DE19938513C2 - Device and method for synchronizing fast analog electronics - Google Patents

Device and method for synchronizing fast analog electronics

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DE19938513C2 DE19938513A DE19938513A DE19938513C2 DE 19938513 C2 DE19938513 C2 DE 19938513C2 DE 19938513 A DE19938513 A DE 19938513A DE 19938513 A DE19938513 A DE 19938513A DE 19938513 C2 DE19938513 C2 DE 19938513C2
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Synchronisierung schneller analoger Elektronik, die einen Eingang für ein Analog-Signal eines digital angesteuerten Sensors, der mit einem Takt CLK' betrieben wird, aufweist. Die Vorrichtung enthält einen Ausgang (3) für ein Digital-Signal, eine analoge Verarbeitungsstufe (5) und einen A/D-Wandler (7), der das Ausgabesignal der analogen Verarbeitungsstufe (5) empfängt und mit einem internen Takt CLK gesteuert wird, um das Digital-Signal zu erzeugen. Die Vorrichtung enthält eine Digital-Schaltung (19), die die Taktdifferenzen zwischen dem Takt CLK' für den Sensor (13) und dem Takt CLK für den A/D-Wandler (7) nachmißt und einstellt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur digitalen Messung und Einstellung der Phasenbeziehung zweier Takte, wobei der eine Takt zur Ansteuerung eines digital angesteuerten Sensors und der andere Takt zur Steuerung eines A/D-Wandlers (7) dient, dem das Ausgabesignal des Sensors (13) nach einer analogen Verarbeitung zugeführt wird.The invention relates to a device for synchronizing fast analog electronics, which has an input for an analog signal of a digitally controlled sensor, which is operated with a clock CLK '. The device contains an output (3) for a digital signal, an analog processing stage (5) and an A / D converter (7) which receives the output signal of the analog processing stage (5) and is controlled by an internal clock CLK, to generate the digital signal. The device contains a digital circuit (19) which measures and adjusts the clock differences between the clock CLK 'for the sensor (13) and the clock CLK for the A / D converter (7). The invention also relates to a method for digitally measuring and adjusting the phase relationship of two clock cycles, one clock cycle being used to control a digitally controlled sensor and the other clock cycle being used to control an A / D converter (7) to which the output signal of the sensor ( 13) is fed after an analog processing.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Synchronisierung einer schnellen analogen Elektronik. Insbesonde­ re betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren, um das analoge Ausgabesignal eines digital angesteuerten Sensors zu­ nächst analog weiterzuverarbeiten und dann nach einer Ana­ log/Digital-Wandlung (A/D-Wandlung) synchronisiert auszugeben.The invention relates to an apparatus and a method for Synchronization of fast analog electronics. Insbesonde re the invention relates to an apparatus and a method to the analog output signal of a digitally controlled sensor next to be processed analogously and then after an Ana output log / digital conversion (A / D conversion) synchronized.

Häufig werden Sensoren digital angesteuert. Das Sensorsignal wird dann analog vorverarbeitet und einer Analog/Digital-Wandlung un­ terzogen, um später digital weiterverarbeitet zu werden. Beispie­ le hierfür sind ein CCD-Sensor (charge coupled device) oder ein Echolot.Sensors are often controlled digitally. The sensor signal is then preprocessed analog and an analog / digital conversion un trained to be digitally processed later. Step Example le for this are a CCD sensor (charge coupled device) or a Echo sounder.

Bei dem CCD-Sensor erfolgt die Steuerung mit dem Pixeltakt. Das Ausgabesignal wird analog vorverarbeitet, um das Signal zu ver­ stärken und den Signalverlauf zu formen. Danach erfolgt eine Ana­ log/Digital-Wandlung, und das A/D-gewandelte Signal wird zur Wei­ terverarbeitung, etwa an einem Computer gegeben.With the CCD sensor, control is carried out with the pixel clock. The Output signal is preprocessed analog to process the signal strengthen and shape the signal path. Then there is an Ana log / digital conversion, and the A / D converted signal becomes Wei terverarbeitung, such as given on a computer.

Bei einem Echolot erfolgt das Triggersignal für die Aussendung des Schallimpulses digital. Das Antwortsignal wird im Echo- Empfänger analog verstärkt und geformt. Die Zeitmessung erfolgt digital. Darüberhinaus ist oft eine digitale Weiterverarbeitung der Daten erwünscht.With an echo sounder, the trigger signal for the transmission takes place of the sound pulse digital. The response signal is echoed Analogue amplified and shaped receiver. The timing is done digital. In addition, there is often digital processing of the dates desired.

Bei den oben genannten Anwendungen ergibt sich das Problem, daß durch die anologe Signalverarbeitung eine zunächst unbekannte Durchlauf-Verzögerungszeit eingeführt wird. Beispielsweise liegt die Verzögerungszeit allein einer Signalverarbeitungskette gegen­ wärtig oft im Bereich von 10 bis 100 Nanosekunden, wenn fünf Ver­ stärkerstufen in Kaskade hintereinander geschaltet sind.In the above applications, there is a problem that due to the anologic signal processing an unknown at first Pass-through delay time is introduced. For example, lies  the delay time alone against a signal processing chain often in the range of 10 to 100 nanoseconds when five ver Strength levels are cascaded in series.

Wenn nun das Signal vor der analogen Verarbeitungskette digital ausgelöst wird und am Ende der Kette wiederum digital ausgewertet werden soll, dann stellt sich bei den gängigen Ereignisfolgefre­ quenzen in der Größenordnung von 10 MHz oder mehr das Problem, daß die digitale Steuerung am Ende der analogen Kette die Zuord­ nung treffen muß, welches der von ihr ausgelösten Ereignisse, et­ wa welches Videopixel oder welcher Schallimpuls, dem gegenwärtig verarbeiteten Signal entspricht.If the signal is now digital before the analog processing chain is triggered and digitally evaluated at the end of the chain then the usual event sequence sequences of the order of 10 MHz or more the problem that the digital controller at the end of the analog chain must decide which of the events it triggered, et wa which video pixel or which sound pulse, the present processed signal corresponds.

