DE69827325T2 - Verfahren zur Frequenzvervielfachung eines Taktsignals mit Tastverhältnissteuerung und entsprechende Vorrichtung - Google Patents

Verfahren zur Frequenzvervielfachung eines Taktsignals mit Tastverhältnissteuerung und entsprechende Vorrichtung Download PDF

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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B19/00Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft die Verdopplung der Frequenz eines relativ steilflankigen periodischen Signals, wie beispielsweise eines eintreffenden Taktsignals, um ein Ausgangssignal doppelter Frequenz und ein gesteuertes Tastverhältnis zu erhalten, und im allgemeinen die Vervielfachung eines solchen eintreffenden Signals mit einer ganzzahligen Potenz von 2.
  • Eine Lösung zum Verdoppeln der Frequenz eines Taktsignals besteht darin, einen spannungsgesteuerten Oszillator zu verwenden, der mit einer analogen Phasenverriegelungsschleife verknüpft ist.
  • Das Dokument "Double frequency clock generator"; IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 34, Nr. 3, 1. August 1991, S. 55–57, macht ebenfalls eine Einrichtung zum Verdoppeln der Frequenz eines Signals bekannt.
  • Die Erfindung hat zum Ziel, eine völlig andere Lösung zum Verdoppeln der Frequenz eines eintreffenden Taktsignals vorzuschlagen, wobei ein Rückgriff auf analoge Komponenten vermieden wird, was erlaubt, den erfindungsgemäßen Frequenzvervielfacher ohne weiteres in ein Fertigungsverfahren einer integrierten Schaltung oder eines Chips zu integrieren.
  • Ein Ziel der Erfindung ist außerdem, das Tastverhältnis des Ausgangstaktsignals, das die doppelte Frequenz des Eingangstaktsignals hat, steuern zu können, um insbesondere die Erzielung ausreichender Zeitdauern für die hohen oder niedrigen Zustände des Ausgangssignals sicherzustellen, was insbesondere eine korrekte Nutzung des Ausgangssignals beispielsweise durch eine andere Komponente einer anderen integrierten Schaltung erlaubt, sogar nach einer eventuellen Verformung der Flanken dieses Ausgangssignals (was folglich eine Verringerung der Dauer stabiler hoher oder niedriger Zustände nach sich zieht) bei seiner Übertragung über Ausgangs- und Eingangsanschlußpins verschiedener Chips.
  • Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen 1 bis 5 definiert. Besondere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Die Erfindung schlägt also ein Verfahren zum Verdoppeln der Frequenz eines eintreffenden Taktsignals vor. Nach einem allgemeinen Merkmal der Erfindung wird das eintreffende Taktsignal um eine erste variable Verzögerung verzögert, und aus diesem ersten verzögerten Signal, dem eintreffenden Taktsignal und einer Logikfunktion des Typs EXKLUSIV ODER wird ein Ausgangstaktsignal mit der doppelten Frequenz des Eingangstaktsignals erzeugt. Das Tastverhältnis des Ausgangssignals wird mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen und der Wert der ersten Verzögerung wird als Funktion des Ergebnisses des Vergleichs moduliert. Man erhält somit ein Ausgangstaktsignal doppelter Frequenz mit einem gesteuerten Tastverhältnis.
  • In der Praxis werden auf diese Weise minimale und maximale Grenzen für das Tastverhältnis sichergestellt, wobei der ideale Referenzwert des letzteren typisch 50% ist.
  • Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Schritt des Vergleichens des Tastverhältnisses das Ausgangssignal um eine zweite variable Verzögerung, die zur ersten Verzögerung identisch ist, verzögert, um ein zweites verzögertes Signal zu erhalten, und dieses zweite verzögerte Signal wird unter Verwendung des eintreffenden Signals abgetastet. Obwohl in der Praxis alle Flanken des eintreffenden Signals zum Abtasten dieses zweiten verzögerten Signals verwendet werden könnten, wird die Abtastung nur an den Anstiegsflanken des eintreffenden Signals vorgenommen. Der Wert der ersten und zweiten Verzögerung wird dann als Funktion des Werts des abgetasteten Signals moduliert.
  • Vorteilhaft wird jede variable Verzögerung durch eine Folge von elementaren Verzögerungen realisiert, deren Anzahl variabel ist, und der Wert der Verzögerung wird durch Inkrementieren oder Dekrementieren der Anzahl der elementaren Verzögerungen in dieser Folge moduliert.
