DE102007002112B4

DE102007002112B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Regenerierung eines Taktsignals, Vorrichtung und Verfahren zur Umwandlung eines Taktsignals in ein mittelwertfreies Signal

Info

Publication number: DE102007002112B4
Application number: DE200710002112
Authority: DE
Inventors: Dietmar STRÄUSSNIGG; Daniel Gruber; Andreas Wiesbauer; Richard Gaggl; Martin Clara; Stefan Matschitsch
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2027-01-16
Also published as: DE102007002112A1

Abstract

Vorrichtung zur Regenerierung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals, umfassend:
eine Einrichtung (100), welche einen Switched-Capacitor-Integrator (10) aufweist, zur Umwandlung des Taktsignals in ein Signal mit mindestens einer jitterfreien Flanke, und
eine Einrichtung (300), welche mit einem Ausgang der Umwandlungseinrichtung (100) verbunden ist, zur Bestimmung einer Offset-Spannung des Signals,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Switched-Capacitor-Integrator (10) eine steuerbare Referenz-Spannungsquelle (Vref) und/oder einen steuerbaren Kondensator (5) aufweist, und
die Bestimmungseinrichtung (300) mit der steuerbaren Referenz-Spannungsquelle (Vref) und/oder mit dem steuerbaren Kondensator (5) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regenerierung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals und eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Umwandlung eines Taktsignals in ein mittelwertfreies Signal nach den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
Die Leistungsfähigkeit eines Analog-Digital-(AD-)Umsetzers hängt unter anderem von der spektralen Reinheit des dem AD-Umsetzer zugeführten Taktsignals ab. AD-Umsetzer benötigen im Allgemeinen ein spektral sehr reines Taktsignal. Taktsignale können jedoch mit einem Jitter behaftet sein, welcher entweder im Zeitbereich mit entsprechenden Dimensionseinheiten angegeben wird oder im Frequenzbereich auch als Phasenrauschen bezeichnet und dementsprechend quantitativ angegeben wird. Um ein spektral reines Taktsignal, beispielsweise für einen AD-Umsetzer, zu erhalten, ist es erstrebenswert, den Jitter des Taktsignals weitgehend zu minimieren.
Wenn einem AD-Umsetzer ein mit einem Jitter behaftetes Taktsignal zugeführt wird, so führt dies in der Regel dazu, dass das Signal/Rausch-Verhältnis des Ausgangssignals des AD-Umsetzers sinkt. Da für die Qualität des Ausgangssignals des AD-Umsetzers zumeist bestimmte Spezifikationen vorgegeben sind, so kann der Fall auftreten, dass diese Spezifikationen hinsichtlich des Signal/Rausch-Verhältnisses nicht mehr eingehalten werden können. Es ist dann beispielsweise nicht mehr möglich, vom Kunden zur Verfügung gestellte Taktsignale zu verwenden, die mit relativ ungünstigen Jitter-Eigenschaften behaftet sind, die auf die Erzeugung der Taktsignale zurückzuführen sind.
Die Druckschrift WO 2006/010898 A1 offenbart eine Anti-Jitterschaltung (AJS) zur Reduzierung von Zeitjitter in einem Zug von Eingangspulsen. Die AJS umfasst einen Integrator, einen Gleichspannungsentfernungsschaltkreis und einen Vergleicher. Über einen Feedbackpfad werden Phasenabweichungen des Zuges von Ausgangspulsen im Bezug auf den Jitter ausgeglichen.
Die Druckschrift WO 2006/056906 A2 offenbart einen Jitterreduzierungsschaltkreis mit einem rücksetzbaren Integrator, einem Vergleicher und einem Referenzdurchgangsermittler. Ein Zug von Eingangspulsen wird im Integrator integriert und im Vergleicher mit einem Referenzwert verglichen. Ein veränderter Zug von integrierten Eingangspulsen wird dann auf Phasenabweichungen ausgeglichen und im Referenzdurchgangsermittler wird ein Zeitintervall zwischen zwei Durchgängen des veränderten Zuges integrierter Eingangspulse durch den Referenzwert ermittelt. Der Integrator wird zwischen zwei Durchgängen zurückgesetzt.
Die Druckschrift DE 697 18 144 T2 offenbart eine Schaltung zur Verminderung von Phasenrauschen in einer Eingangsimpulsfolge, welche eine Impulsgeneratoreinrichtung, eine Gleichspannungsentfernungseinrichtung, einen Integrator und einen Vergleicher umfasst. Aus der Eingangsimpulsfolge wird eine modifizierte Impulsfolge mit Impulsen gleicher Länge generiert aus der mittels der Gleichspannungsentfernungseinrichtung ein Gleichspannungspegel entfernt wird. Danach wird eine integrierte Impulsfolge aus der modifizierten Impulsfolge im Integrator gebildet, welche im Vergleicher mit einem Bezugspegel verglichen wird und zur Erzeugung einer Ausgangsimpulsfolge dient.
