WO1991009469A1 - Schaltung zur erzeugung einer taktimpulsfolge - Google Patents

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Günter Gleim
Friedrich Heizmann
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Deutsche Thomson-Brandt Gmbh
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    • H03K5/22—Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral
    • H03K5/24—Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude

Definitions

  • the invention is based on a circuit for generating a clock pulse sequence according to the preamble of claim 1.
  • Such a clock pulse sequence is required as a so-called system clock in larger digital systems, e.g. B. for the simultaneous control of A / D converters, D / A converters, decoders . Save and the like.
  • the clock pulse sequence is z. B. generated from an incoming input signal by means of a flip-flop with threshold value property.
  • the input signal can have larger amplitude fluctuations, e.g. B. if it is supplied by a transmission link or a magnetic tape device. If the amplitude of the input signal comes close to the threshold value of the toggle circuit generating the clock pulse sequence, pulses of a very short duration of only a few ns can occur within the clock pulse sequence.
  • control pulses with a minimum pulse width for proper control. Below such a minimum pulse width, it can happen that the controlled circuits no longer operate or operate indifferently. In addition, due to a very small pulse width the amplitude of the finite edge duration occurs.
  • the invention has for its object to develop a circuit of the type described so that even with amplitude fluctuations of the synchronizing input signal in the generated clock pulse sequence, no pulses occur with a pulse width that is too short.
  • the invention is based on the following knowledge. There is a risk of a very short pulse if the maximum value of the input signal practically coincides with the threshold value of the flip-flop. This is based on the fact that the reaching of the threshold value with increasing amplitude and the reaching of the threshold value with decreasing amplitude of the input signal then coincide. As a result of the flip-flop according to the invention with a hysteresis, two differently large threshold values are effective when the input signal rises and the input signal falls. It is therefore impossible for the threshold value to coincide with increasing voltage and decreasing voltage. This applies regardless of the respective amplitude of the input signal. The input signal can never simultaneously reach the two differing threshold values.
  • the invention thus prevents the occurrence of undesired very short pulses in a circuit-technically simple manner.
  • the voltage obtained in the flip-flop with hysteresis is preferably combined with a voltage which is obtained in a flip-flop without hysteresis. It may happen that in the circuit according to the invention, instead of an undesired short pulse, no pulse is generated at all. However, this is not a disadvantage. At most, the work of the overall system is slowed down briefly, but the mentioned disturbances are avoided by impulses that are too short.
  • Fig. 1 the mode of operation based on pulse diagrams
  • Fig. 2 is a block diagram for a first
  • FIG. 3 is a block diagram for a second
  • Embodiment and FIG. 4 pulse diagrams for FIG. 3rd
  • Ue there is an input signal Ue at an input terminal which is subject to amplitude fluctuations and from which a clock signal of constant amplitude and without short voltage peaks is to be generated.
  • Ue arrives at the input of the comparator 2, at the other input of which a reference voltage Ref with the value Sm is applied.
  • the comparator 2 forms a threshold circuit which responds to the same threshold value Sm when the voltage Ue rises and falls. This creates the voltage U2 with the value "1" at the output for the period in which Ue is above Sm. If the maximum value of Ue comes close to the threshold value Sm due to an amplitude drop, the exceeding and falling below the threshold value coincide in time.
  • the voltage Ul can therefore be used as a clock pulse sequence without disturbing pulses S or for generating such a clock pulse sequence.
  • the voltages U1, U2 reach the EXK USIV-OR gate 3, at the output of which is the voltage U3.
  • U3 arrives at the clock input of the edge-triggered D flip-flop 4, the output of which is connected to the reset input D.
  • the flip-flop 4 serves as a frequency divider and generates the voltage U4.
  • U4 no longer contains the disturbing short pulses S and can be used as a clock pulse sequence in a digital system.
  • the circuit according to FIG. 2 thus generates, as shown in FIG. 1, a system clock with half the frequency. This half frequency is not disturbing in some cases, but can be undesirable in other cases.
  • This half system clock is avoided by the circuit according to FIG. 3, which shows a further exemplary embodiment.
  • Half the system clock has the disadvantage that the circuit then works correspondingly slower.
  • the mode of operation of the circuit according to FIG. 3 is explained on the basis of the pulse diagrams in FIG. 4.
  • the capacitor 10 at the input suppresses direct voltage components and low-frequency interference.
  • the following RC element 11 suppresses interference peaks and rounds edges of rectangular input signals.
  • the comparator 1 with the output voltage U1 operates in the manner described with hysteresis, which can be set with the potentiometer P.
  • the comparator 2 with the output voltage U2 works without hysteresis. Due to the different switching thresholds of the comparator 1 and the comparator 2, the signals U1 and U2 overlap in time.
  • the two flip-flops 6, 8 with the output signals U5 and U6 respond to the signals U1, U2.
  • U5 goes high when U2 goes low and goes low when Ul goes high.
  • U6 goes high when U2 goes high and goes low when Ul goes low. If one of the comparators 1, 2 no longer switches, the flip-flops 6, 8 are stopped and therefore no longer output voltages U5, U6.
  • the OR gate 9 combines the pulses U5, U6, the frequency of which is halved again by the flip-flop 4, so that the output signal U8 is produced.
  • the RC element 11 in FIG. 3 has the following purpose. If the input signal at the input of the comparator 1 has very steep edges, the thresholds of the comparators 1, 2 can coincide. It is therefore advantageous to delay the signal at the input of a comparator 1, ie to intentionally flatten the edge of the input signal with a capacitor. The triangular or sinusoidal signal Ue according to FIG. 1 is then artificially generated.