  • Um insbesondere eine zu starke Oszillation des Werts des Tastverhältnisses des Ausgangssignals bezüglich des idealen Werts zu vermeiden, wird vorteilhaft der Wert jeder variablen Verzögerung weniger oft moduliert als das Ergebnis des Vergleichs des Tastverhältnisses des Ausgangssignals gewonnen wird.
  • Die Erfindung hat außerdem eine Vorrichtung zum Vervielfachen der Frequenz eines eintreffenden Taktsignals zum Gegenstand. Nach einem allgemeinen Merkmal der Erfindung weist diese Vorrichtung mindestens einen Frequenzverdopplerblock auf. Dieser Frequenzverdopplerblock weist auf: einen Eingangsanschluß zum Empfangen des eintreffenden Signals, eine mit dem Eingangsanschluß verbundene erste Zelle variabler Verzögerung (erste variable Verzögerungszelle) und ein EXKLUSIV-ODER-Gatter mit einem Eingang, der mit dem Ausgang der ersten Verzögerungszelle verbunden ist, einem anderen Eingang, der mit dem Eingangsanschluß des Frequenzverdopplerblocks verbunden ist, und einem Ausgang, der in der Lage ist, ein Ausgangstaktsignal auszugeben, das die doppelte Frequenz des eintreffenden Signals hat. Der Frequenzverdopplerblock weist außerdem Vergleichseinrichtungen auf, um das Tastverhältnis des Ausgangssignals mit einem vorgegebenen Referenzwert (typisch dem Idealwert von 50%) zu vergleichen, sowie Modulationseinrichtungen, um den Wert der ersten Verzögerung als Funktion des Ergebnisses des Vergleichs zu modulieren.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Vergleichseinrichtungen eine zweite Zelle variabler Verzögerung (zweite variable Verzögerungszelle) auf, die zur ersten variablen Verzögerungszelle identisch ist und mit dem Ausgang des EXKLUSIV-ODER-Gatters verbunden ist, wobei die zweite variable Verzögerungszelle ein zweites verzögertes Signal ausgibt. Die Vergleichseinrichtungen weisen außerdem Einrichtungen zum Abtasten des zweiten verzögerten Signals auf, die mit dem Ausgang der zweiten Verzögerungszelle verbunden sind und von dem eintreffenden Signal gesteuert werden, um ein binäres abgetastetes Signal auszugeben. Die Modulationseinrichtungen weisen eine Steuerstufe auf, die einen Eingang, der das binäre abgetastete Signal empfängt, und einen Ausgang besitzt, der ein Modulationssignal an die erste und zweite Verzögerungszelle schickt, um den Wert der Verzögerung als Funktion des Werts des binären abgetasteten Signals zu erhöhen oder zu erniedrigen.
  • Die Steuerstufe weist vorteilhaft Inkrementation/Dekrementation-Einrichtungen auf, die einen Steuereingang, der mit dem Eingang der Steuerstufe verbunden ist (und folglich das abgetastete Signal empfängt), einen Eingang, der mit dem Ausgang der Steuerstufe verbunden ist, und einen Ausgang besitzen, der mit dem Ausgang der Steuerstufe verbunden ist. Die Inkrementation/Dekrementation-Einrichtungen sind in der Lage, das Modulationssignal als Funktion des Werts des binären abgetasteten Signals zu inkrementieren oder dekrementieren. Jede Verzögerungszelle weist eine Folge von Kaskadenverzögerungselementen auf, wobei die Ausgänge mindestens einiger von ihnen jeweils mit den Eingängen eines Multiplexers verbunden sind, der von dem Modulationssignal gesteuert wird. Der Ausgang des Multiplexers ist mit dem Ausgang der Verzögerungszelle verbunden.