Die Druckschrift US 3,719,834 offenbart einen Taktgeberjitterberichtiger, welcher einen Zeitmesskondensator umfasst, der zwischen zwei Taktgeberpulsen durch einen Gleichstrom geladen wird. Der Zeitmesskondensator wird durch einen Taktgeberpuls schnell entladen, was in einer konstanten Rücksetzspannung resultiert. Die entstehende Sägezahnspannung wird mit einem Gleichspannungspegel verglichen und Durchgangswerte zur Erzeugung einer jitterreduzierten Ausgangspulsfolge verwendet.
Die Druckschrift US 6,417,707 B1 offenbart einen Rauschreduzierungsschaltkreis, welcher eine Gleichspannungsentfernungseinrichtung, einen Integrator, einen Vergleicher und einen Pulserzeuger umfasst. Die Gleichspannungsentfernungseinrichtung entfernt einen Gleichspannungspegel aus einer Eingangspulsfolge. Der Integrator integriert die auf einen Gleichspannungspegel berichtigte Eingangspulsfolge und übergibt die integrierte Pulsfolge dem Vergleicher, der die Folge mit einem Schwellwert vergleicht. Der Pulserzeuger erzeugt Pulse an den Stellen, an denen der Vergleicher fehlende Pulse in der integrierten Pulsfolge festgestellt hat.
Die Druckschrift DE 10 2005 026 899 A1 offenbart eine Kompensationsschaltung für einen durch ein Taktsignal getakteten DA-Wandler zur Kompensation eines durch einen Jitter des Taktsignales hervorgerufenen Jitters des DA-gewandelten Ausgangssignales. Die Kompensationsschaltung umfasst eine Erfassungsschaltung und eine Modellierungsschaltung. In der Erfassungsschaltung wird ein Jitter des Taktsignales erfasst. Die Modellierungsschaltung erzeugt ein modelliertes Jitterfehlersignal, welches des Jitter bei der DA-Wandlung durch den DA-Wandler korrigiert.
Ein weiteres Problem im Stand der Technik besteht in der Verteilung eines zentral generierten und rauscharmen Taktsignals auf einem großen Chip, da beispielsweise durch Übersprechen zwischen den Leitungen ein ursprünglich rauscharmes Taktsignal mit einem Jitter behaftet werden kann.
Vor diesem Hintergrund wird in der vorliegenden Anmeldung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regenerierung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals gemäß den unabhängigen Patentansprüchen angegeben, mit welchen der Jitter eines Taktsignals mit relativ geringem Aufwand und hoher Zuverlässigkeit reduziert oder minimiert werden kann. Es wird in weiteren unabhängigen Patentansprüchen eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Umwandlung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals in ein mittelwertfreies Signal angegeben.
Eine Vorrichtung zur Regenerierung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals weist eine Einrichtung zur Umwandlung des Taktsignals in ein Signal mit mindestens einer jitterfreien Flanke auf. Eine Vorrichtung zur Umwandlung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals in ein mittelwertfreies Signal weist eine Einrichtung zur Umwandlung des Taktsignals in ein Signal mit mindestens einer jitterfreien Flanke und eine Einrichtung zur Bestimmung einer Offset-Spannung des Signals und zur Übermittlung eines Signals an die Umwandlungseinrichtung, welches eine Information über die Offset-Spannung enthält.
Eine Vorrichtung zur Messung des Jitters eines Taktsignals weist eine Einrichtung zur Umwandlung des Taktsignals in ein Signal mit mindestens einer jitterfreien Flanke und eine Einrichtung zur Messung eines Momentanwerts des Signals auf.
Bei einem Verfahren zur Regenerierung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals wird das Taktsignal in ein Signal mit mindestens einer jitterfreien Flanke umgewandelt.
Bei einem Verfahren zur Umwandlung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals in ein mittelwertfreies Signal mit mindestens einer jitterfreien Flanke wird ein Taktsignal in ein Signal umgewandelt und es wird eine Offset-Spannung des Signals bestimmt, welche für eine Regelung des Umwandelns des Taktsignals verwendet wird.
Bei einem Verfahren zur Messung des Jitters eines Taktsignals wird das Taktsignal in ein Signal mit mindestens einer jitterfreien Flanke umgewandelt und es wird ein Momentanwert des Signals gemessen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1a, b Ausführungsbeispiele für eine Vorrichtung zur Regenerierung eines Taktsignals;
2 ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Umwandlung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals in ein mittelwertfreies Signal;
3 eine Vorrichtung zur Messung des Jitters eines Taktsignals;
4 ein Beispiel für eine Einrichtung zur Umwandlung eines Taktsignals in ein sägezahnförmiges Signal;
5 weitere Ausführungsbeispiele für eine Vorrichtung zur Umwandlung eines Taktsignals in ein mittelwertfreies Signal und für eine Vorrichtung zur Messung des Jitters eines Taktsignals;
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Umwandlung eines Taktsignals in ein mittelwertfreies Signal;
7 weitere Ausführungsbeispiele für eine Vorrichtung zur Umwandlung eines Taktsignals in ein mittelwertfreies Signal und eine Vorrichtung zur Messung des Jitters eines Taktsignals;
8 ein Zeitdiagramm mit einem jitterfreien und einem verjitterten Taktsignal (a), sägezahnförmigen Signalen für den Idealfall sowie für beide Taktsignale mit Ladungstransfer-Übergängen (b) und dem Ausgangssignal des Komparators (c); und
9 Zeitdiagramme für die Taktsignale ϕ1 und ϕ2 (a) und sägezahnförmige Signale ohne Offset, mit Offset und mit Offset und Ladungstransfer-Übergängen (b).
