DE602005004652T2

DE602005004652T2 - Signal Generator

Info

Publication number: DE602005004652T2
Application number: DE602005004652T
Authority: DE
Inventors: Joachim 71083 Moll; Martin Stuttgart Muecke
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2025-05-21
Also published as: DE602005004652D1; EP1724923B1; EP1724923A1; JP2006333473A; US20060282715A1

Description

ZUGRUNDE LIEGENDE TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft die Erzeugung digitaler Signale.
Im Allgemeinen kann bei der Erzeugung digitaler Signale ein Impuls als Folge einzelner aufeinander folgender digitaler Signale aufgefasst werden. Das zeitliche Verhalten von Impulssignalen kann durch verschiedene Parameter beschrieben werden. Die Impulsperiode definiert die Zeitspanne zwischen zwei aufeinander folgenden Impulssignalen. Weitere Parameter definieren die Verzögerung und die Impulsbreite der Impulssignale.
Ein Beispiel eines Impulsgenerators wird im Dokument EP 0 875 994 gezeigt.
Generatoren für digitale Impulsmuster unter Verwendung von Analogschaltungen sind nach dem Stand der Technik bekannt. Zum Erzeugen eines Impulsmusters gemäß den oben definierten Parametern können einzelne Oszillatorschaltungen bereitgestellt werden. Beispiele für solche Impulsgeneratoren sind die Impulsmustergeneratoren der Produktserie Agilent 81100 vom Anmelder, Agilent Technologies.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Generator für digitale Signale bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst, die in den Hauptansprüchen definiert wird. Bevorzugte Ausführungsarten sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Generator zum Erzeugen einer Folge digitaler Werte gemäß einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung weist einen Zähler zum Darstellen einer Zählerposition auf, die sich auf einen Referenztakt bezieht. Insbesondere ist der Zähler so eingerichtet, dass er seinen Zählwert (Zählerstand) während des Zyklus des Referenztakts darstellt. Der digitale Flankengenerator gemäß der Ausführungsart der vorliegenden Erfindung empfängt ein Startsignal, ein Erhöhungssignal, das im Folgenden als Erhöhungswort bezeichnet wird, und ein Versatzsignal, das im Folgenden entsprechend als Versatzwort bezeichnet wird. Das Versatzwort entspricht einer Verzögerung des Startzeitpunkts der Flanke. Der digitale Flankengenerator ist so eingerichtet, dass er nach dem Erkennen des Startsignals den Zählerstand auf einen von der Multiplikation des Versatzwortes und des Erhöhungswortes abgeleitete Startwert setzt. Ferner setzt er auch bei jedem Taktzyklus den Zählerstand auf einen vom Erhöhungswort abgeleiteten neuen Wert.
Das Setzen eines Startwerts nach dem Erkennen des Startsignals und in Abhängigkeit vom Versatzwort ermöglicht eine flexiblere Zeiteinstellung. Genauer gesagt, das Versatzwort berücksichtigt, dass die ansteigende oder die abfallende Flanke zwischen zwei aufeinander folgenden Referenztaktzyklen starten kann. Somit kommt es nicht zu einer zusätzlichen unerwünschten Startverzögerung bis zum nächsten Referenztaktzyklus, die zu einer Verformung der Flanke führen würde. Es wird darauf hingewiesen, dass die Flankensteilheit durch das Erhöhungswort bestimmt wird, das bei einer ansteigenden Flanke einen positiven und bei einer abfallenden Flanke einen negativen Wert beinhaltet. Bei einer Ausführungsart wird der Startwert vom Versatzwort und vom Erhöhungswort abgeleitet. Bei dieser Ausführungsart ist der Flankengenerator so eingerichtet, dass er eine Folge digitaler Signale und insbesondere eine Folge digitaler Werte erzeugt, die eine ansteigende oder eine abfallende Flanke kennzeichnen. Analogschaltungen und deren Kalibrierung, zum Beispiel von Kondensatoren, erübrigen sich.
Bei einer anderen Ausführungsart weist der Zähler ein Register und ein Summierelement auf, das mit dem ersten Eingangsanschluss des Flankengenerators und einem Ausgang des Registers verbunden ist. Der Wert des Registers, der dem Zählerwert entspricht, wird zurückgeführt, zum Erhöhungswort addiert und als neuer Wert im Register gespeichert. Bei jedem Referenztaktzyklus erhöht oder verringert das Register seinen Wert. Bei einer weiteren Ausführungsart ist zwischen das Summierelement und den Eingang des Registers eine Schalteinheit geschaltet. Die Schalteinheit ist auch mit dem zweiten Eingangsanschluss für das Versatzwort verbunden, damit der Startwert im Register gespeichert wird.
Bei einer weiteren Ausführungsart ist der Ausgang mit einer Speichersuchtabelle verbunden, die einen vom Ausgabewert des Zählers abgeleiteten digitalen Wert erzeugt. Eine Speichersuchtabelle ist von Vorteil, wenn eine weitere Verformung genutzt werden soll oder Störsignale unterdrückt werden sollen. Als Alternative kann der Ausgang des Flankengenerators mit einem Digital-Analog-Umsetzer verbunden werden. Bei noch einer weiteren Ausführungsart wird der Zählerausgang mit einer Schalteinheit verbunden. In den zweiten Eingang der Schalteinheit wird ein konstanter digitaler Wert eingegeben. Die Schalteinheit wird nach dem Erkennen eines Startsignals und in Abhängigkeit vom Zählerstand umgeschaltet.
Ein gesteuerter Impulsmustergenerator gemäß einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung wendet die digitale Frequenzsynthese an. Für den Erzeugungsprozess realisiert die Ausführungsart eine flexible und individuelle Einstellung von Zeitparametern, die einen Impuls definieren, darunter die Impulsperiode, die Impulsbreite und die Anstiegs- und Abfallzeit. Alle Zeitparameter leiten sich von einem stabilen Hochgeschwindigkeitstakt ab, der die digitale Erzeugung der Impulsflanken beinhaltet. Unter Verwendung des digitalen Generators gemäß der vorliegenden Erfindung kann künftig die Anstiegs- und die Abfallzeit unabhängig voneinander gewählt werden. Es entfällt die komplexe Kalibrierung analoger Schaltungen. Insbesondere weist der gesteuerte Impulsmustergenerator einen Periodenzähler zum Erzeugen eines Startsignals und eines ersten Versatzwortes auf. Das Startsignal und das erste Versatzsignal werden von einem stabilen Hochgeschwindigkeits-Referenztakt und einer vorgegebenen Impulsperiode abgeleitet. Die Ausgangsanschlüsse des Periodenzählers sind mit einem ersten digitalen Flankengenerator verbunden. Der erste digitale Flankengenerator ist so eingerichtet, dass er in Bezug auf das Startsignal und das erste Versatzwort eine ansteigende Flanke erzeugt. Ferner ist mit dem Periodenzähler ein Breitenzähler verbunden. Dieser ist so eingerichtet, dass er ein Stoppsignal und ein zweites Versatzwort erzeugt, die von einer vorgegebenen Impulsbreite, vom Referenztakt und von dem auf das Startsignal bezogenen ersten Versatzwort abgeleitetet werden. Schließlich ist ein zweiter mit dem Breitenzähler verbundener digitaler Flankengenerator so eingerichtet, dass er ausgehend vom Stoppsignal und vom zweiten Versatzwort eine abfallende Flanke erzeugt.
Der Periodenzähler sowie der Breitenzähler berücksichtigen ein mögliches Phasenversatzwort in Bezug auf den Referenztakt, die Impulsperiode bzw. die Impulsbreite. Deshalb wird ein Phasenversatzwort erzeugt, wenn die Impulsperiode bzw. die Impulsbreite ein nicht ganzzahliges Vielfaches des Referenztaktzyklus beinhalten, wobei das Phasenversatzwort einer Verzögerung zwischen aufeinander folgenden Referenztaktzyklen entspricht. Die Ausführungsart gemäß der vorliegenden Erfindung eignet sich zum Einstellen der Impulsperiode und der Impulsbreite unabhängig vom Referenztakt und zum Erzeugen eines entsprechenden Impulsmusters. Darüber hinaus sind die Flankengeneratoren voneinander unabhängig, sodass bei der Impulserzeugung beliebige Flankensteilheiten eingestellt werden können. Der Impulsmustergenerator gemäß einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung verwendet nur einen stabilen Referenztakt. Eine Änderung der Zeitparameter für den Impuls erfolgt schnell, da die Oszillatoren nicht abgestimmt werden müssen.
