DE69802178T2

DE69802178T2 - Frequenzgenerierungsschaltung

Info

Publication number: DE69802178T2
Application number: DE69802178T
Authority: DE
Inventors: Jooachim Moll
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1998-07-13
Filing date: 1998-07-13
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2018-07-14
Also published as: US6177845B1; EP0977361B1; JP2000174593A; EP0977361A1; DE69802178D1; JP3618588B2

Description

GRUNDLAGEN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals nach dem Vorsatz der unabhängigen Ansprüche. Der zutreffende Stand der Technik ist in der Europäischer Patentanmeldung EP-A 0 345 940 zu finden.
US-Patentschrift 4 259 744 legt einen Simultanmehrkanal-Signalgenerator dar, der eine einzige Korrekturschaltung für die gemultiplexte Frequenz und einen Bezugs-Oszillator benutzt, um zwei VCO-Ausgangsfrequenzsignale zu korrigieren. Der Simultanmehrkanal-Signalgenerator verkörpert eine Frequenzkorrektur mit phasensynchronisierter Schleife. Für jeden Kanal gibt es einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO), der durch ein Abstimmsignal auf eine geeignete Frequenz eingestellt worden ist und durch ein Kanaldatensignal moduliert worden ist. Die Ausgangsfrequenzsignale von allen VCOs werden einem Summierglied bereitgestellt und dann zum Übertragen in geeigneter Weise verstärkt und gefiltert. Eine einzige Korrekturschaltung für die gemultiplexte Frequenz vergleicht die Phase eines Bezugsfreguenzsignals mit der Phase eines VCO-Ausgangsfrequenzsignals, dessen Frequenz mittels eines durch N teilenden Zählers auf die Bezugsfrequenz heruntergeteilt worden ist. Wenn das heruntergeteilte VCO-Signal mit dem Bezugsfrequenzsignal nicht phasensynchron ist, wird dem Bauelement, das für diesen VCO die Spannungssteuerung bewirkt, ein geeignetes Korrektursignal bereitgestellt. 1 zeigt eine Schaltung zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals 10, wie sie bekannter Stand der Technik ist, die üblicherweise in Instrumenten, wie etwa Impuls- oder Mustergeneratoren, benutzt wird. Die Schaltung zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals 10 umfasst einen Oszillator 20 mit einem bestimmten Frequenzbereich f_min bis f_max, wobei sein Ausgang über eine Leitung 25 mit einer Frequenzteilerschaltung 30 verbunden ist. Die Frequenzteilerschaltung 30 wird dafür benutzt, eine Ausgabe fequenz f_osc des Oszillators 20 auf Leitung 25 in eine Ausgabefrequenz f_out < f_min herunterzuteilen. Zum Einstellen der Ausgabefrequenz f_out empfängt der Oszillator 20 auf einer Leitung 40 ein Oszillatorsteuersignal, und die Frequenzteilerschaltung 30 empfängt auf einer Leitung 50 ein Steuersignal für den Teiler.
Der Bereich der Ausgabefrequenz f_out kann in Übereinstimmung mit einem ausgewählten Teilerfaktor DF, der durch das Steuersignal des Teilers auf Leitung 50 der Frequenzteilerschaltung 30 bereitgestellt wird, in mehreren Unterbereichen bereitgestellt werden. Für den Fall, dass der Frequenzbereich des Oszillators 20 z.B. f_min:f_max = 1:2 beträgt, wobei f_max = 100 MHz ist, kann der Bereich der Ausgabefrequenz f_out in mehreren Unterbereichen bereitgestellt werden, wie es in nachstehender Tabelle dargestellt ist:
Wenn die Ausgabefrequenz f_out verändert werden soll, empfängt der Oszillator 20 ein spezifiziertes Oszillatorsteuersignal 40 und die Frequenzteilerschaltung 30 auf Leitung 50 einen spezifizierten Teilerfaktor DF.
2a und 2b zeigen Beispiele, in denen die Ausgabefrequenz f_out verändert werden soll. In 2a soll die Ausgabefrequenz f_out von einer Frequenz f_old auf eine neue Frequenz f_new verändert werden, wobei die beiden Frequenzen f_old und f_new sich innerhalb eines Unterbereiches befinden. Der Oszillator 20 schaltet von der entsprechenden Oszillatorfrequenz f_{osc_old} auf f_{osc_new} innerhalb einer bestimmten Einschwingzeit um, die üblicherweise im Bereich von Mikrosekunden bis Millisekunden liegt. Während dieser Einschwingzeit ändert sich die Ausgabefrequenz f_out kontinuierlich von f_old auf f_new und befindet sich immer irgendwo zwischen f_old und f_new.
In 2b befinden sich die beiden Ausgabefrequenzen f_old und f_new in unterschiedlichen Unterbereichen. Der Oszillator 20 muss auf eine neue Frequenz programmiert werden, und die Frequenzteilerschaltung 30 muss das Teilerverhältnis ändern. Das Verändern des Teilerfaktors DF kann von einer Taktperiode zur anderen erfolgen, während das Verändern der Oszillatorfrequenz f_osc etwas mehr Zeit in Anspruch nimmt (siehe 2a). Dies bedeutet, dass am Beginn einer Änderung in der Ausgabefrequenz f_out die Oszillatorfrequenz noch auf dem Wert f_{osc_old} verbleibt, während der Teilerfaktor DF schon von einem alten Teilerfaktor DF_old auf einem neuen Teilerfaktor DF_new verändert worden ist. Damit wird die Ausgabefrequenz f_out unmittelbar von einem Werte f_out = f_{osc_old}/DF_old in einen Wert f_out = f_{osc_old}/DF_new geändert, wodurch der Wert f_out den Bereich zwischen den beiden Ausgabefrequenzen f_old und f_new überschreiten kann. In 2b wird die Ausgabefrequenz f_out zuerst zwischen zwei Unterbereichen von f_old auf f_new geändert und dann zurück zu f_old. Im Gegensatz zu 2a überschreitet während der entsprechenden Einschwingzeit von Oszillator 20 die Ausgabefrequenz f_out den Bereich zwischen f_old und f_new.
