-
Hintergrund
der Erfindung
-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich im allgemeinen auf Regelungssysteme zum Einstellen der Stromversorgungseingabe
in eine integrierte Schaltung (IC), um die Signalverzögerung durch
die IC zu stabilisieren, und insbesondere auf ein System, das eine
in dem IC eingebaute Verzögerungsschaltung verwendet,
um eine IC-Signalverzögerung
zu erfassen.
-
Beschreibung
des Stands der Technik
-
Die Logik, die eine programmierbare
Logikvorrichtung (PLD) oder eine feldprogrammierte Toranordnung
(FPGA) an ihren Eingabesignalen durchführt, um ihre Ausgabesignale
zu erzeugen, hängt davon
ab, wie verschiedene Blöcke
innerhalb der PLD oder FPGA miteinander und mit ihren Eingabe- und
Ausgabe-Anschlüssen
(I/O) zusammengeschaltet sind. Wir programmieren einen PLD oder
eine FPGA, indem wir ihre Logikblock-Verbindungen konfigurieren.
PLDs und FPGAs werden häufig
anstelle anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (ASICs)
zur Implementierung von Logik verwendet, da eine ASIC speziell ausgelegt
sein muss, um eine spezielle Logik auszuführen, während eine PLD oder eine FPGA
eine Komponente "von
der Stange" ist, die
ohne weiteres programmiert werden kann, um eine spezielle Logik
auszuführen.
-
Bei zahlreichen Anwendungen ist es
wichtig, dass eine Logikschaltung eine konstante Verzögerung zwischen
einem Eingabesignal und einem Ausgabesignal erzeugt. Die Verzögerung eines
Signalwegs durch eine IC ist abhängig
von den Signalausbreitungs-Verzögerungen
durch die Transistoren, welche Logikgatter implementieren und den
Signalweg bilden, und zwar unabhängig
davon, ob es sich um eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung
(ASIC), eine programmierbare Logikvorrichtung (PLD) oder eine feldprogrammierte
Toranordnung (FPGA) handelt. Physikalische Kenngrössen eines Transistors
haben zwar einen primären
Einfluss auf seine Ausbreitungsverzögerung, doch beeinflusst auch
die Temperatur die Ausbreitungsverzögerung, insbesondere in komplementären Metalloxid-Silizium-Transistoren
(CMOS-Transistoren).
Die Versorgungsspannung eines Transistors beeinflusst ebenfalls
seine Ausbreitungsverzögerung.
Wenn wir wollen, dass eine IC (insbesondere eine CMOS-IC) eine konstante
Signalverzögerung
erzeugt, müssen
wir daher eine Schwankung der Verzögerung verhindern, die sich
aus Änderungen
in den Faktoren wie Temperatur und Versorgungsspannung ergeben.
-
Eine Vorgehensweise zum Verhindern
von Änderungen
der Signalwegverzögerung
einer IC, die sich aus Änderungen
der Versorgungsspannung oder der Temperatur ergeben, besteht darin,
die Versorgungsspannung und die Temperatur der IC auf konstanten
Pegeln zu halten. Es ist eine allgemein bekannte Technik, eine IC
mit einer gut geregelten, im wesentlichen unveränderlichen Versorgungsspannung
zu versorgen. Das Steuern der IC-Temperatur ist problematischer.
Einige Verzögerung-Stabilisierungssysteme
erfassen die Temperatur einer IC und erhöhen oder verringern dann die
Temperatur der IC durch Einschalten oder Ausschalten einer Heizvorrichtung
je nach Bedarf, um die erfasste IC-Temperatur innerhalb eines gewünschten
Bereichs zu halten. Es gibt zahlreiche Arten, die Temperatur eines
ICs zu erfassen, wie z.B. durch Verwenden eines an der IC angebrachten
Temperatursensors oder durch Erfassen der temperaturabhängigen Ausgabe
einer elektronischen Vorrichtung, die innerhalb der eigentlichen IC
implementiert ist. Einige Systeme verwenden eine an der IC angebrachte
externe Heizvorrichtung, doch verschwenden externe Heizvorrichtungen
einen Grossteil der Energie, die sie erzeugen, und lassen sich nur
schwer und teuer mit einer IC thermisch verbinden. Andere Temperatur-Stabilisationssysteme enthalten
eine interne Heizvorrichtung, die durch Transistoren gebildet ist,
die innerhalb der eigentlichen IC implementiert sind. Grosse Heiztransistoren können beachtlich
viel Wärme
erzeugen, doch benötigen
sie in der Regel relativ viel Raum innerhalb der IC und können eine
beachtliche Menge an Schaltrauschen erzeugen. Da Wärme ein
gewisses Ausmass an Laufzeit benötigt,
kann auch die Schleifenverzögerung
in einem derartigen Temperatur-Stabilisationssystem ein genaues
Steuern der Temperatur erschweren.