Auch ergibt sich das Problem, daß, wenn der Takt, der den A/D- Wandler steuert, nicht mit dem Sensorsignal synchronisiert ist, der A/D-Wandler das analoge Eingangssignal zwischen zwei Ereig­ nissen, beziehungsweise auf der Flanke eines Ereignisses, abta­ stet, also den Daten-Einschwingvorgang erfaßt.There is also the problem that if the clock that the A / D Controls the converter, is not synchronized with the sensor signal, the A / D converter the analog input signal between two events nits, or on the flank of an event, abta continuously, that is, the data transient process is recorded.

Ein ähnliches Problem tritt beim Entwurf schneller Modems auf. Hier wird angestrebt, daß der Datensender sich möglichst genau auf den Abtast-Takt der digitalen Telefon-Übertragungsstrecke synchronisiert. Nur dann kann die maximale Datenrate übertragen werden. Bei den 56 k-Modems, wie sie beispielsweise in der Zeit- schrift C't 1997 Heft 1, Seite 90 von Herwig Feichtinger: "Un­ gleiche Schwestern, . . . 56 k-Modems" beschrieben sind, wird ein zunächst digitales Computersignal als analoges Signal übertragen und dann an der Verbindungsstelle zu der digitalen Telefonleitung A/D-gewandelt. Hierbei ist es wünschenswert, daß der Takt des ur­ sprünglichen digitalen Computersignals und der Takt der digital abgetasteten Telefonleitung miteinander in Phase sind.A similar problem occurs when designing fast modems. The aim here is for the data sender to be as accurate as possible on the sampling clock of the digital telephone transmission link synchronized. Only then can the maximum data rate be transmitted become. With the 56 k modems, such as those used in the time font C't 1997 issue 1, page 90 by Herwig Feichtinger: "Un same sisters,. , , 56 k modems "are described first transmit digital computer signal as an analog signal and then at the junction with the digital phone line A / D-converted. It is desirable that the clock of ur original digital computer signal and the clock of digital scanned phone line are in phase with each other.

Hierfür wurde bisher eine digitale Schaltung vorgesehen, um ein Taktsignal zur Steuerung des Sensors und ein Taktsignal zur Steuerung des A/D-Wandlers zu erzeugen. Diese beiden Taktsignale hatten die gleiche Frequenz und waren phasenstarr miteinander verbunden. Zwischen ihnen wurde eine Phasenverschiebung einge­ stellt, die genau der Durchlauf-Verzögerungszeit der Analogschal­ tung entsprach. Allerdings war das Einstellen dieser Phasenbezie­ hung schwierig. Mit der einmal eingestellten Phasendifferenz wur­ de die Schaltung dann betrieben.Up to now, a digital circuit has been provided for this purpose  Clock signal for controlling the sensor and a clock signal for Generate control of the A / D converter. These two clock signals had the same frequency and were phase locked to each other connected. A phase shift was introduced between them represents exactly the throughput delay time of the analog scarf matched. However, this phase relationship was set hung difficult. With the phase difference set once de the circuit then operated.

Durch Streuungen der Charakteristika der einzelnen Bauelemente der Analogschaltung durch Temperaturschwankungen und/oder durch Schwankungen der Versorgungsspannungen unterliegt jedoch auch die Durchlauf-Verzögerungszeit Schwankungen. Dies führte dazu, daß die Schaltungen mit fest eingestellter Phasenbeziehung sehr hohe Anforderungen an die Umgebungstemperatur, die Versorgungsspannung und die Auswahl der Bauteile stellten.By scattering the characteristics of the individual components the analog circuit due to temperature fluctuations and / or However, fluctuations in the supply voltages are also subject to Pass-through delay fluctuations. This lead to the circuits with a fixed phase relationship are very high Requirements for the ambient temperature, the supply voltage and the selection of components.

Eine verbesserte Ausgestaltung sah vor, daß das Taktsignal für den A/D-Wandler eine Verarbeitungskette durchläuft, die der Ana­ log-Verarbeitungskette nachgebildet war. Hierbei war allerdings problematisch, daß sich nicht alle Analogschaltungen, wie etwa Maximumsdetektoren oder Impulsformer, für Digital-Signale eignen.An improved embodiment provided that the clock signal for the A / D converter goes through a processing chain that the Ana log processing chain was replicated. Here was however problematic that not all analog circuits, such as Maximum detectors or pulse shapers, suitable for digital signals.

Letztlich unterlag der Stand der Technik Einschränkungen minde­ stens einer der drei folgenden Parameter:
Ultimately, the prior art was subject to at least one of the following three parameters:

  • - Betriebszuverlässigkeit;- reliability;
  • - Zulässige Toleranzen der Bauelemente, Temperatur und Betriebs­ spannung;- Permissible component tolerances, temperature and operation tension;
  • - Erreichbare Geschwindigkeit (Frequenz).- Achievable speed (frequency).

Aus dem Dokument US 5 914 991 A sind Schaltungen zum Nachmes­ sen und zum Einstellen eines internen Taktes eines A/D- Wandlers mit dem Takt einer externen Steuerung bekannt. Mit Hilfe einer digitalen PLL-Schaltung wird abhängig vom Takt der externen Steuerung der Takt des A/D-Wandlers angepasst. Dem Dokument [2] ist somit nur entnehmbar, dass die im Doku­ ment [1] analoge Ausführung der PLL-Schaltung auch als digi­ tale PLL-Schaltung ausgeführt werden kann.From the document US 5 914 991 A are circuits to measure and for setting an internal clock of an A / D Known converter with the clock of an external controller. With Using a digital PLL circuit becomes dependent on the clock the clock of the A / D converter is adapted to the external control. The document [2] can therefore only be seen that the document ment [1] analog version of the PLL circuit also as digi tale PLL circuit can be performed.

