DE3033867A1

DE3033867A1 - Impulsfrequenzvervielfacher

Info

Publication number: DE3033867A1
Application number: DE19803033867
Authority: DE
Inventors: Tsuneo Hachioji Funabashi; Haruo Tokyo Koizumi; Hideo Tokyo Nakamura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-09-10
Filing date: 1980-09-09
Publication date: 1981-04-09
Also published as: GB2061652B; DE3033867C2; JPS5639624A; US4353030A; GB2061652A

Description

HITACHI, LTD.

5-1, Marunouchi 1-chome, Chiyoda-ku,

Tokyo, Japan

Impulsfrequenzvervielfacher

Die Erfindung betrifft einen Impulsfrequenzvervielfacher und insbesondere eine Impulsfrequenzvervielfacherschaltung, die sich gut' für die Herstellung von LSI-Schaltungen eignet und auf der Basis eines externen Taktsignals ein entsprechend multipliziertes internes Taktsignal einer gegebenen Frequenz liefert.

Mit fortschreitender Entwicklung der LSI-Technologie wurden in steigendem Maße Steuersysteme entwickelt, bei denen ein Mikroprozessor (im folgenden/kurz als MPU bezeichnet) eingesetzt wird. Bei derartigen Kontrollsystemen, bei denen insbesondere eine Steuerung hoher

81-(A4932-O3)-SF/Wu

130015/0800

Genauigkeit verlangt wird, wird allgemein eine solche Systemanordnung herangezogen, daß eine periphere LSI-Schaltung zwischen dem MPU und einer Terminaleinrichtung vorgesehen wird, die entweder gesteuert oder deren Daten verarbeitet werden sollen, wobei der Mikroprozessor hauptsächlich die erforderlichen Daten verarbeitet, während die periphere LSl-Schaltung den Datentransfer zwischen dem Mikroprozessor und der Terminaleinrichtung kontrolliert. In diesem Fall empfängt die periphere LSI-Schaltung die Eingangsdaten mit der Taktsteuerung der Terminalseite und ordnet sie in ein Datenformat wie etwa eine 8-Bit-Paralleldatenanordnung zum Transfer zum Mikroprozessor um.

Wenn die periphere LSI-Schaltung im umgekehrten Fall Daten eines derartigen Formats vom Mikroprozessor empfängt, erzeugt sie eine bestimmte Impulsbreite, eine Impulsreihe, ein Ein/Aus-Signal oder ein Analogsignal in Entsprechung zu den empfangenen Daten und überträgt diese mit der Taktsteuerung der Terminalseite.

Bei dem obigen Kontrollsystem kann ein vom Mikroprozessor gelieferter Synchronisationstakt für den Steuertaktimpuls in der peripheren LSI-Schaltung als solcher verwendet werden, wenn zur Steuerung der Logikeinheiten der Terminaleinrichtung und der peripheren LSI-Schaltung keine hohe Geschwindigkeit verlangt ist. Wenn die periphere LSI-Schaltung allerdings mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit arbeiten soll, ist ein Synchronisationstakt des Mikroprozessors, beispielsweise ein Steuertaktimpuls über 1 MHz, für die periphere LSI-Schaltung erforderlich.

130015/0800

Venn die Logikschaltung zur Herstellung einer peripheren LSI-Schaltung mit hoher Dichte und zur Verringerung des Leistungsverbrauchs der peripheren LSI-Schaltung mit dynamischen Gates aufgebaut ist, hängt der Betrieb der Schaltung von einer Taktfrequenz ab, weshalb ein Steuertaktimpuls hoher Geschwindigkeit erforderlich ist. Wenn der interne Impuls der peripheren LSI-Schaltung ferner schneller ist, steigt damit die Menge der innerhalb einer festgelegten Zeit verarbeiteten Daten an. Es ist daher bei einer einzigen peripheren LSI-Schaltung möglich, eine Vielzahl von 'Terminaleinrichtungen zu steuern. Hochwertige Systeme können daher sehr kompakt und klein gebaut werden, wobei jedoch in diesen Fällen Steuertaktimpulse hoher Geschwindigkeit erforderlich sind.

Das einfachste Verfahren zur Beschleunigung des internen Takts der peripheren LSI-Schaltung besteht darin, mit einem separaten Taktgenerator unabhängig von dem des Mikroprozessors ein Taktsignal zu erzeugen, das ausschließlich für die periphere LSI-Schaltung herangezogen wird. Da dieses Verfahren dementsprechend ein zusätzliches Takterzeugungssystem neben dem Taktgeber des Mikroprozessors aufweist, ist die Synchronisation des Mikroprozessors mit der peripheren LSI-Schaltung schwierig. Hinzu kommt, daß die periphere LSI-Schaltung für gegenwärtig übliche Mikroprozessoren nicht verwendet werden kann, wenn der für die periphere LSI-Schaltung erforderliche schnelle Taktgeber für das Gesamtsystem verwendet werden soll.

Zur Erhöhung der Betriebsgeschwindigkeit der mit dem Mikroprozessor verbundenen peripheren LSI-Schaltung ist

130 0.1 S/0800

es infolgedessen erforderlich, eine Impulsfrequenzvervielfacherschaltung einzusetzen, die an die LSI-Herstellung angepaßt werden kann und auf der Basis eines periodischen Signals vom Mikroprozessor ein internes Taktsignal einer Frequenz zu liefern vermag, die η-fach höher ist als die Frequenz des periodischen Signals vom Mikroprozessor.

