DE19852457C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Phasendrehung in einem Phasenregelkreis - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Phasendrehung in einem PhasenregelkreisInfo
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Description
Die vorliegende Patentanmeldung steht in Beziehung zu den
folgenden ebenfalls anhängigen Patentanmeldung, die auf den
Anmelder vorliegenden Patentanmeldung übertragen worden
sind und die durch diese Bezugnahme in die vorliegende
Anmeldung aufgenommen werden:
High Speed Differential CMOS Sine-Wave Receiver with Duty Cycle Control Means, vom 18.4.1997 mit der Seriennummer 844 504;
A Clock Generation Apparatus and Method for CMOS Microprocessors Using a Differential SAW Oscillator, vom 31.10.1996 mit der Seriennummer 742 220; und
Method and Apparatus for Coupled Phase Locked Loops, vom selben Tag wie die vorliegende Patentanmeldung mit der Seriennummer 4136.
High Speed Differential CMOS Sine-Wave Receiver with Duty Cycle Control Means, vom 18.4.1997 mit der Seriennummer 844 504;
A Clock Generation Apparatus and Method for CMOS Microprocessors Using a Differential SAW Oscillator, vom 31.10.1996 mit der Seriennummer 742 220; und
Method and Apparatus for Coupled Phase Locked Loops, vom selben Tag wie die vorliegende Patentanmeldung mit der Seriennummer 4136.
Die vorliegende Erfindung betrifft Phasenregelkreise und im
besonderen die selektive Phasendrehung in einem
Phasenregelkreis, der zur Takterzeugung eingesetzt wird,
beispielsweise für Taktsignale in mikroelektronischen
Schaltungen.
Phasenregelkreise (PLLs) werden zur Erzeugung von Taktsignalen
verwendet, beispielsweise von Taktsignalen in
mikroelektronischen Schaltungen einschließlich
Mikroprozessoren. Jedoch zeigen konventionelle PLLs ein
Rauschen. Desweiteren können Stromversorgungseinrichtungen,
insbesondere solche für Mikroprozessoren, sehr stark rauschen,
was zu einem nicht mehr akzeptablen Jitter des Ausgangssignals
eines PLLs führen kann. Dieser Jitter ist für die
Mehrphasentakte, die in Mikroprozessoren verwendet werden,
besonders problematisch.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung, die zur Erzeugung von
Taktsignalen verwendet werden können und weniger
rauschanfällig sind als konventionelle PLLs, sind in einer
oder mehreren der Patentanmeldungen offenbart worden, auf die
oben Bezug genommen wurde, gemäß derer ein Satz von Signalen
erzeugt wird, die untereinander eine vorbestimmte
Phasenbeziehung besitzen. Der Takt wird aus einem der Signale
abgeleitet und nacheinander von einem Signal innerhalb des
Satzes auf ein anderes weitergeschaltet (d. h. "gedreht"), was
den Effekt hat, daß eine Phasendrehung des Quelltaktsignals
vorgenommen wird. Mindestens in diesem Zusammenhang werden ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur selektiven Phasendrehung
eines Signals innerhalb eines Phasenregelkreises benötigt.
Aus der DE 36 35 429 A1 ist ein Verfahren zur Rückgewinnung
eines Taktes aus einem plesiochronen Signal bekannt. Eine
Steuerlogik mißt die Phasendifferenz zwischen dem ersten
Eingang eines Phasenschiebers und einem der Ausgänge des
Phasenschiebers und wählt eine Schaltstellung eines
Umschalters aus. Damit sollen sich die Pasendifferenzen in
einer integrierten Schaltung ohne analogen Integrator klein
halten lassen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe von Maßnahmen
zum Angleichen eines Taktsignals an ein Referenz-Taktsignal.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen
Maßnahmen verfahrensmäßig und durch die im Anspruch 5
angegebenen Maßnahmen vorrichtungsmäßig gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen angegeben.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Ersetzen
eines phasenverschobenen Signals durch ein anderes einen
Phasenfehler des Taktsignals bezogen auf das
Referenztaktsignal verringert, während die Ausführung der
Substitutionen während des Auftretens der in den Ansprüchen
genannten inaktiven Intervalle die Tendenz aufweist, daß
Störungen des Taktsignals, die durch das Ersetzen eines
Taktsignals durch ein anderes entstehen, verringert werden.
Auch das Ansprechen des Ersetzens eines Signals als Taktsignal
auf das Auftreten mindestens eines Taktzyklus des nachfolgend
als Taktsignal einzusetzenden Signals, nachdem der
unmittelbare Vorgänger die Taktbereitstellung übernommen hat,
tendiert dazu, ein fehlerhaftes Ersetzen eines Signals durch
ein anderes zu verhindern.
