FI92768C - Tehoa säästävä syntetisoidulla kellolla varustettu mikrotietokone - Google Patents

Description

92768

Tehoa sååståvå syntetisoidulla kellolla varustettu mikro-tietokone

Tekniikan ala 5 Esilla oleva keksinto koskee mikrotietokoneille syotettyjen ajoitussignaalien ohjausta mikrotietokoneen laskennallisten kykyjen ja tehon kulutuksen muuttamiseksi.

Keksinndn tausta

Useinunissa mikrotietokonesovellutuksissa mikro-10 tietokonelaitetta kaytetaan kiinteataajuisesta kello- lahteesta, joka on tyypillisesti kideoskillaattoripiiri, joka sisaltyy mikrotietokonepiiristoon. Tama rakenne tekee mikrotietokoneen ajoituspiiriston rakenteesta vksin-. kertaisen, mutta se voi rajoittaa mikrotietokonejarjes-15 telman haluttua toimintaa tehon kulutuksen ja ohjelmoin-nin joustavuuden suhteen. Lisaksi tarna jarjestely voi myos vaikuttaa mikrotietokonejarjestelman kokonais-kustannuksiin.

Sovellutuksissa, joissa laskennalliset vaatimukset 20 vaihtelevat ajan myota, kellotaajuus taytyy valttamatta asetella kyllin korkeaksi muodostamaan laskennallinen teho (laskutoimituksia sekunnissa), joka vaaditaan kasit-telemaan mikrotietokoneella suoritettavat vaativimmat tehtavat. Naissa sovellutuksissa tietokone usein toimii 25 korkeammilla kellotaajuuksilla, kuin mita vaadittaisiin vahemman vaativien valittomien tehtavien suorittamiseen. Koska kaikki mikrotietokoneet ja erityisesti CMOS-mikro-tietokoneet kuluttavat enemman tehoa korkeammilla toimin-tataajuuksilla kuin alhaisilla toimintataajuuksilla, on 30 seurauksena, etta tavanomaisen kiinteataajuisen kello-signaalilahteen kayttamat CMOS-mikrotietokoneet kuluttavat enemman tehoa kuin mita ne tekisivat, jos kellotaa juutta voitaisiin kohottaa ja laskea valittomien tehtavien vaatimusten mukaisesti. Tama suuresti auttaisi 35 jarjestelman tehon kulutuksen pienentåmisessa ja lisaksi, jos kellotaajuus olisi ohjelmaohjauksen alainen, tarna 2 92768 voisi muodostaa energiataloudeltaan tehokkaamman mikro-tietokonejarjestelraån.

Yksi aikaiseitunin tunnettu jårjestelmå, joka yrit-tåå pienentåa naiden ongelmien haitallisia vaikutuksia, 5 kåyttaå ohjelmoitavaa jakajaa, joka on kytketty kide-oskillaattorikellolahteen ja mikrotietokoneen valiin. Jakajan jakajaa voidaan muuttaa muodostamaan joko korkea-taajuinen tai matalataajuinen kellosignaalisisåantulo mikrotietokoneeseen tarkoituksena pienentaa mikrotieto-10 koneen tehon kulutusta. Kuitenkin tåssa jalleen kide-oskillaattorin perustaajuuden tåytyy olla kyllin korkea kåyttåmaan mikrotietokonetta korkeimmalla kellotaajuu-della, joka vaaditaan kåsittelemåan ennalta ohjelmoitujen tehtavien vaikeimmat laskennalliset vaatimukset. Kielta-15 matta jonkinlaista energiansaastoa esiintyy, kun mikro-tietokonetta kåytetåan alemmalla kellotaajuudella.

Mutta jakajapiiristo, joka mahdollistaa kellotaajuuden pienentamisen toimii aina korkealla sisaantulokellotaajuudella ja itse jakajan tehon kulutus yhdessa korkeataajui-20 sen oskillaattorin tehon kulutuksen kanssa vox haitalli-sesti vaikuttaa koko mikrotietokonejarjestelmån tehon kulutukseen. Itse asiassa monissa sovellutuksissa, joissa on hyvin suuri ero vaaditun pienimman ja suurimman kello-taajuuden vSlilla mikrotietokoneen tehtavia vårten, kide-25 oskillaattori ja ohjelmoitava jakaja yhdessa kuluttavat merkittavåsti enemman tehoa kuin mikrotietokone kulut-taisi alemmalla taajuudellaan, alemmassa tehonkulutus-tilassa. Lisaksi siihenkin tosiseikkaan sisaltyy ongelma, etta useimpien mikrotietokoneiden kideoskillaattorien 30 toimintataajuus on alueella 1,0 - 8,0 MHz. Kidetaajuuden ohjauselementit, jotka ovat kaytettavisså talla taajuus-alueella ovat kooltaan suuria ja suhteellisen kalliita verrattuna pal jon pienempiin halpoihin matalataajuisiin (30-100 kHz) kiteisiin, joita on kehitetty ensisijaisesti 35 elektronisia aikaosasovellutuksia vårten. Siten teknii-kan tason mukaisten laitteiden kayttoon liittyy oleel-lisia koko-, teho- ja kustannusongelmia.

li 3 92768

Keksinnon yhteenveto

Ylla olevan mukaisesti tåmån keksinnon kohteena on muodostaa muuttuvataajuinen kellolåhde mikrotieto-konetta vårten, jonka ulostulotaajuutta voidaan muuttaa 5 mikrotietokoneen laskennallisten vaatimusten mukaisesti.

Keksinnon toinen kohde on muodostaa muuttuvataa juuksinen kellolahde ja mikrotietokone siten, etta yhdistelmån tehon kulutus minimoidaan kaikkia kelion toimintataajuuksia vårten.

10 Taman keksinnon toinen kohde on muodostaa muuttuva- taajuuksinen kellolahde mikrotietokonetta vårten, joka on mikrotietokoneen suorittaman ohjelman ohjauksen alainen.

Taman keksinnon vielå eras kohde on muodostaa 15 muuttuvataajuuksinen kellolåhde mikrotietokonetta vårten, joka kåyttåå miniatyrisoituja, pienitaajuisia, halpoja kidevertailuelementteja oskillaattoripiirisså.

Keksinnon vielå eråånå kohteena on muodostaa muuttuvataajuinen kellolåhde, joka voidaan helposti 20 toteuttaa samalle lastulle mikrotietokoneen kanssa kåyt-tåen useita integroitujen piirien tekniikoita sisåltåen CMOS-tekniikan.

Esillå olevan keksinndn yhden piirteen mukaisesti on muodostettu mikrotietokone, jossa on ohjelmoitava 25 kellotaajuuslåhde, joka kåsittåå matalataajuisen kide-ohjatun kellolåhteen, taajuuskertojatyyppisen taajuus-syntetisaattorin ja kellolåhdevalitsimen. Taajuussynte-tisaattori on edelleen muodostettu vaiheilmaisimesta, alipååstosilmukkasuotimesta, jånniteohjatusta oskillaat-30 torista (VCO) ja ohjelmoitavasta jakajasta, jotka on kytketty toisiinsa siten, ettå syntetisaattorin ulostulotaa juutta voidaan ohjata mikrotietokoneella.

Toiminnassa taajuussyntetisaattorin ulostulotaa juutta voidaan ohjata laajalla arvoalueella mikro-35 tietokoneen suoran ohjauksen alaisena. Jårjestelmån tehon kulutuksen minimoimiseksi taajuussyntetisaattori ja 4 92768 kaikki siihen sisåltyvåt elementit voidaan kytkea irti ja sijoittaa tilaan, jossa ne eivat kuluta lainkaan tehoa samalla kun kideoskillaattorin matalampitaajuista ulos-tuloa kåytetåån suoraan syottamåån kellopulsseja mikro-5 tietokoneelle. Tyypillisessa sovellutuksessa vakiotyyppi-nen 32 kHz aikakidettå voidaan kåyttåå kideoskillaatto-rissa ja taajuussyntetisaattori, jota on kaytetty kehit-tåmåån kellotaajuussignaaleja taajuuteen 5,12 MHz, muo-dostaa sopivan toimintataajuusalueen mikrotietokonetta 10 vårten ja vastaavasti tehonkulutusalueen yli sadan suh-de yhteen.

Lyhyt piirustusten selitys Nåmå ja muut taman keksinnon kohteet ja edut voidaan ymmårtåå tåydellisemmin seuraavasta yksityiskohtai-15 sesta selityksestå yhdessa oheisten piirustusten kanssa, joissa kuviot 1A ja 1B esittavat tekniikan tason mukaisia tekniikoita kellosignaalien syottamiseksi mikrotieto-koneeseen, 20 kuvio 2 on keksinnon perusrakenteen toimintalohko- kaavio, kuvio 3 on yksityiskohtaisempi toimintalohkokaavio, joka esittaå keksinnon elementit, kuvio 4 esittaå kuvion 3 taajuussyntetisoidun 25 ajoitusgeneraattorin yksityiskohtaisen lohkokaavion, kuviot 5A, 5B, 5C ja 5D esittavat yksityiskohtai-sia piirejå kuviossa 4 esitettyjå elementteja vårten, kuvio 6 esittaå vaihtoehtoisen suoritusmuodon kuvion 4 taajuussyntetisoidulle ajoitusgeneraattorille, 30 kuviot 7A, 7B, 7C, 7D, 7E, 7F ja 7G ovat ajoitus- kaavioita, jotka ovat hySdyllisiå selitettåesså kuviois-sa 3, 4 ja 5A-D esitettyjen piirien toimintaa. Piirustusten yksityiskohtainen selitys Kuvio 1A esittaå tavanomaisen tavan, jota on ylei-35 sesti kåytetty syottåmåån kellosignaaleja, jotka tarvi-taan mikrotietokoneen kåyttåmiseen. Tåsså kideoskillaat- i 5 92768 toripiiri 100 kåyttåa tavanomaista såhkoisesti viritetta-visså olevaa kide-elementtiå 102 kehittåmåan stabiili kellosignaali taajuudella f Kideoskillaattorin 100 (fref) ulostulo syotetåån suoraan kellolle ja CPU:n 104 5 ajoitussisåantuloihin, joka myos sisåltåå kaikki ympårys-piirit, jotka normaalisti liittyvåt mikrotietokoneen rakenteeseen. Kuviossa 1 esitettya oskillaattoripiiriå 100 kaytetaan jatkuvasti taajuudella f joka vålttåmattå taytyy olla riittåvån korkea kyetåkseen tukemaan mikro-10 tietokoneelle ohjelmoitujen proseduurien vaativimpien osien laskennallisia kykvja. Monissa sovellutuksissa kuten esimerkiksi signaalidekoodereissa, joita kaytetaan henkilohakuvastaanottimissa, mikrotietokoneelle asetetut laskennalliset huippuvaatimukset voivat olla 100 kertaa 15 suuremmat kuin laskennalliset minimivaatimukset. Mikrotietokoneen tallaisen kayton johdosta se voi kuluttaa paaosan ajastaan suorittamaan yksinkertaisia tehtåvia, jotka vaativat minimaalisia laskennallisia kykyja. Tallaisissa sovellutuksissa kuviossa 1A esitetty rakenne 20 johtaa merkittavasti korkeampaan tehonkulutukseen, kuin mita vaadittaisiin, jos kellotaajuus voitaisiin jollain tavoin asetella arvoon, joka vaaditaan tyydyttaraaan mikrotietokoneen suorittaman tehtavan laskennalliset tarpeet.

25 Tarkastellaan esimerkiksi tapausta, jossa mikro tietokoneen taytyy suorittaa toistuva ohjelmointitehtå-vien sarja, jossa huippukellolla fre£ on seuraavat arvot: a) 5,12 MHz vaaditaan 0,100 sekuntia vårten, 30 b) minkå jalkeen vaaditaan 32 kHz kellotaajuus 0,900 sekuntia vårten, jota seuraa c) a) ja b) sekvenssin toistaminen. Lisaksi vertailun helpottamiseksi harkitaan tapausta, jossa mikrotietokone ja kellopiiristo on toteutettu CMOS-piiri-35 elementeilla ja mikrotietokone koostuu Motorola MC146802E2 mikrotietokoneesta ja MC65516 ROM:ista.

