DE19751269A1 - Taktsignal-Synchronisierschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Taktsignal-Synchronisierschal­ tung.

Nun wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 eine herkömm­ liche Taktsignal-Synchronisierschaltung beschrieben. Dabei ist Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm derselben, und Fig. 2 zeigt Signalverläufe, wie sie während ihres Betriebs auftreten.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, verfügt eine herkömmliche Taktsignal-Synchronisierschaltung über einen Phasenkompara­ tor 5, eine Ladungspumpe 6, einen Phasenkompensator 2 und eine Steuerung 4.

Der Phasenkomparator 5 vergleicht ein von außen eingegebenes Taktsignal mit einem internen, phasenkompensierten Taktsi­ gnal, und er gibt ein Phasenabweichungssignal (voreilend oder nacheilend) aus. Die Ladepumpe 6 wird abhängig von die­ sem Phasenabweichungssignal selektiv geladen oder entladen, und sie gibt Ladungen zur Phasenabweichungskompensation aus. Der Phasenkompensator 2 kompensiert die Phasenabweichung des in ihn über einen Eingangspuffer 1 eingegebenen Taktsignals mittels eines Ladesignals von der Ladungspumpe 6. Die Steue­ rung 4 steuert die obigen jeweiligen Blöcke.

Der Phasenkomparator bei der oben genannten Taktsignal-Syn­ chronisierschaltung vergleicht die Phase des externen Takt­ signals mit der Phase des als Bezugstaktsignal verwendeten rückgekoppelten Taktsignals. Er gibt dann ein hohes Signal aus, wenn die Phase des externen Taktsignals derjenigen des rückgekoppelten Taktsignals voreilt. Dagegen gibt er ein niedriges Signal aus, wenn die Phase des externen Taktsi­ gnals derjenigen des rückgekoppelten Taktsignals nacheilt.

Gemäß Fig. 2 wird, wenn das von außen eingegebene Taktsignal bei der ansteigenden Flanke des rückgekoppelten Taktsignals niedrig ist, das Ausgangssignal des Taktsignal-Phasenkompa­ rators niedrig, so daß erkennbar ist, daß die Phase des von außen eingegebenen Taktsignals nacheilt. Wenn dagegen das von außen eingegebene Taktsignal bei der ansteigenden Flanke des rückgekoppelten Taktsignals bereits hoch ist, ist das Ausgangssignal des Phasenkomparators hoch, so daß er­ kennbar ist, daß die Phase des von außen eingegebenen Takt­ signals voreilt.

Bei dieser herkömmlichen Taktsignal-Synchronisierschaltung existieren verschiedene Probleme.

Da der Phasenkomparator bei dieser herkömmlichen Schaltung nur vergleicht, ob die Phase eines Vergleichstaktsignals derjenigen des Bezugstaktsignals voreilt oder nacheilt, wie­ derholt das Phasenregelungssystem Vorgänge zum Verzögern bzw. zum Beschleunigen der Phase, wenn versucht wird, die Phasen zu synchronisieren. Dies erhöht den Energieverbrauch in überflüssiger Weise. Insbesondere gilt dies für den Be­ reitschaftszustand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Taktsignal­ synchronisierschaltung mit verringertem Energieverbrauch zu schaffen.

Diese Aufgabe ist durch die Taktsignal-Synchronisierschal­ tung gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.

Zusätzliche Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt und gehen teilweise aus dieser hervor, ergeben sich aber andererseits auch beim Aus­ üben der Erfindung. Die Aufgaben und andere Vorteile der Er­ findung werden durch die Maßnahmen erzielt, wie sie speziell in der Beschreibung, den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen dargelegt sind.

Es ist zu beachten, daß sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die beanspruchte Erfindung sind.

Die Zeichnungen, die beigefügt sind, um das Verständnis der Erfindung zu fördern, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, deren Prinzipien zu erläutern.

Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine her­ kömmliche Taktsignal-Synchronisierschaltung veranschaulicht; und

Fig. 2 zeigt Signalverläufe während des Betriebs eines Pha­ senkomparators in dieser bekannten Schaltung;

Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Ausfüh­ rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Taktsignal-Synchroni­ sierschaltung veranschaulicht; und

Fig. 4A und 4B zeigen Signalverläufe bzw. eine Betriebsta­ belle für einen Phasenkomparator bei der Erfindung.

Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, umfaßt die erfindungsge­ mäße Taktsignal-Synchronisierschaltung einen ersten Schmitt- Triggerabschnitt 37, einen zweiten Schmitt-Triggerabschnitt 38, einen ersten Inverter 39, einen zweiten Inverter 40, ei­ nen ersten Phasenkomparator 33, einen zweiten Phasenkompara­ tor 34, eine Ladungspumpe 35, einen Phasenkompensator 31 und eine Steuerung 32.

Der erste Schmitt-Triggerabschnitt 37 gibt durch Schmitt- Trigger-Umkehrung ein externes Taktsignal clkin aus. Der zweite Schmitt-Triggerabschnitt 38 gibt durch Schmitt-Trig­ ger-Umkehrung ein phasenkompensiertes Rückkopplungs-Taktsi­ gnal clkfbk aus. Der erste Inverter 39 invertiert dieses Si­ gnal. Der zweite Inverter 40 invertiert dagegen das von außen eingegebene Taktsignal clkin. Der erste Phasenkomparator 33 vergleicht das Taktsignal vom ersten Schmitt-Triggerab­ schnitt 37 mit dem Taktsignal vom ersten Inverter 39, und er gibt das zugehörige Phasenabweichungssignal (voreilend oder nacheilend) aus. Der zweite Phasenkomparator 34 vergleicht das Taktsignal vom zweiten Schmitt-Triggerabschnitt 38 mit dem Taktsignal vom zweiten Inverter 40, und er gibt das zu­ gehörige Phasenabweichungssignal aus. Die Ladungspumpe 35 wird durch die Phasenabweichungssignal vom ersten und zwei­ ten Phasenkomparator 33 und 34 selektiv geladen oder entla­ den, und sie gibt Ladung zur Phasenabweichungskompensation aus. Der Phasenkompensator 31 kompensiert die Phasenabwei­ chung des über einen Eingangspuffer 30 eingegebenen Taktsi­ gnals mittels des Ladesignals von der Ladungspumpe 35, und er gibt die kompensierte Phasenabweichung an einen Ausgangs­ puffer 36 aus. Die Steuerung 32 steuert die obigen jeweili­ gen Blöcke.

Die vom ersten und zweiten Schmitt-Triggerabschnitt 37 und 38 ausgegebenen Taktsignale weisen einen Nacheilungswert von bis zu 1/2 der zulässigen Grenze für den Taktsignaljitter auf, bezogen auf die vom ersten und zweiten Inverter 39 und 40 ausgegebenen Taktsignale.

Der erste Phasenkomparator 33 empfängt das von außen einge­ gebene Taktsignal clkin über den ersten Schmitt-Triggerab­ schnitt 37, und er empfängt das Rückkopplungs-Taktsignal clkfbk über den ersten Inverter 39. Der zweite Phasenkompa­ rator 34 empfängt das von außen eingegebene Taktsignal clkin über den zweiten Inverter 40, und er empfängt das Rückkopp­ lungs-Taktsignal clkfbk über den zweiten Schmitt-Triggerab­ schnitt 38. Der erste Phasenkomparator 33 und der zweite Phasenkomparator 34 weisen demgemäß symmetrische Ausgangs­ struktur auf.

Nun wird die Funktion dieser erfindungsgemäßen Taktsignal­ synchronisierschaltung beschrieben.

