DE69801827T2

DE69801827T2 - Taktgenerator

Info

Publication number: DE69801827T2
Application number: DE69801827T
Authority: DE
Inventors: Peter Schinzel
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1998-11-14
Filing date: 1998-11-14
Publication date: 2002-03-28
Anticipated expiration: 2018-11-15
Also published as: US6665808B1; EP1001533A1; EP1001533B1; JP2000151371A; DE69801827D1

Description

GRUNDLAGEN DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Taktgenerator gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Moderne Taktgeneratoren, insbesondere Impulsgeneratoren, wie z. B. die Hewlett- Packard HP 81100-Familie, erzeugen Taktsignale mit genauer Dauer und genauen Frequenzen, mit steilen Flanken und hoher Zeittaktauflösung. Die erzeugten Taktsignale können fast als ideale Taktsignale angesehen werden.
Fig. 1 zeigt in einem grundlegenden Blockschaltbild einen nach dem Stand der Technik bekannten Taktgenerator 10. Die Schaltung von Fig. 1 verallgemeinert Takterzeugungsmerkmale, wie sie z. B. aus US-A-5 592 659, US-A-4 231 104, US- A-5 280 195, US-A-4 675 546, US-A- 4 646 030, US-A-5 361 301 oder WO 93/25954 bekannt sind. Als Funktionseinheiten umfasst der Taktgenerator 10 einen Frequenzgenerator 20, eine steuerbare Verzögerungseinheit 30 und/oder eine steuerbare Impulsbreiteneinheit 40. Die Parametereinstellung des Frequenzgenerators 20, der Verzögerungseinheit 30 und/oder der Impulsbreiteneinheit 40 wird durch eine Mikroprozessorschnittstelle 50 über entsprechende Umsetzer 60, 70 und 80 (z. B. Digital-Analog-Umsetzer DACs) gesteuert. Die Mikroprozessorschnittstelle 50 stellt irgendeinen Typ von elektronischer (Miniatur-) Einheit dar, die einen Speicher, eine arithmetische, eine logische und eine Steuerschaltungsanordnung enthält, die zum Ausführen von Funktionen einer Zentraleinheit eines digitalen Computers benötigt werden, beispielsweise zum Interpretieren und Ausführen von Programmbefehlen sowie zum Bearbeiten arithmetischer Operationen.
Gemäß der Parametereinstellung, wie sie von der Mikroprozessorschnittstelle 50 über den Umsetzer 60 bereitgestellt wird, stellt der Frequenzgenerator 20 ein Taktsignal mit einer im Wesentlichen konstanten Frequenz bereit. Die Verzögerungseinheit 30 und/oder die Impulsbreiteneinheit 40 könnte das vom Frequenzgenerator 20 gelieferte Taktsignal gemäß ihrer jeweiligen Parametereinstellung ändern, wie sie von der Mikroprozessorschnittstelle 50 über den Umsetzer 70 bzw. 80 bereitgestellt wird. Die Frequenz, die Verzögerungszeit und/oder die Impulsbreite eines Ausgangssignals des Taktgenerators 10 können folglich gesteuert werden und bleiben im Wesentlichen konstant, wenn sie nicht neu programmiert werden.
Zur erneuten Programmierung des Taktausgangssignals des Taktgenerators 10 liest die Mikroprozessorschnittstelle 50 Werte z. B. aus vordefinierten Tabellen aus, erhält aus diesen ausgelesenen Werten Parametereinstellwerte zum Einstellen von einem oder mehreren Parametern des Taktgenerators 10 auf spezifische Werte, und stellt diese Parametereinstellwerte über die entsprechenden Umsetzer 60 bis 80 dem Frequenzgenerator 20, der Verzögerungseinheit 30 und/oder der Impulsbreiteneinheit 40 bereit. Dieses Schema zur erneuten Programmierung benötigt einen gewissen Zeitaufwand, bis die jeweiligen Parametereinstellwerte ermittelt/zusammengestellt und den entsprechenden Einheiten bereitgestellt worden sind, so dass die zeitliche Steuerung des Taktgenerators 10 nicht schnell geändert werden kann.