Herkömmliche Impulsfrequenzvervielfachersysteme eignen sich allerdings nicht für mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit arbeitende Impulserζeugungssysteme, wie sie für die Erzeugung der internen Taktimpulse der peripheren LSI-Schaltung gebraucht werden.

< S. &CL>

Aus der JA-AS 26 980/77 ist ferner ein anderer Impulsfrequenzvervielfacher bekannt, der eine Frequenz erhält, die das η-fache einer Referenz-Impulsfrequenz darstellt, wobei zwei Generatorschaltungen verwendet werden, die Dreieckwellenspannungen erzeugen. Bei dieser bekannten Schaltung wird mit einem ersten Generator eine erste Dreieckwellenspannung mit gleicher Periode wie beim Referenzimpuls erzeugt. Der Peakwert der erzeugten ersten Dreieckwellenspannung wird mit einer Halteschaltung aufrechterhalten. Dieser konstant^gehaltene Peakwert wird mit einem Abschwächer auf 1/n heruntergeteilt. Die 1/n-Spannung wird an einen Eingangsanschluß eines Vergleichers gelegt. Der zweite Generator erzeugt eine zweite Dreieckwellenspannung, die sich von einem Referenzpegel mit gleicher Steigung wie bei der ersten Dreieckwellenspannung ändert; bei der Rückstellung kehrt sie zum Referenzpegel zurück und ändert sich wiederum mit der obigen Steigung. Die zweite Dreieckwellenspannung wird an den

1 300 1 B/0800

So weisen beispielsweise PLL-(phase lock loop)Systeme, die als Impulsfrequenzvervielfachersysteme allgemein verbreitet sind, den Nachteil auf, daß Fehler in der Impulsbreite der Ausgangsimpulse innerhalb des Intervalls von Impulsen auftreten, die von einem in derartigen Systemen enthaltenen Hochfrequenzoszillator erzeugt werden. Solche Systeme eignen sich daher nicht als Impulsfrequenzvervielfacher für periphere LSI-Schaltungen. ^>

130015/0800

anderen Eingangsanschluß des Vergleichers gelegt* Der Vergleicher erzeugt, wenn beide Dreieckwellenspannungen zusammenfallen, ein Ausgangsimpulssignal. Aufgrund des Ausgangßimpulssignals stellt eine Rückstellschaltung den Generator für die zweite Dreieckwellenspannung zurück.

Mit dieser "bekannten Schaltung lassen sich im Idealfall Frequenzen erzeugen, die beliebige Vielfache des Referenzimpulses sind. Beim praktischen Einsatz in Schaltungen, insbesondere LSI-Schaltungen, ist es allerdings schwierig, die erste Dreieckwellenspannung genau auf Λ/η abzuschwächen. Es ist ferner unmöglich, die Rückstellzeit der zweiten Dreieckwellenspannung bis auf Null zu verringern. Es ist daher schwierig, eine erwünschte multiplizierte Frequenz mit einer derartigen Schaltung zu erzeugen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Impulsfrequenzvervielfacherschaltung anzugeben, mit der eine genaue Erzeugung von· Impulsen mit einer Frequenz möglich ist, die ein beliebiges Vielfaches eines äußeren angelegten Referenzimpulses darstellt. Die Schaltung soll sich dabei gut in Schaltungsanordnungen für die Herstellung von LSI-Schaltungen und insbesondere für mit MOS-Strukturen aufgebaute LSI-Schaltungen eignen. Die Impulsfrequenzvervielfacherschaltung soll ferner durch Änderungen in der Charakteristik aufgrund charkakteristischer Veränderungen von Bauelementen bei der Herstellung von LSI-Schaltungen sowie Temperaturänderungen nur wenig beeinflußt werden.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

130015/0800

■- MB -

Der erfindungsgemäße Impulsfrequenzvervielfacher umfaß ti

-eine Schaltung zur Erzeugung einer Referenzspannung, die, nachdem ein auf ein gegebenes Potential aufgeladener erster Kondensator mit einer festgelegten Spannungsabschwächungsgeschwindigkeit während einer der Impulsbreite eines Referenzimpulses entsprechenden Zeitperiode entladen wurde, die Klemmenspannung des ersten Kondensators als Referenzspannung erzeugt;

- eine Generatorschaltung für eine Dreieckwellenspannung, die alternierend zwei auf ein gegebenes Potential aufgeladene zweite Kondensatoren mit einer Spannungsabschwächungsgeschwindigkeit entlädt, die das η-fache der Spannungsabschwächungsgeschwindigkeit des ersten Kondensators ist, und alternierend eine dreieckwellenförmige abgeschwächte Spannung erzeugt, die

: am Anschluß der zweiten Kondensatoren während der Entladungsperiode erhalten wird;

.- eine Vergleieherschaltung zur Erzeugung eines Impulses, wenn die Referenzspannung mit der Dreieckwellenspannung zusammenfällt;

- eine Flipflopschaltung, die von einem Ausgangsimpuls von der Vergleicherschaltung gesteuert wird,

sowie

- eine Gener at or schaltung, die (Taktsteuerimpulse erzeugt, auf einen Ausgangsimpuls von der Flipflopschal-. tung anspricht und ein !Taktsignal zum Schalten des AufLadens/Entladens jedes der beiden zweiten Kondensatoren zur Übertragung auf die Generatorschaltung zur Erzeugung der Dreieckwellenspannung erzeugt,

130015/0800

-JBt-

wodurch von der Flipflopschaltung Impulse mit einer Frequenz erhalten werden, die das η-fache der Frequenz der Referenzimpulse darstellt.

