DE3634594A1

DE3634594A1 - Circuit arrangement for generating frequency ratios with rational numbers

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Publication number: DE3634594A1
Application number: DE19863634594
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Ing Moering
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1986-10-10
Filing date: 1986-10-10
Publication date: 1988-04-14

Abstract

A circuit arrangement for generating essentially squarewave-shaped oscillations with frequency ratios with rational numbers is described which supplies highly frequency- and phase-constant oscillations with little circuit complexity. This is achieved by an oscillator (7) which supplies a number of essentially squarewave-shaped basic oscillations ((1), (2), ...(N)) of the same frequency (f0), the phases of which are arranged at equal intervals (T) in the range of an integral multiple of the period of the basic oscillation, and by a switching stage (20) which successively in each case supplies one basic oscillation ((1), (2), ...(N)) in a time sequence determined in accordance with the arrangement of the phases to its output (23) and switches at a predetermined time of the basic oscillation ((1), (2), ... (N)) currently supplied from the latter to another one, as a result of which an oscillation with a frequency divided by rational numbers compared with the basic oscillations ((1), (2), ...(N)) is output at the output (23) of the switching stage (20). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von im wesentlichen rechteckförmigen Schwingungen mit rationalzahligen Frequenzverhältnissen.The invention relates to a circuit arrangement to produce substantially rectangular Vibrations with rational frequency ratios.

Aus dem IBM Technical Disclosure Bulletin Band 17, Nr. 12, vom Mai 1975 ist eine Schaltungsanordnung zu synchronen Frequenzteilung durch den Faktor 2,5 bekannt. Diese Schaltungsanordnung besteht im wesentlichen aus zwei Zählern, die wechselweise durch jeweils zwei von drei Flipflops gebildet werden. Durch Umschalten zwischen diesen Zählern mittels eines vierten Flipflops wird erreicht, daß die Schaltungsanordnung, getaktet durch ein rechteckförmiges Oszillator-Eingangssignal, ausgehend von einem Anfangszustand nach fünf Halbperioden des Oszillatorsignals in diesen Ausgangszustand zurückkehrt. Dabei entsteht am Ausgang der Schaltungsanordnung ein rechteckförmiges Signal mit einem Tastverhältnis von drei : zwei.From the IBM Technical Disclosure Bulletin Volume 17, No. 12, from May 1975 a circuit arrangement is to be synchronized Frequency division known by the factor 2.5. This circuit arrangement consists essentially of two counters, alternating between two of three flip-flops be formed. By switching between these counters by means of a fourth flip-flop it is achieved that the Circuit arrangement, clocked by a rectangular Oscillator input signal starting from an initial state after five half-periods of the oscillator signal in returns to this initial state. This creates at the exit the circuit arrangement a rectangular signal with a duty cycle of three: two.

Die bekannte Schaltungsanordnung hat den Nachteil, daß sie für lediglich ein festes Teilerverhältnis ausgelegt ist und daß zur Verwirklichung anderer Teilerverhältnisse zusätzliche Anordnungen vorgesehen werden müssen. Dadurch, daß bei der bekannten Schaltungsanordnung ganze Halbperioden des Oszillator-Eingangssignals zur Erzeugung des Ausgangssignals abgezählt werden, ist außerdem die Menge der einstellbaren Teilerverhältnisse eng begrenzt. Außerdem liefert diese Schaltungsanordnung nur ein Ausgangssignal mit einem von eins abweichenden Tastverhältnis. The known circuit arrangement has the disadvantage that it is designed for only a fixed division ratio and that to realize other divide ratios additional orders must be provided. Thereby, that in the known circuit arrangement whole half periods of the oscillator input signal to generate the Output signal is also counted, the amount of the adjustable divider ratios. Furthermore this circuit arrangement provides only one output signal with a duty cycle that deviates from one.

Aus der Zeitschrift "Elektronik", Jahrgang 1986, Heft 11 vom 30. 5. 1986 ist weiterhin eine Schaltungsanordnung mit einem Schieberegister zur Einstellung gebrochener Frequenzteilungsverhältnisse bekannt. Diese Schaltung umfaßt ein vierundsechzigstufiges Schieberegister, durch das ein festes Muster von Nullen und Einsen im Takt des Ausgangssignals eines Frequenzteilers rotiert. Dem Frequenzteiler wird ein Systemtakt zugeführt. Der Frequenzteiler teilt die Frequenz dieses Systemtaktes durch eine gerade Zahl: Durch das im Schieberegister rotierende Muster von Nullen und Einsen werden in dem dem Frequenzteiler zugeführten Systemtakt einzelne Signalflanken unterdrückt, so daß die Zahl der in jeder Zeiteinheit vom Frequenzteiler abgegebenen Impulse geringfügig vermindert wird. Diese Impulse weisen dadurch nicht nur ein von Eins abweichendes Tastverhältnis auf, sondern zusätzlich eine Periodenlängenschwankung . Sie sind daher nicht geeignet für alle Anwendungen, in denen die genaue Einhaltung von Frequenz und Phase bedeutsam ist.From the magazine "Elektronik", year 1986, issue 11 dated May 30, 1986 a circuit arrangement is also included a shift register for setting broken ones Frequency division ratios known. This circuit includes a sixty-four stage shift register, through which is a fixed pattern of zeros and ones in time with the Output signal of a frequency divider rotates. The A system clock is fed to the frequency divider. The Frequency divider divides the frequency of this system clock by an even number: by that in the shift register rotating patterns of zeros and ones are in the Frequency divider supplied system clock individual signal edges suppressed so that the number of each time unit pulses from the frequency divider slightly is reduced. These impulses do not only indicate a duty cycle other than one, but additionally a period length fluctuation. You are therefore not suitable for all applications where the exact Compliance with frequency and phase is important.

Eine Schaltungsanordnung, die diesen Anforderungen gerecht werden soll, ist in der europäischen Patentschrift 80 970 beschrieben. Diese Anordnung arbeitet unter anderen mit einem Zähler und einer Vielzahl von Speichern und Verknüpfungsgattern und ist sehr kompliziert aufgebaut.A circuit arrangement that meets these requirements is to be found in European Patent Specification 80 970 described. This arrangement works with others a counter and a variety of memories and Linking gates and is very complicated.

Die Erfindung hat demgegenüber die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung rationalzahliger Frequenzverhältnisse zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und eine Vielzahl von Frequenzverhältnissen einzustellen gestattet.The invention has the task, a Circuit arrangement for generating rational numbers To create frequency relationships that are simply constructed and set a variety of frequency ratios allowed.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art einen Oszillator, der eine Anzahl von im wesentlichen rechteckförmigen Basissschwingungen gleicher Frequenz liefert, deren Phasen in gleichen Abständen im Bereich eines ganzzahligen Vielfachen der Periode der Basisschwingung angeordnet sind, sowie eine Umschaltstufe umfaßt, die nacheinander jeweils eine Basisschwingung in einer nach der Anordnung der Phase bestimmten zeitlichen Reihenfolge ihrem Ausgang zuführt und zu einem vorgegebenen Zeitpunkt der gerade zugeführten Basisschwingung von dieser zu einer weiteren umschaltet, wodurch am Ausgang der Umschaltstufe eine gegenüber den Basisschwingungen rationalzahlig frequenzgeteilte Schwingung abgegeben wird.The object is achieved in that a Circuit arrangement of the type mentioned one Oscillator, which is a number of substantially rectangular Provides basic vibrations of the same frequency, their phases at equal intervals in the range of an integer Multiples of the period of the basic oscillation are, and includes a switching stage, one after the other one basic oscillation in one after the Arrangement of the phase specific chronological order feeds their output and at a predetermined time the basic vibration just fed from this to one another switches, resulting in the output of the switching stage one rationally compared to the basic vibrations frequency-divided vibration is emitted.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine in einem rationalzahligen Frequenzverhältnis geteilte Schwingung aus einer Basisschwingung mit einfachen Mitteln dadurch erhalten werden kann, daß die Periodendauer der Basisschwingung um einen bestimmten Bruchteil verlängert oder verkürzt wird, und daß diese Verlängerung oder Verkürzung auf einfache Weise dadurch erreicht werden kann, daß die zu erzeugende Schwingung, die zur Basisschwingung in einem rationalzahligen Frequenzverhältnis steht, aus einzelnen Zeitintervallen mehrerer gegeneinander phasenverschobener Basisschwingungen gleicher Frequenz zusammengesetzt wird. Die Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Basisschwingungen und damit deren Anzahl sind mitbestimmend für das Frequenzverhältnis. Werden beispielsweise N Basisschwingungen erzeugt, die zueinander um jeweils einen N-ten Teil von 360°C gegeneinander phasenverschoben sind, kann zum Beispiel durch Umschalten zwischen den einzelnen Basisschwingungen eine neue Schwingung erzeugt werden, deren Periodendauer um diesen N-ten Teil oder Vielfache davon verkürzt oder verlängert ist. Durch Wahl der Anzahl und der Kombinaton der Basisschwingungen lassen sich so Signale erzeugen, die zu den Basisschwingungen beliebige rationalzahlige Frequenzverhältnisse aufweisen. The invention is based on the finding that an oscillation divided in a rational-number frequency ratio can be obtained from a basic oscillation with simple means by lengthening or shortening the period of the basic oscillation by a certain fraction, and that this lengthening or shortening in a simple manner can be achieved that the vibration to be generated, which is in a rational number frequency ratio to the basic vibration, is composed of individual time intervals of several mutually phase-shifted basic vibrations of the same frequency. The phase shift between the individual base vibrations and thus their number also determine the frequency ratio. For example, if N base vibrations generated each other, respectively an N-th part of 360 ° C are mutually phase-shifted by, for example, a new vibration may be generated by switching between the individual base oscillations whose period duration -th to this N component or multiples shortened thereof or is extended. By selecting the number and the combination of the basic vibrations, signals can be generated which have any rational-number frequency ratios to the basic vibrations.