Bei einer Ausführungsart der Erfindung wird eine Schalteinheit bereitgestellt. Die Schalteinheit ist über ihre Eingänge mit den entsprechenden Ausgängen des ersten bzw. zweiten Flankengenerators verbunden. Die Schalteinheit ist so eingerichtet, dass sie ausgehend vom Startsignal und vom Stoppsignal einen ihrer Eingänge auf ihren Ausgang schaltet. Genauer gesagt, die Schalteinheit dient zum Verbinden des Ausgangs des ersten Flankengenerators mit seinem Ausgang, wenn ein Startsignal vorliegt, und zum Verbinden des Ausgangs des zweiten Flankengenerators mit seinem Ausgang, wenn ein Stoppsignal vorliegt. Durch das Erzeugen des Start- und des Stoppsignals wird dann der Ausgang der entsprechenden Flankengeneratoren ausgehend vom Start- und vom Stoppsignal von der Schalteinheit über den Ausgang des gesteuerten Impulsmustergenerators geführt. Vorzugsweise ist der Ausgang der Schalteinheit mit einem Digital-Analog-Umsetzer verbunden.
Bei einer weiteren Ausführungsart weist der Periodenzähler ein erstes Register und eine mit dem ersten Register verbundene Überlauferkennungseinheit auf, die zum Erkennen eines Überlaufs des ersten Registers eingerichtet ist. Der Periodenzähler ist zum Erzeugen des Startsignals nach einer solchen Erkennung eines Überlaufs eingerichtet. Außerdem wird das erste Versatzwort von einem Überlaufwert des ersten Registers abgeleitet sowie nach der Erkennung eines Überlaufs erzeugt. Bei einer bevorzugten Ausführungsart wird die Impulsperiode von einer Länge des ersten Registers und von einem Erhöhungswort abgeleitet. Insbesondere wird der Wert des Registers so lange bei jedem Referenztaktzyklus durch das Erhöhungswort erhöht, bis die Länge des Registers erreicht ist. Bei der nächsten Erhöhung erkennt die Überlauferkennungseinheit einen Überlauf des Registers und leitet ebenfalls den Überlaufwert des Registers ab. Der Überlaufwert entspricht einer Verzögerung und beinhaltet einen Wert, der kleiner als das Erhöhungswort ist.
Bei einer weiteren Ausführungsart weist der Breitenzähler ein zweites Register und eine mit dem zweiten Register verbundene Überlauferkennungseinheit auf, die zum Erkennen eines Überlaufs dient. Der Breitenzähler ist so eingerichtet, dass er nach dem Erkennen des Startsignals ein Stoppsignal und ein zweites Versatzwort erzeugt. Das zweite Versatzwort wird von einem Überlaufwert des zweiten Registers abgeleitet. Bei einer bevorzugten Ausführungsart wird die Impulsbreite mindestens von der Länge des zweiten Registers und einem Erhöhungswort abgeleitet.
Da ein möglicher Phasenversatz zwischen dem stabilen Referenztakt und der Impulsperiode berücksichtigt werden muss, weist der Breitenzähler ein Mittel zum Speichern eines Startwerts im zweiten Register auf, der vom ersten Versatzwort abgeleitet wurde.
Bei einer Ausführungsart der Erfindung weisen ein erstes und ein zweites Register eine Registerlänge von mindestens 48 Bit, eher jedoch eine Registerlänge von 64 Bit auf. Ferner können auch andere Registerlängen sowie unterschiedliche Registerlängen für das erste und das zweite Register des Periodenzählers und des Breitenzählers verwendet werden. Zum Beispiel kann das erste Register eine Länge von 32, 36 oder 72 Bit aufweisen. Die Registerlänge definiert zusammen mit dem stabilen Referenztaktzyklus die maximale Länge der Impulsperiode bzw. die Impulsbreite.
Es kann erforderlich werden, die Rampen der durch den erfindungsgemäßen Impulsmustergenerator erzeugten Impulse zu verformen, um Störspitzen im Signal zu unterdrücken oder zu verhindern. Deshalb weist der Impulsmustergenerator gemäß einer Ausführungsart der Erfindung eine mit den Ausgängen des ersten und des zweiten Flankengenerators verbundene Speichertabelle auf. Die Speichertabelle weist Ausgabewerte auf und dient zum Erzeugen der vom digitalen Ausgangswert des ersten und des zweiten Flankengenerators abgeleiteten digitalen Werte. Vorzugsweise ist die Speichertabelle als Speichersuchtabelle eingerichtet, die zum Glätten oder Ändern der durch die Flankengeneratoren erzeugten Ausgabewerte verwendet werden kann. Die Ausgabewerte können in ihrer Größe verändert oder verschoben werden.
Bei einer weiteren Ausführungsart sind die Ausgänge des ersten und des zweiten Flankengenerators für eine Digital/Analog-Umsetzung mit einem Eingang eines Digital-Analog-Umsetzer verbunden. Bei einer Ausführungsart weist der Impulsmustergenerator einen mit dem Ausgang der Speichersuchtabelle verbundenen Digital-Analog-Umsetzer auf. Der Ausgang des Impulsmustergenerators gemäß dieser Ausführungsart der vorliegenden Erfindung liefert ein analoges Impulsmuster, das digital oder aber auch vollständig digital erzeugt wurde.
Ein Impulsmuster kann gemäß der obigen Beschreibung durch eine Impulsperiode, eine Impulsbreite und eine Impulsverzögerung definiert werden. Um ein Impulsmuster flexibler erzeugen zu können, wendet das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die direkte Frequenzsynthese an. In einem ersten Schritt stellt das Verfahren einen stabilen Referenztakt bereit. Ebenso müssen die Impulsperiode und die Impulsbreite definiert werden. Das Signal wird ausgehend von einem Startsignal und einem ersten Versatzwort durch das Erzeugen einer ansteigenden Flanke erzeugt. Das Startsignal und das erste Versatzwort leiten sich von der Impulsperiode und dem stabilen Referenztakt ab. Das erste Versatzwort berücksichtigt, dass es sich bei der Impulsperiode um ein nicht ganzzahliges Vielfaches des Referenztaktzyklus handeln kann. Es dient zum Korrigieren von Verzögerungen anschließend erzeugter Impulse. Wenn die ansteigende Flanke digital erzeugt wird, korrigiert es außerdem das Erzeugen der Flanke durch das Setzen eines Startwerts.
Dann wird die ansteigende Flanke ausgegeben. Außerdem wird ausgehend von einem Stoppsignal und einem zweiten Versatzwort ein Signal mit einer abfallenden Flanke erzeugt. Das Stoppsignal und das zweite Versatzwort werden von der Impulsbreite, vom stabilen Referenztakt, vom Startsignal und vom ersten Versatzwort abgeleitet. Das zweite Versatzwort berücksichtigt, dass es sich bei der Impulsbreite um ein nicht ganzzahliges Vielfaches des Referenztaktzyklus handeln kann. Dann wird die abfallende Flanke ausgegeben.
Das Verfahren gemäß einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung kann in einem vollständig digitalen Synthesegenerator mit einem frequenzstabilen Referenztakt verwendet werden. Bei einer Ausführungsart weist der Schritt des Erzeugens eines Signals mit einer ansteigenden Flanke auch das Erhöhen eines Zählers um ein Erhöhungswort auf. Das Erhöhungswort entspricht der Impulsperiode. Das Erzeugen des Startsignals setzt nach dem Erkennen eines Überlaufs des Zählers ein. Das erste Versatzwort wird von einem Überlaufwert des Zählers abgeleitet. Das Versatzwort entspricht einer Zeitverzögerung zwischen dem Start der Flanke und dem Referenztaktzyklus. Vorzugsweise wird der Zähler für die ansteigende Flanke auf einen zuvor vom ersten Versatzwort abgeleiteten Startwert gesetzt. Dann wird der Flankenzähler durch ein Erhöhungswort erhöht, das der Steilheit der ansteigenden Flanke des zu erzeugenden Impulssignals entspricht. Dann werden die auf den stabilen Referenztakt bezogenen Werte des Zählers der ansteigenden Flanke ausgegeben. Ein Signal mit einer abfallenden Flanke wird auf dieselbe Weise erzeugt.