Fig. 1 ist ein allgemeines Blockschaltbild eines
Taktsystems, das eine Phasendrehung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild des Phasendrehers 14 von
Fig. 1.
Fig. 3 zeigt die Logikelemente des Phasenschiebers 144 von
Fig. 2.
Fig. 4 zeigt die Logikelemente der Phasenauswahleinrichtung
148 von Fig. 2.
Fig. 5 ist ein Zeitdiagramm, das bestimmte Aspekte der
Arbeitsweise der Ausführungsform verdeutlicht.
Fig. 6 zeigt die Logikelemente der Wiedereintakteinrichtung
154 von Fig. 2.
Fig. 7 zeigt die Logikelemente des Filters 22 von Fig. 2.
Bezugnehmend auf Fig. 1 wird jetzt eine bevorzugte
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das
Taktsystem 10 empfängt ein extern erzeugtes
Referenztaktsignal 21, erzeugt ein erstes Taktsignal mit
einer relativ höheren Frequenz, welches von dem
Phasendreher 14 ausgegeben wird und regelt die Phasenlage
des ersten Taktsignals bezogen auf das Referenztaktsignal.
In dem Beispiel von Fig. 1 ist das Referenztaktsignal ein
200-MHz-Signal. Das erste Taktsignal wird aus einem Signal
abgeleitet, das von einem Signalgenerator 12, vorzugsweise
von einem mit akustischen Oberflächenwellen (SAW surface
acoustic wave) arbeitenden Oszillator, auf einer relativ
hohen Frequenz von 800,4 MHz erzeugt wird. Der Phasendreher
14 der dargestellten Ausführungsform gibt als erstes
Taktsignal ein Signal von 400,2 MHz aus, das aus vier
Quellsignalen innerhalb des Phasendrehers 14 ausgewählt
wird, die dem 800,4-MHz-Signal des SAW-Oszillators mit
einer Phasenverschiebung von 0°, 90°, 180° oder 270°
nacheilen. Das erste Taktsignal wird, wie durch Block 16
dargestellt, an die Verbraucher weitergeleitet.
Das erste Taktsignal wird durch den Teiler 18 ebenfalls in
seiner Frequenz herabgesetzt (das in der Frequenz
herabgesetzte erste Taktsignal wird als Rückkopplungs-
Taktsignal bezeichnet) und in den Phasendetektor 20 und das
digitale Filter 22 eingegeben. In dieser Ausführungsform
teilt der Teiler durch zwei.
Der Phasendetektor 20 vergleicht das Referenztaktsignal und
das erste Taktsignal und erzeugt ein oder mehrere Signale,
die die Phasendifferenz anzeigen. Solche Phasendetektoren
sind wohlbekannt und werden deshalb hierin nicht weiter
beschrieben. Vergleiche zum Beispiel Wyatt et al., US-
Patent Nr. 5 546 052, "Phase Detector with No Phase Error".
Die Anzeige der Phasendifferenz wird über das digitale-
Filter 22 auf den Phasendreher 14 zurückgekoppelt.
Aus dem oben Stehenden sollte erkannt werden, daß wegen der
Frequenz des SAW-Oszillators 12 von 800,4 MHz und der
Teilung durch zwei im Phasendreher 14 und dem Teiler 18 das
Rückkopplungs-Taktsignal eine Frequenz von 200,1 MHz
besitzt. Somit sind das Rückkopplungs-Taktsignal und auch
das erste Taktsignal, d. h. die Quelle für das
Rückkopplungs-Taktsignal, übereinstimmend bezüglich der
Phasendifferenz zum Referenztaktsignal. Deshalb muß der
Phasendreher 14 das erste Taktsignal durch sukzessives
Verändern der ausgewählten Quelle für das erste Taktsignal
von einem Quellsignal zum nächsten, das einem der
Quellsignale nachläuft, regelmäßig nachstellen, um die
Phasenlage des Rückkopplungs-Taktsignals (und somit des
ersten Taktsignals) auf das Referenztaktsignal zu regeln.
Bezugnehmend auf Fig. 2 werden jetzt die Logikelemente des
Phasendrehers 14 von Fig. 1 beschrieben.
Der Phasendreher 14 empfängt das Signal des
Differentialoszillators 12 in einer
Differentialempfänger/Tastverhältnis-Einstelleinrichtung
142, welche eine Vorspannung an die geeignete Seite einer
Differentialempfänger-Laststufe anlegt, um
Eingangsunsymmetrien zu kompensieren. Details einer solchen
Differentialempfänger/Tastverhältnis-Einstelleinrichtung
142 werden in einer oder mehreren der oben zitierten und in
Beziehung stehenden Patentanmeldungen dargestellt und
werden deshalb hierin nicht weiter beschrieben.