In realen Umgebungssituationen können moderne Hochgeschwindigkeitssignale nicht als ideal angesehen werden. Aufgrund vielfältiger Einflüsse auf die Signale könnten die Signale in der Praxis beträchtlich von den idealen Signalen abweichen. Solche Einflüsse könnten zufällige Schwankungen, Synchronisierungsschwankungen z. B. von PLL-Schaltungen, Modulationen und/oder Taktbeeinträchtigungen sein. Andererseits nehmen Zeitgrenzwerte mit steigender Geschwindigkeit von Ausführungen ab. Infolgedessen wird die Auswirkung von signalstörenden Einflüssen zunehmend kritisch.
In Testumgebungen zum Testen der Leistung und der Eigenschaften von elektronischen Schaltungen werden jene Schaltungen im Allgemeinen mit mehr oder weniger idealen Signalen getestet. Dies könnte jedoch zu der Situation führen, dass die getestete elektronische Schaltung in der künstlichen, idealen Testumgebung gut reagiert, in ihren realen Umgebungen jedoch Fehler oder andere Unregelmäßigkeiten verursacht.
Zur Simulation/Emulation von realem Taktverhalten könnten Generatoren von willkürlichen Impulsformen verwendet werden. Solche Generatoren von willkürlichen Impulsformen, beispielsweise die Tektronix AWG500-Familie, stellen programmierbare Impulsformen bereit, die eine Simulation realer Umgebungsimpulsformen in einer Testumgebung ermöglichen. Aufgrund der Tatsache, dass programmierbare Impulsformen nur mit Signalwiederholungsfrequenzen erzeugt werden können, die kleiner als etwa ein Zehntel der Abtastfrequenzen sind, sind Generatoren von willkürlichen Impulsformen jedoch in ihrem anwendbaren Frequenzbereich begrenzt. Folglich können Generatoren von willkürlichen Impulsformen in Hochgeschwindigkeitsumgebungen oftmals nicht verwendet werden. Außerdem sind Generatoren von willkürlichen Impulsformen normalerweise teurer in Bezug auf dieselbe erreichbare Geschwindigkeitsleistung.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Taktgenerators, der zum Simulieren von realen Umgebungsbedingungen für Hochgeschwindigkeitssignale verwendet werden kann.
Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen werden durch die abhängigen Ansprüche gezeigt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Andere Aufgaben und viele der dazugehörigen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung problemlos und besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird. Elemente, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich aufgebaut werden oder werden können, werden mit demselben Bezugszeichen bezeichnet.
Fig. 1 zeigt einen Taktgenerator 10, wie er nach dem Stand der Technik bekannt ist,
Fig. 2 stellt einen Taktgenerator 100 gemäß der Erfindung dar, und
die Fig. 3A, 3B und 3C zeigen Beispiele der Änderung von idealen Taktsignalen gemäß der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 2 stellt ein grundlegendes Blockschaltbild eines Taktgenerators 100 gemäß der Erfindung dar. Der Taktgenerator 100 umfasst als Funktionseinheit den Frequenzgenerator 20, der Parametereinstellwerte von der Mikroprozessorschnittstelle 50 über den Umsetzer 60 empfängt. Das Ausgangssignal vom Frequenzgenerator 20 ist mit der steuerbaren Verzögerungseinheit 30 und/oder mit der steuerbaren Impulsbreiteneinheit 40 verbunden. Wie für Fig. 1 erläutert wird, empfangen der Frequenzgenerator 20, die Verzögerungseinheit 30 und die Impulsbreiteneinheit 40 entsprechende Parametereinstellwerte von der Mikroprozessorschnittstelle 50 über entsprechende Umsetzerschaltungen 60, 70 und 80 zum Einstellen der Frequenz, der Verzögerung und/oder der Impulsbreite auf ihre Nennwerte.
Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Taktgenerator 10 umfasst der Taktgenerator 100 außerdem einen Speicher 110, der eine direkte Bereitstellung von Parametereinstellwerten für den Frequenzgenerator 20, die Verzögerungseinheit 30 und/oder die Impulsbreiteneinheit 40 zusätzlich zu den Parametereinstellwerten von der Mikroprozessorschnittstelle 50 ermöglicht. Der Speicher 110 wird vorzugsweise von einer Ablaufsteuereinheit 120 gesteuert, die Adressen für den Speicher 110 erzeugt. Der Inhalt des Speichers 110, der einer verwendeten Adresse entspricht, wird ausgelesen und über einen Umsetzer 130 und eine Verbindungseinheit 140 dem Frequenzgenerator 20, über einen Umsetzer 150 und eine Verbindungseinheit 160 der Verzögerungseinheit 30 und/oder über einen Umsetzer 170 und eine Verbindungseinheit 180 der Impulsbreiteneinheit 40 direkt zugeführt.
Während der Umsetzer 60 vorzugsweise die Parametereinstellwerte für die Nennfrequenz für den Frequenzgenerator 20 bereitstellt, stellt der Umsetzer 130 vorzugsweise die Parametereinstellwerte für Frequenzänderungen über der Zeit des Frequenzgenerators 20 bereit. Die Verbindungseinheit 140 verknüpft beide Signale und stellt sie dem Frequenzgenerator 20 bereit. Dementsprechend stellt der Umsetzer 70 vorzugsweise die Parametereinstellwerte für die Nennverzögerung der Verzögerungseinheit 30 bereit, und der Umsetzer 150 stellt vorzugsweise die Parametereinstellwerte für eine Verzögerungsänderung über der Zeit bereit. Die Verbindungseinheit 160 verknüpft beide Signale und führt die Ergebnisse der Verzögerungseinheit 30 zu. Schließlich stellt der Umsetzer 80 vorzugsweise die Parametereinstellwerte für die Nennimpulsbreite für die Impulsbreiteneinheit 40 bereit, während der Umsetzer 170 vorzugsweise die Parametereinstellwerte für Impulsbreitenänderungen über der Zeit bereitstellt. Beide Signale werden von der Verbindungseinheit 180 verknüpft und der Impulsbreiteneinheit 40 zugeführt.
Die Umsetzer 60, 70, 80, 130, 150 und 170 werden vorzugsweise als Digital- Analog-Umsetzer (DAC) ausgewählt. Vorzugsweise werden die Umsetzer 60, 70 und 80 hinsichtlich einer hohen Auflösung optimiert, während die Umsetzer 130, 150 und 170 hinsichtlich der Geschwindigkeit optimiert werden. Die Umsetzer sollen jede Art von Schnittstelle darstellen, die die Anpassung eines Datenformates des Speichers 110 oder der Mikroprozessorschnittstelle 50 an ein Datenformat ermöglichen, das für die jeweilige(n) Funktionseinheit(en) 20 bis 30 benötigt wird. Es ist klar, dass die Umsetzer überflüssig werden, falls die Formate bereits übereinstimmen. Außerdem können die jeweiligen Umsetzer auf eine oder mehrere Umsetzungseinheiten konzentriert werden. Die Darstellungen der Umsetzer in den Fig. 1 und 2 sollen lediglich ihre grundsätzliche Funktionalität der Formatumsetzung/-anpassung darstellen.
Die Verbindungseinheiten 140, 160 und 180 können von jeder Einheit verkörpert werden, die eine Verknüpfung der entsprechenden Signale ermöglicht, beispielsweise von Addier- oder Subtrahiereinrichtungen.
Die Ablaufsteuereinheit 120, die vorzugsweise durch einen Zähler und/oder eine Folgesteuerungseinheit realisiert wird, stellt eine Adressenabtastung für den Speicher 110 bereit. Der Speicher 110 enthält bereits definierte Parametereinstellwerte, die es ermöglichen, die Parametereinstellwerte des Frequenzgenerators 20, der Verzögerungseinheit 30 und/oder der Impulsbreiteneinheit 40 direkt und daher schnell zu ändern. Während die Mikroprozessorschnittstelle 50 die Parametereinstellwerte einzeln bestimmt, enthält der Speicher 110 bereits definierte Parametereinstellwerte, wodurch es folglich möglich wird, die Parametereinstellung des Frequenzgenerators 20, der Verzögerungseinheit 30 und/oder der Impulsbreiteneinheit 40 viel schneller zu ändern. Selbst wenn die Mikroprozessorschnittstelle 50 bestenfalls die Parametereinstellwerte einfach aus ihrem Speicher liest, ist das Anwendungsschema für die Parametereinstellwerte gemäß der Erfindung durch die direkte Anwendung der Parametereinstellwerte aus dem Speicher 110 auf die Funktionseinheiten noch immer viel schneller, da es den zusätzlichen Ausleseschritt der Mikroprozessorschnittstelle 50 vermeidet.
