DE3046772C2

DE3046772C2 - Taktgenerator

Info

Publication number: DE3046772C2
Application number: DE3046772A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Phys. 7100 Heilbronn Kuhlmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1980-12-12
Filing date: 1980-12-12
Publication date: 1983-08-04
Also published as: IT1140097B; DE3046772A1; US4430617A; JPS57123725A; IT8125506A0; NL8105585A; FR2496359A1

Description

4. Taktgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Logik ein ODER-Gatter (O\) mit /7+1 Eingängen «nthäJt, wobei π Eingänge von den Ausgängen von UNU-Gattern (U\-U„) gebildet werden, daß diese UND-Gatter jeweils eine Stufe des Binärzählers (BZ) mit einer entsprechenden Stufe des Schieberegisters (5Ri) verknüpfen, daß am n+ \ ten Eingang des ODER-Gatters (Oi) der Inhalt einer definierten Stufe des Schieberegisters direkt anliegt, und daß ein letztes UND-Gatter (U_x) vorgesehen ist, das den Ausgang des ODER-Gatters (Oi) mit dem Grundkontakt (T) verknüpft und an dessen Ausgang der Takt (TG) mit binär ansteigender Periodenlänge, der zugleich der Schiebetakt des Schieberegisters ist, auftritt

5. Taktgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der invertierte Inhalt der letzten Stufe (<?„) des Binärzählers (BZ) über ein 1. UND-Gatter (U\) mit dem Inhalt der 1. Schieberegisterstufe (SQo) verknüpft ist

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Die Erfindung beirifft einen Taktgenerator nach den Merkmalen des Oberbegriffes im Anspruch 1.

In der Datenverarbeitung werden vielfach Taktgeneratoren benötigt, die aufeinander folgende Einzelimpul- se erzeugen, mit deren Hilfe beispielsweise Informationen gespeichert, abgerufen und weitergeleitet werden. Bei Digital-Analogwandlern werden vielfach bestimmte Werte, beispielsweise die elektrischen Größen in Schieberegistern digital gespeichert und mit Hilfe eines an das Schieberegister angeschlossenen Integrationsglieds in analoge Werte umgewandelt. Taktgeneratoren sorgen dafür, daß der Schieberegisterinhalt geändert, ausgegeben und im ständigen Umlauf gehalten werden kann. ^; '

In der Datenverarbeitung werden meist Taktgeneratoren verwendet, die Taktimpulse gleichbleibender Frequenz erzeugen. So wird in der DE-PS 23 48 831 ein Digital-Analogwandler beschrieben, der ein Schieberegister enthält, in dem der digitale Wert einer Größe abgespeichert ist Der Schieberegisterinhalt läuft über eine Datenschleife ständig um und kann durch eine in die Datenschleife eingefügte Logik geändert werden. Bei dem bekannten Digital-Analogwandler wird an einem an das Schieberegister angeschlossenen Integrationsglied eine Gleichspannung abgegriffen, die direkt proportional der Anzahl der im Schieberegister enthaltenen logischen »!«-Informationen ist Da die Schiebetaktimpulse eine gleichbleibende Frequenz aufweisen, ist bei dem bekannten Digital-Analogwandler die Uiiterteilbarkeit der am Integrator abnehmbaren Größe allein durch die Länge des Schieberegisters bzw. durch die Anzahl der im Schieberegister unterzubringenden binären Informationen abhängig. Bei einem Schieberegister mit π gleichwertigen Stufen lassen sich somit η unterschiedliche Digitalwerte unterbringen. Die Auflösung der digital erfaßten und analog auszugebenden Größe ist somit —. η

Ferner ist aus Rev. ScL Instrum. VoL 45 No. 5, Mai 1974 S. 714-716 eine Anordnung bekannt, die in einem fest vorgegebenen Bereich Impulse mit annähernd logarithmisch ansteigender Taktlänge erzeugt Hierzu sind 2 Teiler, 2 Zähler und neben anderen Logikbausteinen ein Komparator erforderlich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfacher aufgebauten Taktgenerator anzugeben, mit dem vorhandene Logikbausteine besser ausnutzbar sind, d. h. mit dessen Hilfe mehr Informationen verarbeitet oder der Informationsfluß beschleunigt werden kann. Dieser Taktgenerator soll zur Ansteuerung von D/A-Wandlern besonders geeignet sein.

Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Es handelt sich also um einen Taktgenerator, der anstelle von Taktimpulsen mit gleichbleibenden Periodenlängen nunmehr binär ansteigende Periodenlängen aufweist, wobei die maximale Periodenlänge das 2"fache der Periodenlänge des ersten Taktimpulses beträgt, wenn π die Zahl der Stufen des Binärzählers ist Wird ein derartiger Takt auf das Schieberegister eines Digital-Analogwandlers gegeben, so erfahren die einzelnen Stufen des Schieberegisters dadurch eine Gewichtung, daß der Inhalt der jeweiligen Stufe am nachgeschalteten Integrationsglied während der 1, 2, 4, 8 oder 2"fachen Zeit, bezogen auf die Zeitdauer des Grundtaktes, anliegt. Durch diese Gewichtung des Inhalts aufeinanderfolgender Stufen im Schieberegister eines Digital-Analogwandlers bei Verwendung eines Taktgenerators mit binär ansteigender Periodenlänge lassen sich in dem Λ+lstufigen Schieberegister des Digital-Analogwandlers nunmehr 2"+1 Analogwerte abspeichern.

Der Ausgangstakt mit binär ansteigender Periodenlänge ist bei dem erfindungsgemäßen Taktgenerator zugleich der Schiebetakt des im Taktgenerator enthaltenen Schieberegisters, wobei jeweils eine Stufe des Schieberegisters eine Information enthält, die vom Inhalt aller übrigen Stufen des Schieberegisters verschieden ist Dies bedeutet, daß beispielsweise nur eine Stufe des Schieberegisters eine logische »1« enthält.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Taktgenerators liegt am Eingang eines B-stufigen Binärzählers ein Grundtakt mit gleichbleibender Periodenlänge der Einzeltakte an. Das Schieberegister des Taktgenerators hat n+\ Stufen, wobei die einzelnen Stufen des Schieberegistersund des Binärzählers über die Logik so miteinander verknüpft sind, daß am Ausgang der Logik der Ausgangstakt mit binär ansteigender Periodenlänge während eines Schieberegisterumlaufs und somit mit einem auf den Gsundtakt bezogenen Periodenlängenverhältnis wie

1 :1 :2:4:8..-2=entsteht

Die· Logik besteht vorzugsweise aus einem ODER-Gatter mit ji+1 Eingängen, wobei π Eingänge von den Ausgängen von UND-Gattern gebildet werden. Diese is UND-Gatter verknüpfen jeweils eine Stufe des Binärzählers mit einer entsprechenden Stufe des Schieberegisters. Am n+tten Eingang des ODER-Gatters liegt der Inhalt einer definierten Stufe des Schieberegisters direkt an, so daß eine definierte Synchronisation der Taktfolge innerhalb eines Schieberegisteriimlaufs entsteht Ein letztes UND-Gatter verknüpft den Ausgang des ODER-Gatters mit dem Grundtakt. Am Ausgang dieses UND-Gatters entsteht somit der Takt mit binär ansteigender Periodenlänge. Die beschriebene Logik enthält ferner ein 1. UND-Gatter, das den invertierten Inhalt der letzten Stufe des Binärzählers mit dem Inhalt der 1. Schieberegisterstufe, verknüpft

Die Erfindung und ihre vorteilhafte Ausgestaltung soll im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieils näher erläutert werden. Die F i g. 1 zeigt den Taktgenerator, während in der Fig.2 der Grundtakt und der Takt mit binär ansteigender Periodenlänge, sowie der jeweilige Inhalt der Stufen des Binärzählers und des Schieberegisters dargestellt ist. Bei den Impulsdiagrammen wurde von einem 4 (n=4) stufigen Zähler ausgegangen.

Die F i g. 1 zeigt einen Binärzähler BZaus η Stufen, an dessen Eingang ein Takt T mit gleichbleibender Frequenz ge .näß dem ersten Diagramm der Fig. 2 anliegt. Bei dem Zähler kann es sich um einen handelsüblichen aus Flip-Flops aufgebauten Rinärzähler handeln, der somit nicht näher beschrieben werden muß. Wie aus den Diagrammen der Fig.2 ersichtlich, wird ·»> die Frequenz des Grundtaktes in der Stufe Qi des Binärzählers unterteilt Eine weitere Frequenzteilung: erfolgt in der Stufe Qz und in entsprechender Weise wird auch durch die nachfolgenden Stufen des Binärzählers eine sich aus dem Binärcode ergebende >n weitere Frequenzuntertellung vorgenommen. In den Diagrammen der F i g. 2 ist der sich daraus ergebende Impulsverkuf in den einzelnen Stufen des Binärzählers, dargestellt. Die Stufe Qi des Binärzählers hat somit die Binärgewichtung 2°, die Stufe Qz die Binärgewichtung 2¹, der Stufe Q₃ kommt der Binärwert 2² und der Stufe Qt der Binärwert 2³ zu. Ein vierstufiger Binärzähler der in der Fig.2 dargestellten Weise kann somit 15 Taktimpulse des Grundtaktes Taufaddieren.