Das von dem Element 142 modifizierte Signal des Oszillators
12 wird als nächstes in den Phasenschieber 144 eingegeben,
welcher einen Satz von Signalen A, B, C und D erzeugt, die
jeweils die halbe Frequenz des Signals des Oszillators 12
besitzen, wobei das Signal B dem Signal A um 90° nachläuft,
Signal C läuft Signal B um 90° nach, und Signal D läuft
Signal C um 90° nach. (In einer oder mehreren der oben
zitierten, älteren in Beziehung stehenden Patentanmeldungen
wird der Phasenschieber 144 als ein "Phasendreher"
bezeichnet, obwohl er ein Element innerhalb des
Phasendrehers 14 ist.)
Diese vier um 90° phasenverschobenen Signale A, B, C und D
werden an die Phasenauswahleinrichtung 148 und den
Multiplexer 146 angelegt. (In einer oder mehreren der oben
zitierten, älteren in Beziehung stehenden Patentanmeldungen
wird die Phasenauswahleinrichtung als "Verschiebungslogik"
bezeichnet.) Die Phasenauswahleinrichtung 148 wählt
nacheinander eines der vier Signale A, B, C oder D als
Quelle für das Taktsignal aus, das von dem Phasendreher 14
ausgegeben wird. Diese Auswahl erfolgt durch Aktivieren
eines Signals auf einer der Ausgangsleitungen q0, q1, q2
oder q3 von der Phasenauswahleinrichtung 148 zum
Multiplexer 146. Da Multiplexer zur Ausgabe eines
ausgewählten Signals aus einer Anzahl in einen solchen
Multiplexer eingegebener Signale wohlbekannt sind, werden
den Multiplexer 146 betreffende Details hierin nicht weiter
beschrieben.
Das vom Multiplexer 146 ausgegebene Signal wird optional
direkt als das Taktsignal ausgegeben, oder es kann erst
einmal durch die optional bereitgestellte
Wiedereintakteinrichtung 154 in Abhängigkeit davon, ob ein
Wiedereintakten zum Verringern der Verzerrung erforderlich
ist, neu eingetaktet werden.
Bezugnehmend auf Fig. 3 werden jetzt zusätzliche Details
des Phasenschiebers 144 beschrieben. Der Phasenschieber 144
besitzt fünf Verzögerungs-Flip-Flops 164, 166, 168, 170 und
172. Das negierte Ausgangssignal des Flip-Flops 164 wird
auf seinen eigenen logischen Eingang zurückgekoppelt und an
den logischen Eingang des Flip-Flops 166 angelegt. Das
Ausgangssignal des Flip-Flops 166 wird an den Eingang des
Flip-Flops 168 angelegt. Das Ausgangssignal des Flip-Flops
168 wird an den Eingang des Flip-Flops 170 angelegt. Das
Ausgangssignal des Flip-Flops 170 wird an den Eingang des
Flip-Flops 172 angelegt. Die Takteingänge jedes Flip-Flops
empfangen das in seinem Tastverhältnis eingestellte
Oszillatorsignal.
Indem das negierte Ausgangssignal auf seinen Eingang
zurückgekoppelt wird, fungiert das Flip-Flop 164 für das
vom Oszillator 12 kommende Eingangssignal als
Frequenzteiler mit dem Teilungsfaktor zwei. Es sollte
erkannt werden, daß das Flip-Flop 164 alternativ dazu
weggelassen werden könnte, wenn der Wunsch bestände, daß
das erste Taktsignal dieselbe Frequenz haben sollte wie das
Signal des Oszillators 12. Auf Grund der Reihenschaltung
der Eingänge und Ausgänge der Flip-Flops 166 bis 172, eilt
das Ausgangssignal A des Flip-Flops 166 dem Ausgangssignal
B des Flip-Flops 168 um 90° voraus. Genauso eilt B dem
Ausgangssignal 0 des Flip-Flops 170 voraus und so weiter.
Es sollte erkannt werden, daß entsprechend der vorliegenden
Ausführungsform, bei der die Quelle für das Taktsignal
zwischen um 90° verschobenen Signalen rotiert, Taktjitter
im Vergleich zu konventionellen PLLs wesentlich verringert
werden. Eine weitere Verringerung des Phasenfehlers
zwischen dem Referenztaktsignal und dem zurückgekoppelten
Taktsignal kann auf Kosten einer gewissen zusätzlichen
Verkomplizierung durch Einfügung zusätzlicher Elemente in
den Phasenschieber 144 zum Erzeugen einer Anzahl von
Signalen, die größer als die vier Signale der vorliegenden
Ausführungsform sind, erreicht werden.