Mit dieser Schaltungsanordnung wird die Impulsbreite eines Referenzimpulses (beispielsweise ein von einem Mikroprozessor MPU stammender Synchronisationsimpuls) durch die Generatorschaltung, die die Referenzspannung erzeugt (im folgenden kurz als Referenzspannungsgenerator bezeichnet), in eine entsprechende Spannung umgewandelt. Der durch die Umwandlung entstandene Spannungswert wird mit der Dreieckswellen-Ausgangsspannung der Generatorschaltung verglichen, die die Dreieckwellenspannung erzeugt (im folgenden kurz als Dreieckwellengenerator bezeichnet). Das Abschwächungsverhältnis der Dreieckwellenspannung hängt von der Kapazität des zweiten Kondensators und der Stromstärke in einer Konstantstromschaltung ab, mit der die Entladungsschaltung versehen ist. In diesem Fall muß der Absolutwert des Stroms nicht berücksichtigt werden.

Erfindungsgemäß hängt das Multiplikationsverhältnis η der Frequenz.vom relativen Verhältnis der Spannungsabschwächungsraten der ersten und zweiten Kondensatoren ab. Wenn die ersten und zweiten Kondensatoren beispielsweise gleich dimensioniert werden, kann durch bloße Auswahl des Stroms der zweiten Konstantstromschaltung zur Entladung des zweiten Kondensators auf einen konstanten Stromwert, der das η-fache des Stroms der ersten Konstantstromschaltung zur Entladung des ersten Kondensators bei konstantem Strom ist, eine Dreieckwelle erzeugt werden, die die Referenzspannung für eine 1/n-Periode der Impulsbreite des

130015/080 0

-γ-

-Al-

Referenzimpulses erreicht. Die Konstantstromschaltung •kann leicht nach der LSI-Technologie erzeugt werden, wenn von den Vorteilen des Betriebs von MOS-Transistoren im Sättigungsbereich Gebrauch gemacht wird. Die zweite Konstantstromschaltung kann aus η Stück der ersten Konstantstromschaltung zusammengesetzt werden, wobei bei gleichem Aufbau parallel angeordnet wird. Der Wert η kann demgemäß frei und mit hoher Genauigkeit gewählt werden. Alternativ werden die erste und zweite Konstantstromschaltung so ausgelegt, daß sie gleiche Stromwerte aufweisen, wobei die Kapazitäten der ersten und der • zweiten Kondensatoren so ausgexvählt werden, daß sie im Verhältnis 1:n stehen, was auch lediglich durch Auswahl des Flächenverhältnisses der beiden Kondensatoren zu n:1 geschehen kann.

Der Referenzspannungsgenerator und der Dreieckwellengenerator, die zwei miteinander zu vergleichende Spannungen erzeugen, sind erfindungsgemäß analog aufgebaut, so daß hierdurch leicht eine gute relative Genauigkeit der beiden Generatoren erzielt wird und LSI-fabrikationsbedingte und von der Temperaturabhängigkeit hervorgerufene charakteristische Änderungen durch Änderung der Referenzspannung unterdrückt werden. Falls überhaupt eine Verschiebung der Periode des Ausgangsimpulses auftritt, kann diese durch Steuerung der Kondensatorentladungszeit des Referenzspannungsgenerators durch von einer Taktsteuerimpulserzeugungsschaltung erzeugte Taktsteuerimpulse automatisch korrigiert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung

130015/0800

naher erläutert; es zeigen:

Fig. 1: ein Blockdiagramm des Schaltungskonzepts einer erfindungsgemäßen Impulsfrequenzvervielfacherschal tung;

Fig. 2: ein Schaltbild einer Ausführungsform des im Blockschaltbild von Pig. 1 verwendeten Referenzspannungsgenerat ο rs ;

Fig. J: ein Schaltbild einer Ausführungsform des im Blockschaltbild von Fig. 1 verwendeten Dreieckwellengenerators ;

Fig. 4: ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Konstantstromschaltung, die für die Schaltungen von Fig. und 2 verwendbar ist;

Fig. 5a: ein Schaltbild einer Vergleicherschaltung 3» die in dem in Fig. 3 dargestellten Blockschaltbild enthalten ist;

Fig. ^b: eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der Vergleicherschaltung von Fig. 5a;

Fig. 6: ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Flipflopschaltung 4, die im Blockschaltbild von Fig. Ί verwendet ist;

Fig. 7· ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Generatorschaltung zur

130015/0800

Erzeugung der Taktsteuerimpulse;

Pig. 8: ein Schaltbild einer Ausführungsform der in der Schaltung von Pig. 7 verwendeten Schieberegister 51;

Fig. 9a und 9b: detaillierte Schaltungsanordnungen der Schaltung 53 von Fig. 7;

Pig. 10 und 11: Wellenformen verschiedener Impulssignale in den verschiedenen Abschnitten der obigen Ausführ ungs formen

und

Pig. 12a und 12b: Signalwellenformen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung der Pig. 9a und 9b.

