DE69209031T2

DE69209031T2 - Gerät mit Rückkopplungssignal zur Steuerung einer Speisespannung für in dem Gerät enthaltene asynchrone elektronische Schaltungen

Info

Publication number: DE69209031T2
Application number: DE69209031T
Authority: DE
Inventors: Cornelis Niessen; Berkel Cornelis Hermanus Van
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1991-12-23
Filing date: 1992-12-16
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: TW226057B; KR930013987A; EP0549052A3; EP0549052A2; DE69209031D1; KR100251434B1; EP0549052B1; JP3397819B2; JPH05265607A; US5367638A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät mit einem Datenquellenmittel, das Puffermittel zur Zwischenspeicherung von Daten und zur anschließenden Ausgabe der Daten speist, und mit Rückkopplungsmitteln, um unter der Steuerung eines Füllgradsignals der genannten Puffermittel die Datenerzeugungsrate des genannten Datenquellenmittels dynamisch zu steuern, wobei das genannte Rückkopplungsmittel die tatsächliche Speisespannung des genannten Datenquellenmittels steuert und die Speisespannung direkt die Gesamtdatenerzeugungsrate des genannten Datenquellenmittels steuert.
Ein solches Gerät wurde von Skov und Newman in Buffer System, IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 2, Nr. 5, Februar 1960, auf den Seiten 86 - 89 beschrieben. Die Datenquelle ist ein Sieben-Kanal-Magnetband, der Puffer ein Sechs- Wort-Magnetkernspeicher mit sieben Bits pro Wort, und der Datenbestimmungsort eine synchrone Einheit. Das Rückkopplungssignal ermöglicht die Steuerung der Beschleunigung bzw. der Verzögerung des Magnetbandes. Auf diese Weise werden Probleme bezüglich der Schwankung der Bandgeschwindigkeit verringert.
Bei der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, daß moderne Entwurfsverfahren für elektronische Schaltungen ein Stadium erreicht haben, in dem die Miniaturisierung von vielen Funktionen innerhalb einer einzigen, eigenständigen und batteriebetriebenen Einheit möglich geworden ist. Außerdem wurden selbst-zeitgesteuerte digitale Elektronikelemente entwickelt, die keine Taktsynchronisierung benötigen. Das bedeutet, daß innerhalb einer Kette von Schaltungselementen die Reihenfolge der Aktivierungen bei jeder Zeitskala stimmt.
Dementsprechend hat die Erfindung unter anderem zur Aufgabe, ein Gerät der beschriebenen Art zu schaffen, in dem die dynamische Leistungseinsparung mit einer inhärent korrekten Funktion kombiniert wird. Die Leistungseinsparung bedeutet für nicht-aufladbare Batterien eine längere Lebensdauer. Alternativ könnte eine kleine Batterie benutzt werden, ohne die ununterbrochene Einsatzbereitschaft zu stark zu gefährden. Wenn ein geringerer Strom gezogen wird, weist die gleiche Batterie außerdem oft einen höheren Nennwert, in Ampère-Stunden gemessen, auf. Bei aufladbaren Batterien bedeutet eine Verringerung des Stroms weniger Aufladen, oder wiederum kleinere Batterien und geringeres Gewicht. Bei technologisch fortschrittlichen Realisierungen bedeutet der niedrigere Strom weniger Verlustleistung und damit weniger hohe Anforderungen an die Wärmetransport-Fähigkeit. Und dies könnte zu preisgünstigeren Gehäusen führen, zum Beispiel zu Kunststoff-DIL-Modulen anstelle von Keramik-DIL-Modulen. In anderen Fällen könnten die aufwendigen Vorkehrungen für die Kühlung weggelassen werden. Selbst wenn das Gerät netzbetrieben wird, könnte die Leistungseinsparung eine vorteilhafte Eigenschaft sein.
Gemäß einem ihrer Aspekte wird die Aufgabe dadurch erfüllt, daß das Gerät dadurch gekennzeichnet ist, daß das genannte Datenquellenmittel integrierte digitale elektronische Datenverarbeitungs-Schaltungen enthält, die auf selbst-zeitgesteuerten Elementen beruhen.