Bezugnehmend auf Fig. 4 werden jetzt zusätzliche Details
der Phasenauswahleinrichtung 148 beschrieben. Die
Verzögerungs-Flip-Flops 174, 176, 178 und 180 empfangen an
ihren Takteingängen die Signale B, C, D beziehungsweise A
vom Phasenschieber 144. Diese Flip-Flops empfangen als
logische Eingangssignale ebenfalls die Ausgangssignale der
entsprechenden Verzögerungs-Flip-Flops 194, 196, 198 und
200. Die Ausgangssignale der Verzögerungs-Flip-Flops 174
bis 180 werden an die entsprechenden UND-Gatter 182, 184,
186 und 188 angelegt. Die UND-Gatter empfangen ebenfalls
die folgenden Signale vom Phasenschieber 144 als
entsprechende Eingangssignale und zwar C und D für das UND-
Gatter 182, D und A für das UND-Gatter 184, A und B für das
UND-Gatter 186 sowie B und C für das UND-Gatter 188. Die
Ausgangssignale der UND-Gatter werden an das ODER-Gatter
190 angelegt. Das Ausgangssignal des ODER-Gatters 190 wird
an ein UND-Gatter 192 angelegt, welches ebenfalls ein
Eingangssignal von einer monostabilen Kippschaltung 152,
empfängt.
Die monostabile Kippschaltung wird von einem Signal vom
Filter 22 getriggert, das anzeigt, daß die Phasendifferenz
zwischen dem Referenztaktsignal und dem zurückgekoppelten
Taktsignal ausreichend groß ist, um eine Korrektur
anzufordern - das heißt, es wird angezeigt, daß das
zurückgekoppelte Taktsignal dem Referenztaktsignal um einen
vorbestimmten Wert (den Schwellwert) vorauseilt.
Das Ausgangssignal des UND-Gatters 192 wird auf die
Takteingänge der Verzögerungs-Flip-Flops 194 bis 200
zurückgekoppelt. Zusätzlich zu der Rückkopplung auf die
Flip-Flops 174 bis 180 werden die Ausgangssignale q0, q1,
q2 und q3 der Flip-Flops 194 bis 200 an den Multiplexer 146
angelegt, um eines der Signale A, B, C oder D des
Phasenschiebers auszuwählen.
Die Ausgangssignale q0 bis q3 der Flip-Flops 194 bis 200
werden durch Rücksetzleitungen (nicht dargestellt)
initialisiert, so daß anfänglich q0 = 1 und q1 = q2 = q3 =
0 gilt. Somit geht, wenn die Flip-Flops 194 bis 200 in der
beschriebenen Art und Weise verschaltet sind, jedesmal,
wenn die Takteingänge einen Impuls empfangen, der
nächstfolgende Ausgang auf HIGH, und der vorhergehende
Ausgang geht von HIGH auf LOW zurück, während die
verbleibenden Ausgänge auf LOW verharren. Das heißt, nach
dem ersten Impuls nach der Initialisierung geht q1 auf
HIGH, und q0 geht auf LOW, während q2 und q3 LOW bleiben.
Nach dem nächsten Impuls geht q2 auf HIGH und q1 geht auf
LOW, während q0 und q3 LOW bleiben, und so weiter. Dieses
Fortschreiten des Umschaltens eines Ausgangssignals auf
HIGH zu einem Zeitpunkt in sequentieller Weise kann auch
als "Rotation" bezeichnet werden.
Die Flip-Flops 174 bis 180, die UND-Gatter 182 bis 188, das
ODER-Gatter 190 und das UND-Gatter 192 dienen zur
Zeitsteuerung der Rotation innerhalb eines Abschnitts eines
ausgewählten Taktzyklus, so daß die Ausgangssignale q0 bis
q3 während des "letzten Viertels" des ausgewählten
Taktzyklus rotieren. In diesem Zusammenhang wird der
Taktzyklus so verstanden, daß er beginnt, wenn das Signal
HIGH wird, so daß sich das "letzte Viertel" eines
Signalzyklus auf ein Viertel des Zyklus bezieht, wenn das
Signal LOW ist (d. h. ruhend), was unmittelbar vor dem
nächsten Anstieg des Signals liegt. Das heißt, wenn das
Signal A vom Phasenschieber 144 entsprechend der
vorliegenden Erfindung die Quelle des Taktsignals ist, wird
der Zeitablauf der Rotation vom Signal A auf das Signal B
so gesteuert, daß sie während des letzten Viertels des
Taktzyklus des Signals A stattfindet. Der Grund dafür, daß
während des letzten Viertels des Taktzyklus des Signals A
vom Signal A auf das Signal B rotiert wird, liegt darin,
daß während des letzten Viertels des Taktzyklus des Signals
A beide Signale A und B LOW (d. h. im Ruhezustand) sind,
weil das Signal B dem Signal A um 90° nachläuft. Genauso
erfolgt die Zeitsteuerung der Rotation vom Signal B auf das
Signal C so, daß sie während des letzten Viertels des
Taktzyklus des Signals B stattfindet, und so weiter.
