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Title:
METHOD FOR GENERATING AN OUTPUT CLOCK-PULSE AND A CORRESPONDING CLOCK-PULSE GENERATION CIRCUIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/017491
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a clock-pulse generation circuit comprising a clock-pulse generator (1) for outputting a basic clock pulse, a pulse contractor (2), connected downstream of the clock-pulse generator (1), for generating pulses that are synchronised to the clock pulse and a circuit (3) for varying the pulse duty factor, connected downstream of the pulse contractor (2) for outputting an output clock-pulse with a variable pulse duty factor, the latter corresponding to the ratio between the high-level and low-level of a period of the output clock-pulse. An output clock-pulse with a variable pulse duty factor can thus be generated.

Inventors:
GRIESSBACH GUNTER (DE)
Application Number:
PCT/DE2001/003201
Publication Date:
February 28, 2002
Filing Date:
August 22, 2001
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
GRIESSBACH GUNTER (DE)
International Classes:
H03K5/13; H03K7/04; H04B15/04; (IPC1-7): H03K7/04; H03K5/13
Foreign References:
US3571732A1971-03-23
EP0183075A11986-06-04
EP0159786A11985-10-30
EP0252638A11988-01-13
US5612973A1997-03-18
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung eines Ausgabetaktes mit einem Highund einem LowPegel aus einem Grundtakt in Form einer symmetrischen periodischen Rechteckwelle, wobei der Ausgabe takt ein Tastverhältnis aufweist und wobei das Tastverhältnis dem Zeitverhältnis zwischen Highund LowPegel einer Periode des Ausgabetaktes entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastverhältnis variiert wird.
2. Erzeugungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgabetakt eine Taktfrequenz aufweist und dass die Taktfrequenz variiert wird.
3. Erzeugungsverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass der Ausgabetakt zur Taktung einer Einrichtung dient, die mit konstanter Frequenz getaktet werden muss.
4. Erzeugungsverfahren nach Anspruche 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgabetakt zur Taktung einer Datenübertragungsein richtung dient.
5. Erzeugungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgabetakt zur Taktung einer Synchronisationsein richtung dient.
6. Takterzeugungsschaltung mit einem Taktgenerator (1) zum Ausgeben eines Grundtaktes in Form einer symmetrischen perio dischen Rechteckwelle, einem dem Taktgenerator (1) nachgeord neten Impulsverkürzer (2) zum Erzeugen taktsynchroner Pulse und einer dem Impulsverkürzer (2) nachgeordneten Tastverhält nisvariationsschaltung (3) zum Ausgeben eines Ausgabetaktes mit einem Highund einem LowPegel und mit variablem Tast verhältnis, wobei das Tastverhältnis dem Zeitverhältnis zwi schen Highund LowPegel einer Periode des Ausgabetaktes entspricht.
7. Takterzeugungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastverhältnisvariationsschaltung (3) als monostabi le Kippschaltung (3) ausgebildet ist.
8. Takterzeugungsschaltung nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sie als integrierte Schaltung ausgebildet ist.
9. Takterzeugungsschaltung nach Anspruch 6,7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Ausgabetakt eine Taktfrequenz aufweist und dass dem Taktgenerator (1) eine Frequenzvariationsschaltung (4) zuge ordnet ist.
10. Takterzeugungsschaltung nach Anspruch 6,7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, das ihr eine Einrichtung nachgeordnet ist, die mit konstanter Frequenz getaktet werden muss.
11. Takterzeugungsschaltung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Einrichtung als Datenübertragungseinrichtung aus gebildet ist.
12. Takterzeugungsschaltung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Einrichtung als Synchronisationseinrichtung ausge bildet ist.
Description:
Beschreibung Erzeugungsverfahren für einen Ausgabetakt und hiermit kor- respondierende Takterzeugungsschaltung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Erzeugungsverfahren für einen Ausgabetakt mit einem Tastverhältnis und eine hier- mit korrespondierende Takterzeugungsschaltung.

Insbesondere bei höheren Frequenzen werden zur Erzeugung des Ausgabetaktes Quarzoszillatoren verwendet. Sie weisen übli- cherweise ein Tastverhältnis, ein Zeitverhältnis zwischen High-Pegel und Low-Pegel, (vgl. Seite 4, Zeilen 18 und 19 der urspr. eingereichten Beschreibung) von ca. 1 : 1 auf.