Durch Variieren der Speisespannung wird auch die Leistungsaufnahme beeinflußt, so daß Leistung eingespart wird, wenn die Spannung auf einem niedrigeren Pegel gehalten wird. Die aufgenommene Leistung läßt sich in zwei Kategorien unterteilen. Die statische Leistungsaufnahme, zum Beispiel durch einen Widerstand, ist proportional zur Spannung. Dieser Typ tritt typischerweise in der Bipolar-Technologie auf. Die dynamische Leistungsaufnahme erfolgt durch Laden einer Kapazität: Die Energie ist ½ CV² und daher proportional zum Quadrat der Spannung. Dieser Typ ist typischerweise in Technologien anzutreffen, bei denen das Schalten von Gattern die Leistung bestimmt, zum Beispiel in CMOS- und GAAS-Technologien. Selbst wenn die Gesamtzahl der Schaltvorgänge konstant ist, verhält sich die Leistung immer noch proportional zum Quadrat der Spannung. Jetzt nimmt die Betriebsgeschwindigkeit monoton mit der Speisespannung zu, wenn letztere zwischen vorgegebenen Grenzen liegt und komplexen physikalischen Gesetzen folgt, die hier nicht betrachtet zu werden brauchen. In nicht- selbst-zeitgesteuerten Schaltungen kann dies bedeuten, daß auch die Anzahl der Schaltvorgänge unter der Speisespannung variabel wäre, wie im Falle eines Taktes. Bei selbst-zeitgesteuerten Schaltungen gibt es jedoch einen weiteren Vorteil, der darin besteht, daß alle Vorgänge an einer Schnittstelle zwischen zwei Schaltungselementen inhärent korrekt sind, unabhängig von der tatsächlichen Schaltgeschwindigkeit von einem dieser Elemente.
Bis jetzt wurde das Variieren der Datenverarbeitungsrate in elektronischen synchronen Schaltungen im allgemeinen auf einer Ein/Aus-Basis realisiert. Die Prinzipien der Selbst-Zeitsteuerung an sich werden in Mead & Conway, Introduction to VLSI Systems, Addison-Wesley 1980, Seite 242 - 262, beschrieben. Als besonderes Beispiel wird ein Volladdierer des PLA-Typs auf den Seiten 250 - 252 behandelt. Darüber hinaus kann eine spezielle Realisierung durch verzögerungs-unempfindliche Elemente erfolgen, siehe die US-Patentschrift 5.005.136 des derzeitigen Patentinhabers, siehe insbesondere die Figuren 14 und 15 hiervon. Die Entwurfsmethode wurde in Kees van Berkel et al., The VLSI Programming Language Tangram and its Translation into Handshake Circuits, vorgelegt auf der European Design and Automation Conference, EDAC, Amsterdam, Niederlande, im Februar 1991, noch weiter ausgearbeitet. Der Einfluß des Speisespannungspegels an sich auf die Funktion oder anderes der synchronen Schaltung wurde von P. Macken et al. in "A voltage reduction technique for digital Systems", ISSCC '90 / Freitag, den 16. Februar 1990, Proceedings Seite 238/239, beschrieben. Hier wurde nur die Realisierbarkeit einer minimalen Speisespannung bei immer noch korrektem Betrieb betrachtet. Dem Einfluß der momentanen Situation auf die Wirksamkeit der Vorgänge in bezug auf die Datenverarbeitung selbst wurde keine Aufmerksamkeit geschenkt. In keiner dieser Referenzen werden die Realisierbarkeit des Betriebs bei verschiedenen Spannungspegeln in selbst-zeitgesteuerten elektrischen Schaltungselementen und die Nutzung der dadurch gewonnenen Vorteile auf einer höheren organisatorischen Ebene behandelt. Erfindungsgemäß kann die Verarbeitung aufgrund der verschiedenen Betriebsbedingungen, die den Datendurchsatz beeinflussen können, schneller oder langsamer erfolgen:
- obwohl die Verarbeitungsgeschwindigkeit die gleiche ist, kann der Datenbestimmungsort dynamisch einen größeren oder kleineren Durchsatz verlangen als wie als Anzahl der benötigten Datenelemente definiert ist;
- aufgrund von besonderen Umständen erfordert die Verarbeitung mehr Vorgänge, zum Beispiel zusätzliche Iterationen, um die gleiche Anzahl von Datenelementen zu erzeugen. Ein besonderes Beispiel liegt vor, wenn die Datenverarbeitung mit der Fehlerkorrektur-Decodierung in Zusammenhang steht. Hierfür können verschiedene Verarbeitungsebenen erforderlich sein: Die Decodierung eines fehlerfreien Wortes erfordert weniger Vorgänge als die eines fehlerhaften Wortes;
- neben denjenigen Betriebsbedingungen, die durch das Verhalten der Datenverarbeitungsvorrichtungen bestimmt werden, können verschiedene andere Betriebsbedingungen die effektive Gesamt-Verarbeitungsgeschwindigkeit beeinflussen. Zunächst könnte die Umgebungstemperatur die Betriebsgeschwindigkeit beeinflussen. Bei gleichem Speisespannungspegel wird der Betrieb bei höheren Temperaturen langsamer. Aus diesem Grunde kann bei niedrigeren Temperaturen der Arbeitsspannungspegel herabgesetzt werden. Insbesondere wird erfindungsgemäß der Spannungspegel nicht durch die Umgebungstemperatur selbst gesteuert, sondern durch die Auswirkungen der Umgebungstemperatur auf die Verarbeitung. Oft würde dies zu in etwa der niedrigsten Speisespannung führen, die gerade noch die Verarbeitungsanforderungen erfüllt;
- eine weitere Variable ist auf die Schwankungen im Fertigungsverfahren zurückzuführen: Eine Streubreite der Betriebsgeschwindigkeit von 20% ist nicht unüblich. Das bedeutet, daß "schnellere" Exemplare einer bestimmten Schaltung ohne Vorprüfung in dieser Hinsicht bei einem niedrigeren Speisespannungspegel angesteuert werden können. Selbstverständlich darf eine solche Prüfung nichtsdestoweniger durchgeführt werden, um die Vorrichtungen mit besonders niedriger Leistungsaufnahme von den Vorrichtungen mit Standardwerten zu trennen.