In der 1a ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Regenerierung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals in Form eines Blockdiagramms schematisch dargestellt. Das mit einem Jitter behaftete Taktsignal wird dabei einer Umwandlungseinrichtung 100 zur Umwandlung des Taktsignals in ein Signal mit mindestens einer jitterfreien Flanke zugeführt. Dieses Signal kann beispielsweise ein sägezahnförmiges Signal sein. Der Umwandlungseinrichtung 100 kann direkt das regenerierte Taktsignal entnommen werden. In der Umwandlungseinrichtung 100 kann beispielsweise eine zusätzliche Verstärkerschaltung enthalten sein.
In der 1b ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Regenerierung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals in Form eines Blockdiagramms schematisch darge stellt. Das Ausgangssignal der Umwandlungseinrichtung 100 weist mindestens eine jitterfreie Flanke auf. Hier wird jedoch das Ausgangssignal der Umwandlungseinrichtung 100 einer Erzeugungseinrichtung 200 zur Erzeugung eines regenerierten Taktsignals zugeführt. Die Erzeugungseinrichtung 200 erzeugt das regenerierte Taktsignal beispielsweise derart, dass dessen Taktflanken an den Nulldurchgängen des Ausgangsignals der Umwandlungseinrichtung 100 liegen. Das Ausgangssignal der Umwandlungseinrichtung 100 kann auch hier durch ein sägezahnförmiges Signal gegeben sein. Die Erzeugungseinrichtung 200 kann beispielsweise durch einen Komparator gegeben sein, der kontinuierlich über die Zeit einen Vergleich des momentanen Spannungswerts des sägezahnförmigen Signals mit dem Nullpotential durchführt.
In der 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Umwandlung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals in ein mittelwertfreies Signal in Blockform schematisch dargestellt. Ein mit einem Jitter behaftetes Taktsignal wird einer Einrichtung 100 zur Umwandlung des Taktsignals in ein Signal mit mindestens einer jitterfreien Taktflanke zugeführt, welches beispielsweise ein sägezahnförmiges Signal sein kann. Das Ausgangssignal der Umwandlungseinrichtung 100 wird einer Einrichtung 300 zur Bestimmung einer Offset-Spannung des Signals zugeführt. Die von der Bestimmungseinrichtung 300 bestimmte Offset-Spannung oder eine diese Offset-Spannung enthaltende Information wird der Umwandlungseinrichtung 100 zugeführt. Die Umwandlungseinrichtung 100 wandelt das Taktsignal in ein Signal unter Berücksichtigung der übermittelten Offset-Spannung um, sodass das Ausgangssignal der Umwandlungseinrichtung 100 im wesentlichen mittelwertfrei ist. Die Vorrichtung weist somit eine Regelschleife auf, in der in einem gewissen zeitlichen Mittel auftretende Offset-Spannungen, d. h. Abweichungen von der Mittelwertfreiheit ausgeregelt werden.
In der 3 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Messung des Jitters eines Taktsignals dargestellt. Ein mit einem Jitter behaftetes Taktsignal wird einer Einrichtung 100 zur Umwandlung des Taktsignals in ein Signal mit mindestens einer jitterfreien Taktflanke zugeführt. Das Ausgangssignal der Umwandlungseinrichtung 100 wird einer Einrichtung 600 zur Messung eines Momentanwerts des Signals zugeführt. Der gemessene Momentanwert wird mit einem Erwartungswert verglichen, wobei die Abweichung zwischen beiden ein Maß für den Jitter des Taktsignals ist. Der Momentanwert kann beispielsweise ein Spitzenwert des Ausgangssignals der Umwandlungseinrichtung 100 sein. Der Momentanwert kann beispielsweise auch ein Wert bei einem nominellen Nurchgang des Signals sein.
In der 4 ist ein Beispiel für eine Einrichtung zur Umwandlung eines Taktsignals in ein sägezahnförmiges Signal dargestellt. Die Umwandlungseinrichtung 100 weist einen Operationsverstärker 1 auf, dessen erster Eingang über einen ersten Knoten 3 und einen ersten Kondensator 2 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 1 verbunden ist. Der Operationsverstärker 1, der erste Kondensator 2 und der Knoten 3 sind Teil eines Switched-Capacitor-(SC-)Integrators 10. Der SC-Integrator 10 weist außerdem einen zweiten Kondensator 5 auf, welcher mit vier Schaltern 4.1 bis 4.4 verbunden ist.