Die Fig. 3A, 3B und 3C zeigen Beispiele der Änderung von idealen Taktsignalen (obere Teile der Fig. 3A, 3B und 3C) gemäß der Erfindung. Die Frequenz eines Bezugssignals REFERENCE (oberer Teil von Fig. 3A) wird gemäß einem im mittleren Teil von Fig. 3A gezeigten Frequenzabweichungsschema über der Zeit geändert. Das Ausgangssignal, dessen Frequenz in Bezug auf das Bezugssignal REFERENCE geändert wurde, wird im unteren Teil von Fig. 3A dargestellt. In Übereinstimmung mit Fig. 3A zeigt Fig. 3B die Änderung der Verzögerungszeit, wie im mittleren Teil von Fig. 3B dargestellt wird. Das sich ergebende Ausgangssignal wird im unteren Teil von Fig. 3B dargestellt.
Aus den unteren Teilen von Fig. 3A und 3B geht hervor, dass sowohl die Frequenzabweichung als auch die Verzögerungsabweichung zum selben Ergebnis für das Ausgangssignal führen können. In Fällen, in denen die Verzögerungszeit länger als die Periodendauer der Frequenz ist, ist normalerweise die Frequenzänderung von Fig. 3A von Vorteil, während die Verzögerungszeitänderung von Fig. 3B vorteilhafter ist, wenn die Verzögerung nur ein Bruchteil der Periodendauer der Frequenz ist.
Fiq. 3C zeigt die Änderung der Impulsbreite, wie sie im mittleren Teil von Fig. 3C dargestellt wird. Das sich ergebende Ausgangssignal wird im unteren Teil von Fig. 3C dargestellt.
Es ist klar, dass die Änderung der Parameter Frequenz und Verzögerung für einige Anwendungen ausreichend sein dürfte, so dass mindestens zwei der in Fig. 2 dargestellten Parametereinstell-Abweichungsmittel (parameter setup deviation means)(Frequenz und Verzögerung) ausreichend sein dürften. Es können jedoch auch alle drei Parameter (Frequenz, Verzögerung, Impulsbreite) in Kombination geändert werden.
Der Speicher 110 ermöglicht in Verbindung mit der Ablaufsteuereinheit 120 die Bereitstellung einer ungeheuren Vielfalt von Parametereinstell-Abtastungen. Jedes nach dem Stand der Technik bekannte Speicheradressierschema kann für die Erfindung zweckdienlich angewandt werden, beispielsweise die serielle Abtastung des Inhaltes des Speichers 110 oder das Springen zwischen verschiedenen Adressen. Das Abtasten des Inhaltes des Speichers 110 wird vorzugsweise gemäß einem vordefinierten Prüfschema ausgeführt. Es könnte jedoch auch eine stochastische, zufällige oder pseudo-zufällige Folgenabtastung angewandt werden.
Der Speicher 110 kann auf nach dem Stand der Technik bekannte Weise vor oder während der Anwendung geladen werden, z. B. über die Mikroprozessorschnittstelle 50.
Es ist klar, dass jede Funktionseinheit mit einem unabhängigen Speicher verbunden werden kann, anstatt einen Speicher 110 für jede Funktionseinheit des Frequenzgenerators 20, der Verzögerungseinheit 30 und/oder der Impulsbreiteneinheit 40 zu verwenden. Dementsprechend könnte der Speicher 110 oder jeder einzelne Speicher für jede Funktionseinheit von einer zentralen Ablaufsteuereinheit 120 oder von einzelnen Ablaufsteuereinheiten gesteuert werden, wodurch eine unabhängiges Abtasten der Parameter ermöglicht wird.
Die Schaltung von Fig. 2 ist vorzugsweise für das Setzen eines 'idealen' Signals über die Mikroprozessorschnittstelle 50 und das Ändern des 'idealen' Signals in einer eher ,reales' Signal mittels des Speichers 110 in Verbindung mit der Ablaufsteuereinheit 120 geeignet. Es ist jedoch klar, dass die Parametereinstellung des Taktgenerators 100 auch direkt ausgeführt werden kann, indem im Speicher 110 gespeicherte Parametereinstellwerte ausgelesen werden. Dies stellt jedoch höhere Anforderungen an die Auflösung und die Geschwindigkeit.