Sowohl in 2a als auch im Falle von 2b ist es nicht möglich, eine neue Ausgabefrequenz f_out bereitzustellen, ohne dass während der Einschwingzeit des Oszillators 20 ,falsche^' Frequenzen auftreten. Dies ist insbesondere unerwünscht, wenn das dynamische Verhalten von Schaltungen, wie etwa von Phasenregelkreisen (PLLs) oder Taktwiedergewinnungsschaltungen, geprüft wird.
Ein ernsteres Problem tritt jedoch im Falle von 2b auf, bei dem die Ausgabefrequenz f_out während der Einschwingzeit den Frequenzbereich zwischen f_old und f_new überschreitet. Dies ist insbesondere nicht annehmbar, wenn beispielsweise ein Benutzer eine obere Betriebsgrenze einer Schaltung prüfen möchte, weil die Frequenzänderung zu einer viel höheren Frequenz als erwünscht führen könnte. Die Prüfschaltung kann auf diese Weise während der Einschwingzeit Ausfälle hervorrufen oder asynchron werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Schaltung zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen werden durch abhängige Ansprüche gezeigt.
Nach der Erfindung umfasst eine Schaltung zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals mit einer Frequenz f_out eine Frequenzerzeugungseinheit, eine Frequenzänderungsschaltung und eine Synchronisierschaltung. Die Frequenzerzeugungseinheit empfängt ein Steuersignal zur Frequenzauswahl und stellt eine Frequenzausgabe mit einer Frequenz f_osc bereit, wodurch die Frequenzerzeugungseinheit zwischen unterschiedlichen Frequenzen im Wesentlichen ohne Einschwingzeit umschaltbar ist. Die Frequenzänderungsschaltung empfängt die Frequenzausgabe und ein Steuersignal zur Frequenzänderung und leitet davon das Ausgangsfrequenzsignal ab, wodurch die Frequenz f_out des Ausgangsfrequenzsignals im Hinblick auf die Frequenz f_osc in Übereinstimmung mit der Einstellung des Steuersignals zur Frequenzänderung geändert werden kann. Die Synchronisierschaltung synchronisiert das Steuersignal zur Frequenzauswahl und das Steuersignal zur Frequenzänderung.
Eine weitere Schaltung zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals nach der Erfindung umfasst einen ersten und einen zweiten Oszillator, eine Frequenzauswahleinheit und die Frequenzänderungsschaltung. Der erste Oszillator empfängt ein erstes Oszillatorsteuersignal und stellt eine erste Frequenzausgabe mit einer ersten Oszillatorfrequenz f_oscA bereit. Der zweite Oszillator empfängt ein zweites Oszillatorsteuersignal und stellt eine zweite Frequenzausgabe mit einer zweiten Oszillatorfrequenz f_oscB bereit. Die Frequenzauswahleinheit empfängt als Eingaben die erste und die zweite Frequenzausgabe und wird durch ein Steuersignal zur Frequenzauswahl zum Auswählen einer der Eingaben als Ausgabe gesteuert. Die Frequenzänderungsschaltung empfängt die Ausgabe der Frequenz auswahleinheit an einem ersten Eingang und ein Steuersignal zur Frequenzänderung bei einem zweiten Eingang und leitet davon das Ausgangsfrequenzsignal ab, wodurch die Frequenz f_out des Ausgangsfrequenzsignals im Hinblick auf die Frequenz f_osc gemäß der Einstellung des Steuersignals zur Frequenzänderung verändert werden kann.
Die Erfindung gestattet damit ein verbessertes Umschalten zwischen unterschiedlichen Frequenzen.
Zum Vermindern oder Vermeiden einer Phasenverschiebung des Ausgangsfrequenzsignals, wenn zwischen verschiedenen Frequenzen umgeschaltet wird, muss ein Synchronisieren des Umschaltens zwischen den Oszillatorfrequenzen erfolgen. Die Synchronisierschaltung umfasst daher vorzugsweise Mittel zum Deaktivieren des Anlegens eines nachfolgenden Steuersignals zur Frequenzauswahl und/oder Steuersignals zur Frequenzänderung, bis die Phasen der Oszillatorfrequenzen innerhalb eines gegebenen Bereiches miteinander übereinstimmen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Aufgaben und viele der damit verbundenen Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden richtig eingeschätzt und besser verstanden durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen betrachtet wird, in denen:
1 eine Schaltung zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals 10 nach dem Stand der Technik zeigt,
2a und 2b Beispiele zeigen, bei denen die Ausgabefrequenz f_out geändert werden soll,
3a eine Schaltung zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals 100 nach der Erfindung zeigt,
3b in einem zeitlichen Verlaufsdiagramm ein Beispiel für ein Umschalten zwischen der ersten Oszillatorfrequenz f_oscA und der zweiten Oszillatorfrequenz f_oscB zeigt,
4a und 4c bevorzugte Ausführungsformen der Schaltung zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals 100 nach der Erfindung zeigen, und
4b in einem zeitlichen Verlaufsdiagramm ein Beispiel für eine Frequenzänderung der Schaltung zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals 100 darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
3a zeigt eine Schaltung zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals 100 nach der Erfindung. Die Schaltung zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals 100 umfasst einen ersten Oszillator 20A, der auf einer Leitung 40A eine erstes Oszillatorsteuersignal empfängt und auf einer Leitung 25A als Ausgabe eine erste Oszillatorausgabe mit einer Frequenz f_oscA bereitstellt. Ein zweiter Oszillator 20B empfängt auf einer Leitung 40B ein zweites Oszillatorsteuersignal und stellt auf einer Leitung 25B als Ausgabe eine zweite Oszillatorausgabe mit einer Frequenz f_oscB bereit.
