DE3046772A1

DE3046772A1 - Taktgenerator

Info

Publication number: DE3046772A1
Application number: DE19803046772
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Phys. 7100 Heilbronn Kuhlmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Aumovio Microelectronic GmbH
Priority date: 1980-12-12
Filing date: 1980-12-12
Publication date: 1982-06-16
Also published as: DE3046772C2; IT8125506A0; IT1140097B; FR2496359A1; JPS57123725A; NL8105585A; US4430617A

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H. Theodor-Stern-Kai 1, 6000 Frankfurt 70

Heilbronn, den 26.11.80 SE2-HN-Ma/lü - HN 78/2 4 I

Taktgenerator

In der Datenverarbeitung werden vielfach Taktgeneratoren benötigt, die aufeinander folgende Einzelimpulse erzeugen, mit deren Hilfe beispielsweise Informationen gespeichert, abgerufen und weitergeleitet werden. Bei Digital-Analogwandlern werden vielfach bestimmte Werte, beispielsweise die elektrischer Größen in Schieberegistern digital gespeichert und mit Hilfe eines an das Schieberegister angeschlossenen Integratxonsglieds in analoge Werte.umgewandelt. Taktgeneratoren sorgen dafür, daß der Schieberegisterinhalt geändert, ausgegeben und im,ständigen Umlauf gehalten werden kann.

In der Datenverarbeitung werden meist Taktgeneratoren v'erwendet, die Taktimpulse gleichbleibender Frequenz erzeugen. So wird in der DE-PS 2348831 ein Digital-Analogwandler beschrieben, der ein Schieberegister enthält, in dem der digitale Wert einer Größe abgespeichert ist. Der Schieberegisterinhalt läuft über= eine Datenschleife ständig um und kann durch eine in die Datenschleife eingefügte Logik geändert werden. Bei dem bekannten Digital-Analogwandler wird an einem an das Schieberegister angeschlossenen Integrationsglied eine Gleichspannung abgegriffen, die direkt proportional der Anzahl der im Schieberegister enthaltenen logischen "1" Informationen ist. Da die Schiebetaktimpulse eine gleichbleibende Frequenz aufweisen, ist bei dem bekannten Digital-Analogwandler die Unterteilbarkeit der am Integrator abnehmbaren Größe allein durch die Länge des Schieberegister« bzw. durch die Anzahl der im Schieberegister unterzubringenden binären Informationen abhängig. Bei einem Schieberegister mit η g Lf ichwort igen Stufen lassen sich Homi l ti

unterschiedliche Digitalwerte unterbringen. Die Auflösung der digital erfaßten und analog auszugebenden Größe ist somit —. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Taktgenerator anzugeben, mit dem vorhandene Logikbausteine besser ausnutzbar sind, d. h. mit dessen Hilfe mehr Informationen verarbeitet oder der Informationsfluß beschleunigt werden kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Binärzähler und ein Schieberegister über eine logische Schaltung derart miteinander verknüpft sind, daß ein Ausgangstakt mit binär ansteigender Periodenlänge innerhalb eines Durchschiebeintervalls des Schieberegisters am Ausgang der Logik auftritt.

Es handelt sich also um einen Taktgenerator, der anstelle

If) von Taktimpulsen mit gleichbleibenden Periodenlängen nunmehr binär ansteigende Periodenlängen aufweist, wobei die maximale Periodenlänge das 2 -fache der Periodenlänge des ersten Taktimpulses beträgt, wenn η die Zahl der Stufen des Binärzählers ist. Wird ein derartiger Takt auf das Schieberegister eines Digital-Analogwandlers gegeben, so erfahren die einzelnen Stufen des Schieberegisters dadurch eine Gewichtung, daß der Inhalt der jeweiligen Stufe am nachgeschalteten Integrationsglied während der 1, 2, 4, 8, oder 2 fachen Zeit, bezogen auf die Zeitdauer des Grundtaktes, anliegt. .Durch diese Gewichtung des Inhalts aufeinanderfolgender Stufen im Schieberegister eines Digital-Analogwandlers bei Verwendung eines Taktgenerators mit binär ansteigender Periodenlänge lassen sich in dem n+1 stufigen Schieberegister des Dig

werte abspeichern.

beregister des Digital-Analogwandlers nunmehr 2 +1 Analog-

Der Ausgangstakt mit binär ansteigender Periodenlänge ist bei einem Taktgenerator der erfindungsgemäßen Art zugleich der Schiebetakt des im Taktgenerator enthaltenen Schieberegisters, wobei jeweils eine Stufe des Schieberegisters eine Information enthält, die vom Inhalt aller übrigen Stufen des Schieberegisters verschieden ist. Dies bedeutet,

daß beispielsweise nur eine Stufe des Schieberegisters eine logische "1" enthält.

