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Anordnung zur digitalen Teilung eines Eingangstaktes.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur digitalen Teilung eines
Eingangstaktes einer vorgegebenen Taktfreauenz in einen Ausgangstakt einer anderen
Taktfrequenz unter Verwendung einer Zähleranordnung.
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Anordnungen, zur Teilung von Taktimpulsfolgen, bei denen digitale
Einheiten verwendet werden, sind bekannt. Diese können beispielsweise auf der Grundlage
sogenannter PLL-Schaltungen aufgebaut sein. Sie enthalten u.a. zwei das Teilungsverhältnis
festlegende Teileranordnungen und neben einer digitalen Filtereinheit eine weitere
Einheit, die die Funktion eines spannungsgesteuerten Oszillators unter Zugrundelegung
von digitalen Abläufen erfüllt. Eine solche Anordnung weist eine dynamische Regelschleife
auf und es wird durch die Dimensionierung der vorhandenen Filtereinheit ein bestimmter
Arbeits-und Dynamikbereich festgelegt. Darüber hinaus ist grundsätzlich mindestens
ein weiterer Takt notwendig.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Anordnung zur digitalen Teilung
eines Eingangstaktes anzugeben, die einen geringen Aufwand erfordert und eine einfache
Einstellbarkeit auf verschiedene Teilerverhältnisse ermöglicht.
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Dies wird dadurch erreicht, daß zur Festlegung eines beliebigen Teilungsfaktors
in einer abgespeicherten Tabelle aufeinanderfolgend die Einstellwerte für einen
damit ganzzahlig voreinstellbaren und mit dem Eingangstakt schrittweise um jeweils
eine Werteinheit zurückgestellten Zähler enthalten sind, daß dieser Zähler jeweils
mit Erreichen seiner ursprünglichen Ausgangsstellung
einen Taktimpuls
des Ausgangstaktes bewirkt, daß mit jedem solchen Taktimpuls jeweils durch Adressierung
des nächsten Speicherplatzes der Tabelle durch dessen Inhalt der nachfolgende und
sich ggf. vom vorhergehenden unterscheidende Einstellwert für den Zähler bereitgestellt
und dessen entsprechende Einstellung veranlaßt wird und daß sich die Adressierfolge
mit Erreichen des letzten Einstellwertes jeweils wiederholt.
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Um jedes Teilungsverhältnis erreichen zu können wird also innerhalb
eines sich dann wiederholenden Abschnittes keine grundsätzlich gleichbleibende feste
Teilung vorgegeben, sondern es wird ein Wechsel zwischen verschiedenen Teilungen
vorgenommen. Ein solcher Abschnitt gliedert sich also in verschiedene Teilgruppen,
innerhalb derer nach einer unterschiedlichen Anzahl von aufgenommenen Eingangstaktimpulsen
jeweils ein Ausgangstaktimpulses entsteht.Die Anzahl der Eingangstaktimpulse,nach
denen innerhalb eines solchen Abschnittes dann jeweils die Ausgangstaktimpulse geliefert
werden, ist als Speicherwert vorgegeben. Es ist jedes Teilungsverhältnis, das sich
durch einen Bruch darstellen läßt, erreichbar. Sofern das Teilungsverhältnis nicht
bereits als Bruch vorgegeben ist, kann jedes als Dezimalzahl mit einer bestimmten
Anzahl von Dezimalstellen nach dem Komma vorgegebene Teilungsverhältnis in eine
Bruchdarstellung umgewandelt werden. In für sich bekannter Weise kann ein Polynom
gebildet werden, das mit wachsender Gliederzahl der damit darzustellenden vorgegebenen
Dezimalzahl beliebig nahekommt. Für die Ableitung des Bruches liefern in der Regel
die ersten zwei Glieder eine ausreichende Genauigkeit. Die Anzahl der insgesamt
tabellarisch abgespeicherten Einstellwerte entspricht dem kleinstmöglichen Nenner
des jeweils als Bruch dargestellten Teilungsverhältnisses von Eingangstaktimpulszahl
zur Ausgangstaktimpulszahl.