Den Schaltern 4.1 bis 4.4 wird das Taktsignal in Form zweier gegeneinander zeitlich verschobener und nicht überlappender Signale ϕ1 und ϕ2 zugeführt. Ein erster Schalter 4.1, welchem ein erstes Taktsignal ϕ1 zugeführt wird, ist mit seinem ersten Anschluss mit einer Referenzspannungsquelle Vref verbunden, während er mit seinem zweiten Anschluss mit einem ersten Anschluss des zweiten Kondensators 5 verbunden ist. Ein zweiter Schalter 4.2, welchem ein zweites Taktsignal ϕ2 zugeführt wird, ist mit seinem ersten Anschluss mit einem Masseanschluss verbunden, während er mit seinem zweiten Anschluss mit dem ersten Anschluss des zweiten Kondensators 5 verbunden ist. Ein dritter Schalter 4.3, welchem das zweite Taktsignal ϕ2 zugeführt wird, ist mit seinem ersten Anschluss mit einem zweiten Anschluss des zweiten Kondensators 5 verbunden, während er mit seinem zweiten Anschluss mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers 1 verbunden ist. Ein vierter Schalter 4.4, welchem das erste Taktsignal ϕ1 zugeführt wird, ist mit seinem ersten Anschluss mit dem zweiten Anschluss des zweiten Kondensators 5 verbunden, während er mit seinem zweiten Anschluss mit einem zweiten Eingang des Operationsverstärkers 1 verbunden ist. Der zweite Anschluss des dritten Schalters 4.3 ist mit einem zweiten Knoten 6 verbunden, welcher mit dem ersten Eingang des Operationsverstärkers 1 und mit dem ersten Knoten 3 verbunden ist. Der dritte Knoten 3 ist außerdem mit einer Konstantstromquelle 7 verbunden.
Der zweite positive Eingang des Operationsverstärkers 1 ist mit dem Masseanschluss verbunden. Alternativ dazu kann jedoch auch eine voll-differentielle Ausführungsform vorgesehen sein. Dies gilt auch für die noch zu erläuternden Ausführungsbeispiele der 5 bis 7.
Die beiden nicht-überlappenden Taktsignale ϕ1 und ϕ2 übernehmen die Steuerung der diskreten Integration. Wenn ϕ1 aktiv ist, wird der zweite Kondensator 5 auf die Spannung Vref der konstanten Spannungsquelle Vref aufgeladen. Während der Phase ϕ2 wird die Ladung, die in dem zweiten Kondensator 5 gespeichert ist, in den ersten Kondensator 2 übertragen (integriert). Die Konstantstromquelle 7 entzieht dem ersten Kondensator 2 kontinuierlich eine bestimmte Ladung. Dieser Vorgang entspricht einer kontinuierlichen Integration des Konstantstroms. Da somit eine Differenzbildung zwischen diskreter und kontinuierlicher Integration durchgeführt wird, weist die Ausgangsspannung mit Berücksichtigung der Konstantstromquelle 7 einen Sägezahnverlauf auf, wie in den 8 und 9 gezeigt ist.
In der 8 sind Zeitdiagramme des Taktsignals mit und ohne Jitter (a), des sägezahnförmigen Ausgangssignals ohne Jitter, mit Ladungstransfer-Übergängen und mit zusätzlichem Jitter (b) sowie des regenerierten Taktsignals (c) dargestellt. In dem Zeitdiagramm (a) ist ein nicht-verjittertes Taktsignal mit der gestrichelten Linie dargestellt, während ein einen Jitter aufweisendes Taktsignal als durchgezogene Linie dargestellt ist. In dem Zeitdiagramm (b) zeigt die durchgezogene, fettgedruckte Linie das ideale Sägezahnsignal, welches unter Verwendung des nicht-verjitterten Taktsignals erzeugt wird. Das Sägezahnsignal der gestrichelten Linie des Zeitdiagramms (b) gehört zu dem verjitterten Taktsignal des Zeitdiagramms (a). Die ansteigende Flanke zeigt keine zeitliche Veränderung gegenüber der durch das nicht-verjitterte Taktsignal erzeugten ansteigenden Flanke. Das Signal zeigt jedoch deutlich eine zum absoluten Jitter korrespondierende Verschiebung in y-Richtung. Diese Verschiebung in y-Richtung kann beispielsweise gemessen werden, indem laufend der Spitzenwert des sägezahnförmigen Signals gemessen wird. Die gemessenen Verschiebungen können zu entsprechenden Jitterwerten in eine Beziehung gesetzt werden. Alternativ dazu kann die verjitterte Flanke des sägezahnförmigen Signals für die Messung eines Momentanwerts herangezogen werden. Beispielsweise kann ein Momentanwert an einem nominellen Nulldurchgang des sägezahnförmigen Signals gemessen und als Mass für den Jitter herangezogen werden.