Ein erster Multiplexer 110 empfängt auf Leitung 25A als Eingaben die erste Oszillatorfrequenz f_oscA und auf Leitung 25B die zweite Oszillatorfrequenz f_oscB. Ein zweiter Multiplexer 120 empfängt als Eingaben einen ersten Teilerfaktor DF_A und einen zweiten Teilerfaktor DF_B. Der erste Multiplexer 110 und der zweite Multiplexer 120 werden jeweils durch ein Auswahlsignal SEL OUT auf einer Leitung 140 gesteuert.
Der erste Multiplexer 110 stellt als Ausgabe auf Leitung 25 der Frequenzteilerschaltung 30 die Frequenz f_osc bereit, und der zweite Multiplexer 120 stellt als Ausgabe auf Leitung 50 der Frequenzteilerschaltung 30 das Teilersteuersignal bereit. Die Frequenzteilerschaltung 30 stellt auf Leitung 35 die Frequenzausgabe f_out der Schaltung zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals 100 bereit.
Beim Betrieb stellt der erste Oszillator 20A auf einer Leitung 25A dem ersten Multiplexer 110 entsprechend der Einstellung des ersten Oszillatorsteuersignals auf Leitung 40A eine erste Oszillatorfrequenz f_oscA bereit. Dementsprechend stellt der zweite Oszillator 20B auf einer Leitung 25B dem ersten Multiplexer 110 entsprechend der Einstellung des zweiten Oszillatorsteuersignals auf Leitung 40B eine zweite Oszillatorfrequenz f_oscB bereit. In Abhängigkeit von der Einstellung der Auswahlsignals SEL OUT auf Leitung 140 wählt der Multiplexer 110 entweder die erste Oszillatorfrequenz f_oscA auf Leitung 25A oder die zweite Oszillatorfrequenz f_oscB auf Leitung 25B aus, um sie als f_osc auf Leitung 25 an die Frequenzteilerschaltung 30 weiterzugeben. Dementsprechend steuert das Auswahlsignal SEL OUT den zweiten Multiplexer, so dass entweder der erste Teilerfaktor DF_A oder der zweite Teilerfaktor DF_B auf Leitung 50 an die Frequenzteilerschaltung 30 gelangt. Vorzugsweise entspricht der erste Teilerfaktor DF_A der ersten Ausgabefrequenz f_oscA, und der zweite Teilerfaktor DF_B entspricht der zweiten Ausgabefrequenz f_oscB. In Übereinstimmung mit den auf Leitungen 50 und 25 anliegenden Signalen stellt die Frequenzteilerschaltung 30 auf Leitung 35 die Ausgabefrequenz f_out bereit.
Zum Verändern der Ausgabefrequenz f_out schaltet das Auswahlsignal SEL OUT den Multiplexer 110 um, so dass die zweite Oszillatorfrequenz f_oscB statt der ersten Oszillatorfrequenz f_oscA an der Frequenzteilerschaltung 30 anliegen wird oder umgekehrt. Dementsprechend schaltet das Auswahlsignal SEL OUT den zweiten Multiplexer um, so dass der entsprechende Teilerfaktor auf Leitung 50 an der Frequenzteilerschaltung 30 anliegt. Das direkte Umschalten zwischen der Oszillatorfrequenz f_oscA und f_oscB findet im Gegensatz zum Umschalten zwischen der Oszillatorfrequenz f_oscA und f_oscB, wie es in 2a und 2b dargestellt ist, keine Einschwingzeit statt. Damit gestattet es die Schaltung zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals 100, auf Leitung 25 die Frequenz f_osc und dementspre chend die Ausgabefrequnz f_out im Wesentlichen ohne jede Einschwingzeit zu ändern.
Es sollte sich verstehen, dass anstelle des Bereitstellens des ersten Teilerfaktors DF_A und des zweiten Teilerfaktors DF_B und des Umschaltens zwischen diesen Teilerfaktoren auf Leitung 50 ein einziger Teilerfaktor direkt an die Frequenzteilerschaltung 30 angelegt werden kann, wodurch eine Änderung des einzigen Teilertaktors mit dem Verändern der ersten und der zweiten Oszillatorfrequenz f_oscA und f_oscB synchronisiert werden muss. Dies kann durch jedes beliebige nach dem Stand der Technik bekannte Mittel erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden der erste Multiplexer 110 und der zweite Multiplexer 120 jeweils durch eine Synchronisierschaltung 130 gesteuert. Die Synchronisierschaltung 130 empfängt als Eingabe auf einer Leitung 150 ein Signal A/B AUSWÄHLEN und stellt auf Leitung 140 dem ersten 110 und dem zweiten Multiplexer 120 das Auswahlsignal SEL OUT bereit. In Abhängigkeit von der Einstellung des Signals A/B AUSWÄHLEN auf Leitung 150 steuert die Synchronisierschaltung 130 über das Auswahlsignal SEL OUT, wie vorstehend erklärt, den ersten Multiplexer 110 und den zweiten Multiplexer 120. Es sollte sich verstehen, dass das Synchronisieren zwischen der Bereitstellung des jeweiligen Teilerfaktors DF und dem Auswahlsignal SEL OUT auch durch andere Mittel bewerkstelligt werden kann, wie sie Stand der Technik sind, z.B. durch eine Allzweck-Datenverarbeitungseinheit.