6 92768

On hyvin tunnettua, etta laajalla kåyttotaajuuk-sien alueella CMOS-piirien tehonkulutus on suoraan verrannollinen kayttavaan kellotaajuuteen.

Tehonkulutus = vakio x f misså vakion arvo ref 5 on riippuvainen kyseisesta piirirakenteesta, joka on tavallisesti kiintea kullekin piirille.

Ylla hahmotellulle esimerkille mikrotietokoneen virrankulutus olisi 4 milliampeeria 5 voltin teholah-teesta, kun mikrotietokonetta kaytetaan kellotaajuudella 10 5,12 MHz. Mikrotietokoneen virrankulutus våhentyisi arvoon 0,025 milliampeeria 5 voltin teholåhteesta, jos kellotaajuus laskettaisiin arvoon 32 kHz.

Samoin tyypillinen CMOS-kideohjattu oskillaattori, kuten se mita kåytetåån MC146805E2 mikroprosessorissa, 15 ottaisi 0,8 milliampeeria 5 voltin lahteesta kaytettyna taajuudella 5,12 MHz, mutta ottaisi ainoastaan 0,005 milliampeeria, jos oskillaattorin taajuus laskettaisiin arvoon 32 kHz.

Siten kuviossa 1A esitetylle jarjestelmalle, jossa 20 kellotaajuus taytyy asettaa taajuuteen 5,12 MHz keski-maårainen tehonkulutus on:

Tehonkulutus = V x I

= (5,0 V) x (0,8 + 4,0 mA)

= 24 mW

25 Kuitenkin, jos kellotaajuus olisi jollain tavoin asetel-tavissa toteutumaan kulloisenkin tehtavan minimivaati-muksiin tehonkulutus olisi niinkin alhainen kuin: Tehonkulutus = 0,1 V x Ikorkea + 0,9 V x Imatala = 0,1 (5V) (4,8 mA) + 0,9 (5 V) (0,03 mA)

30 = 2,54 mW

ja 21,4 mW:n ero kahden tehonkulutuksen valillå osoittaa, etta voitaisiin saavuttaa 90 % nettotehon saasto. Siten tata esimerkkia vårten tekniikan tason mukainen piiri kuluttaa låhes kymmenen kertaa niin paljon tehoa kuin 35 vaadittaisiin, jos kellotaajuutta voitaisiin muuttaa mikrotietokoneen kulloistenkin laskennallisten vaatimus-ten mukaisesti.

II

7 92768

Toinen kuviossa 1A esitetyn rakenteen rajoitus on, etta mikrotietokone on rajoitettu kayttamaan vhta kellotaajuutta aika-akselina kuluneiden aikaintervallien ajastukséen ja ohjelmien suorittamiseen. Useissa sovel-5 lutuksissa olisi suotavaa, etta olisi kaytettavissa kor-keataajuinen kantataajuus siten, etta voitaisiin mitata pienia aikaintervalleja suurella tarkkuudella ja myos olla kaytettavissa matalataajuinen kantataajuus siten, etta voitaisiin mitata pitkia aikaintervalleja ilman etta 10 tarvitaan hyvin suurien ajoituspiirien kayttoa mikro-tietokoneessa. Lisaksi monet ohjelmointitehtavat, kuten sisaantulosignaalien nayttoonotto vaihtelevilla taajuuk-silla, ulostulosignaalin kehittaminen erilaisilla ennal-ta maaratyilla taajuuksilla jne., voidaan suorittaa 15 helpommin, jos kellotaajuutta voitaisiin muuttaa ja sovittaa sopeutumaan mikrotietokoneen suorittaman ohjel-man vaa t imuk s i in.

Kuvio 1B esittaå toiminnallisen lohkokaavion toisesta tekniikan tason mukaisesta rakenteesta, jossa 20 kideoskillaattorin 100 (f ulostulo on kytketty såadettåvan taajuusjakajan 106 sisaantuloon. Jakajan ulostulo on kytketty mikrotietokoneen 104 kellosisaan-tuloon ja mikrotietokoneen 104 ulostulo on edelleen kytketty saadettavan jakajan 106 ohjaussisaantuloon 108. 25 Saadettavållå jakajalla 1B on jakaja, jota voi daan muuttaa mikrotietokoneella liittimelle 108 syote-tyn ohjaussignaalin kautta. Toiminnassa jakaja 106 asetetaan alhaiselle jakajalle jakamaan fr ^ pienella jakajalla ja ka.ytta.maan mikrotietokonetta korkealla 30 kellotaajuudella, kun vaaditaan korkeaa laskentakapa-siteettia. Jakaja 106 voidaan asettaa myos korkealle jakajalle jakamaan f ^ korkealla jakajalla ja kåytta-maån mikrotietokonetta matalalla kellotaajuudella, kun vaaditaan matalaa laskentakapasiteettia.

35 Tekniikan tason mukainen rakenne kuviossa 1B

parantaa joitakin kuvion 1A rakenteeseen liittyneita 8 92768 rajoituksia, mutta se ei eliminoi niitå tåysin. Erityi-sesti rakenne kuviossa 1B edelleen vaatii fyysisesti suuren ja suhteellisen kalliin kellokiteen 102 kayttoa tuottamaan vaadittu korkea kellotaajuus. Se parantaa 5 tehonkulutusongelmia, kun mikrotietokonetta kåytetåån erittain alhaisilla kellonopeuksilla, mutta korkeaan kellotaajuusoskillaattoriin ja saadettåvåån jakajaan liit-tyva tehonkulutus voi helposti olla monta kertaa suurempi kuin mikrotietokoneen kuluttama teho. Siten integroiduille 10 piireille, jotka on valmistettu samalla puolijohdeproses-soinnilla kuin mikroprosessori, virrankulutus, joka vaa-ditaan kayttamaan CMOS-oskillaattoripiiria 102 ja siihen liittyvåa taajuusjakajapiiriå, kuten 106 oskillaattori taajuudella 5,12 MHz on tyypillisesti 1,0 milliampeeria 15 5 voltin teholahteestå. Tama vastaa 5 mV tehonkulutusta.

Otettaessa sama esimerkinomainen ohjelmointi-tehtava, johon on aiemmin viitattu, kuviossa 1B kuvatun kaltaisen jarjestelmån kuluttama teho olisi: keskimaarainen tehonkulutus = 20 0,1 (5 V) (5,0 mA) + 0,9 (5 V) (1,025 mA)

keskimaarainen tehonkulutus =7,1 mW

Vahennettåesså 5 mW teho johtuen oskillaattorin ja jakajan yhdistelmastå johtaa keskimaåråiseen vain 2,1 mW tehonkulutukseen, jonka mikrotietokone kuluttaa.

25 Siten oskillaattori ja jakaja kuluttavat lahes kaksi ja puoli kertaa mikrotietokoneen kuluttaman tehon.

Edelleen tassa ratkaisussa mikrotietokonetta voi-daan ajastaa vain taajuuksilla, jotka ovat oskilaattori-taajuuden kokonaismurto-osia siten, etta kyky muuttaa 30 kellotaajuutta arvoihin, jotka sallivat tehokkaan mikrotietokoneen ohjelmoinnin on vakavasti rajoittunut. Esimerkiksi oskillaattoritaajuudella 5 MHz vain kello-signaalitaajuudet 5,0 MHz, 2,5 MHz, 1,66 MHz, jne. voi-daan kehittaa vastaten jakajia 1, 2, 3 jne. Suuret valit 35 ulostulotaajuuksissa, jotka esiintyvåt alhaisilla jaka-jilla vakavasti rajoittavat jarjestelman toimintaa, 11 9 92768 koska juuri korkeilla kåyttokellotaajuuksilla tarvitaan suuri måårå lahekkain sijaitsevia vaihtoehtoisia kello-taajuuksia. Siten kuviossa 1B esitetylla rakenteella on vakavia lisåhaittoja, jotka eliminoidaan esilla olevalla 5 keksinnollå.

Kuvio 2 esittåå toiminnallisen lohkokaavion esilla olevasta keksinnostå. Kuten aikaisemmissa kuvioissa kideoskillaattori 100 on kytketty kide-elementtiin 102. Oskillaattori 100 ja kide 102 on esitetty ymparoidyiksi 10 katkoviivalaatikolla, jota on merkitty viitenumerolla 109 esittåmåån ajoitussignaalien lahdetta, jotka syotetaan taajuussyntetisoituun ajoitusgeneraattoriin 200. Kide-oskillaattorin 100 ulostulosignaalit on kytketty taa-juussyntetisoituun ajoitusgeneraattoriin 200 vertailu-15 kellosisåantuloliittimen 202 avulla. Taajuussyntetisoidun ajoitusgeneraattorin 200 ulostulosignaalit on kytketty mikrotietokoneeseen 104 CPU-kellosisaantuloliittimelle 110 ja ajoituskellosisaantuloliittimelle 112. Ulostulo-ohjauslinja mikrotietokoneesta 104 on kytketty taajuus-20 syntetisoidun ajoitusgeneraattorin 200 ohjaussisaan-tuloon 114.

Toiminnassa kideoskillaattori yhdessa kiteen 102 kanssa kehittaå tarkkoja, matalataajuisia, kideohjattuja ulostulosignaaleja, joilla edullisesti on taajuus valilla 25 30-100 kHz. Kayttamalla vertailukellokantataajuutta talla taajuusalueella oskillaattoripiirin tehonkulutus voidaan pitaa minimissa ja vastaavasti voidaan kayttaa halpoja, fyysisesti pienia kantataajuuskiteita kide-taajuuden vertailuelementteina. Pienempien ja halvempien 30 kiteiden kayton sailimiseksi matalataajuiset kello-signaalit kideoskillaattorilta 108 syotetaan taajuussyntetisoidun ajoitusgeneraattorin 200 vertailukello-sisaantuloon 202. Toimintalohko 200 sisaltaå taajuus-kertojatyyppisen taajuussyntetisaattorin ja ajoitus- ja 35 valintalogiikan, joka kehittaå kaksi ulostulosignaalia, jotka syotetaan mikrotietokoneen kello- ja ajastin-sisåånmenoihin.

92768

1 O

Ajoitusgeneraattoriin 200 sisåltyva taajuussynte-tisaattori kehittåa ulostulotaajuuden: f = M-f * syn ref missa f f on sen signaalin taajuus, joka syotetaan kel-5 lovertailusisååntuloliittimelle 202 ja M on kokonaisluku-tekijå, jota voidaan ohjata mikrotietokoneella ohjaus-liitåntåsisååntuloliittimen 114 avulla ajoitusgeneraat-torissa 200. Edullisessa suoritusmuodossa ajoitus- ja valintalogiikka ajoitusgeneraattorissa 200 sallii joko 10 vertailutaajuisen signaalin kideoskillaattorilta 108 tai ulostulosignaalin fSyn syntetisaattorilta syottåmisen joko toiseen tai molempiin mikrotietokoneen kello- ja ajastinsisaantuloliittimiin. Lisaksi taajuussyntetisaat-tori on konstruoitu siten, etta se voidaan tåysin kytkea 15 irti nollatehonkulutustilassa, samalla kun kideoskil- laattorin ulostulosignaali syotetaan suoraan mikrotieto-koneen seka kello- ettS ajastinsisaantuloliittimiin.

Kuviossa 2 esitetty jarjestelma on esitetty yksi-tyiskohtaisemmin kuvioissa 3, 4, 5A, 5B, 5C, 5D, 6 ja 20 7A-F ja sita kuvataan yksityiskohtaisemmin seuraavissa kappaleissa. Kun tassa kuvattua jarjestelmarakennetta kaytetaan toteuttamaan aiemmin harkittu nayteajan miiut-tamisohjelma kokonaistehonkulutus vahenee merkittavasti.