Die Arbeitsweise der Flip-Flops 174 bis 180, der UND-Gatter
182 bis 188, des ODER-Gatters 190 und des UND-Gatters 192
zur Steuerung des Zeitablaufs der Rotation innerhalb eines
Abschnitts eines ausgewählten Taktzyklus kann durch
Betrachten der in Fig. 4 dargestellten speziellen logischen
Verknüpfungen der Signale und der in Fig. 5 dargestellten
Zeitsteuerung der Signale verstanden werden. Beispielsweise
soll die Zeitsteuerung der Rotation vom Signal C auf das
Signal D betrachtet werden.
Vor dem dritten Anlegen eines Einzelsignals in Fig. 5 ist
das Signal C das Ausgangssignal des Multiplexers als Quelle
für das Taktsignal. Das Signal des digitalen Filters 22,
welches die monostabile Kippschaltung 152 triggert, spricht
auf die Phasendifferenz an, die vom Phasendetektor 20
erkannt wird. Somit zeigt das dritte Anlegen eines
Einzelsignals in Fig. 5 an, daß der Phasenfehler zwischen
dem Referenztaktsignal und dem Taktsignal, das jetzt als
Quelle das Signal C hat, den vorbestimmten Schwellwert für
den Phasenfehler überschritten hat, und daß deshalb eine
Rotation auf das Signal D erforderlich ist, um den
Phasenfehler zu verringern.
In dem idealisierten Beispiel sind die Einzelsignale 152 so
dargestellt, daß diese nach feststehenden Zeitintervallen
aktiviert werden. Die Gleichmäßigkeit der Zeitintervalle
entsteht aus der im wesentlichen festen Frequenzdifferenz
der um 90° phasenverschobenen Signale gegenüber dem
Referenztaktsignal, was im Vorhergehenden beschrieben
worden ist.
Obwohl die Rotation jetzt angefordert worden ist, was durch
die Aktivierung des Einzelsignals angezeigt wird, muß die
Rotation zeitgesteuert stattfinden, um Störimpulse in dem
sich ergebenden Taktsignal zu verhindern. In dem Moment, in
dem das dritte Aktivieren des Einzelsignals in Fig. 5
erfolgt, fällt das Signal C ab, aber das Signal D ist noch
aktiv. Somit würde eine Rotation zu diesem Zeitpunkt nicht
der Zeit entsprechen, in der beide Signale C und D LOW
sind, und folglich würde eine solche Rotation dazu
tendieren, eine Störung des Taktsignals hervorzurufen. Die
Phasenauswahleinrichtung 148 von Fig. 4 enthält deshalb
eine Logik, um die Zeitsteuerung der Rotation nicht nur in
Reaktion auf das Einzelsignal, sondern auch in Reaktion auf
den Zustand des Taktsignals auszuwählen. Die Flip-Flops 174
bis 180, die UND-Gatter 182 bis 188 und das ODER-Gatter 190
stellen eine Logik für diese Zeitsteuerung der Rotation in
Reaktion auf den Taktzustand bereit, wie dies jetzt
beschrieben wird.
Unmittelbar bevor das Einzelsignal die Rotation von Signal
C auf Signal D anfordert, wird das Auswahlsignal q2 aktiv,
und die Signale q0, q1 und q3 sind inaktiv. (Dies ist
natürlich logisch, weil es die Aktivierung von q2 ist, die
die Auswahl des Signals C als Quelle für das Taktsignal
durch den Multiplexer 146 steuert.) In Reaktion auf die
Aktivierung von q2 und eine nachfolgende Aktivierung des
Signals D, aktiviert das Flip-Flop 178 sein Ausgangssignal,
welches ein Eingangssignal für das UND-Gatter 186 ist. Die
Einzelsignalaktivierung besitzt eine Dauer von einer
Taktperiode. Die Verzögerung, die durch die Flip-Flops 174
bis 180 mit ihren entsprechenden Eingangssignalen B, C, D
und A eingeführt wird, plus die Dauer der
Einzelsignalaktivierung von einem Taktzyklus wirken so
zusammen, daß eine fehlerhafte zweite Rotation der um 90°
verschobenen Signale in Reaktion auf ein Einzelsignal, das
nur eine einzelne Rotation bewirken soll, verhindert wird.