In dem Dokument DE 693 16 043 T2 ist ein Abtastgenerator für einen digitalen Demodulator beschrieben. Aus diesem Dokument ist bekannt, die interne Taktfrequenz eines Analog-Digital- Wandlers zum Wandeln von Analogsignalen in Digitalsignale anzupassen. Jedoch ist aus dieser Entgegenhaltung nicht be­ kannt, wie eine Synchronisierung zwischen dem internen Takt des Analog-Digital-Wandlers und eines Analogsignals eines digital angesteuerten Sensors erfolgen kann.In document DE 693 16 043 T2 there is a scan generator for described a digital demodulator. From this document is known the internal clock frequency of an analog-digital Converter for converting analog signals into digital signals adapt. However, this document does not contain knows how to synchronize between the internal clock of the analog-to-digital converter and an analog signal digitally controlled sensor can take place.

Aus dem Dokument EP 0 756 417 A2 ist eine Vorrichtung zur Videosignalverarbeitung mit einer automatischen Phasenein­ stellung der Abtastzeiten bekannt. Ein spezielles Bildsignal, das nur zwei ausgewählte Grauwerte enthält, wird zur automa­ tischen Phaseneinstellung genutzt. Wie jedoch ein Nachmessen und Einstellen der Taktdifferenz zwischen dem internen Takt des A/D-Wandlers und dem Takt zur Steuerung des Sensors bei einem beliebigen Analogsignal eines digital angesteuerten Sensors erfolgen kann, ist nicht bekannt.Document EP 0 756 417 A2 describes a device for Video signal processing with an automatic phase position of the sampling times known. A special image signal that contains only two selected gray values becomes automa table phase setting used. But like a re-measurement and adjusting the clock difference between the internal clock of the A / D converter and the clock for controlling the sensor any analog signal of a digitally controlled Sensor can be done is not known.

Aus dem Dokument DE 197 14 142 C1 ist ein Phasendetektor für einen Phasenregelkreis (PLL-Kreis) bekannt. Mit Hilfe des Phasenregelkreises wird eine zweite Taktfrequenz so eingere­ gelt, dass der zweite Takt zu einem ersten Takt auch dann eine feste Phasenbeziehung hat, wenn die beiden Takte ver­ schiedene Frequenzen haben. Aus diesem Dokument [5] ist je­ doch nicht bekannt, wie eine variable Phasenlage zwischen zwei gleichfrequenten Takten eingeregelt werden kann. From document DE 197 14 142 C1 is a phase detector for a phase locked loop (PLL circuit) is known. With the help of Phase locked loop is entered a second clock frequency applies that the second bar to a first bar even then has a fixed phase relationship when the two bars ver have different frequencies. From this document [5] is ever not known how a variable phase relationship between two equal frequency cycles can be adjusted.  

Aus der Zusammenfassung des Dokuments JP 60-208174 A ist eine Eingangsschaltung für analoge Videosignale bekannt, die mit Hilfe des Zeilentaktes (HSync) einen Bildpunkttakt, den sogenannten Pixeltakt, erzeugt. Dieser Pixeltakt wird für die in der Eingangsschaltung durchgeführte Analog-Digital- Wandlung benötigt. Diese Eingangsschaltung enthält einen Eingang für ein Analogsignal, einen Ausgang für ein Digital­ signal, eine analoge Verarbeitungsstufe, einen A/D-Wandler, der zum Empfang eines Ausgabesignals der analogen Verarbei­ tungsstufe geschaltet ist und mit einem internen Takt gesteu­ ert wird, sowie eine Analogschaltung, die die Taktdifferenz zwischen dem internen Takt des Analog-Digital-Wandlers und einem zweiten Takt nachmisst und einstellt, der aus dem Vi­ deosignal ermittelt wird. Die Videosignalquelle wird nicht digital angesteuert. Die Analogschaltung ist ein bekannter Phasenregler (PLL), der zur Frequenzvervielfachung dient und nicht zum Nachregeln von triftenden Phasenverschiebungen analoger Verstärkerschaltungen eingesetzt werden kann. Das Taktsignal (CLK) des Analog-Digital-Wandlers kann somit nicht mit dem Taktsignal eines digital angesteuerten Sensors sicher und zuverlässig synchronisiert werden. Auch ist keine Mög­ lichkeit bekannt, beim Synchronisieren eine durch die analoge Signalverarbeitung verursachte variable Phasenverschiebung zu berücksichtigen.From the summary of document JP 60-208174 A is an input circuit for analog video signals known with the help of the line clock (HSync) a pixel clock, the so-called pixel clock. This pixel clock is used for the Analog-digital in the input circuit Change needed. This input circuit contains one Input for an analog signal, an output for a digital signal, an analog processing stage, an A / D converter, to receive an output signal of the analog processing is switched and controlled with an internal clock ert, as well as an analog circuit, the clock difference between the internal clock of the analog-digital converter and measures and adjusts a second bar, which from the Vi deo signal is determined. The video signal source is not digitally controlled. The analog circuit is a well known Phase controller (PLL), which is used for frequency multiplication and not for readjusting drifting phase shifts analog amplifier circuits can be used. The Clock signal (CLK) of the analog-digital converter can therefore not with the clock signal of a digitally controlled sensor and be synchronized reliably. There is also no possibility known when synchronizing one through the analog Signal processing caused variable phase shift too consider.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine sichere und zuverlässige Synchronisierung der schnellen analogen Elektronik zu gewähr­ leisten. The invention has the task of a safe and reliable To ensure synchronization of the fast analog electronics Afford.  

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung nach den Merkmalen des Anspruches 1 und durch ein Verfahren mit den Merk­ malen des Anspruchs 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen weitere vorteilhafte Anspekte der Erfindung.According to the invention, the object is achieved by a device according to the Features of claim 1 and by a method with the Merk paint the claim 10 solved. The dependent claims concern further advantageous aspects of the invention.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Synchronisierung schneller analoger Elektronik enthält einen Eingang für ein Analog-Signal eines digital angesteuerten Sensors, einen Ausgang für ein Digi­ tal-Signal, eine analoge Verarbeitungsstufe, einen A/D-Wandler, der zum Empfang eines Ausgangssignals der analogen Verarbeitungs­ stufe geschaltet ist und mit einem internen Takt gesteuert wird. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie desweiteren eine Digital-Schaltung enthält, die die Taktdifferenz zwischen dem Takt zur Steuerung des Sensors und dem Takt für den A/D- Wandler nachmißt und einstellt.The device for synchronization faster analog electronics contains an input for an analog signal a digitally controlled sensor, an output for a Digi tal signal, an analog processing stage, an A / D converter, that for receiving an output signal of the analog processing stage is switched and controlled with an internal clock. The device is characterized in that it furthermore a digital circuit that contains the clock difference between the clock for controlling the sensor and the clock for the A / D Converter measures and adjusts.