  • Obwohl die Abtasteinrichtungen beispielsweise aus einem einzigen D-Flipflop bestehen könnten, ist bevorzugt, daß die Abtasteinrichtungen zwei Flipflops aufweisen, die in Reihe geschaltet sind und alle beide von dem eintreffenden Signal gesteuert werden. Dies erlaubt, die Risiken einer eventuellen Metastabilität des ersten Flipflop beim Abtasten zu minimieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Steuerstufe der Modulationseinrichtungen eine Frequenzteiler-Unterstufe auf, die das eintreffenden Signal empfängt und ein Hilfssteuersignal ausgibt, das eine Frequenz hat, die gleich einem vorgegebenen Untervielfachen der Frequenz des eintreffenden Signals ist. Vorgesehen ist außerdem ein Ausgangsflipflop mit einem Eingang, der mit dem Ausgang der Inkrementation/Dekrementation-Einrichtungen verbunden ist, einem Ausgang, der mit dem Ausgang der Steuerstufe der Modulationseinrichtungen verbunden ist, und einem Steuereingang, der das Hilfssteuersignal empfängt. Eine solche Vorrichtung erlaubt, das Modulationssignal, damit es bei den Verzögerungszellen berücksichtigt wird, in einer Frequenz freizugeben, die kleiner ist als die des eintreffenden Signals, was erlaubt, die Amplitude der Oszillation des Tastverhältnisses bezüglich des typisch idealen Werts von 50% zu minimieren.
  • Um insbesondere Taktsignale zu erzielen, deren Frequenz gleich 2n mal die Taktfrequenz des eintreffenden Signals ist, wobei n größer als 1 ist, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft mehrere Frequenzverdopplerblöcke auf, die in Reihe geschaltet sind.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform einer Vorrichtung und eines Verfahrens, die keineswegs einschränkend sind, sowie aus den anliegenden Zeichnungen.
  • 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Frequenzverdopplervorrichtung, die eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren erlaubt, und
  • 2a bis 2d, 3a bis 3d und 4a bis 4d zeigen Zeitdiagramme, die eine Veranschaulichung verschiedener Fälle des Betriebs der Vorrichtung von 1 erlauben.
  • 1 zeigt einen Frequenzverdopplerblock, der einen Eingangsanschluß BEE zum Empfangen eines eintreffenden Taktsignals CLK aufweist. Eine erste variable Verzögerungszelle CEL1 besitzt einen mit dem Eingangsanschluß BEE verbundenen Eingang BE1 und einen Ausgangsanschluß BS1, der mit einem ersten Eingang eines EXKLUSIV-ODER-Logikgatters PL verbunden ist.
  • Diese erste Verzögerungszelle CEL1 besteht aus einer Folge von Verzögerungselementen, die hier aus nicht invertierenden Verstärkerelementen (buffers) gebildet sind und in Reihe geschaltet sind. Ein erster Satz von Verzögerungselementen ERi trägt dazu bei, einen von der Zelle CEL1 bereitgestellten minimalen Wert der Zeitverzögerung zu erzielen, während ein zweiter Satz von Elementen ERj, deren Ausgänge außerdem jeweils mit den Eingängen eines Multiplexers MX1 verbunden sind, dazu beiträgt, den von der Zelle CEL1 bereitgestellten Wert der gesamten Verzögerung zu modulieren, wie nachstehend detailliert zu sehen sein wird.
  • Dieser Multiplexer MX1 besitzt einen Steuereingang, der ein Modulationssignal SEL empfängt, auf dessen Bedeutung nachstehend detaillierter zurückzukommen ist, sowie einen Ausgang, der mit dem Ausgang BS1 der Zelle CEL1 verbunden ist.
  • Der andere Eingang des Logikgatters PL ist mit dem Eingang BEE des Frequenzverdopplerblocks verbunden.
  • Folglich empfängt das Logikgatter PL einerseits das eintreffenden Taktsignal CLK und andererseits ein erstes Taktsignal CLK1, das von der ersten Verzögerungszelle CEL1 ausgegeben wird und bezüglich des eintreffenden Signals CLK um eine erste Verzögerung Td verzögert ist, deren Wert von der Anzahl der Verzögerungselemente ERi, ERj abhängt, die zwischen dem Eingang BE1 und dem gewählten Ausgang des Multiplexers MX1 tatsächlich geschaltet sind.
  • Folglich gibt der Ausgang des Logikgatters PL, der hier effektiv auch der Ausgangsanschluß BSS des Frequenzverdopplerblocks ist, ein Ausgangstaktsignal CLK2 aus, dessen Frequenz bezüglich der des eintreffenden Taktsignals CLK automatisch verdoppelt ist.
