DE4336655C2

DE4336655C2 - Schaltungsanordnung zur Frequenzmultiplikation

Info

Publication number: DE4336655C2
Application number: DE4336655A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Steinebach
Original assignee: Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1993-10-27
Filing date: 1993-10-27
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2013-10-28
Also published as: DE4336655A1; JPH07183727A; GB2283346A; US5822229A; GB2283346B; GB9421155D0

Description

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Schaltungsanord nung zur Frequenzmultiplikation. Derartige Schaltungsan ordnungen erzeugen aus einem periodischen und digitalen Eingangssignal mit - in Grenzen - beliebiger Frequenz ein nominell periodisches Ausgangssignal. Dabei ergibt sich die Frequenz des Ausgangssignals aus der des Eingangssi gnals durch Multiplikation mit einem - ebenfalls in gewis sen Grenzen frei einstellbaren - Faktor K. Der Faktor K soll im folgenden als Koppelfaktor bezeichnet werden.

Ein einfaches Beispiel für eine Schaltungsanordnung mit der angegebenen Funktion ist ein programmierbarer Fre quenzteiler. Der Koppelfaktor K ist ein diesem Falle mit dem eingestellten Teilungsverhältnis identisch.

Ein anderes bekanntes Beispiel ist ein sogenannter nume risch gesteuerter Oszillator (Näheres hierzu findet man z. B. in "ELEKTRONIK" 14 (1990) Seiten 81 bis 88). Bei ei nem solchen Oszillator wird durch zyklisches Abfragen ei ner Wertetabelle ein digitales Ausgangssignal erzeugt, das durch einen nachgeschalteten D/A-Wandler in ein analoges Signal überführt werden kann. Das Abfragen dieser Werteta belle erfolgt synchron zu einer angelegten Taktfrequenz. Bei einer anderen Programmierung des Oszillators lassen sich Pulsfolgen mit konstantem Tastverhältnis erzeugen.

Die Frequenz F_a des Ausgangssignals eines numerisch gesteu erten 32-Bit-Oszillators ergibt sich aus der Frequenz F_c des Taktes, mit dem der Oszillator getaktet wird, über die Gleichung

F_a = (DATA.F_c):2³², (1)

wobei DATA ein 32 Bit langes Datenwort ist, das über einen Steuereingang eingegeben werden kann. Der Bruch DATA/2³² ist in diesem Falle der Koppelfaktor K. Eine Änderung der Ausgangsfrequenz F_a kann verzögerungsfrei vorgenommen werden, indem an den Steuereingang des Oszillators ein anderes Datenwort angelegt wird.

Numerisch gesteuerte Oszillatoren haben den Nachteil, daß die Frequenz des Ausgangs signals nicht höher als etwa ein viertel der Taktfrequenz sein kann, wenn man auf wenig gestörte Ausgangssignale Wert legt.

Schließlich ist bei beiden angeführten Beispielen von Nachteil, daß der Koppelfaktor K grundsätzlich nicht größer als eins sein kann. Wird der Fachmann zum Beispiel vor die Aufgabe gestellt, aus einem Taktsignal für eine Bildfolgefrequenz die Zeilenwechsel frequenz abzuleiten, so müßte der Koppelfaktor K wesentlich größer als eins sein.

Eine ähnlich gelagerte Aufgabe besteht darin, aus der Tacho Impulsfolge eines Film abtastsystems die Impulsfolge für die Abtastung der Zeilen eines Filmbildes herzuleiten (nähere Erläuterung vergleiche weiter unten). Auch hier ergibt sich für viele der gebräuchlichen Standards ein Frequenzverhältnis, das einen Koppelfaktor K mit K größer als eins erfordert. Die oben angegebenen Schaltungen sind folglich zur Lösung dieser Aufgaben nicht geeignet.