Der digital angesteuerte Sensor kann ein Echolot, ein CCD-Sensor oder ein Modem sein.The digitally controlled sensor can be an echo sounder, a CCD sensor or be a modem.

Entsprechend einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung, überwacht die Digitalschaltung die Ausgabewerte des A/D-Wandlers und regi­ striert die Anzahl der Fälle, in denen sich zwei aufeinanderfol­ gende Digitalwerte um mehr als einen vorgegebenen Betrag unter­ scheiden. Die Digitalschaltung ist ausgestaltet, um diese Anzahl zu minimieren. Diese Ausführungsform ist insbesondere im Zusam­ menhang mit CCD-Sensoren vorteilhaft, bei denen sich die Ausgabe­ werte zweier aufeinanderfolgender Pixel für gewöhnlich nicht deutlich unterscheiden. Wiederholtes Auftreten großer Unterschie­ de zweier aufeinanderfolgender digitaler Werte deutet darauf hin, daß der A/D-Sensor nicht den korrekten Wert des Signals abtastet, sondern daß der Abtastzeitpunkt des A/D-Wandlers auf der Flanke des Signals sitzt. Monitored according to an advantageous aspect of the invention the digital circuitry the output values of the A / D converter and regi shows the number of cases in which two successive digital values by more than a predetermined amount divorce. The digital circuit is designed to this number to minimize. This embodiment is in particular together associated with CCD sensors advantageous, in which the output usually do not value two consecutive pixels distinguish clearly. Repeated occurrence of large differences de two consecutive digital values indicates that the A / D sensor does not sample the correct value of the signal, but that the sampling time of the A / D converter on the edge of the signal sits.  

Entsprechend einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung überwacht die Digitalschaltung die digitalen Werte, die der A/D- Sensor ausgibt, und maximiert diese. Auf verschiedenen Gebieten der Elektronik wird die Pulsamplitudenmodulation (PAM) verwendet. Wenn ein solches Signal nach analoger Vorverarbeitung A/D- gewandelt wird, muß der Abtastzeitpunkt des A/D-Wandlers im Im­ pulsmaximum liegen. Auch hier ist es vorteilhaft, wenn sich auf­ einanderfolgende Digitalwerte nicht übermäßig unterscheiden.According to a further advantageous aspect of the invention the digital circuit monitors the digital values that the A / D Sensor outputs and maximizes them. In different areas the electronics uses pulse amplitude modulation (PAM). If such a signal after analog preprocessing A / D- is converted, the sampling time of the A / D converter in the Im pulse maximum. Again, it is advantageous if on do not overly distinguish successive digital values.

Die Phasenbeziehung zwischen dem Takt für den Sensor und dem Takt des A/D-Wandlers kann mit Hilfe einer Zählerschaltung eingestellt werden, die mit einem vielfach schnelleren Takt betrieben wird. Alternativ dazu kann die Phasenbeziehung mit Hilfe eines Schwell­ wertes und eines Rampensignals eingestellt werden. Hierfür weist die Digitalschaltung eine Schaltung zur Erzeugung eines Rampensi­ gnals und eine Vergleicherschaltung auf. Der Takt für die A/D- Wandlung wird ausgelöst, wenn das Rampensignal den Schwellwert übersteigt. Durch Änderung des Schwellwerts kann der Zeitpunkt für die Auslösung des A/D-Taktes verschoben werden.The phase relationship between the clock for the sensor and the clock of the A / D converter can be set using a counter circuit be operated with a much faster clock. Alternatively, the phase relationship can be established using a threshold value and a ramp signal can be set. For this points the digital circuit is a circuit for generating a ramp gnals and a comparator circuit. The beat for the A / D Conversion is triggered when the ramp signal hits the threshold exceeds. The time can be changed by changing the threshold value to trigger the A / D clock.

Die analoge Verarbeitungsstufe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann aus einer Vielzahl einzelner Verarbeitungsstufen, etwa Ver­ stärkern, Signalformern, Maximusdetektoren usw. weiter bestehen.The analog processing stage of the device according to the invention can be from a variety of individual processing stages, such as Ver amplifiers, signal formers, Maximus detectors, etc. continue to exist.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Synchronisierung schneller Elektronik wird ein Eingabesignal vorbereitet, daß das Ausgabesignal eines digital angesteuerten Sensors ist. Das Einga­ besignal wird analog weiterverarbeitet und anschließend einer Analog-Digital-Wandlung in einem A/D-Wandler unterzogen, der von einem internen Taktsignal gesteuert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenbeziehung der beiden Taktsignale für den Sensor und den Analog-Digital-Wandler ständig digital nachgemessen und nachgeregelt wird.According to the synchronization method according to the invention faster electronics an input signal is prepared that the Output signal of a digitally controlled sensor is. The entrance besignal is processed analog and then one Analog-to-digital conversion in an A / D converter subjected by is controlled by an internal clock signal. The invention The method is characterized in that the phase relationship of the two clock signals for the sensor and the analog-digital converter  is constantly digitally measured and adjusted.

Im Folgenden wird die Erfindung detailliert anhand einer bevor­ zugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt:In the following, the invention is described in detail with reference to a preferred embodiment with reference to the accompanying Described drawings in which:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 1 is a block diagram of an apparatus according to the invention;

Fig. 2 einen ersten Teil eines Flußdiagramm zur Erläuterung der Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figure 2 shows a first part of a flowchart for explaining the operation of the device according to the invention.

