DE19633013B4

DE19633013B4 - Digitale, taktgesteuerte Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE19633013B4
Application number: DE1996133013
Authority: DE
Inventors: Heinz Loreck; Carsten Merz
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1996-08-16
Filing date: 1996-08-16
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2016-08-17
Also published as: DE19633013A1; WO1998008156A1

Abstract

Digitale, taktgesteuerte Schaltungsanordnung, bei der die durch die Taktung hervorgerufene Störausstrahlung durch Modulation der Taktfrequenz reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufteilung in Schaltungsteile (3, 16) mit hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Taktfrequenz (f_T) und in Schaltungsteile (1, 18) mit hohem Störausstrahlungspotential vorgesehen ist, daß den Schaltungsteilen (3, 16) mit hohen Genauigkeitsanforderungen der Arbeitstakt (f_T) oder ein von der Taktgeberfrequenz (f_T) abgeleiteter Takt unmoduliert zugeführt und die übrigen Schaltungsteile (1, 18) mit moduliertem Takt (f_FM) versorgt werden und daß eine Kommunikationsschaltung (5, 8, 20) vorhanden ist, über die die mit dem unmodulierten Takt (f_T) betriebenen Schaltungsteile (3, 16) mit den übrigen, an den modulierten Takt (f_FM) angeschlossenen Schaltungsteilen (1, 18) verbunden sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine digitale, taktgesteuerte Schaltungsanordnung, bei der die Störausstrahlung, die durch den Arbeitstakt bzw. durch die Taktung hervorgerufen wird, durch Modulation der Taktfrequenz reduziert wird.

Eine solche Schaltungsanordnung ist beispielsweise in der US 4 695 808 beschrieben. Bei solchen digitalen Schaltungen, die mit einem vorgegebenen, stabilen Takt betrieben werden, treten bekanntlich Störsignale mit ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz des Arbeitstaktes auf, die schmalbandig sind und relativ hohe Amplituden annehmen können. Um die Energie dieser Störausstrahlung auf ein breiteres Frequenzspektrum auszudehnen und dadurch die Amplitude des Störsignals zu verringern, wird die Frequenz des Taktsignals oder Taktgebersignals moduliert.

Eine Modulation des Systemtakts ist vielfach beschrieben worden: Die DE 44 42 403 A1 beschreibt einen Taktgenerator zur störstrahlarmen Erzeugung eines Systemstakts, in dem der Systemtakt moduliert wird. In der DE 33 36 392 A1 ist ein Drucker mit verringerter HF-Abstrahlung beschrieben. In dieser Einrichtung wird das Störsignal des Systemtaktsignals nach Maßgabe eines Modulationssignals reduziert. Ein ähnliches Modulationsverfahren geht aus der US 5,488,627 hervor. Aus der US 5,437,060 geht ein Modem zur Datenkommunikation hervor, bei dem der Systemtakt durch Verwenudung eines VCO's an Stelle eines Quarzes veränderbar ist. Hierdurch lassen sich Störungen bei der Datenübertragung verringern. Auch die EP 0 326 643 A2 betrifft ein Modulationsverfahren, welches zum Betrieb eines Mikrocomputerschaltkreises vorgesehen ist. Auch in diesem Verfahren wird zur Verminderung der von der Einrichtung ausgehenden Störstrahlung die Taktfrequenz durch Modulation variiert.

In den vorstehend genannten Schriften ist keine Aufteilung in verschiedene Schaltungsbereiche mit hoher und niedriger Störstrahlung offenbart.

Den vorbekannten Maßnahmen zur Störstrahlungsreduzierung durch Modulation des Systemtakts steht jedoch entgegen, daß in einem Mikroprozessor und auch in anderen digitalen Schaltungen dieser Art, für den Datenaustausch und das Zusammenwirken der einzelnen Schaltgruppen untereinander ein möglichst genauer Systemtakt vorgegebener Grundfrequenz erforderlich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine digitale, taktgesteuerte Schaltungsanordnung zu schaffen, welche die beiden vorgenannten, an sich widersprüchlichen Forderungen nach einem hochgenauen, schmalbandigen Taktgebersignal bzw. Arbeitstakt einerseits und nach Verteilung der ausgestrahlten Störenergie über ein breiteres Frequenzband, was sich durch Frequenzmodulation erreichen ließe, erfüllt, in dem sie diese in Einklang bringt.