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Um die gewünschte Teilung zu erreichen,wird also während des eine
Wiederholungsperiode festlegenden Abschnittes, bezogen auf die darin gebildeten
einzelnen Gruppen,der theoretisch vorzugebende Teilungsfaktor entweder unter schritten
oder überschritten. Die Reihenfolge der einzelnen Werte wird so gewählt, daß ein
möglichst geringfügiger Jitter entsteht.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Adressierung der
einzelnen Speicherplätze der abgespeicherten Tabelle durch die jeweilige Ausgangsinformation
eines mit jedem gebildeten Ausgangstaktimpuls um einen Zählerwert erhöhten weiteren
Zähler.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den restlichen Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren dargestellt. Es sind nur die
zuni Verständnis erforderlichen Einzelheiten gezeigt.
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Die Fig. 1 zeigt im Blockschaltbild die Anordnung zur Teilung einer
Eingangstaktimpulsfolge.
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Die Fig. 2 zeigt Impulsdiagramme der an einzelnen Schaltungspunkten
der Fig. 1 auftretenden Informationen.
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Am Schaltungspunkt a liegt die zu teilende Eingangsimpulsfolge an.
Dieser Eingangstakt kann eine beliebige Taktfrequenz und auch ein vom Wert 1 abweichendes
Impuls/Pausenverhältnis aufweisen. Die Einheit ET stellt einen voreinstellbaren
Zähler dar, der durch die einzelnen Impulse der Eingangsimpulsfolge jeweils um einen
Einstellwert zurückgestellt wird. Mit dem Erreichen seiner ursprünglichen Ausgangslage
liefert er einen Ausgangsimpuls des gewünschten und am Schaltungspunkt b abzunehmenden
Ausgangstaktes. Die Einstellung des voreinstellbaren Zählers erfolgt über d parallele
Leitungen aufgrund der
von der Einheit T gelieferten Ausgangsinformationen.
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Die Einheit T stellt einen Speicherbaustein, z.B.
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einen ROM-Baustein dar, dessen Speicherplätze einzeln adressierbar
sind. Im dem Speicherbaustein T sind nun jeweils in Form einer Tabelle für bestimmte
Teilungsverhältnisse die einzelnen Einstellwerte für den voreinstellbaren Zähler
ET abgespeichert. Die Auswahl der für das gewünschte Teilungsverhältnis jeweils
maßgebenden Tabelle wird durch die entsprechende Aktivierung mindestens eines der
f Steuereingänge bewirkt. Die über diese Selektionseingänge auszuwählende Tabelle
enthält also einzelne Einstellwerte für den Zähler ET, die bezogen auf eine vorbestimmte
Anzahl der Ausgangsimpulse mit jedem Ausgangstaktimpuls erneut vorgegeben werden.
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Ist diese genannte Anzahl von Ausgangstaktimpulsen erreicht, so wird
beginnend mit dem jeweils ersten Einstellwert der Inhalt der einzelnen Tabellenspeicherplätze
mit jedem Ausgangstaktimpuls erneut ausgelesen.
