DE29521024U1 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Taktsignales - Google Patents

Description

Beschreibung

Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Taktsignals 5

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Taktsignals nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs

Eine in der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 498 013 beschriebene Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Taktsignals enthält ein digitales Phasenrechnungswerk, das Phasenabtastwerte für ein periodisches Signal, beispielsweise ein Sinussignal, erzeugt. Mit den Phasenabtastwerten wird ein Festwertspeicher angesteuert, in dem Äbtastwerte für eine Sinuskurve gespeichert sind. Am Ausgang dieses Festwertspeichers ist eine Folge von zu einer Sinuskurve gehörenden digitalen Abtastwerten abgreifbar. Diese werden in einer Digital-Analog-Wandlereinrichtung zu einem Analogsignal gewandelt, das annähernd eine Sinusschwingung darstellt. Durch eine 0 nachgeschaltete Filtereinrichtung wird das Signal geglättet, indem Rauschen und Oberwellen ausgefiltert werden. Durch einen Schmitt-Trigger wird aus dem Sinussignal ein rechteckförtniges Taktsignal erzeugt.

Der die Sinusabtastwerte enthaltende Festwertspeicher hat den Nachteil, daß eine relativ grobe Quantisierung vorliegt. Dadurch wird die Phasenauflösung der Schaltung begrenzt. Dies bewirkt im Ausgangstaktsignal ein Phasenrauschen, das als Phasenjitter bezeichnet wird. Eine Erhöhung der Auflösung der Abtastwerte des Festwertspeichers hat eine höhere Wortbreite zur Folge, was den Schaltungsaufwand erhöht. Außerdem ist bei höherer Taktfrequenz des Ausgangssignals eine erhöhte Anzahl von Sinusabtastwerten erforderlich. Ein geringer Phasenjitter bei hoher Betriebsfrequenz ist also nur mit erheblichem Schaltungsmehraufwand zu erreichen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die eingangs genannte Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Taktsignals derart zu verbessern, daß der Phasenjitter ohne Erhöhung des schaltungstechnischen Aufwands möglichst gering ist. 5

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Schutzanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist zur Erzeugung eines sinusförmigen Analogsignals kein Festwertspeicher mit Sinusabtastwerten mehr notwendig. Stattdessen wird die Umsetzung auf ein Sinussignal direkt in der Digital-Analog-Wandlereinrichtung durchgeführt. Vorzugsweise wird ein Stromquellen-D/A-Wandler verwendet, bei dem die von den Stromquellen erzeugten Ströme sinusförmig verteilt sind. Die relative Genauigkeit der von den Stromquellen lieferbaren Ströme ist durch die relative Genauigkeit der diese Stromquellen bildenden Bauelemente gegeben. Diese Genauigkeit, wird im wesentlichen durch das Raster bestimmt, an das die LayoutStrukturen von Halbleiterbauelementen gekoppelt sind. Da dieses Raster sehr feinkörnig ist, sind die Ströme der Stromquellen im D/A-Wandler relativ genau einstellbar, ohne daß der Schaltungsaufwand erhöht wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur l ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur

Erzeugung eines Taktsignals, Figur 2 einen Digital-Analog-Wandler mit sinusförmig verteilten Stromquellen und

Figur 3 ein Beispiel für eine Verteilung der Ströme der Stromquellen des Digital-Analog-Wandlers.

Die Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 enthält ein Phasenrechenwerk 1, das eine Folge A von Phasenabtastwerten für ein periodisches Signal erzeugt. Die Hüllkurve der Abtastwerte

ist sägezahnförmig. Das Phasenrechenwerk 1 enthält einen Addierer 2, dessen einer Eingang mit seinem Ausgang verbunden ist und dessen anderer Eingang von einem vorgebbaren Inkrement I gesteuert wird. Im Phasenrechenwerk 1 wird das Inkrement I bei jedem Arbeitstakt mit der Abtastfrequenz akkumuliert. Dem Phasenrechenwerk 1 ist ausgangsseitig ein Umkodierer 3 nachgeschaltet, der aus dem sägezahnförmigen Signal A ein Dreieckssignal B erzeugt. Eine solche Umkodiereinrichtung kann beispielsweise aus Exclusiv-ODER-Gattern aufgebaut werden, deren einer Eingang vom höchstwertigen Bit des sägezahnförmigen Signals gesteuert wird und deren anderer Eingang von einem weiteren Bit dieses Signals. Das Dreieckssignal B wird einer speziellen Digital-Analog-Wandlereinrichtung 4 zugeführt, die daraus ein analoges, zeitkontinuierliches sinusförmiges Signal C erzeugt. Das Signal C wird einer Impulsformereinrichtung 5 zugeführt, die ein Bandpaßfilter enthält zum Glätten des Signals und eine Schmitt-Triggereinrichtung, durch die aus dem sinusförmigen Signal C ein rechteckiges Taktsignal D erzeugt wird.