-
Das US-Patent Nr. 479876, erteilt
am 6. Dezember 1998 an Fujishima, beschreibt eine integrierte Schaltung,
die mehrere Verzögerungsschaltungen implementiert,
die jeweils ein IC-Eingabesignal
verzögern,
um ein IC-Ausgabesignal zu erzeugen. Anstatt zu versuchen, die Temperatur
und Versorgungsspannung der IC konstant zu halten, stellt das System
von Fujishima die Versorgungsspannung der IC ein, um irgendwelche Änderungen
der Verzögerung durch
die Verzögerungsschaltungen
zu kompensieren, die sich aus Temperaturänderungen ergeben. Eine der
Verzögerungsschaltungen
verzögert
ein stabiles Referenz-Taktsignal, das durch einen externen Oszillator
erzeugt wird, um ein Ausgabe-Kennzeichnungssignal zu erzeugen, das
von dem Referenz-Taktsignal
um den Betrag der durch die Referenz-Verzögerungssschaltung
erzeugten Verzögerung
phasenverschoben ist. Eine Verzögerung-Verriegelungsschleifen-Steuerungsvorrichtung überwacht
die Phase des Kennzeichnungs- signals
bezüglich
des Referenz-Taktsignals und stellt die Versorgungsspannung der
IC so ein, dass die Phasenbeziehung konstant gehalten wird, indem
die Verzögerung
der Referenzschaltung konstant gehalten wird. Da sämtliche
Verzögerungsschaltungen
einen ähnlichen
Aufbau haben, eine ähnliche
Temperatur haben und dieselbe Versorgungsspannung erhalten, hält die Schleifen-Steuerungsvorrichtung
die Verzögerung
aller Verzögerungsschaltungen
konstant.
-
Fujishima beschreibt auch ein anderes
Stabilisierungssystem, in welchem die Eingänge und Ausgänge einer
auf einer IC implementierten Referenz-Verzögerungsschaltung miteinander
verbunden sind, um einen Ringoszillator zu bilden, der mit einer Periode
oszilliert, die gleich der Verzögerung
der Haupt-Verzögerungsschaltung
ist. Eine Phasen-Verriegelungsschleifen-Steuerungsvorrichtung überwacht
die Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal des Ringoszillators
und einem extern erzeugten Referenz-Taktsignal und stellt die Versorgungsspannung
der IC so ein, dass das Ausgangssignal des Ringoszillators mit dem
Referenztakt phasenverriegelt ist. Diese Einstellung auf die Versorgungsspannung
stabilisiert die durch die Haupt-Verzögerungsschaltung
erzeugte Verzögerung
trotz IC-Temperaturänderungen.
-
Die Verzögerung-Stabilisierungssysteme von
Fujishima sind zwar wirkungsvoll, doch benötigen sie ein Eingabe-Referenz-Taktsignal, das eine hochstabile
und vorhersagbare Periode hat. Bei der Anwendung von Fujishima ist
ein derartiges Referenz-Taktsignal
ohne weiteres als Träger
eines der zu verzögernden
Signale verfügbar.
Jedoch bei anderen Anwendungen, bei denen ein solches Referenz-Taktsignal
nicht ohne weiteres anderweitig verfügbar ist, müsste das Verzögerung-Stabilisierungsystem
einen Oszillator, wie z.B. einen Kristall-Oszillator enthalten, der
teuer sein kann. Auch kann die durch das System von Fujis hima erzeugte
Verzögerung
nicht ohne weiters auf einen gewünschten
Pegel eingestellt werden, nachdem die IC gefertigt wurde. Das System von
Fujishima eignet sich zwar zur Verwendung in einer ASIC, bei der
die gewünschten
Signalverzögerungen
zum Zeitpunkt der Auslegung vor der Fertigung des ASIC bekannt sind,
doch kann es zur Verwendung in einer PLD oder einer FPGA ungeeignet sein,
bei denen die gewünschten
Signalverzögerungen
nicht bekannt sind, wenn die PLD oder die FPDA gefertigt wird.
