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Dokumentenidentifikation DE10131635B4 30.09.2004
Titel Vorrichtung und Verfahren zur Kalibrierung der Pulsdauer einer Signalquelle
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Hartmann, Udo, Dipl.-Ing. (FH), 81541 München, DE;
Krause, Gunnar, Dipl.-Ing., 81541 München, DE
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Anmeldedatum 29.06.2001
DE-Aktenzeichen 10131635
Offenlegungstag 16.01.2003
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.09.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.09.2004
IPC-Hauptklasse H03K 5/26
IPC-Nebenklasse H03K 5/04   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zur Kalibrierung der Pulsdauer einer Signalquelle, d.h. zur Kalibrierung des zeitlichen Signalverlaufs eines Ausgangssignals einer Signalquelle. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf solche Vorrichtungen und Verfahren, die bei einer „On-Chip-Kalibrierung" (chipintegrierten Kalibrierung) einsetzbar sind und beispielsweise die Messung und das Einstellen eines Tastverhältnisses des Ausgangssignals einer Signalquelle erlauben.

Um den zeitlichen Signalverlauf eines Ausgangssignals einer integrierten Schaltung zu kalibrieren, verwendet man im Stand der Technik ein externes Meß-/Testsystem. Insbesondere bei Signalverläufen mit zeitlich kurzen Signalzyklen benötigt man zur Kalibrierung eines derartigen Signalverlaufs ein externes Meß-/Testsystem mit hoher Genauigkeit. Ein derartiges Meß-/Testsystem ist jedoch kostenaufwendig, es benötigt Platz und es ist ein großer verfahrenstechnischer Aufwand nötig, um die integrierten Signalquellen mit dem Meß-/Testsystem zu verbinden.

Aus der DE 40 04 661 A1 ist eine Anordnung zur Erzeugung eines Signals mit vorgebbar konstantem Tastverhältnis bekannt, die einen Komparator aufweist, der zum einen über einen Spannungsteiler mit einem Teil einer Referenzspannung und zum anderen mit einem über einen Tiefpaß geführten Ausgangssignal eines Taktgenerators beaufschlagt ist. Der Tiefpaß umfaßt einen Kondensator, der zwischen den Eingang des Komparators und Masse geschaltet ist.

Aus der WO 84/02621 A1 ist eine Taktformgebungsschaltung bekannt, die einen Komparator aufweist, der einen Eingang aufweist, der mit einer Referenzspannung verbunden ist, und der einen zweiten Eingang aufweist, der zum einen über einen Kondensator mit Masse und zum anderen über einen Widerstand mit einem Taktausgang verbunden ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, durch die eine Signalkalibrierung einer Signalquelle mit minimalem verfahrens- und vorrichtungstechnischem Aufwand flexibel durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Kalibrierung der Pulsdauer des Ausgangssignals einer Signalquelle, mit folgenden Merkmalen:

einer Spannungsvergleichseinrichtung mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem Ausgang;

einer Einrichtung zum Bereitstellen einer Referenzspannung, die mit dem ersten Eingang der Spannungsvergleichseinrichtung verbunden ist;

einer Ladungsspeichereinrichtung, deren Ladungszustand abhängig von der Pulsdauer eines Pulses der Signalquelle einstellbar ist, wobei die Ladungsspeichereinrichtung mit dem zweiten Eingang der Spannungsvergleichseinrichtung verbunden ist;

einer Einrichtung zum Vorspannen der Ladungsspeichereinrichtung (C1) auf einen vorbestimmten Ladungszustand; und einer Verarbeitungseinrichtung zum Einstellen der Pulsdauer in Abhängigkeit des an dem Ausgang der Spannungsvergleichseinrichtung ausgegebenen Vergleichssignals.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Kalibrieren der Pulsdauer eines Ausgangssignals einer Signalquelle, mit folgenden Schritten:

Bereitstellen einer Referenzspannung mit einem vorbestimmen Pegel;

Vorspannen einer Ladungsspeichereinrichtung (C1) auf einen vorbestimmten Ladungszustand;

Einstellen des Ladungszustands einer Ladungsspeichereinrichtung abhängig von der Pulsdauer eines Pulses von der Signalquelle;

Vergleichen der Referenzspannung mit einer durch den Ladungszustand der Ladungsspeichereinrichtung abhängigen Spannung; und

