DE3033867C2 - Impulsfrequenzvervielfacher - Google Patents

Description

Konstantstromschaltung (14) auf und erzeugt ein erstes Potential, das größer ist als das zweite Potential, und schwächt das erste Signal vom ersten Potential aus mit der festgelegten ersten Rate bis zum Erreichen des zweiten Potentials linear ab;

b) der Dreieckwellengenerator (2) weist zwei zweite Kondensatoren (Cy, Q) und eine zweite Konstantstromschaltung (24) auf und erzeugt ein erstes Potential, das größer ist als das zweite Potential, und schwächt das zweite Potential vom ersten Potential aus mit der festgelegten zweiten Rate bis zum Erreichen des zweiten Potentials linear ab;

c) die zweiten Kondensatoren (Cj, Q) besitzen jeweils ein n-tel der Kapazität des ersten Kondensators (Q) und die Ströme der ersten Konstantstromschaltung (14) und der zweiten Konstantstromschaltung (24) sind gleich.

4. Impulsfrequenzvervielfacher nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kondensator des Referenzspannungsgenerators (1) zwei dritte Kondensatoren CCi, C₂) gleicher Kapazität aufweist und die Referenzspannung alternierend von diesen beiden dritten Kondensatoren erzeugt werden.

5. Impulsfrequenzvervielfacher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktimpulsgenerator (5) Taktimpulse zur Steuerung der Aufladung/Entladung des ersten Kondensators (Cu C₂) des Referenzspannungsgenerators (1) aufgrund eines Ausgangsimpulses vom Flipflop (4) erzeugt.

6. Impulsfrequenzvervielfacher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktimpulsgenerator (S) aufweist:

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

eine Logikschaltung zur Erzeugung eines ersten Taktsignals aufgrund eines Ausgangsimpulses vom Flipflop (4),

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

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.

Die Erfindung betrifft einen Impulsfrequenzvervielfa-

eher und insbesondere eine Impulsfrequenzverviel facherschaltung, die sich gut für die Herstellung als

LSI-Schaltkreis eignet und auf der Basis eines externen Taktsignals ein entsprechend in seiner Frequenz

vervielfachtes internes Taktsignal liefert.

Mit fortschreitender Entwicklung der LSI-Technolo-

gie wurden in steigendem Maße Steuersysteme entwickelt, bei denen ein Mikroprozessor (im folgenden auch kurz als MPU bezeichnet) eingesetzt wird. Bei

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derartigen Steuersystemen, bei denen insbesondere eine sor ein internes Taktsignal einer Frequenz zu liefern hohe Steuergenauigkeit verlangt wird, wird allgemein vermag, die n-fach höher ist als die Frequenz des eine periphere LSI-Schaltung zwischen dem MPU und periodischen Signals vom Mikroprozessor,
einer Terminaleinrichtung vorgesehen, die entweder Herkömmliche lmpulsfrequenzvervielfachersysteme

gesteuert oder deren Daten verarbeitet werden sollen. 5 eignen sich allerdings nicht für mit hoher Geschwindigfg Der Mikroprozessor verarbeitet hauptsächlich die keit und hoher Genauigkeit arbeitende Impulserzeu- M erforderlichen Daten, während die periphere LSl-Schal- gungssysteme, wie sie für die Erzeugung der internen Ϊ»; tung den Datentransfer zwischen dem Mikroprozessor Taktimpulse der peripheren LSI-Schaltung gebraucht || und der Terminaleinrichtung steuert In diesem Fall werden.

H empfängt die periphere LSI-Schaltung die Eingangsda- io So weisen beispielsweise PLL (phase lock loop)-Syp ten mit der Taktsteuerung der Terminalseite und ordnet sterne, die als Impulsfrequenzvervielfachersysteme pf sie beispielsweise in ein 8-Bit-Paralleldatcnformat zum allgemein verbreitet sind, den Nachteil auf, daß Fehler in ii^ Transfer zum Mikroprozessor um. der Impulsbreite der Ausgangsimpulse innerhalb des

ρ Wenn die periphere LSI-Schaltung im umgekehrten Intervalls von Impulsen auftreten, die von einem in

JtJ Fall Daten eines derartigen Formats vom Mikroprozes- 15 derartigen Systemen enthaltenen Hochfrequenzoszilla- ^i sor empfängt, erzeugt sie eine bestimmte Impulsbreite, tor erzeugt werden. Solche Systeme eignen sich daher ti eine Impulsreihe, ein Ein/Aus-Signal oder ein Analog- nicht als Impulsfrequenzvervielfacher für periphere || signal in Entsprechung zu den empfangenen Daten und LSf-Schaitungen.