In Pig. 1 ist der grundlegende Aufbau eines erfinduriRSgemäßen Impulsfrequenzvervielfachers dargestellt. Der Referenzspannungsgenerator Λ. erzeugt eine Referenzspannung, die einer Eingangsperiode eines Referenzimpulses entspricht; der Dreieckwellengenerator 2 erzeugt ein Dreieckwellensignal durch Wiederholung einer zeitlichen Spannungsabschwächung. Die Vergleicherschaltung J5 (im folgenden kurz als Vergleicher bezeichnet) erzeugt einen Impuls, wenn die dem Eingangsanschluß A zugeführte Dreieckwellenspannung mit der dem Eingangsanschluß B zugeführten Referenzspannung zusammenfällt bzw. übereinstimmt. Die Plipflopschaltung 4 (im folgenden kurz als Flipflop bezeichnet) wird von Ausgangsimpulsen vom Vergleicher Jj_- gesteuert. Die Taktimpulsgeneratorschaltung j?

130015/0800

(im folgenden kurz als Taktimpulsgenerator bezeichnet) spricht auf externe, von außen angelegte Referenzimpulse Ei, die beispielsweise von einem Mikroprozessor MPU stammen, Startimpulse CLKO und entsprechende Ausgangsimpulse vom Vergleicher J5. u^d ^vom Flipflop 4 an, steuert den Referenzspannungsgenerator _1_ und den Dreieckwellengenerator _2 unter Verwendung dieser Eingangsimpulse an und erzeugt die erforderlichen verschiedenen Taktsteuerimpulse CLK (CLK1 bis CLK11). Der Dreieckwellengenerator j2· erzeugt dann eine Dreieckwellenspannung mit einer Periode, die 1/n der Periode der ankommenden Referenzimpulse Ei beträgt 4 das Flipflop 4 erzeugt Impulse ψ' einer Frequenz, die dem η-fachen der Frequenz der ankommenden Referenzimpulse entspricht.

Fig. 2 stellt ein detailliertes Schaltbild einer Schaltungsanordnung des Referenzspannungsgenerators Λ_ dar. Die Schaltung weist zwei Kondensatoren C^ und C₂ gleicher Kapazität sowie eine KonstantstromschaTtung T? auf, in der der Strom I^ fließt. Der Kondensator C. ist über einen MOS-Schalter (im folgenden als Schalfer bezeichnet) 11a mit einer Stromquelle Vcc, über einen Schalter 12a mit der Konstantstromschaltung 1_4 und über einen Schalter 13a mit einem Ausgangsanschltxß B verbunden, der dem Anschluß B des Vergleichers J5 entspricht.

Der Kondensator Cp ist in ähnlicher Weise über die Schalter 11b bis 13b mit der Stromquelle Vcc, der Konstantstromschaltung J4_ bzw dem Ausgangsanschluß B verbunden. Die Ein- und Aus-Stellung dieser Schalter wird durch die Impulssignale CLK1 bis CLK4, CLK1O und CLK11 gesteuert, wie aus Fig. 11 im einzelnen hervorgeht.

130015/0800

Die Arbeitsweise des Referenzspannungsgenerators I^ wird im folgenden anhand der in Fig. 10 dargestellten Signalwell enformen erläutert. In Fig. 10 ist der Referenzimpuls E ein Impuls, der der ankommende Impuls Ei mit einem Tastverhältnis von 50 % ist und extern von außen in die erfindungsgemäße Schaltung eingeführt wird und nach Anwendung des Startimpulses CLKO der Innenschaltung zugeführt wird.

Der Kondensator G, ist über den Schalter 11a während der Ausgangsdauer desTlmpulses CLK4- mit der Stromquelle Vcc verbunden und wird hierbei auf ein gegebenes Potential aufgeladen, wie aus der Wellenform 0Λ_ hervorgeht. Während der Ausgangsperiode des Impulses CLK10, der erzeugt wird, wenn der Referenzimpuls E einen hohen Pegelwert besitzt, wird der Kondensator G. bei einer festgelegten SpannungsabschwächungsgeschwindTgkeit durch den Schalter 12a und die Konstantstromschaltung 14 entladen. Während der Ausgangsperiode des Impulses CLK2 wird die Restspannung VcI über den Schalter 1ga als Ausgang an den Ausgangsanschluli B gelegt.

Der Kondensator C₂ wird andererseits aufgrund der Impulse CLK3, CLK1O bzw ÜLK1 geladen, entladen bzw mit dem Aus-, gang B verbunden, an dem die Restspannung Vc2 als Ausgang erscheint, wobei die Impulse CLKJ, CLK1O und CLK1 so erzeugt werden, daß sie gegenüber den obengenannten Impulsen in der Taktsteuerung um eine halbe Phase verschoben. sind. Da die beiden Kondensatoren C_x, und C~ mit der gleichen Spannung Vcc aufgeladen werderPund üTäer die gemeinsame Konstant stromschaltung _14 entladen werden, erscheint eine Referenzspannung Vd = Vc2, die der Impulsbreite der. Referenzimpulses E proportional lot, am Auagangsanschluß

130015/0800

■ fiS-

B jeweils wiederholt bei jedem halben Zyklus, wenn die Kapazitäten beider Kondensatoren gleich gewählt werden und die Impulsbreiten der Impulse CLK1O und CLK11 ähnlich bzw gleich sind.

