DE2941892A1 - Taktgenerator - Google Patents

Description

A.C.Choserot et al 6-15-8

Taktgenerator

Die Erfindung betrifft einen Taktgenerator, durch den aus einem externen Takt zwei interne sich nicht überlappende Takte abgeleitet werden.

Solche Taktgeneratoren werden vor allem in dynamischen MOS-Schaltungen verwendet. Die Betriebsweise dieser Schaltungen wird insofern als dynamisch bezeichnet, als in ihnen eine Information durch einfaches Speichern einer Ladung in der Gatter-Kapazität eines MOS-Transistors festgehalten wird. Dabei werden häufig nicht überlappende Taktphasen benötigt, um zuerst das Speichern von Ladungen und danach deren übertragung zu ermöglichen, ohne daß diese beiden Vorgänge sich zeitlich überschneiden.

Bei einem bekannten Taktgeber werden die beiden sich nicht überlappenden Takte durch eine geeignete Schaltung erzeugt, die ihrerseits durch einen externen Takt gesteuert wird (Französische Patentanmeldung 78 11235).

Bei dem bekannten Taktgenerator kann eine zeitliche Verzögerung zwischen dem externen Takt und den beiden sich nicht überlappenden internen Takten , die auf internen Signallaufzeiten in der Taktgeneratorschaltung beruht, im Falle von sehr hohen Schaltgeschwindigkeiten zu Schwierigkeiten führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen auch für sehr hohe Schaltgeschwindigkeiten geeigneten Taktgenerator der eingangs genannten Art zu schaffen.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den in dem Patentanspruch 1 gekennzeichneten Taktgenerator gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist in dem Patentanspruch 2 gekennzeichnet.

Von Vorteil ist, daß der erfindungsgemäße Taktgenerator bei beliebiger Frequenz des externen Taktes funktionsfähig ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den allgemeinen Aufbau eines erfindungsgemäßen Taktgenerators;

Fig. 2.a bis 2.d den zeitlichen Verlauf verschiedener in dem Taktgenerator nach Fig. 1 auftretender Signale;

Fig. 3 einen in dem Taktgeber nach Fig. 1 verwendeten Sägezahngenerator, als Blockdiagrämm;

Fig. H den Sägezahngenerator nach Fig. 3 in einer CMOS-Ausführung, und

Fig. 5 ein in dem Taktgenerator nach Fig. 1 verwendetes Flip-Flop in Block-Diagrammdarstellung.

In dem erfindugnsgemäßen Taktgenerator treten folgende Taktsignale auf:

H der externe Takt

Hl der erste interne Takt

H2 der zweite interne Takt

Der erste interne Takt Hl (vgl. Fig. 1 und 2.b) stimmt mit dem externen Takt H (Fig. 2.a) überein. Zwischen den beiden Takten

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gibt es demgemäß keine Zeitverzögerung.

Der zweite interne Takt H2 (Fig. 2.d) wird von einem Flip-Flop 1 geliefert, dessen einer Eingang durch den externen Takt H und dessen anderer Eingang durch ein Sägezahnsignal V (Fig. 2.c) , das von einem Sägezahngenerator 2 erzeugt wird, angesteuert werden.

Das Flip-Flop 1 wird durch die abfallende Flanke des externen Taktes H gesetzt und es wird dann zurückgesetzt, wenn das Sägezahnsignal V eine vorgegebene Bezugsspannung Vref erreicht.

Die steigende Flanke des Signals H2 wird wegen der Laufzeit in dem Flip-Flop 1 um eine Zeit t gegenüber der fallenden Flanke des Signals H verzögert, wodurch ein überlappen der beiden Signalflanken ausgeschlossen wird. Aus demselben Grund tritt eine Verzögerung zwischen dem Spannungswert Vref des Sägezahnsignals und der fallenden Flanke des Signals H2 auf. Diese Verzögerung ist aber in Fig. 2.d nicht dargestellt, da sie auf die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Taktgenerators keinen Einfluß hat.

Der Sägezahngenerator liefert folgende Ausgangssignale:

- eine Nullspannung, wenn das Signal H den logischen Zustand 1 aufweist;

- ein Sägezahnsignal unterschiedlicher Steigung, wenn das Signal H den Zustand 0 einnimmt.

Das Sägezahnsignal beginnt mit der fallenden Flanke des Signals H und es weist eine veränderliche Steigung auf, sodaß es unabhängig von der Periode des Signals H einen vorgegebenen Höchstwert Vmax erreicht (Fig. 2.c). Die Bezugsspannung Vref liegt um eine feste Spannungsdifferenz ^ V unter der Höchstspannung Vmax:

Vref = Vmax - «/$3^018/0826

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Somit läuft die fallende Flanke des internen Taktes H2 - bei beliebiger Periode des externen Taktes H - der steigenden Flanke des internen Taktes Hl vor, wodurch ein überlappen dieser beiden Singalflanken verhindert wird.