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Um dies zu ermöglichen wirdjeder Ausgangstaktimpuls einem digitalen
Zähler P zugeführt. Mit ;jeder Zähler stellung wird aufgrund der damit entsprechend
aktivierten Ansteuerleitungen e nacheinander jeweils ein Speicherplatz der als maßgebend
ausgewählten Tabelle angesteuert. Der digitale Zähler P weist neben dem Takteingang
einen Rpcksetzeingang R auf. Wird ein bestimmter Speicherplatz adressiert, so wird
gleichzeitig mit der damit festgelegten Voreinstellung des Zählers ET, der als programmierbarer
Teiler anzusehen ist, am Schaltungspunkt c ein Impuls erzeugt, der den Rücksetzeingang
R des Zählers P zugeführt wird. Damit wird also jeweils nach einer vorbestimmten
Anzahl von Impulsen des Ausgangstaktes der Zähler P zurückgesetzt. Beginnend mit
dem jeweils nachfolgenden Impuls des Ausgangstaktes wird dann der Inhalt der einzelnen
Speicherplätze erneut nacheinander abgefragt. Es ist also damit festlegbar, wie
viele Impulse des Ausgangstaktes zu einer Periode gehören, Dies ist in gleicher
Weise wie die einzelnen Einstellwerte
vorab ggf. durch einfache
rechnerische Ableitung festzulegen. In den Fällen, in denen also aufgrund des vorgegebenen
Teilungsverhältnisses nicht eine ganzzahlige Anzahl von Eingangsimpulsen jeweils
zu einem Ausgangsimpuls fphrt, wird im Rahmen der durch eine bestimmte Anzahl von
Eingangsimpulsen vorgegebenen Periode keine gleichbleibende Teilung vorgenommen.
Es ändert sich also innerhalb einer solchen Periode die Anzahl der Eingangsimpulse,die
jeweils zu einem Ausgangsimpuls führen. Im Grenzfall wechselt nach jedem Ausgangsimpuls
der Einstellwertfür den Zähler ET. Damit wird dann bezogen auf den nominellen Teilungsfaktor
dieser jeweils über- bzw.unterschritten. In den Fällen, in denen also der Nenner
des als Bruch dargestellten Teilungsverhältnisses von Eingangstakt zu Ausgangstakt
vom lehrt 1 abweicht, werden also sich ändernde Teil einstellungen festgelegt. Damit
kann'dann jedes Teilverhältnis, das sich durch einen Bruch darstellen läßt, realisiert
werden.
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In der Figur 2, in der der zeitliche Ablauf einzelner Signale dargestellt
wird, ist in der Zeile a eine am Schaltungspunkt a anliegende Eingangstaktimpulsfolge
gezeigt. Diese soll beispielsweise im Verhältnis 38/11 geteilt werden. Am Schaltungspunkt
b sollen also jeweils innerhalb von 38 Eingangstaktimpulsen 11 Ausgangstaktimpulse
entstehen. Um dies zu ermöglichen, werden insgesamt 11 Gruppen gebildet, wobei dann
durch entsprechende Einstellung des programmierbaren Teiles ET in fünf dieser Gruppen
nicht mit der sich aus dem Teilungsverhältnis ergebenden Grundteilung 3 sondern
mit 4 geteilt wird. Um möglichst wenig Jitter zu erhalten, wird aufgrund dieser
vorab getroffenen Festlegung innerhalb des durch te und ta definierten Zeitraumes
abwechselnd mit dem Faktor 3 und dem Faktor 4 geteilt. Die für die evtl.
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Teilungsschritte notwendigen Werte sind für das Aus-
führungsbeispiel
in der Tabelle, die für dieses gewählte Teilungsverhältnis von 38 zu 11 maßgebend
ist, abgespeichert. Entsprechend dem Zeitdiagramm in Zeile c beginnt nach einem
Rückstellimpuls für den Zähler P mit dem Zeitpunkt ta jeweils eine neue Teilungsperiode
mit der Einstellung des programmierbaren Teilers ET beispielsweise auf den Wert
3. Mit dem dritten Taktimpuls des Eingangstaktes entsteht somit ein Ausgangs impuls
mit dem gleichzeitig der Zähler P getaktet wird. Dadurch wird der nächste Speicherplatz
adressiert und die darin enthaltende Information,in unserem Beispiel der Einstellwert
4, ausgelesen. Dadurch wird der voreinstellbare Zähler ET auf diesen Wert eingestellt.