ί|ΐ überträgt diese mit der Taktsteuerung der Terminalsei- Aus der DE-AS 27 11 426 ist eine Frequenzverviel-

<H ie. 2· facherschaltung bekannt, in der eine periodische

\g Bei dem obigen Kontrollsystem lcnn ein vom Sägezahnspannung einen Kondensator lädt. Am Ende

(Sf Mikroprozessor gelieferter Synchronisationstakt für der Periode wird das Potential des Kondensators in E den Steuertaktimpuls in der peripheren LSI-Schaltung einen Speicher übertragen, und ein Spannungsteiler Il als solcher verwendet werden, wenn zur Steuerung der entnimmt einen gegebenen Bruchteil des Potentials, der g Logikeinheiten der Terminaleinrichtung und der peri- 25 mit der variablen Spannung der nächsten Periode

H pheren LSI-Schaltung keine hohe Geschwindigkeit verglichen wird.

_Λ* verlangt ist Wenn die periphere LSI-Schaltupg Die DE-AS 21 05 874 beschreibt eine Frequenzver-

[I allerdings mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwin- Vielfacherschaltung, bei der synchronisiert mit der

' digkeit arbeiten solli, ist ein Synchronisationstakt des Vorderflanke eines Taktimpulses ein Triggerimpuls

1 Mikroprozessors, beispielsweise ein Steuertaktimpuls 30 erzeugt wird, dessen Frequenz vervielfacht wird. Aus

^ über 1 MHz, für die periphere LSI-Schaltung erforder- dem Triggerimpuls wird dann ein Dreieckwellensignal

'λ Hch. erzeugt, das mit einer Vielzahl von Referenzspannungen

f] Wenn die Logikschaltung zur Herstellung einer verglichen wird, die von einem Spannungsteiler geliefert

peripheren LSI-Schaltung mit hoher Dichte und zur werden. Bei Übereinstimmung des Dreieckwellen-

^f Verringerung des Leistungsverbrauchs der peripheren 35 signals mit der jeweils angelegten Referenzspannung

l] LSI-Schaltung mit dynamischen Torschaltungen aufge- wird dann ein frequenzvervielfachter Impuls erzeugt.

I., baut ist, hängt der Betrieb der Schaltung von einer Beiden oben beschriebenen Schaltungen ist der

Taktfrequenz ab, weshalb Steuertaktimpulse hoher Nachteil eigen, daß sie eine Vielzahl von Vergleichern

_{1 Frequenz erforderlich sind. Wenn ferner die internen benötigen. Die Genauigkeit der Impulsfolgefrequenz

ι Taktimpulse der peripheren LSI-Schaltung schneller *o der frequenzvervielfachten Impulse hängt bei der

Γ sind, steigt damit die Menge der innerhalb einer Schaltung der DE-AS 2105 874 nicht nur von der

{■ festgelegten Zeit verarbeiteten Daten an. Es ist daher Genauigkeit des Spannungsteilers ab, sondern auch von

bei einer einzigen peripheren LSI-Schaltung möglich, der Übereinstimmung der Frequenz des Taktimpulses eine Vielzahl von Terminaleinrichtungen zu steuern. mit der Frequenz des Dreieckwellensignals. Da die

Ji Hochwertige Systeme können daher sehr kompakt und *5 Synchronisation zwischen diesen beiden Frequenzen

klein gebaut werden, wobei jedoch in diesen Fällen nicht einfach zu realisieren ist kann eine Veränderung

*i Steuertaktimpulse hoher Frequenz erforderlich sind. der Maximalspannung des Dreieckwellensignals auftre-

y Das einfachste Verfahren zur Beschleunigung des ten.

f internen Takts der peripheren LSI-Schaltung besteht Wenn einmal vorausgesetzt wird, daß die vom

L darin, mit einem separaten Taktgenerator unabhängig 50 Spannungsteiler gelieferten Teilspannungen konstant ['< von dem des Mikroprozessors ein Taktsignal zu bleiben, verursacht ein Unterschied zwischen der

^ω erzeugen, das ausschließlich für die periphere LSI- Periodendauer des Dreieckwellensignals und der ' Schaltung verwendet wird. Da dieses Verfahren Periodendauer der Taktimpulse eine Veränderung in

t dementsprechend ein zusätzliches Takterzeugungssy- der Periodizität der frequenzvervielfachten Impulse.