Die Schaltung J8 von Fig.2 umfaßt MOS-Transistoren 16 und Ύ]_ und dient zum temporären Inlegen einer Referenzspannung Vc2' an den Vergleicher J5 zum Startzeitpunkt. Der Vergleicher J5 arbeitet lediglich im ersten halben Zyklus des Eingangsimpulses mit der Vergleichsspannung Vc2' und arbeitet anschließend mit der Referenzspannung VcI und Vc2 in Entsprechung zum Referenzimpuls E.

In Fig. 3 ist die Schaltung des Dreieckwellengenerators im einzelnen dargestellt. Der Dreieckspannungsgenerator enthält zwei Kondensatoren C₃, und CL, eine Konstantstromschaltung 24 und Schalter 21a bis 2Ja sowie 21b bis 25b. Die Schaltung ist hierbei analog der Schaltung des Referenzspannungsgenerators J[. Für die Erzeugung einer.Dreieckwellenspannung mit einer 1/n-Periode des Referenzimpulses erforderliche Bedingung ist, daß die Kapazitäten der Kondensatoren C^ und C^ gleich den Kapazitäten der Kondensatoren C. und Cp sind und der Strom I~ der KonstantstromschaTEung 24~"das η-fache des Stroms I_x, der Konstantstromschaltung 14 ist oder die Ströme I_x, und. I~ einander gleich sind und die Kapazitäten der Kondensatoren C, und C^ 1/n der Kapazitäten der Kondensatoren C_x. und Cp sxnd. Im~~ersteren Fall sind beim Auslegen der ScHaltung lediglich η parallel geschaltete Konstantstromschaltungen 14 anzuordnen, die jeweils zwei MOS-Transistoren zum Aufbau der Konstantstromschaltung 24 aufweisen, wie aus

130015/0800

Pig.-4 hervorgeht.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltung wird der Kondensator G₇ während der Ausgangsperiode des Impulses GLK6 auf ein konstantes Potential Vcc aufgeladen und während der Impulsdauer des Impulses CLK5 über die Konstantstromschal tung £4 entladen. Die Klemmenspannung Vc3 am Kondensator CU, der durch den Stromfluß entladen wird, erscheint als Ausgang über den Schalter 23a am Anschluß A. Der Kondensator G^ wird während der Ausgangsperiode des Impulses CLK7, der gegenüber dem Impuls CLK6 um eine hslbe Phase verschoben ist, aufgeladen. Die Entladung des Kondensators C^ und -das Anlegen der Klemmenspannung an den Ausgang erfolgen entsprechend während der AusganRsperiode des Impulses CLK5.

Die Klemmenspannungen Vc3 und Vc4 an den Kondensatoren CU und C^ fallen während der Entladungsperioden mit einer ~"~ ■Rate~ab, die das η-fache der Abfallrate der Klemmenspannung der beiden Kondensatoren C₁ und Cp des Referenzspannungsgenerators beträgt. Die ZeTt, di~erforderlich ist, damit die Klemmenspannungen Vc3 und Vc4 die Referenzspannung VcI oder Vc2 erreichen, beträgt demgemäß 1/n der Impulsbreite des Referenzimpulses E. Wie im folgenden näher erläutert ist, wird die Dreieckwellenspannung, die als Ausgang am Anschluß A erscheint, im Vergleicher J5 mit der Referenzspannung verglichen. Wenn die beiden Spannungen übereinstimmen, erzeugt der Vergleicher einen Impuls. In Synchronisation mit dem Ausgangsimpuls des Vergleichers wird der Pegel des Impulses CLK5 umgekehrt, so daß die Impulse CLK6 und CLK7 abwechselnd erzeugt werden. Die Klemmenspannungen an den Kondensatoren G-, und C^ und die

130015/080 0

Ausgangsspannung am Anschluß A ändern sich dementsprechend wie die Signalwellenformen C3, C4 und A in Fig. 10.

In Fig. 5a ist eine Schaltung des Vergleichers ^ dargestellt. Die MOS-Transistoren (im folgenden als Tr bezeichnet) j51_ und jj52 bilden einen Differenzverstärker, wobei die entsprechenden Gates mit den Anschlüssen A und B verbunden sind. Ein Ausgangssignal ^1s des Transistors Tr j5J_ wird dem Transistor Tr jr5 zugeführt, der eine Pegelverschiebungsschaltung darstellt, in der der Signalpegel verschoben wird. Das pegelverschobene Signal wird dem Transistor Tr j>4 zugeführt. Das Ausgangs signal 5 2 s äes Transistors Tr j5_2 wird als Eingang an den Transistor Tr ^¹P gelegt. Die Transistoren Tr J54 und Tr JJ? bilden eine Gegentaktschaltung. Wenn der Signalpegel am Anschluß A niedriger ist als am Anschluß B, wird der Transistor Tr j>4 bei dieser Gegentaktschaltung eingeschaltet, während der Transistor Tr 32. ausgeschaltet wird. Das Ausgangssignal g6s besitzt daher den niederen Pegelwert "0". Das Ausgangssignal 36s der Gegentaktschaltung wird als.Eingangssignal dem Transistor Tr J5Z zugeführt, der eine Inverterschaltung darstellt. Das vom Inverter umgekehrte Signal wird das Ausgangssignal GMP des Vergleichers. Das Signal CMP wird einem Transistor Tr £3_ zugeführt, der einen weiteren Inverter darstellt, der seinerseits ein Ausgangssignal CMP erzeugt.