Alle diese Effekte könnten den Füllzustand des genannten Puffers beeinflussen. Außerdem addieren sich die Effekte dieser Bedingungen, was bedeutet, daß in der Praxis zwischen dem günstigsten und dem ungünstigsten Fall große Streubreiten auftreten könnten. Aus diesem Grunde kann auch die Leistungseinsparung entsprechend der obigen Beschreibung von recht großer Bedeutung sein. Ein zusätzlicher Vorteil bei der Anwendung der Erfindung wäre folgendes. Die Spitzen-Verarbeitungsleistung wird relativ selten benötigt. Daher kann die Schaltung für eine mittlere Leistung entworfen werden, die viel geringer ist, was sich auf die Wärmeleitung eines Schaltungsgehäuses, die Wärmekapazität innerhalb eines Chips, usw. auswirkt.
Alternativ zu der Datenverarbeitung am Eingang des Puffers kann diese auch am Ausgang des Puffers angeordnet werden. Dementsprechend bezieht sich ein weiterer Aspekt der Erfindung auf ein Gerät mit Puffermitteln zum Empfangen und Zwischenspeichern von Daten und zum anschließenden Ausgeben der Daten an Datenverarbeitungsmittel, und mit Vorwärtskopplungsmitteln, um unter der Steuerung eines Füllgradsignals der genannten Puffermittel eine Datenübertragungsrate der genannten Datenverarbeitungsmittel dynamisch zu steuern, wobei die genannten Datenverarbeitungsmittel eine elektronische integrierte Schaltung enthalten, die auf selbst-zeitgesteuerten Elementen beruht, und wobei die genannten Vorwärtskopplungsmittel eine tatsächliche Speisespannung der genannten Schaltung steuern und diese Speisespannung direkt eine Betriebsgeschwindigkeit der genannten elektronischen Schaltung bestimmt. Im allgemeinen gelten hier ähnliche Argumente wie zuvor, obwohl jetzt der Datentransfers zwischen dem Puffer und der Datenverarbeitung in umgekehrter Richtung erfolgt. Es sollte klar sein, daß die Kombination Puffer/Datenverarbeitungs einen Teil einer umfassenderen Einheit bilden kann, die der obengenannten Speisespannungsregelung folgen kann, aber dies nicht unbedingt muß. Weitere Teile einer solchen Einheit können durch einen festen Takt synchronisiert werden, in einer anderen Technologie ausgeführt sein oder in einer anderen integrierten Schaltung untergebracht sein. Selbst wenn die Schaaltung eines anderen Elementes identisch wäre, könnte es aufgrund der Streubreite im Fertigungsverfahren eine andere Verarbeitungsgeschwindigkeit haben.
Ein weiteres Beispiel für die Schwankungen in der augenscheinlich benötigten Verarbeitungsleistung wäre ein Aufnahmegerät, mit dem mit hoher Geschwindigkeit überspielt werden kann (high speed dubbing): Die Informationen werden dann mit dem doppelten der normalen Auslesegeschwindigkeit (oder einem anderen Faktor) kopiert, wodurch die Verarbeitungselemente etwas mehr belastet werden als bei normalem Betrieb. Nur in diesem Fall würden die höheren Leistungspegel benutzt.
Ein weiteres vorteilhaftes Beispiel ist die Mustererkennung (visuelle, audio-bezogene oder andere Muster). Oft wird das Eingangssignal zuerst nach der Position der in Frage kommenden Stellen abgetastet, und anschließend wird eine gefundene in Frage kommende Stelle vollständig und genau untersucht. Solange keine in Frage kommende Stelle gefunden wird, ist die Verarbeitungsmenge gering, und ein Eingangspuffer mit Eingangssignal-Abtastwerten würde dazu neigen, leer zu werden. In diesem Fall kann der Spannungspegel der nachfolgenden Verarbeitungsschaltung herabgesetzt werden.