Hinsichtlich der ansteigenden Flanke ist der Auftrittszeitpunkt des Nulldurchgangs des durch ein verjittertes Taktsignal hergestellten Sägezahnsignals derselbe als der des Nulldurchgangs des durch ein ideales Taktsignal hergestellten Sägezahnsignals. Eine Detektion der Nulldurchgänge mittels nachgeschaltetem Komparator (siehe 1) des verjitterten Sägezahnsignals würde also aufgrund der Übereinstimmung dieser Nulldurchgänge ein Taktsignal liefern, dessen steigende Flanke keinen Zeitversatz aufweist. Die fallende Flanke des Komparatorausgangssignals würde jedoch noch immer um den ab soluten Jitter verschoben auftreten. Um die steigende und die fallende Flanke eines Taktsignals zu korrigieren, müsste der Eingangstakt eine doppelt so hohe Frequenz als der gewünschte Ausgangstakt haben, da nur der Auftrittszeitpunkt einer Flanke korrigiert werden kann.
In der 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Umwandlung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals in ein mittelwertfreies Signal dargestellt. Dieses weitere Ausführungsbeispiel entspricht im Grunde genommen dem Ausführungsbeispiel der 2, wobei jedoch die Blockdarstellungen der Einrichtungen 100 und 300 des Ausführungsbeispiels der 2 in dem weiteren Ausführungsbeispiel der 5 in größerem schaltungstechnischen Detail dargestellt sind.
Die Umwandlungseinrichtung 100 basiert auf einer Umwandlungseinrichtung 100, wie sie in der 4 dargestellt und weiter 1 oben beschrieben wurde. Die Umwandlungseinrichtung 100 weist somit einen SC-Integrator 10 und eine Konstantstromquelle 7 auf. Der Einfachheit hälber wurden einzelne Bezugszeichen des SC-Integrators 10 in der 5 weggelassen, da sie bereits in dem Beispiel der 4 bezeichnet und weiter oben beschrieben wurden. Der Schaltungsbereich des SC-Integrators 10 ist durch die strichpunktierte Linie umgrenzt, während der Schaltungsbereich der Umwandlungseinrichtung 100 durch die gestrichelte Linie umgrenzt ist. Die Umwandlungseinrichtung 100 weist zusätzlich zu der in dem in der 4 gezeigten Beispiel dargestellten Umwandlungseinrichtung 100 eine steuerbare Stromquelle 400 auf.
Der Schaltungsbereich der Bestimmungseinrichtung 300 ist ebenfalls durch eine gestrichelte Linie umgrenzt. Die Bestimmungseinrichtung 300 weist demgemäß ein RC-Tiefpassfilter bestehend aus einem Widerstand R_F und einem Kondensator C_F auf. Wie bereits beschrieben, wird dem ersten Kondensator 2 einerseits Ladung durch die Konstantspannungsquelle Vref, die vier Schalter 4.1 bis 4.4 und den zweiten Kondensator 5 zugeführt und andererseits wird dem ersten Kondensator 2 Ladung durch die Konstantstromquelle 7 abgezogen. Es hat sich gezeigt, dass eine Fehlanpassung zwischen diesen Ladungen zu einem erheblichen Problem führt, da je nachdem welche der beiden Ladungen dominiert, das Sägezahnsignal entweder nach oben oder nach unten davon läuft (siehe 9) und somit nach einer gewissen Zeit kein Nulldurchgang mehr detektiert werden kann. Eine Fehlanpassung zwischen den Ladungen führt somit zu einer Offset-Spannung an der virtuellen Masse des Operationsverstärkers 1, welche an dem ersten Kondensator 2 aufintegriert wird. Um die Fehlanpassung zwischen den beiden Ladungen zu vermeiden, wird die Offset-Spannung durch die Bestimmungseinrichtung 300 bestimmt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird mittels des RC-Tiefpassfilters die niederfrequente Offset-Information aus der Ausgangsspannung Vout extrahiert und dazu genutzt, die steuerbare Stromquelle 400 derart zu steuern, dass die Ladung, die über das SC-Netzwerk (Vref, C_C) eingebracht wird, und die Ladung, die über die Summe der beiden Stromquellen 7 und 400 eingebracht wird, im Mittel 0 ergeben und die Ausgangsspannung Vout somit mittelwertfrei oder im wesentlichen mittelwertfrei bleibt.
Alternativ zu der steuerbaren Stromquelle 400 der 5 kann auch vorgesehen sein, dass der zweite Kondensator 5 in seinem Kapazitätswert veränderbar und durch die von der Bestimmungseinrichtung 300 bestimmte Offset-Spannung steuerbar ist. Als eine weitere Möglichkeit kann auch vorgesehen sein, dass die Referenzspannungsquelle Vref bezüglich der ausgegebenen Referenzspannung veränderbar und durch die von der Bestimmungseinrichtung 300 bestimmte Offset-Spannung steuerbar ist.