Es hat sich herausgestellt, daß diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 beschriebene digitale, taktgesteuerte Schaltungsanordnung zu lösen ist, deren Besonderheit darin besteht, daß eine Aufteilung der Schal tungsanordnung in Schaltungsteile mit hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Taktfrequenz und in Schaltungsteile mit hohem Störausstrahlungspotential vorgesehen ist, daß den Schaltungsteilen mit hohen Genauigkeitsanforderungen der Arbeitstakt oder ein von dem Arbeitstakt abgeleiteter Takt unmoduliert zugeführt wird und die übrigen Schaltungsteile mit moduliertem Takt versorgt werden sowie daß eine Kommunikationsschaltung vorhanden ist, die die mit dem unmoduliertem Takt betriebenen Schaltungsteile mit den übrigen, an dem modulierten Takt angeschlossenen Schaltungsteilen verbindet.

Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist als Kommunikationsschaltung ein von zwei Seiten beschreib- und auslesbarer Pufferspeicher vorgesehen, über den Daten von einer mit unmoduliertem Takt versorgten Zeitnormalen zu einer mit frequenzmoduliertem Takt versorgten Logikschaltung, und in umgekehrter Richtung, übertragen werden. Als Kommunikationsschaltung ist erfindungsgemäß auch eine Phasenvergleichs- oder Synchronisierschaltung verwendbar, die eine Datenübertragung nur zu Zeiten hinreichend übereinstimmender Frequenz bzw. Phasenlage zwischen dem unmodulierten und dem modulierten Takt zuläßt.

Schließlich ist es noch möglich und in vielen Fällen vorteilhaft, als Kommunikationsschaltung eine Synchronisierschaltung zu verwenden, die den Zeitbereich hinreichender Übereinstimmung zwischen den Frequenzen bzw. Phasenlagen des nicht modulierten und des modulierten Taktes verlängert und wiederum nur in den Zeiten hinreichender Übereinstimmung die Datenübertragung zuläßt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß in einer digitalen Schaltung der hier in Rede stehenden Art nur bestimmte Schaltungsteile mit der präzisen Taktgeberfrequenz betrieben werden sollten, während andere Schaltungsteile, von denen in der Praxis der größere Teil der Störausstrahlung ausgeht, mit dem frequenzmodulierten Takt betrieben werden können, wenn bei der Kommunikation zwischen den einzelnen Schaltungsteilen ein asynchroner Datenaustausch oder eine zeitweise Synchronisation ermöglicht wird.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung läßt also sowohl ein Arbeiten mit hohen Genauigkeitsanforderungen im Zeitbereich zu, als auch eine wirkungsvolle Dämpfung bzw. Reduzierung der Störausstrahlung durch Verteilung der Störenergie über ein relativ breites Frequenzband.