Bei einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren die Schritte zum Erzeugen eines Impulses mit einer ansteigenden Flanke in Bezug auf ein Startsignal und ein erstes Versatzwort aufweisen, wobei das Startsignal und das erste Versatzwort von einer Impulsperiode des zu erzeugenden Impulses und von einem stabilen Referenztakt abgeleitet werden. Die Flanke wird ausgegeben. Dann wird ausgehend von einem Stoppsignal und einem zweiten Versatzwort ein Signal mit einer abfallenden Flanke erzeugt, wobei das Stoppsignal und das zweite Versatzwort von einer Impulsbreite, vom stabilen Referenztakt, vom Startsignal und vom ersten Versatzwort abgeleitet werden. Das Signal mit einer abfallenden Flanke wird ausgegeben.
Bei einer weiteren Ausführungsart der Erfindung werden ein stabiler Referenztakt bereitgestellt und ein Signal, das die Impulsperiode darstellt, sowie ein Signal, das die Impulsbreite darstellt, empfangen. Durch das Empfangen der beiden Signale kann das Setzen der Parameter unabhängig voneinander erfolgen. Bei einer weiteren Ausführungsart der Erfindung wird das Impulssignal erzeugt, indem ein Zähler durch ein Erhöhungssignal bzw. ein Erhöhungswort erhöht wird, wobei das Erhöhungswort der Impulsbreite entspricht. Nach dem Erkennen eines Überlaufs des Zählers werden ein Startsignal und ein erstes Versatzwort erzeugt, die sich von dem Überlaufwert ableiten. Das Startsignal und das Phasenversatzwort werden zum Erzeugen der ansteigenden Flanke verwendet.
Bei noch einer weiteren Ausführungsart der Erfindung weist das Erzeugen der ansteigenden Flanke den Schritt des Setzens eines Zählers für die ansteigende Flanke auf einen Startwert auf, der vom ersten Versatzwort abgeleitet wurde. Die Steilheit der ansteigenden Flanke ist durch ein Erhöhungssignal oder ein Erhöhungswort für die ansteigende Flanke definiert, welches den Zähler für die ansteigende Flanke bei jedem Referenztaktzyklus erhöht und seinen Zählerstand bei jedem Referenztaktzyklus ausgibt.
Hierzu ist anzumerken, dass die Impulsbreite von einem weiteren Wart abgeleitet werden kann, das der Impulsbreite entspricht. Das Wart erhöht einen Breitenzähler, der bei einer Ausführungsart auf einen vom ersten Versatzsignal bzw. Versatzwort abgeleiteten Startwert gesetzt wird. Der Breitenzähler wird bei jedem Referenztaktzyklus durch das der Impulsbreite entsprechende Wort erhöht. Nach dem Erkennen eines Überlaufs des Breitenzählers werden ein Stoppsignal erzeugt und ein Überlaufwert des Breitenzählers abgeleitet, der ein zweites Versatzsignal oder ein zweites Versatzwort definiert. Unter Verwendung des Stoppsignals und des zweiten Versatzwortes wird eine abfallende Flanke in derselben Weise erzeugt wie die ansteigende Flanke. Natürlich wird jetzt auch der Zähler für die abfallende Flanke bei jedem Referenztaktzyklus verringert.
Die verschiedenen Ausführungsarten des Verfahrens der vorliegenden Erfindung bieten ein schnelles und flexibles Verfahren zum Erzeugen einer Folge digitaler Signale, die einem digitalen Impuls entsprechen. Der digitale Impuls kann einfach in einen analogen Impuls umgesetzt werden. Die verschiedenen Wörter und Zähler ermöglichen ein voneinander unabhängiges Setzen der Zeitparameter des Impulses. Darüber hinaus berücksichtigen alle Zeitparameter durch die Verwendung der Versatzsignale, dass sie ein nicht ganzzahliges Vielfaches des Referenztaktzyklus betragen können.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf Hardwarekomponenten wie beispielsweise anwendungsspezifische Schaltungen, frei programmierbare Logikfelder (field programming gate array, FPGA), digitale Signalprozessoren oder Mikroprozessoren beschränkt. Ferner kann ein in einem Datenträger gespeichertes Softwareprogramm oder Softwareprodukt auf das Ausführen des Verfahrens zugeschnitten sein, wenn es auf einem Datenverarbeitungssystem ausgeführt wird. Dadurch können Signale mit Impulsmustern ausschließlich durch Software flexibel erzeugt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aufgaben und viele mit der vorliegenden Erfindung verbundene Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen klar und verständlicher, wobei:
1 eine erste Ausführungsart eines vollständig digital gesteuerten Impulsmustergenerators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 eine zweite Ausführungsart des vollständig digital gesteuerten Impulsmustergenerators zeigt,
3 eine Ausführungsart eines digitalen Flankengenerators für ansteigende Flanken gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
3A eine weitere Ausführungsart eines digitalen Flankengenerators gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
4 eine Ausführungsart eines Flankengenerators für abfallende Flanken gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
5 eine Ausführungsart einer Periodenzähleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
6 eine Ausführungsart einer Breitenzähleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
7 ein Schaubild der Taktwerte für den Flankengenerator für ansteigende Flanken gemäß 3 oder 3A zeigt,
8 ein Schaubild der Taktwerte für den Flankengenerator für abfallende Flanken gemäß 4 zeigt,
9A ein Schaubild des Registerwertes in Abhängigkeit von der Zeit zeigt,
9B ein der 9A entsprechendes Schaubild der Impulse in Abhängigkeit von der Zeit zeigt,
10 ein Schaubild einer Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt,
11 ein Beispiel einer direkten digitalen Frequenzanalyse zeigt,
12 eine Ausführungsart der Auslöseberechnungseinheit und der vorhergehenden Schaltung zeigt, und
13 ein Schaubild einer Ausführungsart eines Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt.
10 zeigt ein Beispiel für einen Impuls mit einer ansteigenden Flanke mit einer Anstiegszeit T_R und einer abfallenden Flanke mit einer Abfallzeit T_F. Die Zeit T_H zwischen dem Ende der ansteigenden Flanke und dem Anfang der abfallenden Flanke wird als Zustand HIGH des Impulses angesehen. Die Summe aus Anstiegszeit T_R und dem Zustand HIGH des Impulses wird als Impulsbreite T_W definiert. Die gesamte Zeitspanne zwischen zwei aufeinander folgenden Impulsen ist durch die Impulsbreite T_W, die Abfallzeit T_E und die Verzögerungszeit T_D gegeben, die auch als Zustand LOW des Impulses angesehen werden kann.
11, in der die direkte digitale Frequenzsynthese angewendet wird, zeigt herkömmliche Verfahren unter Verwendung von Phasenakkumulationstechniken. Ein ausgegebenes Steuerwort W wird kontinuierlich in konstanten Schritten von α erhöht. Das Steuerwort W wird vom Register R ausgegeben, das einen Zähler darstellt, welcher seinen inneren Zählstand erhöht. Das ausgegebene Steuerwort W dient als Argument für eine Suchtabelle oder einen Analog-Digital-Umsetzer. Da die Frequenz als Ableitung von der Phase definiert ist, gibt der Digital-Analog-Umsetzer ein Analogsignal mit einer konstanten Frequenz aus, das durch den Erhöhungswert α bestimmt ist.
3 zeigt eine Ausführungsart eines digitalen Flankengenerators für ansteigende Flanken gemäß der vorliegenden Erfindung. Im Folgenden wird ein entsprechender Flankengenerator für abfallende Flanken ausführlich erläutert.