Wenn der erste Multiplexer 110 von der Oszillatorfrequenz f_oscA auf f_oscB umschaltet oder umgekehrt, könnte zwischen den Oszillatorfrequenzen f_oscA und f_oscB ein bestimmter Phasenunterschied auftreten, der zu einer Phasenverschiebung (d.h. einer schnellen Phasenänderung) der Frequenz f_osc auf Leitung 25 und dementsprechend zu einer Phasenverschiebung des Ausgangsfrequenzsignals auf Leitung 35 führt. Um die Phasenverschiebung des Ausgangsfrequenzsignals auf Leitungen 25 und 35 zu vermindern oder zu vermeiden, muss ein Synchronisiervorgang des Umschaltens zwischen der ersten und der zweiten Oszillatorfre quenz f_oscA und f_oscB bereitgestellt werden. Die Synchronisierschaltung 130 empfängt als zusätzliche Eingaben über Leitungen 25A und 25B die erste und die zweite Oszillatorfrequenz f_oscA und f_oscB. Wenn das Signal A/B AUSWÄHLEN auf Leitung 150 anfordert, dass zwischen den Oszillatorfrequenzen f_oscA und f_oscB umgeschaltet werden soll, wartet die Synchronisierschaltung 130 damit, das jeweilige Signal SEL OUT auf Leitung 140 an den ersten Multiplexer 110 abzusenden, bis die Phasen der Oszillatorfrequenzen f_oscA und f_oscB innerhalb eines bestimmten Bereiches übereinstimmen.
3b zeigt ein zeitliches Verlaufsdiagramm eines Beispieles für ein Umschalten zwischen der ersten Oszillatorfrequenz f_oscA und der zweiten Oszillatorfrequenz f_oscB. Zu einem Zeitpunkt t₀ ändert sich das Signal A/B AUSWÄHLEN von LOW zu HIGH, womit angezeigt wird, dass die Synchronisierschaltung 130 die Oszillatorfrequenz f_osc auf Leitung 25 von der ersten Oszillatorfrequenz f_oscA zur zweiten Oszillatorfrequenz f_oscB umschalten soll. Zu einem Zeitpunkt t₁ stimmen die Oszillatorfrequenzen f_oscA und f_oscB bis zu einem bestimmten Grade überein, und die Synchronisierschaltung 130 wird auf Leitung 140 ein HIGH-Signal SEL OUT aussenden, mit dem der erste Multiplexer aufgefordert wird, von der ersten Oszillatorfrequenz f_oscA auf die zweite Oszillatorfrequenz f_oscB umzuschalten und der zweite Multiplexer 120 aufgefordert wird, vom Teilerfaktor DF_A zum Teilerfaktor DF_B umzuschalten.
Als zusätzliche und weitere Verbesserung der Frequenz- und Phasenanpassung beim Umschalten von einer ersten auf eine zweite Ausgangsfrequenz f_out auf Leitung 35 empfängt die Synchronisierschaltung 130 weiterhin vorzugsweise auf einer Leitung 160 von der Frequenzteilerschaltung 30 als Eingabe ein Ende-Zählsignal TC. Das Signal TC zeigt ein Ende eines Frequenzteilungszyklus der Frequenzteilerschaltung 30 an. Die Synchronisierschaltung 130 wartet mit dem Umschalten des ersten und des zweiten Multiplexers 110 und 120 nicht nur so lange, bis eine bestimmte Übereinstimmung der Phasen der ersten und der zweiten Oszillatorfrequenz f_oscA und f_oscB festgestellt worden ist, sondern auch, bis das Signal TC auf Leitung 160 ein Ende des jeweiligen Frequenzteilungszyklus anzeigt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Frequenzteilerschaltung 30 durch eine Zählerschaltung verkörpert, vorzugsweise durch einen Abwärtszähler, der an seinem Eingang TAKT EIN auf Leitung 25 die Oszillatorfrequenz f_osc empfängt. Der Zähler beginnt mit dem Laden des Teilerfaktors von Leitung 50 und dem Erzeugen einer positiven (oder negativen) Flanke auf Leitung 35. Bei jedem neuen Taktzyklus von f_osc vermindert der Zähler seinen Wert (beginnend bei DF) um eins. Wenn der Zähler DF/2 erreicht, erzeugt er auf Leitung 35 eine negative (oder positive) Flanke. Der Zähler zählt weiter abwärts bis eins, wenn er das Signal TC auf Leitung 160 aktiviert. Beim nächsten Zyklus von f_osc beendet der Zähler eine Ausgabeperiode von f_out, indem er auf Leitung 35 eine nächste positive (oder negative) Flanke erzeugt und den Teilerfaktor DF von Leitung 50 erneut lädt. Damit gibt der Zähler auf Leitung 35 eine Folge von negativen oder positiven Flanken bei einer Frequenz von f_out = f_osc/DF aus.