Erityisesti sama CMOS-oskillaattori, joka on 25 osa kuvion 1B oskillaattori- ja jakajarakenteesta ottaa ainoastaan 5 mikroampeeria kaytettynå taajuudella 32 kHz. Taajuussyntetisoitu ajoitusgeneraattori 200 ottaa 0,5 milliampeeria kehittaessaan 5,0 MHz ulostulosignaalin ja silla on nollan suuruinen virrankulutus, kun se on irti-30 kytkettyna siten, etta kideoskillaattorin 100 ulostulo syotetaan suoraan mikrotietokoneen 104 molempiin kello-sisaantuloliittimiin 110 ja 112. Tehonkulutus kayttaen esilla olevaa keksintoå naytteenotto-ohjelmasekvenssin suorittamiseen on taten: 35 keskimaarainen tehonkulutus = 0,1 (5 V) (4,5 mA) + 0,9 (5 V) (0,030 mA)

= 2,38 mW

II

11 92768 mika on enemmån kuin kymmenkertainen parannus kuviossa 1A esitetyn jarjestelman tehonkulutukseen nahden ja kolmikertainen parannus kuviossa 1B esitetyn jarjestelman tehonkulutukseen nahden.

5 Edelleen voidaan ymmårtåa, etta kayttaen matala- taajuista kidevertailusignaalia syntetisoitua ulostulo-taajuutta voidaan muuttaa suhteellisen pienina taajuus-portaina, mika sallii mikrotietokoneen kellotaajuuden tarkan asettelemisen edullisiin taajuusarvoihin tieto-10 koneen tehokkuuden parantamiseksi ja tehon hyvaksikayton lisååmiseksi tietokoneen ohjelman suorittamisen aikana. Esimerkiksi oskillaattoritaajuudelle 32 kHz voidaan kehittaa 160 erilaista syntetisoitua ulostulotaajuutta valilla 32 kHz - 5,12 MHz taajuuden ollessa 32 kHz moni-15 kerta. Talla kaytettavisså olevien taajuuksien ryhmålla on se suotava ominaisuus, etta korkeammat taajuudet, joita kaytetaan ajastamaan mikrotietokone, kun sen vaa-tivimpia ohjelmoituja tehtavia suoritetaan on kaytetta-vissa suuri maåra lahekkain sijaitsevia kellotaajuuksia, 20 jotka voidaan valita helpottamaan tietokoneen ohjelmointi-tehtavaa ja lisaamaan mikrotietokoneen toiminnan tehok-kuutta. Lisaksi tulisi olla selvaa, etta kidevertailuun perustuvan kantataajuuden kaytto, joka on pienempi kuin taajuus, joka vaaditaan tietokoneella suoritettavia 25 vaativimpia tehtavia vårten yhdesså kertovatyyppisen taa-juussyntetisaattorin kanssa muodostaa optimaalisen tehon-saaston. Kun taajuudenvalinta tehdaan riippuvaisesti tietokoneen suoritettavasta tehtavasta, tama tuottaa energiankayton suhteen erittain tehokkaan mikrotieto-30 konejarjestelman.

Kuvio 3 esittåå kuvion 2 jarjestelman yksityis-kohtaisemmassa lohkokaaviomuodossa. Tassa taajuussynte-tisoitu ajoitusgeneraattori 200 ja mikrotietokone 104 on jaettu osaelementteihinså. Kideoskillaattorin 100 35 ulostulo on kytketty taajuussyntetisaattorin 204 vertai-luoskillaattorisisaantuloliittimeen 202, ajoitusvalinta- 12 92768 piirin 206 sisaantuloon ja ajastinsisaantulovalitsimen 218 sisaantuloliittimeen 112 mikrotietokoneessa 104.

Taajuussyntetisaattorin 204 ulostulosignaali muodostaa toisen kellosisååntulon ajoitusvalitsinta 206 vårten.

5 Ajoitusvalitsinpiirin 206 ulostulosignaali on kytketty mikrotietokoneen 104 kellosisåantuloliittimelle 110 ja ajastinsisaantulovalitsimen 218 toiseen sisaantuloon.

Mikrotietokone 104 sisaltaa CPU:n 220, joka puolestaan sisaltaa muiden elementtien ohella CPU-kello-10 generaattorin ja ohjauspiirin 222, ajastin/laskurin ja esiskaalaimen 224 ja ajastinohjausrekisterin 226. Alan asiantuntijat ymmårtåvåt, etta CPU-kellogeneraattori toimii lahdekellona kaikkia sisaisiå CPU-kåskyajastuksia ja osoite/datatoimintoja vårten. Ajastin/laskuria kåyte-15 taan ensisijaisesti ajoitusoperaatioihin ja -funktioihin ohjelmoitavana kuluneen ajan mittauselementtinå. CPU:n 220 on myos esitetty sisaltavan akkuindeksirekisterin, varasto-osoittimen ja useita muita moduleita, joiden hyvin tiedetaan sisaltyvan CPUrhun. CPU on kytketty 20 kaksisuuntaisen ohjausvaylalinjan 230 avulla taajuus-ohjausrekisteriin 240,C-portti sisaantulorekisteriin 242, I/O portti A rekisteriin 244, I/O portti B rekiste-riin 246 ja I/O portti D rekisteriin 248, ohjelma-ROM:iin 250 ja RAM:iin 252.

25 Ulostulo-ohjauslinja 227 ajastinohjausrekisterilta 226 on kytketty ajastinsisaantulovalitsimen 218 kolman-teen sisaantuloon ja valitsimen 218 ulostuloliitin 225 on kytketty ajastin/laskurin ja esiskaalaimen 224 sisaantuloon. Ajastinvalitsin 218 myos vastaanottaa kellolahde-30 signaalin oskillaattorilta 100 liittimellå 112. Siten ajastinvalitsin 218 on varustettu ajastussignaaleilla seka oskillaattorilta 100 etta syntetisaattorilta 204.

Kaksi ulostulo-ohjaussignaalilinjaa 249 ja 251 rekisterilta 240 on kytketty ajoitusvalintapiiriin 206.

35 Nama linjat muodostavat kellovalintaohjauksen ja tehon-kytkenta- tai palautusohjauksen vastaavasti. Nelja yli- 13 92768 maaraista ulostulo-ohjaussignaalilinjaa 253, 255, 257 ja 259 taajuusohjausrekisterilta 240 syotetaan taajuus-syntetisaattoriin 204 muodostamaan vastaavasti påalle/pois, kaistanleveydenohjaus- ja taajuusohjaussignaalit. Linjo-5 jen lukumaaran ei ole tarkoitus olla rajoittava vaan ainoastaan esimerkinomainen toiminnallisista liitoksista.

Kuviossa 3 esitetty jarjestelma toimii seuraavalla tavalla. Kun jarjestelma ensin kåånnetåån påålle tai virta kytketaan siihen taajuussyntetisoitu ajoitusgeneraattori 10 200 ei voi valittomasti lukittua ja muodostaa stabiilia ulostulotaajuutta, joka on sopiva tahdistamaan mikro-tietokoneen. Taman ongelman voittamiseksi rekisteri mikrotietokoneessa 104 sisaltåen ajastinohjausrekisterin 226 ja taajuusohjausrekisterin 204 kaynnistetaan ennalta-15 maarattyihin tiloihin tehonkytkentakaynnistystekniikoilla, jotka tunnetaan hyvin alalla. Ennalta mååråtyt alkutilat ajastinohjausrekisterisså 226 ja taajuusohjausrekiste-risså 240 johtavat ohjaussignaalien kehittåmiseen ohjaus-linjojen 249 ja 251 kautta ajoitusvalintapiirille 206 ja 20 ohjauslinjan 227 kautta ajastinsisaantulovalitsimelle 218, jotka valitsevat kideoskillaattorin 100 ulostulon mikrotietokoneen kellosisaantuloliittimille 110 ja 112 syotettynå kellosignaalina. Riippuvaisesti naista ohjaus-signaaleista ajoitusvalintapiiri 206 syottåa kideoskil-25 laattorin ulostulosignaalin, joka on kytketty toiseen sen sisaantuloliittimista liittimelle 110, joka on mikrotietokoneen CPU-kellosisaantuloliitin. Samoin ajas-tinsisåantulovalitsin 218 yhdistaa kideoskillaattori-ulostulosignaalin, joka on syotetty sen sisaåntuloliitti-30 melle 112 ulostuloliittimelleen 225, joka on puoles-taan kytketty ajastin/laskuriin ja esiskaalaimeen 224 mikrotietokoneessa.

Koska CPU-kellogeneraattori ja ohjauspiiri 222 kehittaå ajoitussignaalit, joita kåytetaan sisaisesti 35 ajastamaan CPU:n eri elementteja se muodostaa siten ajoi-tusohjauksen kaikkia kåsky-, data- ja osoitetoimintoja 14 92768 vårten. Siten kellosisåånmenoliittimelle 110 syotetyn signaalin taajuus maarittåa mikrotietokoneen suoritus-jakson ajan ja CMOS-mikrotietokoneelle se suoraan maarittaa tuloksena olevan mikrotietokoneen tehonkulutuksen.

5 Samalla tavoin ajastin/laskuria ja esiskaalainpiiriå 224 kaytetåan mikrotietokoneen toimesta kuluneen ajan ajastimena ja ajastinsisååntulovalitsin 218 valitsee joko kideoskillaattorin ulostulon tax taajuussyntetisoidun ajastusgeneraattorin ulostulon kantataajuussignaaliksi 10 ajastin/laskuria ja esiskaalainta vårten. Vaikka synte-tisaattorin toimintaa ohjataan CPU-kellogeneraattori-piirin vaatimuksilla on selvåa alaa tunteville, etta ylimaarainen ajastusvalintapiiri 206 kytkettyna ajastin-sisaantulovalitsimelle 218 sallisi syntetisaattorin ulos-15 tulon kayton kuluneen ajan mittaukseen riippumatta CPU-kellogeneraattorin vaatimuksista.

Siten valittomasti sen jalkeen kun jarjestelma on aktivoitu kideoskillaattorin ulostuloa kåytetaan ajastamaan CPU ja kantataajuutena ajastin/laskuria ja 20 esiskaalainta vårten. Tåssa tilassa mikrotietokone on tåysin toimiva ja riippuen tehtavasta joka on ohjelmoitu ohjelma ROM:iin se kykenee aktivoimaan taajuussynteti-saattorin ja sen jalkeen syottamåan tuloksena olevat korkeataajuiset signaalit joko sen kellosignaalisisaan-25 tuloliittimelle 110 tai ajastin/laskurille 224.

Taajuussyntetisaattorin aktivoimiseksi CPU kirjoit-taa ohjaussekvenssin taajuusohjausrekisteriin 240 taajuus-syntetisaattorin kytkemiseksi påålle, asettaa sen kais-tanleveyden laajakaistaiseen tilaan ja asettaa sen ulos-30 tulotaajuuden. Ohjaussekvenssi kehittaa signaalit påalle/ pois ohjauslinjalle 253, kaistanleveysohjauslinjaile 255 ja taajuusohjauslinjoille 253 ja 259, jotka fyysi-sesti kytkevat syntetisaattorin paalle, asettavat sen silmukkakaistanleveyden laajakaistaiseen tilaan ja aset-35 tavat ulostulotaajuuden haluttuun arvoon asettamalla ohjelmoidun jakajan syntetisaattorissa oikealle jakajalle.

Il 15 92768

Sen jalkeen kun syntetisaattori on kytketty paalle vaihelukitun silmukan ollessa laajakaistaisessa tilassa silmukka nopeasti tahdistaa tai saavuttaa lukituksen ja ulostulotaajuus on talloin lukittu haluttuun arvoon.