Fig. 3 einen weiteren Teil des Flußdiagramms aus Fig. 2. FIG. 3 shows another part of the flow chart from FIG. 2.

Die Vorrichtung aus Fig. 1 umfaßt einen Sensor 13, etwa einen CCD-Sensor. Dieser ist mit einer analogen Verarbeitungsstufe 5 mit mehreren Unterverarbeitungsstufen verbunden. Das Ausgangs­ signal des CCD-Sensors 13 wird nach der analogen Verarbeitung durch die Verarbeitungsstufe 5 einem A/D-Wandler 7 zugeführt. Der A/D-Wandler 7 gibt ein Digital-Signal aus, das digitale Bilddaten darstellt und beispielsweise von einem Computer (nicht gezeigt) weiterverarbeitet werden kann. In der gezeigten Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung desweiteren einen Oszillator 17, der ein erstes Taktsignal CLK' erzeugt. Das erste Taktsignal CLK' wird dem CCD-Sensor 13 eingegeben und steuert die Ausgabe dieses Sen­ sors. Mit jeder ansteigenden oder abfallenden Flanke des Taktsi­ gnal CLK' gibt der CCD-Sensor 13 ein Spannungssignal für ein Pi­ xel aus.The apparatus of Fig. 1 comprises a sensor 13, such as a CCD sensor. This is connected to an analog processing stage 5 with several sub-processing stages. The output signal of the CCD sensor 13 is fed to the A / D converter 7 after the analog processing by the processing stage 5 . The A / D converter 7 outputs a digital signal which represents digital image data and can be further processed, for example, by a computer (not shown). In the embodiment shown, the device further comprises an oscillator 17 which generates a first clock signal CLK '. The first clock signal CLK 'is input to the CCD sensor 13 and controls the output of this sensor. With each rising or falling edge of the clock signal CLK ', the CCD sensor 13 outputs a voltage signal for a pixel.

Das Taktsignal CLK' wird desweiteren einer Digitalschaltung 19 zugeführt. Die Digitalschaltung 19 empfängt auch das Ausgabesi­ gnal des A/D-Wandlers 7. Das Ausgabesignal der Digitalschaltung 19 wird dem A/D-Wandler 7 zugeführt und dient diesem als internes Taktsignal CLK. The clock signal CLK 'is further fed to a digital circuit 19 . The digital circuit 19 also receives the output signal of the A / D converter 7 . The output signal of the digital circuit 19 is fed to the A / D converter 7 and serves the latter as an internal clock signal CLK.

Die Digitalschaltung 19, die einen Mikroprozessor enthalten kann, führt einen Regelalgorithmus durch, um den Takt des A/D-Wandlers 7 auf das analog verarbeitete Sensorsignal abzustimmen. Dieses von der Digitalschaltung 19 ausgegebene interne Taktsignal CLK, hat die gleiche Frequenz wie das Taktsignal CLK' des Oszillators 17. Gegenüber diesem Taktsignal CLK' ist das interne Taktsignal CLK um dp phasenverschoben.The digital circuit 19 , which can contain a microprocessor, carries out a control algorithm in order to match the clock of the A / D converter 7 to the analog processed sensor signal. This internal clock signal CLK output by the digital circuit 19 has the same frequency as the clock signal CLK 'of the oscillator 17 . Compared to this clock signal CLK ', the internal clock signal CLK is out of phase by dp.

Die Digitalschaltung 19 ermittelt anhand des Ausgabesignals des A/D-Wandlers 7 den richtigen Wert der Phasenverschiebung dp.The digital circuit 19 determined on the basis of the output signal of the A / D converter 7 dp the correct value of the phase shift.

Zur Ermittlung der korrekten Phasenbeziehung dp zwischen den bei­ den Taktsignalen CLK' und CLK sind verschiedene Ansätze möglich. Beispielsweise kann eine sogenannte "Sparkle"-Detektion verwendet werden.To determine the correct phase relationship dp between the at Different approaches are possible for the clock signals CLK 'and CLK. For example, a so-called "sparkle" detection can be used become.

Wenn zum Abtastungszeitpunkt, zu dem der A/D-Wandler 7 ein Ana­ Signal 7 an seinem Eingang abtastet, das zu wandelnde Analog- Signal sich zu schnell ändert, dann wird die Wandlung unsicher. Es entstehen digitale Ausgabewörter, die merklich aus dem zeitli­ chen Verlauf der benachbarten Digital-Signale herausfallen. In Bilder blitzen diese Signalstellen "Sparkle" sozusagen auf.If, at the time of sampling when the A / D converter 7 samples an ana signal 7 at its input, the analog signal to be converted changes too quickly, then the conversion becomes uncertain. There are digital output words that fall out noticeably from the temporal course of the neighboring digital signals. These signal points "Sparkle" flash in pictures, so to speak.

Das Auftreten solcher "Sparkles" ist ein deutliches Zeichen da­ für, daß der A/D-Wandler überfordert ist (zum Beispiel durch die zu hohe Änderungsgeschwindigkeit des Analog-Signals). Läuft der Abtastzeitpunkt durch unerwünschte Einflüsse aus dem Auslegungs­ zeitfenster heraus, so ist vermehrt mit dem Auftreten dieser Sprakles-Codes zu rechnen.The appearance of such "sparkles" is a clear sign for that the A / D converter is overwhelmed (for example by the rate of change of the analog signal too high). Is the Sampling time due to undesirable influences from the design time window, so is the occurrence of this To calculate Sprakles codes.