Weitere Einzelheiten, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Abbildungen hervor.
Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der prinzipiellen Arbeitsweise einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung,
2 in gleicher Darstellungsweise ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung,
3A, 3B Diagramme zur Erläuterung weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung und
4 ebenfalls in Blockdarstellung und schematisch vereinfacht weitere Details der Schaltungsanordnung nach 1.
1 dient zur Erläuterung der prinzipiellen Arbeitsweise der Erfindung. Es sind nur die wesentlichen Komponenten oder Funktionen der Schaltung symbolisch dargestellt.
Eine digitale, taktgesteuerte Schaltungsanordnung nach der Erfindung setzt sich aus Schaltungsteilen 1, die mit einem Taktgeber 2 betrieben werden, und aus Schaltungsteilen 3, die an einem zweiten Taktgeber 4 angeschlossen sind, zusammen. Die Kommunikation zwischen den Schaltungsteilen 1 und 3 geschieht mit Hilfe einer Kommunikationsschaltung 5, die in irgendeiner Weise die Steuerung der Schaltungsteile 1 und 3 mit verschiedenen Taktquellen (2, 4) ausgleichen muß. Das erfindungsgemäße Schaltungsprinzip kann auf Mikroprozessoren- oder Mikrocomputer und auch auf andere digitale Schaltungsanordnungen angewendet werden.
Die Taktquelle 4 liefert an die Schaltungsteile 3, die hier "Zeitnormale" darstellen, einen unmodulierten, exakt vorgegebenen Arbeitstakt f_T. Eine Modulation dieses Taktes kommt nicht in Frage. Die übrigen Schaltungsteile 1, die z.B. die gesamte Logik eines Mikrocomputers oder einer Regelungsschaltung umfassen können, stellen wesentlich geringere Anforderungen an die Taktgenauigkeit. Der Taktgeber 2 für die Logik 1 generiert daher einen frequenzmodulierten Takt mit der Frequenz f_FM. Durch diese Frequenzmodulation wird die Störausstrahlung entscheidend reduziert. Da in der Praxis in der Logik 1 bzw. in den Schaltungsteilen 1 der größte Anteil der Störaussendung der gesamten Digitalschaltung entsteht und die Zeitnormale (Schaltungsteil 3) nur im geringen Umfang zur Störaussendung beiträgt, wird durch die Frequenzmodulation der weitaus größte Teil der Störquelle erfaßt.
Der modulierte Takt f_FM und der unmodulierte Takt f_T aus den Quellen 2 und 4 werden natürlich aus einer gemeinsamen Quelle (siehe 4) abgeleitet, was eine Synchronisierung erleichtert.
Bei digitalen Schaltungen der hier in Rede stehenden Art ist eine Kommunikation bzw. ein Datenaustausch zwischen den Schaltungsteilen 1 und 3 erforderlich. Um trotz der unterschiedlichen Taktfrequenzen f_FM und f_T eine Kommunikation zu ermöglichen, ist im Ausführungsbeispiel nach 1 ein von zwei Seiten beschreib- und auslesbarer Pufferspeicher 5, beispielsweise ein sogenannter Dual Port RAM, vorgesehen. Über diesen Pufferspeicher 5 können die Schaltungsteile 1 und 3 asynchron kommunizieren.
In 1 sind die Busse, über die Daten und der Datentakt übertragen werden, mit 6 und 7 beziffert. Über diese Busse können die beiden Schaltungsteile 1 und 3 asynchron kommunizieren.
Ein anderes Beispiel des Datenaustauschs zwischen den Schaltungsteilen 1 und 3 zeigt 2. In diesem Beispiel ist eine Phasenvergleichseinrichtung 8 vorgesehen, die ständig die Taktfrequenzen f_FM und f_T vergleicht und einen Datenaustausch über einen Datenbus 9 nur zu Zeiten zuläßt, in denen die Frequenzen bzw. Phasenlagen der beiden Quellen 2 und 4 hinreichend genau übereinstimmen. Der Arbeitstakt wird ebenfalls über den Bus 9 übertragen.
3A, die den Verlauf der Frequenz über der Zeit wiedergibt, symbolisiert, daß das frequenzmodulierte Signal f_FM periodisch mit der unmodulierten Frequenz f_T zusammenfällt, so daß in den durch einen Kreis gekennzeichneten Zeiten t₁₀, t₁₁, t₁₂ ein Datenaustausch über den Datenbus 9 in 2 stattfinden kann.
Eine Variante der Synchronisierweise, auf die sich 3A bezieht, wird durch 3B veranschaulicht. Es besteht grundsätzlich die Möglichkeit, durch Einwirkung der Vergleichs- oder Synchronisationseinrichtung auf den Frequenzmodulator, mit dem aus dem Takt mit der Frequenz f_T der frequenzmodulierte Takt f_FM gewonnen wird, den Zeitbereich für die Datenübertragung zu verlängern. Durch Einwirkung auf den Frequenzmodulator wird nämlich – vergleiche 3B – ein Zeitbereich "t₁₃ bis t₁₄" geschaffen, in dem eine hinreichend genaue Übereinstimmung zwischen den Frequenzen bzw. Phasenlagen der beiden Signale mit den Frequenzen f_FM und f_T besteht. Allerdings kann eine solche Maßnahme, nämlich die Ausdehnung des Zeitbereichs, abhängig von der Dauer der hinreichenden Übereinstimmung beider Signale, eine entsprechende Erhöhung oder Verlängerung der Störausstrahlung zur Folge haben.
Schließlich sind in 4 noch weitere Details einer digitalen Schaltungsanordnung der hier in Rede stehenden Art, beispielsweise der Schaltung nach 1, dargestellt.
Zur Erzeugung des Arbeitstaktes ist nach 4 eine frequenzstabile Oszillatorschaltung 15 vorgesehen, die den unmodulierten Takt f_T (oder ein Vielfaches dieses Taktes) erzeugt. Dieser Takt f_T wird den Schaltungsteilen 16, die hohe Anforderungen an die Frequenzstabilität und Genauigkeit stellen, zugeleitet. Das Ausgangssignal der Oszillatorschaltung 15, das die Taktfrequenz f_T besitzt, wird außerdem über einen Frequenzmodulator 17 denjenigen Schaltungsteilen 18 zugeleitet, die den höheren oder entscheidenden Anteil zur Störausstrahlung leisten und die ohne Beeinträchtigung der Datenverarbeitung mit einem modulierten Takt f_FM betrieben werden können. Diese Schaltungsteile 18 stellen in der Praxis den eigentlichen Störsender dar, dessen Störausstrahlung durch die Frequenzmodulation auf das zulässige Maß reduziert wird.
Der unmodulierte Systemtakt f_T wird bei dem Schaltungsbeispiel nach 4 über einen Timer 19 der Logik 18, beispielsweise einem Mikrocomputer, zugeleitet.
Wie bereits anhand der 1 erläutert wurde, ist eine Kommunikations- oder Synchronisierschaltung 20 notwendig, um den erforderlichen Datenaustausch zwischen den Schaltungsteilen 16 und 18 zu ermöglichen. Die Einrichtung 20 symbolisiert entweder einen Pufferspeicher (vergleiche Pufferspeicher 5 in 1) oder eine Phasenvergleichs- oder Phasenbeeinflussungseinrichtung, die immer dann eine Datenübertragung zuläßt, wenn eine hinreichend genaue Übereinstimmung der Frequenz bzw. Phasenlage zwischen dem frequenzmodulierten Takt und dem unmodulierten Takt besteht.
Schließlich sind in 4 noch Datenbusse 21, 22, 23, Signalübertragungsleitungen 24, 25, 26 zur Übertragung des modulierten Taktes (24), eines Modulator-Steuersignals (26) und zur Signalisierung übereinstimmender Phasenlage (25) dargestellt; dies sind einige der bekanntlich in solchen digitalen Schaltungen benötigten Übertragungsleitungen.