5 Kuitenkin vaihelukitun silmukan ollessa laajakaistaisessa tilassa syntetisaattorin ulostulo voi sisåltaa liian paljon kohinaa ja taajuusvårinåå ollakseen kåyttokelpoi-nen stabiilina kantataajuuskellona. Siten silmukan kais-tanleveyden kaventamiseksi ja silmukan stabiilisuuden 10 parantamiseksi mikrotietokone seuraavaksi kirjoittaa uuden ohjaussekvenssin taajuusohjausrekisteriin 240 kais-tanleveysohjauslinjan 255 tilan muuttamiseksi. Tama uusi ohjaussekvenssi ei muuta taajuusohjaussignaalien 257 ja 259 tilaa tai paalle/pois linjan 253 tilaa vaan muuttaa 15 ainoastaan kaistanleveysohjauslinjan 255 tilan vaihelukitun silmukan saattamiseksi kapeakaistaiseen tilaansa.

Sitten jonkin lyhyen viiveen jalkeen silmukan kaistanleveyden muuttamisen aiheuttamien transsienttien havittyå taajuussyntetisaattorin ulostulo on stabiili ja 20 sovelias kaytettavaksi kellolahteena mikrotietokonetta vårten. Mikrotietokone voi talloin kytkea joko ajoitus-valitsinpiirin tai ajastinsisåantulovalitsimensa tai molemmat syottamaan taajuussyntetisaattorin ulostulon joko toiseen tai molempiin CPU-kellosisaantuloliitti-25 melle ja ajastin/laskuri sisaantuloliittimelle.

Taajuussyntetisaattorin ulostulo voidaan syottaa CPU-kellosisaantuloliittimelle kirjoittamalla ohjaus-sekvenssi taajuusohjausrekisteriin 240, joka muuttaa kellovalintaohjaussignaalin 249 tilan ajoitusvalitsin-30 piirin 206 ulostulosignaalin kytkemiseksi kideoskillaat-toriulostulosta syntetisaattoriulostuloon. Samalla tavoin ajastinsisåantulosignaali liittimella 225 voidaan muuttaa kideoskillaattorisignaalista ajastinvalitsimen 206 ulos-tuloon kirjoittamalla uusi ohjaussekvenssi ajastinohjaus-35 rekisteriin 226 ohjauslinjalla 227 olevan signaalin tilan muuttamiseksi.

16 92768

Kuviossa 3 esitetyssa jarjestelmassa mikrotieto-kone voi kytkea taajuussyntetisaattorin paalle tai pois mina hetkena hyvånsa. Edelleen se voi riippumattomasti valita joko kideoskillaattorin ulostulon tai taajuus-5 syntetisaattorin ulostulon kellosignaalien låhteeksi CPU-kelloa ja ajastinkellosisaåntuloja vårten. Taajuussyntetisaattorin ulostulotaajuus voidaan asettaa tai muuttaa mihin tahansa lukuisista ohjelmoitavista taajuuk-sista. Vaikka ainoastaan nel ja mahdollista taajuusasetus-10 ta voitaisiin muodostaa kahdella esitetylla taajuusohjaus-linjalla, tata lukumaaraa kaytetaan ainoastaan esimerk-kina eika se ole tarkoitettu rajoittavaksi.

Edulliset suoritusmuodot kuviossa 3 esitetyille to-iminnal lis ille elementeille muodostavat myos useita 15 tarkeita suojapiirteitå, jotka estavat CPU:ta sijoitta-masta jarjestelmaa toimimattomaan tilaan. Erityisesti koska CPU voisi valittomasti pysayttaa toiminnan ja tulla toimimattomaksi, jos se toteuttaa toimimattoman kellolahteen valinnan, yksittaisten elementtien rakenteet 20 eivat salli CPU-kellosisaåntuloliitinta tai ajastinkello-sisaantuloliitinta vastaanottaa taajuussyntetisaattorin ulostuloa, jos syntetisaattori ei ole paallå. Edelleen rakenne ei salli taajuussyntetisaattorin kytkemista pois paalta, jos sita kaytetaan kello- tai ajastussignaalien 25 lahteena. Eri elementtien rakenteet,yksityiskohtia ja tapaa, jolla ne tukevat jarjestelman kokonaistoimintaa, kasitellaan seuraavissa kappaleissa.

Kuvio 4 on lohkokaavioesitys ajoitusgeneraattorista 200, joka muodostuu tavanomaisesta vaihelukitun silmukan 30 sisaltavasta taajuussyntetisaattorista 204 yhdessa ajas-tusvalintapiirin 206 kanssa. Viitaten kuvioon 4 sisaan-tulosignaali kideoskillaattorilta 100 syotetaan vaihe-ilmaisimen 260 vertailukellosisaantuloliittimelle 202 ja se syotetaan myos ajastusvalintapiirin 206 sisaantuloon.

35 Vaiheilmaisimen ulostulo on kytketty alipaastosuodin-piirin 262 sisaantuloon. Alipaastosuodinpiiri 262 myos 17 92768 vastaanottaa kaistanleveysohjaussignaalit taajuusohjausrekisterilta 240, jotka syotetaan sisaantuloliittimelle 264 valitsemaan alipaåstosuotimen 262 kaistanleveys. Paalle/pois-ohjaussignaali taajuusohjausrekisterilta 240 5 kytketaån toiseen suotimen 262 sisååntuloliittimeen 266 sallimaan tai estamaan alipaastosuotimen toiminta. Ana-loginen ulostulosignaali alipaastosuotimelta 262 kvtke-taan janniteohjatun oskillaattorin 268 sisaantuloon. Påalle/pois-ohjaussignaali syotetaan myos janniteohjatun 10 oskillaattorin 268 sisaantuloon. Ulostulo janniteohja-tulta oskillaattorilta 268 syotetaan sisaantulona ajas-tinvalitsimelle 206 ja modulojakajan 270 sisaantuloon. Modulojakajan 270 ulostulo on kytketty vaiheilmaisimen 260 ylimaaraiseen sisaantuloon. Modulo-ohjaussignaalit 15 257 ja 259 taajuusohjausrekisterilta 240 syotetaan modu- lojakajan 270 ylimaaraisiin sisåantuloihin sallimaan syntetisaattoritaajuuden ohjelmisto-ohjaus. Lopuksi kellovalintaohjaussignaalit 249 ja 251 taajuusohjausrekisterilta 240 syotetaan ajastinvalitsimen 206 yli-20 maaraisiin sisaantuloliittimiin. Ulostulosignaali ajas-tusvalitsimelta 206 syotetaan mikrotietokoneen 104 kellosisaantuloliittimelle 110.

Kaytannossa vaihelukitun silmukan elementit, nimittain vaiheilmaisin 260, alipaåstosuodin 262, VCO 268 25 ja jakaja 270 toimivat hyvin tunnettujen vaihelukitun silmukan teorian periaatteiden mukaisesti VCO:n ulos-tulosignaalin vaiheen ja taajuuden tahdistamiseksi si-sååntuloajoitussignaalien vaiheen ja taajuuden kanssa tai yksityiskohtaisemmin liittimelle 202 syotettyjen oskil-30 laattorin 100 kideohjattujen kellosignaalien kanssa.

Kun silmukka on lukittu tai tahdistettu VCO:n ulos-tulosignaalin taajuus, fSyn» on verrannollinen kide-kellosignaalin taajuuteen fref yhtalon mukaisesti: f = M x f -syn ref 35 missa M on jakajan 270 jakaja.

Yksityiskohtaisemmin vaiheilmaisin 260 vertaa 18 92768 kidekellovertailusignaalin fre£ vaihetta jakajan ulos-tulosignaalin vaiheeseen, jolla on taajuus f£yn ja kehit-

M

taa ulostulosignaalin, joka on verrannollinen naiden kah-5 den signaalin vaiheiden våliseen eroon. Tama ulostulo-signaali syotetaan sitten alipaastosuotimen 262 sisaån-tuloon, joka muotoilee signaalin taajuuskeskuksen vaihe-ilmaisimelta ja syottåa muotoillun signaalin jånnite-ohjatun oskillaattorin 268 taajuusohjaussisaåntuloliitti-10 melle.

Alipaastosuotimen 262 kaistanleveysominaisuudet vaikuttavat suoraan aikaan, joka vaaditaan vaihelukitulta silmukalta alkutahdistuksen tai "lukitustilan" saavutta-miseen. Esillå olevan keksinnon edullisessa suoritus-15 muodossa kaytetaan alipaåstosuodinrakennetta, jossa kais-tanleveysominaiskayraa voidaan muuttaa laajakaistaisen tilan ja kapeakaistaisen tilan valilla. Kun vaihelukittu jarjestelma on ensin kytketty paaile kaytetaan kaistan-leveyssisaantulo-ohjaussignaalia asettamaan suodin 262 20 laajakaistaiseen tilaan. Sitten sen jalkeen kun silmukka on lukittunut suodin kytketaan signaalin kautta liitti-melle 264 kapeakaistaiseen tilaan kohinan vahentåmiseksi VCO:n 268 taajuusohjaussisaantuloliittimellå. Alipaastd-suodinelementilla 262 on myos paalle/pois-ohjaussisaån-25 tulo alipåastosuodinpiirin estamiseksi ja sen sijoit-tamiseksi nollatehonkulutustilaan, kun taajuussynteti-saattori on kytketty pois paalta.

Janniteohjattu oskillaattori 268 suorittaa hyvin tunnettua toimintoa. Se kehittaa ulostulosignaalin, 30 jonka taajuus on suoraan verrannollinen jannitteen arvoon, joka on syotetty taajuusohjaussisaantuloon, erityisesti:

fsyn * K'VIN

missa K on vakio, joka maaraytyy erityisistS piiripara-metreista. Edullisessa suoritusmuodossa VCO reagoi 35 paalle/pois-ohjaussignaalisisaantuloon VC0:n toiminnan estamiseksi ja myos sen sijoittamiseksi tilaan, jossa 11 19 92768 tehoa ei oteta teholahteeltå. Siten molemmat alipaasto-suodin 262 ja VCO 268 voidaan taysin kytkeå pois paalta.

Ulostulosignaali VCO:11a syotetaan jakajaan 270, joka jakaa syotetyn signaalin taajuuden kokonaisluvulla, 5 jonka arvo maaråytyy ohjaussignaaleista linjoilla 257 ja 259, jotka syotetaan jakajalle 270 taajuusohjausrekiste-rilla 240 mikrotietokoneessa 104. Tyypillisessa sovellu-tuksessa tama jakaja voi olla alueella 10-160, kun kay-tetaan 32 kHz signaalia vertailutaajuutena f Tarkea 10 esilla olevan keksinnon piirre on, etta tåta jakajaa voidaan ohjata suoritettavan ohjelman ohjelmiston avulla.

Kun vaihelukittu silmukkajårjestelmå on ensin kytketty påalle, påålle/pois-ohjaussignaali kytketaan - paalletilaan ja alipååstosuodinpiiri 262 ja VCO 268 15 kytketaan molemmat normaaleihin toimintatiloihinsa.

Kaistanleveysohjaussignaali kytketaan laajakaistaiseen tilaan aikaansaamaan nopea vaihelukitun silmukan lukit-tuminen. Tassa alkutilassa vaiheilmaisimen kehittama virhesignaali ajaa VCO-taajuuden fgyn arvoon M x fre£ 20 siten, etta ulostulosignaali jakajalta 270 voidaan vaihelukita kideoskillaattorin vertailusignaaliin.

Sopivan aikaviiveen jalkeen, jona voidaan olettaa, etta vaihelukittu silmukka on lukittunut, kaistanleveysohjaus-linjan tila kytketaan kapeakaistaiseen tilaan kohina-25 varinan vahentamiseksi VCO:n ulostulossa ja syntetisoitu ulostulosignaali on valmiina kaytettåvaksi kellosignaali-låhteena. Syntetisaattorin ulostulo, toisin sanoen VCO-ulostulo ja kideoskillaattorin vertailusignaali syotetaan molemmat ajoitusvalintapiirin 206 sisaantuloihin ja 30 kellovalintaohjaussignaalia taajuusohjausrekisterilta 240 kaytetaan valitsemaan se kumpi naista signaaleista syotetaan CPU-kelloliittimelle 110.