Claims

1. Taktgenerator (100) zum Erzeugen von Taktsignalen in einem Ausgangssignal (OUTPUT), der Folgendes umfasst:

einen Frequenzgenerator (20) zum Erzeugen des Ausgangssignals (OUTPUT), und

Nennfrequenzmittel (50, 60), um dem Frequenzgenerator (20) einen Nennfrequenz-Einstellwert zum Einstellen eines Nennwertes für die Frequenz des Ausgangssignals (OUTPUT) bereitzustellen,

einen ersten Änderungsspeicher (110) zum Speichern von vordefinierten Frequenzänderungswerten, wobei die Frequenzänderungswerte Frequenzänderungen des Frequenzgenerators (20) über der Zeit darstellen;

eine erste Verbindungseinheit (140), die mit den Nennfrequenzmitteln (50, 60) und mit dem ersten Änderungsspeicher (110) verbunden ist,

wobei die erste Verbindungseinheit (140) den Nennfrequenz-Einstellwert mit aus dem ersten Änderungsspeicher (110) gelesenen Frequenzänderungswerten verknüpft, um den Nennwert der Frequenz mit den ausgelesenen Frequenzänderungswerten zu ändern, und wobei die erste Verbindungseinheit (140) dem Frequenzgenerator (20) die verknüpften Werte bereitstellt, um das Ausgangssignal (OUTPUT) gemäß diesen zu erzeugen;

eine Verzögerungseinheit (30) zum Verzögern des Ausgangssignals (OUTPUT) um eine Verzögerungszeit,

Nennverzögerungszeitmittel (50, 70), um der Verzögerungseinheit (30) einen Einstellwert der Nennverzögerungszeit zum Einstellen eines Nennwertes der Verzögerungszeit bereitzustellen,

einen zweiten Änderungsspeicher (110), der vordefinierte Verzögerungszeit-Änderungswerte zum Ändern des Nennwertes der Verzögerungszeit enthält, und

eine zweite Verbindungseinheit (160), die mit dem Nennverzögerungszeitmittel (50, 70) und mit dem zweiten Änderungsspeicher (110) verbunden ist,

wobei die zweite Verbindungseinheit (160) den Einstellwert der Nennverzögerungszeit mit aus dem zweiten Änderungsspeicher (110) gelesenen Verzögerungszeit-Änderungswerten verknüpft, um den Nennwert der Verzögerungszeit mit den ausgelesenen Verzögerungszeit-Änderungswerten zu ändern, und wobei die zweite Verbindungseinheit (160) die verknüpften Werte der Verzögerungseinheit (30) bereitstellt, um die Verzögerungszeit des Ausgangssignals (OUTPUT) gemäß diesen einzustellen.

2. Taktgenerator (100) nach Anspruch 1, der außerdem Folgendes umfasst:

eine Impulsbreiteneinheit (40) zum Einstellen einer Impulsbreite des Ausgangssignals (OUTPUT),

Nennimpulsbreitenmittel (50, 80), um der Impulsbreiteneinheit (40) einen Nennimpulsbreiten-Einstellwert zum Einstellen eines Nennwertes der Impulsbreite bereitzustellen,

einen dritten Änderungsspeicher (110), der vordefinierte Impulsbreiten-Änderungswerte zum Ändern des Nennwertes der Impulsbreite enthält, und

eine dritte Verbindungseinheit (180), die mit den Nennimpulsbreitenmitteln (50, 80) und mit dem dritten Änderungsspeicher (110) verbunden ist,

wobei die dritte Verbindungseinheit (180) den Nennimpulsbreiten-Einstellwert mit aus dem dritten Änderungsspeicher (110) gelesenen Impulsbreiten-Änderungswerten verknüpft, um dem Nennwert der Impulsbreite mit den ausgelesenen Impulsbreiten-Änderungswerten zu ändern, und wobei die dritte Verbindungseinheit (180) die verknüpften Werte der Impulsbreiteneinheit (40) bereitstellt, um die Impulsbreite des Ausgangssignals (OUTPUT) gemäß diesen einzustellen.

3. Taktgenerator (100) nach Anspruch 1 oder 2, der außerdem eine Ablaufsteuereinheit (120) umfasst, die mit mindestens einem der Änderungsspeicher (110) verbunden ist, um Adressen zum Auslesen des mindestens einen der Änderungsspeicher (110) zu erzeugen.