ι" stern neben dem Taktgeber des Mikroprozessors 55 Diese Schaltung besitzt demnach auch den Nachteil, daß aufweist, ist die Synchronisation des Mikroprozessors sie nur dann zur Frequenzvervielfachung benutzt mit der peripheren LSI-Schaltung schwierig. Hinzu werden kann, wenn die Taktimpulse eine festgelegte ¹ kommt, daß die periphere LSI-Schaltung für gegenwär- Frequenz besitzen. Sie ist also nicht für Taktimpulse

J tig übliche Mikroprozessoren nicht verwendet werden' unterschiedlicher Frequenz verwendbar.

kann, wenn der für die periphere LSI-Schaltung 6° Sowohl bei der DE-AS 27 11 426, als auch bei der erforderliche schnelle Taktgeber für das Gesamtsystem DE-AS 21 05 874 ist eine Vielzahl von Vergleichern verwendet werden soll. nötig. Falls immer derselbe Vergleichertyp eingesetzt

Zur Erhöhung der Betriebsgeschwindigkeit der mit werden soll, muß dieser über einen großen Spannungsdem Mikroprozessor verbundenen peripheren LSI- bereich eine sehr genaue Referenzspannung aufweisen. Schaltung ist es infolgedessen erforderlich, eine ⁶⁵ Da dies in der Praxis nur schwer zu erreichen ist, treten Impulsfrequenzvervielfacherschaltung einzusetzen, die deshalb leicht Koinzidenzfehler auf. Um die Fehlerrate an die LSI-Herstellung angepaßt werden kann und auf klein zu halten, ist es unbedingt nötig, jeden einzelnen der Basis eines periodischen Signals vom Mikroprozes- Vergleicher an die jeweilige Referenzspannung anzu-

— passen. Diese individuelle Anpassung macht die obigen Schaltungen kostspielig.

Aus der JP-AS 26 980/77 ist ferner ein anderer Impulsfrequenzvervielfacher bekannt, der eine Frequenz erhält, die das n-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 Scheitel-(Peak)wert der erzeugten ersten Dreieckwcllenspannung wird mit einer Halteschaltung aufrechterhalten. Dieser konstantgehaltene Peakwert wird mit einem Abschwächer auf l/n heruntergeteilt Die 1/w-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 anderen Eingangsanschluß des Vergleichers gelegt Der Vergleicher erzeugt wenn beide Dreieckwellenspannungen zusammenfallen, ein Ausgangsimpulssignal. Aufgrund des. Ausgangsimpulssignals 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 l/n abzuschwächen. Es ist ferner unmöglich, die Rückstellzeit der zweiten Dreieckwellenspannung bis auf Null zu verringern. Es ist daher schwierig, eine erwünschte vervielfachte Frequenz mit einer derartigen Schaltung zu erzeugen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Impulsvervielfacherschaltung anzugeben, die Impulse mit einer, ein beliebiges Vielfaches der Frequenz eines äußeren Referenzimpulses betragenden Frequenz erzeugt Dabei soll die Schaltung einen breiten Anwendungsbereich besitzen, also auch ihre Funktion bei verschiedenen Referenzimpulsfrequenzen erfüllen. Sie soll einfach in ihrem Aufbau sein, indem sie nur eine einzige Referenzspannung und einen einzigen Vergleicher aufweist, damit unabhängig von Spannungsänderungen und Änderungen der Bauteilecharakteristiken werden und dadurch eine große Genauigkeit und Stabilität ohne besondere Einstellungsmaßnahmen besitzen. Der Schaltungsaufbau soll sich dabei gut für die Herstellung in LSI-Technologie und insbesondere für mit MOS-Schaltern realisierte LSI-Technologie eignen.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst Der erfindungsgemäße Impulsfrequenzvervielfacher umfaßt

— 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 Dreieckwellen-

spannung, die alternierend zwei auf ein gegebenes Potential aufgeladene zweite Kondensatoren mit einer Spannungsabschwächungsrate entlädt die das /l-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; eine Vergleicherschaltung zur Erzeugung eines Impulses, wenn die Referenzspannung mit der Dreieckwellenspannung zusammenfällt; eine Flipflopschaltung, die von einem Ausgangsimpuls von der Vergleicherschaltung gesteuert wird.

sowie

·- eine Generatorschaltung, die Taktsteuerimpuise erzeugt, auf einen Ausgangsimpuls von der Flipflopschaltung anspricht und ein Taktsignal zum Schalten des Aufladens/Entladens Jedes der beiden zweiten Kondensatoren zur Übertragung auf die Generatorschaltung zur Erzeugung der Dreieckwellenspannung erzeugt wodurch von der Flipflopschaltung Impulse mit einer Frequenz erhalten werden, die das /7-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 Dreieckwellenspan nung hängt von der Kapazität des zweiten Kondensa tors 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 Vielfache π 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 n-fache des Stroms der ersten Konstantstromschaitung zur Entladung des ersten Kondensators bei konstantem Strom ist eine Dreieckwelle erzeugt werden, die die Referenzspannung für eine !//!-Periode der Impulsbreite des Referenzimpulses erreicht Die Konstantstromschaitung kann leicht- nach der LSI-Technologie erzeugt werden, wenn von den Vorteilen des Betriebs von

eo MOS-Transistoren im Sättigungsbereich Gebrauch gemacht wird

Die zweite Konstantstromschaitung kann aus π Stück der ersten Konstantstromschaitung zusammengesetzt werden, wobei bei gleichem Aufbau parallel angeordnet wird. Der Wert π kann demgemäß frei und mit hoher Genauigkeit gewählt werden. Alternativ werden die erste und zweite Konstantstromschaitung so ausgelegt daß sie gleiche Stromwerte aufweisen, wobei die