Einstellen der Pulsdauer in Abhängigkeit des Vergleichs der Referenzspannung mit der von dem Ladungszustand der Ladungsspeichereinrichtung abhängigen Spannung.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es somit, eine Zeitdauer, d. h. die Pulsdauer des von der Signalquelle ausgegebenen Pulses, mittels der Ladungsspeichereinrichtung, die beispielsweise als ein Kondensator ausgeführt ist, in eine Spannungsgröße umzuwandeln, um diese Spannungsgröße dann mit einer vorbestimmten Referenzspannung zu vergleichen. Das Ergebnis des Vergleichs erlaubt es dann, Rückschlüsse darauf zu ziehen, ob die gerade eingestellte Pulsdauer des Pulses zu niedrig oder zu hoch ist, und somit auf einen höheren bzw. niedrigeren Wert eingestellt werden muß. Durch das Umwandeln einer Zeitdauer in eine Spannungsgröße ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren den Einsatz von einfachen elektronischen Komponenten und macht die Verwendung von kostenaufwendigen komplizierten Zeitmeßvorrichtungen überflüssig.

Während im einfachsten Fall der Ladungszustand der Ladungsspeichereinrichtung nur in Abhängigkeit von der Pulsdauer eines Pulses eingestellt bzw. geändert wird, ist es gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ferner möglich, den Ladungszustand der Ladungsspeichereinrichtung in Abhängigkeit eines Signalzyklus einzustellen, der aus dem Puls und bis zum Auftreten eines nächsten Pulses dazwischenliegenden Pulszwischenzeit besteht. In einem solchen Fall werden während eines Pulses des Signalzyklus beispielsweise Ladungen auf die Ladungsspeichereinrichtung aufgebracht, während während der Pulszwischenzeit Ladungen von der Ladungsspeichereinrichtung entnommen werden. Liegt ein gewünschtes Tastverhältnis, d.h. ein Verhältnis von Pulsdauer zu Pulszwischenzeit, von beispielsweise 1:1 vor, existiert somit eine Nettoladungsänderung während eines Signalzyklus von Null. In einem solchen Fall ist keine Einstellung der Pulsdauer notwendig. Ergibt sich jedoch aufgrund einer Abweichung von einem gewünschten Tastverhältnis eine Nettobeladung bzw. Nettoentladung der Ladungsspeichereinrichtung, wird eine entsprechende entgegenwirkende Einstellung der Pulsdauer der Signalquelle notwendig, was eine Kalibrierung derselben darstellt.

Erfindungsgemäß wird vor der Durchführung eines Vergleichs mit der Referenzspannung und einer entsprechenden Einstellung der Pulsdauer eine Mehrzahl von Signalzyklen des Ausgangssignals der Signalquelle durchlaufen, um eine Aufsummierung der bei jedem Signalzyklus bewirkten Nettoladungsänderung zu bewirken und eine von diesen aufsummierten Nettoladungsänderungen abhängige Spannung mit der Referenzspannung zu vergleichen. Dies ermöglicht die zuverlässige Erfassung auch sehr kleiner Abweichungen von einem gewünschten Tastverhältnis. Vorbereitend wird die Ladungsspeichereinrichtung vorzugsweise auf einen vorbestimmten Ladungszustand vorgespannt.

Der Vergleich der auf den aufsummierten Nettoladungsänderungen basierenden Spannung mit der Referenzspannung kann dabei nach einer vorbestimmten Anzahl von Zyklen oder nach einer vorbestimmten Zeitdauer erfolgen. Die Anzahl der Zyklen bzw. die verwendete Zeitdauer wird ausreichend groß gewählt, um sicherzustellen, dass danach das System einen eingeschwungenen Zustand erreicht hat.

Abhängig vom Ergebnis des nach einem oder einer Mehrzahl von Signalzyklen durchgeführten Vergleichs wird die Pulsdauer des Pulses der Signalquelle entweder verringert oder erhöht, um eine Annäherung an die gewünschte Pulsdauer bzw. ein gewünschtes Tastverhältnis zu erreichen. Dieses Vorgehen wird vorzugsweise mehrmals wiederholt, um eine iterative Annährung an das gewünschte Ergebnis zu erhalten. Zu diesem Zweck wird die Steuergröße, um die die Pulsdauer erhöht oder verringert wird, bei jeder Wiederholung verringert, beispielsweise halbiert. Das Verfahren wird dabei sooft wiederholt, bis der gewünschte Wert, d.h. der Zielwert, mit der gewünschten Genauigkeit erreicht wurde.

Gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vergleichseinrichtung einen Komparator auf und weist die Ladungsspeichereinrichtung einen Kondensator auf.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Ladungsspeichereinrichtung einen Kondensator auf, dessen eine Elektrode mit einer Vorspannungseinrichtung verbunden ist, und dessen andere Elektrode über einen Widerstand mit dem Ausgang der Signalquelle verbunden ist. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator und dem Widerstand ist mit dem zweiten Eingang der Spannungsvergleichseinrichtung verbunden.