Bei einer vorteilhaften Aüsführungsform des erfindungsgemäßen Taktgenerators liegt am Eingang eines n-stufigen Binärzählers ein Grundtakt mit gleichbleibender Periodenlänge der Einzeltakte an. Das Schieberegister des Taktgenerators hat n+1 Stufen, wobei die einzelnen Stufen des Schieberegisters und des Binärzählers über die Logik so miteinander verknüpft sind, daß am Ausgang der Logik der Ausgangstakt mit binär ansteigender Periodenlänge während eines Schieberegisterumlaufs und somit mit einem auf.den

Grundtakt bezogenen' Periodenlängenverhältnis wie 1:1:2:4:8 15

.... 2 entsteht.

Die Logik besteht vorzugsweise aus einem ODER-Gatter mi L ■ n+1 Eingängen, wobei η Eingänge von den Ausgängen von UND-Gattern gebildet werden. Diese UND-Gatter verknüpfen jeweils eine Stufe des Binärzählers mit einer entsprechenden Stufe des Schieberegisters. Am η+Γ.ten -Eingang des ODER-Gatters liegt der Inhalt einer definierten Stufe des Schieberegisters direkt an, so daß eine definierte Synchroni- ■ sation der Taktfolge innerhalb eines Schieberegisterumlaufs entsteht. Ein letztes UND-Gatter verknüpft den Ausgang des ODER-Gatters mit dem Grundtakt. Am Ausgang dieses UND-Gatter entsteht somit der Takt mit binär ansteigender Periodenlänge. Die beschriebene Logik enthält ferner ein 1. UND-Gatter, das den invertierten Inhalt der letzten Stufe des Binärzählers mit dem Inhalt der 1. Schieberegisterstufe verknüpft.

.■■.-' Die Erfindung und ihre vorteilhafte Ausgestaltung soll im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die Figur 1 zeigt den Taktgenerator, während in der Figur 2 der Grundtakt und der Takt mit binär ansteigender Periodenlänge, sowie der jeweilige Inhalt der Stufen des Binärzählers und des Schieberegisters dargestellt ist. Bei den Impulsdiagrammen wurde von einem 4 (n· =4) stufigen Zähler ausgegangen.

-β-

Die Figur 1 zeigt einen Binärzähler BZ aus η Stufen, an dessen Eingang ein Takt T mit gleichbleibender Frequenz gemäß dem ersten Diagramm der Figur 2 anliegt. Bei dem Zähler kann es sich um einen handelsüblichen aus Flip-Flops aufgebauten Binärzähler handeln, der somit nicht näher beschrieben werden muß. Wie aus den Diagrammen der Figur 2 ersichtlich, wird die Frequenz des Grundtaktes in der Stufe Q des Binärzählers unterteilt. Eine weitere Frequenzteilung erfolgt in der Stufe Q„ und in entsprechender Weise wird auch durch die nachfolgenden Stufen des Binärzählers eine sich aus dem Binärcode ergebene weitere Frequenzunterteilung vorgenommen. In den Diagrammen der Figur' 2 ist der sich daraus ergebende Impulsverlauf in den einzelnen Stufen des Binärzählers dargestellt. Die Stufe Q₁ des Binärzählers

hat somit die Binärgewichtung 2 , die Stufe Q die Binär-

1 2

gewichtung 2 , der Stufe Q.. kommt der Binärwert 2 und der

3
Stufe Q₄ der Binärwert 2 zu. Ein vierstufiger Binärzähler der in der Figur 2 dargestellten Weise kann somit 15 Taktimpulse des Grundtaktes T aufaddieren. ·

Der Taktgenerator gemäß der Figur 1 umfaßt ferner ein Schieberegister SR₁ mit n+1 Stufen, die als SQ bis SQ bezeichnet sind. Die Logik, die den Binärzähler und das Schieberegister miteinander verknüpft, besteht aus dem ODER-Gatter 0, und UND-Gatter U bis U . Alle Ausgänge der UND-Gatter sind zugleich Eingänge des ODER-Gatters. Das UND-Gatter U₁ verknüpft, den invertierten Inhalt der letzten Binärzählerstufe Q mit dem Inhalt der ersten Schieberegisterstufe SQ.. η Ο

Der Inhalt der Schieberegister SQ,, die auf die Stufe SQ folgt, gilt als Synchronisierstufe, so daß.der Inhalt dieser Stufe direkt als eine Eingangsinformation zum ODER-Gatter O₁ führt. Alle nachfolgenden UND-Gatter verknüpfen jeweils eine Binärzählerstufe mit einer Schieberegisterstufe gleicher Zählfolge. Folglich verknüpft das UND-Gatter U„ die Binärzählerstufe Q„ mit der Schieberegisterstufe SQ„.