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Abstract

Aus einem periodischen Eingangssignal (Ue) mit schwankender Amplitude wird in einer Kippstufe eine Taktimpulsfolge konstanter Amplitude erzeugt. Aufgabe ist es, bei Amplitudenänderungen des Eingangssignals an sich auftretenden sehr kurze Impulse (S) innerhalb der Taktimpulsfolge zu vermeiden. Das Eingangssignal (Ue) wird einer Kippstufe (1) zugeführt, die im Sinne einer Hysterese bei ansteigender Spannung (Ue) und bei abfallender Spannung (Ue) bei unterschiedlichen Schwellwerten (So, Su) anspricht. Insbesondere zur Erzeugung einer Taktimpulsfolge aus einem Eingangssignal für Datenverarbeitungssysteme.

Description

Schaltung zur Erzeugung einer Taktimpulsfolge
Die Erfindung geht aus von einer Schaltung zur Erzeugung ei¬ ner Taktimpulsfolge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Taktimpulsfolge wird als sogenannter System¬ takt in größeren digitalen Systemen benötigt, z. B. zur gleichzeitigen Ansteuerung von A/D-Wandlern, D/A-Wandlern, Decodern. Speichern und dergleichen. Die Taktimpulsfolge wird z. B. aus einem ankommenden Einganssignal mittels einer Kippschaltung mit Schwellwerteigenschaft erzeugt. Das Ein¬ gangssignal kann in der Praxis größere Amplitudenschwankun¬ gen aufweisen, z. B. wenn es von einer Übertragungsstrecke oder einem Magnetbandgerät geliefert wird. Wenn die Amplitu¬ de des Eingangssignals in die Nähe des Schwellwertes der die Taktimpulsfolge erzeugenden Kippschaltung kommt, können in¬ nerhalb der Taktimpulsfolge Impulse sehr kurzer Dauer von nur wenigen ns auftreten. Andererseits benötigen digitale Schaltungen für eine einwandfreie Ansteuerung Steuerimpulse mit einer Mindestimpulsbreite. Unterhalb einer derartigen Mindestimpulsbreite kann der Fall eintreten, daß die gesteu¬ erten Schaltungen gar nicht mehr oder indifferent arbeiten. Außerdem kann bei einer sehr geringen Impulsbreite aufgrund der endlichen Flankendauer eine Verringerung der Amplitude auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der beschriebenen Art so weitzubilden, daß auch bei Amplituden¬ schwankungen des synchronisierenden Eingangssignals in der erzeugten Taktimpulsfolge keine Impulse mit einer zu kurzen Impulsbreite auftreten.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfin¬ dung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung beruht auf folgender Erkenntnis. Die Gefahr eines sehr kurzen Impulses besteht dann, wenn der Maximal¬ wert des Eingangssignales praktisch mit dem Schwellwert der Kippschaltung zusammenfällt. Das beruht darauf, daß dann das Erreichen des Schwellwertes bei ansteigender Amplitude und das Erreichen des Schwellwertes bei abfallender Amplitude des Eingangssignals zeitlich zusammenfallen. Durch die erfin¬ dungsgemäße Kippstufe mit einer Hysterese sind jeweils bei ansteigendem Eingangssignal und bei abfallendem Eingangssi¬ gnal zwei verschieden große Schwellwerte wirksam. Damit ist ausgeschlossen, daß das Erreichen des Schwellwertes bei an¬ steigender Spannung und bei abfallender Spannung zeitlich zusammenfallen. Das gilt unabhängig von der jeweiligen Ampli¬ tude des Eingangssignals. Das Eingangsignal kann niemals gleichzeitig die beiden voneinander abweichenden Schwellwer¬ te erreichen. Dadurch ist sichergestellt, daß in Abhängig¬ keit von der Amplitude des Eingangssignals entweder in er¬ wünschter Weise gar kein Impuls oder ein Impuls ausreichen¬ der Dauer erzeugt wird. Diese Dauer ist abhängig von dem Un¬ terschied in den beiden Schwellwerten. Durch die Erfindung wird somit auf schaltungstechnisch einfa¬ che Weise das Auftreten von unerwünschten sehr kurzen Impul¬ sen verhindert. Vorzugsweise wird die in der Kippstufe mit Hysterese gewonnene Spannung mit einer Spannung kombiniert, die in einer Kippstufe ohne Hysterese gewonnen ist. Es kann zwar vorkommen, daß bei der erfindungsgemäßen Schaltung an¬ stelle eines unerwünschten kurzen Impulses gar kein Impuls erzeugt wird. Das ist jedoch nicht nachteilig. Allenfalls wird das Arbeiten des Gesamtsystems kurzeitig verlangsamt, wobei jedoch die genannten Störungen durch zu kurze Impulse vermieden werden.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Darin zei¬ gen