Wie aus 3a offenkundig, könnte es relativ viel Zeit in Anspruch nehmen, bis die Phasen von Oszillator f_oscA und f_oscB (bis zu dem geforderten Grad) übereinstimmen und insbesondere bis das Ende-Zählsignal TC (zusätzlich) mit der Phasenübereinstimmung zusammenfällt. Dies könnte zu einer relativ langen Zeit führen, bis die Synchronisierschaltung 130 ein Umschalten der Multiplexer 110 und 120 erlaubt. Um diese Zeit kurz zu halten, empfängt mindestens einer der Oszillatoren 20A und 20B auf den jeweiligen Eingangsleitungen 170A und/oder 170B vorzugsweise ein Signal PHASE STEUERN. Die Signale PHASE STEUERN auf den Leitungen 170A und 170B werden vorzugsweise durch die Synchronisierschaltung 130 gesteuert, können aber auch durch eine beliebige andere gleichwertige, dem Stand der Technik entsprechende Schaltung gesteuert werden. Die Signale PHASE STEUERN bewirken vorzugsweise das Umschalten des Oszillatorsignals mit einer Verzögerung, bis die Phasen übereinstimmen. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, dass steuerbare Verzögerungsleitungen mit verän derlichen Verzögerungslängen bereitgestellt werden, die von dem Signal PHASE STEUERN gesteuert werden.
4a zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Schaltung zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals 100 nach der Erfindung. Statt der Bereitstellung von zwei Oszillatoren 20A und 20B umfasst die Schaltung zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals 100 nach 4a nur eine Oszillatorschaltung 200. Der Oszillator 200 ist ein Oszillator, vorzugsweise ein digitaler Oszillator, der zwischen zwei unterschiedlichen und veränderlichen Oszillierfrequenzen f_oscA und f_oscB im Wesentlichen so umgeschaltet werden kann, dass keine Einschwingzeit erforderlich ist. Der Oszillator 200 wird vorzugsweise als Ringoszillator verkörpert, wobei das Ausgangsfrequenzsignal einer Verzögerungskette invertiert und zum Eingang der Kette rückgekoppelt wird.
Der Oszillator 200 empfängt auf einer Leitung 205 ein Steuersignal STEUERN und auf Leitung 140 das Auswahlsignal SEL OUT. Das Signal STEUERN steuert die Einstellung der derzeit ausgewählten Oszillatorfrequenz f_osc und auch die der Oszillatorfrequenz, auf die umgeschaltet werden soll, wenn auf Leitung 140 das nächste gültige Signal SEL OUT erscheint. Das Oszillatorsignal wird auf Leitung 25 ausgegeben und dient als Eingabe in Frequenzteilerschaltung 30 und in eine Synchronisierschaltung 230. Die Synchronisierschaltung 230 empfängt als weitere Eingaben auf Leitung 150 das Signal A/B AUSWÄHLEN und auf Leitung 160 das Ende-Zählsignal TC. Die Synchronisierschaltung 230 stellt als Ausgabe das Signal SEL OUT auf Leitung 140 bereit, die mit den Eingängen der Oszillatorschaltung 200 und dem Multiplexer 120 verbunden ist. Der Multiplexer 120 empfängt weiterhin die Teilerfaktoren DF_A und DF_B und stellt auf Leitung 50 eine Eingabe an die Frequenzteilerschaltung 30 bereit. Es soll sich verstehen, dass der Multiplexer 120, die Frequenzteilerschaltung 30 und die Synchronisierschaltung 230 in Übereinstimmung mit den jeweiligen Komponenten in 3a verkörpert sein können.
4b stellt in einem zeitlichen Verlaufsdiagramm ein Beispiel für eine Frequenzänderung der Schaltung zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals 100 in 4a bereit. Zuerst stellt der Oszillator 200 auf Leitung 25 der Frequenzteilerschaltung 30 eine Oszillatorausgabe mit einer Frequenz f_oscA bereit. Die Frequenzteilerschaltung 30 empfängt auf Leitung 50 einen Teilerfaktor DF_A (mit DF_A = 2 in 4a), der auf Leitung 35 zu einer Frequenzausgabe von f_out = f_osc/DF_A (f_out = f_oscA/2 in 4a) führt. Zu einem Zeitpunkt t₀ wird das Signal A/B AUSWÄHLEN HIGH, womit angezeigt wird, dass der Oszillator 200 von f_oscA auf f_oscB umgeschaltet werden soll und der Multiplexer 120 vom Teilerfaktor DF_A auf einen Teilerfaktor DF_B umgeschaltet werden soll. Zu einem Zeitpunkt t₁ fällt die negative Flanke von f_osc mit einen LOW-Signal TC und einem HIGH-Signal A/B AUSWÄHLEN zusammen, wodurch die Synchronisierschaltung 230 dazu veranlasst wird, das Signal SEL OUT von LOW auf HIGH zu ändern. Die Veränderung beim Signal SEL OUT veranlasst den Oszillator 200, zum Zeitpunkt t₂ am Ende der laufenden Periode von f_oscA seine Frequenz von f_oscA auf f_oscB zu ändern. Dementsprechend veranlasst die Veränderung im Signal SEL OUT den Multiplexer 120 dazu, auf Leitung 50 seine Ausgabe von Teilerfaktor DF_A auf Teilerfaktor DF_B zu ändern. Die Veränderung der Oszillatorfrequenz f_osc von f_oscA auf f_oscB und die Veränderung des Teilerfaktors von DF_A auf DF_B (im Beispiel von 4b von DF_A = 2 in DF_B = 4) führt zu einer veränderten Frequenz f_out = f_oscA/DF_B (f_out = f_oscB/4 in 4a).