Der Taktgenerator gemäß der F i g. 1 umfaßt ferner ein Schieberegister SRt mit η +1 Stufen, die als SQ₀ bis SQ_n bezeichnet sind. Die Logik, die den Binärzähler und das Schieberegister niiteinander verknüpft, besteht aus dem ODER-Gatter Oi und UND-Gatter Vt bis U_n. Alle Ausgänge der UND-Gatter sind zugleich Eingänge des ODER-Gatters. Dps UND-Gatter Ut verknüpft den invertierten Inhalt der letzten Binärzählerstufe Q_n mit dem Inhalt der efstün £;hieberegisterstufe 5Cb- Der Inhalt der Schieberegister SQu die auf die Stufe SQo folgt, gilt als Synchronisierstufe, so daß der Inhalt dieser Stufe direkt als eine Eingangsinformatiort zum ODER-Gatter Oi führt Alle nachfolgenden UND-Gatter verknüpfen jeweils eine Binärzählersiufe mit einer Schieberegisterstufe gleicher Zählfolge. Folglich verknüpft das UND-Gatter Uz die Binärzählerstufe Qi mit der Schieberegisterstufe SQz.

Ein letztes UND-Gatter U_x verknüpft den Ausgang des ODER-Gatters Ch mit dem Grundtakt T. An dem Ausgang dieses UND-Gatters U_x entsteht der Takt TG mit binär ansteigender Periodendauer, der zugleich als Schiebetakt wieder den Schieberegisterstufen zugeführt wird. Die Logik bewirkt somit die nachstehend aufgeführte logische Verknüpfung.

TG = (QnxSQ₀+ SQ₁ + Q₂ XSQ₂ + ... QnXSQ_n) χ Τ.

Das Ergebnis dieser Ipgischen Verknüpfung ist aus der F i g. 2 ersichtlich.

Im Schieberegister SRi enthält jeweils eine Stufe — wie bereits ausgeführt wurde — eine logische »!«-Information. Diese Information befindet sich — wie dargestellt — beispielsweise in der Schieberegisterstufe SQi. Da diese Schieberegisterstufe direkt einen Eingang des ODER-Gatters bildet, kann am Ausgang des UND-Gatters U_x dann ein Taktimpuls auftreten, wenn auch der Grundtakt T an diesem UND-Gatter U_x anliegt Der daraus resultierende Taktimpuls am Ausgang TG schiebt die Information der Zelle SQt in die Zelle SQz. Die Schieberegisterstufe SQ₂ ist mit der Binärzählerstufe Qz verknüpft, so daß ein weiterer Takt am Taktausgang TG entsteht wenn während der Zeit wo sowohl in der Schieberegisterstufe SQ2, als auch in der Binärzählerstufe Qi eine logische »1« anliegt, ein weiterer Taktimpuls T auftritt Daraus resultiert im Diagramm der F i g. 2 der dritte dargestellte Einzelimpuls TG, durch den die Information »1« aus der Speicherzelle SQ2 nach SQ3 weitergeschoben wird. Die Schieberegisterstufe SQs ist mit der Binärzählerstufe Q₃ über ein UND-Gatter verknüpft. Die Binärzählerstufe Q₃ g^.ht jedoch erst nach dem vierten Grundtakt auf den Wert »1«, so daß erst der nachfolgende fünfte Grundtakt am Ausgang TG erscheinen und die »1 «-Information aus der Zelle SQ₃ nach 5Q₄ weiterschieben kann. Dadurch ging in der Taktfolge TG ein Impuls des Grundtaktes verloren, so daß sich nunmehr die Periodenlänge des Ausgangstaktes TG bereits verdoppelt hat.