Insbesondere, wenn von den Sensordaten bekannt ist, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Werten keine beliebig großen Änderungen auftreten dürfen, kann dieses Verfahren angewendet werden. Ein Beispiel hierfür ist die Wiedergabe von Bildinformationen. Die Abtastung eines Bildes mittels eines CCD-Sensors geschieht zweck­ mäßigerweise so, daß enggestellte periodische Muster (Lattenzäu­ ne) nicht zu Moiree-Effekte führen. Man vermeidet diesen Effekt durch Ortsfrequenz-Tiefpässe, eine Art Weichzeichner, die zu fei­ ne bildliche Details verwischen, bevor das Bild auf den strikt periodisch geteilten optoelektronischen Wandler gelangt. Bei richtiger Bemessung eines solchen Tiefpasses kann sich das Video­ signal von scharfen Objektkanten von einem Pixel zum nächsten nur noch um maximal ca. 30% des Wertebereichs ändern.Especially if it is known from the sensor data that between two consecutive values, no large changes  this procedure can be used. On An example of this is the reproduction of image information. The An image is scanned by means of a CCD sensor moderately so that narrow periodic patterns (picket ne) do not lead to moiree effects. You avoid this effect through spatial frequency low-pass filters, a kind of soft focus that is too fei blur pictorial details before the picture is strictly on the periodically divided optoelectronic converter arrives. at the video can correctly measure such a low pass signal from sharp object edges from one pixel to the next only change by a maximum of approx. 30% of the value range.

Über eine vorgegebene Anzahl von aufeinanderfolgenden Takten wird das digitale Ausgabesignal des A/D-Wandlers überwacht. Jedes Mal, wenn die Änderung zweier aufeinanderfolgender digitaler Ausgabe­ signale 30% des Wertebereichs übersteigt, wird ein Zähler hochge­ setzt. Die digitale Schaltung 19 steuert nun die Phasendifferenz zwischen den beiden Taktsignalen CLK' und CLK so, daß die Anzahl dieser Ereignisse minimiert wird. Hierfür ändert die Digital­ schaltung 19 die Phasendifferenz dp um einen kleinen Betrag in eine Richtung und prüft, ob die Häufigkeit der Ereignisse zu- oder abgenommen hat. Hat sie zugenommen, so erfolgte die Änderung in die falsche Richtung. Hat sie abgenommen, erfolgte die Ände­ rung in die richtige Richtung. Im darauffolgenden Schritt wird dementsprechend die Phasendifferenz zwischen den beiden Taktsi­ gnalen CLK' und CLK in die entgegengesetzte bzw. in die gleiche Richtung erneut geändert, und wiederum die Anzahl der Ereignisse überwacht. Die Phasendifferenz wird nun ständig in diesselbe Richtung geändert, bis die Häufigkeit der Ereignisse minimal ge­ worden ist. Bei diesem Minimalwert wird die Phasendifferenz ein­ gestellt. Vorteilhafterweise wird die Überprüfung der korrekten Phasenbeziehung der beiden Taktsignale CLK' und CLK periodisch wiederholt. The digital output signal of the A / D converter is monitored over a predetermined number of successive clock cycles. A counter is incremented each time the change in two consecutive digital output signals exceeds 30% of the value range. The digital circuit 19 now controls the phase difference between the two clock signals CLK 'and CLK so that the number of these events is minimized. For this purpose, the digital circuit 19 changes the phase difference dp by a small amount in one direction and checks whether the frequency of the events has increased or decreased. If it has increased, the change was made in the wrong direction. If it has decreased, the change has been made in the right direction. In the subsequent step, the phase difference between the two clock signals CLK 'and CLK is accordingly changed again in the opposite or in the same direction, and the number of events is again monitored. The phase difference is now constantly changing in the same direction until the frequency of events has become minimal. At this minimum value, the phase difference is set. The checking of the correct phase relationship of the two clock signals CLK 'and CLK is advantageously repeated periodically.

Ein anderer in den Fig. 2 und 3 gezeigter Ansatz zielt darauf ab, die Digitalwerte des Ausgabesignals zu maximieren. Auf ver­ schiedenen Gebieten der Elektronik wird die Pulsamplitudenmodula­ tion (PAM) verwendet. Als Beispiel dient wiederum das Videosignal aus einem CCD-Sensor.Another approach shown in Figs. 2 and 3 aims to maximize the digital values of the output signal. Pulse amplitude modulation (PAM) is used in various areas of electronics. The video signal from a CCD sensor is used as an example.

Wenn ein solches Signal nach analoger Vorverarbeitung A/D­ gewandelt wird, muß der Abtastzeitpunkt des A/D-Wandlers im Im­ pulsmaximum liegen. Ist dies nicht der Fall, kann der A/D-Wandler 7 auf die Impulsflanke geraten und das Abtastungsergebnis wird unsicher. Darüberhinaus geht bei einer Abtastung auf der, Signal­ flanke die Linearität der Signale untereinander verloren. Außer­ dem hat bereits geringes Jittern einen sehr starken Einfluß auf das Abtastergebnis.If such a signal is converted after analog preprocessing A / D, the sampling time of the A / D converter must be at the pulse maximum. If this is not the case, the A / D converter 7 can get on the pulse edge and the scanning result becomes uncertain. In addition, the linearity of the signals among one another is lost during a scan on the signal edge. In addition, even slight jitter has a very strong influence on the scanning result.

In dem in Fig. 2 und 3 gezeigten Flußdiagramm ist ein Beispiel für diese Maximum-Detektion gezeigt. In diesem Beispiel wird in zehn aufeinanderfolgenden Pixelzeilen eines CCD-Sensors 13 der Takt CLK für die A/D-Wandlung um jeweils ein Zehntel der Taktpe­ riode verschoben. Aufeinderfolgende Zeilen werden hier nur ver­ wendet, um den Speicheraufwand zu verringern. Das Ergebnis wäre exakter, wenn zehnmal dieselbe Zeile verwendet würde.An example of this maximum detection is shown in the flow chart shown in FIGS . 2 and 3. In this example, the clock CLK for the A / D conversion is shifted by one tenth of the clock period in ten successive pixel lines of a CCD sensor 13 . Successive lines are used here only to reduce the amount of memory. The result would be more accurate if the same line was used ten times.

Im Schritt 0 aus Fig. 2 wird der Vorgang gestartet (Einschalt­ normierung).The step is started in step 0 from FIG. 2 (switch-on normalization).

Im Schritt 1 wird die Verzögerung dp auf einen Minimalwert, bei­ spielsweise 0 gesetzt.In step 1 , the delay dp is set to a minimum value, for example 0.