Gemäß dem Nachschlagewerk"Fachausdrücke der Text-und Daten- verarbeitung-Wörterbuch und Glossar", herausgegeben von IBM, wird unter"Tastverhältnis"das"Verhältnis der Impuls- dauer zur Periodendauer eines Impulses"verstanden.

Aus der einschlägigen Fachliteratur sind verschiedenste Sig- nalformen bekannt. So z. B. aus"Kenneth W. Cattermole : Signa- le und Wellen-Mathematische Grundlagen und Anwendungen", VCH Verlagsgesellschaft, 1998, eine sogenannte"Rechteck- Impulsfolge" (S. 54 ; a. a. O.) und aus"Oppenheim, Willsky : Signale und Systeme-Lehrbuch", VCH Verlagsgesellschaft, 1989, eine sogenannte'periodische Rechteckwelle" (S. 180 ; a. a. O.) sowie eine sogenannte"symmetrische periodische Rechteckwelle" (S. 432 ; a. a. O.). Die minimale Amplitude einer solchen symmetrischen periodischen Rechteckwelle muss nicht notwendig kleiner als Null sein, wie in dem Fachbuch darge- stellt ; häufig ist die minimale Amplitude-der Low-Pegel- gleich oder näherungsweise gleich Null. Dies entspricht aber einer einfachen Verschiebung der ansonsten unveränderten Sig- nalform entlang der Ordinate.

In der Terminologie der vorliegenden Anmeldung wird als "Tastverhältnis"das Verhältnis zwischen der Dauer des High- Pegels und der Dauer des Low-Pegels einer zumindest im we- sentlichen symmetrischen periodischen Rechteckwelle verstan- den. Exakt symmetrische periodische Rechteckwellen weisen- in der Terminologie dieser Anmeldung-ein Tastverhältnis von 1 : 1 auf (siehe oben), denn gerade aufgrund der Symmetrie der Rechteckwelle entsprich die Dauer High-Pegels genau der Dauer des Low-Pegels einer Periode einer solchen symmetrischen pe- riodischen Rechteckwelle.

Solche symmetrischen periodischen Rechteckwellen sind häufig das Ausgangssignal einer Takterzeugungsschaltung, so daß die symmetrische periodische Rechteckwelle das Taktsignal für ei- ne Schaltung oder ein Gerät darstellt.

Im Stand der Technik kommt es oftmals zu erheblichen Proble- men bezüglich ungewollter Hochfrequenzabstrahlung. Zur Ein- haltung gesetzlicher Vorschriften und/oder zur Vermeidung störender Interferenzen sind unterschiedliche Maßnahmen er- forderlich.

So ist es beispielsweise bei Personalcomputern bekannt, die Takterzeugung derart zu gestalten, dass die Frequenz ständig um einen kleinen Betrag variiert wird. Weist ein Quarzoszil- lator beispielsweise einen Nennfrequenz von 50 MHz auf, so wird seine tatsächliche Frequenz beispielsweise im Bereich zwischen 49,9 MHz und 50,1 MHz variiert. Damit wird das Stör- spektrum mit den darin enthaltenen Oberwellen in der Frequenz ständig verschoben. Es kommt zu einer Verteilung des Stör- spektrum auf einen weiteren Bereich und damit-bezogen auf eine feste Frequenz-zu einer Verringerung der mittleren Störleistung. Bereits in einem relativ kleinen Frequenzband um eine um eine Oberwelle herum ist die abgestrahlte Stör- leistung aber konstant.

Die Vorgehensweise des Standes der Technik führt bereits zu einer deutlichen Verringerung der mittleren Störleistung pro Frequenz. Sie erfordert aber eine Variation der Taktfrequenz.

Bei manchen Anwendungen, beispielhaft seien Datenübertra- gungsverfahren mit festgelegter Frequenz und Synchronisa- tionsverfahren genannt, ist jedoch eine derartige Frequenz- variation nicht zulässig. In derartigen Fällen ist das Ver- fahren des Standes der Technik systembedingt nicht einsetz- bar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Er- zeugungsverfahren für einen Ausgabetakt und eine hiermit kor- respondierende Takterzeugungsschaltung zu schaffen, mittels derer die elektromagnetische Störstrahlung verringerbar ist, ohne die Frequenz variieren zu müssen.

Die Aufgabe wird für das Erzeugungsverfahren dadurch gelöst, dass das Tastverhältnis ständig variiert wird. Das Tastver- hältnis jittert also.