Inder 5 ist gleichzeitig ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Messung des Jitters eines Taktsignals gezeigt. In diesem Sinne entspricht das Ausführungsbeispiel der 5 dem Ausführungsbeispiel der 3, wobei die Umwandlungseinrichtung 100 und die Messeinrichtung in größerem schaltungstechnischen Detail dargestellt sind. Die Messeinrichtung 600 weist einen Schalter 610 auf, welcher an einem Anschluss mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 1 gekoppelt ist und mit seinem anderen Anschluss mit einem Spannungsmesser gekoppelt ist. Dem Schalter kann beispielsweise das Taktsignal ϕ2 zugeführt werden, so dass gemäss den Zeitdiagrammen der 9 an der abfallenden Flanke von ϕ2 ein momentaner Spannungswert an einem nominellen Nulldurchgang des sägezahnförmigen Signals gemessen wird. Das sägezahnförmige Signal der 9 ist spiegelverkehrt zu dem sägezahnförmigen Signal der 8. Dies ergibt sich so, wenn man in den Schaltungsanordnungen der 4 bis 7 die Referenzspannungsquelle Vref und die Konstantstromquelle Ic miteinander vertauscht.
In der 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Umwandlung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals in ein mittelwertfreies sägezahnförmiges Signal dargestellt. Im Folgenden werden lediglich die Merkmale beschrieben, durch die sich dieses weitere Ausführungsbeispiel von dem in der 5 gezeigten Ausführungsbeispiel unterscheidet. Es sind auch nur solche Bezugszeichen eingezeichnet worden, die entweder zu den neuen Merkmalen gehören oder mit diesen in unmittelbarem Zusammenhang stehen. Aus Gründen der einfacheren Stabilisierbarkeit des Regelkreises wird ein sogenannter Lossy Integrator (verlustbehafteter Integrator) gebildet. Die steuerbare Stromquelle 40 ist über einen zweiten Knoten 410 mit dem ersten Knoten 3 verbunden und mit dem zweiten Knoten 410 ist außerdem ein Netzwerk 500 verbunden, welches einen Widerstand nachbildet, wie es in der 6 schematisch angedeutet ist. Dieses Netzwerk 500 bildet zusammen mit dem ersten Kondensator 2 (Ci) und dem zweiten Kondensator 5 (Cc) und den Schaltern 4.1 bis 4.4 den Lossy Integrator. Das Netzwerk 500 weist einen dritten Kondensator 510 und vier Schalter 500.1, 500.2, 500.3 und 500.4 auf. Ein erster Schalter 500.1, welchem das Taktsignal ϕ2 zugeführt wird, ist über einen ersten Anschluss mit dem zweiten Knoten 410 und mit einem zweiten Anschluss mit einem ersten An schluss des dritten Kondensators 510 verbunden. Ein zweiter Schalter 500.2, welchem das Taktsignal ϕ1 zugeführt wird, ist mit einem ersten Anschluss mit einem zweiten Anschluss des dritten Kondensators 510 und mit einem zweiten Anschluss mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 1 verbunden. Ein dritter Schalter 500.3, welchem das Taktsignal ϕ1 zugeführt wird, ist mit einem ersten Anschluss mit dem Massepotential und mit einem zweiten Anschluss mit dem ersten Anschluss des dritten Kondensators 510 verbunden. Ein vierter Schalter 500.4, welchem das Taktsignal ϕ2 zugeführt wird, ist mit einem ersten Anschluss mit dem zweiten Anschluss des dritten Kondensators 510 und mit einem zweiten Anschluss mit dem Massepotential verbunden. Die Bestimmungseinrichtung 300 weist ein Lag-Filter auf, welches zwei Widerstände R_F1, R_F2 und einen Kondensator C_F enthält.
In der 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Umwandlung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals in ein mittelwertfreies sägezahnförmiges Signal dargestellt. Im Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel der 5 weist lediglich die Bestimmungseinrichtung 300 eine andere Ausgestaltung auf, worauf im Folgenden auch unter Verweis auf die 9 näher eingegangen wird. Der Unterschied liegt dabei sowohl in der Art und Weise der Bestimmung der Offset-Spannung als auch in der Steuerung der Stromquelle 40, die bei diesem Ausführungsbeispiel auf digitale Weise erfolgt, während sie bei dem Ausführungsbeispiel der 5 analog erfolgte. Die Bestimmungseinrichtung 300 weist einen Zähler 310 auf, welcher die Stromquelle 40 steuert. Der Zähler 310 weist beispielsweise wie in dem gezeigten Ausführungsbeispiel drei Eingänge auf, von denen ein erster Eingang der Zufuhr eines der Taktsignale ϕ1 oder ϕ2 dient und ein zweiter Eingang mit dem Ausgang eines ersten Komparators 320 und ein dritter Eingang mit dem Ausgang eines zweiten Komparators 330 gekoppelt sind. Das sägezahnförmige Ausgangssignal Vout wird einem positiven Eingang des ersten Komparators 320 zugeführt, während ein negativer Eingang des ersten Kompara tors 320 mit einem oberen Spannungsschwellwert Vh permanent belegt wird. Das sägezahnförmige Ausgangssignal Vout wird ferner einem negativen Eingang des zweiten Komparators 330 zugeführt, während einem positiven Eingang des zweiten Komparators 330 permanent ein unterer Spannungsschwellwert V1 zugeführt wird. Falls der erste Komparator 320 ein Ausgangssignal mit hohem Signalpegel an den zweiten Eingang des Zählers 310 liefert, wird der Zählerstand um eins heraufgesetzt und falls der zweite Komparator 330 ein Ausgangssignal mit hohem Signalpegel an den dritten Eingang des Zählers 310 liefert, so wird der Zählerstand um eins herabgesetzt.