Anstelle des oben genannten RC-Glieds zum zeitlichen Integrieren einer Spannung kann der Ladungszustand der Ladungsspeichereinrichtung unter Verwendung einer Konstantstromquelle eingestellt werden. In diesem Fall wird das Ausgangssignal der Signalquelle mit einer weiteren Referenzspannung verglichen, wobei, wenn das Ausgangssignal einen vorbestimmten Pegel übersteigt, d.h. während der Pulsdauer, ein Beladen der Ladungsspeichereinrichtung durch die Konstantstromquelle bewirkt wird. Falls das Ausgangssignal unterhalb der weiteren Referenzspannung liegt, d.h. während einer Pulszwischenzeitdauer, wird die Landungsspeichereinrichtung über die Konstantstromquelle entladen.

Die Verwendung der gesteuerten Konstantstromquelle ermöglicht ein Laden bzw. Entladen des Kondensators mit einer linearen Charakteristik, im Gegensatz zu der Charakteristik in Form einer Exponentialfunktion (e-Funktion), wenn der Kondensator direkt durch den Puls der zu kalibrierenden Signalquelle über einen Widerstand geladen bzw. entladen wird.

Gemäß weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist zwischen der Ladungsspeichereinrichtung und der Spannungsvergleichseinrichtung ein Dämpfungsglied in Form eines Tiefpasses geschaltet, der beispielsweise einen Widerstand und einen Kondensator aufweist.

Die jeweiligen Referenzspannungen können direkt durch Verbinden mit entsprechenden Spannungsquellen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereitgestellt werden. Vorzugsweise werden erfindungsgemäß jedoch entsprechende Spannungsteilerschaltungen verwendet, die es ermöglichen, die benötigten Spannungen aus den in üblicher Weise auf einem Chip vorliegenden Spannungen zu gewinnen. Somit kann die erfindungsgemäße Kalibrierungsvorrichtung ohne großen vorrichtungstechnischen Aufwand „On-Chip" integriert werden.

Erfindungsgemäß wird somit zur Kalibrierung der Pulsdauer einer Signalquelle kein externes Meß-/Testsystem benötigt. Somit können erfindungsgemäß die diesbezüglichen Kosten sowie der diesbezügliche Platzbedarf eingespart werden. Schließlich ermöglicht die vorliegende Erfindung eine dauernde Nachkalibrierung von auf einem Chip angeordneten Signalquellen, wenn die Kalibrierungseinrichtung auf dem Chip integriert ist, was durch den schaltungstechnischen Aufbau derselben ohne weiteres möglich ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen nähererläutert. Es zeigen:

1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Kalibrierung einer Signalquelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

2 ein Schaltbild einer mit einer zu kalibrierenden Signalquelle verbundenen Ladungsspeichereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

3a bis 3c schematische Darstellungen zur Veranschaulichung der Einstellung eines 1:1-Tastverhältnisses unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Anhand des Schaltbilds von 1 wird ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kalibrierung der Pulsdauer einer Signalquelle SQ beschrieben.

Die Kalibrierungsvorrichtung umfasst einen Komparator K1, einen Kondensator C1, einen durch vier Widerstände R1 bis R4 gebildeten Spannungsteiler, einen Widerstand R5 und ein Dämpfungsglied, das einen Widerstand R6 und einen Kondensator C2 aufweist.

Ein Ausgang PS der Signalquelle SQ ist mit einem Anschluß des Widerstands R5 verbunden, während der andere Anschluß des Widerstands R5 mit einer Elektrode des als Ladungsspeichereinrichtung dienenden Kondensators C1 verbunden ist. Ein Verbindungspunkt P156 zwischen dem Kondensator C1 und dem Widerstand R5 ist ferner mit einem ersten Anschluß des Widerstands R6 verbunden. Der zweite Anschluß des Widerstands R6 ist mit einem zweiten Eingang E12 des Komparators K1 und über den Kondensator C2 des Dämpfungsglieds mit Masse verbunden. Die andere Elektrode des Kondensators C1 ist mit einem Vorspannungspunkt P34 verbunden, der durch einen zweiten Ausgang des durch die vier Widerstände gebildeten Spannungsteilers gebildet ist. Ein erster Ausgang P12 des Spannungsteilers ist mit einem ersten Eingang E11 des Komparators K1 verbunden. Über den Ausgang P12 des Spannungsteilers wird ein Potential Vref an den ersten Eingang des Komparators K1 angelegt, während über den Ausgang P34 ein Vorspannungspotential Vv an eine Elektrode des Kondensators C1 angelegt wird. An einem Ausgang A1 des Komparators liegt ein Ausgangssignal vor, dessen Pegel vom Ergebnis des Vergleichs der an den Eingängen E11 und E12 in den Komparator eingegebenen Spannungen abhängt.