Claims

Digitale, taktgesteuerte Schaltungsanordnung, bei der die durch die Taktung hervorgerufene Störausstrahlung durch Modulation der Taktfrequenz reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufteilung in Schaltungsteile (3, 16) mit hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Taktfrequenz (f_T) und in Schaltungsteile (1, 18) mit hohem Störausstrahlungspotential vorgesehen ist, daß den Schaltungsteilen (3, 16) mit hohen Genauigkeitsanforderungen der Arbeitstakt (f_T) oder ein von der Taktgeberfrequenz (f_T) abgeleiteter Takt unmoduliert zugeführt und die übrigen Schaltungsteile (1, 18) mit moduliertem Takt (f_FM) versorgt werden und daß eine Kommunikationsschaltung (5, 8, 20) vorhanden ist, über die die mit dem unmodulierten Takt (f_T) betriebenen Schaltungsteile (3, 16) mit den übrigen, an den modulierten Takt (f_FM) angeschlossenen Schaltungsteilen (1, 18) verbunden sind.
Digitale, taktgesteuerte Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kommunikationsschaltung ein von zwei Seiten schreib- und lesbarer Pufferspeicher (5, 20), z.B. ein Dual Port RAM, vorgesehen ist, über den Daten von einer mit unmoduliertem Takt (f_T) versorgten Zeitnormalen (3, 18) zu einer mit frequenzmoduliertem Takt (f_FM) versorgten Logikschaltung (1, 18) sowie in umgekehrter Richtung übertragen werden.
Digitale, taktgesteuerte Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kommunikationsschaltung eine Phasenvergleichs- oder Synchronisierschaltung (8) vorgesehen ist, die nur zu Zeiten hinreichend übereinstimmender Frequenz bzw. Phasenlage. zwischen dem unmodulierten und dem modulierten Takt eine Datenübertragung zuläßt.
Digitale, taktgesteuerte Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kommunikationsschaltung eine Synchronisierschaltung (8) vorgesehen ist, die den Zeitbereich hinreichender Übereinstimmung (t_10,11,12, t₁₃ bis t₁₄) zwischen der Frequenz bzw. Phasenlage des unmodulierten und des modulierten Taktes verlängert und die nur zu Zeiten hinreichender Übereinstimmung (t_10,11,12, t₁₃ bis t₁₄) der Frequenz bzw. Phasenlage eine Datenübertragung zuläßt.