Ein letztes UND-Gatter U verknüpft den Ausgang des ODKR-Gatters O₁ mit dem Grundtakt T. An dem Ausgang dieses UND-Gatters U entsteht der Takt TG mit binär ansteigender Pe-■ riodendauer, der zugleich als Schiebetakt wieder den Schieberegisterstufen zugeführt wird. Die. Logik bewirken somit die nachstehend aufgeführte logische Verknüpfung. TG =-(Qn χ SQ + SQ. +Qx SQ + ... Qn X SQ ) X T. Das Ergebnis dieser logischen Verknüpfung ist aus der Figur 2 ersichtlich.

■ . ■

Im Schieberegister SR, enthält jeweils eine Stufe - wie bereits ausgeführt wurde - eine logische "l¹¹ information. Diese Information befindet sich - wie dargestellt - beispielsweise in der Schieberegisterstufe SQ₁. Da diese Schieberegisterstufe direkt einen Eingang des ODER-Gatters bildet, kann am Ausgang des UND-Gatters U dann ein Taktimpuls auftreten, wenn auch der Grundtakt T an diesem UND-Gatter U anliegt. Der daraus resultierende Taktimpuls am Ausgang TG schiebt die Information der Zelle SQ₁ in die Zelle SQ„.

Die Schieberegisterstufe SQ„ ist mit der Binärzählerstufe Q verknüpft, so daß ein weiterer Takt am Taktausgang TG entsteht, wenn während der Zeit, wo sowohl in der Schieberegisterstufe SQ₂, als auch in der·Binärzählerstufe Q eine logische "1" anliegt, ein weiterer Taktimpuls.T auftritt. Daraus resultiert im Diagramm der Figur 2 der dritte dargestellte Einzelimpuls TG, durch den die Information "1" aus der Speicherzelle SQ_ nach SQ₃ weitergeschoben wird. Die Schieberegisterstufe SQ₃ ist mit der Binärzählerstufe Q- über ein UND-Gatter verknüpft. Die Binärzählerstufe Q_ geht jedoch erst nach dem vierten Grundtakt auf den Wert "1", so daß erst der nachfolgende fünfte Grundtakt am Ausgang TG erscheinen und die "1" Information aus der Zelle SQ_ nach SQ. weiterschieben kann. Dadurch ging in der Taktfolge TG ein Impuls des Grundtaktes verloren, so daß sich nunmehr die Periodenlänge des Ausgangstaktes TG bereits verdoppel' hat.

- tr-

■ ?■

Die Schieberegisterstufe SQ. ist mit der Binärzählerstufe Q. verbunden, die erst nach dem achten Grundtakt ihren Informationsinhalt ändert. Dies bedeutet, daß erst der neunte Grundtakt über das UND-Gatter U ausgegeben werden kann, während die drei in dieser Zeit aufgetretenen Grundtaktimpulse am Ausgang TG unterdrückt werden. Die Periodenlänge des jetzt erscheinenden Ausgangsimpulses TG hat sich somit wiederum verdoppelt. Durch diesen letzten in durchgehender Linienführung dargestellte Ausgangstakt TG wird nunmehr die "i" information bei einem angenommenen fünfstufigen Schieberegister SR, und einem vierstufigen Binärzähler von der Schieberegisterstufe SQ. nach SQ geschoben. Die Schieberegisterstufe SQ ist jedoch über das. UND-Gatter U₁ mit dem invertierten Inhalt der letzten Stufe Q des Binärzählers verknüpft, so daß am Ausgang TG erst dann ein weiterer Taktimpuls erscheinen kann, wenn die Binärzählerstufe Q. von der logischen "T" Information wieder auf "O" geht. Dieser Moment ist in der Figur 2 durch eine senkrecht zur Zeitachse t verlaufende gestrichelte Linie angedeutet. Der auf diesen Zeitpunkt nachfolgende erste Taktimpuls T erscheint am Ausgang TG und ist im letzten untersten Diagramm als gestrichelter Impuls dargestellt. Seine Periodenlänge hat sich somit nochmals gegenüber der des vorangegangenen Impulses verdoppelt. Bei seinem Erscheinen wird die."l" Information aus der Schieberegister SQ nach SQ- weitergeschoben und der vorstehend geschilderte Zyklus wiederholt sich.