  • Wegen möglicher Schwankungen des Werts der von der ersten Verzögerungszelle hineingebrachten Verzögerung Td, die insbesondere von Schwankungen der Temperatur, der Spannungsversorgung oder Abweichungen beim Fertigungsverfahren hervorgerufen werden, kann jedoch das Tastverhältnis dieses Ausgangssignals CLK2, d. h., das Verhältnis zwischen der Dauer des hohen Zustands (oder niedrigen Zustands) dieses Ausgangssignals und der Gesamtdauer der Periode, Schwankungen unterworfen sein.
  • Um dieses Tastverhältnis zu steuern und insbesondere Schwankungen des Tastverhältnisses innerhalb minimaler und maximaler Grenzen bezüglich eines Idealwerts von 50% sicherzustellen, weist der erfindungsgemäße Verdopplerblock Einrichtungen zum Auswerten und Vergleichen des Tastverhältnisses des Ausgangssignals CLK2 mit dem Idealwert von 50% auf, sowie Modulationseinrichtungen, die erlauben, insbesondere den Wert der von der ersten Verzögerungszelle CEL1 hineingebrachten ersten Verzögerung Td zu modulieren.
  • Es werden nun diese verschiedenen Einrichtungen detailliert beschrieben.
  • Die Vergleichseinrichtungen weisen zunächst eine zweite variable Verzögerungszelle CEL2 auf, die einen mit dem Ausgang des Logikgatters PL verbundenen Eingang BE2 sowie einen Ausgang BS2 aufweist. Diese zweite variable Verzögerungszelle ist zur ersten variablen Verzögerungszelle CEL1 identisch und ihr zugehöriger Multiplexer MX1 wird ebenfalls von dem Modulationssignal SEL gesteuert. Obwohl diese zwei Zellen theoretisch und praktisch identisch sein sollten, so daß sie identische erste und zweite Verzögerungen Td bewirken, wird stark empfohlen, daß die Anordnungsschemata ihrer jeweiligen Komponenten identisch sind und daß diese Zellen auf der integrierten Schaltung Seite an Seite oder, besser noch, ineinander verzahnt angeordnet sind, um die Risiken von Unterschieden zwischen diesen zwei Verzögerungen noch weiter zu minimieren.
  • Die zweite Zelle CEL2 gibt also ein zweites Signal CLK3 aus, das bezüglich des Signals CLK2 um die Verzögerung Td verzögert ist.
  • Dieses zweite verzögerte Signal CLK3 wird zum Eingang BE3 der Abstasteinrichtungen ECH geschickt, die hier aus zwei D-Flipflops bestehen, die in Reihe geschaltet sind und mit FF1 bzw. FF2 bezeichnet sind. Diese zwei Flipflops werden von dem eintreffenden Taktsignal CLK, in der Praxis an den Anstiegsflanken des Signals CLK, gesteuert.
  • Die Abtastung des zweiten verzögerten Signals CLK3 erlaubt eine Bestimmung, ob das Tastverhältnis des Ausgangstaktsignals CLK2 zu gering oder zu erheblich ist und dies als Funktion des Werts des abgetasteten Signals SCH, das am Ausgang BS3 der Abtasteinrichtungen ECH ausgegeben wird. Dieses Signal SCH ist konkret ein binäres Signal, das entweder den Wert "0" oder den Wert "1" annimmt und hier den Wert des Signals CLK3 bei den Anstiegsflanken des eintreffenden Signals CLK repräsentiert.
  • Dies wird nun unter Bezugnahme insbesondere auf 2a bis 2d, 3a bis 3d und 4a bis 4d besser verständlich.
  • Die 2a bis 2d zeigen die vier Zeitdiagramme der Signale CLK, CLK1, CLK2 und CLK3 für einen Verzögerungswert Td, der erlaubt, ein Tastverhältnis von 50% für das Ausgangstaktsignal CLK2 ideal zu erzielen.
  • Wenn dem so ist, kann insbesondere wegen Schwankungen der Temperatur des Chips oder der Spannungsversorgung der Verzögerungswert Td in die eine oder andere Richtung schwanken.