-
Was man braucht, ist ein Verzögerung-Stabilisierungssystem
für eine
IC, das keinen externen Oszillator benötigt, das eine genaue Kalibrierung
der Signalwegverzögerung
durch die IC ermöglicht
und das ohne weiteres in Verbindung mit einer herkömmlichen
PLD oder FPGA verwendet werden kann.
-
Die folgenden Dokumente sind relevant:
US-A-5072197
(Anderson Daryl E.), 10. Dezember 1991 (1991-12-10);
Patent Abstracts of Japan,
Band 1999, Nr. 01, 29. Januar 1999 (1999-01-29) und
JP 10276068A
(Song Corp.), 13. Oktober 1998 (1998-10-13) Patent Abstracts of
Japan, Band 1998, Nr. 04, 31. März
1998 (1998-03-31); und
JP 09326689A (Hitachi Ltd.), 16. Dezember
1997 (1997-12-16).
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Gemäss einem Gesichtspunkt der
vorliegenden Erfindung wird ein System zum Stabilisieren einer Verzögerung durch
einen Signalweg einer integrierten Schaltung bereitgestellt, wie
sie in Anspruch 1 beansprucht ist.
-
Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung stellen ein verbessertes Verzögerung-Stabilisierungssystem
für eine
integ rierte Schaltung (IC) bereit, welche eine konstante Verzögerung durch
Logikschaltungen hindurch aufrecht erhält, welche einen Signalweg
durch die IC bilden, und zwar trotz Änderungen der IC-Temperatur,
welche die Signalausbreitungsgeschwindigkeit der diese Logikschaltungen
bildenden Transistoren beeinflusst. Das System macht dies, indem
es die Spannung der Stromversorgungseingabe an die IC einstellt,
um die Signalausbreitungsgeschwindigkeit der Transistoren abzuändern, um
temperaturbezogene Änderungen
zu kompensieren.
-
Das Stabilisierungssystem enthält eine
in die IC eingebaute Verzögerungsschaltung,
die durch Transistoren gebildet ist, die denjenigen der Logikschaltungen ähnlich sind,
so dass sie durch Änderungen
der IC-Temperatur und der IC-Versorgungsspannung auf ähnliche
Weise beeinflusst werden. Die Verzögerungsschaltung verzögert ein
stabiles Referenz-Taktsignal, um ein periodisches Ausgangssignal zu
erzeugen, das dieselbe Frequenz wie das Referenz-Taktsignal hat,
jedoch um einen gewünschten Teil
der Periode des Referenz-Taktsignals phasenverschoben ist. Eine
Verzögerung-Verriegelungsschleifen-Steuerungsvorrichtung
(DLL-Steuerungsvorrichtung) überwacht
die Phasendifferenz zwischen dem Referenz-Taktsignal und dem Verzögerungsschaltung-Ausgabesignal und
stellt die IC-Versorgungsspannung ein, um die durch die Verzögerungsschaltung
erzeugte Phasenverschiebung trotz IC-Tempraturänderung auf dem gewünschten
Pegel zu halten. Durch das Konstanthalten der durch die Verzögerungsschaltung
erzeugten Phasenverschiebung hält
auch die Versorgungsspannung die Signalausbreitungsgeschwindigkeit
der die Verzögerungsschaltung
bildenden Transistoren konstant. Da die die Logikschaltung und die
Verzögerungsschaltung
bildenden Transistoren ähnlich
sind und durch dieselbe Versorgungsspannung versorgt werden, hält das Spannungsversorgungssignal
die Signalausbreitungsgeschwindigkeit der die Logikschaltungen bildenden
Transistoren trotz Änderungen
der IC-Temperatur konstant. Das Sys tem stabilisiert daher Signalwegverzögerungen
durch die Logikschaltungen der IC.