Der Spannungsteiler ist durch die vier Widerstände R1, R2, R3 und R4 gebildet, wobei dieselben in einer geschlossenen Schleife seriell verbunden sind. Der erste Ausgang P12 des Spannungsteilers liegt zwischen den Widerständen R1 und R2, während der zweite Ausgang zwischen den Widerständen R3 und R4 liegt. Zwischen den Widerständen R1 und R4 befindet sich ein erster Eingang Ph des Spannungsteilers, an dem ein erstes Potential Vh anliegt. Zwischen den Widerständen R2 und R3 des Spannungsteilers befindet sich ein zweiter Eingang Pl des Spannungsteilers, an dem ein zweites Potential Vl anliegt.

Die Widerstände R1 bis R4 sind derart dimensioniert, dass sich aus den Potentialen Vh und Vl die Spannungen Vref am Punkt P12 und Vv am Punkt P34 einstellen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt das Potential Vh einen hohen Pegel, während das Potential Vl einen niedrigen Pegel aufweist. Die Widerstände R1 und R2 sind vorzugsweise hochohmige Widerstände, mit einem Widerstandswert beispielsweise im Bereich von 1 MOhm, um eine Verlustleistung durch Querströme durch diese Widerstände möglichst gering zu halten. Die Widerstände R3 und R4 sind bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel niederohmige Widerstände, deren Widerstandswert beispielsweise im Bereich von 50 Ohm liegt. Ferner ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Verhältnis der Widerstände R1 zu R2 gleich dem Verhältnis der Widerstände R3 zu R4, so dass an den Punkten P12 und P34 identische Spannungen vorliegen.

Der Widerstand R5 und der Kondensator C1 sind so dimensioniert, dass die durch dieselben definierte Zeitkonstante eine Beladung bzw. Entladung des Kondensators C1 bei den auftretenden Pulsdauern ermöglicht.

Im folgenden wird die Funktionsweise der oben beschriebenen Schaltung ferner bezugnehmend auf die 3a bis 3c näher erläutert.

Die Signalquelle SQ, deren Ausgang PS mit dem Widerstand R5 verbunden ist, erzeugt ein gepulstes Ausgangssignal, wobei in der folgenden Beschreibung davon ausgegangen wird, dass das Ziel der Kalibrierung darin besteht, ein Tastverhältnis von 1:1 für dieses Ausgangssignal zu erreichen. Das Ausgangssignal der Signalquelle SA besitze einen hohen Signalpegel Vhs während der Pulsdauer und einen tiefen Signalpegel Vls zwischen den Pulsen, d.h. während der Zwischenpulsdauer. Das Ausgangssignal weise ferner eine feste Periode TG auf, die durch Pulsdauer und Zwischenpulsdauer definiert ist.

Durch den beschriebenen Spannungsteiler liegt an dem ersten Eingang E11 des Komparators K1 die Spannung Vref an. Ferner liegt an dem Punkt P34 die Spannung Vv an, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gleich Vref ist.

Die Spannung Vv spannt den Kondensator auf einen vorbestimmten Ladungszustand vor. Die Spannung Vv ist dabei so gewählt, dass sie zwischen dem hohen Signalpegel Vhs und dem tiefen Signalpegel Vls der Signalquelle liegt, so dass während der Pulsdauer eine Aufladung des Kondensators erfolgt, und während der Zwischenpulsdauer eine Entladung desselben erfolgt.

Ein beispielhaftes Ausgangssignal der Signalquelle SQ ist in 3a gezeigt, das eine Periode TG aufweist. Die Pulsdauer beträgt TP, während die Zwischenpulsdauer TZ beträgt. Ein Puls der Dauer TP und eine Zwischenpulsdauer TZ bilden zusammen eine Periode, die auch als Signalzyklus bezeichnet werden kann. Bei dem in 3a dargestellten Signalverlauf ist die Pulsdauer TP deutlich größer als die Zwischenpulsdauer TZ. Für ein Tastverhältnis von 1:1 müsste die Pulsdauer TG/2 betragen, wie in 3a schematisch angezeigt ist.