Wie aus Fig. 5"b ersichtlich ist, erzeugt der Vergleicher entsprechend ein Impulssignal CMP, das den Pegelwert "1"

Dreieck Sj? besitzt, wenn die dem Anschluß A zugeführte ^cspljnnung mit der dem Anschluß B zugeführten Referenzspannung

130015/0800

übereinstimmt, sowie das invcrtiertelCmpulssigna¹! XJMPl¹^ °

Signal·,
Wie aus der<^eilenforrn B von Fig. 10 hervorgeht, wird die Aus gangs spannung vom Referenzspannungsgenerator Λ_ intermittierend in Synchronisation mit den Impulsen CLK1 und CLK2 an den Anschluß B angelegt- Die angelegte Spannung wird durch die Streukapazität Co des Eingangsanschluases

des Vergleichers gehalten. Aus diesem Grund tritt im Betrieb des Vergleichers auch dann kein Problem auf, wenn keine Referenzspannung vom Referenzspannunjrsgenerator während einer Eingangsperiode der Referenzspannung am Vergleicher anliegt.

Der erfindungsgemäße Eeferenzspannungsgenerator Λ_ muß ' nicht notwendigerweise die beiden Kondensatoren C. und C, aufweisen, da auch von der von einem einzigen KoncTensator" erhaltenen Referenzspannung Gebrauch gemacht werden .kann.

In Fig. 6 ist die Schaltung des Flipflops 4. dargestellt. Das Flipflop 4 umfaßt die Inverter 41. bis 4£ sowie MOS-

. Schalter 46 bis 48. Der 'Schalter 46 führt dazu, daß aufgrund eines Startimpulses CLKO der Eingangssignalpegel des Inverters 41_ am St art Zeitpunkt "0" wird. Die EIN/AlIS-. Stellungen der Schalter 4£ und 48 werden durch die Ausgangsimpulse CMP und CMP gesteuert, die vom Vergleicher stammen. Die Impulssignale y/, u>, y>' und ψ' , die in Synchronisation mit den Impulsen CMP und CMP invertiert sind, werden von den Ausgangsschaltungen der Inverter 41, 42, 44 bzw 4£ erhalten. Die Wellenformen y und f' sind in Fig. 11 dargestellt.

In Fig. 7 ist eine Ausführungsform eines Taktimpulsgenerators j? in Form eines Blockschaltbilds dargestellt. Das Schieberegister j?1 erzeugt Impulse E2⁽ ,' ElF, EiV,

130015/0800

ORIGINAL INSPECTED

as·

E4-V -und EV mit unterschiedlichen Phasen, jedoch gleicher Impulsbreite wie beim Referenzimpuls E. Die Logikschaltung J>2 dient zur Erzeugung der Taktimpulse CLK1 bis CLK7, die zur Steuerung des Referenzspannungsgenerators _2 und des Dreieckwellengenerators _2 erforderlich sind, wobei die Ausgangsimpulse w, _jp, y>' und y?¹ vom Flipflop und die Ausgangsimpulse E2¹, E2', E3' und E3¹ vom Schieberegister Jjji verwendet werden. Die Logikschaltung jj]5 erzeugt Taktsteuerimpulse CLK/10 und CLK11 zur Festlegung der Kondensatorentladungsperiode des Referenzspannungsgenerators _2, wobei die Ausgangsimpulse E4-¹ und EV vom Schieberegister J51. und die Referenzimpulse E und Έ verwendet werden.

Das Schieberegister j?1_ umfaßt, wie aus Fig. 8 hervorgeht, die Inverter 61_ bis 69., die rekursiv miteinander verbunden sind, die MOS-Schalter 22. ^^is 22 ^ZUT Steuerung der Signalübertragung, die zwischen benachbarten Invertern eingeschaltet sind, sowie MOS-Schalter £8 bis 8Λ_, deren Leitungszustand durch einen Startimpuls CLEO gesteuert wird, um den Eingangspegel an den Invertern 61_, 6>3., und 6£ zum Startzeitpunkt gleich "0" zu machen.

Im Schieberegister wird die Signalübertragung zwischen benachbarten Invertern mit Ausnahme der Inverter 58 und 69 durch ein Impulssignal CMP, das an die Schalter £0 bis 7g angelegt wird, und ein invertiertes Impulssignal CMP kontrolliert, das zu den Schaltern £4 bis £Z 6^elangt. Die Ausgangssignale E~1 bis E4-' von den Invertern (51_ bis ^8 sind entsprechend die Signale, die durch hintereinander erfolgendes Verschieben des Referenzimpulses E in Synchronisation mit den Impulssignalen CMP und CMP erhalten

130015/0800

werden, wie aus den in Fig. 11 dargestellten Wellenformen E*1 bis E4¹ hervorgeht.

Die Logik schaltung J52 führt folgende logischen Operationen zur Erzeugung von Impulsen mit den Wellenformen CLK1 "bis CLE7 durch, die in Pig. 11 dargestellt sind;

CLKI = E + E2¹

CLK2 ^E + Ej¹" + GLKO

CLK3 = E + E3'

CLK4· = E + E3¹

CLK5 = ψ · ÜLKÜ

CLK6 = φ · f + GLKO

GLK7 = f - ψ

Die Logikschaltung j>3_ zur Erzeugung der Impulse CLK10 und CLK11 umfaßt, wie aus den Fig. 9a und 9b hervorgeht, beispielsweise eine Flipflopschaltung mit ADTD-Gattern 9"Ia (91b) und 92a (^gb), OR-Gattern 93_a (9^b) und 9^a (94b) sowie Invertern 95„a (9^b) und 96a (96b).

