DE19841757C1

DE19841757C1 - Schaltungsanordnung zur Anpassung des Ausgangssignals eines Ausgangstreibers an die gegebenen Verhältnisse

Info

Publication number: DE19841757C1
Application number: DE1998141757
Authority: DE
Inventors: Jens Rosenbusch; Guenter Grasser
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2000-03-02
Anticipated expiration: 2018-09-12

Abstract

Schaltungsanordnung zur Anpassung eines Ausgangssignals eines Ausgangstreibers einer integrierten Schaltung an die gegebenen Verhältnisse, bei der zur Anpassung Schaltungsmittel vorgesehen sind, die ein Ausgangssignal mit bezüglich der zu berücksichtigenden Parameter optimierten Taktflanken bereitstellen. Durch die Schaltungsmittel läßt sich ein Ausgangssignal erzeugen, dessen Flankensteigung je nach Anforderung unabhängig von Schwankungen der externen Last, der Temperatur, der Herstellungstechnologie, der Versorgungsspannung etc. ist. Durch die anwenderdefinierte Einstellbarkeit der Flankensteigung lassen sich unnötig steile Flanken im zeitlichen Verlauf des von einem Ausgangstreiber ausgegebenen Ausgangssignals vermeiden, was seinerseits vorteilhafterweise die dadurch hervorgerufene elektromagnetische Abstrahlung (EMV) auf das jeweilige Minimum reduziert. Zusätzlich kann ein hoher Wirkungsgrad sowie eine optimale Entkopplung von Störungen in der Versorgungsspannung der integrierten Schaltung erzielt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Anpassung des Ausgangssignals eines Ausgangstreibers ei ner integrierten Schaltung an die gegebenen Verhältnisse ge mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung ist auch in der US 5,656,947 beschrieben.

Am Ausgang einer integrierten Schaltung ist oftmals ein Aus gangstreiber als Schnittstelle zu einer nachgeschalteten Si gnalleitung bzw. einem Bus vorgesehen. Der Ausgangstreiber verstärkt ein von der integrierten Schaltung erzeugtes, digi tales Signal und treibt dieses Ausgangssignal über die Si gnalleitung oder den Bus. Besonders große Anforderungen wer den dabei an den Kurvenverlauf der Taktflanken des zu trei benden Ausgangssignals bei einem Signalwechsel des digitalen Signals gestellt.

Steile, d. h. schnelle Taktflanken ermöglichen eine hohe Lei stungsfähigkeit des Ausgangstreibers, da hier hohe Übertra gungsraten sowie niedrige Zugriffsverzögerungszeiten erreich bar sind. Sehr steile Taktflanken beeinträchtigen jedoch auch die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der integrierten Schaltung. Insbesondere führen steile Taktflanken zur Ab strahlung hochfrequenter, elektromagnetischer Wellen, die be nachbarte Bauelemente negativ beeinflussen oder sogar zerstö ren können. Bei der Einstellung einer optimalen Flankenstei gung eines zu übertragenden Ausgangssignals, muß daher ein Kompromiß gefunden werden, bei dem die durch schnelle Signal wechsel hervorgerufene elektromagnetische Abstrahlung auf ein Minimum reduziert und gleichzeitig eine möglichst optimale Übertragungsrate bei minimalen Zugriffsverzögerungszeiten er möglicht wird.

Die Steigung der Taktflanken eines Ausgangssignals ist jedoch im Normalbetrieb eines Ausgangstreibers nicht konstant, son dern sie ist abhängig von verschiedenen Parametern. Bei spielsweise nimmt mit zunehmender Temperatur die Flankenstei gung eines Ausgangssignals ab. Zur Kompensation der Tempera turabhängigkeit der Ausgangstreiber werden diese üblicherwei se durch temperaturkompensierte Vortreiber angesteuert.

Darüber hinaus ist die Steigung der Flanken des Ausgangs signals auch abhängig von einer Veränderung der dem Ausgangs treiber nachgeschalteten Last. Als Last an diesen Ausgang streibern treten insbesondere die Kapazitäten von externen Leitungen oder anderen Schaltungsteilen sowie ohmsche Bela stungen durch Pull-up- oder Pull-down-Widerständen auf. Bei spielsweise weist das Ausgangssignal bei einer kleinen Last eine größere Flankensteilheit als bei einer großen Last auf.

Die Flankensteigung des Ausgangssignals eines Ausgangstrei bers wird außerdem von weiteren Parametern, wie beispielswei se der bei der Herstellung der integrierten Schaltung verwen deten Technologie bzw. von Schwankungen in der Versorgungs spannung beeinflußt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schal tungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzubil den, die unter Berücksichtigung der für den Ausgangstreiber relevanten Parameter ein flankenoptimiertes Ausgangssignal bereitstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsan ordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß läßt sich durch die Schaltungsmittel ein Aus gangssignal erzeugen, dessen Flankensteigung je nach Anforde rung unabhängig von Schwankungen der externen Last, der Tem peratur, der Herstellungstechnologie, der Versorgungsspan nung, etc. ist. Durch die anwenderdefinierte Einstellbarkeit der Flankensteigung lassen sich unnötig steile Flanken im zeitlichen Verlauf des von einem Ausgangstreiber ausgegebenen Ausgangssignals Vermeiden, was seinerseits vorteilhafterweise die dadurch hervorgerufene elektromagnetische Abstrahlung (EMV) auf das jeweilige Minimum reduziert. Die integrierte Schaltung sowie in der näheren Umgebung der integrierten Schaltung angeordnete Schaltungsteile werden nicht mehr als unbedingt notwendig einer elektromagnetischer Strahlung aus gesetzt. Zusätzlich kann durch die erfindungsgemäße Schal tungsanordnung ein hoher Wirkungsgrad sowie eine optimale Entkopplung von Störungen in der Versorgungsspannung der in tegrierten Schaltung erzielt werden.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich dadurch, wenn die Ausgang streiber auch noch nach deren Herstellung, d. h. während des Betriebes der integrierten Schaltung, auf äußerst einfache Weise an eventuell veränderte Gegebenheiten optimal angepaßt werden können. Hierzu werden die erfindungsgemäßen Schaltmit tel über Steuersignale anwenderorientiert neu konfiguriert.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfin dung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:

Fig. 1 das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungs anordnung zur Anpassung des Ausgangssignals eines Ausgangstreibern an die gegebenen Verhältnisse;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel zur Realisierung der Schal tung zur Flankengeneration.

