PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69636488T2 16.08.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001494349
Titel Taktgenerator mit spektraler Dispersion
Anmelder Lexmark International, Inc., Lexington, Ky., US
Erfinder Hardin, Keith B., Lexington, Kentucky 40515, US
Vertreter Abitz & Partner, 81677 München
DE-Aktenzeichen 69636488
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 22.04.1996
EP-Aktenzeichen 040237224
EP-Offenlegungsdatum 05.01.2005
EP date of grant 23.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.08.2007
IPC-Hauptklasse H03B 29/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H03C 3/09(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Digitalschaltungen und spezieller eine Taktgeberschaltung mit verringerten messbaren elektromagnetischen Störbeeinflussungs(EMI)emissionen.

Viele elektronische Vorrichtungen verwenden Mikroprozessoren oder andere Digitalschaltungen, die ein oder mehrere Taktsignale zur Synchronisation erfordern. Ein Taktsignal erlaubt z.B. die präzise Zeitsteuerung von Ereignissen im Mikroprozessor. Typische Mikroprozessoren können durch einen freischwingenden Oszillator, wie z.B. einen, der durch einen Kristall, einen LC-Abstimmkreis oder eine externe Taktquelle angesteuert wird, überwacht oder synchronisiert werden. Taktraten bis zu und über 40 MHz hinaus sind in Personalcomputern üblich. Die Parameter eines Taktsignals werden typischerweise für einen Mikroprozessor spezifiziert und können umfassen: minimale und maximale zulässige Taktfrequenzen, Toleranzen bei den Hoch- und Niederspannungspegeln, maximale Anstiegs- und Abfallzeiten auf den Wellenformflanken, Impulsbreitentoleranz, wenn die Wellenform keine Rechteckwelle ist, und die Zeitsteuerungsbeziehung zwischen Taktphasen, wenn Zweitaktphasensignale benötigt werden. (Siehe Electronics Engineers' Handbook von Fink et al., S. 8–111, 1989.) Unglücklicherweise sind Hochleistungsvorrichtungen auf Mikroprozessorbasis, die Vorderflanken-Hochgeschwindigkeitsschaltungen verwenden, besonders anfällig dafür, elektromagnetische Störbeeinflussung (EMI) zu erzeugen und abzustrahlen. Die Spektralkomponenten der EMI-Emissionen weisen typischerweise Peakamplituden bei Oberwellen der Grundfrequenz der Taktgeberschaltung auf. Demgemäß haben viele Aufsichtsbehörden, wie z.B. die FCC in den Vereinigten Staaten, Prüfprozeduren und maximal zulässige Emissionen für solche Produkte erstellt. Z.B. weist die Commission Electrotechnique International (Comite International Special Des Perturbations Radioelectriques (C.I.S.P.R.)) Richtlinien auf, die Messausrüstung und -techniken festsetzen, um eine Einhaltung gemäß Regelungen zu bestimmen. Spezieller ist für das Frequenzband von Wichtigkeit für Taktgeberschaltungen die gemessene 6 dB-Bandbreite ein verhältinsmäßig weites 120 kHz.

Um solchen staatlichen Grenzwerten bei EMI-Emissionen nachzukommen, können kostspielige Unterdrückungsmaßnahmen oder umfassende Abschirmungen erforderlich sein. Andere Lösungsansätze zum Verringern von EMI umfassen eine sorgfältige Bahnführung von Signalleiterbahnen auf Leiterplatten, um Schleifen und andere potenziell abstrahlende Strukturen zu minimieren. Unglücklicherweise führt ein solcher Lösungsansatz häufig zu kostspieligeren Mehrlagenleiterplatten mit inneren Erdungsebenen. Zusätzlich muss eine größere Entwicklungsanstrengung darauf hinarbeiten, um EMI-Emissionen zu verringern. Diese durch EMI-Emissionen verursachten Schwierigkeiten werden bei höheren Prozessor- und Taktgeschwindigkeiten verschlimmert.

Bei gewissen Anwendungen ist es notwendig, die Periode eines Taktes mit derjenigen eines anderen präzise zu synchronisieren. Demgemäß kann eine präzise Steuerung der Modulation eines Taktsignals signifikant sein. In der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise digitale Spread-Spektrum-Modulationsschaltungen verwendet. Diese Schaltungen werden durch Rücksetzen eines Zählers synchronisiert, der die Schaltung steuert. Spread-Spektrum-Taktimplementierungen, die einen spannungsgesteuerten Oszillator aber keine digitale Steuerung verwenden, sind in der US-A-4,507,796 an Stumfall offenbart. Digitale Steuerschaltungen von einiger Ähnlichkeit, nicht für eine Spread-Spektrum-Taktsteuerung, sind in der US-A-3,764,933 an Fletscher et al., der US-A-3,962,653 an Basset, der US-A-4,943,786 an Cordwell et al. und der US-A-5,028,887 an Gilmore offenbart. Digitale FM-Kommunikationsschaltungen von einiger Ähnlichkeit sind in der US-A-5,272,454 an Ikai et al., der US-A-5,301,367 an Heinonen und der US-A-5,329,253 an Ichihara offenbart.