Kapazitäten der ersten und der zweiten Kondensatoren so ausgewählt werden, daß sie im Verhältnis 1 : π stehen, was auch lediglich durch Auswahl des Flächenverhältnisses der beiden Kondensatoren zu η: 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 Taktsteuerimpuls automatisch korrigiert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm des Schaltungskonzepts einer erfindungsgemäßen Impulsfrequenzvervielfacherschaltung;

F i g. 2 ein Schaltbild einer Ausführungsform des im Blockschaltbild von F i g. 1 verwendeten Referenzspannungsgenerators;

F i g. 3 ein Schaltbild einer Ausführungsform des im Blockschaltbild von F i g. 1 verwendeten Dreieckwellengenerators;

F i g. 4 ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Konstantstromschaltung, die für die Schaltungen von F i g. 1 und 2 verwendbar ist;

Fig.5a ein Schaltbild einer Vergleicherschaltung 3, die in dem in F i g. 3 dargestellten Blockschaltbild enthalten ist;

F i g. 5b 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 F i g. 1 verwendet ist;

F i g. 7 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der in F i g. 1 dargestellten Generatorschaltung zur Erzeugung der Taktsteuerimpulse;

Fig.8 ein Schaltbild einer Ausführungsform der in der Schaltung von F i g. 7 verwendeten Schieberegister 51;

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

Fig. 10 und 11 Wellenformen verschiedener Impulssignale in den verschiedenen Abschnitten der obigen Ausrührungsformen und

Fig. 12a und 12b Signal wellenformen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung der F i g. 9a und 9b.

in F i g. 1 ist der grundlegende Aufbau eines erfindungsgemäßen Impulsfrequenzvervielfachers dargestellt Der Referenzspannungsgenerator 1 erzeugt eine Referenzspannung, die einer Eingangsperiode eines Referenzimpulses entspricht; der Dreieckwellengenerator 2 erzeugt ein Dreieckweilensignal durch Wiederholung einer zeitlichen Spannungsabschwächung. Die Vergleicherschaltung 3 (Jm folgenden kurz als Vergleicher bezeichnet) erzeugt einen Impuls, wenn die dem Eingangsanschluß Ä zugeführte Dreieckwellenspannung mit der dem Eingangsanschluß B zugeführten Referenzspannung zusammenfällt bzw. übereinstimmt Die Flipflopschaltung A (im folgenden kurz als Flipflop bezeichnet) wird von Ausgangsimpulsen vom Vergleicher 3_ gesteuert. Die Taktimpulsgeneratorschaltung 5 (im folgenden kurz als Taktimpulsgenerator bezeichnet) spricht auf externe, von außen angelegte Referenzimpulse Ei, die beispielsweise von einem Mikroprozessor MPU stammen, Startimpulse CLK 0 und entsprechende Ausgangsimpulse vom Vergleicher 3 und vom Flipflop 4 an, steuert den Referenzspannungsgenerator 1 und den Dreieckwellengenerator 2 unter Verwendung dieser Eingangsimpulse an und erzeugt die erforderlichen verschiedenen Taktsteuerimpulse CLK (CLKi bis CLKW). Der Dreieckwellengenerator 2 erzeugt dann eine Dreieckwellenspannung mit einer.Periode, die \ln der Periode der ankommenden Referenzimpulse Ei beträgt; das Flipflop 4. erzeugt Impulse φ' einer Frequenz, die dem n-fachen der Frequenz der ankommenden Referenzimpulse entspricht

F i g. 2 stellt ein detailliertes Schaltbild einer Schaltungsanordnung des Referenzspannungsgenerators 1 dar. Die Schaltung weist zwei Kondensatoren Cj und C^ gleicher Kapazität sowie eine Konstantstromschaltung 14 auf, in der der Strom /i fließt. Der Kondensator Q ist über einen MOS-Schalter (im folgenden als Schalter bezeichnet) Ua mit einer Stromquelle Vc£, über einen Schalter \2ä mit der Konstantstromschaltungl4 und über einen Schalter 13_a mit einem Ausgangsanschluß B verbunden, der dem Anschluß B des Vergleichers 3 entspricht.