Bei Aktivierung des Ausgangssignals des Flip-Flops 178 ist
keines der Ausgangssignale der anderen Flip-Flops 174, 176
oder 180 aktiv, weil die Signale q0, q1 und q3 zu diesem
Zeitpunkt für mindestens einen Taktzyklus nicht aktiv
werden. Folglich kann von den UND-Gattern 182 bis 188 für
die vorliegende Zeitdauer der Aktivierung des Signals q2
nur das UND-Gatter 186 möglicherweise sein Ausgangssignal
aktivieren. Die beiden anderen Eingangssignale für das UND-
Gatter 186 sind die Signale A und B. Auf Grund der
Phasenbeziehung der um 90° phasenverschobenen Signale sind
die Signale A und B gleichzeitig nur während des letzten
Viertels des Taktzyklus des Signals C aktiv. Somit ist die
UND-Verknüpfung des Gatters 186 nur dann wahr, wenn die
geeignete Verzögerung verstrichen ist, um eine fehlerhafte
Doppelrotation zu verhindern, was durch das Flip-Flop 178
gesteuert wird, und wenn sich das Signal C im letzten
Viertel eines seiner Taktzyklen befindet, was durch die
Signale A und B angezeigt wird.
Wenn die UND-Verknüpfung des Gatters 186 "wahr" ergibt und
das Ausgangssignal aktiviert wird, aktiviert das ODER-
Gatter 190 in Reaktion darauf sein Ausgangssignal. In
Reaktion darauf, daß sowohl das Ausgangssignal des ODER-
Gatters 190 als auch das Einzelsignal 152 aktiv sind,
aktiviert das UND-Gatter 192 sein Ausgangssignal, welches
das Flip-Flop 200 triggert, das sein Ausgangssignal q3
aktiviert, und das Flip-Flop 198, das sein Ausgangssignal
q2 deaktiviert. In Reaktion auf die Aktivierung von q3
schaltet der Multiplexer 146 sein Ausgangssignal, das die
Quelle des Taktsignal darstellt, vom Signal C auf das
Signal D um.
Diese detaillierte Beschreibung einer Rotation vom Signal C
auf das Signal D verdeutlicht, wie die Flip-Flops 174 bis
180, die UND-Gatter 182 bis 188, das ODER-Gatter 190 und
das UND-Gatter 192 mit dem Phasenschieber 144
zusammenwirken, um den Zeitablauf der Rotation so zu
steuern, daß diese innerhalb eines Abschnittes eines
ausgewählten Taktzyklus stattfindet. Es sollte aus dem oben
stehenden Beispiel und den Figuren verstanden werden, wie
die Zeitsteuerung der Rotationen vom Signal A auf das
Signal B, vom Signal B auf das Signal C und vom Signal D
auf das Signal A in gleicher Weise gesteuert wird.
Bezugnehmend auf Fig. 6 werden jetzt zusätzliche Details
der Wiedereintakteinrichtung 154 beschrieben. (Der Term
"Wiedereintakteinrichtung" wird verwendet, um die Funktion
des Verringerns einer geringfügigen Verschiebung im
Taktausgangssignal durch den Multiplexer 146 zu bezeichnen,
die durch das normale Durchlaufen einer Anzahl von
Schaltungselementen innerhalb des Phasendrehers 14
auftreten könnte.) Das vom Multiplexer 146 ausgewählte
Signal, welches die Quelle für das erste Taktsignal
darstellt, wird an den Verzögerungseingang der
Verzögerungs-Flip-Flops 72 und 74 angelegt. Der Takteingang
des Flip-Flops 72 wird von einem Signal vom Oszillator 12
mit der doppelten Frequenz des Multiplexers-
Taktausgangssignals 146 gespeist, während das andere Signal
vom Oszillator 12, das bezogen auf das erste eine
Phasenverschiebung von 180° aufweist, an den Takteingang
des Flip-Flops 74 angelegt wird. Die Signale q0 bis q3 der
Phasenauswahleinrichtung 146 werden verwendet, um entweder
das Ausgangssignal des Flip-Flops 72 oder des Flip-Flops 74
zur Verwendung als Taktsignal auszuwählen. Das heißt, q0
und q3 sind Eingangssignale für das NOR-Gatter 82, und das
Ausgangssignal des NOR-Gatters wird an den Multiplexer 80
angelegt, so daß, wenn q0 oder q3 aktiv ist, das
Ausgangssignal des Flip-Flops 74 durch den Multiplexer 80
ausgegeben wird, und wenn weder q0 noch q3 aktiv ist, wird
das Ausgangssignal des Flip-Flops 72 durch den Multiplexer
80 ausgegeben.