Aufgrund des Ungleichverhältnisses zwischen Pulsdauer und Zwischenpulsdauer, wie es in 3a gezeigt ist, ergibt sich für jeden Signalzyklus des Ausgangssignals der Signalquelle SQ eine Nettoaufladung des Kondensators C1. Diese Nettoaufladung bewirkt ein Ansteigen der am Eingang E12 des Komparators K1 anliegenden Spannung, so dass die an dem Eingang E12 anliegende Spannung die Spannung Vref übersteigt. Somit erzeugt der Komparator K1 ein Ausgangssignal A1, das einen ersten Signalpegel aufweist. Bei dem gezeigten Ausgangsbeispiel nimmt das Ausgangssignal A1 des Komparators in diesem Fall einen tiefen Signalpegel an.

Das durch den Widerstand R6 und den Kondensator C2 gebildete Dämpfungsglied dient dabei dazu, Spannungsänderungen, die durch das Beladen und Entladen des Kondensators C1 aufgrund der einzelnen Pulse erzeugt werden, von dem Eingang E12 des Komparators K1 fernzuhalten, um ein dauerendes Kippen des Komparators zu verhindern. Alternativ kann der Komparator selbst ein ausreichend langsames Ansprechverhalten zeigen, um die beschriebene Tiefpasswirkung selbst zu liefern.

Die Erfassung des Ausgangssignals wird erst nach einer vorbestimmten Anzahl von Signalzyklen durchgeführt, die sicherstellt, dass sich das System in einem eingeschwungenen Zustand befindet. Erst dann ist sichergestellt, dass das Ausgangssignal A1 des Komparators K1 lediglich durch die Nettolandungsänderungen aufgrund des Tastverhältnisses bedingt ist.

Der Pegel des Ausgangssignals A1 des Komparators K1 zeigt somit an, ob die Pulsdauer für ein gewünschtes Tastverhältnis zu kurz oder zu lange ist.

Abhängig vom Ausgangssignal A1 des Komparators K1 kann somit eine Kalibrierung der Pulsdauer der Signalquelle SQ erfolgen, indem beispielsweise eine iterative Annäherung durchgeführt wird. Zu diesem Zweck kann die Pulsdauer nach jedem Messen wie folgt neu eingestellt werden, bevor ein erneutes Messen durchgeführt wird:

wobei TP0 die anfängliche Pulsdauer ist, und i der Laufindex für die Anzahl der durchgeführten Messungen ist. Der Ausdruck (±) soll anzeigen, dass der Term
addiert wird, wenn die vorherige Messung ergeben hat, dass die Pulsdauer zu kurz war, während er subtrahiert wird, wenn die vorherige Messung ergeben hat, dass die Pulsdauer zu lang war.

Für den in 3a gezeigten Signalverlauf zeigte das Ausgangssignal A1 des Komparators K1 an, dass die Pulsdauer der Signalquelle zu groß war. Somit wird im Sinne der oben angegebenen iterativen Annäherung der Wert TP/2 von der ursprünglichen Pulsdauer abgezogen. Der sich ergebende Signalverlauf ist in 3b gezeigt. Da bei diesem Signalverlauf das Tastverhältnis kleiner als 1:1 ist, erfolgt bei jedem Signalzyklus eine Nettoentladung des Kondensators C1. Wiederum nach einer ausreichenden Anzahl von Zyklen, um ein eingeschwungenes System sicherzustellen, liegt dann am Eingang E12 des Komparators K1 eine Spannung an, die kleiner als Vref ist, so dass am Ausgang A1 des Komparators K1 ein Ausgangssignal mit einem zweiten Signalpegel vorliegt, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein hoher Signalpegel ist.

Aufgrund dieses hohen Signalpegels am Ausgang des Komparators bewirkt nun die Steuerung eine Verlängerung der Pulsdauer um TP/2 der bei der vorherigen Messung verwendeten Pulsdauer TP. Die Pulsdauer beträgt somit ausgehend von einem Startwert Tstart : Tneu = Tstart – Tstart/2 + Tstart/4. Der sich ergebende Signalverlauf ist in 3c dargestellt.

Das oben beschriebene Verfahren kann fortgesetzt werden, bis man den gewünschten Zielwert, im vorliegenden Fall ein Tastverhältnis von 1:1 mit der gewünschten Genauigkeit erreicht hat. Eine solche Genauigkeit könnte beispielsweise bei einer Auflösung von Startwert/256 liegen.

Bei dem obigen Beispiel wurde ein Messung jeweils nach einer vorbestimmten Anzahl von Zyklen durchgeführt. Alternativ könnte eine Messung auch jeweils nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit durchgeführt werden.

Ferner sei bemerkt, dass bei geeigneter Wahl der Referenzspannung Vref, d.h. durch geeignete Wahl der Widerstände R1 bis R4, durch geeignete Wahl des Kondensators C1 und des Widerstands R5, sowie durch eine entsprechende Abstimmung der Anzahl N der Durchläufe der Signalzyklen während eines Messschritts, beliebige Tastverhältnisse eingestellt bzw. kalibriert werden können.