  • Somit sind in den 3a bis 3d die Zeitdiagramme dieser vier Taktsignale für den Fall gezeigt, daß die Verzögerung Td kleiner als der Idealwert ist. Man sieht also in diesem Fall, daß das Tastverhältnis des Ausgangssignals CLK2 kleiner als 50% ist. Es gilt also, den Wert der Verzögerung Td zu erhöhen. Der zu geringe Wert dieser Verzögerung und somit der zu geringe Wert des Tastverhältnisses äußert sich beim Abtasten des zweiten verzögerten Signals CLK3 an den Anstiegsflanken des eintreffenden Signals CLK durch einen Nullwert dieses Signals CLK3, der im zweiten Flipflop FF2 gespeichert wird und der einen der Werte des abgetasteten Signals SCH bildet. Mit anderen Worten, dieser Nullwert des Signals SCH bedeutet, daß die Abstiegsflanke des Signals CLK3 bereits aufgetreten ist (was den zu geringen Wert der Verzögerung Td bestätigt), also viel zu früh im Vergleich zum Idealfall.
  • Die 4a bis 4d zeigen den Fall, in welchem der Wert der Verzögerung Td zu hoch ist, was zu einem zu erheblichen Tastverhältnis für das Ausgangssignal CLK2 führt. In diesem Fall ist beim Abtasten des Signals CLK3 an den Anstiegsflanken des eintreffenden Signals CLK der Wert "1" des Signals CLK3 (der den anderen Wert des abgetasteten Signals SCH repräsentiert) in dem Flipflop FF2 vorhanden. Dies bedeutet, daß im Vergleich zum Idealfall die Abstiegsflanke des Signals CLK3 noch nicht aufgetreten ist, was gut eine zu erhebliche Verzögerung erkennen läßt, die es zu verringern gilt.
  • Das abgetastete Signal SCH wird dann zu den Modulationseinrichtungen geschickt, damit diese das Modulationssignal SEL ausarbeiten, das die Multiplexer MX1 der zwei Zellen CEL1 und CEL2 steuert.
  • Allgemeinen wird, wenn insbesondere der Wert des Signals SCH eine zu geringe Verzögerung Td repräsentiert, das Modulationssignal SEL auf den Multiplexer MX1 wirken, um die Anzahl der Verzögerungselemente ERj jeder Verzögerungszelle zu erhöhen und um somit den Verzögerungswert Td zu erhöhen.
  • Wenn dagegen der Wert des Signals SCH eine zu erhebliche Verzögerung Td repräsentiert, wird das Signal SEL den Multiplexer MX1 jeder Zelle so steuern, um die Anzahl der Verzögerungselemente ERj, die zwischen dem Eingang und dem Ausgang jeder Verzögerungszelle geschaltet sind, zu vermindern, um somit den Gesamtwert Td der Verzögerung zu vermindern.
  • Insbesondere weisen gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform die Modulationseinrichtungen eine Steuerstufe ETC auf, die einen Steuereingang EC1, der das Signal SCH empfängt, und einen Ausgang BS5 besitzt, der das Modulationssignal SEL ausgibt. Diese Steuerstufe ETC weist hier konkret Inkrementation/Dekrementation-Einrichtungen MID auf, die einen Eingang BE4 besitzen, der in einer Schleife zum Ausgang BS5 der Steuerstufe zurück verbunden ist. Der Eingang EC1 ist dann der Steuereingang dieser Einrichtungen MID. Diese weisen außerdem einen Ausgang BS4 auf, der mit einem der Eingänge eines Duplexers DX verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Ausgangs-D-Flipflop BCS verbunden ist. Der Ausgang dieses Flipflop BCS bildet den Ausgang BS5 der Steuerstufe.
  • Der andere Eingang des Duplexers DX ist ebenfalls in einer Schleife zum Ausgang BS5 zurück verbunden.
  • Außerdem empfangen Sättigungseinrichtungen SCN, auf deren Funktion später detaillierter zurückzukommen sein wird, einerseits das abgetastete Signal SCH und andererseits das von den Inkrementation/Dekrementation-Einrichtungen MID ausgegebene Ausgangssignal SAX. Der Ausgang dieser Sättigungseinrichtungen steuert den Duplexer DX.
  • Schließlich sind Frequenzteilereinrichtungen MDF herkömmlicher Struktur, von welchen ein Ausführungsbeispiel auf der Basis von zwei D-Flipflops und zwei Invertern in 1 gezeigt ist, zwischen dem Eingangsanschluß BEE des Frequenzverdopplerbocks (um das eintreffende Signal CLK zu empfangen) und dem Steuereingang des zusätzlichen Flipflop BCS geschaltet.