Die EP-A-0655829, auch im Namen des gegenwärtigen Anmelders, offenbart eine digitale Implementierung, die nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, die Daten digital gespeichert aufweist, die auf einen Addierer beaufschlagt und akkumuliert werden. Der Ausgang des Akkumulators ist ein Eingang zu einem Phasendetektor einer Phasenregelschleife, wobei der andere Eingang eine geteilte Rückkopplung von dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators der Phasenregelschleife ist. Der Ausgang dieses Oszillators ist geteilt und wird als das Spread-Spektrum-Taktsignal verwendet. Keine offenbarte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet einen Addierer oder einen Akkumulator.

Im Hinblick auf den vorgenannten Hintergrund ist es deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Taktgeberschaltung und ein zugehöriges Verfahren zur Erzeugung eines Taktsignals, wie z.B. zum Ansteuern eines Mikroprozessors oder einer anderen Digitalschaltung bei verhältnismäßig hohen Frequenzen, bereitzustellen, während die spektrale Amplitude von EMI-Komponenten, wie über eine verhältnismäßig große Bandbreite gemessen, verringert wird.

Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch eine Taktgeberschaltung nach Anspruch 1 bereitgestellt. Vorzugsweise umfasst der Taktgeber einen Oszillator zur Erzeugung eines Bezugsfrequenzsignals und eine Spread-Spektrum-Takterzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Spread-Spektrum-Taktausgangssignals mit einer Grund- oder Mittenfrequenz und EMI-Spektralkomponenten verringerter Amplitude bei Oberwellen der Grundfrequenz. Spezieller umfasst die Spread-Spektrum-Takterzeugungseinrichtung vorzugsweise eine Taktimpulserzeugungseinrichtung zur Erzeugung einer Reihe von Taktimpulsen und eine Spread-Spektrum-Modulationseinrichtung zum Modulieren der Taktimpulserzeugungseinrichtung, um Amplituden von EMI-Spektralkomponenten zu verbreitern und flach zu machen, die sonst durch die Taktimpulserzeugungseinrichtung erzeugt werden würden. Ein Anfangspunkt bei einer solchen Modulation ist präzise steuerbar, um eine Synchronisation zu erleichtern.

Die Taktimpulserzeugungseinrichtung würde bei fehlender Modulation typischerweise im Allgemeinen rechteckige oder trapezförmige elektrische Impulse erzeugen, die wiederum entsprechende impulsförmige EMI-Spektralkomponenten bei Oberwellen der Grundfrequenz erzeugen würden. Die Spread-Spektrum-Modulationseinrichtung verringert die Peakamplitude der EMI-Spektralkomponenten, die sonst erzeugt werden würden. Demgemäß kann eine kostspielige Abschirmung oder andere EMI-Unterdrückungstechniken in einer elektronischen Vorrichtung, die die Spread-Spektrum-Takterzeugungsschaltung der vorliegenden Erfindung enthält, verringert oder beseitigt werden. Wie für Fachleute leicht ersichtlich ist, kann die Spread-Spektrum-Takterzeugungsschaltung in einer Anzahl von elektronischen Vorrichtungen breite Anwendung finden, insbesondere denjenigen, die einen Mikroprozessor oder Mikrokontroller enthalten, wie z.B. ein Personalcomputer.

Die Spread-Spektrum-Modulationseinrichtung umfasst vorzugsweise eine Frequenzmodulationseinrichtung zum Frequenzmodulieren der Taktimpulserzeugungseinrichtung. Die Frequenzmodulationseinrichtung wiederum umfasst vorzugsweise eine Profilmodulationseinrichtung zum Frequenzmodulieren der Taktimpulserzeugungseinrichtung mit einer periodischen Wellenform mit einer vorbestimmten Periode und einem vorbestimmten Frequenzabweichungsprofil als eine Funktion der vorbestimmten Periode. Mehrere bevorzugte oder wirksame Gebiete für solches Modulieren von periodischen Wellenformen werden später hierin beschrieben. Im Allgemeinen sind die bevorzugten Wellenformen komplizierter als eine einfache Sinuswelle, um dadurch den spektralen Peak von EMI-Komponenten zu verringern, indem ihre Form verbreitert und flach gemacht wird.