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Sind also weitere vier Taktimpulse des Eingangstaktes eingetroffen,
wird erneut ein Impuls des Ausgangstaktes geliefert und gleichzeitig wiederum mit
der Adressierung des nachfolgenden Speicherplatzes der Tabelle der Zähler ET auf
den darin enthaltenen Einstellwert,beispielsweise den Wert 3 eingestellt. Dies setzt
sich entsprechend d&iabgespeicherten Einstellwerten fort, bis mit dem 38. Eingangstaktimpuls
nicht nur der 11. Taktimpuls des Ausgangstaktes geliefert wird sondern gleichzeitig
ein Rücksetzimpuls für den Zähler P erzeugt wird. Damit wiederholt sich der geschilderte
Ablauf. Für andere Teilungsverhältnisse wird dann in gleicher Feise innerhalb einer
vorbestimmten Periode zwischen verschiedenen ganzzahligen Teilungen gewechselt.
Dieser Wechsel muß dabei nicht alternierend erfolgen sondern es können auch mehrere
gleiche Voreinstellungen nacheinander vorgenommen werden. Will man beispielsweise
des Teilungsverhältnis 10 zu 3 erreichen, so wurde der programmierbare Teiler ET
innerhalb einer Periode 3 mal mit 3 und einmal mit 4 teilen.
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In den Fällen, in denen das gewünschte Teilungsverhältnis nicht als
Bruchdarstellung sondern als Zahl mit mehreren Stellen vorliegt kann daraus über
die Bildung eines Polynoms eine Bruchdarstellung gewonnen werden.
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Das Verhältnis von Eingangstakt zu Ausgangstakt kann beispielsweise
durch das Polynom M + Ll + P2 ... + Pn Q1 - 72 dargestellt werden. Dabei stellt
dann M eine Grundteilung dar. Eine solche Darstellung ermöglicht dann eine einfache
Deminsionierung des programmierbaren Teiles RT, des Zählers P und der Speichereinheit
T.
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Soll beispielsweise das Teilungsverhältnis Tt = 3,1415927 sein, so
kann bei der Darstellung als Polynom für die Grundteilung M der Wert 3 gewählt werden.
Der Differenzbetrag zwischen # und diesem lehrt 3 ist 0,14159. Dies entspricht in
etwa 1 7 Daraus ergibt sich, daß P1 den Wert 1 und Q den Wert hat. Für den Restbetrag
aus (# - 3 - 1) ergibt sich 7 - 0,00126. Dieser Restbetrag entspricht also - 1.
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791 Damit hat P 2 den Wert - 1 und Q2 den Wert 791. Das Teilungsverhältnis
# läßt sich also bei einer ausreichenden Genauigkeit darstellen als: # = 3 + 1 -
1.
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7 791 Unter Zugrundelegung des kleinstmöglichen Nenners ergibt sich
daraus: # = 3 + 16 .
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113 Damit ist festgelegt, daß eine Periode bei der vorzunehmenden
digitalen Teilung aus insgesamt 113 Gruppen besteht. In 16 Gruppen wird nicht mit
der angenommenen Grundteilung 3 sondern mit 4 geteilt. Innerhalb der damit festliegenden
Periode wird der Wechsel in den ganzteiligen Teilungen so bestimmt, daß der Ausgangstakt
den geringstmöglichen Jitter aufweist.
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Als Entlastung des Zählers P und des programmierbaren Teilers ET kann
bei sehr großen Teilungen ein fester Teiler FT nachgeschaltet sein. Dieser hat gleichzeitig
die Wirkung eines Iterationsgliedes und es kann damit der sogenannte Jitter reduziert
werden. Der Eingangstakt kann auch der am Ausgang einer Multiplikatorordnung entstehende
Takt sein. Dies ist dann sinnvoll, wenn die Frequenz des Ausgangstaktes höher sein
soll als die Frequenz des ursprünglichen Eingangstaktes.
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Der notwendige Multiplikator kann ein unsymmetrisches Ausgangssignal
liefern. Es kann dabei sowohl die ansteigende als auch die fallende Taktflanke jeweils
einen Taktimpuls auslösen.
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7 Patentansprüche 2 Figuren