Im folgenden wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kalibrierungsvorrichtung zusätzlich bezugnehmend auf 2 beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem bezugnehmend auf 1 beschriebenen lediglich in dem Schaltungsaufbau zwischen dem Kondensator C1 und der Signalquelle SQ.

Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Ausgang PS der Signalquelle SQ mit einem Eingang E22 eines zweiten Komparators K2 verbunden, dessen anderer Eingang E21 auf einem Referenzpotential Vref2 liegt. Der Ausgang A2 des Komparators K2 ist mit einer Konstantstromquelle (KSQ), die ferner mit einer Elektrode des Kondensators C1 gekoppelt ist. Wie es in 2 angedeutet ist, ist der Verbindungspunkt zwischen Kondensator C1 und Konstantstromquelle KSQ, d.h. der Punkt PlK6, mit dem Widerstand R6 verbunden, während die andere Elektrode des Kondensators C1 mit dem Punkt P34 verbunden ist.

Das Referenzpotential Vref2 ist so gewählt, dass sichergestellt ist, dass der Komparator K2 für die beiden Signalpegel des Ausgangssignals der Signalquelle unterschiedlich Ausgangssignale ausgibt. Beispielsweise kann das Potential Vref2 auf einen Wert von (Vhs – Vhl)/2 eingestellt sein.

Die Konstantstromquelle wird von dem Ausgangssignal A2 des Komparators K2 derart angesteuert, dass während der Pulsdauer TP des Ausgangssignals der Signalquelle SQ der Kondensator C1 durch die Konstantstromquelle aufgeladen wird und dass der Kondensator C1 während der Pulszwischendauer TZ durch die Konstantstromquelle entladen wird. Somit ermöglicht das Ersetzten des Widerstands, der bei dem ersten Ausführungsbeispiel den Kondensator speist, durch eine Konstantstromquelle und einen Komparator aufgrund des eingeprägten Stroms durch die Konstantstromquelle einen linearen Spannungs-Anstieg/Abfall am Kondensator, wobei die Konstantstromquelle hierzu abhängig von dem Komparatorsignal einen positiven oder negativen Strom, die vom Betrag her gleich groß sind, an den Kondensator liefert Sollen andere Tastverhältnisse als 1:1 eingestellt werden, können sich die Beträge der von der Konstantstromquelle gelieferten Ströme unterschiedlichen Vorzeichens entsprechend unterscheiden, wobei Entladestrom beispielsweise doppelt so hoch sein kann wie der Beladestrom, wenn ein Tastverhältnis von 2:1 zwischen Pulsdauer und Pulszwischendauer eingestellt werden soll.

Im übrigen kann mit dem zweiten Ausführungsbeispiel eine zu dem ersten Ausführungsbeispiel gleichartige Kalibrierung unter Verwendung einer iterativen Annäherung durchgeführt werden.

Bei entsprechend genauer Fertigung der Widerstände R1 bis R4 und des Kondensators C1 ermöglicht die vorliegende Erfindung auch die Bestimmung beliebiger Tastverhältnisse mit entsprechender Genauigkeit, indem entsprechende Spannungsverhältnisse eingestellt werden.

Zur Realisierung der vorliegenden Erfindung bezüglich einer zu kalibrierenden Signalquelle einer Frequenz von 200 MHz kann der Widerstand R5 einen Wert von 2k&OHgr; aufweisen, der Widerstand R6 kann einen Wert von 5 k&OHgr; aufweisen und die Kondensatoren C1 und C2 können einen Wert von jeweils 10pF aufweisen. Bei den angegebenen Werten wird eine Einschwingzeit von etwa 400 ns bis 500 ns nach einer Änderung des Tastverhältnisses benötigt, bis eine Auswertung des Ausgangssignals des Komparators erfolgt.

Die bei den erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren verwendeten Spannungen Vh, Vl, Vhs, Vhl und Vref2 können in einfacher Weise aus den auf einem Chip vorliegenden Spannungen gewonnen werden, wobei die Spannungen Vh und Vhs bzw. Vl und Vls vorzugsweise identisch sein können. Somit sind die erfindungsgemäßen Vorrichtungen ohne weiteres auf einem Schaltungschip zu integrieren.