In Fig. 4A zeigt (a) den Fall, daß die Phase des externen Taktsignals derjenigen des Rückkopplungs-Taktsignals nach­ eilt. Wenn angenommen wird, daß die Verzögerungszeit des zweiten Schmitt-Triggerabschnitts 38 den Wert t2 hat, ver­ gleicht der zweite Phasenkomparator 34 die Phase des exter­ nen Taktsignals mit der Phase eines Taktsignals an einem Knoten 4, das eine Nacheilungszeit von bis zu t2 aufweisen kann. Wenn die Phase des externen Taktsignals clkin derjeni­ gen des Taktsignals am Knoten 4 nacheilt, wird der Ausgangs­ wert des zweiten Phasenkomparators 34 niedrig. In diesem Fall wird auch der Ausgangswert des ersten Phasenkomparators 33 niedrig.

Ferner zeigt (b) in Fig. 4A den Fall, daß das externe Takt­ signal und das Rückkopplungs-Taktsignal innerhalb einer Nacheilungszeit -t1-t2 synchronisiert sind. Da der zweite Phasenkomparator 34 ein externes Taktsignal clkin empfängt, dessen Phase voreilt, wird sein Ausgangswert hoch.

In Fig. 4A zeigt (c) den Fall, daß die Phase des externen Taktsignals derjenigen des Rückkopplungs-Taktsignals vor­ eilt. Der erste Phasenkomparator 33 vergleicht die Phase des externen Taktsignals clkin (am Knoten 3), wie es durch den ersten Schmitt-Triggerabschnitt 37 verzögert wurde, mit der Phase des Rückkopplungs-Taktsignals. Wenn die Phase des ex­ ternen Taktsignals derjenigen des Rückkopplungs-Taktsignals mit t1 oder mehr voreilt, wird der Ausgangswert des ersten Phasenkomparators 33 hoch. In ähnlicher Weise wird der Aus­ gangswert des zweiten Phasenkomparators 34 hoch.

Zusätzlich zu den obigen drei Fällen können das externe Taktsignal und das Rückkopplungs-Taktsignal eine Phasenab­ weichung von 180° aufweisen. In diesem Fall wird der Aus­ gangswert des ersten Phasenkomparators 33 hoch, während der Ausgangswert des zweiten Phasenkomparators 34 niedrig wird, wodurch sich die Phase des internen Taktsignals nicht än­ dert.

Die Ausgangssignale des ersten und zweiten Phasenkomparators 33 und 34 werden in die Ladungspumpe 35 eingegeben, wie es in Fig. 4B veranschaulicht ist. Die Ladungspumpe 35 wird se­ lektiv geladen oder entladen, um die ausgegebene Ladungs­ menge zu ändern.

Anders gesagt, zeigen hohe Ausgangssignale des ersten und zweiten Phasenkomparators 33 und 34, daß die Phase des ex­ ternen Taktsignals nacheilt. Wenn dagegen diese Ausgangssi­ gnale beide niedrig sind, zeigt dies, daß die Phase des ex­ ternen Taktsignals voreilt. Wenn von den Ausgangssignalen des ersten und des zweiten Phasenkomparators 33 und 34 das eine einen hohen Wert zeigt, während das andere einen nie­ drigen Wert zeigt, ist daraus erkennbar, daß die Taktsigna­ le synchronisiert sind.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Taktsignal-Synchronisier­ schaltung die Phasen an den zwei Phasenkomparatoren mit ver­ schiedenen Ausgangsstrukturen synchronisiert sind, wird das Gesamtsystem in einen Energiesparmodus versetzt, der das Ge­ samtsystem oder einen Teil desselben deaktiviert.

Wie oben angegeben, existieren bei der erfindungsgemäßen Taktsignal-Synchronisierschaltung die folgenden Vorteile.

Wenn die Phasen an den Phasenkomparatoren ausgehend von den drei Fällen, daß nämlich Voreilung, Nacheilung oder Syn­ chronisierung vorliegt, synchronisiert sind, wird das gesam­ te System oder ein Teil desselben deaktiviert, um dadurch den Energieverbrauch wirkungsvoll zu verringern.