Aus dem Dokument US 3 970 954 ist ebenfalls eine Schaltungsanordnung zur Frequenzmultiplikation bekannt. Die Schaltungsanordnung beinhaltet einen Oszillator, der zur Taktung eines ersten und zweiten Zählers dient. Der Zählerstand (N_m) des ersten Zählers wird an einen Übersetzer weitergeleitet, wenn gleichzeitig durch ein zu multipli zierendes Eingangssignal am Eingangsschaltkreis ein entsprechendes Signal zur Übersetzung erzeugt wird. Der Übersetzer übersetzt den Zählerstand (N_m) des ersten Zählers in einen spezifischen Wert (N_i). Der Wert (N_i) wird in einen Speicher gespeichert. Ein Vergleicher vergleicht ein aus dem zweiten Zähler kommendes Signals und mit dem Ausgangssignal des Speichers. Bei Gleichheit der Signale wird ein Ausgangsimpuls der Schaltungsanordnung erzeugt, der gleichzeitig zur Rücksetzung des zweiten Zählers dient. Dabei gleicht der Wert (N_i) dem Zählerstand (N_m) des ersten Zählers dividiert durch den Koppelfaktor K.

N_i = (1/K).N_m (5)

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Frequenzmulti plikation anzugeben, welche die Realisierung von Koppelfaktoren ermöglicht, deren Werte größer als eins sind.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gelöst, die folgende Schaltungsmerkmale aufweist:

- einen Eingangszähler, der von einem ersten Hilfstakt getaktet wird,
- einem Ausgangszähler, der von einem zweiten Hilfstakt getaktet wird, der durch einen Teiler heruntergeteilte Takt ist, mit dem ein numerisch gesteuerte Oszillator getaktet wird und
- Mittel zur Steuerung des Ausgangszählers, die aus einem Register, in dem Zählerstände des Eingangszählers zwischengespeichert werden, einem Vergleicher, der diese Zählerstände mit den Zählerständen eines Ausgangszählers vergleicht, und dann einen Impuls abgibt, wenn der Vergleich zu einem vorbestimmten Ergebnis führt und einer Rückkopplung zwischen Vergleicher und Ausgangszähler derart, daß die Impulse des Vergleicher den Ausgangszähler auf seinen Anfangszustand zurücksetzen, bestehen, wobei

es sich bei dem ersten Hilfstakt um ein Ausgangssignal eines numerisch gesteuerten Oszillators handelt, dem Steuerdaten zugeführt werden, und
der zweite Hilfstakt der durch einen Teiler heruntergeteilte Takt ist, mit dem der numerisch gesteuerte Oszillator getaktet wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Lösung sind in Unteransprüchen angegeben.

An Hand der Figuren soll die Erfindung nun näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Lösungsvariante,

Fig. 2 eine zweite Lösungsvariante und

Fig. 3 ein Anwendungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 wird einem Eingangszähler 1 ein Signal a zugeführt, dessen Frequenz mit einem einstellbaren Koppelfaktor K multipliziert werden soll. Im folgenden wird der Kürze wegen kein Unterschied zwischen der Bezeichnung eines Signals und dem Bezugszeichen einer Leitung gemacht, auf der dieses Signal weitergeleitet wird.

Das Signal a ist an den Rücksetzeingang des Zählers 1 gelegt. Getaktet wird dieser Zähler mit einem ersten Hilfstakt g, der je nach gewünschter Genauigkeit eine Frequenz hat, die wesentlich größer ist als die Frequenz des Signals a ist. Durch diese Beschaltung mißt des Eingangszählers 1 die Periodendauer des Signals a in Einheiten der Periodendauer des Hilfstaktes g. Das Meßergebnis, nämlich der Zählerstand, den der Eingangszähler 1 beim Auftreten eines Rücksetzimpulses erreicht hat, wird über eine Leitung b in ein Register 2 eingeschrieben und fest gehalten. Der Inhalt des Registers 2 wird über eine Lei tung c an einen Eingang eines Multiplizierers 5 gelegt. Dem zweiten Eingang des Multiplizierers wird ein Steuer wort - im folgenden mit DATA bezeichnet - über eine Lei tung i zugeführt. Der Zählerstand und das Steuerwort wer den miteinander multipliziert und über eine Leitung d ei nem zweiten Register 3 zugeführt. Der Ausgang des Registe rs 3 steht über eine Leitung e mit einem Ausgangszähler 4 in Verbindung. Die im zweiten Register 3 gespeicherte Zahl legt den Zählerstand fest, auf den der Ausgangszähler 4 hochlaufen muß, bevor er auf seinen Anfangszustand zurück gesetzt wird. Getaktet wird der Ausgangszähler 4 mit einem zweiten Hilfstakt h. Hat der Ausgangszähler 4 den Stand erreicht, der durch den Inhalt des Registers 3 festgelegt ist, gibt er auf einer Leitung f eine Impuls ab. Diese Impulsfolge stellt das Ausgangssignal dar, dessen Frequenz F_f mit der Frequenz F_a des Eingangssignals a über einen Koppelfaktor K verbunden ist, der sich aus der Gleichung

K = F_h/(DATA.F_g) (2)

ergibt. Die Formel 2 zeigt, daß der Koppelfaktor K im Bei spiel nach Fig. 1 über Veränderung der Größe DATA variiert werden kann, da die Frequenzen F_h und F_g der Hilfstakte h und g in der Regel nicht verändert werden.