Die Taktimpulserzeugungseinrichtung umfasst vorzugsweise eine Phasenregelschleife, wie sie häufig in einer herkömmlichen Takterzeugungsschaltung verwendet wird. Die Frequenzmodulationseinrichtung kann durch einen programmierbaren Modulationsgeneratorimplementiert sein, der ein vorbestimmtes Profil für die Frequenzabweichung erzeugen kann. Zusätzlich kann die Frequenzmodulationseinrichtung vorzugsweise die Taktimpulserzeugungseinrichtung mit einer periodischen Wellenform mit einer Periode von weniger als etwa 500 Mikrosekunden modulieren, d.h., die Frequenz einer Modulation ist wünschenswerterweise größer als etwa 2 kHz.

Gewisse Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun nur als Beispiel mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

1 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Personalcomputers, der eine Spread-Spektrum-Takterzeugungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält;

2 ist eine grafische Darstellung, die eine Verrin-gerung einer spektralen Peakamplitude einer Oberwelle einer Taktgrundfrequenz veranschaulicht, die durch eine Spread-Spektrum-Takterzeugungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wird;

3 ist eine grafische Darstellung, die eine Ausführungsform eines gewünschten Modulationsprofils zur Erzeugung eines Spread-Spektrum-modulierten Taktsignals veranschaulicht, gemäß der vorliegenden Erfindung;

4 ist eine grafische Darstellung, die mehrere Modulationsprofilgebiete zur Erzeugung eines Spread-Spektrum-modulierten Taktausgangssignals veranschaulicht, gemäß der vorliegenden Erfindung;

5 ist eine grafische Darstellung, die noch eine andere Ausführungsform eines gewünschten Modulationsprofils zur Erzeugung eines Spread-Spektrummodulierten Taktausgangssignals veranschaulicht, gemäß der vorliegenden Erfindung;

6 ist ein schematisches Blockschaltbild, das eine Schaltungsausführungsform zur Erzeugung eines präzise gesteuerten Spread-Spektrum-modulierten Taktausgangssignals veranschaulicht;

7 ist ein schematisches Blockschaltbild, das eine andere Ausführungsform zur Erzeugung eines präzise gesteuerten Spread-Spektrummodulierten Taktausgangssignals veranschaulicht; und

8 ist eine Variation der Schaltung von 7, wobei ein Zähler beseitigt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung.

Gleiche Ziffern beziehen sich überall auf gleiche Elemente.

Mit Bezug zuerst auf die 1 bis 5 werden als erstes eine eine Spread-Spektrum-Takterzeugungsschaltung enthaltende elektronische Vorrichtung und ihr grundsätzlicher Betrieb erklärt.

Wie in 1 dargestellt, kann eine elektronische Vorrichtung, wie z.B. der schematisch veranschaulichte Personalcomputer 10, davon profitieren, dass er verringerte messbare EMI-Spektralkomponentenemissionen aufweist, die durch einen Spread-Spektrum-Taktgenerator 14 (SSCG) gemäß der Erfindung geliefert werden. Ein Bezugsfrequenzgenerator 15, wie z.B. ein piezoelektrischer Kristall, der durch eine geeignete Treiberschaltung oder Oszillatorkreis bei seiner Resonanzfrequenz angesteuert wird, liefert eine Bezugsfrequenz für den SSCG 14. Der veranschaulichte Personalcomputer 10 umfasst auch eine Anzeige 12 und eine Tastatur 13.

Wie für Fachleute leicht ersichtlich ist, kann eine Anzahl von elektronischen Vorrichtungen, die Mikroprozessoren oder andere Digitalschaltungen enthalten, die ein Taktsignal zur Synchronisation erfordern, den SSCG 14 auch wünschenswerterweise enthalten. Z.B. können Computerdrucker den SSCG 14 auch wünschenswerterweise enthalten.

Der SSCG 14 erzeugt das Spread-Spektrum-Ausgangstaktsignal durch Frequenzmodulieren eines typischen Taktsignals, das eine Reihe von trapezförmigen oder allgemein rechteckigförmigen elektrischen Taktimpulsen einschließt. Die Modulation verringert die spektrale Amplitude der EMI-Komponenten bei jeder Oberwelle des Takts, verglichen mit dem Spektrum desselben Taktsignals ohne Modulation. 2 ist eine schematische Darstellung dieses Effekts, wo die spektrale Amplitude gegen Frequenz bei einer Oberwelle (NF) durch die mit M bezeichnete Auftragung angegeben ist. Wie auch dargestellt, ist das Spektrum eines Standardtaktsignals bei derselben Oberwelle als eine mit I bezeichnete Impulsfunktion angegeben. Das Spektrum des SSCG-Ausgangstaktsignals bei derselben Oberwelle nimmt idealerweise eine Trapezform an, wie durch die mit T bezeichnete Auftragung veranschaulicht.