  • Im Betrieb erhöhen oder erniedrigen die Inkrementation/Dekrementation-Einrichtungen MID, die auf herkömmliche Weise aus Logikgattern aufgebaut sind, den aktuellen Wert des Modulationssignals SEL, das über Rückkopplung am Eingang BE4 dieser Einrichtungen MID anliegt.
  • Die Sättigungseinrichtungen SCN, die ebenfalls auf herkömmliche Weise mittels Logikgatter aufgebaut sind, erlauben in Kombination mit dem Duplexer DX einen Überlauf zu vermeiden. Wenn der Wert des Modulationssignals SEL am Eingang BE4 der Einrichtungen MID bereits seinen maximalen Wert erreicht hat und das Signal SCH ein Inkrementieren verlangt, darf in der Tat das von den Einrichtungen MID ausgegebene Ausgangssignal SAX nicht freigegeben werden, da es dann einen Überlauf geben würde. In diesem Fall steuern die Sättigungseinrichtungen SCN den Duplexer an seinem Eingang "1" so, daß er am Eingang des Flipflop BCS den alten Wert des Modulationssignals SEL bereitstellt. Entsprechendes gilt, wenn der aktuelle Wert des Modulationssignals SEL bereits den minimalen Wert erreicht hat und das Signal SCH ein Dekrementieren verlangt.
  • Die Steuerung der Multiplexer MX1 der zwei Verzögerungszellen ist am Ausgang der Steuerstufe ETC so synchronisiert, um den Zeitpunkt, an welchem das Hinzufügen oder Weglassen eines Verzögerungselements ERj in jeder Verzögerungszelle effektiv stattfindet, vollkommen zu beherrschen.
  • Insbesondere bringen die Abtasteinrichtungen ECH wegen der vorhandenen zwei Flipflops FF1 und FF2 eine Verzögerung von zwei Taktpulsen CLK in die Regelungsschleife hinein. Wenn die Aktualisierung des Verzögerungswerts in jeder Verzögerungszelle in der Frequenz des eintreffenden Taktsignals CLK freigegeben würde, würde sich dann eine maximale Oszillation beiderseits der Idealposition (50%) ergeben, die zwei elementaren Verzögerungsschritten, das heißt, der zweifachen Laufzeit durch ein Verzögerungselement ERi, entspricht. Das Vorhandensein der Frequenzteilereinrichtungen MDF und des Ausgangsflipflop BCS erlaubt, die Aktualisierung des Modulationssignals SEL mit einem Viertel der Frequenz des eintreffenden Signals CLK freizugeben, was erlaubt, die Oszillation auf einen Verzögerungsschritt zu begrenzen.
  • Wenn dem so ist, kann sich das Vorhandensein dieser Frequenzteilereinrichtungen in bestimmten Anwendungen als nicht notwendig erweisen, insbesondere wenn man Verzögerungselemente ERi wählt, die sehr geringe Laufzeiten haben.
  • Ferner ist die Länge des Laufwegs des Modulationssignals SEL bis zu den Multiplexern MX1 derart, daß die Multiplexer MX1 eingestellt sind, bevor die Flanke des eintreffenden Signals die Zeit haben würde, bis zum ersten Verzögerungselement ERj zu laufen. Dies ist mit den Ausführungsverfahren und Bauteilen, die herkömmlich in den integrierten Schaltungen verwendet werden, allgemein der Fall.
  • In dem Fall, in welchem das aktuelle Tastverhältnis des Ausgangssignals CLK2 genau dasjenige ist, das einer Pegeländerung des Signals CLK3 bei einer Anstiegsflanke des eintreffenden Signals CLK entspricht, besteht die Gefahr, einen Übergang abzutasten. Diese Gefahr entsteht nur für eine kleine Anzahl von Kombinationen von Betriebsbedingungen, unter Berücksichtigung insbesondere der Temperatur und der Spannungsversorgung. Sobald man sich von einer solchen Bedingung entfernt, beispielsweise wenn die Temperatur des Chip ansteigt, wird wieder ein stabiler Pegel abgetastet.