In den Fig. 12a und 12b sind zur Erläuterung der Arbeitsweise der Flipflopschaltung die zeitlichen Signalverläufe dargestellt.

Die in Fig. 9a dargestellte Schaltung ist so ausgelegt, daß CLKÖ = "1" und CLKIO = "0" sind, wenn der Startimpuls

130015/0800 ^:

■3k-

CLKO "1" ist. Wenn der Startimpuls.CLKO = "0" ist, Wird der Ausgang des AND-G-atters 92a "1", so daß die Ausgangsimpulse CLK10 und CLTTio" invertiert werden. Die Schaltung erzeugt anschließend den Impuls CLKIO, der an der Vorderflanke des Impulses E4¹ gesetzt und an der Vorderflanke des Impulses E" rückgesetzt wird.

Die in Fig. 9b dargestellte Schaltung arbeitet in ähnlicher Weise. Die Schaltung erzeugt dementsprechend den Impuls CLK11, der an der Vorderflanke des Impulses EV genetzt und an der Vorderflanke des Impulses B rückgesetzt wird.

Wie aus der obigen Erläuterung hervorgeht, erzeugt der Referenzspannungsgenerator Λ_ im erfindungsgemäßen Impulsfrequenzvervielfacher die Referenzspannung, die der Impulsbreite des Referenzimpulses bei jedem halben Zyklus entspricht, aufgrund der Taktsteuerimpulse CLK1 "bis CLK11, die als Ausgang vom Taktimpulsgenerator j?.stammen. Der Dreieckwellengenerator _2 erzeugt eine Dreieckspannung, die sich bei 1/n der Periodendauer des. Referenzimpulses wiederholt, so daß das Flipflop 4 Impulse mit einer Frequenz erzeugt, die dem η-fachen der Frequenz der Referenzimpulse entspricht.

Bei der obigen Ausführungsform des Impulsfrequenzvervielfachers wird eine Zeitdifferenz, die zwischen den Impulsen EV und EV , die auf der Basis der Aus gangs impulse CMP und öifP vom Vergleicher erzeugt werden, und dem Eingangs-Referenzimpuls E auftritt, in folgender Weise automatisch korrigiert:
In den Fig. 12a und 12b entsprechen die durchgezogenen

130015/0800

Linien der Signale E4-¹ und E4·' dem Fall, in dem die Perioden der entsprechenden Impulse (E4¹, EV) kürzer sind als die des Referenzimpulses E. Die gestrichelten Linien entsprechen dem Fall, in dem die ersteren Perioden langer als die letzteren sind. Da der Impuls CLK1O oder CLK11 früher als unter normalen Bedingungen erzeugt wird, ist die Entladungszeit im erstgenannten Fall um eine Zeit verlängert, die der Zeitdifferenz zwischen dem entsprechenden Impuls und dem Eingangsimpuls E entspricht, •was dazu führt, iLaß^die Referenzspannung Vd und Vc2 auf einen niederen Wert bei AfeTden kann. Die Erzeugungsperiode für die Impulse CMP und CMP wird damit langer, so daß «ich hierdurch Zeitdifferenzen zwischen den Impulsen E und W\' und zwischen E" und E4-¹ kompensieren lassen. Wenn umgekehrt die Perioden der Impulse E'4'¹ und JiV-I¹ län-. ger sind, wird die Entladungszeit des Kondensators verkürzt, was wiederum zu einer Verringerung der ErzeuRungsperioden der Impulse CMP und CMP führt.

In Fällen, in denen keine automatische Korrektionsfunktion erforderlich ist, können die Schalter 12a und 12b zur Festlegung der Ent ladungs dauer der Kondensatoren C^, und Cp des Referenzspannungsgenerators vom Referenzimpuls E des~~externen Eingangssignals und dem invertierten Signal E" gesteuert werden.

Bei der obigen Erläuterung wurde von dem Fall ausgegangen, daß der Referenzimpuls E mit einem Tastverhältnis von 50 % dem Impulsfrequenzvervielfacher von außen zugeführt wird. Der erfindungsgemäße Impulsfrequenzvervielfagher läßt sich jedoch auch dann normal betreiben, wenn das·Tastverhältnis von 50 % abweicht. In diesem

130015/0800

entsteht ein Ausgangsimpuls <f' mit dem gleichen !Tastverhältnis wie beim Referenzimpuls, jedoch mit η-fach höherer Frequenz, da der Refei-enzspannungsgenerator alternierend die Spannungen Vd und Vc2 erzeugt, die bei jedem halben Zyklus unterschiedliche Werte aufweisen.