Die vorliegende Erfindung schafft somit Vorrichtungen und Verfahren, die eine On-Chip-Kalibrierung unter Verwendung einer Tastverhältnis-Messung bzw. Zeitmessung ermöglichen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird dabei ein RC-Glied zum zeitlichen Aufintegrieren einer Spannung verwendet, wobei das Tastverhältnis der zu kalibrierenden Signalquelle unter Ausnutzung einer selbst generierten Referenzspannung in eine Spannungsgröße umgewandelt wird. Basierend darauf erfolgt eine iterative Annäherung an eine Zielwert für das Tastverhältnis.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit eine einfache Bestimmung des Tastverhältnisses (Duty Cycle), da nur das Verhältnis der Widerstände genau sein muß. Ferner ermöglicht die Erfindung eine konkrete Bestimmung von Zeitwerten unter der Voraussetzung, dass die Widerstände und der Kondensator genau gefertigt sind. Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können integriert auf einem Chip oder extern in einer Kalibriervorrichtung implementiert sein.

A1 Ausgang des ersten Komparators K1 A2 Ausgang des zweiten Komparators K2 C1 Kondensator der Ladungsspeichereinrichtung C2 Kondensator des Dämpfungsglieds E11 erster Eingang des ersten Komparators K1 E12 zweiter Eingang des ersten Komparators K1 E21 erster Eingang des zweiten Komparators K2 E22 zweiter Eingang des zweiten Komparators K2 K1 erster Komparator K2 zweiter Komparator KSQ Konstantstromquelle P12 erster Ausgang des Spannungsteilers P156 Verbindungspunkt zwischen Kondensator C1 und Wider ständen R5 und R6 P1K6 Verbindungspunkt zwischen Kondensator C1, Konstant stromquelle KSQ und Widerstand R6 P34 zweiter Ausgang des Spannungsteilers Ph erster Eingang des Spannungsteilers Pl zweiter Eingang des Spannungsteilers PS Ausgang der Signalquelle SQ R1–R4 Widerstände des Spannungsteilers R5 Widerstand der Ladungsspeichereinrichtung R6 Widerstand des Dämpfungsglieds SQ zu kalibrierende Signalquelle TP Pulsdauer TZ Pulszwischendauer Vh, Vl erstes und zweites Potential Vref Referenzspannung Vref2 zweite Referenzspannung Vv Spannung, mit der der Kondensator C1 vorgespannt wird

Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zur Kalibrierung der Pulsdauer (TP) des Ausgangssignals einer Signalquelle (SQ), mit folgenden Merkmalen:

    einer Spannungsvergleichseinrichtung (K1) mit einem ersten Eingang (E11), einem zweiten Eingang (E12) und einem Ausgang (A1);

    einer Einrichtung (Vh, Vl) zum Bereitstellen einer Referenzspannung (Vref), die mit dem ersten Eingang (E11) der Spannungsvergleichseinrichtung (K1) verbunden ist;

    einer Ladungsspeichereinrichtung (C1), deren Ladungszustand abhängig von der Pulsdauer (TP) eines Pulses der Signalquelle (SQ) einstellbar ist, wobei die Ladungsspeichereinrichtung mit dem zweiten Eingang (E12) der Spannungsvergleichseinrichtung verbunden ist;

    einer Einrichtung (R1, R2, R3, R4) zum Vorspannen der Ladungsspeichereinrichtung (Cl) auf einen vorbestimmten Ladungszustand; und

    einer Verarbeitungseinrichtung zum Einstellen der Pulsdauer (TP) in Abhängigkeit des an dem Ausgang (A1) der Spannungsvergleichseinrichtung (K1) ausgegebenen Vergleichssignals.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Spannungsvergleichseinrichtung (K1) einen Komparator (K1) aufweist.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die ferner eine Spannungsteilerschaltung (R1, R2, R3, R4) aufweist, die einen ersten Eingang, an dem ein erstes Potential (Vh) anliegt, einen zweiten Eingang, an dem ein zweites Potential (Vl) anliegt, einen ersten Ausgang (P12), der die vorbestimmte Referenzspannung (Vref) liefert, und einen zweiten Ausgang (P34), der ein Vorspannungspotential (Vv) für die Ladungsspeichereinrichtung liefert, aufweist.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, bei der die Spannungsteilerschaltung einen ersten (R1), einen zweiten (R2), einen dritten (R3) und einen vierten (R4) Widerstand aufweist, die in einer geschlossenen Schleife seriell miteinander verbunden sind, wobei der erste Eingang zwischen dem ersten (R1) und dem vierten (R4) Widerstand liegt, wobei der zweite Eingang zwischen dem zweiten (R2) und dem dritten (R3) Widerstand liegt, wobei der erste Ausgang zwischen dem ersten (R1) und dem zweiten (R2) Widerstand liegt, und wobei der zweite Ausgang zwischen dem dritten (R3) und dem vierten (R4) Widerstand liegt.
  5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Ladungsspeichereinrichtung (C1) einen Kondensator aufweist.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der ein Widerstand (R5) zwischen den Kondensator (C1) und einen Ausgang der Signalquelle (SQ) geschaltet ist.
  7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der der zweite Eingang der Spannungsvergleichseinrichtung (K1) mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator (C1) und dem Widerstand (R5) verbunden ist.
  8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die folgende Schaltungsanordnung zwischen der Ladungsspeichereinrichtung (C1) und einem Ausgang der Signalquelle (SQ) aufweist:

    eine zweite Spannungsvergleichseinrichtung (K2) mit einem ersten Eingang (E21), einem zweiten Eingang (E22) und einem Ausgang (A2), wobei der erste Eingang (E21) mit einer zweiten Einrichtung zum Bereitstellen einer Referenzspannung (Vref2) verbunden ist, und der zweite Eingang (E22) mit dem Ausgang der Signalquelle (SQ) verbunden ist; und

    eine Konstantstromquelle (KSQ), die mit dem Ausgang (A2) der zweiten Spannungsvergleichseinrichtung (K2) verbunden ist und abhängig von dem an dem Ausgang (A2) der zweiten Spannungsvergleichseinrichtung (K2) ausgegebenen Ausgangssignal gesteuert wird,

    wobei ein Ausgang der Konstantstromquelle (KSQ) mit dem Kondensator (C1) verbunden ist.
  9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der zwischen die Ladungsspeichereinrichtung (C1) und die Spannungsvergleichseinrichtung (K1) ein Dämpfungsglied (R6, C2) geschaltet ist.
  10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der das Dämpfungsglied einen Widerstand (R6) und einen Kondensator (C2) aufweist.
  11. Verfahren zum Kalibrieren der Pulsdauer (TP) eines Ausgangssignals einer Signalquelle (SQ), mit folgenden Schritten:

    a) Bereitstellen einer Referenzspannung (Vref) mit einem vorbestimmen Pegel;

    b) Vorspannen einer Ladungsspeichereinrichtung (C1) auf einen vorbestimmten Ladungszustand;

    c) Einstellen des Ladungszustands der Ladungsspeichereinrichtung (C1) abhängig von der Pulsdauer (TP) eines Pulses von der Signalquelle (SQ);

    d) Vergleichen der Referenzspannung (Vref) mit einer durch den Ladungszustand der Ladungsspeichereinrichtung (C1) abhängigen Spannung; und

    e) Einstellen der Pulsdauer (TP) in Abhängigkeit des Vergleichs der Referenzspannung (Vref) mit der von dem Ladungszustand der Ladungsspeichereinrichtung (C1) abhängigen Spannung.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das Signal der Signalquelle (SQ) einen Signalzyklus (TG) aufweist, der aus dem Puls (TP) und einer Pulszwischenzeit (TZ) besteht, wobei sich in dem Schritt c) des Einstellens des Ladungszustands der Ladungszustand der Ladungsspeichereinrichtung (C1) abhängig von dem Verhältnis von Pulsdauer (TP) zu Pulszwischenzeitdauer (TZ) eines Signalzyklus (TG) einstellt.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem in dem Schritt c) des Einstellens des Ladungszustands der Ladungszustand der Ladungsspeichereinrichtung während des Durchlaufens einer Mehrzahl von Signalzyklen (TG) eingestellt wird.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem die Schritte d) des Vergleichens und e) des Einstellens der Pulsdauer (TP) nach einer vorbestimmten Anzahl (N) von Signalzyklen durchgeführt werden.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem die Schritte d) des Vergleichens und e) des Einstellens der Pulsdauer (TP) nach einer vorbestimmten Zeit erfolgen, nach der eine Mehrzahl von Signalzyklen durchgeführt worden ist.
  16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem die Pulsdauer (TP) erhöht wird, wenn der Vergleich im Schritt d) ergibt, dass die Referenzspannung (Vref) größer als die von dem Ladungszustand der Ladungsspeichereinrichtung (C1) abhängige Spannung ist.
  17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem die Pulsdauer (TP) verringert wird, wenn der Vergleich im Schritt d) ergibt, dass die Referenzspannung (Vref) kleiner als die von dem Ladungszustand der Ladungsspeichereinrichtung (C1) abhängige Spannung ist.
  18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, bei dem die Schritte a) bis e) mehrere Male durchgeführt werden, wobei im Schritt e) bei jedem Mal abnehmende Einstellungswerte verwendet werden, um die Pulsdauer (TP) durch eine iterative Annäherung zu bestimmen.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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