Hiermit korrespondierend wird die Aufgabe auch durch eine Takterzeugungsschaltung mit einem Taktgenerator zum Ausgeben eines Grundtaktes, einem dem Taktgenerator nachgeordneten Im- pulsverkürzer zum Erzeugen taktsynchroner Pulse und einer dem Impulsverkürzer nachgeordneten Tastverhältnisvariationsschal- tung zum Ausgeben eines Ausgabetaktes mit variablem Tastver- hältnis gelöst.

Denn mittels des erfindungsgemäßen Erzeugungsverfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Takterzeugungsschaltung wird das Stör- spektrum gleichmäßiger auf die geradzahligen und die ungerad- zahligen Oberschwingungen der Frequenz verteilt, indem konti- nuierlich das Verhältnis der Dauer von High-und Low-Anteil einer Periode, insbesondere einer symmetrischen periodischen Rechteckwelle, des Ausgabetaktes variiert wird. Der Störleis- tungspegel wird also ständig zwischen den einzelnen Oberwel-

len numverteilt". Im zeitlichen Mittel wird der Störleis- tungspegel also reduziert.

Das Jittern des Tastverhältnisses ist vor allem auch deshalb unschädlich, weil der Ausgabetakt in einer Nutzschaltung, der er zugeführt wird, in der Regel heruntergeteilt wird. Nach dem Herunterteilen ist das Jittern aber wieder beseitigt.

Wenn die Frequenzkonstanz nicht zwingend erforderlich ist, kann die elektromagnetische Störstrahlung noch weiter ver- ringert werden, wenn zusätzlich zur Variierung des Tastver- hältnisses auch die Taktfrequenz variiert wird.

Die Tastverhältnisvariationsschaltung ist im einfachsten Fall als monostabile Kippschaltung ausgebildet.

Die Takterzeugungsschaltung kann als diskrete Schaltung auf- gebaut sein. Vorzugsweise aber ist sie als integrierte Schal- tung ausgebildet.

Typische Anwendungsfälle der vorliegenden Erfindung bestehen in der Taktung einer Datenübertragungseinrichtung und der Taktung einer Synchronisationseinrichtung.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach- folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbin- dung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung FIG 1 eine Takterzeugungsschaltung, FIG 2 eine monostabile Kippschaltung und FIG 3 den Signalverlauf des Grundtaktes sowie des daraus erzeugten Ausgabetaktes.

Gemäß FIG 1 weist eine Takterzeugungsschaltung zunächst einen Taktgenerator 1 auf. Der Taktgenerator 1 ist üblicherweise als Quarzoszillator 1 ausgebildet. Der Taktgenerator 1 gibt

einen Grundtakt in Form einer symmetrischen periodischen Rechteckwelle (siehe Darstellung in FIG 1) an einen dem Takt- generator nachgeordneten Pulsgenerator 2 aus, der als Impuls- verkürzer dient.

Der Pulsgenerator 2 erzeugt, getriggert durch den Grundtakt, z. B. mit jeder ansteigenden Flanke des Grundtakts, einen Puls. Die Pulse sind also taktsynchron. Sie werden einer dem Pulsgenerator 2 nachgeordneten Tastverhältnisvariations- schaltung 3 zugeführt. Von der Tastverhältnisvariationsschal- tung 3 wird ein Ausgabetakt ausgegeben. Der Ausgabetakt weist eine Frequenz f auf.

Gemäß FIG 2 ist die Tastverhältnisvariationsschaltung 3 als monostabile Kippschaltung ausgebildet. Derartige Kippschal- tungen sind allgemein bekannt, so dass von einer detaillier- ten Beschreibung der Schaltung und deren Funktionsweise nach- folgend Abstand genommen wird. Im Unterschied zu den üblichen monostabilen Kippschaltungen weist die Taktverhältnisvariati- onsschaltung 3 jedoch einen variablen Ladewiderstand 5 auf.

Der Ladewiderstand 5 wird von einer Steuerschaltung 6 ständig kontinuierlich oder in Stufen variiert.

Aufgrund des Variierens des Ladewiderstands 5 variiert die Zeit, in der die monostabile Kippschaltung im angeregten Zu- stand verharrt. Somit wird, wie in FIG 1 mittels eines Dop- pelpfeiles A angedeutet, das Tastverhältnis des Ausgabetaktes variiert. Das Tastverhältnis, also das Zeitverhältnis zwi- schen High-Pegel und Low-Pegel variiert also, und zwar in der Regel um den Wert 1 : 1. Er variiert beispielsweise zwischen 0,9 : 1,1 und 1,1 : 0,9 oder zwischen 0,95 : 1,05 und 1,05 : 0,95.