Verschiedene weitere Aspekte der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben, obwohl nicht alle Aspekte vorhanden sein müssen, um dennoch die Vorteile der Erfindung nutzen zu können. Die Erfindung kann zum Beispiel vorteilhaft in entfernt angeordneten solarzellen-betriebenen Vorrichtungen eingesetzt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Diese und andere Aspekte und Vorteile der Erfindung sind in der Zeichnung in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine Ausführungsform mit Rückkopplungssteuerung;
Figur 2 eine zweite Ausführungsform mit Rückkopplungssteuerung;
Figur 3 eine Ausführungsform des Steuermechanismus;
Figur 4 ein Blockschaltbild einer Fehlerkorrekturvorrichtung für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen Gerät;
Figur 5 ein Energieverbrauchsdiagramm hierfür.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Erfindung zielt unter anderem auf die Verlängerung der Lebensdauer der Batterien in tragbaren Geräten wie Laptop-Computern, CD-, DCC-Spielern und mobilen Kommunikationsgeräten mit asynchronen elektronischen Schaltungen. Diese Verlängerung wird realisiert, indem die Leistungsaufnahme der asynchronen Schaltungen reduziert wird. Die Erfindung schlägt zu diesem Zweck Steuermechanismen vor. Zahlreiche Produkte der Elektronikindustrie, in denen früher analoge Signalverarbeitung zum Einsatz kam, werden heute mit digitaler Signalverarbeitung angeboten. Dem Grammophon-Plattenspieler folgte zum Beispiel die Compact Disc, und der Cassettenrecorder wird durch das Digitale Compactcassetten-System (DCC) abgelöst. Einige Anwendungen in der digitalen Tonübertragung und der digitalen Kommunikation werden bald folgen. Alle diese Produkte, einschließlich Computern, können solche Abmessungen haben, daß sie als tragbare Geräte benutzt werden können. Der Umfang der in diesen Produkten erfolgenden Datenverarbeitung ist derart beschaffen, daß die Verlustleistung eigentlich für den Batteriebetrieb zu groß ist, wenn man die kommerziell akzeptable Lebensdauer der Batterie in bezug auf das Gesamtgewicht des betreffenden Gerätes berücksichtigt.
ICs werden so entworfen, daß sie unter bestimmten ungünstigsten Bedingungen einwandfrei funktionieren. Solche Bedingungen können die Betriebstemperatur, die IC-Verarbeitungsschwankungen usw. betreffen. Sie werden auch so entworfen, daß sie eine bestimmte Arbeitsleistung bei einer bestimmten maximalen Belastung erbringen. Diese Bedingungen haben einen erheblichen Einfluß auf die Verlustleistung. Bei typischen Betriebsbedingungen und typischer Arbeitsbelastung sind die Schaltungen wesentlich schneller als erforderlich und verbrauchen daher mehr Leistung als nötig.
In synchronen Systemen läßt sich eine solche reduzierte Leistungsaufnahme schwer erzielen, siehe die oben als Referenz genannte Abhandlung von Macken. Obwohl es möglich ist, die Speisespannung zu reduzieren, wird eine übermäßige Absenkung der Spannung zu einer Fehlfunktion der Schaltung führen. Eine Reduzierung der Taktfrequenz ist noch schwieriger - wenn überhaupt - zu erreichen. In asynchronen Schaltungen führt die Lieferung von zu viel Leistung dazu, daß die Schaltung die spezifizierten Leistungswerte übertrifft. Normalerweise werden die benötigten Leistungswerte durch Synchronisierung mit externen Schaltungen erreicht. Der Umfang der Erfindung bezieht sich auf das Einfügen einer Pufferschaltung zwischen die asynchrone Schaltung und die externen Schaltungen entweder am Ausgang oder am Eingang. Normalerweise wird sich ein solcher Puffer - im Falle eines Ausgangspuffers - füllen, wenn übermäßige Verarbeitungsleistung vorliegt. In der vorgeschlagenen Konfiguration wird eine Steuerung eingeführt, die die Speisespannung regelt. Bei einem Ausgangspuffer erfolgt dies so, da0 der Puffer nicht leer wird und auch nicht dazu neigt, sich ganz zu füllen. An sich ist ein voller Puffer nicht schädlich, weil die Synchronisierung mit externen Schaltungen dann einfach so erfolgen würde, als ob kein Puffer vorhanden wäre; Überlauf und Unterlauf sind jedoch niemals hinnehmbar. Das bedeutet, daß in einigen Fällen die Spannungsregelung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Stop-Go-Steuerungssignalisierung kombiniert wird, entweder in der gleichen Richtung wie die Richtung des Datentransfers, oder in der umgekehrten Richtung, und auf der Basis eines zweiten, unterschiedlichen Füllgradsignals des genannten Puffers. Die Stop-Go-Steuerung ist an sich gut bekannt und wird der Kürze halber hier nicht weiter erörtert. In den Figuren wurde deshalb eine weitere Leitung weggelassen. Die Kombination der Spannungsregelung und der Stop-Go-Quasi-Not-Funktion würde einen Datenverlust verhindern und auch eine niedrige Leistungsaufnahme ermöglichen.