Obwohl im Allgemeinen die spektrale "Breite" des Spread-Spektrum-Ausgangstaktsignals bei einer Oberwelle größer ist als die Breite des nicht modulierten Standardtaktsignals, ist die maximale Amplitude für die Oberwelle verringert. Bei einer tatsächlichen Implementierung ist die Amplitude der Spread-Spektrum-modulierten Oberwelle nicht gleichförmig, sondern zeigt nahe der Mittenfrequenz und an den Flanken etwas Peakbildung, wie durch die Auftragung M veranschaulicht.

Um die Amplitude des Signals für alle Frequenzen zu minimieren, muss die Modulation des Standardtaktsignals eindeutig spezifiziert sein. Demgemäß umfasst der SSCG 14 eine Profilmodulationseinrichtung zur Frequenzmodulation der Taktimpulserzeugungseinrichtung mit einer periodischen Wellenform mit einer vorbestimmten Periode und einem vorbestimmten Frequenzabweichungsprofil als eine Funktion der vorbestimmten Periode. Die hierin beschriebenen Modulationsprofile erzeugen verhältnismäßig optimierte flache Spektralamplituden bei jeder Oberwelle. Im Allgemeinen sind die bevorzugten Profile komplizierter als eine einfache Sinuswelle, um dadurch die messbaren spektralen Peaks der EMI-Komponenten zu verringern. Anders gesagt, wandelt die vorliegende Erfindung Schmalbandoberwellen in Breitbandsignale um, die die gemessenen Emissionen für die FCC und andere Aufsichtsorgane weltweit signifikant verringern. Diese Emissionsverringerungen können entsprechende Kostenreduktionen von etwa $20 oder mehr pro Produkt ermöglichen, verglichen mit den Kosten von herkömmlichen Maßnahmen, um EMI-Emissionen zu unterdrücken oder abzuschirmen.

3 veranschaulicht ein typisches Profil der Frequenzabweichung gegen die Zeit, wie es im SSCG 14 verwendet werden kann. Die veranschaulichte maximale Abweichung beträgt 100 kHz. Diese maximale Frequenzabweichung ist wünschenswerterweise über eine serielle Verbindung programmierbar, wobei eine obere Grenze der maximalen Abweichung vorzugsweise etwa 250 kHz für typische augenblickliche Anwendungen ist. Jedoch kann abhängig von der Anwendung die maximale Abweichung viel größer als 250 kHz sein, wie für Fachleute leicht ersichtlich ist. Wie für Fachleute ebenfalls leicht ersichtlich ist, kann ein nicht moduliertes Standardtaktsignal erhalten werden, indem die maximale Abweichung zu 0 programmiert wird.

Die Frequenz des Signalmodulationsprofils, das in 3 dargestellt ist, beträgt 30 kHz. Eine signifikante Peakamplitudenverringerung kann auch erzielt werden, wo die Frequenz über 2 kHz beträgt, d.h., wo die Periode der Modulationswellenform oder -profils weniger als etwa 500 Mikrosekunden ist. Diese Frequenz ist auch wünschenswerterweise über eine serielle Verbindung programmierbar oder kann fest sein, abhängig von der Anwendung. Das veranschaulichte Modulationsprofil ist eine Linearkombination einer Standarddreieckswelle und ihrer kubischen Kurve. Die Werte des Profils sind in Tabelle 1 von EP-A-0655829 angegeben.

Mit Bezug nun spezieller auf 4 sind mehrere bevorzugte Gebiete von Profilen von Frequenzabweichung veranschaulicht. Insbesondere sind die Profile als ein Prozentanteil Frequenzabweichung gegen einen Prozentanteil der Periode (%Periode) der periodischen Wellenform ausgedrückt. Das äußerste Gebiet oder Umhüllungskurve ist durch die mit F1, F2 bezeichneten gepunkteten Linien im zweiten Quadranten II veranschaulicht, d.h. zwischen 0% und 25% der Periode. Einfache Symmetrie definiert die Begrenzungen in den anderen angegebenen Quadranten, wie beschrieben. Demgemäß können Fachleute leicht die Gebiete für eine gewünschte Anwendung implementieren und skalieren.