Claims (9)

1. Taktsignal-Synchronisierschaltung, gekennzeichnet durch:

• - einen ersten Phasenkomparator (33) zum Vergleichen eines externen, um eine vorbestimmte Zeit verzögerten Taktsignals mit einem Rückkopplungs-Taktsignal, um die Phasenabweichung zwischen diesen Taktsignalen zu ermitteln;
• - einen zweiten Phasenkomparator (34) zum Vergleichen des externen Taktsignals mit dem um eine vorbestimmte Zeit ver­ zögerten Rückkopplungs-Taktsignal, um die Phasenabweichung zwischen diesen Signalen zu ermitteln;
• - einer Ladungspumpe (35) zum Ändern einer Ladungsmenge ab­ hängig von den Phasenabweichungssignalen vom ersten und zweiten Phasenkomparator;
• - einen Phasenkompensator (31) zum Kompensieren der Phase des externen Taktsignals abhängig von der Ladungsmenge von der Ladungspumpe; und
• - eine Steuerung (32) zum Versetzen des Gesamtsystems oder eines Teils desselben in einen Energiesparmodus, wenn die Phase des externen Taktsignals durch den Phasenkompensator (31) mit derjenigen des Rückkopplungs-Taktsignals synchroni­ siert ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in den Eingangsstufen der Phasenkomparatoren (33, 34) folgendes aufweist:

• - einen ersten Schmitt-Triggerabschnitt (37) zum Ausgeben des externen Taktsignals nach Schmitt-Trigger-Umkehrung;
• - einen ersten Inverter (39) zum Invertieren des phasenkom­ pensierten Rückkopplungs-Taktsignals;
• - einen zweiten Schmitt-Triggerabschnitt (38) zum Ausgeben des phasenkompensierten Rückkopplungs-Taktsignals nach Schmitt-Trigger-Umkehrung; und
• - einen zweiten Inverter (40) zum Invertieren des externen Taktsignals.

3. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der erste Phasenkomparator (33) die Phase des durch den schmitt-triggerinvertierten externen Taktsignals mit der Phase des invertierten Rückkopplungs- Taktsignals vergleicht und dann ein hohes Phasenabweichungs­ signal ausgibt, wenn die Phase des externen Taktsignals vor­ eilt, während sie ein niedriges Phasenabweichungssignal aus­ gibt, wenn die Phase des Rückkopplungs-Taktsignals voreilt.

4. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der zweite Phasenkomparator (34) die Phase des durch den schmitt-triggerinvertierten Rück­ kopplungs-Taktsignals mit dem invertierten externen Taktsi­ gnal vergleicht und ein hohes Phasenabweichungssignal aus­ gibt, wenn die Phase des externen Taktsignals voreilt, wäh­ rend sie ein niedriges Phasenabweichungssignal ausgibt, wenn die Phase des Rückkopplungs-Taktsignals voreilt.

5. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Phase des externen Taktsi­ gnals (clkin) nacheilt, wenn die Phasenabweichungssignale vom ersten und zweiten Phasenkomparator (33, 34) beide hoch sind.

6. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Phase des externen Taktsi­ gnals (clkin) voreilt, wenn die Phasenabweichungssignale vom ersten und zweiten Phasenkomparator (33, 34) beide nie­ drig sind.

7. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gesamtsystem oder ein Teil desselben ohne Änderung der Phase des externen Taktsignals (clkin) deaktiviert wird, wenn das Phasenabweichungssignal vom ersten Phasenkomparator (33) niedrig ist und das Phasen­ abweichungssignal vom zweiten Phasenkomparator (34) hoch ist.

8. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Phase des internen Taktsi­ gnals nicht geändert wird, wenn das Phasenabweichungssignal vom ersten Phasenkomparator (33) hoch ist und das Phasenab­ weichungssignal vom zweiten Phasenkomparator (34) niedrig ist.

9. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß durch den schmitt-triggerinver­ tierte Taktsignal bis zu 1/2 der zulässigen Grenze für den Taktsignaljitter im Vergleich zum invertierten Taktsignal nacheilt.