Der D/A-Wandler 4 ist in Figur 2 detailliert dargestellt. Das dreieckförmige Signal B wird einem Thermometerdekoder 10 zugeführt. Dieser enthält für jede Quantisierungsstufe des Signals B einen Ausgang, wobei die Ausgänge in der Reihenfolge der Quantisierungsstufen geordnet sind und bis zu demjenigen Ausgang, der der Quantisierungsstufe des jeweiligen binär codierten Abtastwerts B zugeordnet ist, einen logischen &EEgr;-Pegel führen und die anderen Ausgänge einen L-Pegel. Der D/A-Wandler 4 enthält für jede Quantisierungsstufe eine Stromquelle 11...16, die über je einen Schalter 17...22 mit einem Widerstand 23 verbunden sind. Am Widerstand 23 ist das sinusförmige Ausgangssignal 10 des D/A-Wandlers abgreifbar. Die Stromquellen 11...16 sind derart dimensioniert, daß die von ihnen eingeprägten Ströme sinusförmig verteilt sind. Dies bedeutet, daß diese Ströme proportional dem Funktionswert einer Sinuskurve sind, wobei diese Kurvenwerte eine feste Phasenverschiebung zueinander aufweisen. Dies ist beispiel-

haft in Figur 3 dargestellt. Die Stromquelle 11 prägt einen Strom ein, der proportional zum Abtastwert 60 ist. Die Stromquelle 12 weist einen Strom auf, der proportional zum Abtastwert 61 ist. Die Stromquelle 13 prägt einen Strom ein, der proportional zum Abtastwert 62 ist, etc. Die Abtastwerte 60, 61, 62 sind um die konstante Phasenverschiebung 63 jeweils voneinander verschoben. Im vorliegenden Fall sind sechs Stromquellen 11...16 vorgesehen, deren eingeprägte Ströme proportional zu den Sinuswerten der Sinushalbwelle 64 sind.

Es ist auch möglich, den Digital-Analog-Wandler 4 direkt durch das sägezahnförmige Ausgangesignal A des Phasenrechenwerks 1 zu steuern. In diesem Fall sind doppelt so viele Stromquellen im D/A-Wandler vorzusehen, deren Ströme längs einer gesamten Periode einer Sinuskurve verteilt. Darüber hinaus ist es möglich, die von den Stromquellen eingeprägten Ströme längs einer sinusförmigen Kurve;, die eine beliebige Phasenverschiebung zu der in Figur 3 dargestellten Sinuskurve aufweist, zu verteilen. Dadurch wird ein Ausgangssignal mit eben dieser Phasenverschiebung erreicht. Bei Verteilung längs einer Kosinuskurve ergibt sich eine Phasenverschiebung von 90°.

Die Schalter 17...22 werden von den Ausgängen des Thermometerdekoders 10 derart angesteuert, daß sie bei einem H-Pegel geschlossen, bei einem L-Pegel geöffnet sind. Entsprechend dem digitalen Abtastwert des Signals B und den daraus erzeugten Ausgangssignalen des Thermometerdekoders 10 wird eine der Quantisierungsstufe des Abtastwerts entsprechende Anzahl von Schaltern 17...22 eingeschaltet, so daß sich die jeweils aktivierten Ströme der Stromquellen 11...16 addieren und sich zum Ausgangssignal C am Widerstand 23 verknüpfen. Da die Stromquellen Ströme liefern, die proportional zu den Abtastwerten einer sinusförmigen Kurve sind, ist das Ausgangssignal C auch sinusförmig. Im Vergleich zum Stand der Technik wird dadurch der Festwertspeicher mit den Sinusabtastwerten gespart .

Die Stromwerte der Stromquellen 11...16 werden durch die Einstellung von Bauelementeparametern festgelegt. Bei Realisierung in CMOS-Herstellungstechnologie werden die Ströme vorzugsweise durch die sinusförmige Gewichtung der Breite/Längen-Verhältnisse (W/L) der Gateelektroden der die Stromquellen bildenden Transistoren eingestellt. Bekanntlich ist die Anordnung der Strukturen eines Halbleiterlayouts an ein vorgegebenes Raster anzupassen. Dieses Raster ist jedoch derart fein, daß die W/L-Verhältnisse relativ genau eingestellt werden können, so daß die Ströme ziemlich genau sinusverteilt sind. Bei Realisierung der Stromquellen 11...16 in Bipolartechnologie können die Ströme durch geeignete Dimensionierung des emitterseitigen Widerstands der Bipolarstromquelle eingestellt werden.