Edullinen vaiheilmaisin, alipaastosuodin, VCO ja ajoitusvalintapiiri, jotka on esitetty kuvion 4 lohko-35 kaaviossa on esitetty vastaavasti yksityiskohtaisemmin kuvioissa 5A, 5B, 5C ja 5D. Periaatteet sopivasti ohjel- 20 92768 moitavissa olevan taajuusjakajan suunnittelemiseksi ovat hyvin tunnettuja alalia ja niissa voi olla useita standardikomponentteja, kuten MC14526B CMOS-ohjelmoitava N:lla jakava piiri, jonka on valmistanut Motorola, Inc., 5 jota voidaan kayttaa suorittamaan esitetty toiminto.

Siten taajuusjakajapiirin rakenneyksityiskohtia ei tar-vitse kasitella, koska alan asiantuntijat hyvin tuntevat tallaisten piirien toiminnan.

Kuvio 5A on sahkokaavio edullisesta vaiheilmaisin-10 piirista 260. Piirirakenne on samanlainen kuin tavan-omaiselle reunaliipaistulle vaiheilmaisimelle. Kide-oskillaattorin vertailusignaali syotetaan invertterin 300 sisaantuloon. Invertterin 300 ulostulo on kytketty "D" kiikun 302 kellosisaantuloliittimelle. Modulojakajan 15 270 ulostulo syotetaan invertterin 304 sisaantuloon.

Invertterin 304 ulostulo on kytketty "D" kiikun 306 kellosisaantuloliittimelle. Kiikkujen 302 ja 306 data-sisååntuloliittimet on molemmat kytketty positiiviseen jannitelahteeseen VDD· Kiikun 302 Q-ulostuloliitin on 20 kytketty EI-JA-portin 308 sisaantuloon ja on myos nimetty "lahdeohjaus"-signaaliksi. Kiikun 306 Q-ulostuloliitin on kytketty EI-JA-portin 308 toiseen ulostuloliittimeen ja on myos nimetty "poisto-ohjaus"-signaaliksi. EI-JA-portin 308 ulostulo on kytketty kiikkujen 302 ja 306 25 palautus-sisaantuloihin.

Kaytannossa vaiheilmaisin kehittåa kaksi virhe-signaaliulostuloa, jotka ilmaisevat kidekellolåhdesignaa-lin ja modulojakajan 270 ulostulosignaalin aaltomuotojen suhteellisen vaiheistuksen. Erityisesti, jos kidekello-30 lahdesignaali kokee 1 - 0 transition, kun jakajan ulos-tulosignaali sailyy jommassa kummassa loogisessa tasossa invertterin 300 ulostulo kytkeytyy tilasta 0 tilaan 1 ja tarna transitio tahdistaa kiikun 302 ja asettaa sen Q-ulostulon tasolle 1, koska sen "D"-sisaantulo on 35 sahkoisesti sidottu loogiseen 1-tilaan. Tuloksena oleva 1-tila lahdeohjaussisaåntulosignaalissa ilmaisee, etta 21 92768 kidekellolåhdeaaltomuodon vaihe on edella jakajan 270 ulostulosignaalin vaihetta.

Kun jakajan 270 ulostuloaaltomuoto seuraavaksi kokee siirtyman tilasta 1 tilaan 0, invertterin 304 5 ulostulo kytkeytyy tilasta 0 tilaan 1 ja tama siirtyma tahdistaa kiikun 306 ja asettaa sen Q-ulostulon tilaan 1, koska sen D-sisaantulo on sahkoisesti sidottu loogiseen 1-tilaan. Poisto-ohjaussignaalin tila 1 syottaa tason 1 EI-JA-portin 308 toiseen sisaantuloon ja sen ulostulo 10 taman seurauksena kytkeytyy tilasta 1 tilaan 0. Tama 0-tila palauttaa molemmat kiikut 302 ja 306. Lahdeohjaus-signaali kiikun 302 Q-ulostulossa ja poisto-ohjaussignaa-li kiikun 306 Q-ulostulossa palautetaan sitten 0-tilaan kunnes toinen sisååntulosignaaleista vaiheilmaisimeen 15 jalleen kokee siirtyman tilasta 1 tilaan 0.

Vaiheilmaisinpiirin toiminta on samanlainen, jos jakajan 270 ulostulosignaali kokee siirtyman tilasta 1 tilaan 0, kun kideoskillaattorin vertailuaaltomuoto sailyy joko tilassa 0 tai 1, mutta tassa tapauksessa 20 poisto-ohjaussignaali nousee ylos (toisin sanoen tilaan 1) kunnes kidekellon lahdeaaltomuoto kokee siirtyman tilasta 1 tilaan 0. Silloin molemmat kiikut 302 ja 306 jalleen palautuvat kunnes toinen sisaantuloista jalleen kokee siirtyman tilasta 1 tilaan 0. Tassa jalkim-25 maisessa tapauksessa 1-tila, joka esiintyy poisto- oh jaussignaalille ilmaisee, etta jakajan 270 ulostulosignaalin vaihe on edella kideoskillaattorin aaltomuodon vaihetta.

Låhdeohjaus- ja poisto-ohjausulostulosignaalit 30 vaiheilmaisimelta 260 syotetaån vastaaviin alipåasto- suotimen 262 lahdeohjaus- ja poisto-ohjaussisaantuloihin. Yleisesti signaalit kohottavat sisaantulojannitetta ja siten VC0:n ulostulotaajuutta, kun jakajan 270 signaalin vaihe on jaljessS kidekellovertailusignaalin vaiheesta.

35 Kaanteisesti signaalit laskevat sisaantulojannitetta ja siten VC0:n ulostulotaajuutta, kun kidekellovertailu- 22 92768 signaalin vaihe on jaljessa jakajan 270 signaalin vai-heesta. Tama toimintatapa ohjaa VCO:ta 268 tavalla, joka tarvitaan varmistamaan, etta vaihelukittu silmukka todella lukittuu.

5 Alipaastosuotimen 262 piirin yksityiskohdat on esitetty kuviossa 5B. Tassa låhdeohjaussignaali on kyt-ketty EI-JA-portin 330 toiseen sisaantuloon ja invert-terin 332 sisaantuloon. EI-JA-portin 330 ulostulo on kytketty invertterin 334 sisaantuloon ja invertterin 334 10 ulostulo on kytketty toisen invertterin 336 sisaantuloon. Invertterin 336 ulostulo on kytketty avausmuoto P-kanava-MOS-transistorin 340 hilaelektrodille. Transistorin 340 emitteri on kytketty avausmuoto P-kanava-MOS-transistorin 343 nieluelektrodille. Transistorin 342 emitteri on 15 kytketty positiiviseen jånnitelahdeliittimeen.

Invertterin 332 ulostulo on kytketty avausmuoto P-kanava-MOS-transistorin 344 hilaelektrodille ja transistorin 344 emitteri on kytketty avausmuoto P-kanavatransis-torin 346 nieluelektrodille. Transistorin 346 emitteri 20 on kytketty positiiviseen syottoliittimeen. Transistorien 342 ja 346 hilaelektrodit on kytketty yhteen, avausmuoto P-kanavatransistorien 348 ja 350 hilaelektrodeille ja myos transistorin 348 nieluelektrodille. Transistorien 348 ja 350 emitterit on molemmat kytketty positiiviseen 25 syottoliittimeen.

Poisto-ohjaussignaali 260:lta syotetaan EI-JA-portin 352 yhteen sisaantuloon ja avausmuoto N-kanava-transistorin 354 hilaelektrodille. EI-JA-portin 352 ulostulo on kytketty invertterin 356 sisaantuloon ja 30 invertterin 356 ulostulo on kytketty avausmuoto N-kanava-transistorin 358 hilaelektrodille. Kaistanleveysohjaussignaali 240:lta on kytketty EI-JA-portin 352 toiseen sisaantuloon ja EI-JA-portin 330 toiseen sisaantuloon. Transistorin 358 emitteri on kytketty avausmuoto N-kana-35 vatransistorin 360 nieluelektrodille. Transistorin 360 emitteri on kytketty maapotentiaaliin. Transistorin 354

II

23 92768 emitteri on kytketty avausmuoto N-kanavatransistorin 362 nieluelektrodille, jonka transistorin emitteri on kytketty maapotentiaaliin. Transistorien 360 ja 362 hilaelektrodit on kytketty yhteen ja avausmuoto N-kanavatransistorin 364 5 hila- ja nieluelektrodeille, jonka transistorin emitteri on kytketty maapotentiaaliin. Transistorin 364 nielu-elektrodi on kytketty transistorin 350 nieluelektrodille. Paalle/poisohjaussignaali syotetaan avausmuoto N-kanavatransistorin 360 hilaelektrodille, jonka transistorin 10 emitteri on kytketty maapotentiaaliin. Transistorin 368 nieluelektrodi on kytketty vastuksen 370 kautta transistorin 348 nielu- ja hilaelektrodeille.

Lopuksi transistorien 344 ja 354 nieluelektrodit on kytketty yhteen ja vastuksen 372 toiseen liittimeen.

15 Vastuksen 372 toinen liitin on kytketty transistorien 340 ja 358 nieluliittimille ja vastuksen 374 toiseen liittimeen. Vastuksen 374 toinen liitin on kytketty kondensaattorin 376 kautta maapotentiaaliin. Transistorin 340 nieluelektrodi syottaa signaalin, jota on merkitty 20 VCO-ohjaukseksi.

Toiminnassa transistorit 348, 350, 364, 368 ja vastus 370 muodostavat CMS-virtapeiliesijannityspiirin, jota kaytetaan aikaansaamaan hilaesijannitteet transis-toreille 342, 346, 360 ja 362. Kun paalle/poisohjaus-25 signaali on pois-tilassa jannitetaso on lahella maa-potentiaalia ja transistori 368 on kytkettyna pois.

Tama puolestaan saa transistorit 342, 346, 348, 350, 360, 362 ja 364 esijannittymaan pois-tilaan ja piiri ei ole toiminnassa eika siten kuluta lainkaan tehoa.

30 Kun paalle/poisohjaussignaali on loogisessa ykkostilassa jarjestelmån kytkemiseksi paaile kytkin-transistori 368 tulee erittain johtavaksi ja transistorin 348 ja vastuksen 370 kautta aikaansaadaan virta, jonka ensi sijassa maarittaa positiivisen lahteen ja vastuksen 35 370 arvot. Virta voidaan esittaå kaavana: I = (V ...... - V ) /R 370, ' syotto gs ’ 24 92768 missa V on transistorin 348 hilaemitterijannite, kun se gs on diasoitu johtamaan virta I.

Esijånnitys, joka on aikaansaatu transistorin 348 emitterielektrodille on talloin riittava esijannittamaan 5 P-kanavatransistorit 350, 346 ja 342 hilaemitterijannit-teeseen, joka vaaditaan kehittåmaån nieluvirrat AI, jossa A riippuu kyseessa olevan transistorin koosta suhteessa transistorin 348 kokoon ja I on virtaesijannitys transis-torissa 348.

10 Samalla tavoin virta transistorilta 350 transisto- rille 364 aikaansaa esijannityksen, joka esijannittaå N-kanavatransistorit 360 ja 362 hilaemitterijannitteeseen, joka vaaditaan kehittamaan nieluvirta BI, missa B on tekijå, joka on riippuvainen jomman kumman kyseessa ole-15 van transistorin koosta suhteessa transistorin 364 kokoon.

P-kanavatransistorit 342 ja 346 toimivat suhteu-tettuina virtalahteinå, jotka kehittavat vastaavasti 50 ja 1 mikroampeerin virrat. Samalla tavoin N-kanavatransistorit 360 ja 362 toimivat vastaavasti suhteutet-20 tuina 50 ja 1 mikroampeerin virtanieluina.