Zur Festlegung eines reproduzierbaren Auswahlkriteriums zwischen den einzelnen Basisschwingungen ist es dabei angezeigt, das Umschalten von einer zur nächsten Basisschwingung stets zu einem vorgegebenen Zeitpunkt der gerade zugeführten Basisschwingung vorzunehmen. Dadurch wird ein gleichmäßiges Zeitraster für das Umschalten und somit eine exakt konstante Frequenz der Schwingung am Ausgang der Umschaltstufe erreicht. Der vorgegebene Zeitpunkt in der Basisschwingung kann auf einfache Weise, z. B. mit Schaltungen zur Messung von Zeitintervallen oder zur Detektion bestimmter Signalpegel festgestelt werden.To determine a reproducible selection criterion it is between the individual base vibrations displayed, switching from one basic vibration to the next always at a predetermined time to perform the basic oscillation just supplied. Thereby becomes an even time grid for switching and thus an exactly constant frequency of the vibration at Switching stage output reached. The specified time in the basic vibration can easily e.g. B. with circuits for measuring time intervals or be determined for the detection of certain signal levels.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß mit einfachen Mitteln eine exakt rationalzahlig frequenzgeteilte Schwingung bereitgestellt wird, ohne daß dafür ein übermäßiger Schaltungsaufwand erforderlich wäre. Die Einsparung bezieht sich zum einen auf die Anzahl der Bauteile der Schaltungsanordnung und andererseits auf die Anforderugnen an deren Kenndaten. So ist es beispielsweise nicht erforderlich, eine Frequenz zu erzeugen und zu verarbeiten, die höher ist als die Frequenz der Basisschwingungen. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung benötigt daher an keiner Stelle Bauteile, die für höhere Frequenzen als diejenige der Basisschwingungen ausgelegt sind.The circuit arrangement according to the invention has the advantage that with simple means an exactly rationally frequency-divided Vibration is provided without it excessive circuitry would be required. The saving relates on the one hand to the number of Components of the circuit arrangement and on the other hand on the Requirements for their characteristics. For example, it is no need to generate and process a frequency, which is higher than the frequency of the basic vibrations. The circuit arrangement according to the invention therefore does not need components for higher Frequencies designed as that of the base vibrations are.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Oszillator nach Art eines Ringoszillators aufgebaut. Derartige Ringoszillatoren liefern auf einfache Weise eine wählbare Anzahl von Basisschwingungen gleicher Frequenz, deren Phasen in gleichen Abständen im Bereich eines ganzzahligen Vielfachen der Periode der Basisschwingung angeordnet sind, wie dies für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vorgesehen ist. According to a development of the invention, the oscillator constructed like a ring oscillator. Such ring oscillators provide a selectable in a simple way Number of basic vibrations of the same frequency, their Phases at equal intervals in the range of an integer Multiples of the period of the basic oscillation are like this for the circuit arrangement according to the invention is provided.

Ein solcher Ringoszillator umfaßt nach einer Weiterbildung der Erfindung eine ungerade Anzahl invertierender Verzögerungsstufen zur Erzeugung einer ungeraden Anzahl von Basisschwingungen. Eine derartige Anordnung ist z. B. aus der US-PS 39 31 588 an sich bekannt. Wie in dieser Schrift näher erläutert ist, liefert diese Schaltung an den Ausgängen ihrer einzelnen invertierenden Verzögerungsstufen in besonders einfacher Weise die in der vorliegenden Erfindung benutzte Anzahl von Basisschwingungen gleicher Frequenz und mit in gleichen Abständen angeordneten Phasen. Die Anzahl der Basisschwingungen ist durch Wahl der Anzahl der invertierenden Verzögerungsstufen beliebig wählbar. Die Frequenz der Basisschwingungen bestimmt sich einerseits aus der einstellbaren Verzögerungszeit der einzelnen invertierenden Verzögerungsstufen und andererseits aus dem im Ringoszillator angeregten Schwingungstyp. So ist in Fig. 5 bis 9 der US-PS 39 31 588 die Grundschwingung des Oszillators dargestellt, bei der an einer der Verzögerungsstufen erst nach Durchlauf einer Zustandsänderung des von dieser Verzögerungsstufe abgegebenen Signals durch alle übrigen Verzögerungsstufen eine erneute Zustandsänderung des Signals auftritt. Ebensogut können in einem derartigen Ringoszillator auch Oberschwingungen angeregt werden, bei denen während der Zeit eines Durchlaufes einer Signaländerung durch alle Verzögerungsstufen mehrere Zustandsänderungen des Signals an einer Verzögerungsstufe auftreten derart, daß vom Ausgang einer der Verzögerungsstufen während einer Durchlaufzeit eine ungerade Anzahl von Halbwellen der Basisschwingung abgegeben wird. Durch wahlweise Anregung der Grund- oder einer Oberschwingung und durch die Einstellung der Verzögerungszeit der einzelnen Verzögerungsstufen läßt sich die Frequenz der Basisschwingungen beliebig einstellen. According to a further development of the invention, such a ring oscillator comprises an odd number of inverting delay stages for generating an odd number of basic oscillations. Such an arrangement is e.g. B. known from US-PS 39 31 588 per se. As is explained in more detail in this document, this circuit provides, at the outputs of its individual inverting delay stages, in a particularly simple manner the number of base oscillations of the same frequency and with phases arranged at equal intervals, which are used in the present invention. The number of basic vibrations can be selected by choosing the number of inverting delay stages. The frequency of the basic vibrations is determined on the one hand from the adjustable delay time of the individual inverting delay stages and on the other hand from the type of vibration excited in the ring oscillator. 5 to 9 of US Pat. No. 3,931,588, the fundamental oscillation of the oscillator is shown, in which a renewed change in state of the signal occurs at one of the delay stages only after a change in state of the signal emitted by this delay stage has passed through all other delay stages. Harmonics can also be excited in such a ring oscillator, in which, during the time a signal change passes through all delay stages, several state changes of the signal occur at a delay stage in such a way that an odd number of half-waves of the basic oscillation are emitted by the output of one of the delay stages during a transit time becomes. The frequency of the basic vibrations can be set as desired by selectively exciting the fundamental or a harmonic and by setting the delay time of the individual delay stages.

Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung umfaßt der Ringoszillator eine gerade Anzahl Verzögerungsstufen zur Erzeugung einer geraden Anzahl von Basisschwingungen. Da das einzustellende rationalzahlige Frequenzverhältnis von der Anzahl der Basisschwingungen abhängt, ist durch diese Weiterbildung der Erfindung die Möglichkeit geschaffen, auch solche Frequenzverhältnisse einzustellen, für deren Verwirklichung oder zumindest einfache Verwirklichung eine gerade Anzahl von Basisschwingungen angezeigt ist.According to another development of the invention, the Ring oscillator an even number of delay stages Generation of an even number of basic vibrations. There the rational frequency ratio of the number of basic vibrations depends on this Further development of the invention creates the possibility also set such frequency relationships for their Realization or at least simple realization one even number of basic vibrations is displayed.

Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung ist jede Verzögerungsstufe nach Art eines Ringoszillators ausgebildet. Die jeweils eine Verzögerungsstufe bildenden Ringe sind dabei insbesondere wiederum aus einzelnen Verzögerungsstufen aufgebaut und werden bevorzugt über je zwei Anzapfungen zwischen diesen Verzögerungsstufen nach Art eines übergeordneten Ringes miteinander verbunden. Diese Anordnung zur Bildung eines Ringoszillators ist insbesondere vorteilhaft zur Erzeugung einer geraden Anzahl von Basisschwingungen, da dafür ein einfacher Ring aus gleichartigen, invertierenden Verzögerungsstufen nicht verwendbar ist. Jedoch können auf diese Weise auch Ringoszillatoren zur Erzeugung einer ungeraden Anzahl von Basisschwingungen aufgebaut sein. Vorzugsweise können auch die Verzögerungsstufen, aus denen sich die einzelnen, nach Art eines Ringoszillators ausgebildeten Verzögerungsstufen des gesamten Ringoszillators zusammensetzen, unterschiedliche Verzögerungszeiten aufweisen, wodurch in bestimmten Fällen die Anpassung der Abstände der Phasen der Basisschwingungen vereinfacht wird. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit der Anpassung der Phasen kann darin bestehen, daß der eine Verzögerungsstufe bildende Ring aus einer Kombination von invertierenden und nicht invertierenden Verzögerungsstufen gleicher Verzögerungsstufen besteht. Auch eine Verbindung dieser Maßnahmen ist möglich. According to a further development of the invention, each Delay stage designed like a ring oscillator. The rings each forming a delay stage are again in particular from individual delay stages built and are preferred over two Tapping between these delay levels according to Art of a parent ring connected together. These Arrangement for forming a ring oscillator is particularly advantageous for generating a straight line Number of basic vibrations, because of a simple ring not from similar inverting delay stages is usable. However, this way too Ring oscillators to generate an odd number of Basic vibrations are built up. Preferably also the delay levels that make up the individual, according to Kind of a ring oscillator trained delay stages of the entire ring oscillator, have different delay times, resulting in in certain cases the adjustment of the spacing of the phases the basic vibrations is simplified. Another advantageous way of adjusting the phases can consist in that the one forming a delay stage Ring from a combination of inverting and not inverting delay stages of the same Delay levels exist. Also connecting this Action is possible.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Umschaltstufe einen Wahlschalter mit je einem Eingang für jede Basisschwingung und einem Ausgang, der mit dem Ausgang der Umschaltstufe verbunden ist. Derartige Wahlschalter bei denen der Ausgang wahlweise jeweils mit einem der Eingänge verbindbar ist, sind als mechanische und elektronische Umschaltvorrichtungen bekannt. Sie sind einfach aufgebaut und ermöglichen eine beliebige Verbindung eines der Eingänge mit dem Ausgang durch Zuführen einfacher Steuersignale.According to another embodiment of the invention, the Switching stage a selector switch with one input each each base wave and an output that matches the output the switching stage is connected. Such selector switch where the output can be selected with one of the Inputs that can be connected are mechanical and electronic Switching devices known. They are easy established and allow any connection of a of the inputs with the output by feeding easier Control signals.

Dazu weist nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Umschaltstufe weiterhin eine Steuerung auf, durch die der Wahlschalter derart fortschaltbar ist, daß seine Eingänge in zyklischer Folge mit dem Ausgang verbunden sind. Nach Durchlaufen aller Eingänge wird also auf den ersten zurückgeleitet. Das Fortschalten von einem zum nächsten Eingang kann dann beispielsweise durch einen einfachen Steuerimpuls erfolgen, wie dies bereits aus der Telefontechnik geläufig ist. Die Steuerung kann dabei auch derart ausgelegt sein, daß beim Fortschalten jeweils ein oder mehrere Eingänge übersprungen werden. In Verbindung mit der Wahl der Anzahl der Basisschwingungen ist dadurch ein beliebiges rationalzahliges Frequenzverhältnis zwischen der Basisschwingung und der Schwingung am Ausgang der Umschaltstufe einstellbar.According to an advantageous further development, the Invention the switching stage continues to control through which the selector switch can be advanced such that its inputs are cyclically connected to the output are. After going through all the inputs, redirected the first. Advancing one to the next entrance can then, for example, by a simple control impulse take place, as already from the Telephone technology is common. The control can also be designed such that each time one or more inputs are skipped. In connection with the choice of the number of basic vibrations thereby an arbitrary rational frequency ratio between the base vibration and the vibration at the output the switching stage adjustable.

Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung schaltet die Steuerung den Wahlscalter zum Zeitpunkt des Auftretens einer Signalflanke der gerade zugeführten Basisschwingung fort. Zwar kann das Fortschalten grundsätzlich zu jedem Zeitpunkt der Basisschwingung durchgeführt werden, insbesondere bei gleichartiger Festlegung dieses Zeitpunktes für alle Basisschwingungen, die Ausnutzung einer Signalflanke stellt jedoch eine besonders einfache Möglichkeit dar. After a further development of the invention, the Control the selector switch at the time of occurrence a signal edge of the basic oscillation just supplied away. In principle, switching to everyone Time of the basic vibration can be performed, in particular with similar determination of this point in time for all basic vibrations, the use of a signal edge however, represents a particularly simple option represents.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung schaltet die Steuerung den Wahlschalter um jeweils einen oder mehrere Eingänge in der zyklischen Folge fort, vorzugsweise um eine Anzahl von Eingängen kleiner oder gleich der Anzahl der Basisschwingungen. Die Fortschaltung um eine Anzahl von Eingängen, die größer ist als die Anzahl der Basisschwingungen, führt bei der zyklischen Fortschaltung zum selben Ergebnis.According to a further embodiment of the invention switches the control selector switch by one or several inputs in the cyclic sequence, preferably by a number of inputs less than or equal to Number of basic vibrations. The advance by one Number of inputs greater than the number of Basic vibrations, leads to cyclical advancement to the same result.

In einer weiteren Fortbildung umfaßt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung einen Frequenzhalbierer, dessen Eingang mit dem Ausgang der Umschaltstufe verbunden ist. Dieser Frequenzhalbierer ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung Ausgangssignale mit einem Tastverhältnis von Eins liefern soll. Je nach Auslegung der vorstehend beschriebenen Teile der Schaltungsanordnung können diese Rechtecksignale liefern, deren Tastverhältnis mehr oder weniger stark von Eins abweicht. Diese Abweichungen werden durch den Frequenzhalbierer korrigiert, der vorzugsweise an seinem Ausgang ein wenigstens nahezu rechteckförmiges Signal liefert, dessen Zustandsänderungen durch in bestimmter Richtung erfolgende Zustandsänderungen im Signal am Ausgang der Umschaltstufe ausgelöst werden. Vorzugsweise ist der Frequenzhalbierer durch ein Flipflop gebildet. Die Frequenzhalbierung dieser Stufe ist für das rationalzahlige Frequenzverhältnis bei der Auslegung der voraufgehenden Teile der Schaltungsanordnung zu berücksichtigen.In a further development, the invention comprises Circuit arrangement a frequency bisector, whose input is connected to the output of the switching stage. This Frequency bisector is particularly advantageous if when the circuit arrangement according to the invention output signals should deliver with a duty cycle of one. Each after interpretation of the parts of the Circuitry can deliver these square wave signals whose duty cycle more or less strongly from one deviates. These deviations are caused by the frequency bisector corrected, preferably at its exit delivers an at least almost rectangular signal, whose state changes by in a certain direction state changes in the signal at the output of the Switching stage are triggered. Preferably, the Frequency bisector formed by a flip-flop. The Frequency halving of this level is for the rational number Frequency ratio when interpreting the previous Consider parts of the circuit arrangement.

Bei einer derart ausgestalteten Schaltungsanordnung ergeben sich einfache rechnerische Zusammenhänge zwischen der Frequenz f 0 der Basisschwingungen, ihrer Anzahl N sowie der Anzahl k der Eingänge, um die der Wahlschalter in der zyklischen Folge jeweils fortgeschaltet wird. Man erhält je nachdem, ob die Zahlen N und k gerade oder ungerade natürliche Zahlen sind, die folgenden Beziehungen:
f=(N/k) f 0 für N ungerade, k gerade,
f=(N/(N+k) f 0 für N ungerade, k ungerade sowie
f=(N/2k) f 0 für N gerade, k beliebig.With a circuit arrangement designed in this way, there are simple arithmetical relationships between the frequency f 0 of the basic oscillations, their number N and the number k of the inputs by which the selector switch is advanced in the cyclical sequence. Depending on whether the numbers N and k are even or odd natural numbers, the following relationships are obtained:
f = (N / k) f 0 for N odd, k even,
f = (N / (N + k) f 0 for N odd, k odd and
f = (N / 2 k ) f 0 for N even, k any.