Ähnlich wie oben geschildert dient der Mechanismus beim Eingangspuffer dazu, den Puffer nicht voll werden zu lassen und außerdem dafür zu sorgen, daß er nicht leer wird. Auf diese Weise erhält man eine Speisespannung, die gerade ausreicht, damit die asynchrone Schaltung mit den erforderlichen Werten für den aktuellen Betriebsparameter arbeitet.
In Figur 1 ist eine Konfiguration mit Rückkopplung dargestellt. Der Puffer 20 befindet sich an der Ausgangsseite der Verarbeitungsfunktion 22. Der Dateneingang I und der Datenausgang O sind abgebildet. Der Füllgrad des Puffers 20 liefert ein Rückkopplungs-Steuersignal auf der (den) Leitung(en) 24 an den Spannungsregler 26. Auf diese Weise wird die Speisespannung Vi durch den Spannungsregler 26 angemessen auf die tatsächliche Speisespannung Vo geregelt. An sich ist die Regelung eines Spannungspegels ausgehend von einer Konstantspannungsquelle - in Hinblick auf die Regelung des Ausgangs von einer variierenden Spannungsquelle auf eine Standard-Ausgangsspannung - dem Fachkundigen bekannt. An sich braucht außerdem die Speisespannung nicht größer zu sein als die Spannung, die der elektronischen Schaltung zugeführt wird. Es ist üblich, eine Batterie- oder andere Speisespannung entweder in eine höhere oder in eine niedrigere Spannnung für die Anwendung in elektronischen Schaltungselementen umzuwandeln. Der Kürze halber wurde eine solche Umwandlung nicht auf elektronischer Schaltungsebene erläutert. Eine Standardspannung von 5 Volt könnte zum Beispiel zwischen 4 Volt und 5 Volt oder selbst etwas höher als 5 Volt geregelt werden.
Auf ähnliche Weise zeigt Figur 2 eine Ausführungsform mit Vorwärtskopplungs-Steuersignal in der gleichen Richtung wie der Datenfluß; die Figuren 1 und 2 verfügen bis auf die ausgetauschten Blöcke 20 und 22 über die gleiche Anordnung von Blöcken und Signalleitungen. Es ist zu beachten, daß die Steuersignale auf den Leitungen 24, 28 insoweit voneinander abweichen, als in Figur 1 ein starker gefüllter Puffer die Verarbeitungsgeschwindigkeit herabsetzen würde, während in Figur 2 ein stärker gefüllter Puffer die Verarbeitungsgeschwindigkeit steigern würde. Wie bei Skov und Newman, siehe oben, bevorzugt das Steuersystem den Fall, in dem der Puffer in etwa halb gefüllt ist. Ein anderer bevorzugter Füllgrad ist allerdings ebenfalls möglich. Einige Beispiele für Situationen, in denen die Erfindung erhebliche Vorteile bieten kann:
Fehlerkorrektur: Der größte Teil des Eingangssignals für eine Fehlerkorrektur kann fehlerfrei sein. In diesem Fall wird nur eine Fehlererkennung und keine Fehlerkorrektur benötigt. Die resultierende reduzierte Datenverarbeitung kann mit geringer Geschwindigkeit und reduzierter Speisespannung erfolgen. Je nach tatsächlichen Erfordernissen kann der Puffer entweder an der Eingangsseite oder an der Ausgangsseite der Verarbeitungsschaltung angeordnet werden. Ein weiterer spezifischer Aspekt des Fehlerschutzes durch Fehlerkorrekturcodes ist der Trend zur Verwendung der gleichen Schaltung für die Codierung und für die Decodierung, insofern dies bei dem Transfermedium (Magnetspeicher, Zweiwege-IR oder digitales Funktelefon, beschreibbare CD und dergleichen) möglich ist. Es ist klar, daß die Verarbeitungsanforderungen in beiden Richtungen unterschiedlich sein können.
Überspielen mit hoher Geschwindigkeit. Nur wenn mit hoher Geschwindigkeit überspielt wird, muß die Speisespannung für die erforderliche zusätzliche Arbeitsleistung angehoben werden. Bei normalen Wiedergabebedingungen wird die Spannung reduziert.