Kun emitteriohjaussignaali kytketaan korkeaan loogiseen tilaan invertterin 332 ulostulo kytketaan 0-tilaan, mika johtaa kytkintransistorin 344 kytkeyty-miseen paalle. Jos kaistanleveysohjaussignaali on myos 25 ylhaalla tai loogisessa tilassa 1 EI-JA-portti 330 on 0-tilassa kuten invertterin 336 ulostulokin. Tama jalkim-mainen signaali kytkee paalle kytkintransistorin 340. Kaanteisesti, jos kaistanleveysohjaussignaali on 0-tilassa vain kytkintransistori 344 kytkeytyy paalle. Kokonais-30 tuloksena on, ettå emitteriohjaussignaalin 1-tasoinen sisaantulosignaali saa virtalahteen kytkeytymaan paalle purkaen kondensaattorin 378 vastusverkon kautta, joka on muodostettu vastuksista 372 ja 374. Kapeakaistaisessa tilassa kondensaattori 378 on varattu transistorilla 346 35 vastusten 372 ja 374 kautta ja laajakaistaisessa tilassa kondensaattori on varattu transistorilla 346 vastusten 25 92768 372 ja 374 kautta ja transistorilla 342 vastuksen 374 kautta. Virtojen tasot maaråytyvåt transistorien 340 ja 344 suuruuksista suhteessa transistoriin 348 ja voidaan måarittaa CMOS-virtapeilitarkasteluilla, jotka hyvin tun-5 netaan alalla.

Samalla tavoin, kun poisto-ohjaussignaali on kytkettyna korkeaan tilaan ja jos kaistanleveysohjaus-signaalisisaåntulo on tilassa 1, kytkintransistorit 354 ja 358 ovat kytkettyina paaile tuloksena olevien 10 1-tasoisten signaalien avulla, jotka syotetaan niiden sisååntuloihin. Kaanteisesti, jos kaistanleveysohjaussignaali on 0-tilassa se ainoastaan kytkee paalle transistoren 354 ja transistori 358 pysyy pois paaltå johtuen O-sisaantulotasosta, joka syotetaan EI-JA-portin 352 15 yhteen sisaantuloon.

Siten 1-taso poisto-ohjaussignaalilinjalla saa virtanielun kytkeytymaån paalle, joka purkaa kondensaat-torin 376 vastusverkon kautta, joka muodostuu vastuksista 372 ja 374. Kapeakaistaisessa tilassa kondensaattori 20 378 puretaan transistorilla 362 vastusten 372 ja 374 kautta ja laajakaistaisessa tilassa kondensaattori puretaan transistorilla 362 vastusten 372 ja 374 kautta ja transistorilla 360 vastuksen 374 kautta. Jalleen purkaus-virtojen tasot måaraytyvat transistorien 362 ja 360 suu-25 ruuksista suhteessa transistoriin 364.

Edullisessa suoritusmuodossa transistoren 346 purkausvirta ja transistoren 362 purkausvirta on molemmat aseteltu yhta suuriksi arvoon 1 mikroampeeri. Samalla tavoin transistoren 342 purkausvirta ja transistoren 360 30 purkausvirta on molemmat aseteltu samoin 50 mikroampeeriin. Siten kapeakaistaisessa tilassa vastusten 372 ja 374 ja kondensaattorin 376 muodostama verkosto ladataan ja puretaan yhta suurilla 1 mikroampeerin virroilla ja laajakaistaisessa tilassa verkosto varataan ja puretaan 35 yhta suurilla 51 mikroampeerin virroilla.

Alalla tunnetaan hyvin ja on tåysin selitetty 26 92768 US-patenttijulkaisussa 4 167 711 otsikoltaan "Phase Detector Output Stage for Phase Locked Loop", keksijåna Smoot, joka julkaisu on siirretty esilla olevan keksinnon hakijalle ja joka taten sisållytetåån viittauksena, 5 kaksitilaisen virran varaus ja -purkausjarjestelyn tar-koitus on aikaansaada alipaastosuodin, jolla on kaksi tehollista kaistanleveyttå. Tåmå puolestaan johtaa kahteen kaistanleveyteen suljetun silmukan vaihelukittua silmukka-jårjestelmåa vårten, laajakaistainen silmukka, jota 10 kaytetaan aikaansaamaan lyhyet lukitusajat ja kapeakais-tainen silmukka, jota kaytetaan aikaansaamaan hyvå sig-naalikohinaominaiskåyrå VCO:n ulostulossa. Edelleen vas-tukset 372 ja 370 asettavat vaihelukitun silmukan vaimen-nuksen haluttuun arvoon seka silmukan laajakaistaisessa 15 etta kapeakaistaisessa tilassa.

Yhdistettyna vaiheilmaisinpiiriin alipååstosuodin-piiri varaa ulostulokondensaattorin 378 ja kohottaa VCO-ohjaussignaalin jannitetta aina kun ulostulosignaa-lin vaihe jakajalta on jåljessa kideoskillaattorin ver-20 tailusignaalin vaiheesta. VCO-ohjaussignaalin kasvanut jannite lisåa VCO:n ulostulotaajuutta, mika puolestaan kasvattaa signaalin vaihetta jakajan ulostulossa lukitus-tilan aikaansaamiseksi tai sailyttamiseksi. Kaanteisesti alipaastosuodinpiiri reagoi poisto-ohjaussignaaliin, 25 joka ilmaisee, etta jakajan ulostulosignaalin vaihe on edella kideoskillaattorin vertailusignaalin vaihetta purkamalla ulostulokondensaattorin 378 ja laskemalla VCO-ohjaussignaalin jannitetta, mika alentaa VCO:n ulostulotaa juutta ja pienentaa signaalin vaihetta jakajan 30 ulostulossa lukitustilan aikaansaamiseksi tai sailyttamiseksi .

Kuvio 5C esittaå VCO:n edullisen suoritusmuodon. Termia VCO kaytetaan yleisessa mielessa ilmaisemaan ele-mentin toimintaa, kuitenkin esilla oleva keksinto ei 35 ole rajoitettu edulliselle suoritusmuodolle esitettyyn rakenteeseen. Påalle/poisohjaussignaali taajuusohjaus- l! 27 92768 rekistereilta 240 on kytketty invertterin 400 kautta avausmuoto P-kanavatransistorin 402 hilaelektrodille ja avausmuoto N-kanavatransistorien 404 ja 406 hilaelektro-deille. Transistorin 402 emitteri on kytketty positiivi-5 sen potentiaalin lahteeseen. VCO-ohjaussignaali alipaasto-suotimelta 262 syotetaan avausmuoto N-kanavatransistorien 408 ja 410 hilaelektrodeille. Transistorien 404, 406, 408 ja 410 emitterit on kaikki kytketty maapotentiaaliin. Transistorin 408 nieluelektrodi on kytketty avausmuoto 10 N-kanavatransistorin 412 emitterille. Transistorin 412 nieluelektrodi on kytketty avausmuoto P-kanavatransistorin 414 nieluelektrodille, jonka transistorin emitteri on kytketty positiivisen potentiaalin lahteeseen. Transistorien 412 ja 414 nieluelektrodit on kytketty yhteen 15 avausmuoto N-kanavatransistorin 416 hilaelektrodille, avausmuoto P-kanavatransistorin 418 hilaelektrodille, transistorin 404 nieluelektrodille ja EI-JA-portin 420 sisaantuloon. Transistorin 416 emitteri on kytketty transistorin 410 nieluelektrodille. Transistorin 418 20 emitteri on kytketty transistorin 402 nieluelektrodille. Transistorien 416 ja 418 nieluelektrodit on kytketty yhteen, transistorin 406 nieluelektrodille ja EI-JA-portin 422 sisaantuloon. EI-JA-portin 420 ulostulo on kytketty EI-JA-portin 422 toiseen sisaantuloon. EI-JA-25 portin 422 ulostulo on kytketty EI-JA-portin 420 toiseen sisaantuloon, transistorien 412 ja 414 hilaelektrodeille ja syottaa signaalin, joka on merkitty VCO-ulostulo.

VCO:n edulliselle suoritusmuodolle esitetty toi-minta on samanlainen kuin Irwinin ja muiden patenttijul-30 kaisun 4 110 704 otsikoltaan "Astable Multivibrator with Temperature Compensation and Requiring a Single Supply Voltage", toiminta, joka julkaisu on siirretty esilla olevan keksinnon hakijalle ja on tåten sisallytetty viittauksena. Invertterit, jotka koostuvat transisto-35 reista 414 ja 412 ja transistoreista 416 ja 418 sisalta-vat janniteohjatun viiveen, joka johtuu transistorien 28 9 2 7 6 8 408 ja 414 virtaa rajoittavista vaikutuksista samalla kun R-S salpa, joka muodostuu El-JA-porteista 420 ja 422 muodostaa vahvistuksen, joka tarvitaan suurta signaali-varåhtelya vårten.

5 Kun VCO-sisååntulo-ohjausjånnite kasvaa esijånni- tysvirrat, jotka transistorit 408 ja 410 ovat kehittaneet kasvavat. Kasvaneet esijannitysvirrat puolestaan våhen-tavat invertteriparien 412, 414 ja 416, 418 kytkentå-viiveaikoja, mikå lisaa piirin ulostulotaajuutta. Siten 10 VCO reagoi kasvuun ohjaussisååntulojånnitteesså lisåå- malla ulostulosignaalinsa taajuutta. VCO kytketåan påalle ja pois transistoreilla 402, 404 ja 406.

Kun påålle/poisohjaussignaali on tasossa 1, invert-terin 400 ulostulo ohjataan tasoon 0. 0-taso kytkee kyt-15 kentatransistorin 402 påalle ja kytkee transistorit 404 ja 406 pois pååltå. Tåsså tilassa transistorien 416 ja 418 muodostama transistori on kytketty positiiviseen syot-tolåhteeseen ja EI-JA-portit 420 ja 422 ovat vapaita kytkeytymåån multivibraattorin ulostulovaihteluiden mukai-20 sesti. Kun påålle/poislinja on tasossa 0, invertterin 400 ulostulo on tasossa 1 ja transistori 402 on tålloin pois pååltå ja transistorit 404 ja 406 ovat kytkettyinå påålle. Tåsså tilassa osien 416 ja 418 muodostama invert-teri on tehollisesti irtikytkettynå syottoliittimestå 25 ja piirinavat kytkettyinå transistorien 404 ja 406 nielu-elektrodeihin on kytketty maahan. Siten piirin toiminta on estetty ja VCO:n tehonkulutus on laskenut nollaan.

Kuvio 5D esittåå yksityiskohtaisen piirikaavion ajoitusvalitsinta 206 vårten, joka on aiemmin esitetty 30 kuvioissa 3 ja 4. Kidekellolåhde kideoskillaattorista 100 on kytketty D-tyypin kiikun 440 kellosisååntuloliit-timelle ja EI-JA-portin 442 sisååntuloon. Kiikun 440 Q-ulostuloliitin on kytketty EI-JA-portin 442 toiseen sisååntuloon. EI-JA-portin 442 ulostulo on kytketty 35 EI-JA-portin 444 sisååntuloon. Signaali taajuussynteti-saattorin VCO-ulostulosta (268:lta) syotetåån EI-JA- 11 29 92768 portin 446 ensimmaiseen sisaantuloon. EI-JA-portin 446 ulostulo on kytketty toisen D-tyypin kiikun 448 kello-sisaantuloliittimeen ja EI-JA-portin 450 ensimmaiseen sisaantuloon. Kiikun 448 Q-ulostuloliitin on kytketty 5 EI-JA-portin 450 toiseen sisaantuloon. Kiikun 448 Q- ulostuloliitin on kytketty EI-JA-portin 452 sisaantuloon. Kellovalintaohjaussignaali 249 taajuusohjausrekisterilta 240 syotetaån EI-JA-portin 456 ensimmaiseen sisaantuloon ja invertterin 454 kautta EI-JA-portin 452 toiseen sisaan-10 tuloon. EI-JA-portin 452 ulostulo on kytketty kiikun 440 D-sisaantuloliittimeen. Kiikun 440 Q-ulostuloliitin on kytketty EI-JA-portin 456 toiseen sisaantuloon ja EI-JA-portin 446 toiseen sisaantuloon. Palautusohjaussignaali-linja 251 taajuusohjausrekisterilta 240 on kytketty 15 kiikun 440 palautusliittimelle ja kiikun 448 asetusliitti-melle. EI-JA-portin 450 ulostulo on kytketty EI-JA-portin 444 toiseen sisaantuloon. EI-JA-portin 444 ulostulo on signaali, joka on nimetty CPU-kello, joka syotetaan mikrotietokoneen 104 liittimelle 110.