Dabei ist k größer als 0 und kleiner oder gleich N. Soll für k ein Wert größer als N gesetzt werden, so ist in den obigen Formeln anstelle von k der Wert k modulo N zu verwenden.Here, k is greater than 0 and less than or equal to N. Should be greater than N are set for a value k, then in the above formulas instead of k, the value k using modulo N.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Nachfolgenden näher beschrieben. Es zeigtSome embodiments of the invention are in the Drawings are shown and are described in more detail below described. It shows

Fig. 1 einen Phasenregelkreis mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 1 shows a phase locked loop circuit with an inventive circuit arrangement,

Fig. 2 ein Beispiel eines Oszillators zur Lieferung einer ungeraden Anzahl von Basisschwingungen, Fig. 2 shows an example of an oscillator for providing an odd number of base vibrations,

Fig. 3 einen Oszillator zur Erzeugung von vier Basisschwingungen; Fig. 3 is an oscillator for generating four base oscillations;

Fig. 4 einen Oszillator zur Erzeugung von sechs Basisschwingungen, Fig. 4 is an oscillator for generating six basic vibration,

Fig. 5 ein Beispiel für einen Aufbau einer Verzögerungsstufe des Oszillators nach Fig. 3, Fig. 5 is an example of a configuration of a delay stage of the oscillator of Fig. 3,

Fig. 6 ein Beispiel für den Aufbau einer Verzögerungsstufe zur Verwendung in den Schaltungen nach Fig. 3 oder Fig. 4, Fig. 6 shows an example of the configuration of a delay stage for use in the circuits of Fig. 3 or Fig. 4,

Fig. 7 ein Schaltungsbeispiel für eine invertierende Verzögerungsstufe, Fig. 7 is a circuit example of an inverting delay stage,

Fig. 8 ein Schaltungsbeispiel für den Aufbau einer nichtinvertierenden Verzögerungsstufe, Fig. 8 is a circuit example of the structure of a non-inverting delay stage,

Fig. 9 ein Beispiel für Signalverläufe im Oszillator nach Fig. 2, Fig. 9 shows an example of waveforms in the oscillator according to Fig. 2,

Fig. 10 ein weiteres Beispiel für Signalverläufe in einem Oszillator nach Fig. 2, Fig. 10 is another example of waveforms in an oscillator according to Fig. 2,

Fig. 11 ein Beispiel für Signalverläufe in einem Oszillator nach Fig. 3, Fig. 11 is an example of waveforms in an oscillator according to Fig. 3,

Fig. 12 ein Beispiel für Signalverläufe in einem Oszillator nach Fig. 4, Fig. 12 is an example of waveforms in an oscillator according to Fig. 4,

Fig. 13 ein Beispiel für Signalverläufe in einer Verzögerungsstufe gemäß Fig. 5 und Fig. 13 is an example of waveforms in a delay stage according to FIG. 5 and

Fig. 14 ein Beispiel für Signalverläufe in einer Verzögerungsstufe nach Fig. 6. Fig. 14 is an example of waveforms in a delay stage according to Fig. 6.

Fig. 1 zeigt als Blockschaltbild einen Phasenregelkreis, in dem die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung Verwendung findet. Der Phasenregelkreis besteht aus einem Phasenvergleicher 1, dem an einem ersten Eingang 2 ein Referenzsignal und an einem zweiten Eingang 3 ein in seiner Frequenz entsprechendes Ist-Signal zugeleitet werden und der an einem Ausgang 4 ein Signal abgibt, das ein Maß für die Phasenabweichung zwischen dem Referenzsignal und dem Ist-Signal bildet (ungefiltertes Stellsignal). Dieses Signal wird über ein Schleifenfilter 5, beispielsweise einen Tiefpaß gefiltert und von dessen Ausgang 6 einem Oszillator 7 als Stellsignal zum Einstellen der Schwingfrequenz des Oszillators zugeführt. Fig. 1 shows a block diagram of a phase locked loop, in which the circuit arrangement of the invention is used. The phase locked loop consists of a phase comparator 1 , to which a reference signal is fed at a first input 2 and an actual signal corresponding in frequency to a second input 3 and which emits a signal at an output 4 , which is a measure of the phase deviation between the Reference signal and the actual signal forms (unfiltered control signal). This signal is filtered via a loop filter 5 , for example a low-pass filter, and fed from its output 6 to an oscillator 7 as a control signal for setting the oscillation frequency of the oscillator.

Der Oszillator 7 umfaßt eine Anzahl N Verzögerungsstufen 11, 12, 13 bis 1N mit je einem Signaleingang 111, 121, 131 bis 1 N 1 und je einem Signalausgang 112, 122, 132 bis 1N 2. Die Verzögerungsstufen 11, 12, 13 bis 1N sind mit ihren Signalein- und -ausgängen derart zu einem Ring verbunden, daß der Signalausgang 112 der Verzögerungsstufe 11 mit dem Signaleingang 121 der Verzögerungsstufe 12, der Signalausgang 122 der Verzögerungsstufe 12 mit dem Signaleingang 131 der Verzögerungsstufe 13, usw., und schließlich der Signalausgang 1 N 2 der Verzögerungsstufe 1N mit dem Signaleingang 111 der Verzögerungsstufe 11 verbunden ist. Auf diese Weise durchläuft ein dem Signaleingang 111 der Verzögerungsstufe 11 zugeführtes Signal sämtliche Verzögerungsstufen und beginnt danach erneut den Durchlauf am Signaleingang 111. Jede der Verzögerungsstufen 11, 12, 13 bis 1 N weist eine gleiche Signallaufzeit T auf. Das ist die Zeit, die vom Zuführen einer Signaländerung an einem Signaleingang bis zur Abgabe einer dadurch ausgelösten Signaländerung am Signalausgang derselben Stufe vergeht. Die Signallaufzeiten T aller Verzögerungsstufen sind über Stelleingänge 113, 123, 133 bis 1 N 3 einstellbar, im vorliegenden Fall werden alle gemeinsam in gleicher Weise durch das Stellsignal eingestellt. Von jedem der Verbindungspunkte zwischen je einem Signaleingang 111, 121, 131 bis 1N 1 und einem Signalausgang 112, 122, 132 bis 1N 2 ist eine Anzapfung 114, 124, 134, 144, bzw. 1N 4 zu jeweils einem Eingang einer Umschaltstufe 20 bzw. eines von dieser umfaßten Wahlschalters 21 geführt. Über diese Anzapfungen wird jeweils eine Basisschwingung (1), (2) bis (N) des Oszillators 7 geleitet. Wie in der US-PS 39 31 588 beschrieben ist, haben je zwei an benachbarten Anzapfungen 114, 124, 134, 144 bzw. 1 N 4 liegende Basisschwingungen zueinander gleiche Phasenverschiebungen, wobei die Summe aller Phasenverschiebungen einem ganzzahligen Vielfachen von 360°C entspricht. Der Wahlschalter 21 verbindet wahlweise einen seiner Eingänge mit einem Ausgang 23. Diese Verbindung ist in der Fig. 1 als mechanischer Umschaltkontakt 22 dargestellt, jedoch kann der Wahlschalter 21 bevorzugt in der Art eines Multiplexers mit elektronischen Schaltern ausgeführt sein. Vom Ausgang 23 des Wahlschalters 21, der auch den Ausgang der Umschaltstufe 20 bildet, wird die jeweils ausgewählte Basisschwingung einem Fortschalteingang 24 einer Steuerung 25 zugeführt. Die Steuerung 25 gewinnt aus der Basisschwingung ein Fortschaltsignal, das über eine Fortschaltleitung 26 den Umschaltkontakt 22 des Wahlschalters 21 um k Schritte, d. h. um k Eingänge, in zyklischer Folge fortschaltet. Vorzugsweise erfolgt dieses fortschalten jedesmal dann, wenn in der Basisschwingung eine ansteigende Signalflanke auftritt. Die Zahl k ist dabei über einen Vorwahleingang 27 einstellbar. Dazu kann dem Vorwahleingang 27 beispielsweise ein entsprechendes, gegebenenfalls mehrstelliges binäres Signal zugeleitet werden. Der Aufbau einer derartigen Steuerung ist im Prinzip bekannt.The oscillator 7 comprises a number N of delay stages 11, 12, 13 to 1 N , each with a signal input 111, 121, 131 to 1 N 1 and a signal output 112, 122, 132 to 1 N 2 . The delay stages 11, 12, 13 to 1 N are connected with their signal inputs and outputs in such a way that the signal output 112 of the delay stage 11 with the signal input 121 of the delay stage 12 , the signal output 122 of the delay stage 12 with the signal input 131 Delay stage 13 , etc., and finally the signal output 1 N 2 of the delay stage 1 N is connected to the signal input 111 of the delay stage 11 . In this way, a signal fed to the signal input 111 of the delay stage 11 runs through all delay stages and then starts the run again at the signal input 111 . Each of the delay stages 11, 12, 13 to 1 N has the same signal transit time T. This is the time that elapses between the application of a signal change at a signal input and the delivery of a signal change triggered thereby at the signal output of the same stage. The signal propagation times T of all delay stages can be set via control inputs 113, 123, 133 to 1 N 3 , in the present case they are all set together in the same way by the control signal. From each of the connection points between a signal input 111, 121, 131 to 1 N 1 and a signal output 112, 122, 132 to 1 N 2 there is a tap 114, 124, 134, 144 or 1 N 4 to one input each Switching stage 20 or a selector switch 21 included in this. A base oscillation ( 1 ), ( 2 ) to (N) of the oscillator 7 is passed through these taps . As described in US Pat. No. 3,931,588, two base vibrations lying on adjacent taps 114, 124, 134, 144 and 1 N 4 each have the same phase shifts, the sum of all phase shifts corresponding to an integer multiple of 360 ° C. The selector switch 21 optionally connects one of its inputs to an output 23 . This connection is shown in FIG. 1 as a mechanical changeover contact 22 , but the selector switch 21 can preferably be designed in the manner of a multiplexer with electronic switches. From the output 23 of the selector switch 21 , which also forms the output of the switching stage 20 , the respectively selected basic oscillation is fed to a step-in input 24 of a controller 25 . The controller 25 obtains a step signal from the basic oscillation, which switches the changeover contact 22 of the selector switch 21 by k steps, ie by k inputs, in a cyclical sequence via a step line 26 . This switching is preferably carried out whenever a rising signal edge occurs in the basic oscillation. The number k can be set via a preselection input 27 . For this purpose, a corresponding, possibly multi-digit, binary signal can be fed to the preselection input 27 . The structure of such a control is known in principle.