Figur 3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Steuermechanismus. Die Verarbeitungsfunktion 30 erhält Daten Di und erzeugt Daten Do. Diese werden zeitweilig im Puffer 32 gespeichert, bevor sie auf Leitung 36 ausgegeben werden. Der Puffer kann synchron arbeiten, zum Beispiel für die Ausgabe von Audio- oder Videosignalen. Alternativ kann die Leitung 36 ein Handshake-Protokoll führen, wobei der Daten-Bestimmungsort nicht gezeigt wird. Hier kann die Initiative beim Puffer selbst oder bei der Vorrichtung des Daten-Bestimmungsortes liegen. Der Puffer 32 gibt wie abgebildet vier Füllgradsignale aus, die bei einem Füllgrad von 1/4, 1/2, 3/4 bzw. 1/1 logisch 1 werden. Die UND-Gatter 40 .. 46 kombinieren diese Signale mit periodischen Signalen mit unterschiedlichem Tastverhältnis, wie abgebildet. Die UND-Funktion wird durch das ODER-Gatter 48 zum Steuerelement 34 übertragen. Dieses gibt eine kontinuierlich hohe Spannung bei vollständig gefülltem Puffer 32 aus, das sich bei einem Füllgrad von 1/4 oder weniger in ein Signal mit einem Tastverhältnis von 50% ändert. Das Steuerelement 34 erhält die Batteriespannung Vi und gibt die tatsächliche Speisespannung Vo aus, die nach Bedarf geregelt wird. Die Steuerung erfolgt daher eigentlich zweistufig: Erstens steuert der Füllgrad des Puffers das Tastverhältnis, zweitens steuert das Tastverhältnis die effektive Speisespannung.
In Figur 4 ist ein Blockdiagramm einer Fehlerkorrekturvorrichtung dargestellt, wie sie zum Beispiel für digitale Audiosignale von Compact Disc benutzt wird. Block 50 ist die Compact-Disc-Schnittstelle, die einen Datenfluß von 8-bit-Symbolen ausgibt, welche sich aus Datensymbolen und Paritätssymbolen eines Cross-interleaved Reed-Solomon-Codes zusammensetzen. Sie kann auch Zuverlässigkeits-Indikatoren auf Symbolbasis und weitere Angaben ausgeben, die für die Decodierung benutzt werden können, aber hier nicht weiter erörtert werden. Block 52 stellt einen Puffer auf erster Ebene dar, der zwischen den Block 50 und den zentralen Decodierer/Router 54 geschaltet ist. Die vom Puffer 52 erhaltenen Informationen werden durch das zentrale Element 54 an den RAM-Speicher 60 weitergeleitet, der Zwischeninformationen verschiedener Kategorien enthält:
Symbole vor der Decodierung
Symbole von Worten, die noch decodiert werden
Symbole von vollständig decodierten Worten, die noch nicht für die Ausgabe aufgerufen wurden.
Zu diesem Zweck erhält Block 60 Adressen von Block 54 und kommuniziert bidirektional mit Block 54. Zwischen den Blöcken 50, 52 gibt es einen konsistenten Datenfluß- Ausgleich, was bedeutet, daß der Gesamtfüllgrad von Block 52 in etwa konstant ist. Jede Abweichung wird der Compact-Disc-Schnittstelle über Leitung 66 mitgeteilt und steuert die Geschwindigkeit des Plattentellers. Solche Schwankungen sind jedoch wegen der Rotationsträgheit des Plattentellers relativ langfristig.
Block 58 stellt den Benutzer-Ausgangspuffer dar, der nach dem FIFO- Prinzip arbeitet. Im Gegensatz hierzu arbeitet Block 60 wegen der komplexen Verschachtelungs- und Verwürfelungs-Verfahren der CD nach dem Prinzip des zufälligen Zugriffs. Block 68 ist die synchrone benutzer-orientierte Schnittstelle einschließlich solcher Elemente wie Digital-Analog-Umsetzung.
Block 54 enthält den eigentlichen Decoder, der Kanalsymbole mit zugehörigen Zuverlässigkeitsmarken weiterleitet und verarbeitet. An sich kann die Verarbeitung auf herkömmlichem Wege erfolgen. Als Verarbeitungsergebnis erhält man entweder korrekte Symbole oder unzuverlässige Symbole mit zugehörigen Marken. Im Falle von unzuverlässigen Symbolen können weitere Maßnahmen das Interpolieren oder Stummschalten sein. Dies kann entweder innerhalb des Decoders 54 oder innerhalb der Benutzer-Schnittstelle 68 erfolgen.
Sobald ein Multisymbol-Wort vollständig decodiert ist, können seine Symbole vom RAM 60 an den Ausgangspuffer 58 ausgegeben werden, und zwar synchronisiert durch den internen Takt des Systems 54. Aufgrund der unterschiedlichen Komplexität der wortweisen Decodierung wird hierdurch die Datenausgaberate vom RAM 60 unregelmäßig. Diese Unregelmäßigkeit wird dann durch den Ausgangspuffer des Block 58 ausgeglichen.