Die beiden internen Takte Hl und H2 überlappen sich somit - unabhängig von der Periode des externen Taktes H - nicht, dabei ist aber die Verzögerung gegenüber dem externen Takt H auf ein Minimum reduziert.

Das Sägezahnsignal V wird an den Anschlüssen eines Kondensators Cl abgegriffen, der durch einen spannungsgesteuerten Stromgenerator 3 aufgeladen wird (Fig. 3).

Ein parallel zu dem Kondensator liegender und durch den externen Takt H gesteuerter Schalter 4 dient zum Entladen des Kondensators Cl .

Ein Spannungs-Komparator 5 ist einerseits mit einer Bezugsspannungsquelle 6 und andererseits mit einem Höchstwert-Detektor 7 verbunden, welcher für jeden Sägenzahnanstieg V die erreichte Höchstspannung abzüglich der vorgegebenen Spannungsdifferenz <4 V liefert. Die Ausgangsspannung des Komparators 5 steuert über einen Tiefpass 8 den Ausgangsstrom des Stromgenerators 3·

Solange der äußere Takt H den logischen Wert 1 einnimmt, ist der Schalter Ί geschlossen, und somit befindet sich das Sägezahnsignal V auf Null.

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Nimmt der Takt H den Wert Null an, so ist der Schalter *» geöffnet, und der Kondensator Cl wird aufgeladen. Die Aufladung wird durch die einen Regelkreis bildenden Schaltungsteile 5, 6, 7 und 8 gesteuert.

Der Regelkreis legt den Ausgangsstrom des Stromgenerators derart fest, daß der Sägezahn-Spitzenwert gleich dem vorgegebenen Spannungshöchstwert Vmax wird. Im Gleichgewicht ergibt sich somit:

- die Spannung an dem Punkt A = Vmax

- die Spannung an dem Punkt B = Vmax - Δ V = Vref.

Ist der Ladestrom zu groß, ergibt sich:

- die Spannung an dem Punkt A ^ Vmax;

- die Spannung an dem Punkt B > Vref.

Der Spannungs-Komparator 5 ist dabei unausgeglichen und er ändert seine Ausgangsspannung derart, daß der Ausgangsstrom des Stromgenerators 3 verringert wird.

Ist der Ladestrom dagegen zu niedrig , ergibt sich:

- die Spannung an dem Punkt A < Vmax;

- die Spannung an dem Punkt B < Vref.

Der Spannungs-Komparator 5 ist in der entgegengesetzten Richtung unausgeglichen und er ändert seine Ausgangsspannunc auch in entgegengesetzter Richtung, so daß dabei der Ausgangsstrom des Stromgenerators 3 vergrößert wird.

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Die aus Fig. H ersichtliche C-MOS-Ausführung des Sägezahngenerators wird mit einer positiven Spannung VDD gespeist. In der Schaltung werden MOS-Transistoren des Anreicherungstyps verwendet. Der Schalter H enthält einen n-Kanal-Transistor Ml, an dessen Gate der externe Takt H angelegt wird.

Der Stromenerator 3 enthält einen p-Kanal-Transistor M2, an dessen Gate die Steuerspannung angelegt wird.

Die Bezugsspannungsquelle 6 enthält eine aus Widerständen Rl und R2, die zwischen der Speisespannung und Erde liegen, bestehende Widerstandsbrücke.

Der Spannungs-Komparator 5 weist einen Differenzverstärker auf, der zwei p-Kanal-Transistoren M3 und M*J enthält, deren jeweilige Gates die Eingänge des Komp rators darstellen. Die Source-Anschlüsse dieser beiden Transistoren sind über einen als Stromgenerator dienenden p-Kanal-Transistor M5 an die Speisespannung angeschlossen. Der Drain-Anschluß des Transistors M3 liegt direkt an Erde. Der Drain-Anschluß des Transistors M4 bildet den Ausgang des Differenzverstärkers und er ist über einen den Lastwiderstand darstellenden n-Kanal-Transistor M6 mit Erde verbunden. Die Transistoren M5 und M6 sind durch einen p-Kanal-Transistor M7, einen Widerstand R3 und einen n-Kanal-Transistor M8 vorgespannt. Die Gate-Anschlüsse der Transistoren M7 und M8 sind jeweils mit ihrem Drain-Anschluß verbunden, so daß die Transistoren in Sättigung betrieben werden. Der Transistor M7 legt den Wert des durch den Transistor M5 fließenden Stromes fest. Das Verhältnis der Ströme in den Transistoren M5 und M7 hängt von dem Verhältnis ihrer Abmessungen ab. Der Transistor M8 bestimmt den Widerstandswert des Transistors M6.

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Der Tiefpass 8 wird durch einen Kondensator C2 und den Widerstand des Transistors M6 gebildet.

Der Höchstwert-Detektor 7 enthält:

- eine zwischen den Punkten A und B liegende Diode D, und zwar mit Durchlassrichtung von A nach B;

- einen zwischen der Kathode der Diode D und Erde liegenden Widerstand RH;

- die Gate-Streukapazität Cp (in Fig. 4 gestrichelt dargestellt) des Transistors M3.