  • Um dieser Gefahr besser Rechnung zu tragen, wird vorteilhaft der von dem ersten Flipflop FF1 abgetastete Wert von einem zweiten Flipflop FF2, das ebenfalls von dem eintreffenden Signal CLK gesteuert wird, übernommen. Dies begrenzt die Auswirkungen einer eventuellen Metastabilität des ersten Flipflop. Somit erlaubt das zweite Flipflop, eine vollständige Periode des Taktsignals CLK zuzuweisen, damit ein eventuell metastabiler Wert ("schwimmend" oder "oszillierend") am Ausgang des ersten Flipflop FF1 die Zeit hat, sich auf "1" oder "0" zu stabilisieren.
  • Unter der Annahme schließlich, es gäbe in einem außergewöhnlichen Fall ebenfalls eine Metastabilität am Ausgang des zweiten Flipflop FF2, würde dies zur Folge haben, daß das Abtastsignal SCH ungefähr den Wert "0" oder "1" annehmen kann. Folglich kann das Modulationssignal ebenso gut inkrementiert wie dekrementiert werden. Aber wenn es in der Tat eine Metastabilität gegeben hat, so kommt es daher, weil das Tastverhältnis 50% war, und die Tatsache, daß man davon durch einen niedrigeren Wert oder höheren Wert um eine Stufe abweicht, hat dann nur geringe Bedeutung. Schließlich bemerkt der Fachmann, daß das darauffolgende Tastverhältnis keine Metastabilität hervorrufen kann, da sich ja der Wert des Modulationssignals zwangsläufig auf irgendeine Weise ändern wird, entweder durch Inkrementieren oder durch Dekrementieren.
  • Selbstverständlich bestimmt die Anzahl der Verzögerungselemente ERi und ERj jeder Verzögerungszelle die minimalen und maximalen Verzögerungen, die erreicht werden können. Sie werden also gewählt, um für erwartete Extremfälle geeignet zu sein, das heißt, um die geeignete Impulsbreite an dem Ausgangssignal erzeugen zu können, um unter allen Betriebsbedingungen ein Tastverhältnis nahe 50% zu haben. Außerdem ist es auch möglich, sich von Sättigungseinrichtungen SCN dadurch zu befreien, daß die Anzahl der Verzögerungselemente in jeder Zelle geeignet angepaßt wird (nötigenfalls dadurch, daß freiwillig eine zu große Anzahl von zuschaltbaren und abschaltbaren Verzögerungselementen vorgesehen wird), um die Gefahr der Sättigung zu vermeiden.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Verdoppeln der Frequenz eines eintreffenden Taktsignals, wobei das eintreffende Taktsignal (CLK) um eine erste variable Verzögerung (Td) verzögert wird, aus diesem ersten verzögerten Signal (CLK1), dem eintreffenden Taktsignal (CLK) und einer Logikfunktion des Typs EXKLUSIV ODER (PL) ein Ausgangstaktsignal (CLK2) erzeugt wird, das die doppelte Frequenz des Eingangssignals hat, das Tastverhältnis des Ausgangssignals mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen wird und der Wert der ersten Verzögerung (Td) als Funktion des Ergebnisses des Vergleichs moduliert wird, um ein Ausgangstaktsignal doppelter Frequenz und mit einem gesteuerten Tastverhältnis zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt des Vergleichens des Tastverhältnisses das Ausgangssignal (CLK2) um eine zweite variable Verzögerung (Td), die zur ersten Verzögerung identisch ist, verzögert wird, um ein zweites verzögertes Signal zu erhalten, und dieses zweite verzögerte Signal unter Verwendung des eintreffenden Signals (CLK) abgetastet wird, und daß der Wert der ersten und zweiten Verzögerung als Funktion des Werts des abgetasteten Signals (SCH) moduliert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Referenzwert gleich 50% ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede variable Verzögerung durch eine Folge von elementaren Verzögerungen (ERi, ERj) erzeugt wird, deren Anzahl variabel ist, und daß durch Inkrementieren oder Dekrementieren der Anzahl der elementare Verzögerungen in dieser Folge der Wert der Verzögerung moduliert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert jeder Verzögerung (Td) weniger oft moduliert wird als das Ergebnis des Vergleichs des Tastverhältnisses des Ausgangssignals (CLK2) gewonnen wird.