5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Oszillators 200. Der Oszillator 200 umfasst ein erstes UND-Gatter 210, welches als Eingang das Signal SEL OUT empfängt, und ein zweites UND-Gatter 220, das von einem Inverter 235 ein invertiertes Signal SEL OUT empfängt. Ein Ausgang des UND-Gatters 210 liefert eine Eingabe für eine erste veränderliche Verzögerungszelle 240, und ein Ausgang des zweiten UND-Gatters 220 lieferte eine Eingabe in eine zweite veränderliche Verzögerungszelle 250. Die jeweiligen Verzögerungszeiten der ersten und der zweiten Verzögerungszelle 240 und 250 werden durch das Signal STEUERN gesteuert. Die Ausgabe der ersten und der zweiten Verzögerungszelle 240 und 250 werden einem NOR-Gatter 260 bereitgestellt. Leitung 25 stellt als Ausgang des NOR-Gatter 260 die Ausgabe f_osc des Oszillators 200 bereit und ist weiterhin mit den zweiten Eingängen des ersten und des zweiten UND-Gatters 210 und 220 rückgekoppelt.
Das Signal SEL OUT wählt entweder das erste UND-Gatter 210 oder über den Inverter 235 das zweite UND-Gatter 220 aus. Das ausgewählte UND-Gatter 210 oder 220 gestattet es, dass auf Leitung 25 ein HIGH-Signal an die Eingänge der entsprechenden veränderlichen Verzögerungszellen 240 oder 250 gelangt, so dass es dasjenige Signal um die Verzögerungszeit verzögert, wie es vom Signal STEUERN eingestellt worden ist. Die Ausgabe der inaktiven veränderlichen Verzögerungszelle ist immer LOW, so dass das NOR-Gatter 260 dafür benutzt werden kann, die Ausgangsfrequenzsignale der beiden veränderlichen Verzögerungszellen 240 und 250 zu verknüpfen.
5b stellt ein Beispiel eines zeitlichen Verlaufsdiagramms der Schaltung von 5a dar. In diesem Beispiel wird das UND-Gatter 210 ausgewählt, wenn das Signal SEL OUT LOW ist, und das UND-Gatter 220 wird ausgewählt, wenn das Signal SEL OUT HIGH ist. Zu einem Zeitpunkt t₁ ist das Signal SEL OUT LOW, so dass die Ausgabe von Inverter 235 HIGH ist, wodurch der Ausgang von UND-Gatter 220 veranlasst wird, auf HIGH überzugehen, wenn der andere Eingang des UND-Gatters 220 (f_osc) HIGH wird. Zu einem Zeitpunkt t₂ ist die Anstiegsflanke an dem Ausgang von UND-Gatter 220 zur Verzögerungszelle 250 angelangt und wird durch das NOR-Gatter 260 invertiert, was zu einer abfallenden Flanke an seinem Ausgang (f_osc) führt. Dementsprechend führt die erste abfallende Flanke des Ausganges von UND-Gatter 220 in 5b an dem Ausgang von NOR-Gatter 260 (f_osc) zu einem Zeitpunkt t₃ zu einer Anstiegsflanke. Nachdem sich das Signal SEL OUT von LOW in HIGH verändert hat, veranlasst die Anstiegsflanke von f_osc zu einem Zeitpunkt t₄ den Ausgang von UND-Gatter 210 dazu, HIGH zu werden. Zu einem Zeitpunkt t₅ ist die Anstiegsflanke der Eingabe der veränderlichen Verzögerungszelle 240 an seiner Ausgabe angelangt, wodurch veranlasst wird, dass das NOR-Gatter 260 seinen Ausgang von HIGH in LOW ändert.
Wie aus 5b offenkundig, verändert sich zum Zeitpunkt t₄ die Ausgabe f_osc von Oszillator 200 von f_oscA auf f_oscB. Dies erfolgt unmittelbar und ohne eine Einschwingzeit am Ende einer laufenden Periode, nachdem das Signal SEL OUT eine Frequenzänderung angezeigt hat. Dementsprechend ändert sich zu einem Zeitpunkt t₁ die Ausgabe f_osc von f_oscB auf f_oscA, nachdem sich zu einem Zeitpunkt t₆ das Signal SEL OUT von HIGH auf LOW verändert hat.
Die Anordnung von 5a gestattet das Verändern der Verzögerungszeit der nicht benutzten veränderlichen Verzögerungszelle 240 oder 250, wobei die andere in Betrieb ist. Das Auswahlsignal SEL OUT wird vorzugsweise synchronisiert, um seinen Status nur dann zu ändern, wenn die Ausgabe f_osc des Oszillators 200 LOW ist. Dies kann z.B. durch Synchronisieren des asynchronen Signals SEL OUT mit dem Signal TC der Frequenzteilerschaltung 30 und der negativen Flanke der Oszillatorausgabe f_osc bewerkstelligt werden.