Die Diode D hat eine doppelte Funktion:

- in Durchlassrichtung liefert sie die vorgegebene Spannungsdifferenz Λ V zwischen den Punkten A und B;

- in Sperrrichtung verhindert sie, daß sich die Streukapazität Cp schnell entlädt, wenn der Schalter k schließt.

Der Widerstand R^ weist einen so hohen Widerstandswert auf, daß sich die Streukapazität Cp über ihn nur sehr langsam entlädt.

Die durch den Tiefpass 8 und den Höchstwert-Detektor 7 gegebenen Zeitkonstanten haben den Zweck, Schwingungen des Regelkreises zu verhindern.

Das Blockschaltbild des Flip-Flops 1 ist aus Fig. 5 ersichtlich. Das Flip-Flop 1 kann in unterschiedlicher Weise realisiert werden, z.B. als integrierte Schaltung. Der interne Takt H2 wird an dem Ausgang Q eines RS-Flip-Flops 9 abgegeben.

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Das Signal H2 geht in den Zustand 0 über, wenn an den Eingang R des Flip-Flops 9 der logische Zustand 0 angelegt wird. Dies ist dann der Fall, wenn dem Eingang über einen invertierenden Schmitt-Trigger 10 ein Sägezahnsignal V, das größer als die Bezugsspannung Vref ist, zugeführt wird.

Das Signal H2 wechselt in den Zustand 1 über, wenn der Eingang S des Flip-Flops 9 den logischen Zustand 0 annimmt. Dies ist der Fall, wenn dem Eingang über ein ODER-Gatter 11 die fallende Flanke des externen Taktes H zugeführt wird.

Ein Schmitt-Trigger 12 gibt an seinem Ausgang ein Signal 1 ab, wenn das an seinem Eingang anliegende Säcezahnsignal V einen Spannungswert Vs erreicht, der geringfügig großer als Null ist. Er unterdrück dabei über das ODER-Gatter 11 während des Sägezahnanstiegs das Signal H. Somit kann das Flip-Flop 9 durchschalten, sobald sein Eingang R aktiviert wird, d.h. wenn das Sägezahnsignal V die Spannung Vref erreicht.

Der vollständige Taktgenerator gemäß der Erfindung kann als integrierte CMOS-Schaltung ausgebildet werden.

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Claims (2)

1. STANDARD ELEKTRIK LORENZ 29A 1 892

   AKTIENGESELLSCHAFT
   STUTTGART

   A.C.Choserot - J .S .Colardelle - J.P.M.Pillou 6-15-8

   Patentansprüche

   Taktgenerator, durch den aus einem externen Takt zwei interne, sich nicht überlappende Takte abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der erste interne Takt (Hl) dem externen Takt (H) entspricht, und daß der zweite interne Takt (H2) erzeugt wird durch :

   a) einen durch den externen Takt (H) gesteuerten Sägezahngenerator (2), durch den ein Sägezahnsignal (V) abgegeben wird, das Null ist, wenn der Takt den logischen Zustand 1 aufweist und das Sägezahnform annimmt, wenn der Takt den logischen Zustand 0 aufweist, wobei die Sägezahnsteigung derart veränderlich ist, daß das Sägezahnsignal unabhängig von der Periode des externen Taktes (H) einen vorgegebenen Höchstwert (Vmax) erreicht,

   b) ein den zweiten internen Takt (H2) abgebendes Flip-Flop (1), an dessem ersten Eingang der externe Takt (H) und an dessem zweiten Einang das Sägezahnsignal (V) anliegt und das durch eine an dem ersten Eingang eintreffende abfallende Flanke des externen Taktes (H) gesetzt und

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   15.10.79 -/-

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   ORIGINAL INSPECTED

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   durch das an dem zweiten Eingang eintreffende Sägezahnsignal (V) dann zurückgesetzt wird, wenn dieses einen unter dem Höchstwert (Vmax) liegenden vorgegebenen Spannungswert (Vref) erreicht.
2. 2) Taktgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Sägezahngenerator (2) aufweist:

   a) einen durch einen spannungsgesteuerten Stromgenerator (3) aufgeladenen Kondensator (Cl);

   b) einen parallel zum dem Kondesator (Cl) liegenden und durch den externen Takt (H) derart gesteuerten Schalter (¹O , daß er bei dem logischen Zustand 1 geschlossen ist;

   c) einen Regelkreis, der einen Spannungskomparator (5) enthält, dessen einer Eingang mit einer den vorgegebenen Spannungswert (Vref) lieferenden Bezugsspannungsquelle (6) dessen anderer Eingang mit einem Höchstwert-Detektor (7), der bei jedem Anstieg des Sägezahnsignals (V) die an den Kondensatoranschlüssen erreichte Spannung minus dem vorgegebenen Spannungswert (Vref) liefert (4V = Vmax - Vref), und dessen Ausgang über einen Tiefpass (8) mit dem Steuereingang des Stromgenerators (3) verbunden ist.

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