Die Erfindung betrifft zusammengefaßt einen Impulsfrequenzvervielfacher, bei dem ein erster Kondensator, der auf ein gegebenes Potential aufgeladen ist, über eine erste Konstantstromschaltung während einer Zeitperiode entladen wird, die der Impulsbreite eines Referenzimpulses entspricht. Anschließend wird die Klemmenspannung des ersten Kondensators als Referenzspannung an einen Eingangsanschluß einer Vergleicherschaltung gelegt. Eine Dreieckwellenspannung, die durch alternierende Entladung zweier zweiter, auf ein gegebenes Potential aufgeladener Kondensatoren durch eine zweite Konstantstromschaltung mit einem Strom erzeugt wird, der η-fach höher ist als in der ersten Konstantstromschaltung, wird an den anderen Eingangsanschluß der Vergleicherschaltung angelegt. Der Ausgang der Vergleicherschaltung betätigt ein Flipflop. Aufgrund des Ausgangssignals wird zwischen Aufladung und Entladung des zweiten Kondensators umgeschaltet, wodurch die ITlipflopschaltung einen Impuls erzeugt., dessen Frequenz das n-facbe der Frequenz des Referenzimpulses ist.

130015/0800

Claims

Ansprüche

gekennzeichnet durch

- einen Referenzspannungsgenerator (i)i der, nachdem ein auf ein gegebenes Potential aufgeladener erster Kondensator mit einer festgelegten Spannungsabschwächungsrate während einer der Impulsbreite eines Referenzimpulses entsprechenden Zeitperiode entladen wurde, die Klemmenspannung des ersten Kondensators als Referenzspannung erzeugt;

- einen Dreieckwellengenerator (2), der alternierend zwei auf ein gegebenes Potential aufgeladene zweite Kondensatoren mit einer Spannungsabschwächungsrate entlädt, die das η-fache der Spannungsabschwächungsrate des ersten Kondensators ist, und alternierend eine dreieckwellenförmige abgeschwächte Spannung erzeugt, die am Anschluß der zweiten Kondensatoren während der Entladungsperiode erhalten wird;

- einen Vergleicher (3), der einen Impuls erzeugt, wenn die Referenzspannung mit der Dreieckwellenspannung zusammenfällt;

81-(A4932-03)-SF/Nu

3'O015/0800

- ein Flipflop (4), das von einem Ausgangsimpuls des Vergleichers (3) gesteuert wird,

sowie

- einen Taktimpulsgenerator (5)» der auf einen Ausgangsimpuls des Flipflops (4) anspricht und ein Taktsignal zum Schalten des Aufladens/Entladens jedes der beiden zweiten Kondensatoren zur Übertragung auf den Dreieckwellengenerator erzeugt, wodurch ein Impuls mit einer Frequenz vom Flipflop (4) erzeugt wird, dessen Frequenz η-fach höher ist als die Frequenz des Referenzimpulses.
2. Impulsfrequenzvervielfacher nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet , daß der Referenzspannungsgene rat or (1) einen ersten Kondensator (C^, C₂) und eine erste Konstantstromschaltung (14) und der Dreieckwellengenerator (2) zwei zweite Kondensatoren (CU, C^.) und eine zweite Konstant stromschal tung (24) aufweisen, wobei die ersten und zweiten Kondensatoren die gleiche Kapazität besitzen und die zweite Konstantstromschaltung (24) einen Stromwert besitzt, der das η-fache des Stromwerts der ersten Konstantstromschaltung (14) ist.
3. Impulsfrequenzvervielfacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Referehzspannungsgenerator (1) einen ersten Kondensator (CL, C„) und eine erste Konstantstromschaltung (24) und der Dreieckwellengenerator (2) zwei zweite

1 30Ö1 S/0800

Kondensatoren (C^, C^.) und eine zweite Konstantstromschaltung (24) aufweisen,

wobei die zweiten Kondensatoren (C,, C^.) jeweils 1/n der Kapazität des ersten Kondensators (C^) aufweisen und die erste KonstantStromschaltung (14) und die zweite KonstantStromschaltung (24) gleiche Stromwerte ; besitzen.
4. Impulsfrequenzvervielfacher nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß der erste Kondensator des Referenz^spannungsgenerators (1) zwei dritte Kondensatoren/gleicher Kapazität aufweist und die Referenzspannungen alternierend von diesen beiden dritten Kondensatoren erzeugt werden.
5· Impulsfrequenzvervielfacher nach einem der Ansprüche "T bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Taktimpulsgenerator (5) Taktimpulse zur Steuerung der Aufladung/Entladung des ersten Kondensators /'" Ties Referenzspannungsgenerators (1) aufgrund eines Ausgangsimpulses vom Flipflop (4) erzeugt.
6. Impulsfrequenzvervielfacher nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß der Taktimpulsgenerator (5) aufweist:

ein Schieberegister (51)» das von den Ausgangsimpulsen des Vergleichers (3) gesteuert wird und eine Vielzahl von Impulsen mit unterschiedlichen Phasen

130015/0800

liefert,

eine Logikschaltung zur Erzeugung eines ersten Taktsignal s aufgrund eines Ausgangsimpulses vom Flipflop

eine Logikschaltung zur Erzeugung eines zweiten Taktimpulses aufgrund eines Ausgangsimpulses vom Schieberegister (51)

eine Logikschaltung zur Erzeugung eines dritten Taktimpulses aufgrund eines Ausgangsimpulses des Schieberegisters (51) und des Referenzimpulses,

wodurch die Dreieckwellenspannung durch den ersten
Taktimpuls und der Referenzspannungsgenerator (1) durch die zweiten und dritten Taktimpulse gesteuert werden.

1 3001 S/OÖOO