Der digitale Flankengenerator für ansteigende Flanken weist einen Zähler 37 mit einem Register 38 mit einer bestimmten Länge auf, zum Beispiel mit einer Länge von 48 Bit. Es können auch andere Registerlängen von 32, 36, 54 oder 24 Bit verwendet werden. Der Zähler 37 ist ähnlich wie die Schleife gemäß 11 zur direkten digitalen Frequenzanalyse. Der Ausgabewert x des Registers 38 entspricht dem Zählstand des Zählers. Der Ausgabewert x wird an einem Ausgang 31 ausgegeben und gleichzeitig zu einem Summierelement 36 zurückgeleitet, das den Ausgabewert x zu einem Erhöhungswort INC addiert. Dieses Erhöhungswort definiert die Steilheit der ansteigenden Flanke. Die Summe x + INC ersetzt den alten Wert im Register 38. Der Flankengenerator 3 für ansteigende Flanken weist einen Eingangsanschluss 34 für das Erhöhungswort INC auf. Er weist außerdem einen Eingangsanschluss 33 für das von der Periodenzählereinheit 2 bereitgestellte Startsignal und einen Eingangsanschluss 35 für den Referenztakt CLK auf. Die Einganganschlüsse 33 und 35 sind mit dem Register 38 des Zählers 37 verbunden. Im Betrieb gibt das Register bei jedem Referenztaktzyklus CLK seinen Wert aus. Außerdem wird der Wert des Registers bei jedem Referenztaktzyklus CLK durch das Erhöhungswort INC erhöht. Weiterhin ist das Register 38 mit einem Eingangsanschluss 32 für das erste Versatzwort Φ₁ verbunden. Das Versatzwort Φ₁ ist als Startwert im Register 38 gespeichert und entspricht somit einem Startwert des Zählers 37.
3A zeigt eine andere Ausführungsart eines Flankengenerators für ansteigende Flanken. Gleiche Schaltungselemente werden mit denselben Bezugsnummern bezeichnet. Der Flankengenerator für ansteigende Flanken gemäß der Ausführungsart von 3A weist auch ein Register 38 auf, dessen Eingang mit einem ersten Schalter 300 verbunden ist. Ein erster Eingang des Schalters 300 ist mit dem Ausgang des Summierelements 36 und ein zweiter Ausgang über einen Multiplizierer 302 mit dem zweiten Eingangsanschluss 32 verbunden. Der Schalter dient zum Einstellen des Registerwertes auf einen Startwert, was später erläutert wird. Der Ausgang des Registers ist mit dem Summierelement 36 sowie mit einem ersten Eingang eines zweiten Schalters 301 verbunden. Der Ausgang des Schalters 301 entspricht dem Anschluss 31. Ein zweiter Ausgang des Schalters dient zum Eingeben eines konstanten digitalen Wertes, der bei diesem nicht als Einschränkung aufzufassenden Beispiel eines Flankengenerators für ansteigende Flanken ein digitaler Wert ist, der dem Maximalwert des Zählers und des Flankengenerators für ansteigende Flanken entspricht. Es wird darauf hingewiesen, dass der in den zweiten Eingang eingegebene digitale Wert bei einem Flankengenerator für abfallende Flanken ein Minimalwert des Zählers sein kann, zum Beispiel 0.
Der Schalter 300 ist mit dem Anschluss 33 verbunden und wird direkt durch das Startsignal gesteuert. Der zweite Schalter 301 ist mit einem Verzögerungselement 303 verbunden. Außerdem steht eine Flip-Flop-Schaltung bereit, die einen mit dem Ausgang des Summierelements 36 verbundenen Dateneingangsanschluss und einen mit dem Anschluss 33 verbundenen Rücksetzanschluss aufweist.
7 zeigt ein Beispiel für einen Ausgangswert x des Flankengenerators 3 für ansteigende Flanken gemäß 3A. Die Figur zeigt den Ausgangswert x im Verlauf der Referenztaktzyklen. Es ist zu sehen, dass der Startzeitpunkt T_S der ansteigenden Flanke nicht mit dem Zeitpunkt T₀ zusammenfällt, der einem Referenztaktzyklus entspricht, sondern zwischen dem Zeitpunkt T₀ und dem vorhergehenden Referenztaktzyklus liegt. Es ist klar, dass die Verzögerung des Startzeitpunkts T_S bis zum nächsten Referenztaktzyklus auch zur Verzögerung der ansteigenden Flanke führt. Deshalb muss die Startposition des Flankengenerators für ansteigende Flanken am Zeitpunkt T₀ nach x₁ verschoben werden. Der Wert x₁ entspricht dem Versatz. Dieser wird durch das mit dem Erhöhungswort INC multiplizierte Versatzwort Φ₁ bestimmt, wobei das Versatzwort Φ₁ eine gebrochene Zahl zwischen 0 und 1 ist. Im vorliegenden Beispiel ist das Versatzwort Φ₁ gleich 0,5.
Wenn am Anschluss 33 gemäß 3A ein Startsignal anliegt, wird der von Φ₁ und INC abgeleitete Versatz als Startwert im Register gespeichert. Beim nächsten Referenztaktzyklus wird der Versatz als erster Wert x₁ ausgegeben. Dann wird der Registerwert durch das Erhöhungswort INC erhöht. Das Erhöhungswort INC bestimmt zusammen mit der Länge des Registers 38 die Anstiegszeit T_R für jeden Referenztaktzyklus, und der aktuelle Registerwert wird zur weiteren Verarbeitung ausgegeben. Wenn der Registerwert die Länge x_L des Registers erreicht, schaltet der Schalter 301 auf seinen zweiten Eingang um und gibt dadurch den Maximalwert aus. Dies ist der so genannte Zustand HIGH des Impulses. Bei diesem nicht als Einschränkung zu verstehenden Beispiel gibt der Flankengenerator die aufeinander folgenden Werte x₁ bis x₅ für die ansteigende Flanke aus, während der Wert x₆ den Zustand HIGH des Impulses darstellt.
4 zeigt eine Ausführungsart eines digitalen Flankengenerators für abfallende Flanken. Der Flankengenerator für abfallende Flanken ist ähnlich wie der Flankengenerator für ansteigende Flanken von 3 und 3A aufgebaut. Er weist auch einen Zähler 67 mit einem Register 68 mit einer bestimmten Bitlänge auf. Ein Eingangsanschluss des Registers 68 ist mit dem Summierelement 66 verbunden, welches das Verringerungswort DEC vom Ausgabewert y des Registers 68 subtrahiert. Außerdem weist der Flankengenerator für abfallende Flanken 6 eine Berechnungseinheit 302 auf, deren beide Eingänge mit den Anschlüssen 62 und 64 verbunden sind. Die Berechnungseinheit 302 dient zur Berechnung eines zweiten Versatzwertes, der den Startwert des Zählers 67 definiert.
8 zeigt ein Schaubild des Ausgabewertes y des Flankengenerators für abfallende Flanken in Abhängigkeit von der Zeit als Reaktion auf den Referenztaktzyklus. Der Maximalwert des Registers 68 ist durch die Registerlänge R_L bestimmt. Bei diesem Beispiel ist die Abfallzeit ein ganzzahliges Vielfaches des Referenztaktzyklus, sodass kein Versatz berechnet werden muss. Zum Zeitpunkt T_F0 wird ein Stoppsignal empfangen. Der Startwert ist nun gleich dem Maximalwert, und der erste Ausgabewert y₀ des digitalen Flankengenerators für abfallenden Flanken zum Zeitpunkt T_F0 ist gleich R_L. Zum Zeitpunkt T_F1 hat der Flankengenerator 6 für abfallende Flanken den Wert R_L um DEC verringert. Der Zählerwert wird dann als Reaktion auf den Referenztaktzyklus verringert und ausgegeben. Zum Zeitpunkt T_F2 ist der Zustand LOW des Impulssignals erreicht.
2 zeigt die Hauptelemente eines vollständig digitalen Impulsmustergenerators gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Impulsperiodenzähler 2 dient zum Erzeugen der Impulsperiode T_P. Der Zähler weist einen Eingangsanschluss 28 zum Eingeben des Erhöhungswort INC₁ auf. Das Erhöhungswort INC₁ entspricht der Zeitperiode T_P. Die Impulsperiodenzählereinheit 2 dient zum Erzeugen eines der Zeitperiode T_P entsprechenden Startsignals durch die Verarbeitung des Erhöhungsworts INC₁. 5 zeigt eine ausführlichere Darstellung der Periodenzählereinheit 2.