Vom Ausgang 23 der Umschaltstufe 20 wird das dort anliegende Signal außerdem einem Frequenzhalbierer 30 zugeleitet. Dieser besteht im vorliegenden Beispiel aus einem Flipflop, das derart geschaltet ist, daß an seinem Ausgang 31 eine Signal-Zustandsänderung auftritt, wenn am Ausgang 23 der Umschaltstufe 20 eine ansteigende Signalflanke erscheint. Das Signal am Ausgang 31 des Frequenzhalbierers 30 weist somit die halbe Frequenz des Signals am Ausgangs 23 der Umschaltstufe 20 auf. Zwischen der Frequenz f des Signals am Ausgang 31 und der Frequenz f 0 einer der Basisschwingungen, die in Fig. 1 von der Anzapfung 114 abgegriffen wird, besteht dann ein Frequenzverhältnis gemäß den oben aufgeführten Gleichungen.From the output 23 of the switching stage 20 , the signal present there is also fed to a frequency bisector 30 . In the present example, this consists of a flip-flop that is switched in such a way that a signal state change occurs at its output 31 when a rising signal edge appears at the output 23 of the switching stage 20 . The signal at the output 31 of the frequency bisector 30 thus has half the frequency of the signal at the output 23 of the switching stage 20 . There is then a frequency ratio between the frequency f of the signal at the output 31 and the frequency f 0 of one of the basic oscillations, which is tapped from the tap 114 in FIG. 1, in accordance with the equations listed above.

In Fig. 1 ist weiterhin die Basisschwingung von der Anzapfung 114 über einen Frequenzteiler 32 als Ist-Signal dem zweiten Eingang 3 des Phasenvergleichers 1 zugeführt, wodurch der Phasenregelkreis geschlossen wird. Der Frequenzteiler 32 kann je nach dem einzustellenden Frequenzverhältnis von herkömmlicher Bauart oder auch erfindungsgemäß ausgestaltet sein. Es ist dann auch möglich, ihm mehrere Basisschwingungen zuzuleiten.In FIG. 1, the basic oscillation from the tap 114 is also fed as an actual signal to the second input 3 of the phase comparator 1 via a frequency divider 32, as a result of which the phase-locked loop is closed. Depending on the frequency ratio to be set, the frequency divider 32 can be of conventional design or can also be designed according to the invention. It is then also possible to transmit several basic vibrations to it.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 weist außerdem noch einen zweiten Frequenzhalbierer 34 auf, der an seinem Ausgang 33 ein Signal mit der halben Frequenz der Basisschwingung (1) von der Anzapfung 114 liefert. Die dargestellte Schaltungsanordnung erzeugt somit drei verschiedene Signale, die ein bestimmtes Frequenzverhältnis zueinander aufweisen. Wird beispielsweise N gleich 3 und k gleich 1 gewählt, verhalten sich die Frequenzen an den Punkten 33, 31 und 114 wie 2 : 3 : 4.The circuit arrangement according to FIG. 1 also has a second frequency bisector 34 , which at its output 33 supplies a signal with half the frequency of the basic oscillation ( 1 ) from the tap 114 . The circuit arrangement shown thus generates three different signals which have a specific frequency ratio to one another. For example, if N is 3 and k is 1, the frequencies at points 33, 31 and 114 behave as 2: 3: 4.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Oszillator 7 für eine ungerade Anzahl N von Verzögerungsstufen 11, 12, 13 bis 1 N. Mit Fig. 1 übereinstimmende Schaltungsteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 sind die Verzögerungsstufen 11, 12, 13 bzw. 1 N durch Inverter 115, 125, 135 bzw. 1 N 5 gebildet, deren Signallaufzeit T einstellbar ist. Ein solcher Ringoszillator entspricht dem in der US-PS 39 31 588 beschriebenen Oszillator und wird untenstehend noch näher erläutert werden. Fig. 2 shows an embodiment for an oscillator 7 for an odd number N of delay stages 11, 12, 13 to 1 N. With Fig. 1 matching circuit parts are provided with the same reference numerals. In the circuit arrangement shown in FIG. 2, the delay stages 11, 12, 13 and formed by 1 N inverter 115, 125, 135 and 1, N 5, the signal propagation time T is adjustable. Such a ring oscillator corresponds to the oscillator described in US Pat. No. 3,931,588 and will be explained in more detail below.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Ringoszillator 7 für eine gerade Anzahl von Verzögerungsstufen, nämlich N=4. Mit Fig. 1 übereinstimmende Schaltelemente sind wieder mit denselben Bezugszeichen versehen. Gegenüber dem Ringoszillator gemäß Fig. 2 werden nun geänderte Verzögerungsstufen 116, 126, 136, 146 verwendet, deren Aufbau an zwei Beispielen nachstehend erläutert wird. Fig. 3 shows another embodiment of a ring oscillator 7 for an even number of delay stages, namely N = 4. With FIG. 1, matching circuit elements are provided with the same reference numerals. Compared to the ring oscillator according to FIG. 2, modified delay stages 116, 126, 136, 146 are now used, the construction of which is explained below using two examples.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine gerade Anzahl N von Verzögerungsstufen, nämlich N=6. Auch bei dieser Schaltungsanordnung unterscheiden sich die Verzögerungsstufen 116, 126, 136, 146, 156, 166 von der Ausführung gemäß Fig. 2. FIG. 4 shows a further exemplary embodiment for an even number N of delay stages, namely N = 6. In this circuit arrangement too, the delay stages 116, 126, 136, 146, 156, 166 differ from the embodiment according to FIG. 2.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Gestaltung einer Verzögerungsstufe 116, 126, 136 bzw. 146 für den Oszillator gemäß Fig. 3. Diese Verzögerungsstufe besteht aus drei Invertern 117 und einer nichtinvertierenden Stufe 118, die zu einem Ring zusammengeschaltet sind und beide die gleiche Signallaufzeit T′ aufweisen, die über den Stelleingang 113 einstellbar ist. An dem Ring sind zwei Anzapfungen (a) und (c) vorgesehen, den Signaleingang 111 bzw. den Signalausgang 112 der Verzögerungsstufe 116 bilden. Die Summe der Signallaufzeiten zwischen den Anzapfungen (a) und (c) über die beiden Inverter 117 einerseits bzw. über den Inverter 117 und die nichtinvertierende Stufe 118 andererseits sind gleich groß. Anstelle der Kettenschaltung des Inverters 117 und der nichtinvertierenden Stufe 118 kann auch ein Inverter mit doppelter Signallaufzeit (zweimal T′) verwendet werden. Fig. 5 shows an embodiment for the design of a delay stage 116, 126, 136 and 146 for the oscillator according to Fig. 3. This delay stage consists of three inverters 117 and a non-inverting stage 118 , which are connected together to form a ring and both the same Signal time T 'have, which is adjustable via the control input 113 . Two taps (a) and (c) are provided on the ring and form the signal input 111 and the signal output 112 of the delay stage 116 . The sum of the signal propagation times between the taps (a) and (c) via the two inverters 117 on the one hand or via the inverter 117 and the non-inverting stage 118 on the other hand are the same. Instead of the chain connection of the inverter 117 and the non-inverting stage 118 , an inverter with double signal transit time (twice T ') can also be used.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung einer Verzögerungsstufe 116, die sowohl für den Oszillator gemäß Fig. 3 als auch für den nach Fig. 4 verwendet werden kann. Diese Anordnung besteht aus einem Ring aus fünf Invertern 217 bzw. 317, wobei die Inverter 217 eine Signallaufzeit T′ 2 und die Inverter 317 eine Signallaufzeit T′ 1 aufweisen mit T′ 2 : T′ 1 = 3 : 2. Dadurch ist die Summe der Signallaufzeiten T′ 2 der beiden Inverter 217 gleich der Summe der Signallaufzeiten T′ 1 der drei Inverter 317. An den Verbindungspunkten zwischen den Ketten aus den Invertern 217 und 317 sind Anzapfungen (a), (c) herausgeführt, außerdem ist zwischen dem zweiten und dem dritten Inverter 317 eine weitere Anzapfung (d) angeordnet. Die Anzapfungen dienen bei Zusammenschaltung der Verzögerungsstufen zu den Ringoszillatoren gemäß Fig. 3 und 4 als Signalein- bzw. -ausgänge. Die beiden übrigen Verbindungen zwischen den Invertern 217 bzw. 317 sind mit (e) bzw. (b) bezeichnet; entsprechend ist die bisher nicht genannte Verbindung zwischen den Invertern 117 in Fig. 5 mit (b) und die Verbindung zwischen der nicht invertierenden Stufe 118 und dem Invertern 117 mit (d) bezeichnet. FIG. 6 shows a further exemplary embodiment for the configuration of a delay stage 116 , which can be used both for the oscillator according to FIG. 3 and for that according to FIG. 4. This arrangement consists of a ring of five inverters 217 and 317 , respectively, the inverters 217 having a signal propagation time T ′ 2 and the inverters 317 having a signal propagation time T ′ 1 with T ′ 2 : T ′ 1 = 3: 2. This makes the sum the signal transit times T ' 2 of the two inverters 217 equal to the sum of the signal transit times T' 1 of the three inverters 317 . Taps (a), (c) are led out at the connection points between the chains from inverters 217 and 317 , and a further tap (d) is also arranged between second and third inverter 317 . When the delay stages are interconnected to form the ring oscillators according to FIGS. 3 and 4, the taps serve as signal inputs and outputs. The other two connections between inverters 217 and 317 are designated by (e) and (b); Accordingly, the previously mentioned connection between the inverters 117 in Fig. 5 referred to as (b) and the connection between the non-inverting stage 118 and the inverters 117 (d).