Fig. 1 die Wirkungsweise anhand von Impulsdiagrammen, Fig. 2 ein Blockschaltbild für ein erstes
Ausführungsbeispiel, Fig. 3 ein Blockschaltbild für ein zweites
Ausführungsbeispiel und Fig. 4 Impulsdiagramme für Fig. 3.
In Fig. 1, 2 liegt an einer Eingangsklemme ein Eingangssi¬ gnal Ue, das Amplitudenschwankungen unterworfen ist und aus dem ein Taktsignal konstanter Amplitude und ohne kurze Span¬ nungsspitzen erzeugt werden soll. Ue gelangt an den Eingang des Komparators 2, an dessen anderen Eingang eine Referenz¬ spannung Ref mit dem Wert Sm angelegt ist. Der Komparator 2 bildet eine Schwellwertschaltung, die bei ansteigender und abfallender-Spannung Ue bei demselben Schwellwert Sm an¬ spricht. Dadurch entsteht am Ausgang die Spannung U2 mit dem Wert "1" jeweils für den Zeitraum, in dem Ue oberhalb von Sm liegt. Wenn durch einen Amplitudenabfall der Maximalwert von Ue in die Nähe des Schwellwertes Sm kommt, fallen das Über¬ schreiten und das Unterschreiten des Schwellwertes zeitlich zusammen. Es entstehen dann sehr kurze Impulse S. Derartige Impulse S sehr kurzer Dauer reichen nicht aus, mit Sicher¬ heit digitale Schaltungen auszulösen, und sollen daher ver¬ mieden werden. Ue gelangt außerdem auf den Komparator 1, der eine Gegenkopplung mit dem Widerstand R aufweist. Die An¬ spruchschwelle der Komparatoren 1, 2 wird durch die Rückkopp¬ lung mit einem Widerstand vom Ausgang zu einem Eingang je¬ weils geändert. Die Rückkopplung wirkt in Fig. 2 als Gegen¬ kopplung, da sie auf den negativen Eingang des Komparators 1 wirkt. Die Gegenkopplung über R bewirkt, daß der Komparator 1 bei ansteigender Spannung bei einem oberen Schwellwert So und bei abfallender Spannung bei einem davon abweichenden unteren Schwellwert Su anspricht und die AusgangsSpannung Ul abgibt. In Ul sind die störenden Impulse S schon nicht mehr enthalten, weil bei einer Amplitude von Ue = Sm der Schwell¬ wert So nicht erreicht wird. Die Spannung Ul kann daher als Taktimpulsfolge ohne störende Impulse S oder zur Erzeugung einer derartigen Taktimpulsfolge verwendet werden. Die Span¬ nungen Ul, U2 gelangen auf das EXK USIV-ODER-Gatter 3, an dessen Ausgang die Spannung U3 steht. U3 gelangt auf den Takteingang des flankengetriggerten D-Flip Flop 4, dessen Ausgang mit dem Rücksetzeingang D verbunden ist. Das Flip Flop 4 dient als Frequenzteiler und erzeugt die Spannung U4. U4 enthält nicht mehr die störenden kurzen Impulse S und kann als Taktimpulsfolge in einem digitalen System verwendet werden.
Die Schaltung gemäß Fig. 2 erzeugt somit, wie in Fig. 1 ge¬ zeigt, einen Systemtakt mit halber Frequenz. Diese halbe Fre¬ quenz ist in manchen Fällen nicht störend, kann jedoch in anderen Fällen unerwünscht sein. Dieser halbe Systemtakt wird durch die Schaltung gemäß Fig. 3, die ein weiteres Aus¬ führungsbeispiel zeigt, vermieden. Der halbe Systemtakt hat den Nachteil, daß die Schaltung dann entsprechend langsamer arbeitet. Die Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 3 wird anhand der Impulsdiagramme in Fig. 4 erläutert. Duch den Kondensator 10 am Eingang werden Gleichspannungsanteile und niederfrequente Störungen unterdrückt. Durch das folgende RC-Glied 11 werden Störspitzen unterdrückt und Kanten von Rechteck-Eingangssi¬ gnalen abgerundet. Der Komparator 1 mit der AusgangsSpannung Ul