Die Periodendauer des Ausgabetaktes wird also durch die Takt- verhältnisvariationsschaltung 3 nicht verändert. Die Taktver- hältnisvariationsschaltung 3 ist allerdings geeignet, die Dauer des High-bzw. Low-Anteils einer Periode zu verändern.

Die Dauer des komplementären Low-bzw. High-Anteils ergibt

sich aus der Periodendauer abzüglich der Dauer des High-bzw.

Low-Anteils.

Wenn die Takterzeugungsschaltung in einer Datenübertragungs- einrichtung verwendet wird, der Ausgabetakt also zur Taktung der Datenübertragungseinrichtung dient, muss die Frequenz des Ausgabetaktes konstant sein. Gleiches gilt, wenn die Takter- zeugungsschaltung in einer Synchronisationseinrichtung ver- wendet wird, der Ausgabetakt also zur Taktung der Synchroni- sationseinrichtung dient. Auch in diesem Fall muss der Ausga- betakt eine konstante Frequenz aufweisen. Aber auch andere Anwendungen, z. B. bei. der Taktversorgung von Mikrorechner- und Mikrocontrollersystemen sind denkbar.

Wenn hingegen das Erfordernis der Frequenzkonstanz nicht be- steht, kann dem Taktgenerator 1, wie in FIG 1 gestrichelt an- gedeutet, zusätzlich noch eine Frequenzvariationsschaltung 4 zugeordnet sein. Mittels der Frequenzvariationsschaltung 4 kann die Taktfrequenz des Ausgabetaktes in diesem Fall vari- iert werden. Das Variieren der Taktfrequenz des Ausgabetaktes kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass die Fre- quenzvariationsschaltung eine relativ niederfrequente Wech- selspannung an eine dem Frequenzgenerator 1 parallelgeschal- tete Kapazitätsdiode 7 ausgibt. Dadurch ändert der Quarzos- zillator 1 dann seine Schwingungsfrequenz.

Die obenstehend beschriebene Tastverhältnisvariationsschal- tung 3 ist aufgrund ihrer Ausbildung als Monoflop 3 analog aufgebaut. Sie könnte aber auch in Digitaltechnik aufgebaut sein.

Die erfindungsgemäße Takterzeugungsschaltung kann als diskre- te Schaltung aufgebaut sein. Vorzugsweise aber ist sie, wie in FIG 1 durch die strichpunktierte Umrahmung angedeutet, als integrierte Schaltung ausgebildet.

FIG 3a und 3b zeigen jeweils auf ihrer linken Seite den Sig- nalverlauf des Grundtaktes mit einer Periodendauer T und auf ihrer rechten Seiten den Signalverlauf eines daraus erzeigten Ausgabetaktes jeweils über der Zeit t aufgetragen.

Der Grundtakt steht am Ausgang des Taktgenerators 1 (vgl.

FIG 1) an. Beim Grundtakt handelt es sich um eine symmetrisch periodische Rechteckwelle. Der daraus mittels der Tastver- hältnisvariationsschaltung (vgl. FIG 1) generierte Ausgabe- takt ist auch eine periodische Rechteckwelle nur ist hier aufgrund der Variation des Tastverhältnisses keine Symmetrie mehr wie beim Grundtakt gegeben.

Von unten nach oben gesehen hat der exemplarisch in FIG 3a dargestellte Ausgabetakt Tastverhältnisse wie folgt A : B ; mit A < 1 und B > 1, 1 : 1, A B ; mit A > 1 und B < 1, 1 : 1, A B ; mit A < 1 und B > 1, 1 1 und, A B ; mit A > 1 und B < l.

Das Tastverhältnis wird also regelmäßig variiert.

In FIG 3b ist dagegen ein Ausgabetakt dargestellt, bei dem das Taktverhältnis zufällig variiert wird. Von unten nach o- ben gesehen hat der exemplarisch in FIG 3b dargestellte Aus- gabetakt Tastverhältnisse wie folgt A : B ; mit A < 1 und B > 1, 1 : 1, A B ; mit A < 1 und B > 1, A B ; mit A > 1 und B < 1, 1 : 1, A B ; mit A < 1 und B > 1 und A B ; mit A > 1 und B < 1.

Die Variation des Tastverhältnisses ist in FIG 3a, 3b wieder (vgl. FIG 1) durch den Doppelpfeil A dargestellt.