Die Gründe für die Konfiguration der
Wiedereintakteinrichtung 154 können durch Bezugnahme auf
das Zeitdiagramm von Fig. 5 verstanden werden, welches
idealisierte Zeitverläufe verschiedener Signale zeigt. Aus
der Figur wird ersichtlich, daß, wenn das Ausgangssignal
des Multiplexers 146, das am unteren Rand des Zeitdiagramm
dargestellt ist, von den Signalen A oder C des
Phasenschiebers 144 bereitgestellt wird, der Mittelpunkt
der Impulse am Ausgang des Multiplexers 146 im Idealfall
mit der fallenden Flanke des Ausgangssignals des Oszillator
12 zusammenfällt, welches am oberen Rand des Zeitdiagramm
dargestellt ist. Genauso fällt der Mittelpunkt der Impulse
am Ausgang des Multiplexers 146 im Idealfall mit der
ansteigenden Flanke des Ausgangssignals des Oszillator 12
zusammen, wenn das Ausgangssignal des Multiplexers 146 von
den Signalen B oder D des Phasenschiebers 144
bereitgestellt wird. Deshalb muß das Wiedereintakten des
Ausgangssignals des Multiplexers 146 mittels eines
Verzögerungs-Flip-Flops durch die fallende Flanke des
Ausgangssignals des Oszillators 12 getaktet werden, wenn
das Ausgangssignal des Multiplexers 146 von den Signalen A
oder C bereitgestellt wird, aber wenn das Ausgangssignal
des Multiplexers 146 von den Signalen B oder D
bereitgestellt wird, muß es durch die ansteigende Flanke
des Ausgangssignals des Oszillators 12 getaktet werden.
Desweiteren gilt, daß, wenn das Signal q0 aktiv ist, das
Signal A vom Multiplexer 146 ausgegeben wird. Wenn das
Signal q2 aktiv ist, wird das Signal C vom Multiplexer 146
ausgegeben. Somit muß, wenn weder q0 noch q2 aktiv sind,
entweder Signal B oder Signal D ausgegeben werden. Deshalb
können die Signale q0 und q2 wie dargestellt in der
Wiedereintakteinrichtung 154 benutzt werden, um die Auswahl
der Ausgangssignale von den Flip-Flops 72 und 74 durch den
Multiplexer 80 zu steuern.
Jetzt werden Details des digitalen Filters 22 beschrieben,
das wie in Fig. 7 dargestellt aufgebaut ist. Es sollte
erkannt werden, daß mit der Ausführungsform beabsichtigt
wird, daß das Takterzeugungssystem von Fig. 1 mit Ausnahme
des Oszillators 12 zusammen mit einem Mikroprozessor auf
demselben Chip enthalten sein kann. Bezüglich des Filters
22 wird ein Register 52 bereitgestellt, in welchem nach der
Herstellung des Chips durch eine Steuerschaltung (nicht
dargestellt) Bits gesetzt werden können. Die Anzahl der
Bits in dem Register 52, die so gesetzt werden können,
bestimmt die Abstimmung des Filters 22, wie dies im
folgenden erklärt wird.
Das Schieberegister 54 besitzt einen Dateneingang (nicht
dargestellt), der ständig aktiv ist. Wenn der
Phasendetektor 20 von Fig. 1 erkennt, daß das
Rückkopplungs-Taktsignal dem Referenztaktsignal vorauseilt,
aktiviert der Phasendetektor 20 ein Signal für das
Schieberegister 54. Das Schieberegister wird
initialisiert, indem alle Bits zurückgesetzt werden.
Während jedes Taktzyklus des Rückkopplungs-Taktsignals mit
aktivem Signal des Phasendetektors 20 schiebt das
Schieberegister 54 das kontinuierlich aktivierte Datenbits
weiter. Somit läuft, wenn das Rückkopplungs-Taktsignal dem
Referenztaktsignal voreilt, in dem Schieberegister 54 eine
wachsende Anzahl aktivierter Bits auf.
Der N-Detektor 56, der an das Schieberegister 54
angeschlossen ist, und das einstellbare Bitregister 52
erkennen die Anzahl von Bits, die in dem Schieberegister 54
und in dem einstellbaren Bitregister 52 aktiviert sind.