Anstelle der beiden Inverter 217 in Fig. 6 kann auch eine Kettenschaltung aus zwei weiteren Invertern 317 mit einer Signallaufzeit T′ 1 und einer nichtinvertierenden Stufe mit derselben Signallaufzeit verwendet werden.Instead of the two inverters 217 in FIG. 6, a chain circuit comprising two further inverters 317 with a signal propagation time T ′ 1 and a non-inverting stage with the same signal propagation time can also be used.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Transistorschaltung, mit der die Inverter 115 bis 1 N 5, 117, 217 oder 317 verwirklicht werden können. Ein derartiger Inverter besteht aus drei MOSFETs, deren Source-Drain- Strecken zwischen einem Versorgungsspannungsanschluß 40 und Masse 41 in Reihe geschaltet sind und von denen zwei miteinander und mit Masse verbunden vom n-Kanal-Typ und der dritte vom p-Kanal-Typ sind. Die Gate-Anschlüsse des p-Kanal-MOSFETs 42 und des mit ihm unmittelbar verbundenen n-Kanal-MOSFETs sind miteinander zu einem Signaleingang 111 verbunden, während der Verbindungspunkt zwischen den Source-Drain-Strecken dieser MOSFETs den Signalausgang 112 bildet. Entsprechend bilden die genannten Verbindungspunkte auch bei den übrigen Invertern 115 bis 1N 5, 117, 217, 317 die Ein- bzw. Ausgänge. Der zwischen dem n-Kanal-MOSFET 43 und Masse 41 angeordnete weitere n-Kanal-MOSFET 44 stellt eine steuerbare Stromquelle dar, mit der die Signallaufzeit des Inverters beeinflußt werden kann. Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Transistorschaltung, mit der eine nichtinvertierende Stufe 118 aufgebaut werden kann. Sie entspricht weitgehend der Schaltung nach Fig. 7; es ist lediglich der p-Kanal-MOSFET 42 durch einen n-Kanal-MOSFET 51 und der n-Kanal-MOSFET 43 durch einen p-Kanal-MOSFET 52 ersetzt worden. Die Signallaufzeit dieser nichtinvertierenden Stufe 118 wird wieder durch den n-Kanal-MOSFET 44 über die am Stelleingang 113 zugeführte Spannung eingestellt. Die Schaltungen nach den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen sind alle auf einem Halbleiterplättchen integrierbar und damit sehr platzsparend und kostengünstig auch im Zusammenhang größerer Schaltungskonzepte einsetzbar. Fig. 9 zeigt einige Signalverläufe einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2, bei der die Anzahl N der Inverter auf drei festgesetzt ist. An den Anzapfungen 114, 124 bzw. 134 treten dann die in Fig. 9 a) mit (1), (2) bzw. (3) analog zu Fig. 2 gekennzeichneten Basisschwingungen auf. Jeder der drei Inverter 115, 125 und 135 weist eine Signallaufzeit T auf. Die Periodendauer der Basisschwingungen beträgt das sechsfache der Signallaufzeit T. Fig. 7 shows an embodiment of a transistor circuit with which the inverters 115 to 1 N 5 , 117, 217 or 317 can be realized. Such an inverter consists of three MOSFETs, the source-drain paths of which are connected in series between a supply voltage connection 40 and ground 41, two of which are connected to one another and to ground of the n-channel type and the third of the p-channel type . The gate connections of the p-channel MOSFET 42 and the n-channel MOSFET connected directly to it are connected to one another to form a signal input 111 , while the connection point between the source-drain paths of these MOSFETs forms the signal output 112 . Correspondingly, the connection points mentioned also form the inputs and outputs for the other inverters 115 to 1 N 5 , 117, 217, 317 . The further n-channel MOSFET 44 arranged between the n-channel MOSFET 43 and ground 41 represents a controllable current source with which the signal propagation time of the inverter can be influenced. FIG. 8 shows an exemplary embodiment of a transistor circuit with which a non-inverting stage 118 can be constructed. It largely corresponds to the circuit of FIG. 7; only the p-channel MOSFET 42 has been replaced by an n-channel MOSFET 51 and the n-channel MOSFET 43 by a p-channel MOSFET 52 . The signal propagation time of this non-inverting stage 118 is set again by the n-channel MOSFET 44 via the voltage supplied at the control input 113 . The circuits according to the exemplary embodiments described so far can all be integrated on a semiconductor wafer and can therefore be used in a very space-saving and cost-effective manner also in connection with larger circuit concepts. FIG. 9 shows some signal curves of a circuit arrangement according to FIG. 2, in which the number N of inverters is set to three. The basic vibrations identified in FIG. 9 a) with ( 1 ), ( 2 ) or ( 3 ) analogous to FIG. 2 then occur on the taps 114, 124 and 134 . Each of the three inverters 115, 125 and 135 has a signal propagation time T. The period of the basic oscillations is six times the signal transit time T.

Fig. 9 b) zeigt Signalverläufe für k = 1. Das bedeutet, daß bei jeder ansteigenden Signalflanke einer der Basisschwingungen die Steuerung 25 den Umschaltkontakt 22 zur nächsten der Anzapfungen 114, 124 bzw. 134 zyklisch fortschaltet. Am Ausgang 23 des Wahlschalters 21 tritt dann der in Fig. 9 b) in der oberen Kurve dargestellte Signalverlauf auf; am Ausgang 31 des Frequenzhalbierers 30 der in der unteren Kurve von Fig. 9 b) dargestellte Verlauf. Dieses Signal hat die Frequenz f = (3/4)f 0. Die mit einfacher Vollinie ausgezogenen Pfeile in Fig. 9 a) deuten das Umschalten von einer Basisschwingung zur nächsten im Wahlschalter 21 an. Fig. 9 b) shows waveforms for k = 1. This means that, at each rising edge of a signal based on vibration, the controller 25 of the change-over 22 to the next of the taps 114, 124 and 134 continues cyclically switches. The signal curve shown in FIG. 9 b) in the upper curve then occurs at the output 23 of the selector switch 21 ; at the output 31 of the frequency bisector 30, the curve shown in the lower curve of FIG. 9 b). This signal has the frequency f = (3/4) f 0. The arrows drawn with a single solid line in FIG. 9 a) indicate the switching from one basic oscillation to the next in the selector switch 21 .