-
In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind eine passive Verzögerungsleitung ausserhalb der
IC und ein Logikgatter innerhalb der IC derart geschaltet, dass
sie einen Ringoszillator bilden, um die Referenz-Taktsignal-Eingabe
für die
Verzögerungsschaltung
zu erzeugen. Die Referenz-Taktsignal-Periode ist proportional zu der gesamten
Wegverzögerung
durch die Verzögerungsleitung
und den Inverter. Die Verzögerungsleitung-Wegverzögerung ist
unabhängig
von der Temperatur und der Versorgungsspannung, und obwohl die Verzögerung durch
den Inverter hindurch sich mit der IC-Temperatur und der Stromversorgung ändert, kann
ihr Einfluss auf die Periode des Referenz-Taktsignals minimiert werden, indem
man die Verzögerung
durch die Verzögerungsleitung
viel grösser
als die Verzögerung
durch den Inverter hindurch macht. Somit ist die Periode des durch
den Ringoszillator erzeugten Referenztaktes im wesentlichen konstant
und von der IC-Temperatur und der Versorgungsspannung unabhängig. Somit
benötigt das
Verzögerung-Stabilisierungssystem
der vorliegenden Erfindung zwar eine zwischen zwei IC-Anschlüssen geschaltete
einfache Verzögerungsleitung,
um ein stabiles Referenz-Taktsignal zu erhalten, doch sie benötigt keinen
teueren externen Oszillator, um das Referenz-Taktsignal bereitzustellen.
-
Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Anzahl der Transistoren, die den Signalweg
durch die Verzögerungsschaltung bilden,
programmierbar einstellbar. Die PLL-Steuerungsvorrichtung hält zwar
die Signalweg-Verzögerung
auf einem Wert proportional zur Periode des Referenz-Taktsignals,
und der Ringoszillator erzeugt zwar ein Referenz-Taktsignal mit
einer konstanten Periode, so ist doch diese Periode nicht genau
vorhersagbar, da sie auf der Verzögerung der externen Verzöge rungsleitung
beruht, die einer Prozessänderung
unterliegt. Durch Einstellen der programmierbaren Verzögerungsschaltung
stellen wir das Proportionalitätsverhältnis zwischen
der Referenz-Taktsignal-Periode und der Logikschaltung-Signalwegverzögerung ein,
wodurch die Signalweg-Verzögerung durch
die Logikschaltungen eingestellt wird. Diese einstellbare Verzögerungskalibrierung
ist besonders nützlich,
wenn die IC eine programmierbare Logikvorrichtung oder eine feldprogrammierbare
Toranordnung ist, für
welche die gewünschte
Logikschaltung-Signalwegverzögerung
zu dem Zeitpunkt, wenn die IC ausgelegt und gefertigt wird, nicht
bekannt ist.
-
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe
zugrunde, ein IC-Stabilisierungssystem
bereitzustellen, um die Signalweg-Verzögerung
durch eine IC trotz Änderungen
der IC-Temperatur konstant zu halten.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung
besteht darin, ein IC-Stabilisierungssystem
bereitzustellen, das eine genaue Einstellung der Signalweg-Verzögerung ermöglicht.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung
besteht darin, ein genaues IC-Stabilisierungssystem bereitzustellen,
bei dem kein Taktsignal erforderlich ist, das durch einen externen
Oszillator erzeugt wird.
-
Der abschliessende Teil dieser Beschreibung
hebt den Gegenstand der vorliegenden Erfindung besonders hervor
und beansprucht ihn gesondert. Der Fachmann wird jedoch sowohl die
Organisation und das Betriebsverfahren der Erfindung zusammen mit
weiteren Vorteilen und Aufgaben am besten verstehen, wenn er die
verbleibenden Abschnitte der Beschreibung in Anbetracht der begleitenden
Zeichnung(en) liest, wobei gleichartige Bezugszeichen sich auf gleichartige
Elemente beziehen.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnung(en)
-
1 zeigt
in Form eines Blockdiagramms ein erfindungsgemässes Verzögerung-Stabilisierungssystem
für eine
integrierte Schaltung;
-
2 zeigt
eine passende Implementierung der programmierbaren Verzögerungsschaltung
von 1 in Form eines