Wenn die Anzahl der Bits, die im Schieberegister 54
aktiviert sind, die Anzahl der in dem einstellbaren
Bitregister 52 aktivierten Bits übersteigt, aktiviert der
N-Detektor ein Signal, das auf das Flip-Flop 58 geschaltet
wird. Nach einem Taktzyklus des Rückkopplungs-Taktsignals
aktiviert das Flip-Flop 58 in Reaktion auf das vom N-
Detektor 56 aktivierte Signal sein Ausgangssignal. Das
Ausgangssignal des Flip-Flops 58 wird adf das
Schieberegister 54 zurückgekoppelt, um alle seine Bits
zurückzusetzen. Damit wird das Ausgangssignal des N-
Detektors zurückgesetzt, und nach einem weiteren Taktzyklus
des Rückkopplungs-Taktsignals wird das Ausgangssignal des
Flip-Flop 58 zurückgesetzt.
Das Ausgangssignal des Flip-Flops 58 wird ebenfalls an die
monostabile Kippschaltung der in Fig. 4 dargestellten
Phasenauswahleinrichtung 148 angelegt. Somit wird, wenn das
Ausgangssignal des Flip-Flops 58 für einen einzelnen
Taktzyklus des Rückkopplungs-Taktsignals aktiviert wird,
die monostabile Kippschaltung der Phasenauswahleinrichtung
148 getriggert, um eine Rotation mittels des Phasendrehers
14 zu initiieren.
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung sind in Verbindung mit einer bevorzugten
Ausführungsform offenbart worden. Von einem Fachmann können
viele andere veränderte Ausführungsformen aufgebaut werden,
die die Lehren dieser Patentoffenbarung beinhalten.
Dementsprechend soll die Erfindung nicht durch die hierin
dargelegte spezifische Form eingeschränkt werden, sondern
im Gegensatz dazu ist beabsichtigt, in die Erfindung solche
Alternativen, Modifikationen und Äquivalente der Lehren der
vorliegenden Offenbarung einzubeziehen, wie sich diese
vernünftigerweise aus dem in den nachfolgenden Ansprüchen
definierten Erfindungsgedanken und dem Umfang der Erfindung
ergeben.
Claims (5)
1. Verfahren zum Angleichen eines Taktsignals an ein
Referenz-Taktsignal, welches die folgenden Schritte
umfaßt:
- a) ein Oszillator (12) erzeugt ein frequenzbehaftetes Signal, das von einem Phasendreher (14) empfangen wird;
- b) der Phasendreher (14) erzeugt gleichzeitig eine Vielzahl von frequenzbehafteten Signalen, die dieselbe Frequenz aufweisen, jedoch relativ zueinander phasenverschoben sind;
- c) der Phasendreher (14) stellt ein erstes Signal aus der Vielzahl von frequenzbehafteten Signalen als Taktsignal bereit;
- d) ein Phasendetektor (20) übermittelt an den Phasendreher (14) das Ausmaß der Phasendifferenz zwischen dem bereitgestellten Taktsignal und einem Referenz-Taktsignal;
- e) der Phasendreher (14) wählt ein zweites Signal aus der Vielzahl von frequenzbehafteten Signalen aus, das gegenüber dem ersten Signal phasenverschoben ist, wobei die Auswahl des zweiten Signals aus der Vielzahl von frequenzbehafteten Signalen von dem Ausmaß der an den Phasendetektor (20) übermittelten Phasendifferenz abhängig ist; und
- f) von dem Phasendreher (14) wird das zweite Signal anstelle des ersten Signals als Taktsignal bereitgestellt, um das Ausmaß der Phasendifferenz zu verringern, wobei die Bereitstellung des zweiten Signals anstelle des ersten Signals in einem Zeitintervall erfolgt, in dem das erste und das zweite Signal jeweils einen inaktiven Zustand bzw. Ruhezustand aufweisen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Bereitstellung des zweiten Signals anstelle des
ersten Signals nach mindestens einem Taktzyklus des
zweiten Signals erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
von dem Phasendreher (14) ein drittes Signal aus der
Vielzahl von Signalen anstelle des zweiten Signals als
Taktsignal bereitgestellt wird, das bezogen auf das
zweite Signal phasenverschoben ist, wobei die
Bereitstellung des dritten Signals anstelle des zweiten
Signals in einem Zeitintervall erfolgt, in dem das zweite
und das dritte Signal jeweils einen inaktiven Zustand
bzw. Ruhezustand aufweisen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Bereitstellung des dritten Signals anstelle des
zweiten Signals nach mindestens einem Taktzyklus des
dritten Signals nach der Bereitstellung des zweiten
Signals erfolgt.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 4.
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