Im Schritt 2 wird der Anfangswert für die Zeilennummer Z1 auf 1, das Pixel P auf 1 und der Maximalgrauwert M(Z) ebenfalls auf 0 gesetzt. In step 2 , the initial value for the line number Z1 is set to 1, the pixel P to 1 and the maximum gray value M (Z) is also set to 0.

Mit den Schritten 3 bis 6 wird aus der jeweiligen Zeile, nämlich der Zeile mit der Nummer Z, der höchste Pixelgrauwert herausge­ sucht und unter M(Z) gespeichert. Im einzelnen wartet Schritt 3 auf den Anfang der Zeile mit der Nummer Z, nämlich auf das Hori­ zontal-Synchronisier-Signal HSYNC. Im Schritt 4 wird der aktuelle Pixelgrauwert GW(P) mit dem Maximalgrauwert der Zeile M(Z) ver­ glichen. Wenn nötig, wird im Schritt 4a der Maximalgrauwert M(Z) aktualisiert. Im Schritt S wird dann überprüft, ob das Zeilenende erreicht ist. Andernfalls wird im Schritt 6 mit dem nächsten Pi­ xel fortgesetzt.With steps 3 to 6 , the highest pixel gray value is looked up from the respective line, namely the line with the number Z, and stored under M (Z). In detail, step 3 waits for the beginning of the line with the number Z, namely for the horizontal synchronization signal HSYNC. In step 4 , the current pixel gray value GW (P) is compared with the maximum gray value of line M (Z). If necessary, the maximum gray value M (Z) is updated in step 4 a. In step S it is then checked whether the end of the line has been reached. Otherwise, step 6 continues with the next pixel.

In dem darauffolgenden Schritt 7 wird die zu M(Z) gehörige Verzö­ gerung d(Z) gespeichert und dann dp um einen Betrag i erhöht, wobei i im gewählten Beispiel ein Zehntel der Taktperiodendauer ist. Ferner wird die Zeilennummer fortgeschaltet, wobei der Pi­ xelzähler auf den Zeilenanfang gesetzt und der Maximalgrauwert der Zeile auf 0 gesetzt wird.In the subsequent step 7 , the delay d (Z) associated with M (Z) is stored and then dp is increased by an amount i, where i in the selected example is one tenth of the clock period. The line number is also advanced, the pixel counter being set to the beginning of the line and the maximum gray value of the line being set to 0.

Wenn nun im Schritt 8 festgestellt wird, daß noch nicht alle 10 Zeilen abgearbeitet sind, dann wird die nächste Zeile mit Schritt 3 in Angriff genommen und mit den Schritten 3 bis 6 der nächste Maximalgrauwert gesucht und gespeichert.Now, if determined in step 8 that not all 10 lines have been processed, then the next line is taken to step 3 in attack and ran off with the steps 3 to 6 the next maximum gray value and stored.

In dem gezeigten Beispiel werden auf diese Art 10 Maximalgrauwer­ te für jede der abgetasteten Zeilen an entsprechenden Speicher­ plätzen M1 bis M10 abgelegt.In the example shown, 10 maximum gray values for each of the scanned lines are stored in corresponding memory locations M1 to M10 in this way.

In den darauffolgenden Schritten 9 bis 14 wird nun unter den Zei­ lenmaximalgrauwerten M1 bis M10 der größte herausgesucht und der zugehörige Wert dp der Verzögerung gespeichert. Mit dieser Verzö­ gerung dp kann fortan die Digitalschaltung 19 arbeiten. In the subsequent steps 9 to 14 , the largest is selected from the line maximum gray values M1 to M10 and the associated value dp of the delay is stored. This deferrers dp delay can henceforth the digital circuit 19 operate.

Der Ablauf des Flußdiagramms aus den Fig. 2 und 3 dient vor­ zugsweise als Ersteinstellung im Prüffeld nach der Fertigstellung des Produkts. Wenn ein Driften der Durchlauf-Verzögerung aufgrund von Temperaturschwankungen oder Schwankungen der Versorgungsspan­ nung erwartet werden muß, wird die digitale Schaltung 19 vorzugs­ weise in regelmäßigen Abständen den verwendeten dp-Werten nach­ korrigieren. Hierzu kann versuchsweise der Wert dp um ein Zehntel bis drei Zehntel der Taktperiodendauer geändert werden, und über­ prüft werden, ob ein neues Maximum gefunden werden kann.The sequence of the flow chart from FIGS . 2 and 3 is preferably used as the initial setting in the test field after the completion of the product. If a drift in the throughput delay must be expected due to temperature fluctuations or fluctuations in the supply voltage, the digital circuit 19 will preferably correct the used dp values at regular intervals. For this purpose, the value dp can be changed experimentally by one tenth to three tenths of the cycle period, and a check can be carried out to determine whether a new maximum can be found.

Obwohl die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform be­ schrieben wurde, ist sie hierauf nicht beschränkt. Anstelle des gezeigten CCD-Sensors 13 kann das Eingangssignal ebenso von einem Computermodem, einem Echolot oder einem anderen digital angesteu­ erten Sensor kommen.Although the invention has been described using a preferred embodiment, it is not limited to this. Instead of the CCD sensor 13 shown , the input signal can also come from a computer modem, an echo sounder or another digitally controlled sensor.

Die Einstellung der Änderung der Phasenbeziehung zwischen den Takten CLK und CLK' kann mittels eines Zählers in der Digital- Schaltung 19 erfolgen, der mit einem wesentlich höheren Takt be­ trieben wird.The setting of the change in the phase relationship between the clocks CLK and CLK 'can be done by means of a counter in the digital circuit 19 , which is operated with a much higher clock be.