Die Periodenzählereinheit 2 weist ein Register 24 mit einem Eingangsanschluss 243 und einem Ausgangsanschluss 245 auf. Der Ausgang ist mit einem Rückkopplungspfad 246 verbunden, der mit einem Summierelement 27 verbunden ist. Das Element 27 summiert das Ergebnis des Registers 24 und das Erhöhungswort INC₁ und gibt das Ergebnis als neuen Eingabewert in den Eingangsanschluss 243 des Registers 24 ein. Das Register 24 weist weitere Eingangsanschlüsse 241 und 242 für ein Rücksetzsignal und ein Startsignal auf. Der Ausgangsanschluss des Registers 245 ist zum Erzeugen des Startsignals mit einer Überlauferkennungseinheit und einem Überlaufzähler 25 verbunden.
Im Betrieb gibt der Periodenzähler 2 über seinen Ausgangsanschluss 21 ein Startsignal aus. Die Impulsperiode zwischen zwei Startsignalen entspricht der Zeitperiode T_P, die durch die Länge des Registers 24, den Referenztakt CLK und das Erhöhungswort INC₁ gegeben ist. Das Erhöhungswort und die Impulsperiode T_P können jedoch auch ein nicht ganzzahliges Vielfaches des Referenztaktzyklus ausmachen.
Bei einem nicht als Einschränkung zu verstehenden Beispiel beträgt die Registerlänge der Periodenbreitenzählereinheit 2 32 Bit, und der hochstabile Referenztakt CLK weist eine Frequenz von 2²⁹ Hz auf, was einer Periode des Referenztakts von 1/2²⁹ s entspricht. Angenommen, die gewünschte Zeitperiode T_P betrage 125 ms. Dies führt zu einem Erhöhungswort INC₁ von 64. Mit anderen Worten, bei jedem Referenztaktzyklus wird der Wert des Registers um 64 erhöht. Sobald der Registerwert seinen Maximalwert erreicht, der durch die Registerlänge zu 2³² definiert ist, kommt es zum Überlauf, der von der Überlauferkennungseinheit 25 nach 5 erkannt wird. Dann wird am Ausgangsanschluss 21 ein Startsignal ausgegeben und das Register wieder gefüllt. Aufgrund der Tatsache, dass die Zeitperiode von 125 ms oder 8 Hz ein ganzzahliges Vielfaches von 2²⁹ Hz beträgt, wird kein Versatz erzeugt.
Wenn die Impulsperiode T_P jedoch kein ganzzahliges Vielfaches des Referenztaktzyklus beträgt, kommt es zum Überlauf des Registers. Der neue Registerwert ist dann ungleich null.
Ein solches Verhalten zeigt 9A (obere Darstellung) in einem Schaubild der Werte des Registers 24 des Periodenzählers 2 in Abhängigkeit von der Zeit. Der Wert des Registers wird bei jedem Referenztaktzyklus durch das Erhöhungswort INC₁ erhöht. Zum Beispiel enthält das Register nach sieben Referenztaktzyklen den Wert Z₂ auf. Nach acht Referenztaktzyklen enthält das Register den Wert Z₃, der etwas kleiner als die Registerlänge R_L ist. Die nächste Erhöhung des Registerwertes führt zu einem Überlaufwert Z₄ des Registers 24.
Wenn ein solcher Überlauf nicht berücksichtigt wird, beginnt der nächste Impuls nicht zum gewünschten Zeitpunkt T_P, sondern zum Zeitpunkt T_P1. Ein solches Verhalten führt zu einem Phasenversatz, der zu einem Fehler der Zeitperiode gemäß 9B (unteres Schaubild) führt. Die Figur zeigt einen beispielhaften Impuls der Länge T_P mit einer Zeitdauer T_R für die ansteigende Flanke, einer Zeitdauer T_H für den Zustand HIGH und einer Zeitdauer T_F für die abfallende Flanke. Nach einer Zeitdauer T_L für den Zustand LOW wird das Impulssignal ab dem Zeitpunkt T_P wiederholt. Aufgrund des Fehlers im Register des Periodenzählers verzögert sich der Startpunkt des Impulses um einen bestimmten durch den Überlauf des Registers vorgegebenen Versatz.
Deshalb weist die Überlauferkennungseinheit 25 gemäß 5 nicht nur eine Überlauferkennungsschaltung, sondern auch einen Überlaufzähler auf, der den Überlaufwert des Registers 24 ermitteln kann. Der Versatzwert wird über den Ausgangsanschluss 254 in eine Skalierungseinheit 26 eingegeben. Der Ausgang der Skalierungseinheit 26 ist mit dem Ausgang 22 des Periodenzählers verbunden. Der Ausgangsanschluss 22 der Periodenzählereinheit 2 liefert das erste Versatzwort Φ₁, das einen Phasenversatz zwischen dem der Zeitperiode entsprechenden Erhöhungswort INC1 und dem globalen Referenztakt CLK darstellt.
Mit anderen Worten, die Periodenzählereinheit weist ein sich regenerierendes Register auf, welches das Erhöhungswort INC bei jedem Referenztaktzyklus CLK zum Wert des Registers addiert. Nach einem Überlauf enthält das Register einen neuen Wert von 0 bis zum Erhöhungswort INC_–1. Der neue Wert stellt den Phasenversatz in Bezug auf den Referenztakt bzw. eine Verzögerungszeit dar, die beim Erzeugen der Breite und der Flanken des Impulses berücksichtigt werden muss. Dies geschieht mittels der Überlauferkennungs- und der Überlaufzählschaltung, die ein Startsignal am Ausgangsanschluss 21 und ein Versatzwort Φ1 am Ausgang 22 erzeugen. Die Überlauferkennungsschaltung und die Überlaufzähleinheit 25 ermöglichen eine zusätzliche Verzögerung für den Beginn der ansteigenden Flanke der Impulssignale.
Das Startsignal sowie das erste Versatzwort Φ₁ werden dann in einen digitalen Flankengenerator 3 für ansteigende Flanken gemäß der vorliegenden Erfindung eingegeben.
Zum Einstellen der durch die Anstiegszeit und die Zeitdauer des Zustandes HIGH vorgegebenen Impulsbreite weist der digitale Impulsmustergenerator 1 einen weiteren Breitenzähler 5 auf, der mit den Ausgängen 21 und 22 des Periodenzählers 2 verbunden ist. Der Breitenzähler 5 weist einen weiteren Eingangsanschluss 56 für ein Erhöhungswort INC₂ auf, das der Impulsbreite T_W entspricht. 6 zeigt eine beispielhafte Ausführungsart des Breitenzählers 5. Der Breitenzähler 5 weist wie auch der Periodenzähler ein Register 500 mit einem Ausgang auf, der mit einer Überlauferkennungs- und Überlaufzählschaltung 501 verbunden ist. Der Ausgang des Registers 500 führt zurück zu einem Summierelement 502, das den Ausgabewert des Registers 500 und das Erhöhungswort INC₂ addiert. Die Ergebnisse hiervon ersetzen wiederum den Wert des Registers.
Die Breitenzähleinheit 5 unterscheidet sich in ihrer Funktion nur dadurch von der Periodenzähleinheit 2, dass sie ihr Startsignal vom Eingangsanschluss 54 empfängt, der mit dem Ausgangsanschluss 21 des Periodenzählers 2 verbunden ist. Außerdem weist der Breitenzähler 58 eine Berechnungseinheit 58 auf, die nach dem Erkennen eines Startsignals unter Berücksichtigung des ersten Versatzwortes Φ₁ und des Erhöhungswortes INC2 eine Versatzposition berechnet, die im Register 500 gespeichert wird. Der im Register 500 gespeicherte Versatzwert entspricht der Verzögerung des Startpunkts der ansteigenden Flanke des Impulses in Bezug auf den Referenztaktzyklus. Die Länge des Registers und das Erhöhungswort INC₂ entsprechen der gesamten Impulsbreite T_W. Sobald die Überlauferkennungseinheit 501 einen Überlauf des Registers 500 erkennt, wird am Ausgangsanschluss 51 ein Stoppsignal erzeugt. Das Register 500 enthält einen Überlaufwert, der von der Überlauferkennungs- und Überlaufzähleinheit 501 übernommen und am Ausgangsanschluss 52 als zweites Versatzwort Φ₂ ausgegeben wird.