Der Kondensator Cj ist in ähnlicher Weise über die Schalter Ui bis tZh mit der Stromquelle Vcc, der Konstanststromschaltung 14 bzw. dem Ausgangsanschluß B. verbunden. Die Ein- und Aus-Stellung dieser Schalter wird durch die Impulssignale CLK1 bis CLK 4, CLKlO und CLKU gesteuert, wie aus F i g. 11 im einzelnen hervorgeht

Die Arbeitsweise des Referenzspannungsgenerators 1 wird im folgenden anhand der in F i g. 10 dargestellten Signalwellenformen 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 CLK 0 der Innenschaltung zugeführt wird.

Der Kondensator Cj ist über den Schalter Ua während der Ausgangsdauer des Impulses CLK 4 mit der Stromquelle Yc£ verbunden und wird hierbei auf ein gegebenes Potential aufgeladen, wie aus der Wellenform CA hervorgeht Während der Ausgangsperiode des Impulses CLKiO, der erzeugt wird, wenn der Referenzimpuls E einen hohen Pegelwert besitzt, wird der Kondensator Q bei einer festgelegten Spannungsabschwächungsgeschwindigkeit durch den Schalter i2ä und die Konstantstromschaltung 14_ entladen. Während der Ausgangsperiode des Impulses CLK 2 wird die Restspannung Vc 1 über den Schalter 13a als Ausgang an den Ausgangsanschluß B. gelegt

Der Kondensator C₂ wird andererseits aufgrund der Impulse CLK 3, CLK10 bzw. CLK1 geladen, entladen bzw. mit dem Ausgang R verbunden, an dem die Restspannung Vc 2 als Ausgang erscheint, wobei die Impulse CLK3, CLK10 und CLK1 so erzeugt werden, daß sie gegenüber den obengenannten Impulsen in der Taktsteuerung um eine halbe Phase verschoben sind. Da die beiden Kondensatoren C₁ und C₂ mit der gleichen Spannung Vcc aufgeladen werden und über die gemeinsame Konstantstromschaltung 14 entladen werden, erscheint eine Referenzspannung VcI = Vc 2, die der Impulsbreite des Referenzimpulses E proportional

ist, am Ausgangsanschluß β jeweils wiederholt bei jedem halben Zyklus, wenn die Kapazitäten beider Kondensatoren gleich gewählt werden und die Impulsbreiten der Impulse CLK10 und CLATIl ähnlich bzw. gleich sind.

Die Schaltung 12 von F i g. 2 umfaßt MOS-Transistoren 15, 1§ und 17 und dient zum temporären Anlegen einer Referenzspannung Vc 2' an den Vergleicher 3 zum Startzeitpunkt Der Vergleicher 3 arbeitet lediglich im ersten halben Zyklus des Eingangsimpulses mit der Vergleichsspannung Vc 2' und arbeitet anschließend mit der Referenzspannung VcI und Vc 2 in Entsprechung zum Referenzimpuls E

In F i g. 3 ist die Schaltung des Dreieckwellengenerators 2 im einzelnen dargestellt Der Dreieckspannungs- is generator enthält zwei Kondensatoren C^ und C^ eine Konstantstromschaltung 24 und Schalter 21ä bis 22ä sowie 21& bis 23b. Die Schaltung ist hierbei analog der Schaltung des Referenzspannungsgenerators 1. Für die Erzeugung einer Dreieckwellenspannung mit einer 1/η-Periode des Referenzimpulses erforderliche Bedingung ist, daß die Kapazitäten der Kondensatoren Cj und Cj gleich den Kapazitäten der Kondensatoren Q und C₂ sind und der Strom I₂ der Konstantstromschaltung 24 das /7-fache des Stroms h der Konstantstromschaltung 14 ist oder die Ströme I\ und h einander gleich sind und die Kapazitäten der Kondensatoren Cj und Q l/n der Kapazitäten der Kondensatoren Q und Cj sind. 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 F i g. 4 hervorgeht

Bei der in F i g. 3 dargestellten Schaltung wird der Kondensator Cj während der Ausgangsperiode des Impulses CLK 6 auf ein konstantes Potential Vcc aufgeladen und während der Impulsdauer des Impulses CLK 5 über die Konstantstromschaltung 24 entladen. Die Klemmenspannung Vc 3 am Kondensator Cj, der durch den Stromfluß entladen wird, erscheint als Ausgang über den Schalter 23a am Anschluß A. Der Kondensator Q wird während der Ausgangsperiode des Impulses CLK 7, der gegenüber dem Impuls CLK 6 um eine halbe Phase verschoben ist, aufgeladen. Die Entladung des Kondensators G und das Anlegen der Klemmenspannung an den Ausgang erfolgen entsprechend während der Ausgangsperiode des Impulses CLK 5.