Eine andere Möglichkeit ist die Einstellung über ein Rampensignal und einem Schwellwert, wie es z. B. durch einen AD9500 von Analog Devices durchgeführt wird.Another possibility is the setting via a ramp signal and a threshold, as it is e.g. B. by an AD9500 from Analog Devices is performed.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Synchronisierung schneller analoger Elektronik mit:
einem Eingang (1) für ein Analog-Signal eines digital angesteuer­ ten Sensors (13),
einem Ausgang (3) für ein Digital-Signal,
einer analogen Verarbeitungsstufe (5),
einem A/D-Wandler (7), der zum Empfang eines Ausgabesignals der analogen Verarbeitungsstufe (5) geschaltet ist und mit einem in­ ternen Taktsignal (CLK) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Taktsignal (CLK') die Signalausgabe des Sensors (13) steuert, und daß die Vorrichtung desweiteren eine Digitalschaltung (19) enthält, die die Taktdifferenz (dp) zwischen dem internen Takt­ signal (CLK) des A/D-Wandlers (7) und dem zweiten Taktsignal (CLK') zur Steuerung des Sensors (13) nachmißt und einstellt, wobei der Digitalschaltung (19) das zweite Taktsignal (CLK') zugeführt ist.
1. Device for synchronizing fast analog electronics with:
an input ( 1 ) for an analog signal from a digitally controlled sensor ( 13 ),
an output ( 3 ) for a digital signal,
an analog processing stage ( 5 ),
an A / D converter ( 7 ), which is connected to receive an output signal of the analog processing stage ( 5 ) and is controlled with an internal clock signal (CLK), characterized in that a second clock signal (CLK ') signals the sensor ( 13 ) controls, and that the device further includes a digital circuit ( 19 ), the clock difference (dp) between the internal clock signal (CLK) of the A / D converter ( 7 ) and the second clock signal (CLK ') for control of the sensor ( 13 ) measures and adjusts, the digital circuit ( 19 ) being supplied with the second clock signal (CLK ').
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Analog-Signal das Ausgabesignal eines Echolots ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the analog signal is the output signal of an echo sounder. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Analog-Signal das Ausgabesignal eines CCD-Sensors ist.3. Device according to claim 1, characterized in that the analog signal is the output signal of a CCD sensor. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Analog-Signal das Ausgabesignal eines Modems ist.4. The device according to claim 1, characterized in that the analog signal is the output signal of a modem. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Digital-Schaltung (19) die Phasenbeziehung der beiden Takte (CLK, CLK') so steuert, daß über eine vorgegebene Anzahl aufein­ anderfolgender Abtastungen die Anzahl der Änderungen des digita­ len Ausgabewertes, die größer als ein vorgegebener Grenzwert sind, minimiert wird.5. The device according to claim 1, characterized in that the digital circuit ( 19 ) controls the phase relationship of the two clocks (CLK, CLK ') so that the number of changes in the digita len output value over a predetermined number of consecutive samples are greater than a predetermined limit value is minimized. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Digital-Schaltung (19) die Phasenbeziehung der beiden Takte (CLK, CLK') so steuert, daß der Wert der Abtastung des A/D- Wandlers (7) maximiert wird.6. The device according to claim 1, characterized in that the digital circuit ( 19 ) controls the phase relationship of the two clocks (CLK, CLK ') so that the value of the sampling of the A / D converter ( 7 ) is maximized. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Digital-Schaltung (19) die Phasenbeziehung der beiden Takte (CLK, CLK') mittels einer digitalen Zählerschaltung steuert, die mit einem vielfach schnelleren Takt betrieben wird.7. The device according to claim 1, characterized in that the digital circuit ( 19 ) controls the phase relationship of the two clocks (CLK, CLK ') by means of a digital counter circuit which is operated with a much faster clock. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Digital-Schaltung (19) die Phasenbeziehung der beiden Takte steuert, indem eine Bezugsspannung geändert wird, wobei die Digi­ tal-Schaltung (19) eine Rampensignalerzeugungsschaltung und eine Vergleicherschaltung enthält, und wobei der interne Takt für den A/D-Wandler (7) ausgelöst wird, wenn das Rampensignal die Bezugs­ spannung übersteigt.8. The device according to claim 1, characterized in that the digital circuit ( 19 ) controls the phase relationship of the two clocks by changing a reference voltage, the Digi tal circuit ( 19 ) includes a ramp signal generating circuit and a comparator circuit, and wherein the internal clock for the A / D converter ( 7 ) is triggered when the ramp signal exceeds the reference voltage. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die analoge Verarbeitungsstufe (5) eine Vielzahl von Unterstufen (5) aufweist.9. The device according to claim 1, characterized in that the analog processing stage ( 5 ) has a plurality of sub-stages ( 5 ). 10. Verfahren zur Synchronisierung schneller analoger Elektronik mit den Schritten:
Vorbereiten eines analogen Eingabesignals eines digital angesteu­ erten Sensors (13),
analoge Verarbeitung des Eingabesignals, und
Umwandlung des verarbeiteten Eingabesignals in ein Digital-Signal mit einem A/D-Wandler (7), der von einem internen Taktsignal (CLK) gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Signalausgabe des Sensors (13) mit Hilfe eines zweiten Takt­ signals (CLK') gesteuert wird, und daß
die Phasenbeziehung des internen Taktsignals (CLK) für den A/D- Wandler (7) und des zweiten Taktsignals (CLK') für die Steuerung des digital angesteuerten Sensors (13) mit Hilfe einer Digital­ schaltung (19) nachgemessen und nachgeregelt wird, wobei der Digitalschaltung (19) das zweite Taktsignal (CLK')zugeführt wird.
10. Procedure for synchronizing fast analog electronics with the steps:
Preparing an analog input signal of a digitally controlled sensor ( 13 ),
analog processing of the input signal, and
Converting the processed input signal into a digital signal with an A / D converter ( 7 ) which is controlled by an internal clock signal (CLK),
characterized in that
the signal output of the sensor ( 13 ) is controlled using a second clock signal (CLK '), and that
the phase relationship of the internal clock signal (CLK) for the A / D converter ( 7 ) and the second clock signal (CLK ') for the control of the digitally controlled sensor ( 13 ) is measured and readjusted with the aid of a digital circuit ( 19 ), whereby the digital circuit ( 19 ) the second clock signal (CLK ') is supplied.
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