Die Ausgänge der Breitenzähleinheit 5 führen dann zu einem Flankengenerator 6 für abfallende Flanken, der in Verbindung mit 4 beschrieben wurde.
Außerdem weist der digitale Impulsmustergenerator 1 gemäß 2 eine Schalteinheit 4 mit zwei Eingangsanschlüssen 41 und 42 auf. Der Eingangsanschluss 41 ist mit dem Ausgangsanschluss 31 des Flankengenerators 3 für ansteigende Flanken verbunden. Der zweite Eingangsanschluss 42 der Schalteinheit 4 ist mit dem Ausgangsanschluss 61 des Flankengenerators 6 für abfallende Flanken verbunden. Die Schalteinheit 4 weist einen Ausgangsanschluss 43 auf, der mit einem Digital-Analog-Umsetzer 135 verbunden ist. Die Schalteinheit 4 dient zum Durchschalten eines seiner entsprechenden Eingänge zu seinem Ausgangsanschluss 33. Die Schalteinheit weist einen Einstellanschluss 45 auf, der mit einem Datenausgang 73 einer Steuereinheit 7 verbunden ist. Die Steuereinheit 7 weist zwei Eingangsanschlüsse 71 und 72 auf.
Der Eingangsanschluss 71 ist mit dem Ausgangsanschluss 21 des Periodenzählers 2 für das Startsignal verbunden. Der zweite Eingangsanschluss 72 ist mit dem Ausgangsanschluss 51 der Breitenzähleinheit 5 verbunden. Je nach dem Zustand des Startsignals und des Stoppsignals an den entsprechenden Eingangsanschlüssen 71 und 72 gibt die Steuereinheit 7 ein Signal aus und schaltet dadurch die Einheit 4 um. Genauer gesagt, wenn am Eingangsanschluss 71 ein Startsignal anliegt, schaltet die Steuereinheit 7 die Schalteinheit 4 in den ersten Zustand um und verbindet den Eingangsanschluss 41 mit dem Ausgangsanschluss 43. Sobald das Stoppsignal anliegt, das dem Beginn der abfallenden Flanke entspricht, versetzt die Steuereinheit 7 die Steuereinheit 4 in den zweiten Zustand und verbindet dadurch den Eingang 42 mit dem Ausgang 43.
Die Steuereinheit 7 kann als Flip-Flop mit einem dem ersten Eingangsanschluss 71 entsprechenden Dateneingang und einem dem zweiten Eingangsanschluss 72 entsprechenden Rücksetzeingang ausgeführt werden. Wenn ein Startsignal anliegt, wird am Datenausgang des Flip-Flop ein Zustand HIGH ausgegeben, bis die Flip-Flop-Schaltung durch das von der Breitenzähleinheit 5 bereitgestellte Stoppsignal zurückgesetzt wird.
1 zeigt eine weitere Ausführungsart des Impulsmustergenerators 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsart ist die Periodenzähleinheit 2 mit einem ersten Eingangsanschluss 161 der ersten Schalteinheit 16 verbunden. Der zweite Eingangsanschluss 162 der Schalteinheit 16 ist mit einer Auslöseberechnungseinheit 17 verbunden, die ihr Berechnungsergebnis in eine externe Startauslöseeinheit eingibt. Ferner kann über den Eingangsanschluss 162 der Schalteinheit 16 ein externer Takt oder eine externe ansteigende Flanke in den digitalen Impulsmustergenerator eingegeben werden.
Der Ausgangsanschluss der Schalteinheit 16 ist mit den Eingangsanschlüssen des Flankengenerators 3 für ansteigende Flanken sowie der Breitenzähleinheit 5 verbunden. Der Flankengenerator 6 für abfallende Flanken ist über seinen Eingang mit einer zweiten Schalteinheit 15 verbunden. Die zweite Schalteinheit 15 weist auch zwei Eingangsanschlüsse 151 und 152 auf. Der Eingangsanschluss 151 ist mit dem Ausgang der Breitenzähleinheit 5 verbunden. Der zweite Eingangsanschluss 152 ist mit der Auslöseberechnungseinheit 17 verbunden. Er dient zum Eingeben eines externen Taktsignals einer abfallenden Flanke in den Flankengenerator 6 für abfallende Flanken.
Durch die Verwendung der beiden zusätzlichen Schalter 16 und 15 kann die digitale Erzeugung von Impulsmustern unter Verwendung externer Auslösesignale, externer Takte oder externer ansteigender oder abfallender Flanken flexibler gestaltet werden.
Ein Eingang der Auslöseberechnungseinheit 17 ist mit einem schnellen Analog-Digital-Umsetzer 18 zum Umsetzen eines analogen Auslösesignals am Eingangsanschluss 181 des digitalen Impulsmustergenerators 1 verbunden. Das von dem schnellen Analog-Digital-Umsetzer 18 bereitgestellte digitale Auslösesignal wird von der Auslöseberechnungseinheit 17 verarbeitet. Alle Verzögerungen zwischen einem Auslösestartsignal am Eingang 181 und dem Hochgeschwindigkeits-Referenztakt des digitalen Impulsmustergenerators 1 werden für die spätere Erzeugung der Impulssignale berücksichtigt und ausgeglichen. Mit anderen Worten, die Auslöseberechnungseinheit gleicht alle Verzögerungen zwischen dem Auslöseimpuls und dem Referenztakt und darüber hinaus auch die Verarbeitungszeit für den Auslöseimpuls aus.
Der Ausgangsanschluss der Schalteinheit 4 ist mit einer Speichersuchtabelle 11 verbunden. Die vom digitalen Impulsmustergenerator erzeugten Ausgabewerte W werden als Argument für die Speichersuchtabelle verwendet. Die Speichersuchtabelle 11 dient zum Speichern entsprechender Werte für die Phasensteuerwörter W. Diese können zum Verformen des Impulsmusters verwendet werden. Der Ausgang der Speichersuchtabelle 11 ist mit einem Filter 12 zum Unterdrücken unerwünschter Signalbestandteile verbunden und dient dann weiter als Eingang für eine Ausgabeberechnungs- oder Multipliziereinheit 13. Der Ausgang der Einheit 13 ist mit einem Digital-Analog-Umsetzer zum Erzeugen eines analogen Impulssignals verbunden. Das analoge Impulssignal kann durch einen zusätzlichen Verstärker 14 verstärkt und dann auf den Ausgangsanschluss 19 des Impulsmustergenerators 1 gegeben werden.
12 zeigt eine Ausführungsart der Auslöseberechnungseinheit 17 und der Analog-Digital-Umsetzereinheit 18. Im Allgemeinen wird zum Auslösen oder Aktivieren eines Vorgangs ein Auslösesignal verwendet. Bei Impulsmustergeneratoren kann ein Auslösesignal zum Aktivieren der Impulsmustererzeugung und insbesondere zum Starten des ersten Impulses verwendet werden. Wünschenswert ist, dass die Verzögerung zwischen dem Empfangen des Auslösesignals und dem Aktivieren des auszulösenden Prozesses so gering wie möglich gehalten wird. Wichtig ist außerdem, dass die Verzögerung konstant bleibt. Daraus ergibt sich direkt das Problem, dass ein Auslösesignal bei der vollständig digitalen Mustererzeugung zwischen zwei aufeinander folgenden Referenztaktzyklen ankommen kann. In solchen Fällen schreitet die Auslöseberechnungseinheit 17 zusammen mit den oben erwähnten Elementen ein.