Die Schieberegisterstufe SQ4 ist mit der Binärzählerstufe Q₄ verbunden, die erst nach dem achten Grundtakt ihren Informationsinhalt ändert. Dies bedeutet, daß erst der neunte Grundtakt über das UND-Gatter U_x ausgef eben werden kann, während die drei in dieser Zeit aufgetretenen Grundtaktimpulse am Ausgang TG unterdrückt werden. Die Periodenlänge des jetzt erscheinenden Ausgangsimpulses TG hat sich somit wiederum verdoppelt. Durch diesen letzten in durchgehender Linienführung dargestellte Ausgangstakt TG wird nunmehr die »!«-Information bei einem angenommenen fünfctufigen Schieberegister SRt und einem vierstufigen Binärzähler von der Schieberegisferstufe SQ4 nach SQo geschoben. Die Schiebereguterslufe SQo ist jedoch über das UND-Gatter Ut mit dem invertierten Inhalt der letzten Stufe Q* des Binärzählers verknüpft, so daß bin Ausgang TG erst dann ein weiterer Taktimpuls erscheinen kann, wenn die Binärzählerstufe 64 von der logischen »!«-Information

wieder auf »0« geht. Dieser Moment ist in der Fig. 2 durch eine senkrecht zur Zeitachse t verlaufende gestrichelte Linie angedeutet. Der auf diesen Zeitpunkt nachfolgende erste Taktimpuls Terscheint am Ausgang TG und ist im letzten untersten Diagramm als > gestrichelter Impuls dargestellt. Seine Periodenlänge hat sich somit nochmals gegenüber der des vorangegangenen Impulses verdoppelt. Bei seinem Erscheinen wird die »!«-Information aus dem Schieberegister 5Q) nach SQi weitergeschoben und der vorstehend geschilderte i'i Zyklus wiederholt sich.

Durch die beschriebene Verknüpfung eines Binärzählers und eines Schieberegisters wird somit ein Taktimpuls erzeugt, bei dem die Periodendauern zwischen den einzelnen Taktimpulsen binär ansteigen, π und zwar im Verhältnis I : 1 :2 :4 :8. Dies gilt für einen vierstufigen Binärzähler und eine fünfstufige Schieberegistereinheit. Die Stufenzahl kann selbstverständlich beliebig erhöht werden, was sich dann in entsprechender Weise auf die Periodenlängen aufeinanderfolgender Taktimpulse am Ausgang des Taktgenerators auswirkt. Mit der Erfindung wird somit ein Taktgenerator beschrieben, dessen Taktfolge bereits eine binäre Gewichtung enthält, so daß hiermit die ansonsten übliche Gewichtungsschaltung bei Digital-Analogwandlern ersetzt werden kann. Die binäre Gewichtung gilt für jeweils einen Schieberegisterumlauf des Taktgenerators und wiederholt sich ständig, so daß es bei nachgeschalteten Auswertungsschaltungen allein darauf ankommt, wie der Dateninhalt aufeinanderfolgender Speicherstufen dem Steuertakt TG, dessen Einzeltakle binär ansteigende Periodendauern aufweisen, zugeordnet sind. Wie bereits erwähnt, ist damit beispielsweise bei einem Digital-Analogwandler eine Gewichtung der einzelnen Schieberegisterstufen des Digital-Analogwandlers bereits durch die Ansteuerung mit dem beschriebenen Takt vorgegeben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

-.■ Patentansprüche:

1. Taktgenerator zur Erzeugung von Taktsignalen mit sidt zeitlich ändernder Periodenlärige, der einen Binärzähler (BZ) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Binärzähler (BZ) mit einem Schieberegister (SRi) über eine logische Gatter- ' Schaltung (JLJi -U_nOi, U_x) derart verknüpft ist, daß ein Ausgangstakt (TG) mit binär ansteigender Periodenlänge innerhalb eines Durchschiebeintervalls des Schieberegisters (SRt) am Ausgang der Logik auftritt, und daß dabei der Ausgangstakt (TG) zugleich den Schiebetakt für das Schieberegister (SRi) bildet, wobei jeweils eine Stufe des Schiebere- is gisters eine Information enthält, die vom Inhalt der übrigen Stufen des Schieberegisters verschieden ist

2. Taktgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nur eine Stufe des Schieberegisters (SRi) eine logische »1« enthält

3. Taktgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang eines ß-stufigen Binärzählers (BZ) ein Grundtakt (T) mit gleichbleibender Periodenlänge der Einzeltakte anliegt, daß das Schieberegister (SRi) n+l Stufen enthält, und daß die einzelnen Stufen des Schieberegisters und des Binärzählers über die Logik so miteinander verknüpft sind, daß am Ausgang der Logik ein Ausgangstakt (TG) mit binär ansteigender Periodenlänge während eines Schieberegisterumlaufs und einem auf den Grundtakt (T) bezogenen Periodenlängenverhz i'nis wie 1 :1 :2 :4 :8 :...: 2n entsteht.