In der 9 sind die Spannungsschwellwerte Vh und V1 im unteren Zeitdiagramm eingezeichnet. Mit Hilfe der zwei Komparatoren 320 und 330 wird somit festgestellt, ob der nominelle Nulldurchgang der Sägezahnspannung innerhalb des Spannungsbereichs zwischen den Spannungsschwellwerten Vh und V1 liegt. Liegt der nominelle Nulldurchgang innerhalb dieses Spannungsbereichs, liegt definitionsgemäß keine oder eine ausreichend kleine Offset-Spannung am Eingang des Operationsverstärkers 1 vor und der Zählerstand des Zählers 310 bleibt unverändert. Wird jedoch mit Hilfe der Komparatoren 320 und 330 ein Offset ermittelt, so zählt der Zähler 310 mit jeder steigenden Flanke von ϕ2 (oder ϕ1), wobei die Zählrichtung in Abhängigkeit eines Unter- bzw. Überschreitens des tolerierten Spannungsbereichs gesteuert wird. Die Stromquelle 40 kann eine Mehrzahl von einzelnen Stromquellen aufweisen. In Abhängigkeit der höherwertigen Bits des Zählerstandes werden binär gewichtete Stromquellen ein- bzw. ausgeschaltet. Erreicht nun das sägezahnförmige Ausgangssignal wieder den Spannungsbereich zwischen V1 und Vh, so bleibt der aktuelle Zählerstand und somit der zuletzt aktive Zustand der Stromquellen erhalten. Nachdem sich die Schaltung nun in einem stabilen Arbeitspunkt befindet, bleibt die Offset-Kompensation inaktiv, bis durch äußere Einflüsse wie z. B. Temperaturschwankungen ein erneutes Nachregeln des Arbeitspunktes erforderlich wird. Ein Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass auch niederfre quente Phasenrauschanteile im Messergebnis vollständig erhalten bleiben und durch die Anwendung eines nachfolgenden Shaging-Verfahrens oder einer nachfolgenden Sägezahn-Taktgenerierung kompensiert werden können.

Claims

Vorrichtung zur Regenerierung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals, umfassend: eine Einrichtung (100), welche einen Switched-Capacitor-Integrator (10) aufweist, zur Umwandlung des Taktsignals in ein Signal mit mindestens einer jitterfreien Flanke, und eine Einrichtung (300), welche mit einem Ausgang der Umwandlungseinrichtung (100) verbunden ist, zur Bestimmung einer Offset-Spannung des Signals, dadurch gekennzeichnet, dass der Switched-Capacitor-Integrator (10) eine steuerbare Referenz-Spannungsquelle (Vref) und/oder einen steuerbaren Kondensator (5) aufweist, und die Bestimmungseinrichtung (300) mit der steuerbaren Referenz-Spannungsquelle (Vref) und/oder mit dem steuerbaren Kondensator (5) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Einrichtung (200) zur Erzeugung eines regenerierten Taktsignals, welche mit der Umwandlungseinrichtung (100) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Erzeugungseinrichtung (200) das regenerierte Taktsignal derart erzeugt, dass dessen Taktflanken zeitlich an den Nulldurchgängen des Signals liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher die Erzeugungseinrichtung (200) einen Verstärker aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher das Signal ein sägezahnförmiges Signal ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher der Switched-Capacitor-Integrator (10) einen Operationsverstärker (1) aufweist, dessen erster Eingang über einen ersten Kondensator (2) mit einem Ausgang des Operationsverstärkers (1) verbunden ist, wobei der erste Eingang des Operationsverstärkers (1) über einen ersten Knoten (3) mit dem ersten Kondensator (2) verbunden ist und der erste Knoten (3) mit einer Konstantstromquelle (7) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die Bestimmungseinrichtung (300) ein RC-Tiefpassfilter, ein Lag-Filter oder eine Einrichtung zur Messung des Spannungswerts bei einem nominellen Nulldurchgang aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher die Bestimmungseinrichtung (300) mit einer analog oder digital steuerbaren Stromquelle (400) verbunden ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 8, bei welcher die steuerbare Stromquelle (400) mit dem ersten Knoten (3) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die steuerbare Stromquelle (400) derart steuerbar ist, dass die dem ersten Kondensator (2) zugeführte Ladung im Mittel 0 ergibt.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 9, bei welcher die steuerbare Stromquelle (400) über einen zweiten Knoten (410) mit dem ersten Knoten (3) verbunden ist, und der zweite Knoten (410) mit einem Netzwerk (500) verbunden ist, welches einen Widerstand nachbildet und zusammen mit dem ersten Kondensator (2) und einem in dem Switched-Capacitor-Integrator (10) enthaltenen zweiten Kondensator (5) einen verlustbehafteten Integrator bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welcher die Erzeugungseinrichtung (200) einen Komparator aufweist.