Ein am Eingangsanschluss 181 für Auslösesignale von 12 empfangenes Auslösesignal wird im Komparator 183 mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Der Komparator erzeugt eine digitale Flanke, wie sie im Schaubild dargestellt ist. Der Ausgang des Komparators 183 ist mit einem Rampengenerator 182 verbunden, der zum Umwandeln der vom Komparator 183 kommenden Flanke in eine ordnungsgemäß definierte Rampe dient. Aus dem Schaubild ist zu ersehen, dass die Rampe am oberen und am unteren Rand ein stark nichtlineares Verhalten zeigt, während der Anstieg dazwischen linear ist. Die Rampe wird an einen schnellen Analog-Digital-Umsetzer 184 weitergeleitet. Als Abtastfrequenz des Analog-Digital-Umsetzers 184 kann der Referenztakt CLK oder ein schnellerer Takt verwendet werden. Wichtig ist, dass der Eingabebereich des Analog-Digital-Umsetzers 184 auf den linearen Bereich der vom Rampengenerator erzeugten Rampe gesetzt wird. Außerdem sollte die Rampe nicht schneller als mindestens zwei Abtastzyklen durchlaufen werden. Innerhalb des Abtastbereichs des Analog-Digital-Umsetzers 184 müssen mindestens zwei Abtastpunkte liegen. Der Ausgang des Umsetzers 184 ist mit der Berechnungseinheit 17 verbunden, die einen Versatz berechnet. Hierbei wird ein Schnittpunkt der abgetasteten geraden Linie mit einem vorgegebenen konstanten digitalen Wert berechnet. Wenn der digitale konstante Wert zum Beispiel gleich d₀ ist und die beiden Abtastwerte des Umsetzers 184 gleich x₁/y₁ und x₂/y₂ sind, kann der Versatz Φ₃ wie folgt berechnet werden: Φ3 = (x0·(y2 – d0) – x2·(y1 – d0))/(y2 – y1).
Der Versatz Φ₃ beträgt bei zwei Abtastpunkten x₁, x₂ _, die aufeinander folgen, –y₁/(y₂ – y₁). Der berechnete Versatz kann in der Periodenzähleinheit verwendet werden. Unter Verwendung des eingegebenen Auslösesignals kann sowohl der Flankengenerator als auch der Breitenzähler direkt gesteuert werden. Dies führt zu einer höheren Flexibilität, wenn das Impulsmuster durch einen extern ausgelösten Generator erzeugt wird. Aufgrund der bestens definierten Verzögerung zwischen der Eingabe des Auslösesignals und dem Referenztakt des Generators kann dieses Konzept nicht nur bei der Erzeugung von Impulsmustern, sondern auch bei der Erzeugung beliebiger Signale Anwendung finden.
Die Erzeugung von Impulsmustersignalen ist nicht auf Hardwarekomponenten die den in den 1 und 2 gezeigten Impulsmustergenerator beschränkt. Die Erzeugung von Impulssignalen, die eine Impulsperiode T_P und eine Impulsbreite T_W aufweisen, ist möglich, wenn alle erforderlichen Parameter bekannt sind und von einem hochstabilen Referenztakt abgeleitet werden können. 13 zeigt ein Schaubild eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zum Erzeugen von Impulssignalen.
Der erste Schritt S₁ beinhaltet das Bereitstellen eines stabilen Referenztakts. Als stabiler Referenztakt kann zum Beispiel ein Taktsignal, das von einem Oszillator eines DSP bereitgestellt wird, ein Prozessortaktsignal oder ein von einem Computer erzeugtes internes Signal dienen. Sogar ein durch interne Hardware für Datenverarbeitungssysteme abgeleiteter Softwaretakt kann verwendet werden. Die Impulsperiode T_P sowie die Impulsbreite T_W des gewünschten Signals müssen bekannt sein. Diese Parameter werden zum Beispiel durch das Empfangen eines Signals bereitgestellt, welches die Impulsperiode T_P darstellt.
Bei den Beispielen gemäß den 1 und 2 entsprechen diese Signale den Erhöhungswörtern INC₁ und INC₂. Aus diesen Wörtern und der Länge der Register des Periodenzählers 2 und der Breitenzähleinheit 5 können die Impulsperiode T_P und die Impulsbreite berechnet werden. Andererseits können aber auch die Erhöhungswörter INC₁ und INC₂ berechnet werden, wenn die Impulsperiode T_P oder die Impulsbreite T_W vorgegeben und entweder die Länge der Register oder die Maximalwerte der Zähler bekannt sind. Nach der Bereitstellung der Impulsperiode und der Impulsbreite werden in Schritt S₂ die Erhöhungswörter INC₁ und INC₂ berechnet. Unter Verwendung des Erhöhungswortes INC₁, das der Impulsperiode T_P entspricht, erhöht die Periodenzähleinheit in Schritt S₃ ihren Zähler und prüft, ob der Zähler einen Überlauf verursacht hat. Wenn kein Überlauf festgestellt wird, wird der Zähler noch einmal unter Verwendung des Erhöhungswortes INC₁ erhöht. Der Schritt S₃ wird so lange wiederholt, bis ein Überlauf festgestellt wird, dann wird in Schritt S₄ aus dem Überlaufwert das Versatzwort Φ₁ berechnet und ein Startsignal erzeugt.
Das Startsignal startet in Schritt S₅ einen Zähler für die ansteigende Flanke, der auf eine vom ersten Versatzwort Φ₁ abgeleitete Startposition gesetzt wurde. Bei jedem Referenztaktzyklus wird der Zählerstand für die ansteigende Flanke ausgegeben und der Zähler für die ansteigende Flanke durch das in Schritt S₂ bereitgestellte Erhöhungswort INC erhöht. Dies erfolgt in den Schritten S₅ und S₆. Hierzu ist natürlich anzumerken, dass der Zeitperiodenzähler während des Erzeugens der ansteigenden Flanke wiederum mit seinem Erhöhungswort INC₁ erhöht wird.
Das Startsignal wird auch zum Erzeugen der Impulsbreite T_W verwendet. Das in Schritt S₄ erzeugte Versatzwort wird in Schritt S₇ als Startwert für einen weiteren Zähler verwendet, der durch das zweite Erhöhungswort INC₂ erhöht wird. Sobald der zweite Zähler einen Überlauf erzeugt, wird dies festgestellt und in Schritt S₉ ein Stoppsignal erzeugt. Außerdem wird in Schritt S₇ ein zweites Versatzwort Φ₂ erzeugt, das vom Überlaufwert des zweiten Zählers abgeleitet wird. In Schritt S₁₀ wird unter Verwendung des Stoppsignals und des zweiten Versatzwortes eine abfallende Flanke erzeugt. In Schritt S₁₁ wird dann eine abfallende Flanke ausgegeben.
Die Schritte des Verfahrens zum Erhöhen der Zähler werden parallel ausgeführt. Deshalb werden die Zähler für die Impulsperiodenzeit und die Impulsbreite erhöht, während eine ansteigende Flanke erzeugt und ausgegeben wird. Es ist klar, dass das unter Verwendung dieses Verfahrens erzeugte digitale Impulsmuster in ein analoges Impulssignal umgewandelt wird. Alle Impulsparameter werden jedoch vollständig digital erzeugt.

Claims

Signalgenerator (3, 6) zum Erzeugen einer Signalflanke mit einer Folge digitaler Werte, die gemäß einem Referenztaktsignal (CLK) beabstandet sind, wobei der Signalgenerator Folgendes aufweist: • mindestens einen Eingangsanschluss (33, 63, 34, 64, 32, 62) zum Empfangen eines Schrittsignals (INC, DEC) und eines Versatzsignals (Φ₁, Φ₂), • eine Startwertschaltung (302) zum Ermitteln des Startwertes eines Zählers auf der Grundlage des Versatzsignals ((Φ₁, Φ₂) und des Schrittsignals (INC, DEC), • einen Zähler (37, 67), der auf den Zählerstartwert eingestellt und dessen Zählerstand während jedes Zyklus des Referenztaktsignals (CLK) so lange entsprechend dem Schrittsignal (INC, DEC) auf einen neuen Wert eingestellt werden kann, bis ein definierter Wert erreicht wird, und • einen Ausgangsanschluss zum Ausgeben der Zählerwerte.
Signalgenerator nach Anspruch 1, der ferner so eingerichtet ist, dass er ein Startsignal empfangen und nach dem Erkennen des Startsignals auf einen Zählerstartwert eingestellt werden kann.