Fig. 9 c) zeigt der Fig. 9 b) entsprechende Signalverläufe für k = 2. Am Ausgang 31 ergibt sich dann die Frequenz f = (3/2)f 0. Die mit doppelter Vollinie ausgezogenen Pfeile in Fig. 9 a) deuten das Umschalten von einer Basisschwingung zur zweitnächsten im Wahlschalter 21 an. Entsprechend erhält man für k = 3 die in Fig. 9 d) dargestellten Signalverläufe, wobei gilt: f = f 0/2. FIG. 9 c) shows the signal curves corresponding to FIG. 9 b) for k = 2. The frequency f = (3/2) f 0 then results at the output 31. The arrows drawn with a double solid line in FIG. 9 a) indicate switching from one basic oscillation to the next in the selector switch 21 . Correspondingly, for k = 3, the signal curves shown in FIG. 9 d) are obtained, where: f = f 0/2.

Fig. 10 zeigt Signalverläufe für ein weiteres Schaltungsbeispiel gemäß Fig. 2. Dabei wurden N = 5 gewählt, so daß jetzt fünf Basisschwingungen (1) bis (5) wie in Fig. 10 a) dargestellt auftreten. Die Signallaufzeit jedes der Inverter 115 bis 155 beträgt wieder T. Die Periodendauer der Basisschwingungen beläuft sich nun auf das Zehnfache der Signallaufzeit T. FIG. 10 shows waveforms for a further circuit example according to FIG. 2. N = 5 was selected so that five basic oscillations ( 1 ) to ( 5 ) now occur as shown in FIG. 10 a). The signal propagation time of each of the inverters 115 to 155 is again T. The period of the basic oscillations now amounts to ten times the signal transit time T.

Die Fig. 10 b) bis f) zeigen die Signalverläufe am Ausgang 23 des Wahlschalters 21 (jeweils die obere Kurve) und am Ausgang 31 des Frequenzhalbierers 30 (jeweils die untere Kurve) für verschiedene Werte von k. Für die Frequenz f am Ausgang 31 lassen sich dabei in Abhängigkeit vom Wert für k im Vergleich zur Frequenz f 0 der Basisschwingungen die folgenden Verhältnisse einstellen.The Fig. 10 b) to f) show the waveforms at the output 23 of the selector switch 21 (Frequenzhalbierers respectively the upper curve) and 30 (respectively the bottom curve) k at the output 31 for various values of. The following relationships can be set for the frequency f at the output 31 as a function of the value for k compared to the frequency f 0 of the basic vibrations.

k = 1: f = (5/6)f 0,
k = 2: f = (5/2)f 0,
k = 3: f = (5/8)f 0,
k = 4: f = (5/4)f 0,
k = 5: f = (1/2)f 0, k = 1: f = (5/6) f 0,
k = 2: f = (5/2) f 0,
k = 3: f = (5/8) f 0,
k = 4: f = (5/4) f 0,
k = 5: f = (1/2) f 0,

Entsprechend lassen sich weitere Beispiele für andere Werte von N und k aufstellen. Man erkennt, daß damit Frequenzverhältnisse zwischen f und f 0 über weite Wertebereiche wählbar sind.Accordingly, other examples of other values of N and k can be set up. It can be seen that frequency ratios between f and f 0 can be selected over a wide range of values.

Fig. 11 zeigt Signalverläufe zu der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3. In Fig. 11 a) sind die vier phasenverschobenen Basisschwingungen (1) bis (4) an den Anzapfungen 114 bis 144 dargestellt. Die Signallaufzeit jeder der (veränderten) Verzögerungsstufen 116 bis 146 beträgt wieder T. Die Frequenz der einzelnen Basisschwingungen ist wieder mit f 0 bezeichnet, die Periodendauer der Basisschwingungen beträgt das vierfache der Signallaufzeit T. FIG. 11 shows signal profiles for the circuit arrangement according to FIG. 3. In FIG. 11 a) the four phase-shifted basic vibrations ( 1 ) to ( 4 ) on the taps 114 to 144 are shown. The signal transit time of each of the (changed) delay stages 116 to 146 is again T. The frequency of the individual basic vibrations is again designated f 0, the period of the basic vibrations is four times the signal transit time T.

Fig. 11 b) bis e) zeigt analog zu Fig. 9 b) bis d) bzw. Fig. 10 b) bis f) Signalverläufe an den Ausgängen 23 bzw. 31 für unterschiedliche Werte von k. Für die Frequenzen der Signale am Ausgang 31 ergibt sich: Fig. 11 b) to e) is analogous to Fig. 9 b) to d) or FIG. 10 b) to f) waveforms at the outputs 23 and 31 for different values of k. The following results for the frequencies of the signals at output 31 :

k = 1: f = 2f 0,
k = 2: f = f 0,
k = 3: f = (2/3)f 0,
k = 4: f = (1/2)f 0. k = 1: f = 2 f 0,
k = 2: f = f 0,
k = 3: f = (2/3) f 0,
k = 4: f = (1/2) f 0.

Fig. 12 schließlich zeigt ein weiteres Beispiel für eine gerade Anzahl N von Verzögerungsstufen, nämlich die Signalverläufe der Schaltungsanorndung gemäß Fig. 4. An den Anzapfungen 114 bis 164 treten jetzt die in Fig. 12 a) mit (1) bis (6) bezeichneten Basisschwingungen auf. Diese sind gegeneinander wieder um die Signallaufzeit T der einzelnen (veränderten) Verzögerungsstufen 116 bis 166 phasenverschoben. Die Periodendauer einer Basisschwingung beträgt das sechsfache der Signallaufzeit T. Während bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 die einzelnen Basisschwingungen gegeneinander um 90° phasenverschoben sind (vergleiche Fig. 11 a)), beträgt jetzt die Phasenverschiebung zwischen je zwei Basisschwingungen 60°.Finally, FIG. 12 shows a further example of an even number N of delay stages, namely the signal curves of the circuit arrangement according to FIG. 4. The taps 114 to 164 are now followed by the ( 1 ) to ( 6 ) in FIGS. 12 a) Base vibrations on. These are mutually phase-shifted again by the signal transit time T of the individual (modified) delay stages 116 to 166 . The period of a basic oscillation is six times the signal transit time T. While in the circuit arrangement according to FIG. 3 the individual basic vibrations are 90 ° out of phase with each other (see FIG. 11 a)), the phase shift between two basic vibrations is now 60 °.

Die Fig. 12 b) bis g) zeigen wieder die Signalverläufe an den Ausgängen 23 bzw. 31 für unterschiedliche Werte von k. Es ergibt sich:The Fig. 12 b) to g) again show the waveforms at the outputs 23 and 31 for different values of k. The result is:

k = 1: f = 3f 0,
k = 2: f = (3/2)f 0,
k = 3: f = f 0,
k = 4: f = (3/4)f 0,
k = 5: f = (3/5)f 0,
k = 6: f = (1/2)f 0. k = 1: f = 3 f 0,
k = 2: f = (3/2) f 0,
k = 3: f = f 0,
k = 4: f = (3/4) f 0,
k = 5: f = (3/5) f 0,
k = 6: f = (1/2) f 0.