Die Klemmenspannung Vc 3 und Vc 4 an den Kondensatoren Cj und Q fallen während der Entladungsperioden mit einer Rate ab, die das η-fache der Abfallrate der Klemmenspannung der beiden Kondensatoren Q und Q> des Referenzspannungsgenerators beträgt "Die ZeJt, die erforderlich ist, damit die Klemmenspannungen Vc3 und Vc 4 die Referenzspannung VcI oder Vc 2 erreichen, beträgt demgemäß Mn der Impulsbreite des Referenzimpulses £ Wie im folgenden näher erläutert ist, wird die Dreieckwellenspannung, die als Ausgang am Anschluß A erscheint, im Vergleicher 3. 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 CLKS umgekehrt, so daß die Impulse CLK % und CLK 7 abwechselnd erzeugt werden. Die es Klemmenspannungen an den Kondensatoren C₃ und Q und die Ausgangsspannung am Anschluß 4 ändern sich dementsprechend wie die Signalwellenformen C3, C 4 und Λ in F ig. 10.

In Fig.5a ist eine Schaltung des Vergleichers 3 dargestellt Die MOS-Transistoren (im folgenden als Tr bezeichnet) 3J und 32 bilden einen Differenzverstärker, wobei die entsprechenden Gates mit den Anschlüssen A_ und B_ verbunden sind. Ein Ausgangssignal 31s des Transistors Tr31 wird dem Transistor Tr 33 zugeführt, der eine Pegelverschiebungsschaltung darstellt, in der der Signalpegel verschoben wird. Das pegelverschobene Signal wird dem Transistor Tr34 zugeführt. Das Ausgangssignal 32ä des Transistors Tr 32 wird als Eingang an den Transistor Tr 35 gelegt. Die Transistoren Fr34 und 7"r35 bilden eine Gegentaktschaltung. Wenn der Signalpegel am Anschluß 4 niedriger ist als am Anschluß ß, wird der Transistor Tr34 bei dieser Gegentaktschaltung eingeschaltet, während der Transistor 7>35 ausgeschaltet wird. Das Ausgangssignal 36s besitzt daher den niederen Pegelwert »0«. Das Ausgangssignal 36s der Gegentaktschaltung wird als Eingangssignal dem Transistor Tr3Γ zugeführt, der eine Inverterschaltung darstellt. Das vom Inverter umgekehrte Signal wird das Ausgangssignal CMP des Vergleichers. Das Signal CMP wird einem Transistor 7r38 zugeführt, der einen weiteren Inverter darstellt, der seinerseits ein Ausgangssignal CAfPerzeugt

Wie aus F i g. 5b ersichtlich ist, erzeugt der Vergleicher entsprechend ein Impulssignal CMP, das den Pegelwert »1« besitzt, wenn die dem Anschluß A zugeführte Dreiecksspannung mit der dem Anschluß β zugeführten Referenzspannung übereinstimmt, sowie das invertierte Impulssignal CMP.

Wie aus der Signalwellenform β von Fig. 10 hervorgeht, wird die Ausgangsspannung vom Referenzspannungsgenerator 1 intermittierend in Synchronisation mit den Impulsen CLAiI und CLK 2 an den Anschluß β angelegt. Die angelegte Spannung wird durch die Streukapazität Co des Eingangsanschlusses des Vergleichers gehalten. Aus diesem Grund tritt im Betrieb des Vergleichers auch dann kein Problem auf, wenn keine Referenzspannung vom Referenzspannungsgenerator während einer Eingangsperiode der Referenzspannung am Vergleicher anliegt

Der erfindungsgemäße Referenzspannungsgenerator 1 muß nicht notwendigerweise die beiden Kondensatoren Ci und Cj aufweisen, da auch von der von einem einzigen Kondensator erhaltenen Referenzspannung Gebrauch gemacht werden kann.

In F i g. 6 ist die Schaltung des Flipflops 4 dargestellt Das Flipflop J umfaßt die Inverter 4J bis 45 sowie MOS-Schalter 4fi bis 4& Der Schalter 4£ führt dazu, daß aufgrund eines Startimpulses CLATO der Eingangssignalpegel des Inverters 41 am Startzeitpunkt »0« wird. Die EIN/AUS-Stellungen der Schalter 4J und 48 werden durch die Ausgangsimpulse CAiP und CAiP gesteuert, die vom Vergleicher stammen. Die Impulssignale ψ, φ. φ' und φ*, die in Synchronisation mit den Impulsen CMP und CMP invertiert sind, werden von den Ausgangsschaltungen der Inverter 41.42.44 bzw. 45 erhalten. Die Wellenformen φ und φ' sind in Fig. 11 dargestellt