20 Eras ajoitusvalintapiirin 206 periaatteellisista toiminnoista on muodostaa ohjelmistokytkentavaline epa-synkronisten kellolahteiden valille muodostamatta ulos-tulopulssileveyttå, jonka kesto ei ole pienempi kuin jomman kumman taajuuslahteen lyhin jakson aika. Pulssin 25 tuottaminen, jonka leveys olisi vahaisempi kuin mita vaaditaan CPU:Ile suorittamaan kasky, data tai osoite, voisi aiheuttaa virhetoiminnon. Koska taajuussynteti-saattorin ulostulotaajuus sisaltaa vahaisiå vaihevaihte-luita, syntetisaattorin ulostulo ei ole taysin synkroni-30 nen vertailulahteen (kidekellon) kanssa. Tallaisena ajoi-tusvalintapiiri 206 muodostaa mikrotietokonejarjestelman, jossa on ohjelmisto-ohjatut valineet joko kidelahteen tai korkeampitaajuisen syntetisaattorilahteen valitsemista vårten tuottamatta hairitsevan korkeita taajuuspiikkeja 35 tai pulsseja siirtyman aikana. Kuten on kuvattu kuviossa 3 toisen ajoitusvalintapiirin 206 sisållyttaminen kytket- 30 92768 tyna ajastinsisaåntulovalitsimeen 218 voisi myos sallia taajuussyntetisoitujen kellopulssien kåyton kuluneen ajan mittauksiin riippumatta siita onko CPU-kellogeneraat-tori vaatinut syntetisaattorin toimintaa.

5 Tehon kytkemisen aikana ajoitusvalintapiiri 206 kåynnistetaan ohjauslinjaa 251 pitkin kiikun 440 palaut-tamiseksi ja kiikun 448 asettamiseksi. Kaynnistaminen sallii kellosignaalitien kidekellolahteesta valintapiirin 206 ulostuloon palauttamalla kiikun 440 ja sallimalla 10 EI-JA-portin 442. Kaynnistaminen myos johtaa EI-JA-portin 446 estamiseen kiikulla 440 ja EI-JA-portin 450 estamiseen kiikulla 448. Tållå tavoin yhdenkåan piirin ei sallita toimia korkeammalla syntetisaattoritaajuudella, kun kide-lahde on valittu ulostuloksi. Kaynnistetty tila kello-15 valintalinjaa vårten on alhaalla olien komplementtinen alkuperaisille kiikkutiloille.

Kaynnistamisen jalkeen tehonkytkennån palautus-signaali estetåan (alhaalla). Kellovalintasignaalilinjan 249 ollessa alhaalla tai 0-tilassa kidelahde jatkaa kello-20 signaalien lahettamista sallittujen EI-JA-porttien 442 ja 444 kautta.

Ajoitusvalintapiirin 206 toiminnan periaate on saada vastikaan valitun kellolahteen kellopulssin reunan maarittamaan milloin kellolahteen vaihtuminen tapahtuu.

25 Tåma estaa kapeiden piikkien tai pulssien kehittamisen ulostuloon ja siten syottamisen mikrotietokoneelle.

Tama on erityisen tarkeå valitsimen piirre, koska kumman tahansa napaiset kapeat piikit tai pulssit kellosignaa-lissa syotettyina mikrotietokoneelle voivat aiheuttaa 30 sen sisaisten ajoituselementtien virhetoiminnon johtaen suoritettavan ohjelman hairioon. Edelleen molempien kellolahteiden samanaikaisen syottamisen estamiseksi ulostuloon kaikki valintamuutokset vaativat, ettM toinen reitti estetaån ennen kuin toinen reitti voidaan sallia.

35 Kaytånnossa tehonkytkentapalautussignaali syotetåan linjalle 251 taajuusohjausrekisteristå 240. Tama looginen li 31 92768 1-tasoinen signaali palauttaa kiikun 440 ja asettaa kiikun 448, mika puolestaan asettaa kiikun 440 Q-ulostulon tasoon 0, kiikun 440 Q-ulostulon tasoon 1, kiikun 448 Q-ulostulon tasoon 1 ja kiikun 448 Q-ulostulon tasoon 0.

5 Kellovalintaohjauslinjan alkutila on 0-taso, joka johtaa tasoon 1 invertterin 454 ulostulossa. Tama jålkim-mainen signaali yhdessa kiikun 448 Q-ulostulon 1-tason kanssa kehittaa 0-tasoisen signaalin EI-JA-portin 452 ulostuloon, joka syotetaan kiikun 440 D-sisaantuloon.

10 Edelleen 0-tasoinen signaali kiikun 440 Q-ulos- tulossa aikaansaa 1-tasoisten signaalien kehittymisen EI-JA-porttien 446 ja 456 ulostuloihin. 0-taso kiikun 448 Q-ulostulossa kehittaa 1-tason EI-JA-portin 450 ulostuloon . Tåsså tilassa EI-JA-porttien 442 ja 444 ulostuloja 15 kytketaan tahdissa oskillaattorisignaalin kanssa osalta 100 ja kideoskillaattorin ulostulo syotetaan CPU-kello-liittimelle 110.

Kun kellovalintaohjauslinja 249 nostetaan loogi-seen 1-tilaan syntetisaattoriulostulon valinnan aikaan-20 saamiseksi CPU-kelloksi, piiri tahdistaa kellolahdesiir-tyman kahden kellolahteen aaltomuotojen kanssa lyhyiden pulssien muodostumisen estamiseksi ulostuloaaltomuotoon. Siten 1-taso linjalla 249 kehittaa 0-tason invertterin 454 ulostuloon. Tåma puolestaan 1-tason EI-JA-portin 452 25 ulostuloon ja kiikun 440 D-sisaantuloon.

Tåten seuraavassa kideoskillaattoriaaltomuodon negatiivisessa siirtymassa kiikun 440 Q-ulostulo vaihde-taan tasoon 1 ja Q-ulostulo vaihdetaan tasoon 0. 0-taso kiikun 440 Q-ulostulossa pakottaa tason 1 EI-JA-portin 30 ulostuloon ja katkaisee kideoskillaattorisignaalin ulos-tulosta, joka on kytketty CPU-kellosisååntuloliittimeen 110. 1-taso kiikun 440 Q-ulostulossa kehittaa 0-tason portin 456 ulostuloon ja kiikun 448 D-sisåantuloon.

Siten seuraavassa VCO-ulostuloaaltomuodon positiivisessa 35 siirtymassa EI-JA-portin 446 ulostulo ja kiikun 448 kelloliitin kytketaan tasosta 1 tasoon 0. Tamå siirtyma 32 92768 tahdistaa kiikun kehittamaan tason 1 Q-ulostuloonsa ja tason 0 Q-ulostuloonsa. Tåmå tilanne johtaa syntetisaat-torin ulostulosignaalin syottamiseen CPU-kellosisaan-tuloliittimelle 110 EI-JA-porttien 456, 450 ja 444 kautta.

5 Siten kellolåhteen vaihtaminen tapahtuu seuraavalla uuden kellolahteen aaltomuodon tåydellå jaksolla, joka seuraa vanhan kellolahteen aaltomuodon siirtymaa eika kapeita pulsseja tai håiriopiikkeja kehiteta. Lisåksi piiri toimii samalla tavoin, kun kellolåhdeohjauslinja kytketaan 10 tilasta 1 tilaan 0 vaihdon aikaansaamiseksi taajuussynte-tisaattorikellolahteelta kideoskillaattorilahteelle.

Kuvio 6 esittaå taajuussyntetisaattorin 204 ja ajoitusvalintalogiikan 206 vaihtoehtoisen suoritusmuodon, joita on merkitty viitenumeroilla 504 ja 506 vastaavasti. 15 On ymmarrettåvåå, etta vaikka ne suorittavat saman toi-minnon, ne eivåt ole identtisia edullisen suoritusmuodon laitteiden kanssa. Taajuussyntetisaattorin 504 nahdaan koostuvan kahdesta IC-piiristå, joita on merkitty 510 ja 512. IC 510 on taajuussyntetisaattori, edullisesti 20 MC14046B, IC 512 on ohjelmoitava jakava laskuri edullisesti MC14526B. Esitetty kytkenta muodostaa sopivan taajuussyntetisointioperaation. Kidekellolahde syotetaan IC:n 510 nastaan 14 ja paalle/poisohjaussignaali syotetaan nastaan 5. VCO-ulostulosignaali tuotetaan nastaan 4.

25 Modulo-ohjaussignaalit taajuusohjausrekisterilta 240 syotetaan IC:n 512 nastoihin 2 ja 5. Kuten on maåri-tetty syntetisaattoritaajuuden valinta modulo-ohjaus-signaalien kautta voi olla mikrotietokoneen suorittaman ohjelman alainen.

30 VCO-ulostulosignaali syotetaan IC:n 520 nastaan 1, jota kaytetaan TAI-porttina ja on edullisesti MC14071B. Kellovalintaohjaussignaali 255 sydtetaan IC:n 520 nastaan 2. Kidekellolahde osalta 100 syotetaan IC:n 522 nastaan 2, jota kåytetåån JA-porttina ja on edullisesti 35 MC14081B. IC-piirit 520 ja 522 on yhdistetty muodostamaan vaihtoehtoinen kellovalitsin 506. CPU-kellosignaali tuotetaan IC:n 522 nastaan 4.

il 33 92768

Kaytånnossa IC-piirit 510 ja 512 muodostavat taajuussyntetisaattorin 504 toiminnan, johon sisaltyy vaiheilmaisin, alipååstosuodin, VCO ja modulojakaja.

Tata ei ole tarkoitettu rajoittavaksi, koska alan asian-5 tuntijat ymmårtåvat, etta hyvin useita taajuuksia voidaan tuottaa riippuen syntetisaattorin parametreista ja ver-tailuajoitussignaalista, joka syotetaån siihen osalta 109, kuten on esitetty kuviossa 2. Lisaksi esilla olevalla keksinnolla on se erityinen etu, etta se sallii taajuuden 10 valinnan mikrotietokoneen suorittamalla ohjelmalla.

Viitaten nyt ajoitusdiagrammeihin, jotka on esitetty kuvioissa 7A-7G, esilla olevan keksinnon koko ajoi-tusoperaatio voidaan sununata perustuen jarjestelman ele-menttien toiminnan aikaisempaan selitykseen. Jonakin 15 hetkena ennen hetkea T 0, jSrjestelma on aktivoitu ja kideoskillaattori alkaa kehittaa matalataajuista aalto-muotoa, joka on esitetty kuviossa 7A. Johtuen kaynnistys-tekniikoista, joita kaytetaan mikrotietokoneessa asetta-maan ohjausrekisterit ennalta maarattyihin tiloihin, 20 kellovalintaohjauslinja 249 taajuusohjausrekisteriltå on asetettu tilaan 0 valitsemaan kideoskillaattoriulostulo signaaliksi, joka syotetaan CPU-sisaantuloliittimelle 110, kuten on merkitty kuvioiden 7B ja 7C aaltomuodoille kellovalintaoh jauslin jalle 249 ja CPU-kellolle 110 vastaa-25 vasti. Linjalla T 0 mikrotietokone kytkee taajuussyntetisaattorin påalle ja asettaa vaihelukitun silmukan kaistanleveyden laajakaistaiseen tilaan, kuten on esitetty vastaavasti kuvioiden 7D ja 7E aaltomuodoissa.

Tama toiminta on toteutettu kirjoittamalla sopiva ohjaus-30 sekvenssi taajuusohjausrekisteriin 240 ja kytkemalla paålle/poisohjauslinja 253 loogiseen tilaan 1 ja kaistan-leveysohjauslinja 255 loogiseen tilaan 1.