ausführlichen
Blockdiagramms; und
-
3 zeigt
ein Verzögerung-Stabilisierungssystem
gemäss
einem alternativen Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
-
Kurzbeschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
-
1 zeigt
in Form eines Blockdiagramms ein verbessertes Verzögerung-Stabilisierungssystem 10 für eine integrierte
Schaltung (IC) 12 gemäss
der vorliegenden Erfindung. Das Verzögerung-Stabilisierungssystem 10 hält eine
konstante Verzögerung durch
eine Logikschaltung 14 hindurch aufrecht, die einen IC-Signalweg zwischen
IC-Eingabesignalen und IC-Ausgabesignalen bildet, trotz Änderungen
der IC-Temperatur, welche die Signalausbreitungsgeschwindigkeit
von Transistoren beeinflusst, die den Signalweg bilden. Das System 10 macht
dies, indem es die Spannungsversorgungs-Eingabe VDD in die IC 12 steuert,
um die Signalausbreitungsgeschwindigkeiten der darin enthaltenen
Transistoren einzustellen, um temperatur-bezogene Änderungen
der Signalausbreitungsgeschwindigkeit zu kompensieren. Insbesondere
wenn eine zunehmende IC-Temperatur ein Abfallen der Signalausbreitungsgeschwindigkeiten
unterhalb eines gewünschten
Sollpegels bewirkt, erhöht
das Verzögerung-Stabilisierungssystem 10 die
Versorgungsspannung VDD, um die Transistoren innerhalb der IC 12 schneller
zu machen. Wenn eine abnehmende IC-Temperatur eine Zunahme der Signalausbreitungsgeschwindigkeiten über den
Sollpegel hinaus bewirkt, verringert das Verzögerung-Stabilisierungssystem 10 umgekehrt die
Versorgungsspannung VDD, um die Transistoren innerhalb der IC 12 langsamer
zu machen. Der Sollpegel wird durch Kalibrierungsdaten (CAL) bestimmt, die
als Eingabe der IC 12 zugeführt werden.
-
Das Verzögerung-Stabilisierungssystem 10 enthält eine
in die IC 12 eingebaute programmierbare Verzögerungsschaltung 16,
die durch ähnliche
Transistoren gebildet ist, wie diejenigen der Logikschaltungen 14.
Somit beeinflussen Änderungen
der IC-Temperatur
und der Versorgungsspannung VDD die Signalausbreitungsgeschwindigkeit
von Transistoren, welche die Logikschaltung 14 und die
Verzögerungsschaltung 16 bilden,
auf dieselbe Art und Weise. Das System 10 überwacht
die Signalweg-Verzögerung durch
die Verzögerungsschaltung 16 hindurch
als Mass der Signalweg-Verzögerung
durch die Logikschaltung 14 hindurch, weil die beiden Verzögerungen
im wesentlichen proportional für
alle IC-Temperaturen und für
alle Versorgungsspannungspegel sind.
-
Die Verzögerungsschaltung 16 verzögert ein stabiles
Referenz-Taktsignal
REF1, um ein periodisches Ausgangssignal REF2 zu erzeugen, das dieselbe
Frequenz wie das Referenz-Taktsignal REF1 hat, jedoch um einen gewünschten
Teil der Periode des Referenz-Taktsignals
REF1 phasenverschoben ist. Eine Verzögerung-Verriegelungsschleifen-Steuerungsvorrichtung
(DLL-Steuerungsvorrichtung) 18 überwacht
die Phasendifferenz zwischen dem Referenz-Taktsignal REF1 und dem
Verzögerungsschaltung-Ausgabesignal
REF2 und stellt die IC-Versorgungsspannung VDD ein, um die durch
die Verzögerungsschaltung 16 erzeugte
Phasenverschiebung auf einem konstanten Anteil der REF1-Taktperiode trotz
IC-Temperaturänderungen
zu halten. Indem man die durch die Verzögerungsschaltung 16 erzeugte
Phasenverschie bung konstant hält,
stabilisiert auch das VDD-Signal die Signalausbreitungsgeschwindigkeit
der Transistoren, welche die Verzögerungsschaltung 16 bilden.
Da die Transistoren, welche die Logikschaltungen 14 bilden,
einen ähnlichen Aufbau
wie die die Verzögerungsschaltung
bildenden Transistoren haben, auf ähnlichen Temperaturen sind
und von derselben Quelle VDD versorgt werden, werden die Signalausbreitungsgeschwindigkeiten der
die Logikschaltung 14 bildenden Transistoren trotz Änderungen
der IC-Temperatur konstant gehalten. Somit stabilisiert das System 10 die
Verzögerung durch
die Logikschaltung 14 hindurch.