Theoretisch bestehen keine Einschränkungen für den Koppel faktor K. Praktisch jedoch hat das Beispiel nach Fig. 1 den Nachteil, daß zur genauen Realisierung des durch Glei chung (2) angegebenen Koppelfaktors ein hoher schaltungs technischer Aufwand erforderlich ist. Bei der Herleitung von Gleichung (2) wurde nämlich unterstellt, daß der Mul tiplizierer 5 das Produkt der im Beispiel sechzehn-stel ligen Zahlen c und DATA auf 32 Stellen genau bestimmt. Bei dieser Genauigkeit müßte der Ausgangszähler 4 ein Zähler mit 32 Stufen sein. Dieser Aufwand wird reduziert, in dem der Multiplizierer das Produkt nur auf 16 Stellen genau bestimmt. Das Abschneiden der restlichen Stellen hat al lerdings die Folge, daß die Impulse im Signal f mit stän dig zunehmender Abweichung zu früh auftreten. Daher ist eine Schaltung nach Fig. 1 für Anwendungsfälle, die eine hohe Genauigkeit erfordern, weniger geeignet.

Eine Schaltungsanordnung mit vergleichsweise geringem schaltungstechnischem Aufwand jedoch hoher Genauigkeit ist in Fig. 2 abgebildet. Auch hier stellt a das Eingangssi gnal dar, das an den Rücksetzeingang eines Eingangszählers 1 geführt wird. Getaktet wird der Zähler mit einem Hilfs takt e, der mit einem Ausgangssignal eines numerisch ge steuerten Oszillators 4 übereinstimmt. Die Steuerdaten DATA werden dem Oszillator 4 über eine Leitung h zuge führt. Getaktet wird er durch eine Takt i. Ein Register 2 hat die gleiche Funktion wie das Register 2 in der Fig. 1. Der Inhalt des Registers 2 wird über eine Leitung c einem Vergleicher 3 zugeführt. Der Vergleicher 3 vergleicht den Inhalt des Registers 2 mit dem laufenden Stand eines Aus gangszählers 5, der dem Vergleicher 3 über eine Leitung f zugeführt wird. Getaktet wird der Ausgangszähler 5 durch eine Hilfstakt g, der aus dem Takt für den numerisch ge steuerten Oszillator 4 durch Teilung mit einem Frequenz teiler 6 hervorgeht. Der Teiler 6 teilt den Takt i im Ver hältnis 1 : N herunter. Sobald der Vergleicher 3 feststellt, daß der Stand des Ausgangszählers 5 größer als der Inhalt des Registers 2 ist, gibt er einen Impuls d ab, der gleichzeitig dazu verwendet wird, den Zähler 5 wieder auf seinen Anfangszustand zurückzusetzen. Für den Koppelfaktor ergibt sich in diesem Fall

K = 2³²/(DATA.N) (3)

Wie sich aus Gleichung (3) ablesen läßt, sind die Ein stellmöglichkeiten des Koppelfaktors K durch die Einstell möglichkeiten des numerischgesteuerten Oszillators 4 und durch die Wahl von N begrenzt.

Um den Einstellbereich des Koppelfaktors noch weiter zu vergrößern und damit die Flexibilität der Schaltung zu erhöhen, wird auch der zweite Hilfstakt g in einer Anord nung nach Fig. 2 durch einen weiteren numerisch gesteuer ten Oszillator erzeugt.