Es ist klar, dass die Logik der Schaltungen in 3a, 4a und 5a auch durch andere logische Mittel realisiert werden kann. 5c zeigt ein Beispiel einer anderen logischen Realisierung bei der Schaltung von 5a. Die Rückkopplungsschleife 25 wird mit einem Eingang eines Schalters 300 verbunden, der das Signal von Leitung 25 entsprechend der Einstellung des Signals SEL OUT entweder auf die erste veränderliche Verzögerungszelle 240 oder die zweite veränderliche Verzögerungszelle 250 schaltet. Die Ausgabe der ersten veränderlichen Verzögerungszelle 240 wird durch einen Inverter 310 invertiert und mit einer Eingabe eines Multiplexers 320 verbunden, der ebenfalls durch das Signal SEL OUT gesteuert wird und der die Ausgabe f_osc des Oszillators 200 bereitstellt. Dementsprechend wird die Ausgabe der zweiten veränderlichen Verzögerungszelle 250 durch einen Inverter 330 invertiert, und die Ausgabe davon wird mit einer weiteren Eingabe des Multiplexers 320 verbunden.
Es ist ebenfalls klar, dass die verschiedenen Signale, insbesondere das Teilersteuersignal und/oder die Signale STEUERN, PHASE STEUERN, SEL OUT und/oder A/B AUSWÄHLEN auch mehr als ein Signal oder eine Leitung darstellen können. Als Beispiel kann das Signal STEUERN in 5a oder 5c zwei unterschiedliche Signale darstellen, eins für die erste veränderliche Verzögerungszelle 240 und eins für die zweite veränderliche Verzögerungszelle 250. Zum Zwecke der Vereinfachung werden hier diese Signale als einzelne Signale dargestellt.
In Sinne der Erfindung kann eine Frequenzmultiplizierschaltung oder eine beliebige andere Frequenzänderungsschaltung statt der Frequenzteilerschaltung 30 angewandt werden. Dementsprechend kann jede beliebige steuerbare Umschalteinheit für die verschiedenen Multiplexer verwendet werden, auf die sich hier bezogen wird. Weiterhin können mehr als zwei Oszillatoren verwendet werden, was ein schnelleres Schalten zulässt.
In den zeitlichen Verlaufsdiagrammen der 3b, 4b und 5b ist eine gewisse Signallaufzeit hinzugefügt worden, wie es z.B. aus dem leicht verzögerten Ausgangsfrequenzsignal f_out in Bezug auf f_osc offenkundig ist.
Die veränderliche Verzögerungszelle 240 und/oder 250 wird vorzugsweise durch eine veränderliche Verzögerungszelle realisiert, wie sie in der Europäischen Patentanmeldung 97 120 157.9 (EP-A 0853 385) vom gleichen Anmelder dargelegt wird.
Die Schaltungen der Erfindung können in modernen Halbleitertechniken, wie etwa CMOS oder ECL einfach verkörpert und/oder integriert werden.

Claims

Schaltung (100) zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignals mit einer Frequenz f_out, wobei die Schaltung Folgendes umfasst: eine Frequenzerzeugungseinheit (200; 20A; 20B; 110), die ein Steuersignal zur Frequenzauswahl (SEL OUT) empfängt, um bei einer Frequenz f_osc eine Frequenzausgabe (25) bereitzustellen, wodurch die Frequenzerzeugungseinheit zwischen unterschiedlichen Frequenzen im Wesentlichen ohne Einschwingzeit umschaltbar ist, und eine Frequenzänderungsschaltung (30), die eine Frequenzausgabe (25) und ein Steuersignal zur Frequenzänderung (50) empfängt, um das Ausgangsfrequenzsignal (35) aus der empfangenen Frequenzausgabe (25) abzuleiten, wodurch die Frequenz f_out des Ausgangsfrequenzsignals (35) im Hinblick auf die Frequenz f_osc durch die Frequenzänderungsschaltung (30) entsprechend dem Steuersignal zur Frequenzänderung (50) verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass: eine Synchronisierschaltung (130, 230, 120) zum Bereitstellen des Steuersignals zur Frequenzauswahl (SEL OUT) und zum Synchronisieren des Steuersignals zur Frequenzänderung (50) mit dem Steuersignal zur Frequenzauswahl (SEL OUT), wobei die Synchronisierschaltung Mittel zum Deaktivieren einer Einwirkung eines aufeinanderfolgenden Steuersignals zur Frequenzauswahl und/oder eines Steuersignals zur Frequenzänderung umfasst, bis die Phasen der Frequenzen, zwischen denen die Frequenzerzeugungseinheit umschaltbar ist, innerhalb eines gegebenen Bereiches übereinstimmen.
Schaltung (100) zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignal mit einer Frequenz f_out nach Anspruch 1, wobei die Frequenzerzeugungseinheit (200) Folgendes umfasst: einen ersten Oszillator (20A), der ein erstes Oszillatorsteuersignal (CONTROL) empfängt, um eine erste Frequenzausgabe (25A) mit einer ersten Oszillatorfrequenz f_oscA bereitzustellen, einen zweiten Oszillator (20B), der ein zweites Oszillatorsteuersignal (CONTROL) empfängt, um eine zweite Frequenzausgabe (25B) mit einer zweiten Oszillatorfrequenz f_oscB bereitzustellen, und eine Frequenzauswahleinheit (110), die mit dem Steuersignal zur Frequenzauswahl (SEL OUT) gesteuert wird, um als Frequenzausgabe (25) eine auszuwählen, die entweder die erste Frequenzausgabe (25A) oder die zweite Frequenzausgabe (25B) ist.