Fig. 13 zeigt zur Erläuterung der Entstehung der Basisschwingungen bei einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 ein Beispiel für einen Aufbau einer (veränderten) Verzögerungsstufe. Diese besteht - wie bereits oben erläutert - aus drei Invertern 117 und einer nichtinvertierenden Stufe 118, zwischen denen mit (a) bis (d) bezeichnete Verbindungen bestehen, durch die die Stufen 117, 118 zu einem Ring verbunden sind. Diese (veränderte) Verzögerungsstufe bildet für sich wieder einen Ringoszillator; an den Verbindungen zwischen den einzelnen Stufen treten die in Fig. 13 entsprechend mit (a) bis (d) gekennzeichneten Signalverläufe auf. Die Signallaufzeiten der Stufen 117, 118 sind im vorliegenden Beispiel gleichgroß zu T′ gewählt. Die in Fig. 13 dick ausgezeichneten Signalverläufe (a) und (c) sind an einen Signaleingang 111 bzw. einen Signalausgang 112 bildenden Anzapfungen herausgeführt. Zwischen ihnen tritt eine Signallaufzeit T auf, die dem zweifachen der Signallaufzeit entspricht. Die Signale (a) und (c) bilden für den Ringoszillator gemäß Fig. 3 zwei Basisschwingungen mit einer Phasenverschiebung von T entsprechend 90° oder einem Viertel der Periodendauer, der Basisschwingungen. FIG. 13 shows an example of a structure of a (modified) delay stage to explain the generation of the basic vibrations in a circuit arrangement according to FIG. 3. As already explained above, this consists of three inverters 117 and a non-inverting stage 118 , between which there are connections denoted by (a) to (d), through which the stages 117, 118 are connected to form a ring. This (modified) delay stage again forms a ring oscillator; At the connections between the individual stages, the signal profiles identified in FIG. 13 accordingly with (a) to (d) occur. The signal propagation times of stages 117, 118 are selected to be equal to T ' in the present example. The signal curves (a) and (c), which are marked thick in FIG. 13, are led out to taps forming a signal input 111 and a signal output 112, respectively. A signal transit time T occurs between them, which corresponds to twice the signal transit time. The signals (a) and (c) form two basic oscillations for the ring oscillator according to FIG. 3 with a phase shift of T corresponding to 90 ° or a quarter of the period, the basic oscillations.

In Fig. 14 sind die Signalverläufe dargestellt, wie sie in einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 6 auftreten. Diese Schaltung bildet für sich wieder einen Ringoszillator, in dem die Inverter 217 eine Signallaufzeit T′ 2 und die Inverter 317 eine Signallaufzeit T′ 1 aufweisen. Dabei beträgt T′ 2 das Eineinhalbfache von T′ 1. Von den in Fig. 6 dargestellten fünf Verbindungen (a) bis (e) zwischen den Invertern sind drei als Anzapfungen herausgeführt, nämlich (a), (c) und (d). Zwischen den Verbindungen (a) und (d) ergibt sich dabei eine Signallaufzeit von T 1 entsprechend dem Zweifachen der Signallaufzeit T′ 1, zwischen den Verbindungen (c) und (a) entsprechend eine Signallaufzeit von T 2 die das Doppelte der Signallaufzeit T′ 2 ist.In Fig. 14, the waveforms are shown as occurring in a circuit arrangement according to Fig. 6. This circuit again forms a ring oscillator in which the inverters 217 have a signal transit time T ' 2 and the inverters 317 have a signal transit time T' 1 . T ′ 2 is one and a half times T ′ 1 . Of the five connections (a) to (e) between the inverters shown in FIG. 6, three are brought out as taps, namely (a), (c) and (d). Between connections (a) and (d) there is a signal transit time of T 1 corresponding to twice the signal transit time T ' 1 , between connections (c) and (a) accordingly a signal transit time of T 2 which is twice the signal transit time T' 2 is.

Wie aus den Signalverläufen nach Fig. 14 deutlich wird, läßt sich die (veränderte) Verzögerungsstufe gemäß Fig. 6 sowohl im Ringoszillator nach Fig. 3 als auch in dem nach Fig. 4 einsetzen. Für die Verwendung in Fig. 3 werden die Anzapfungen an den Verbindungen (a) und (c) als Signalausgang 112 bzw. Signaleingang 111 geschaltet. Die Signale bilden dann zwei um 90° entsprechend T 2 gegeneinander phasenverschobene Basisschwingungen. Bei Verwendung im Ringoszillator nach Fig. 4 werden die Anzapfung an der Verbindung (a) als Signaleingang 111 und die Anzapfung an der Verbindung (d) als Signalausgang 112 verwendet. Die Signale an diesen Anzapfungen bilden dann zwei Basisschwingungen mit einer Phasenverschiebung von 60° entsprechend T 1. Im Vorstehenden ist die Funktion der beschriebenen Schaltungsanordnungen stets anhand von rechteckförmigen Signalen dargestellt worden. In der Praxis werden jedoch mehr oder weniger trapezförmige Signalverläufe auftreten, die jedoch an der Funktion der beschriebenen Schaltungsanordnungen nichts ändern. Im Grenzfall können sogar wenigstens nahezu sinusförmige Basisschwingungen auftreten, die ebenfalls ein einwandfreies Funktionieren der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 gewährleisten, sofern - wie in der Regel üblich - die Steuerung 25 und der Frequenzhalbierer 30 Eingangsleitungen mit definierten Schaltschwellen aufweisen. Gegebenenfalls kann die Zwischenschaltung eines Tiefpaßfilters erforderlich sein, um durch das Umschalten des Wahlschalters 21 entstehende Signalsprünge auszufiltern, die sonst unter Umständen in der Steuerung 25 und dem Frequenzhalbierer 30 zu Fehlfunktionen führen könnten. As is clear from the signal profiles according to FIG. 14, the (modified) delay stage according to FIG. 6 can be used both in the ring oscillator according to FIG. 3 and in that according to FIG. 4. For use in FIG. 3, the taps at connections (a) and (c) are switched as signal output 112 and signal input 111 , respectively. The signals then form two basic oscillations which are phase-shifted by 90 ° corresponding to T 2 . When used in the ring oscillator of FIG. 4, the tap on the compound (a) as a signal input 111 and the tap on the compound (d) as a signal output 112 may be used. The signals at these taps then form two basic oscillations with a phase shift of 60 ° corresponding to T 1 . In the foregoing, the function of the circuit arrangements described has always been illustrated using rectangular signals. In practice, however, more or less trapezoidal signal curves will occur, which, however, do not change the function of the circuit arrangements described. In the limit case, even at least almost sinusoidal base vibrations can occur, which likewise guarantee the proper functioning of the circuit arrangement according to FIG. 1, provided - as is usually the case - the controller 25 and the frequency divider 30 have input lines with defined switching thresholds. If necessary, the interposition of a low-pass filter may be necessary in order to filter out signal jumps which occur as a result of the switchover of the selector switch 21 , which could otherwise lead to malfunctions in the controller 25 and the frequency bisector 30 .

Claims

1. A circuit arrangement for generating substantially rectangular vibrations with rational number-to-frequency ratios, characterized by an oscillator ( 7 ) which has a number of essentially rectangular basic vibrations (( 1 ), ( 2 ),... (N)) of the same frequency (f 0) supplies, the phase of which is arranged at equal intervals (T) in the range of an integer multiple of the period of the basic oscillation, as well as by a switching stage ( 20 ), which successively produce a basic oscillation (( 1 ), ( 2 ),... ( N)) feeds their output ( 23 ) in a chronological order determined by the arrangement of the phases and switches the base oscillation (( 1 ), ( 2 ),... (N)) from it to another at a predetermined point in time , whereby at the output ( 23 ) of the switching stage ( 20 ) a frequency-divided oscillation is emitted in relation to the basic oscillations (( 1 ), ( 2 ),... (N)) .

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the oscillator ( 7 ) is constructed in the manner of a ring oscillator.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the ring oscillator ( 7 ) comprises an odd number (N) of inverting delay stages ( 115, 125, ... , 1 N 5 ) for generating an odd number (N) of base oscillations (( 1 ), ( 2 ), ... (N)).

4. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the ring oscillator ( 7 ) comprises an even number (N) delay stages ( 116, 126, ..., 1 N 6 ) for generating an even number (N) of basic oscillations (( 1 ), ( 2 ), ... (N)).

5. Circuit arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that each delay stage ( 115,... , 116 ,...) Is designed in the manner of a ring oscillator.

6. Circuit arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the switching stage ( 20 ) has a selector switch ( 21 ) with one input each ( 114,..., 1 N 4 ) for each basic oscillation (( 1 ), ( 2 ), ... (N)) and an output which is connected to the output ( 23 ) of the switching stage ( 20 ).

7. Circuit arrangement according to claim 6, characterized in that the switching stage ( 20 ) has a controller ( 25 ) through which the selector switch ( 21 ) can be switched in such a way that its inputs ( 114, ... , 1 N 4 ) in cyclic Sequence are connected to the output ( 23 ).

8. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that the controller ( 25 ) the selector switch ( 21 ) at the time of the occurrence of a signal edge of the currently supplied basic oscillation (( 1 ), ( 2 ), ... (N)) .

9. Circuit arrangement according to claim 7 or 8, characterized in that the control switches the selector switch ( 21 ) by one or more inputs ( 114, .., 1 N 4 ) in the cyclical sequence, preferably by a number (k) of Inputs ( 114,... 1 N 4 ) less than or equal to the number (N) of the basic vibrations ((1), (2),... (N)).

10. Circuit arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized by a frequency bisector ( 30 ), the input of which is connected to the output ( 23 ) of the switching stage ( 20 ).