-
Systeme des Stands der Technik verwenden eine
externe Quelle für
das Referenz-Taktsignal REF1, typischerweise einen Kristall-Oszillator
mit einer Periode, die im wesentlichen unabhängig von der IC-Temperatur
und der Versorgungsspannung ist. Allerdings sind derartige Kristall-Oszillatoren,
die durch diskrete Komponenten implementiert werden, relativ teuer
und benötigen
zusätzlichen
Platz auf der Leiterplatte. Gemäss
einem Gesichtspunkt der Erfindung ist der Referenztakt REF1 mit
einem Inverter 20 ausgestattet, der innerhalb der IC 12 enthalten
ist und dessen Eingang und Ausgang durch eine passive Verzögerungsleitung 22 ausserhalb
der IC 12 verbunden sind. Der Inverter 20 und
die Verzögerungsleitung 22 bilden
einen Ringoszillator 24, der mit einer Periode oszilliert,
die das zweifache der gesamten Wegverzögerung durch die Verzögerungsleitung 22 und
den Inverter 20 hindurch ist. Die Verzögerung durch die passive Verzögerungsleitung 22 ist
unabhängig
von der IC-Temperatur und der Versorgungsspannung VDD. Obwohl die
Verzögerung
durch den Inverter 20 hindurch sich mit der IC-Temperatur
und der Versorgungsspannung ändert,
wird ihr Einfluss auf die Periode des Referenz-Taktsignals REF1
minimiert, indem man die Verzögerung
durch die Verzögerungsleitung 22 hindurch
viel grösser
als die Wegverzögerung
durch den Inverter 20 hindurch macht. Die durch VDD erzeugte
Rückkopplung
hilft beim Kompensieren temperaturbe zogener Änderungen der Verzögerung des
Inverters 20. Abgesehen von der kleinen Änderung
des Signals REF1 aufgrund temperaturempfindlicher Verzögerungen
durch den Inverter 20 hindurch, ist die Periode des Referenztaktes
REF1 im wesentlichen konstant und von der IC-Temperatur und der
Versorgungsspannung unabhängig.
Der Fachmann erkennt, dass bei einigen Hochfrequenz-Anwendungen, bei
denen die Periode von REF1 sehr kurz ist, eine geeignete passive
Verzögerungsleitung 22 vollständig innerhalb
der IC 12 implementiert sein kann, wobei Induktoren sowie Kondensatoren
verwendet werden, die durch IC-Metallisierungsschichten
unter Verwendung bekannter Techniken gebildet werden.
-
Die DLL-Steuerungsvorrichtung 18 hält die Signalweg-Verzögerung durch
die logische Schaltung 14 hindurch auf einem Wert proportional
zur Periode des stabilen Referenz-Taktsignals REF1. Das Referenz-Taktsignal
REF1 ist zwar stabil, doch ist seine Periode nicht genau vorhersagbar,
da die Verzögerung
der externen Verzögerungsleitung 22 durch
physikalische Kenngrössen
der Verzögerungsleitung
bestimmt werden, die Prozessschwankungen unterliegen. Das Proportionalitätsverhältnis zwischen der
Signalweg-Verzögerung
durch die Logikschaltung 14 und der Periode des Referenz-Taktes
REF1 ist zwar stabil, doch ist es aufgrund von Prozessschwankungen
in den die Logikschaltung 14 bildenden Transistoren ebenfalls
nicht genau vorhersagbar. Um eine genaue Kalibrierung der Verzögerung durch die
Logikschaltung 14 hindurch zu erzeugen, wird die Verzögerungsschaltung 16 insoweit "programmierbar" gemacht wie die
in ein Register 26 geschriebenen Kalibrierungsdaten (CAL)
die Anzahl der Transistoren steuern, die den Signalweg durch die
Verzögerungsschaltung 16 hindurch
bilden. Hierbei steuern die Kalibrierungsdaten in dem Register 26 das Proportionalitätsverhältnis zwischen
der Grösse
der Versorgungsspannung VDD und der Periode von REF1. Wenn wir die
Kalibrierungsdaten in dem Register 26 einstellen, um die Zahl
der Transistoren in dem Weg durch die Verzögerungsschaltung 16 zu
erhöhen,
verringern wird den benötigten
Pegel der Versorgungsspannung VDD, um die Verzögerungsschaltung 16 bei
einer speziellen Verzögerung
zu halten, wodurch die Verzögerung
durch die Logikschaltung 14 hindurch erhöht wird.