In Fi g. 7 ist eine Ausführungsform eines Taktimpulsgenerators j in Form eines Blockschaltbilds dargestellt Das Schieberegister 51 erzeugt Impulse E2\ ΈΊ\ £3', E3', EA' und EA' mit unterschiedlichen Phasen, jedoch gleicher Impulsbreite wie beim Referenzimpuls E Die Logikschaltung 52 dient zur Erzeugung der Taktimpulse CLAT1 bis CLAi 7, die zur Steuerung des Referenzspannungsgenerators 1 und des Dreieckwellengenerators 2

erforderlich sind, wobei die Ausgangsimpulse φ, φ, φ' und φ' vom Flipfjop 4. und die Ausgangsimpulse £2', £2', Ey und £3' vom Schieberegister 51 verwendet werden. Die Logikschaltung 51 erzeugt Taktsteuerimpulse CLK10 und CLK11 zur Festlegung der Kondensatorentladungsperiode des Referenzspannungsgenerators 1, wobei die Ausgangsimpulse E 4' und EV vom Schieberegister 51 und die Referenzimpulse E und Everwendet werden.

Das Schieberegister 51 umfaßt, wie aus F i g. 8 hervorgeht, die Inverter 6J bis Sä. die rekursiv miteinander verbunden sind, die MOS-Schalter 70 bis 77 zur Steuerung der Signalübertragung, die zwischen benachbarten Invertern eingeschaltet sind, sowie MOS-Schalter 7Jj bis £1, deren Leitungszustand durch einen Startimpuls CLKO gesteuert wird, um den Eingangspegel an den Invertern 6J, 63, 65 und 67 zum Startzeitpunkt gleich »0« zu machen.

Im Schieberegister wird die Signalübertragung zwischen benachbarten Invertern mit Ausnahme der Inverter fift und 65 durch ein Impulssignal CMP, das an die Schalter 7fl bis 73. angelegt wird, und ein invertiertes Impulssignal CMP kontrolliert, das zu den Schaltern 24 bis22 gelangt. Die Ausgangssignale El bis E4' von den Invertern 6J. bis fig sind entsprechend die Signale, die durch hintereinander erfolgendes Verschieben des Referenzimpulses E in Synchronisation mit den Impulssignalen CMPund CMPerhalten werden, wie aus den in Fig. 11 dargestellten Wellenformen El bis E4' hervorgeht.

Die Logikschaltung 52 führt folgende logische Operationen zur Erzeugung von Impulsen mit den Wellenformen CLK 1 bis CLK 7 durch, die in F i g. 11 dargestellt sind:

CLK 1 = E + EZ CLK2 = E+ ET + CLAiO
CLK 3 = E + ET
CLAC4 = E+ E3· CLK5 = ψ ■ ÜLKÖ
CLACe=^g/ + CLKO CLK 7 = φ · φ'

Die Logikschaltung 53 zur Erzeugung der Impulse CLK 10 und CLK 11 umfaßt, wie aus den F i g. 9a und 9b hervorgeht beispielsweise eine Flipflopschaltung mit AND-Gattern 9J^ (91^ und 32j (92& OR-Gattern 93a (93b) und 94a (Mt) sowie Invertern 95a (95b; und 96a mti

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 CLKO = »1« und CLKiQ = »0« sind, wenn der Startimpuls CLKO »i« ist. Wenn der Startimpuls CLKO = »0« ist wird der Ausgang des AN D-Gatters 92a »1«. so daß die Ausgangsimpulse CLK10 und CLK10 invertiert werden.

Die Schaltung erzeugt anschließend den Impuls CLiClO, der an der Vorderflanke des Impulses E 4^ 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 E4' gesetzt und an der Vorderflanke des Impulses Erückgesetzt wird.

Wie aus der obigen Erläuterung hervorgeht erzeugt der Referenzspannungsgenerator 1 im erfindungsgemäßen Impulsfrequenzvervielfacher die Referenzspannung, die der Impulsbreite des Referenzimpuhies bei jedem halben Zyklus entspricht, aufgrund der Takt-Steuerimpulse CLK\ bis CLKiI, die als Ausgang vom Taktimpulsgenerator 5 stammen. Der Dreieckwellengenerator 2 erzeugt eine Dreieckspannung, die sich bei 1 In der Periodendauer des Referenzimpulses wiederholt, so daß das Flipflop 4 Impulse mit einer Frequenz erzeugt die dem n-fachen der Frequenz der Referenzimpulse entspricht.

Bei der obigen Ausführungsform des Impulsfrequenzvervielfachers wird eine Zeitdifferenz, die zwischen den Impulsen E4' und Fi⁷, die auf der Basis der Ausgangsimpulse CMP und CMP vom Vergleicher erzeugt werden, und dem Eingangs-Referenzimpuls E auftritt, in folgender Weise automatisch korrigiert:
In den Fig. 12a und 12b_entsprechen die durchgezogenen Linien der Signale E4' und E4' dem Fall, in dem die Perioden der entsprechenden Impulse (E4\ E4') 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 CLAiIO 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, daß die Referenzspannung Vc 1 und Vc 2 auf einen niederen Wert beschränkt werden kann. Die Erzeugungsperiode für die Impulse CMPund CMPwird damit länger, so daß sich hierdurch Zeitdifferenzen zwischen den Impulsen E und E4' und zwischen E und E4' kompensieren lassen.