  5. Vorrichtung zum Vervielfachen der Frequenz eines eintreffenden Taktsignals, mit mindestens einem Frequenzverdopplerblock, der aufweist: einen Eingangsanschluß (BEE) für das eintreffende Signal (CLK), eine mit dem Eingang (BEE) verbundene erste variable Verzögerungszelle (CEL1), ein EXKLUSIV-ODER-Gatter (PL) mit einem Eingang, der mit dem Ausgang der ersten Verzögerungszelle (CEL1) verbunden ist, einem anderen Eingang, der mit dem Eingangsanschluß (BEE) verbunden ist, und einem Ausgang, der in der Lage ist, ein Ausgangstaktsignal (CLK2) auszugeben, das die doppelte Frequenz des eintreffenden Signals hat, Vergleichseinrichtungen (CEL2, ECH), um das Tastverhältnis des Ausgangssignals mit einem vorgegebenen Referenzwert zu vergleichen, und Modulationseinrichtungen (ETC), um den Wert der ersten Verzögerung als Funktion des Ergebnisses des Vergleichs zu modulieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtungen aufweisen: eine mit dem Ausgang des EXKLUSIV-ODER-Gatters verbundene zweite variable Verzögerungszelle (CEL2), die zur ersten variablen Verzögerungszelle (CEL1) identisch ist und ein zweites verzögertes Signal (CLK3) ausgibt, Einrichtungen (ECH) zum Abtasten des zweiten verzögerten Signals (CLK3), die mit dem Ausgang der zweiten Verzögerungszelle verbunden sind, von dem eintreffenden Signal gesteuert werden und ein binäres abgetastetes Signal (SCH) ausgeben, und daß die Modulationseinrichtungen eine Steuerstufe (ETC) aufweisen, die einen Eingang (EC1), der das binäre abgetastete Signal empfängt, und einen Ausgang (BS5) besitzt, der ein Modulationssignal (SEL) zur ersten und zweiten Verzögerungszelle schickt, um den Wert der Verzögerung (Td) als Funktion des Werts des binären abgetasteten Signals zu erhöhen oder zu erniedrigen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Referenzwert gleich 50% ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstufe (ETC) Inkrementation/Dekrementation-Einrichtungen (MID) aufweist, die einen Steuereingang (EC1), der mit dem Eingang (EC1) der Steuerstufe verbunden ist, einen Eingang (BE4), der mit dem Ausgang der Steuerstufe verbunden ist, und einen Ausgang haben, der mit dem Ausgang der Steuerstufe verbunden ist, wobei die Inkrementation/Dekrementation-Einrichtungen (MID) in der Lage sind, das Modulationssignal (SEL) als Funktion des Werts des binären abgetasteten Signals zu inkrementieren oder dekrementieren, und daß jede Verzögerungszelle eine Folge von Kaskaden-Verzögerungselementen (ERi, ERj) aufweist, wobei die Ausgänge mindestens einiger von ihnen (ERj) jeweils mit den Eingängen eines Multiplexers (MX1) verbunden sind, der von dem Modulationssignal gesteuert wird, wobei der Ausgang des Multiplexers mit dem Ausgang der Verzögerungszelle verbunden ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtungen zwei Flipflops (FF1, FF2) aufweisen, die in Reihe geschaltet sind und alle beide von dem eintreffenden Signal gesteuert werden.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstufe der Modulationseinrichtungen eine Frequenzteiler-Unterstufe (MDF), die das eintreffende Signal (CLK) empfängt und ein Hilfssteuersignal ausgibt, das eine Frequenz gleich einem vorgegebenen Untervielfachen der Frequenz des eintreffenden Signals hat, und ein Ausgangsflipflop (BCS) aufweist, dessen Eingang mit dem Ausgang der Inkrementation/Dekrementation-Einrichtungen verbunden ist und dessen Ausgang mit dem Ausgang der Steuerstufe der Modulationseinrichtungen verbunden ist und dessen Steuereingang das Hilfssteuersignal empfängt.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere in Reihe geschaltete Frequenzverdopplerblöcke aufweist.
DE69827325T 1997-07-16 1998-07-06 Verfahren zur Frequenzvervielfachung eines Taktsignals mit Tastverhältnissteuerung und entsprechende Vorrichtung Expired - Fee Related DE69827325T2 (de)

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FR9709022 1997-07-16

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DE69827325D1 DE69827325D1 (de) 2004-12-09
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