Wenn wir die Zahl der Transistoren in dem Weg durch die Verzögerungsschaltung 16 verringern,
wird umgekehrt der Pegel der Versorgungsspannung VDD erhöht, die
benötigt wird,
um die Verzögerungsschaltung 16 auf
einer speziellen Verzögerung
zu halten, wodurch die Verzögerung
durch die Logikschaltung 14 hindurch verringert wird.
-
Verzögerung-Verriegelungsschleifen-Steuerungsvorrichtung
(DLL-Steuerung)
-
Die DLL-Steuerungsvorrichtung von 1 enthält ein Exklusiv-ODER-Gatter (XOR) 28,
welches die REF1- und REF2-Signalausgaben des Inverters 20 und
der Verzögerungsschaltung 16 empfängt und ein
periodisches Ausgabesignal REF3 erzeugt. Ein ausserhalb der IC 12 angeordnetes
Tiefpassfilter 30 filtert das Signal REF3, um ein Gleichstromsignal VDC
zu erzeugen. Ein Leistungsverstärker 32 und ein
Spannungsregler 34 verstärken und regeln VDC, um das
Stromversorgungssignal VDD für
die IC 12 zu erzeugen. Da die Einschaltdauer des REF3-Signals eine
Funktion von der Phasendifferenz zwischen den Signalen REF1 und
REF2 ist, ändert
sich die Einschaltdauer von REF3, wenn Temperaturänderungen in
der IC 12 die Verzögerung
in der Verzögerungsschaltung 16 hindurch
verändern.
Da der Spannungspegel des Ausgabesignals VDC des Tiefpassfilters 30 proportional
zur Einschaltdauer von REF3 ist, steigt oder fällt der Spannungspegel von
VDD proportional zu Änderungen
der Einschaltdauer von REF3 und somit proportional zu der Verzögerung durch
die programmierbare Verzögerungsschaltung 16 hindurch.
Wenn sich die Verzögerung
durch die Verzögerungsschaltung 16 hindurch ändert, bewirkt der
durch die DLL 18 bereitgestellte Rückkopplungsweg eine Änderung
von VDD, um die Verzögerungsänderung
zu kompensieren. Man beachte, dass das XOR-Gatter 28 innerhalb
der IC 12, wie in 1 gezeigt,
oder ausserhalb der IC 12 implementiert sein kann.
-
Programmierbare Verzögerungsschaltung.
-
2 zeigt
eine geeignete Implementierung der programmierbaren Verzögerungsschaltung 16 von 1 in Form eines ausführlicheren
Blockdiagramms. Die Verzögerungsschaltung 16 enthält eine Gruppe
aus Verzögerungselementen 36,
wie z.B. Logikgatter, die durch Transistoren implementiert sind, deren
Kenngrössen ähnlich wie
bei den zur Implementierung der Logikschaltung 14 von 1 verwendeten Transistoren
ist. Die Verzögerungselemente 36 sind
in Serie geschaltet, und das Referenz-Taktsignal REF1 tritt durch
jedes Element der Serie der Reihe nach hindurch. Ein Multiplexer 42 unter
der Steuerung der in dem Register 26 von 1 gespeicherten Kalibrierungsdaten (CAL)
wählt die
Ausgabe eines Elements einer Gruppe 40 aus Verzögerungselementen 36 und
stellt sie als die REF2-Ausgabe der Verzögerungsschaltung 16 bereit.
Somit wird die gesamte Verzögerung
zwischen REF1 und REF2 durch eine einstellbare Anzahl von Verzögerungselementen
in dem Signalweg zwischen REF1 und REF2 bestimmt. Man beachte, dass
wir beim Verringern der Verzögerung
und Erhöhen
der Anzahl der Verzögerungselemente 36 wir
die Auflösung,
mit der ihre Verzögerung
eingestellt werden kann, und somit die Auflösung, mit der wir die Verzögerung durch
die Logikschaltung 14 von 1 hindurch
steuern können,
erhöhen.