Wenn umgekehrt die Perioden der Impulse ET und £4' langer sind, wird die Entladungszeit des Kondensators verkürzt, was wiederum zu einer Verringerung der Erzeugungsperioden der Impulse CMPund CMP führt. In Fällen, in denen keine automatische Korrektionsfunktion erforderlich ist, können die Schalter 12a und 126 zur Festlegung der Entladungsdauer der Kondensatoren Q und Cj des Referenzspannungsgenera tors vom Referenzimpuls E des externen Eingangssignals und dem invertierten Signal Egesteuert werden.

Bei der obigen Erläuterung wurde von dem Fall ausgegangen, daß der Referenzimpuls E mit einem Tastverhältnis von 50% dem lmpulsfrequenzvervielfacher von außen zugeführt wird. Der erfindungsgemäße Impulsfrequenzvervielfacher läßt sich jedoch auch dann normal betreiben, wenn das Tastverhältnis von 50% abweicht In diesem Fall entsteht ein Ausgangsimpuls φ' mit dem gleichen Tastverhältnis wie beim Referenzimpuls, jedoch mjt n-fach höherer Frequenz, da der Referenzspannungsgenerator alternierend die Spannungen Vc 1 und Vc 2 erzeugt die bei jedem halben Zyklus unterschiedliche Werte aufweisen.

Die Erfindung betrifft zusammengefaßt einen lmpulsfrequenzvervielfacher, bei dem ein erster Kondensator, der auf ein gegebenes Potential aufgeladen ist über eine erste Konstantstromschahung 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 jT-fach höher ist ais in der ersten

Konstantstromschaitung, 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 Flipflopschaltung einen Impuls erzeugt, dessen Frequenz das 77-fache der Frequenz des Referenzimpulses ist

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche: 3. Impulsfrequenzvervielfacher mit

   — einem Referenzspannungsgenerator, der mit gleicher Frequenz wie ein in seiner Frequenz zu vervielfachendes Referenzsignal ein erstes Signal erzeugt, das sich ausgehend von einem ersten Potential während einer der Impulsbreite des Referenzsignals proportionalen Zeitperiode mit einer festgelegten ersten Rate linear ändert, so daß es zum Ende der Zeitperiode ein von der Frequenz des Referenzsignals bestimmtes zweites Potential erreicht,

   — einem Speicher, der das zweite Potential speichert, und

   — einer Generatorschaltung, die mit einer von dem gespeicherten zweiten Potential abhängigen Frequenz vervielfachte Impulse erzeugt,

   gekennzeichnetdurch folgende Merkmale:

   a) die Generatorschaltung besteht aus einem Dreieckwellengenerator (2). einem Flipflop (4) und einem Taktimpulsgenerator (5) und erzeugt ein zweites Signal, das sich, ausgehend vom ersten Potential, mit einer das n-fache der ersten Rate betragenden zweiten Rate ändert;

   b) ein Vergleicher (3) stellt die wiederholte Übereinstimmung des gespeicherten zweiten Potentials mit dem zweiten Signal fest und erzeugt daraus wiederholte Koinzidenzimpulse, welche die frequenzvervielfachten Impulse bilden;

   c) das zweite Signal wird periodisch entsprechend den vom Vergleicher (3) wiederholt erzeugten Koinzidenzimpulsen erzeugt.
2. 2. Impulsfrequenzvervielfacher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) Der Referenzspannungsgenerator (1) weist einen ersten Kondensator (Q, C₂) und eine erste Konstantstromschaltung (14) auf und erzeugt ein erstes Potential, das größer ist als das zweite Potential, und schwächt das erste Signal vom ersten Potential aus mit der festgelegten ersten Rate bis zum Erreichen des zweiten Potentials linear ab;

   b) der Dreieckwellengenerator (2) weist zwei zweite Kondensatoren (C3, Q) und eine zweite Konstantstromschaltung (24) auf und erzeugt ein erstes Potential, das größer ist als das zweite Potential, und schwächt das zweite Signal vom ersten Potential aus mit der festgelegten zweiten Rate bis zum Erreichen des zweiten Potentials linear ab;

   c) die ersten und die zweiten Kondensatoren besitzen die gleiche Kapazität, und der Strom der zweiten Konstantstromschaltung (24) beträgt das η-fache des Stroms der ersten Konstantstromschaltung (14).
3. 3. Impulsfrequenzvervielfacher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) Der Referenzspannungsgenerator (1) weist einen ersten Kondensator (Q, C₂) und eine erste

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