Die gepunkteten Linien können durch vorbestimmte obere und untere Grenzen für den zweiten Quadranten II mathematisch definiert werden. Die obere Grenze F1 ist durch

definiert, während die untere Grenze F2 durch
definiert ist.

Wie für Fachleute leicht ersichtlich ist, können die durch F1 und F2 definierten Begrenzungen für die anderen Quadranten wie folgt sein:

Quadrant I (–25% bis 0% Periode):

Untere Grenze = –F1(-%Periode),

Obere Grenze = –F2(-%Periode);

Quadrant III (25% bis 50% Periode):

Untere Grenze = F2(50 – %Periode),

Obere Grenze = F1(50 – %Periode);

Quadrant IV (50% bis 75% Periode):

Untere Grenze = –F1(%Periode – 50)

Obere Grenze = –F2(%Periode – 50).

Ein bevorzugteres Profilgebiet wird durch die in 4 angezeigten gestrichelten Linien angegeben. Im Quadranten II wird dieses Profil durch eine obere Grenze F3 und eine untere Grenze F4 definiert. Die obere Grenze F3 ist im Quadranten II durch

definiert, und die untere Grenze ist im Quadranten II durch
definiert.

Demgemäß sind die anderen Grenzen durch:

Quadrant I (–25% bis 0% Periode):

Untere Grenze = –F3(-%Periode),

Obere Grenze = –F4(-%Periode);

Quadrant III (25% bis 50% Periode):

Untere Grenze = F4(50 – %Periode),

Obere Grenze = F3(50 – %Periode); und

Quadrant IV (50% bis 75% Periode):

Untere Grenze = –F3(%Periode – 50),

Obere Grenze = –F4(%Periode – 50)

gegeben.

Wie auch in 3 dargestellt, veranschaulicht die durchgezogene Linie P1 von 4 die Linearkombination einer Dreieckswellenform und ihrer kubischen Kurve. Spezieller wird dieses Profil im Quadranten II durch F5 definiert, das gleich 100%[0,45(%Periode/25)3 + 0,55(%Periode/25)] ist.

Demgemäß ist die durchgezogene Linie in den anderen Quadranten wie folgt definiert:

Quadrant I (–25% bis 0% Periode):

–F5(-%Periode);

Quadrant III (25% bis 50% Periode):

F5(50 – %Periode); und

Quadrant IV (50% bis 75% Periode):

-F5(%Periode – 50).

5 veranschaulicht noch eine andere Ausführungsform eines Profils für die Frequenzabweichungsmodulation, das skaliert sein kann, um in das äußerste Profil zu passen, das durch F1 und F2 definiert ist, wie für Fachleute leicht ersichtlich ist.

Mit Bezug nun auf 6 wird eine Schaltungsausführungsform für den SSCG 14 beschrieben. Die Blockschaltbilder ähneln mehreren herkömmlichen Phasenregelschleifen(PLL)-Frequenzsynthesizerchips; jedoch ist ein Modulationsschaltkreis hinzugefügt, der in mehreren Ausführungsformen einen programmierbaren Modulationsgenerator oder in anderen Ausführungsformen einen analogen Modulationsgenerator umfasst. Die Modulation wird in einen spannungsgesteuerten Oszillator(VCO) oder Oszillatortankkreis eingespeist, um den gewünschten Modulationsindex zu ergeben.

Der SSCG 14 kann wünschenswerterweise über einen seriellen I2C-Bus oder Ansteuerungsleitungen programmierbar sein, um eine Variation der Mittenfrequenz, maximalen Frequenzabweichung und Modulationsfrequenz zu ermöglichen. Eine einzige +5V-Versorgung, minimale externe Schaltungsanordnung und ein Kristall erzeugen einen TTL- und CMOS-kompatiblen Ausgang mit gesteuerten Anstiegs- und Abfallzeiten. Außerdem sind alle Eingänge standard-TTL-kompatibel.

Den folgenden elektrischen Eigenschaften (Tabelle 2) und Schalteigenschaften (Tabelle 3), die unten angegeben sind, wird auch wünschenswerterweise durch die Ausführungsformen des SSCG 14 entsprochen, um mit herkömmlichen Digitalschaltungen oder Mikroprozessortakteingangserfordernissen kompatibel zu sein.

Tabelle 2 – Elektrische Eigenschaften
Tabelle 3 – Schalteigenschaften
  • *Programmierbar über serielle Verbindung.