Fig. 3 zeigt schematisch die im vorliegenden Zusammenhang interessierenden Bestandteile eines Filmabtastsystems. Durch ein solches System werden die Bilder eines Zellu loid-Filmes 301 zeilenweise durch einen (nicht gezeigten) Scanner abgetastet. Die Abtastwerte werden dann in einen (ebenfalls nicht gezeigten) Bildspeicher eingeschrieben und danach für eine Fersehsendung oder für die Produktion eines Video-Filmes aufbereitet. Die Zeilenabtastfrequenz hängt z. B. von dem Video-Filmformat ab, in das die abge tasteten Daten eingeordnet werden müssen.

Der Zelluloid-Film 301 wird von einer (nicht gezeigten) Transportvorrichtung (Capstan) durch den Scanner gezogen. Die Geschwindigkeit, mit der das geschieht, wird von einem Tacho 302 in eine Impulsfolge 303 umgesetzt, deren Impuls folgefrequenz F_T proportional zur Filmgeschwindigkeit ist. Aus dieser Impulsfolge erzeugt eine Schaltungsanordnung zur Frequenzmultiplikation 304, 306 eine Impulsfolge 305, deren Frequenz mit der Zeilenabtastfrequenz F_Z übereinstim mt. Die Impulsfolge 305 steuert z. B. den Scanner und ei nen Adressgenerator für den Bildspeicher.

Nach dem Gesagten besteht zwischen den beiden Größen F_Z und F_T die Beziehung

F_Z = K.F_T (4)

mit einem über ein Signal 306 noch einzustellenden Koppel faktor K. Das einzustellende K ergibt sich aus dem Quotie nten (gewünschte Zeilenzahl pro Bild) : (Tachoimpulse pro Bild).

Um zu veranschaulichen, in welchen Größenordnungen sich die genannten Parameter bewegen, sei ein Zahlenbeispiel angegeben. Bei einem 35-mm-Film gibt der Tacho 302 pro Bild 1169 Impulse ab. Soll ein Bild des Films 301 mit 1250 Zeilen abgetastet werden, müssen die Steuerdaten 306 so gewählt werden, daß sich ein K von 1250 : 1169 = 1,07 er gibt.

Damit die Qualität der Bilder durch den Abtastvorgang mög lichst wenig beeinträchtigt wird, ist als Schaltungsanord nung zur Frequenzmultiplikation 304, 306 eine Anordnung nach Fig. 2 vorgesehen.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Frequenzmultiplikation (Fig. 2)
mit einem Eingangszähler (1), der von einem ersten Hilfstakt (e) getaktet wird,
mit einem Ausgangszähler (5), der von einem zweiten Hilfstakt (g) getaktet wird,
mit Mitteln zur Steuerung des Ausgangszählers (5), die ein Register (2), in dem Zählerstände des Eingangszählers (1) zwischengespeichert werden, einen Vergleicher (3), der diese Zählerstände mit den Zählerständen eines Ausgangszählers (5) vergleicht, und dann einen Impuls (d) abgibt, wenn der Vergleich zu einem vorbestimmten Ergebnis führt und eine Rückkopplung zwischen Vergleicher (3) und Ausgangszähler (5) derart, daß die Impulse (d) des Vergleichers (3) den Ausgangszähler (5) auf seinen Anfangszustand zurücksetzen, aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
daß es sich bei dem ersten Hilfstakt (e) um ein Ausgangssignal eines numerisch gesteuerten Oszillators (4) handelt, dem Steuerdaten (DATA) zugeführt werden, und daß der zweite Hilfstakt (g) der durch einen Teiler (6) heruntergeteilte Takt (i) ist, mit dem der numerisch gesteuerte Oszillator (4) getaktet wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem zweiten Hilfstakt (g) um ein Ausgangssignal eines weiteren numerisch gesteuerten Oszillators handelt.

3. Schaltungsanordnung zur Frequenzmultiplikation (Fig. 1)
mit einem Eingangszähler (1), der von einem ersten Hilfstakt (g) getaktet wird,
mit einem Ausgangszähler (4), der von einem zweiten Hilfstakt (h) getaktet wird, und
mit Mitteln zur Steuerung des Ausgangszählers (4), die ein Register (2), in dem Zählerstände des Eingangszählers (1) zwischengespeichert werden, einen Multiplizierer (5), der die Zählerstände des Eingangszählers (1) mit Steuerdaten (i) multipliziert, und ein weiteres Register (3), in dem die Ausgangsdaten (d) des Multiplizierers (5) zur Rücksetzung des Ausgangszählers (4) zwischengespeichert werden, aufweisen.