Block 58 wird durch einen synchronen Takt ausgelesen, um die Wiedergabe-Zeichendichte konstant zu halten. Dieser Takt wurde der Übersichtlichkeit halber nicht abgebildet. Auf Leitung 62 wird ein Füllgradsignal ausgegeben, das wie oben beschrieben die Speisespannung der Blöcke 54 steuern kann, um die Betriebsgeschwindigkeit zu beeinflussen. In dem Beispiel wird davon ausgegangen, daß die Betriebsfrequenz des RAM 60 immer ausreicht, um die Zugriffsanforderungen von Block 54 zu erfüllen. Wenn dies nicht der Fall ist, muß die Speisespannung des RAM 60 ebenfalls gesteuert werden. Es ist zu beachten, daß die Steuerung durch das Füllgradsignal vom Ausgangspuffer in Block 58 relativ kurzfristig arbeitet. Die Steuerung des Plattentellers über Leitung 66 erfolgt wesentlich langfristiger. Das Verhältnis kann ein Faktor von 10 oder mehr sein. Einer der relevanten Parameter ist die Größe der verschiedenen Puffer: je größer der Speicher in Block 58, desto langsamer und kleiner die Schwankungen der Speisespannung. Es hat sich herausgestellt, daß die Leistungsaufnahme bei CMOS- Schaltungen mit dem Quadrat der Speisespannung schwankt. Das bedeutet, daß größere Schwankungen des Speisespannungspegels zu einer größeren Leistungsaufnahme führen. Bis zu einem gewissen Grad würde daher die Leistungsaufnahme in einem erfindungsgemäßen Gerät bei einer größeren Puffergröße abnehmen. Bei dieser Anordnung können bestimmte Ausführungen zwei oder alle Speicher 52, 58, 60 als Teil eines einzigen Speicher-Subsystems umfassen, während die Steuerungen und Datenpfade wie abgebildet beibehalten werden. Aus dem Gesagten wäre es auch offensichtlich, daß die Steuerung des Speisespannungspegels nach einem Ein/Aus-Schema sehr unattraktiv ist. Erstens würde dies zu einer höheren Gesamtleistungsaufnahme führen, wie oben erläutert. Zweitens könnten hierdurch dynamische Probleme in bezug auf den Beginn bzw. das Ende der Verarbeitung entstehen. Drittes könnte das Eingangssystem 50 nicht sofort gesteuert werden, so daß seine kontinuierliche Dateneingabe auf jeden Fall bedient werden müßte. Alle diese Argumente sprechen für eine schrittweise Steuerung. Die tatsächliche Feinheit des Steuermechanismus stellt einen Kompromiß zwischen optimalem Betrieb und erforderlichem Aufwand dar.
In Figur 5 ist ein Energieverbrauchsdiagramm für die Anordnung aus Figur 4 dargestellt. Die vertikalen Linien beziehen sich auf den Energieverbrauch für jeden von einer Reihe aufeinanderfolgender Vorgänge. Figur 5A bezieht sich auf ein Wort (28 Symbole mit je 8 Bit); die Speisespannung für die Figuren 5A und 5B ist identisch. Bei 70 erfolgt die Initialisierung und Rückstellung. Jede der Linien 72 bezieht sich auf das Multiplizieren eines Symbols mit der Paritätsprüfungsmatrix. Bei 74 werden Syndrome geprüft und -Null- Fehler erkannt. Bei 76 ist die Decodierung beendet und die Verlustleistung im wesentlichen Null, bis die Decodierung des nächsten Codewortes beginnt. In der Praxis sind die Vorgänge während der Intervalle 70, 72, 74 und ihre Zusammenhänge mit der aufgenommenen Leistung etwas komplizierter, aber der allgemeine Trend der Leistungsaufnahme entspricht der Abbildung und wird nur dargestellt, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung deutlich zu machen, da die eigentliche Decodierung an zahlreichen anderen Stellen beschrieben worden ist.
Das Muster in Abbildung 5B entspricht diesem in den Teilen 70, 72. Bei 78 wird eine Unkorrektheit festgestellt und die Entscheidung getroffen, eine Chien- Suche durchzuführen. Bei 80 wird der Chien-Such-Lokalisierer für jede Symbol-Position ausgewertet. Bei 82 werden die lokalisierten Fehler korrigiert und das Wort wird ausgegeben. Bei 84 ist die Leistungsaufnahme praktisch Null. Wieder würde ein anderer Fehlerkorrekturalgorithmus ein ähnliches Muster erzeugen, wobei aufgrund einer viel größeren Anzahl von Verarbeitungszyklen jeder solche Verarbeitungszyklus eine im allgemeinen gleichmäßige Energiemenge verbrauchen würde. Wie abgebildet, erfordert die Verarbeitung in Figur 5B doppelt so viel Zeit. Aus diesem Grunde kann die Speisespannung in Figur 5A reduziert werden, so daß beide Vorgänge die gleiche Zeit benötigen. Natürlich kann dies nicht auf der Basis eines einzigen Wortes oder Blocks erfolgen, sondern nur ausgehend von dem Füllgrad des Puffers. Im allgemeinen verhält sich die Leistung bei CMOS-Technologie proportional zum Quadrat der Spannung.