Mit Bezug nun auf 6 ist Y1 22 ist ein piezoelektrischer Kristall, der mit einem Oszillatorkreis 24 verwendet wird, um einen stabilen Taktimpulszug oder ein unmoduliertes Taktsignal zu erzeugen. Ein erster programmierbarer Zähler 26 dividiert das unmodulierte Taktsignal durch eine Ganzzahl (M). Ein spannungsgesteuerter Oszillator 28 (VCO 1) erzeugt ein Ausgangstaktsignal, das zur Eingangsspannung von einem Phasendetektor 30 durch ein Filter 32 proportional ist.

Ein zweiter programmierbarer Zähler 34 dividiert das Signal vom VCO 28 durch eine Ganzzahl (N). Die Zähler 26 und 34 sind die zwei Eingänge zum Phasendetektor 30. Der Phasendetektor 30 und das Filter 32 erzeugen ein Analogsignal, das proportional zu Phasenfehlern zwischen dem ersten und zweiten programmierbaren Zähler 26 bzw. 34 ist. Demgemäß repräsentiert der Ausgang für den Phasendetektor 30 und das Filter 32 jeweils die Oszillator 24 frequenz mal N/M, wenn N und M konstant sind, wie sie es in der Ausführungsform von 6 sind. Der VCO 28 wird wie in einer Standardphasenregelschleifenschaltung betrieben.

Die Spread-Spektrum-Modulation wird in dieser Ausführungsform durch einen ROM 36 eingeführt, der Modulationsvariationswerte darin gespeichert aufweist, die in einen D/A-Wandler (DAC) 38 eingespeist werden. Ein Vorwärts/Rückwärts-Zähler 40 wird verwendet, um den Wert des ROM 36 zu indexieren, während ein dritter programmierbarer Zähler 42 die Modulationsfrequenz einstellt.

Ein zweiter spannungsgesteuerte Oszillator (VCO 2) 44 empfängt eine Eingangsgröße des konstanten Ausgangs vom Filter 32 plus die Eingangsgröße vom DAC 38, was die Frequenz des VCO 44 entsprechend den Änderungen in der Eingangsgröße vom DAC 38 variiert. Der VCO 44 ist durch einen Puffer 46 als der Spread-Spektrum-Taktausgang verbunden.

Es ist ersichtlich, dass die Modulation zu einem bekannten Zustand gebracht werden kann, indem der Vorwärts/Rückwärts-Zähler 40 gesetzt wird. Folglich stellt, indem man den Zähler 40 rücksetzt, der Eingang zum VCO 44 denjenigen für den Start eines Zyklus dar, und der VCO 44 stellt sich unverzüglich ein, um eine entsprechende Frequenz zu liefern.

Eine zweite Implementierungsschaltung, die zur Synchronisation geeignet ist, ist in 7 dargestellt. Ein Element 50 ist ein Bezugsfrequenztaktgeber, der mit der Kombination der Elemente 22 und 24 in der 6-Ausführungsform identisch sein kann. Der Taktgeber 50 dient als ein Takteingang zum Rückwärtszähler 52. Ein zweiter Eingang auf einer Leitung 54 zum Zähler 52 ist ein Rücksetzeingang.

Der Zähler 52 empfängt Zahlendaten von einem ROM-Tabellenspeicher 56, welche Daten einmal mit jedem Taktsignal von dem Taktgeber 50 rückwärts gezählt werden, bis der Zähler 52 Null erreicht und ein Signal auf einer Ausgangsleitung 58 erzeugt. Dieses Signal auf der Leitung 58 ist ein Eingangssignal zum Vorwärts/Rückwärts-Zähler 60 und Phasendetektor 62.

Jede Zählungsänderung des Zählers 60 erzeugt einen unterschiedlichen Ausgang, der die Adresse zur ROM-Tabelle 56 ändert und dadurch die Zähldaten an dieser Adresse zum Zähler 52 beaufschlagt, um wieder durch den Zähler 52 mit einem Rückwärtszählen zu Null zu beginnen. Separat, wenn der Zähler 60 durch ein Signal auf der Leitung 54 rückgesetzt wird, erzeugt er ein Signal auf einer Leitung 64, das als ein Rücksetzsignal einer anderen Spread-Spektrum-Taktgeberschaltung geeignet ist, die mit derjenigen von 7 identisch sein kann.

Der Phasendetektor 62 und die übrigen Elemente von 7 sind eine Standardphasenregelschleife. Der zweite Eingang zum Phasendetektor 62 ist der Ausgang eines spannungsgesteuerten Oszillators 66 auf einer Leitung 68, dividiert durch eine Ganzzahl durch einen Zähler 70. Der Phasendetektor 62 erzeugt ein Signal, das zum Zeitunterschied zwischen Anstiegsflanken des Signals auf der Leitung 58 und des Signals vom Zähler 70 proportional ist. Dieser Ausgang wird durch ein Filter 72 geglättet, wie es herkömmlich ist.