Die beschriebene Schaltungsanordnung eignet sich besonders für Fernsehanwendungen. Dort besteht das Problem, ein an die Zeilenfrequenz des Videosignals gekoppeltes Taktsignal zu erzeugen. Das Taktsignal weist üblicherweise ein Vielfaches der Zeilenfrequenz auf. Die Schaltungsanordnung ist hierzu als steuerbarer Oszillator innerhalb eines Phasenregelkreises zu verwenden, der auf die Zeilenfrequenz synchronisieren soll. In praktischen Fällen wird die Frequenz üblicherweise auf 6,75 MHz eingestellt. Mit der beschriebenen Schaltungsan-Ordnung kann diese Frequenz bei vergleichsweise geringem Schaltungsaufwand mit hoher Frequenzstabilität und geringem Phasenjitter erzeugt werden.

Claims (8)

Schutzansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Taktsignals, enthaltend:

- ein Phasenrechenwerk (1), an dessen Ausgang in Abhängigkeit von einem digitalen Eingangssignal (I) eine Folge von Phasenabtastwerten (A) für ein periodisches Signal abgreifbar ist,

- eine Digital-Analog-Wandlereinrichtung (4), die dem Phasenrechenwerk (1) nachgeschaltet ist und an deren Ausgang ein analoges periodisches Signal (C) abgreifbar ist,

- eine Impulsformereinrichtung (5) , die der Digital-Analog-Wandlereinrichtung (4) nachgeschaltet ist und an deren Ausgang das Taktsignal (D) abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Digital-Analog-Wandlereinrichtung (4) Referenzelemente (11, ,.., 16) enthält, die jeweils einer Quantisierungsstufe der Phasenabtastwerte (A) zugeordnet sind,

- die von den Referenzelementen (11, „.., 16) jeweils lieferbaren Signale proportional einem Wert (60, 61, 62) einer sinusförmigen Kurve (64) an der Stelle der zugeordneten Quantisierungsstufe sind,

- eine jeweils einen der Phasenabtastwerte (A) entsprechende Anzahl der von den Referenzelementen (11, ..., 16) lieferbaren Signale zum Ausgangssignal (C) der Digital-Analog-Wandlereinrichtung (4) verknüpft wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Digital-Analog-Wandlereinrichtung (4) eine Anzahl von parallel schaltbaren Stromquellen (11, ..., 16) als Referenzelemente enthält, daß der von jeder Stromquelle einprägbare Strom einem Wert (60, 61, 62) der sinusförmigen Kurve (64) proportional ist, daß die Werte (60, 61, 62) einen vorgegebe- nen Phasenabstand (63) in bezug auf die sinusförmige Kurve voneinander aufweisen, daß Schaltmittel (17, ..., 18) vorgesehen sind, die derart gesteuert werden, daß eine dem Phasen-

abtastwert (A) entsprechende Anzahl von Stromquellen (11, ..., 16) parallel geschaltet wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Digital-Analog-Wandlereinrichtung (4) ein Thermometerdekoder (10) vorgeschaltet ist, daß jede Stromquelle {11, ..., 16) der Digital-Analog-Wandlereinrichtung (4) über ein Steuersignal ein- und ausschaltbar ist und daß jeder Ausgang des Thermometerdekoders eines dieser Steuersignale liefert.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umkodiereinrichtung (3) vorgesehen ist, der eingangsseitig die Phasenabtastwerte (A) zuführbar sind und die ausgangsseitig Abtastwerte (B) für ein Dreieckssignal erzeugt, das der Digital-Analog-Wandlereinrichtung (4) zugeführt wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4,

dadurch. gekennzeichnet, daß das Phasenrechenwerk (1) einen Addierer (2) enthält, dessen Eingängen als digitales Eingangssignal (I) ein die Frequenz bestimmendes Inkrement und sein Ausgangssignal (A) zuführbar ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsformereinrichtung (5) eine Komparatoreinrichtung enthält.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Komparatorexnrichtung ein Bandpaßfilt€ir vorgeschaltet ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die sinusförmige Kurve eine Cosinuskurve ist.