Verschiedene andere Faktoren können die Anzahl der Verarbeitungsschritte bei der Decodierung eines Compact-Disc-Wortes ebenfalls beeinflussen.
- Die zu befolgende Strategie; bestimmte Worte werden vorab als leicht, schwierig bzw. als hoffnungslos bezeichnet;
- Bestimmte Worte enthalten Hinweise darauf, wo sich wahrscheinliche Fehler befinden.
All dies wurde die Strategie beeinflussen. Außerdem wurde erwogen, die Decodierer- Hardware zum Codieren zu benutzen. Dies ist möglich, wenn man die Positionen der Paritätssymbole als Fehlerpositionen betrachtet, die vorher bekannt sind. Nun hat ein CD-Codewort vier Paritätssymbole zum Korrigieren von zwei Fehlern an unbekannten Positionen und vier Löschungen, deren Positionen bekannt sind. Das bedeutet, daß während einer solchen Codierung die Anzahl der Pseudo-Löschungen zweimal so groß ist wie während der normalen Fehler-Decodierung. Dies würde allerdings die Codierung eher komplizierter und damit auch zweitaufwendiger machen als die normale Decodierung.
Zusammenfassend kann die Erfindung in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt werden, auch in portablen Geräten, in batteriegespeisten Geräten, in Geräten der Unterhaltungselektronik, in Telefonapparaten, die auf einem Umwandlungsschlüssel, einer Tabelle von Ausdrucksgruppen (Demodulation anhand einer Tabelle, oder Decodierung anhand eines öffentlichen Schlüssels oder einer Paritätsprüfungsmatrix) beruhen, in Überspielgeräten, Rundfunkempfängern, Infrarot-Empfängern und Audio/Video-Geräten. Die Schaltung kann in unterschiedlichen Technologien ausgeführt sein, zum Beispiel in ECL-, CMOS- oder Bipolar-Technologie oder in verschiedenen anderen Technologien.

Claims

1. Gerät mit einem Datenquellenmittel (22, Figur 1), das Puffermittel (20) zur Zwischenspeicherung von Daten und zur anschließenden Ausgabe der Daten speist, und mit Rückkopplungsmitteln (24, 26), um unter der Steuerung eines Fullgradsignals der genannten Puffermittel (20) die Datenerzeugungsrate des genannten Datenquellenmittels (22) dynamisch zu steuern, wobei das genannte Rückkopplungsmittel (24, 26) die tatsächliche Speisespannung (Vo) des genannten Datenquellenmittels (22) steuert und die Speisespannung (Vo) direkt die Gesamtdatenerzeugungsrate des genannten Datenquellenmittels (22) steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Datenquellenmittel (22) integrierte digitale elektronische Datenverarbeitungs-Schaltungen mit selbst- zeitgesteuerten Schaltungselementen enthält.

2. Gerät mit Puffermitteln (20, Figur 2) zum Empfangen und Zwischenspeichern von Daten und zum anschließenden Ausgeben der Daten an Datenverarbeitungsmittel (22), und mit Vorwärtskopplungsmitteln (28, 26), um unter der Steuerung eines Füllgradsignals der genannten Puffermittel (20) eine Datenübertragungsrate der genannten Datenverarbeitungsmittel (22) dynamisch zu steuern, wobei die genannten Vorwärtskopplungsmittel (28, 26) die tatsächliche Speisespannung (Vo) des genannten Datenverarbeitungsmittels (22) steuern und diese Speisespannung (vo) direkt die Gesamtdatenübertragungsrate der genannten Datenverarbeitungsmittel (22) steuert, wobei das genannte Datenverarbeitungsmittel (22) integrierte digitale elektronische Datenverarbeitungs-Schaltungen mit selbst-zeitgesteuerten Schaltungselementen enthält.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die selbst-zeitgesteuerten Schaltungselement verzögerungs-unempfindliche Elemente sind.

4. Gerät nach Anspruch 3, wobei die genannten verzögerungs-unempfindlichen Elemente durch Handshake-Mittel miteinander verbunden sind.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und ausgeführt als batteriegespeistes Gerät.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und ausgeführt als tragbares Gerät.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die genannte elektronische Datenverarbeitungsschaltung für eine Datenumwandlung auf der Basis eines Umwandlungsschlüssels, einer Umwandlungstabelle oder einer Umwandlungs-Ausdrucksgruppe programmiert ist.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die genannte Schaltung zumindest teilweise auf CMOS-Technologie beruht.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und kombiniert mit Stop-Go- Steuermitteln auf der Basis eines weiteren Füllgradsignals des genannten Puffers für die genannte elektronische Schaltung.