Es wird der Betrieb zusammengefasst. Der Bezugstakt 50 stellt den Zähler 52 stufenweise zurück, der durch die ROM-Tabelle 56 geladen worden ist. Folglich definiert die Zahl von der Tabelle 56 eine Verzögerung, bevor der Zähler 52 Null erreicht und auf der Leitung 58 ein Signal ausgibt. Dieses Signal ist ein Eingang zum Phasendetektor 62, während eine geteilte Rückkopplung vom Ausgang 68 der Phasenregelschleife der andere ist.

Das Signal vom Zähler 52 auf der Leitung 58 stellt den Zähler 60 auch stufenweise vor/zurück. Der nächste Zustand des Zählers 60 definiert einen Ausgang, der die nächste Stelle in der ROM-Tabelle 56 auswählt, wodurch eine unterschiedliche Zahl in den Zähler 52 eingegeben wird.

Wenn anschließende Taktimpulse die neue Zählung im Zähler 52 zu Null dekrementieren, wird das nächste Signal auf der Leitung 58 ausgegeben, und die gerade dargelegten Vorgänge werden wiederholt.

Angenommenen, dass die gewünschten Änderungen in der Frequenz nicht schnell sind und das Filter 72 leicht Änderungen entsprechend der Frequenz von diesen Änderungen hindurchtreten lässt, kann der Inhalt der ROM-Tabelle 56 direkt der gewünschten Änderung entsprechen. Ein sehr vereinfachter und veranschaulichender Inhalt kann sein: 17, gefolgt von 14, gefolgt von 10, gefolgt von 6, gefolgt von 3, gefolgt von 0. Diese werden adressiert, wenn der Zähler 60 von 0 (was die 17 adressiert) auf 5 (was die 0 adressiert) ansteigt, wonach der Zähler 60 bei der nächsten Zählung dekrementierten würde, so dass die nächste Zählung 4 ist (die die 3 adressiert).

Das Zusammenspiel zwischen der Phasenregelschleife 62, 72, 66 und 70 zum Inhalt der ROM-Tabelle 56 kann auf verschiedene Weisen optimiert werden. Wenn die Eingänge auf der Leitung 58 mit Bezug auf das Frequenzband, das durch das Filter 72 hindurchtritt, verhältnismäßig häufig sein können, dann folgt der Ausgang einzelnen Änderungen nicht dicht. In diesem Fall könnten die Zahleninhalte in der ROM-Tabelle 56 etwas verschieden sein, um den gewünschten Ausgang durch das Filter 72 zu erzielen, obwohl sich die Gesamtänderung in den Zahlen in der ROM-Tabelle 56 fortsetzen würde, um dem gewünschten Spread-Spektrum-Muster zu entsprechen. In einem solchen Fall werden die spezifischen Zahlen in der ROM-Tabelle 56 am besten empirisch bestimmt.

Synchronisation

In gewissen Anwendungen kann die Taktzeitsteuerung variieren, vorausgesetzt, dass gewisse Funktionen mit diesem variierenden Muster synchronisiert sind. In einem Laserdrucker lässt man einen Laserstrahl über einen Fotoleiter streichen, wenn er bei den Taktzeiten pulsiert oder nicht pulsiert wird. Diese Taktzeiten können in einem Spread-Spektrum ohne signifikante Verschlechterung des Druckens vorhanden sein, wenn jeder Durchlauf mit demselben Punkt im Spread-Spektrum synchronisiert ist. Ein ähnliches Problem existiert für Videoanzeigen, die durch einen Elektronenstrahldurchlauf oder ein ähnliches Durchlaufen erzeugt werden.

Der Rücksetzeingang auf der Leitung 54 liefert eine solche Synchronisation. Ein Durchlaufstartsignal ist von einem Laserdruckkopf (herkömmlicherweise als HSync bezeichnet) herkömmlicherweise verfügbar. Dieses HSync-Signal wird an die Leitung 54 angelegt. Dieses Signal setzt den Zähler 60 und den Zähler 52 auf Null zurück. Dies bringt die Frequenz von Impulsen auf der Leitung 58 unmittelbar zu derjenigen, die durch den Zähler 60 definiert ist, die Null ist und dann wie beschrieben stufenweise eingestellt wird. Der Phasendetektor 62 beginnt unmittelbar damit, die Frequenz des VCO 66 zu ändern, wenn der andere Eingang zum Phasendetektor 62 eine unterschiedliche Phase darstellt. Das Rücksetzen des Zählers 60 erzeugt ein Signal auf der Leitung 64, das eine zweite Spread-Spektrum-Taktgeberschaltung rücksetzen kann, so dass die zwei Spread-Spektrum-Taktgeberschaltungen mit sich selbst und mit dem Eingang auf der Leitung 54 synchronisiert sind.