Durch die beschriebene Verknüpfung eines Binärzählers und eines Schieberegisters wird somit ein Taktimpuls erzeugt, bei dem die Periodendauern zwischen den einzelnen Taktimpulsen binär ansteigen und zwar im Verhältnis 1:1:2:4:8. Dies gilt für einen vierstufigen Binärzähler und eine fünfstufige Schieberegistereinheit. Die Stufenzahl kann selbstverständlich beliebig erhöht werden, was sich dann in entsprechender Weise auf die Periodenlängen aufeinanderfolgender Taktimpulse am Ausgang des Taktgenerators auswirkt.

Mit der Erfindung wird somit ein Taktgenerator beschrieben, dessen Taktfolge bereits eine binäre Gewichtung enthält, so daß hiermit die ansonsten übliche Gewichtungsschaltung bei Digital-Analogwandlern ersetzt werden kann. Die binäre Gewichtung gilt für jeweils einen Schieberegisterumlauf des Taktgenerators und wiederholt sich ständig, so daß es bei nachgeschalteten Auswertungsschaltungen allein darauf ankommt, wie der Dateninhalt aufeinanderfolgender Speicherstufen dem Steuertakt TG, dessen Einzeltakte binär ansteigende Periodendauern aufweisen, zugeordnet sind. Wie bereits erwähnt, ist damit beispielsweise bei einem Digital-Analogwandler eine Gewichtung der einzelnen Schieberegisterstufen des Digital-Analogwahdlers bereits durch die Ansteuerung mit dem beschriebenen Takt vorgegeben.

Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H. Theodor-Stern-Kai 1, 6000 Frankfurt 70'

Heilbronn, den 26.11.80 SE2-HN-Ma/lü - HN 78/24 I

Patentansprüche

flj) Taktgenerator, dadurch gekennzeichnet, daß ein Binärzähler (BZ) und eine Schieberegister (SR₁) über eine logisehe Schaltung (U₁ - U , O₁, U ) derart miteinander verknüpft sind, daß ein Ausgangstakt (TG) mit binär ansteigender Periodenlänge innerhalb eines Durchschiebeintervalls des Schieberegisters (SR₁) am Ausgang der Logik auftritt.
2) Taktgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangstakt (TG) mit binär ansteigender Periodenlänge zugleich der Schiebetakt für das Schieberegister (SR₁ ist, wobei jeweils eine Stufe des Schieberegisters eine Information enthält, die vom Inhalt der übrigen Stufen des Schieberegisters verschieden ist.
3) Taktgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nur eine Stufe des Schieberegisters (SR ) eine logische "1" enthält.
4) Taktgenerator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang eines n-stufigen BinärZählers (BZ) ein Grundtakt (T) mit gleichbleibender Periodenlänge der Einzeltakte anliegt, daß das Schieberegister (SR₁) n+1 Stufen enthält, und daß die einzelnen Stufen des Schieberegisters und des Binärzählers über die Logik so miteinander verknüpft sind, daß am Ausgang der Logik ein Ausgangstakt (TG) mit binär ansteigender Perio-

denlänge während eines Schieberegisterumlaufs und einem auf den Grundtakt (T) bezogenen Periodenlangenverhältnis wie 1:1:2:4:8: :2n entsteht.
5) Taktgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Logik ein ODER-Gatter (CX) mit n+1 Eingängen enthält, wobei η Eingänge von den Ausgängen von UND-Gattern (U,-U ) gebildet werden, daß diese UND-Gatter jeweils eine Stufe des BinärZählers (BZ) mit einer entsprechenden Stufe

LO des Schieberegisters (SR₁) verknüpfen, daß am n+1»ten Eingang des ODER-Gatters (O.. ) der Inhalt einer definierten Stufe des Schieberegisters direkt anliegt, und daß ein letztes UND-Gatter (U ) vorgesehen ist, das den Ausgang des ODER-Gatters (0,) mit dem Grundtakt (T) verknüpft und an dessen Ausgang der Takt (TG) mit binär ansteigender Periodenlänge, der zugleich der Schiebetakt des Schieberegisters ist, auftritt.
6) Taktgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der invertierte Inhalt der letzten Stufe (Q ) des

Binärzählers (BZ) über ein l.tes UND-Gatter (U,) mit dem • Inhalt der 1. Schieberegisters.tufe (SQ ) verknüpft ist.