Schaltung (100) zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignal mit einer Frequenz f_out nach Anspruch 1, wobei die Frequenzerzeugungseinheit (200) Folgendes umfasst: eine erste Oszillierschaltung (240, 260), die ein erstes Signal zur Oszillatorsteuerung (CONTROL) empfängt und die dann, wenn sie aktiviert ist, in der Lage ist, eine erste Frequenzausgabe (25A) bei einer ersten Oszillatorfrequenz f_oscA bereitzustellen, eine zweite Oszillierschaltung (250, 260), die ein zweites Oszillatorsignal (CONTROL) empfängt und die dann, wenn sie aktiviert ist, so angepasst ist, dass sie eine zweite Frequenzausgabe (25B) bei einer zweiten Oszillatorfregeunz f_oscB bereitstellt, und eine Frequenzauswahleinheit (210, 220, 235, 300, 320), die durch das Steuersignal zur Frequenzauswahl (SEL OUT) gesteuert wird, um eine der ersten oder zweiten Oszillierschaltungen zu aktivieren und um als Frequenzausgabe (25) dementsprechend eine der ersten Frequenzausgabe (25A) oder der zweiten Frequenzausgabe (25B) auszuwählen.
Schaltung (100) zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignal mit einer Frequenz f_out nach Anspruch 3, wobei (5a, 5c): die erste Oszillierschaltung (240, 260) eine erste variable Verzögerungszelle (240) umfasst, die vom ersten Oszillatorsteuersignal (CONTROL) gesteuert wird, wobei ein invertiertes Ausgangssisgnal an einen Eingang der Schaltung rückgekoppelt wird, und die zweite Oszillierschaltung (250, 260) eine zweite variable Verzögerungszelle (250) umfasst, die vom zweiten Oszillatorsteuersignal (CONTROL) gesteuert wird, wobei ein invertiertes Ausgangssisgnal an einen Eingang der Schaltung rückgekoppelt wird.
Schaltung (100) zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignal mit einer Frequenz f_out nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, die weiterhin Folgendes umfasst: eine Auswahleinheit zur Frequenzänderung (120), die ein erstes (DF_A) und eine zweites (DF_B) Signal zur Frequenzänderung empfängt und die durch ein Auswahlsignal zur Frequenzänderung (SEL OUT) gesteuert wird, um als Steuersignal zur Frequenzänderung (50) das erste (DF_A) bzw. das zweite (DF_B) Steuersignal zur Frequenzänderung auszuwählen.
Schaltung (100) zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignal mit einer Frequenz f_out nach Anspruch 5, wobei die Synchronisierschaltung (130) ein Signal zur Frequenzauswahl (SELECT A/B) empfängt und die Steuersig nale zur Frequenzauswahl (SEL OUT) und das Steuersignal zur Frequenzänderung (50) bereitstellt.
Schaltung (100) zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignal mit einer Frequenz f_out nach Anspruch 2, wobei die Synchronisierschaltung (130) geeignet ist, ein Synchronisieren eines Umschaltens zwischen der ersten und der zweiten Oszillatorfrequenz f_oscA und f_oscB zu bewerkstelligen.
Schaltung (100) zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignal mit einer Frequenz f_out nach Anspruch 2, wobei die Synchronisierschaltung (130) als Eingaben die erste und die zweite Oszillatorfrequenz f_oscA und f_oscB empfängt.
Schaltung (100) zur Bereitstellung eines Ausgangsfrequenzsignal mit einer Frequenz f_out nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei die Frequenzerzeugungseinheit (200) zwischen den unterschiedlichen Frequenzen im Wesentlichen ohne Einschwingzeit am Ende einer laufenden Periode umschaltbar ist, nachdem das Steuersignal zur Frequenzauswahl (SEL OUT) eine Frequenzänderung angezeigt hat.
Schaltung zur Bereitstellung einer Frequenz (100 in 3a) zum Bereitstellen eines Ausgabesignals (35) mit einer Frequenz f_out, wobei die Schaltung Folgendes umfasst: einen ersten Oszillator (20A), der ein erstes Signal zur Oszillatorsteuerung (CONTROL) empfängt, um bei einer ersten Oszillatorfrequenz f_oscA eine erste Frequenzausgabe (25A) bereitzustellen, und eine Schaltung zur Frequenzänderung (30), die ein Signal bei einer Frequenz f_osc an einem ersten Eingang (25) und ein Steuersignal zur Frequenzänderung an einem zweiten Eingang (50) empfängt, um davon das Ausgangsfrequenzsignal (35) abzuleiten, wobei die Frequenz f_out des Aus gangsfrequenzsignals (35) im Hinblick auf die Frequenz f_osc durch die Frequenzänderungsschaltung (30) entsprechend dem Steuersignal zur Frequenzänderung verändert werden kann, einen zweiten Oszillator (20B), der ein zweites Signal zur Oszillatorsteuerung (CONTROL) empfängt, um bei einer zweiten Oszillatorfrequenz f_oscB eine zweite Frequenzausgabe (25B) bereitzustellen, und eine Frequenzauswahleinheit (110), die als Eingaben die erste (25A) und die zweite (25B) Frequenzausgabe empfängt und durch ein Steuersignal zur Frequenzauswahl (SEL OUT) gesteuert wird, um eine der Eingaben als Ausgabe (25) auszuwählen, wodurch die Ausgabe der Frequenzauswahleinheit (110) mit dem ersten Eingang der Schaltung zur Frequenzänderung (30) verbunden wird, gekennzeichnet durch eine Synchronisierschaltung (130), welche die erste Frequenzausgabe (25A) und die zweite Frequenzausgabe (25B) empfängt, um bei einem bestimmten Grad von Phasenübereinstimmung der ersten Frequenzausgabe (25A) und der zweiten Frequenzausgabe (25B) das Steuersignal zur Frequenzauswahl (SEL OUT) bereitzustellen.