Obwohl die gesamte Phasenverschiebung durch die Verzögerungsschaltung 16 hindurch über einen
Bereich von 1/4 der Periode des REF1-Signals einstellbar sein sollte,
kann die bereitgestellte Verzögerung
viel grösser
sein, da Verzögerungen
von 1/4, 5/4, 9/4,..., (4N+1)/4 der REF1-Periode immer dieselbe
1/4-Wellenlängen-Phasenverschiebung
ergibt. Im allgemeinen be vorzugt man die Erzeugung einer langen
Verzögerung
(das heisst viele Elemente 36), um eine grosse Verstärkung in
der Antwort der Verzögerungsschaltung
auf Änderungen
der VDD zu erzeugen, da dies die Genauigkeit verbessert, mit der
das Stabilisierungssystem 10 von 1 die Signalweg-Verzögerungen durch die Logikschaltung 14 hindurch
steuert. Wenn die Anzahl der Verzögerungselemente 36 in
der Verzögerungsschaltung
zu gross wird, destabilisieren jedoch grosse Schwankungen der Verzögerung aufgrund
kleiner Temperaturschwankungen die Rückkopplungsschleife.
-
Alternatives
Ausführungsbeispiel
-
3 veranschaulicht
ein Verzögerung-Stabilisierungssystem 50 gemäss einem
alternativen Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das im allgemeinen ähnlich wie das Verzögerung-Stabilisierungssystem 10 von 1 ist. Allerdings ist in
dem System 50 das REF1-Signal von der Eingabe der Verzögerungsschaltung 16 abgetrennt,
während
das REF2-Signal über
einen Inverter 54 zu dem Verzögerungsschaltung-Eingang rückgekoppelt
wird. Die programmierbare Verzögerungsschaltung 16 wirkt
daher als Ringoszillator 52, und die Schleifen-Steuerungsvorrichtung 18 wirkt
als Phasen-Verriegelungsschleifen-Steuerungsvorrichtung (PLL-Steuerungsvorrichtung),
um eine Phasenverriegelung von REF2 an REF1 zu bewirken. Das Verzögerung-Stabilisierungssystem 50 arbeitet
ansonsten im wesentlichen ähnlich
wie das System 10 von 1,
um die Verzögerung
durch die Logikschaltung 14 hindurch einstellbar zu steuern
und zu stabilisieren.
-
Verwendung
in PLDs und FPGAs
-
Die Logik, die eine programmierbare
Logikvorrichtung (PLD) oder eine feldprogrammierbare Toranordnung
(FPGA) an ihren Eingabesignalen durchführt, um ihre Ausgabesignale
zu erzeugen, hängt davon
ab, wie verschiedene Logikblöcke
innerhalb der PLD oder der FPGA miteinander und mit ihren Eingabe-
und Ausgabe-Anschlüssen (I/O)
verbunden sind. Wir programmieren eine PLD oder eine FPGA, indem
wir ihre Logikblock-Verbindungen konfigurieren. PLDs und FPGAs werden
häufig
anstelle von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs)
verwendet, um Logik zu implementieren, da eine ASIC speziell ausgelegt
werden muss, um eine spezielle Logik durchzuführen, während eine PLD oder eine FPGA
eine Komponenten "von
der Stange" ist,
die leicht programmiert werden kann, um eine spezielle Logik auszuführen .
-
Die Verzögerung-Stabilisierungssysteme 10 von 1 und 50 von 3 eignen sich besonders für die Implementierung
in PLDs und FPGAs, bei denen ein Teil ihrer Logikblöcke konfiguriert
werden kann, um eine Verzögerungsschaltung 16,
einen Inverter 20, ein Register 26 und ein XOR-Gatter 28 zu implementieren.
Im Falle eines FPGAs braucht die Verzögerungsschaltung nicht durch
in dem Register 26 gespeicherte Kalibrierungsdaten (CAL)
gesteuert werden, da die Anzahl der Verzögerungselemente in der Verzögerungsschaltung 16 eingestellt
werden kann durch Ändern
der Daten, welche die FPGA programmieren. In einem solchen Fall
wäre ein
gesondertes Register 16 zum Halten der Kalibrierungsdaten nicht
notwendig.
-
Es wurden somit bevorzugte Ausführungsbeispiele
einer Verzögerung-Stabilisierungsschaltung
für eine
integrierte Schaltung gemäss
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Schaltung bewirkt eine
genaue und einstellbare Steuerung der Signalweg-Verzögerung
durch eine integrierte Schaltung hindurch, ohne eine Eingabe von
einem externen Oszillator zu benötigen
und ohne Heizvorrichtungen zum Steuern der IC-Temperatur zu verwenden.