakt stehen können oder auch nicht.
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Es ist außerdem klar, dass in einigen der Zeichnungen die Signalleiter durch Linien dargestellt sind. Einige davon können dicker sein, um maßgeblichere Signalwege darzustellen, können eine Beschriftung enthalten, um eine Anzahl von dazugehörigen Signalwegen anzugeben, und/oder können Pfeile an einem oder mehreren Enden aufweisen, um die primäre Flussrichtung von Information anzugeben. Dies darf jedoch in keiner Weise als einschränkend ausgelegt werden. Vielmehr können solche zusätzlichen Details in Verbindung mit einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen verwendet werden, um ein besseres Verständnis einer Schaltung zu ermöglichen. Alle dargestellten Signalleitungen, ob mit oder ohne zusätzliche Informationen, können eines oder mehrere in mehrere Richtungen abgehende Signale umfassen und können mit jedem geeigneten Signalschema implementiert werden, z. B. mit digitalen oder analogen Leitungen, die mit Differential-Paaren, Lichtwellenleitern und/oder einseitig abgeschlossenen Leitungen implementiert sind.
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Es ist klar, dass möglicherweise beispielhafte Größen/Modelle/Werte/Bereiche angegeben worden sind, obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt ist. Da Herstellungstechniken (z. B. Photolithographie) mit der Zeit weiterentwickelt werden, ist zu erwarten, dass Vorrichtungen von geringerer Größe hergestellt werden können. Außerdem sind wohlbekannte Leistungs-/Erdleitungen zu IC-Chips und anderen Komponenten in den Figuren zur Vereinfachung der Darstellung und Erläuterung dargestellt oder auch nicht, um die Verständlichkeit der Erfindung nicht zu beeinträchtigen. Ferner können Anordnungen in Form von Blockschaltbildern dargestellt sein, um eine Beeinträchtigung des Verständnisses der Erfindung zu vermeiden, und auch angesichts der Tatsache, dass spezifische Einzelheiten hinsichtlich der Implementierung solcher Blockschaltbildanordnungen in hohem Maße von der Plattform abhängen, innerhalb welcher die vorliegende Erfindung implementiert werden soll, d. h. solche Einzelheiten sollten im Wissensbereich eines Fachmanns liegen. An Stellen, an denen spezifische Details (z. B. Schaltungen) dargelegt sind, um beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung zu beschreiben, sollte für den Fachmann klar sein, dass die Erfindung auch ohne oder mit Variationen dieser spezifischen Details in die Praxis umgesetzt werden kann. Die Beschreibung ist folglich als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten.