8 ist eine Ausführungsform gemäß der Erfindung, die den Zähler 70 beseitigt. Andere Elemente sind genauso wie die entsprechenden Elemente in 7 nummeriert, da der andere Unterschied im Inhalt der ROM-Tabelle 56 liegt. Da der Bezugstakt einer von den zwei Eingängen zum Phasendetektor 62 ist, muss der Inhalt der ROM-Tabelle 56 dementsprechend eingestellt werden. In der Praxis wird der genaue Inhalt der ROM-Tabelle 56 am besten empirisch bestimmt.

Wie für Fachleute leicht ersichtlich ist, können sich in einer Implementierung von jeglicher der Schaltungen, die hierin beschrieben sind, in einem körperlichen Gehäuse mehrere solche Spread-Spektrum-Takterzeugungsschaltungen (SSCGs) in demselben DIL-Gehäuse vorfinden. Zusätzlich kann ein Standardphasenregelschleifenfrequenzsynthesizer auch in demselbem DIL-Gehäuse lokalisiert sein, um Standardtaktsignale zu liefern, wenn gewünscht. Der SSCG kann auch innen mit einem Mikroprozessor oder einer beliebigen anderen digitalen oder analogen Schaltung enthalten sein.

Viele Modifikationen und andere Ausführungsformen der Erfindung fallen einem Fachmann ein, der Nutzen aus den Lehren zieht, die in den vorhergehenden Beschreibungen und den zugeordneten Zeichnungen dargestellt sind. Deshalb versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist und dass Modifikationen und Ausführungsformen im Umfang der angefügten Ansprüche eingeschlossen sein sollen.


Anspruch[de]
Taktgeberschaltung zur Bereitstellung von Spread-Spektrum-Taktsignalen, wobei die Taktgeberschaltung umfasst: einen Bezugsfrequenztaktgeber (50), einen Phasendetektor (62) und einen spannungsgesteuerten Oszillator (66) mit einem Eingang zum Empfang eines Signals, das für die Phasendifferenz eines ersten und eines zweiten Eingangs des Phasendetektors bezeichnend ist, das durch den Phasendetektor erzeugt wird, und einem Ausgang (68) zur Bereitstellung der Spread-Spektrum-Taktsignale und eine Spread-Spektrum-Modulationseinrichtung (52, 56, 60), die zwischen dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators und einem zweiten Eingang des Phasendetektors angeschlossen ist, um die Spread-Spektrum-Taktsignale mit einem vorbestimmten Modulationsprofil zu modulieren, gekennzeichnet durch den Bezugsfrequenztaktgeber, um ein Bezugsfrequenztaktsignal für einen ersten Eingang des Phasendetektors bereitzustellen. Taktgeberschaltung nach Anspruch 1, bei der der Phasendetektor (62) auf die Phasendifferenz der zwei Eingänge anspricht, um einen Ausgang zu erzeugen, der für die Phasendifferenz des ersten und zweiten Eingangs des Phasendetektors bezeichnend ist. Taktgeberschaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Spread-Spektrum-Modulationseinrichtung eine gespeicherte Tabelle (56) von Modulationsvariationswerten umfasst, die dem vorbestimmten Modulationsprofil entsprechen. Taktgeberschaltung nach Anspruch 3, bei der die Spread-Spektrum-Modulationseinrichtung weiter einen Zähler (52) umfasst. Taktgeberschaltung nach Anspruch 4, umfassend eine Einrichtung, die auf den einen vorbestimmten Wert erreichenden Zähler (52) anspricht, um den Ausgang (58) der Spread-Spektrum-Modulationseinrichtung bereitzustellen. Taktgeberschaltung nach Anspruch 5, bei der die Modulationsvariationswerte, die in der Tabelle (56) gespeichert sind, verwendet werden, um den vorbestimmten Wert zu setzen. Taktgeberschaltung nach Anspruch 6, bei der die Spread-Spektrum-Modulationseinrichtung weiter einen zweiten Zähler (60) umfasst, um die Tabelle zu adressieren, wobei der Ausgang (58) der Spread-Spektrum-Modulationseinrichtung einen Eingang des zweiten Zählers bildet.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com