Vorrichtung zur Regenerierung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals, umfassend: eine Einrichtung (100), welche einen Switched-Capacitor-Integrator (10) aufweist, zur Umwandlung des Taktsignals in ein Signal mit mindestens einer jitterfreien Flanke, und eine Einrichtung (300), welche mit einem Ausgang der Umwandlungseinrichtung (100) verbunden ist, zur Bestimmung einer Offset-Spannung des Signals, wobei der Switched-Capacitor-Integrator (10) einen Operationsverstärker (1) aufweist, dessen erster Eingang über einen ersten Kondensator (2) mit einem Ausgang des Operationsverstärkers (1) verbunden ist, wobei der erste Eingang des Operationsverstärkers (1) über einen ersten Knoten (3) mit dem ersten Kondensator (2) verbunden ist und der erste Knoten (3) mit einer Konstantstromquelle (7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungseinrichtung (300) mit einer analog oder digital steuerbaren Stromquelle (400) verbunden ist, welche mit dem ersten Knoten (3) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, ferner umfassend: eine Einrichtung (200) zur Erzeugung eines regenerierten Taktsignals, welche mit der Umwandlungseinrichtung (100) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher die Erzeugungseinrichtung (200) das regenerierte Taktsignal derart erzeugt, dass dessen Taktflanken zeitlich an den Nulldurchgängen des Signals liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, bei welcher die Erzeugungseinrichtung (200) einen Verstärker aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei welcher das Signal ein sägezahnförmiges Signal ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei welcher die steuerbare Stromquelle (400) derart steuerbar ist, dass die dem ersten Kondensator (2) zugeführte Ladung im Mittel 0 ergibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei welcher die Erzeugungseinrichtung (200) einen Komparator aufweist.
Vorrichtung zur Regenerierung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals, umfassend: eine Einrichtung (100), welche einen Switched-Capacitor-Integrator (10) aufweist, zur Umwandlung des Taktsignals in ein Signal mit mindestens einer jitterfreien Flanke, und eine Einrichtung (300), welche mit einem Ausgang der Umwandlungseinrichtung (100) verbunden ist, zur Bestimmung einer Offset-Spannung des Signals, wobei der Switched-Capacitor-Integrator (10) einen Operationsverstärker (1) aufweist, dessen erster Eingang über einen ersten Kondensator (2) mit einem Ausgang des Operationsverstärkers (1) verbunden ist, wobei der erste Eingang des Operationsverstärkers (1) über einen ersten Knoten (3) mit dem ersten Kondensator (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Knoten (3) direkt mit einer Konstantstromquelle (7) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (600) einen Schalter (610) aufweist, welchem das Taktsignal oder ein davon abgeleitetes Signal zuführbar ist, und der Schalter mit einem Spannungsmesser verbunden ist.
Verfahren zur Regenerierung eines einen Jitter aufweisenden Taktsignals, bei welchem das Taktsignal in ein Signal mit mindestens einer jitterfreien Flanke mittels eines Switched-Capacitor-Integrators (10), wobei der Switched-Capacitor-Integrator (10) einen Operationsverstärker (1) aufweist, dessen erster Eingang über einen ersten Kondensator (2) mit einem Ausgang des Operationsverstärkers (1) verbunden ist, wobei der erste Eingang des Operationsverstärkers (1) über einen ersten Knoten (3) mit dem ersten Kondensator (2) verbunden ist, umgewandelt wird, eine Offset-Spannung des Signals bestimmt wird, und auf der Basis der bestimmten Offset-Spannung die dem ersten Kondensator (2) zugeführte Ladung geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Knoten (3) von einer analog oder digital steuerbaren Stromquelle (400) gespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem ein regeneriertes Taktsignal erzeugt wird, dessen Taktflanken an den Nulldurchgängen des Signals liegen.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, bei welchem das Signal ein sägezahnförmiges Signal ist.
Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem das Signal einem ersten Eingang eines Schalters zugeführt wird, das Taktsignal oder ein davon abgeleitetes Signal einem zweiten Eingang des Schalters zugeführt wird, und an einem Ausgang des Schalters ein Spannungswert abgegriffen wird.