Signalgenerator nach Anspruch 1 oder einem der obigen Ansprüche, der einen ersten Eingangsanschluss (33, 63) zum Empfangen eines Startsignals, einen zweiten Anschluss (34, 64) zum Empfangen des Schrittsignals (INC, DEC) und einen dritten Eingangsanschluss (32, 62) zum Empfangen des Versatzsignals (Φ₁, Φ₂) aufweist.
Signalgenerator nach Anspruch 1 oder einem der obigen Ansprüche, bei dem der Zähler (37, 67) ein Register (38, 68) und ein Summierelement (36, 66) aufweist, wobei das Summierelement (36, 66) mit dem ersten Eingangsanschluss (33, 63) und einem Ausgang des Registers (38, 68) verbunden ist.
Signalgenerator nach Anspruch 1 oder einem der obigen Ansprüche, bei dem der Zähler (37) einen Schalter (300) aufweist, dessen Ausgang mit dem Register (38), dessen erster Eingang mit dem Ausgang des Summierelements (36) und dessen zweiter Eingang mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist.
Signalgenerator nach Anspruch 5 oder einem der obigen Ansprüche, der ferner Folgendes aufweist: eine mit dem zweiten Eingangsanschluss (34, 64), dem dritten Eingangsanschluss (32, 62) und dem zweiten Eingang des Schalters (300) verbundene Einstelleinrichtung, wobei die Einstelleinrichtung zum Erzeugen der Startposition aus dem Versatzsignal (Φ₁) in Verbindung mit dem Schrittsignal (INC) eingerichtet ist.
Signalgenerator nach Anspruch 1 oder einem der obigen Ansprüche, bei dem der Ausgang des Zählers (37, 67) mit einer Speichersuchtabelle (11) verbunden ist, wobei die Speichersuchtabelle (11) zum Erzeugen digitaler Werte dient, die vom Ausgabewert des Zählers (37, 67) abgeleitet werden.
Signalgenerator nach Anspruch 1 oder einem der obigen Ansprüche, bei dem der Ausgabewert des Zählers (37, 67) mit einem ersten Eingang eines Schalters (301) verbunden ist, dessen zweiter Eingang zum Eingeben eines konstanten digitalen Wertes dient, wobei der Schalter (301) nach dem Erkennen des Startsignals und in Abhängigkeit vom Zählerstand umschaltet.
Signalgenerator nach Anspruch 1 oder einem der obigen Ansprüche, bei dem das Schrittsignal (INC, DEC) einen negativen Wert aufweist.
Digitaler Impulssignalgenerator (1) zum Erzeugen von Impulssignalen mit einem ersten und einem zweiten Signalgenerator nach Anspruch 1 oder einem der obigen Ansprüche, der ferner Folgendes aufweist: • einen Periodenzähler (2) zum Erzeugen des Startsignals (Start) und eines ersten Versatzsignals (Φ₁), wobei das Startsignal (Start) von einem Referenztakt (CLK) und einer bestimmten Impulsperiode (Tp) und das erste Versatzsignal (Φ₁) vom Referenztakt (CLK) und einer bestimmten Impulsbreite abgeleitet wird und die Ausgänge des Periodenzählers (2) mit den entsprechenden Eingängen des ersten digitalen Flankengenerators (3) verbunden sind, und • einen mit dem Periodenzähler (2) verbundenen Breitenzähler (5) zum Erzeugen eines Stoppsignals (Stopp) und eines zweiten Versatzsignals (Φ₂), das von einer bestimmten Impulsbreite (T_W), dem Referenztakt (CLK) und dem ersten Versatzsignal (Φ₁) in Verbindung mit dem Startsignal (Start) abgeleitet wird, wobei die Ausgänge des Breitenzählers mit den entsprechenden Eingängen eines zweiten digitalen Flankengenerators (6) verbunden sind.
Impulsgenerator nach Anspruch 10 oder einem der obigen Ansprüche, der ferner eine Schalteinheit (4) aufweist, deren Eingänge (41, 42) mit entsprechenden Ausgängen (31, 61) des ersten (3) bzw. zweiten Flankengenerators (6) verbunden sind, wobei die Schalteinheit (4) zum Durchschalten eines ihrer Eingänge (41, 42) zu ihrem Ausgang (43) als Reaktion auf das Startsignal (Start) bzw. das Stoppsignal (Stopp) eingerichtet ist.
Impulsgenerator nach Anspruch 10 oder einem der obigen Ansprüche, bei dem die Schalteinheit (4) zum Verbinden des Ausgangs (31) des ersten Flankengenerators (3) mit seinem Ausgang (43), wenn ein Startsignal (Start) anliegt, oder zum Verbinden des Ausgangs (61) des zweiten Flankengenerators (6) mit seinem Ausgang (43) eingerichtet ist, wenn ein Stoppsignal anliegt.
Impulsgenerator nach Anspruch 10 oder einem der obigen Ansprüche, bei dem der Periodenzähler (2) ein erstes Register (24) und eine mit dem ersten Register (24) verbundene Überlauferkennungseinheit (25) zum Erkennen eines Überlaufs des ersten Registers (24) aufweist, wobei der Periodenzähler (2) zum Erzeugen des Startsignals (Start) als Reaktion auf das Erkennen eines Überlaufs und zum Erzeugen des ersten Versatzsignals (Φ₁) eingerichtet ist, das von einem Überlaufwert des ersten Registers (24) abgeleitet wird.
Impulsgenerator nach Anspruch 13 oder einem der obigen Ansprüche, bei dem die Impulsperiode (Tp) von einer Länge des ersten Registers (24) und einem Schrittsignal (INC₁) abgeleitet wird.
Impulsgenerator nach Anspruch 10 oder einem der obigen Ansprüche, bei dem der Breitenzähler (5) ein zweites Register (500) und eine mit dem zweiten Register (500) verbundene Überlauferkennungseinheit (501) zum Erkennen eines Überlaufs des zweiten Registers (500) aufweist, wobei der Breitenzähler (5) zum Erzeugen eines Stoppsignals als Reaktion auf das Erkennen eines Überlaufs und zum Erzeugen des zweiten Versatzsignals (Φ₂) eingerichtet ist, das von einem Überlaufwert des zweiten Registers (500) abgeleitet wird.
Impulsgenerator nach Anspruch 10 oder einem der obigen Ansprüche, wobei der Impulsgenerator (1) eine mit den Ausgängen (31, 61) des ersten und des zweiten Flankengenerators (3, 6) verbundene Speichertabelle (11) aufweist, wobei die Speichertabelle (11) zum Erzeugen von digitalen Werten eingerichtet ist, die von den Ausgabewerten des ersten und des zweiten Flankengenerators (3, 6) abgeleitet werden.
Signalgenerator nach Anspruch 2 oder einem der obigen Ansprüche, der ferner eine Auslöseberechnungseinheit (17) zum Empfangen eines Auslösesignals eingerichtet ist, um das einer Verzögerung zwischen dem Auslösesignal und dem Referenztakt entsprechende Versatzsignal (Φ₃) zu ermitteln.
Signalgenerator nach Anspruch 17, bei dem ein Eingang der Auslöseberechnungseinheit mit einem Rampengenerator verbunden ist, der zum Umwandeln eines Auslösesignals in einen definierten Flankenanstieg mit einem linear ansteigenden Bereich dient.
Verfahren zum Erzeugen einer Folge digitaler Werte in einem durch ein Referenztaktsignal (CLK) festgelegten Abstand voneinander, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: • Empfangen eines Schrittsignals (INC, DEC) und eines Versatzsignals (Φ₁, Φ₂), • Ermitteln eines Zählerstartwertes auf der Grundlage des Versatzsignals (Φ₁, Φ₂) und des Schrittsignals (INC, DEC), • Einstellen eines Zählers auf den Startwert und Ändern des Zählerstandes während jedes Zyklus des Referenztaktsignals (CLK) auf einen neuen Wert in Abhängigkeit vom Schrittsignal (INC, DEC), bis ein definierter Wert erreicht ist, und • Ausgeben der Zählerwerte.
Softwareprogramm oder Softwareprodukt, das vorzugsweise auf einem Datenträger gespeichert ist, zum Steuern der Schritte von Anspruch 19, wenn es auf einem Datenverarbeitungssystem wie beispielsweise einem Computer läuft.