Viitaten kuvioon 7F, sen jalkeen kun taajuus-syntetisaattori on kytketty paalle, ulostulosignaalin 35 taajuus VCO:lta alkaa kasvaa kunnes taajuuslukittu silmukka syntetisaattorissa lukittuu taajuusarvolle, 34 92768 joka on valittu taajuusohjauslinjojen 257 ja 259 tilojen avulla.

Hetkenå T1, joka on valittu esiintymåån sen jålkeen kun vaihelukittu silmukka on lukittunut, mikrotieto-5 kone kirjoittaa toisen ohjaussekvenssin taajuusohjaus-rekisteriin 240 muuttamaan kaistanleveysohjauslinjan 255 tilan loogiseen 0-tilaan tai kapean kaistanleveyden ti-laan.

Lyhyen viiveen jålkeen kaistanleveysmuutoksesta 10 mahdollisesti aiheutuneiden transsenttien sammumisen sallimiseksi, mikrotietokone kirjoittaa toisen ohjaus-sekvenssin taajuusohjausrekisteriin kellovalintalinjan 249 tilan muuttamiseksi loogiseen tilaan 1, kuten on esitetty kuvion 7B aaltomuodolla hetkenå T2. Tåmå muutos 15 syottåå taajuussyntetisaattorin ulostulon CPU-kello- sisååntuloliittimelle 110, kuten on esitetty muutoksilla kuvioiden 7C aaltomuodoissa hetkenå T2'.

Jonkin toimintajakson jålkeen korkeammalla kello-taajuudella, joka on kehitetty taajuussyntetisaattorilla, 20 mikrotietokone kytkee CPU kellon takaisin kideoskillaat-torin ulostuloon hetkenå T3. Tåmå toteutetaan kirjoitta-malla ohjaussekvenssi taajuusohjausrekisteriin muuttamaan kellovalintaohjauslinjan 249 tila loogiseen 0-tilaan. Hetkenå T3 kuvioiden 7B ja 7C aaltomuodot esittåvåt 25 valintaohjauksen ja CPU-kelloaaltomuodon.

Hetkenå T5 mikrotietokone sammuttaa taajuussyntetisaattorin. Tåsså jålleen tåmå on toteutettu kirjoit-tamalla ohjaussekvenssi taajuusohjausrekisteriin påålle/ poisohjauslinjan 253 tilan muuttamiseksi loogiseen 30 0-tasoon.

Kuvio 7C esittåå, ettå hetkenå T6, mikrotietokone on kirjoittanut sekvenssin taajuusohjausrekisteriin kaistanleveysohjaussignaalin tilan muuttamiseksi loogiseen tasoon 1 tai laajakaistaiseen tilaan. Tåmå on suori-35 tettu siten, ettå vaihelukittu silmukka lukittuu nopeas-ti, kun taajuussyntetisaattori on kytketty jålleen påålle seuraavaa suurinopeuksista toimintajaksoa vårten.

li 35 92768

Lopuksi kuvio 7G esittåa lyhytjaksoisen pulssin kehittåmisen hetkien T3 ja T4 valilla, joka, jos sen sallitaan pååsta CPU-sisaantuloon 110, voisi aiheuttaa suoritusongelmia. Ajoitusohjauspiirin toiminta estaå 5 tallaisten piikkien paasyn ja viivåstaa kellolahteiden vaihtamista kunnes vastavalitun kellolahteen seuraava tåysi kellopulssi voidaan muodostaa.

Ilmeisesti esilla olevan keksinnon lukuisat lisa-modifikaatiot ja muutokset ovat mahdollisia ylla esitet-10 tyjen opetusten valossa. Sen tahden on ymmarrettavå, etta oheisten patenttivaatimusten suojapiirin puitteissa keksinto voidaan toteuttaa toisin kuin tassa on erityi-sesti kuvattu.

Claims (10)

36 92768

1. Mikrotietokonejårjestelmå, joka kykenee toimimaan 5 minimiteholla, joka kåsittåå: keskusyksikon (104), sisåltåen vålineet (114, 240) keskusyksikon (104) kellopulssitaajuusvaatimusten nimeåmiseksi ennalta ohjelmoitujen tehtåvien vålitontå suo-rittamista vårten, tunnettu siitå, ettå se kåsittåå: 10 stabiilin taajuuslåhteen (109), joka tuottaa ajoituspulsseja taajuudella, joka on alhaisempi kuin tasoltaan suurin keskusyksikon (104) ennalta mååritellyistå kellopulssivaatimuksista, ja taajuussyntetisaattorin (204), joka vastaanottaa 15 ajoituspulsseja mainitusta stabiilista taajuuslåhteestå (109) ja on kytketty tåhån, mainitun taajuussyntetisaattorin (204) ollessa kytkettynå mainittuun keskusyksikkoon (109) syntetisoitujen kellopulssien kehittåmiseksi ja syottåmiseksi mainittuun 20 keskusyksikkoon (104), mainittu syntetisaattori (204) sisåltåå valintavålineen (257, 259, 206), joka reagoi mainittuihin nimeåmisvålineisiin (114, 240) mainitun keskusyksikon (104) taajuusvaatimusten mukaisen syntetisoitujen kellopulssisignaalien ulostulotaajuuden 25 valitsemiseksi, jolloin mikrotietokonejårjestelmån elementtien kuluttama kokonaisteho minimoidaan vakaan taajuuslåhteen (109) toiminnalla taajuudella, joka on alhaisempi kuin tasoltaan suurin keskusyksikon (104) ennalta mååritellyistå 30 kellopulssitaajuusvaatimuksista, ja muodostamalla taajuussyntetisaattorilla (204) kellopulssitaajuuksia ja syottåmållå keskusyksikkoon (104) nåitå kellopulssitaajuuksia, jotka eivåt ole suurempia kuin vaaditaan ennalta ohjelmoitujen tehtåvien vålittomåån suorittamiseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mikrotietokone, tunnettu siitå, ettå se edelleen sisåltåå muisti-vålineen (250) kytkettynå mainittuun keskusyksikkoon (104) sisåltåen ohjelmoitavat kåskyt ja ettå mainitut nimeåmisvåli- li 37 92768 neet (114, 240) reagoivat mainittuihin ohjelmoituihin kåskyi-hin mainittujen kellopulssitaajuusvaatimusten nimeåmiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen mikrotietokone, tunnettu siitå, ettå mainittu valintavåline (257, 5 259, 206) sisåltåå ajoitusvalitsimen (206), joka vastaanottaa ajoituspulsseja mainitulta stabiililta taajuuslåhteeltå (109) ja mainitulta taajuussyntetisaattorilta (204) ja on kytketty nåihin, vaihtoehtoisesti sallimaan syntetisoitujen kellopuls-sien tai stabiilin taajuuslåhteen pulssien syotto mainittuun 10 keskusyksikkoon (104).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen mikrotietokone, tunnettu siitå, ettå mainittu keskusyksikko (104) edelleen sisåltåå ajastin/laskurivålineen (224) tallentamaan kuluneita aikaintervalleja ja mainittu ajastusvalintavåline 15 (257, 259, 206) edelleen sisåltåå vålineen (218) kytkettynå mainitun ajastusvalitsimen (206) ja mainitun ajastin/laskurivålineen (224) våliin vaihtoehtoisesti sallimaan syntetisoitujen kellopulssien tai stabiilin taajuuslåhteen pulssien syoton mainitulle ajastin/laskurille (224).

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen mikrotietokone, tunnettu siitå, ettå mainittu ajastusvalitsin (206) sisåltåå vålineen, joka reagoi mainittuun nimeåmisvålineeseen (114, 240) mainitulle keskusyksikolle (104) syotettyjen pulssien låhteen kytkemiseksi mainitun syntetisaattorin (204) ja 25 mainitun stabiilin taajuuslåhteen (109) vålillå, mainitun ajastusvalitsinvålineen (257, 259, 206) edelleen sisåltåesså vålineen niiden pulssien pulssinleveyden (206, Fig. 5d) såi-lyttåmiseksi, jotka syotetåån keskusyksikolle (104) jommasta kummasta låhteestå ei pienempånå kuin normaali jakson ajan 30 kesto molempien låhteiden pulsseille.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen mikrotietokone, tunnettu siitå, ettå mainittu våline pulssinleveyden (206, Fig. 5d) såilyttåmiseksi sisåltåå viivevålineen (206, Fig. 5d), joka reagoi mainittuun nimeåmisvålineeseen (114, 35 240) pulssien låhteen kytkemisen viivåståmiseksi keskusyksik koon (104) kunnes tåysi pulssinleveyksinen ajoitussignaali vastikåån valitusta låhteestå voidaan muodostaa.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen mikrotietokone, 38 92768 tunnettu siitå, ettå mainittu viivevåline (206, Fig. 5d) sisåltåå vålineen, joka reagoi ensimmåisen tåyden kello-pulssin reunaan jommasta kummasta låhteestå, joka on ilmaistu sen jålkeen kun on kytketty sallimaan piiristo suunnata mai-5 nittu kellopulssi mainittuun keskusyksikkoon (104).

8. Patenttivaatimuksen 3 mukainen mikrotietokone, tunnettu siitå, ettå mainittu valintavåline (257, 259, 206) edelleen sisåltåå kåynnistysvålineen (253, 255), joka reagoi mainittuun nimeåmisvålineeseen (114, 240) maini- 10 tussa keskusyksikosså (104) tehon kytkemiseksi mainittuun syntetisaattoriin (204).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen mikrotietokone, tunnettu siitå, ettå mainittu kåynnistysvåline (253, 255) sisåltåå vålineen, joka ei salli tehon katkaisemista 15 syntetisaattorille (204) niin kauan kuin mainittu nimeåmisvå-line (114, 240) sitå vaatii.

10. Mikrotietokonejårjestelmåsså kåytettåvåksi tarkoitettu energiataloudellinen kellopulssigeneraattori mikrotietokonetta (104) vårten, jolla on useita ennalta 20 mååråttyjå kellopulssitaajuusvaatimuksia ennalta ohjelmoitujen tehtåvien vålitontå suorittamista vårten såilyttåen laskennallisen kyvyn, tunnettu siitå, ettå se kåsittåå: stabiilin taajuuslåhteen (109), joka tuottaa 25 ajoituspulsseja taajuudella, joka on alhaisempi kuin tasoltaan suurin useista ennalta mååråtyistå kellopulssitaajuusvaatimuksista j a taajuussyntetisaattorin (204) kytkettåvåksi mikrotietokoneeseen (104) ja sisåltåå vålineen, joka reagoi 30 mikrotietokoneen kellopulssitaajuusvaatimukseen syntetisoitujen kellopulssisignaalien ulostulotaajuuden valitsemista (257, 259, 206) vårten, mainitun taajuussyntetisaattorin (204) ollessa kytkettynå mainittuun stabiiliin taajuuslåhteeseen (109) syntetisoitujen 35 kellopulssien kehittåmiseksi ja toimittamiseksi taajuuksilla, jotka ovat tasoltaan yhtå suuria mainitun mikrotietokoneen (104) mainittujen useiden ennalta mååråttyjen kellopulssitaajuusvaatimusten taajuuksien kanssa; li 39 92768 jolloin stabiilin taajuuslåhteen (109) toimlnnalla taajuudella, joka on alhaisempi kuin tasoltaan suurin ennalta mååritellyistå kellopulssitaajuusvaatimuksista ja synte-tisaattorin (204) toiminnalla taajuuksilla, jotka ovat yhtå 5 suuret mikrotietokoneen (104) kellopulssitaajuusvaatimusten kanssa ennalta ohjelmoitujen tehtåvien vålittomåksi suoritta-miseksi, saavutetaan kellopulssitaajuuslåhteen (109) ja taa-juussyntetisaattorin (204) tehonkulutuksen minimoiminen såi-lyttåen mikrotietokonejårjestelmån laskennallinen kyky. 10 · 92768 40