arbeitet in der beschriebenen Weise mit Hysterese, die mit dem Potentiometer P einstellbar ist. Der Komparator 2 mit der Ausgangsspannung U2 arbeitet ohne Hysterese. Durch die unterschiedlichen Schaltschwellen des Komparators 1 und des Komparators 2 wird eine zeitliche Überschneidung der Si¬ gnale Ul und U2 erreicht. Die beiden Flip Flop 6, 8 mit den Ausgangssignalen U5 und U6 sprechen auf die Signale Ul, U2 an. U5 geht auf High, wenn U2 auf Low geht, und geht auf Low, wenn Ul auf High geht. U6 geht auf High, wenn U2 auf High geht, und geht auf Low, wenn Ul auf L geht. Wenn einer der Komparatoren 1, 2 nicht mehr schaltet, werden die Flip Flop 6, 8 stillgesetzt und geben somit keine AusgangsSpannun¬ gen U5, U6 mehr ab. Das ODER-Glied 9 verknüpft die Impulse U5, U6, deren Frequenz durch das Flip Flop 4 wieder halbiert wird, so daß das Ausgangssignal U8 entsteht. Da die positi¬ ven Flanken von U7 immer von U2 geliefert werden, arbeitet U8 nur auf U2, d.h. auf das Ausgangssignal des Komparators 2 ohne Hysterese. Das RC-Glied 11 in Fig. 3 hat noch folgenden Zweck. Wenn das Eingangssignal am Eingang des Komparators 1 sehr steile Flanken hat, können die Anspruchsschwellen der Komparatoren 1, 2 zusammenfallen. Deshalb ist es dann vor¬ teilhaft, das Signal am Eingang eines Komparators 1 zu verzö¬ gern, d.h. die Flanke des anliegenden Eingangssignals mit einem Kondensator absichtlich abzuflachen. Es wird dann künstlich das dreieckförmige oder sinusförmige Signal Ue ge¬ mäß Fig. 1 erzeugt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Schaltung zur Erzeugung einer Taktimpulsfolge aus einem periodischen Eingangssignal, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal (Ue) einer Schwellwertstufe (1) zugeführt ist, die im Sinne einer Hysterese bei anstei¬ gender Spannung (Ue) bei einem ersten Schwellwert (So) und bei abfallender Spannung (Ue) bei einem anderen, zweiten Schwellwert (Su) anspricht, und daß die Aus¬ gangsSpannung- (Ul) der Schwellwertstufe (1) zur Erzeu¬ gung der Taktimpulsfolge (U4, U8) ausgenutzt ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal (Ue) an eine zweite Schwellwertstufe (2) mit einem dritten Schwellwert (Sm) ohne Hysterese angelegt ist und die AusgangsSpannungen (Ul, U2) der ersten und zweiten Stufe (1,2) gemeinsam zur Erzeugung der Taktimpulsfolge (U4,U8) dienen.
3. Schaltung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe mit Hysterese durch einen Komparator (1) gebildet ist, an dessen ersten Eingang (+) das Ein- gangssignal (Ue) angelegt und dessen anderer Eingang (-) über einen Gegenkopplungsweg (R) mit dem Ausgang verbunden ist.
4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwellwert (So) oberhalb und der zweite Schwellwert (Su) unterhalb des dritten Schwellwertes (Sm) liegt.
5. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannungen (U1,U2) der ersten und zweiten Stufe (1,2) an die Eingänge eines EXOR-Gatters (3) ange¬ legt sind, dessen Ausgang mit dem Eingang einer als Fre- quenzteiler wirkenden Kippstufe (4) verbunden ist (Fig. 2).
6. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die AusgangsSpannungen (U1,U2) der ersten und zweiten Stufe (1,2) parallel jeweils an die Eingänge eines zwei¬ ten Gatters (5,6) und eines dritten Gatters (7,8) ange¬ legt sind, die jeweils zwischen den Anstiegsflanken bzw. Abfallflanken der angelegten Spannungen (U1,U2) Impulse (U5,U6) erzeugen, und daß die Summe (U7) dieser Impulse an den Eingang einer als Frequenzteiler wirken¬ den Kippstufe (4) angelegt ist (Fig. 3).
7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Eingang der zweiten Schwellwertstufe (1) ein Kon¬ densator (11) angeschlossen ist, der das angelegte Si¬ gnal verzögert.
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