In allen Figuren der Zeichnung sind gleiche oder funktions gleiche Elemente und Signale, sofern dies nicht anders ange geben ist, mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Anpassung des Ausgangssignals eines Ausgangstreibern an die gegebenen Verhältnisse.

In Fig. 1 ist mit 1 ausschnittsweise eine integrierte Schal tung bezeichnet. Die integrierte Schaltung 1 kann, wie im nachfolgenden Ausführungsbeispiel beschrieben, als Mikropro zessor, Datenspeicher, Programmspeicher, Eingabe-/Ausgabe einheit oder als eine sonstige Logikschaltung ausgebildet sein. Die Erfindung ist jedoch nicht ausschließlich auf Aus gangstreiber von digital ausgebildeten Schaltungen be schränkt, sondern kann sehr vorteilhaft auch bei Ausgang streibern von Analogschaltungen aller Art eingesetzt werden. Darüberhinaus kann die integrierte Schaltung 1 monolithisch in einem Halbleiterkörper integriert sein oder als Schaltung mit diskreten Bauelementen ausgebildet sein.

Die integrierte Schaltung 1 ist an ihrem Ausgang 2 mit einer externen Signalleitung 3 verbunden. Es wäre jedoch auch denk bar, daß die externe Signalleitung 3 einen Bus 3 mit einer Vielzahl von Signalleitungen darstellt. In diesem Fall bildet der Ausgang 2 die Schnittstelle zu dem Bus 3. Der Bus 3 bzw. die Signalleitungen 3 können dabei monolithisch integriert in einem Halbleiterkörper angeordnet sein oder auch diskret aus gebildet sein und beispielsweise eine oder mehrere Leiterbah nen auf einer Platine darstellen. Die Signalleitungen 3 ver bindet zum Zwecke der Datenkommunikation die integrierte Schaltung 1 mit weiteren integrierten Schaltungen eines Schaltungssystems.

Die integrierte Schaltung 1 weist erfindungsgemäß eine Schal tung zur Flankengeneration 4 auf, in deren Eingang ein zu treibendes, typischerweise digital ausgebildetes Signal 5 eingekoppelt Wird. Die Schaltung zur Flankengeneration 4 er zeugt an ihrem Ausgang ein Signal 6, das eine benutzerdefi niert einstellbare, optimierte Taktflanke aufweist. Dieses flankenoptimierte Signal 6 wird in den Eingang einer der Schaltung 4 nachgeschalteten Treibereinrichtung 7 eingekop pelt. Die Treibereinrichtung 7 erzeugt daraus das Ausgangs signal 8, das dem Ausgang 2 der integrierten Schaltung 1 zu geführt wird.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Treibereinrich tung 7 als regelbarer Spannungsfolger ausgebildet und weist einen Differenzverstärker 9 sowie einen dem Differenzverstär ker 9 nachgeschalteten Ausgangstreiber 10 auf. Dem Differenz verstärker 9 wird eingangsseitig das flankenoptimierte Signal 6 sowie in den invertierenden Eingang als Regelgröße das rückgekoppelte Ausgangssignal 8' des Ausgangstreibers 10 zu geführt.

Die vorliegende Erfindung soll jedoch nicht auf eine speziel le Ausgestaltung einer Treibereinrichtung 7 beschränkt sein sondern ist im Rahmen der Erfindung auf alle Arten und Ausge staltungen von ein- oder mehrstufigen Ausgangstreibern 10 an wendbar.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung entsprechend Fig. 1 beschrieben:

Die Schaltung zur Flankengeneration 4 erzeugt aus dem digita len Signal 5 unter Berücksichtigung verschiedener Parameter ein bezüglich der Steilheit seiner Flanken optimiertes Signal 6. Als Parameter, die zur Optimierung der Flankensteigung herangezogen werden können, können beispielsweise Temperatu rinformationen, Informationen über die Größe und die Art der nachgeschaltete Last, Informationen über die Herstellungs technologie, etc. verwendet werden. Darüberhinaus ist es auch denkbar Anwenderwünsche in Bezug auf die Steigung der Flanken mit zu berücksichtigen. Weiters wäre es auch denkbar, die oben genannten Parameter je nach Anforderung jederzeit neu zu wählen und die Schaltung zur Flankengeneration 4 beispiels weise über Steueranschlüsse 11 während des Betriebes neu zu konfigurieren.

Das ausgangsseitig von der Schaltung 4 bereitgestellte, flan kenoptimierte Signal 6 wird in die nachgeschaltete Trei bereinrichtung 7 eingekoppelt. Diese regelbare Treiberein richtung 7 hat die Aufgabe, daß das flankenoptimierte Aus gangssignal 8 den optimierten Kurvenverlauf auch am Ausgang 2 der Treibereinrichtung 7 beibehält. Der Ausgangstreiber 10 der Treibereinrichtung 7 ist hier nur bei einer Differenz zwischen dem flankenoptimierten Signals 6 und dem rückgekop pelten Ausgangssignal 8' aktiv. In diesem Fall wird diese Differenz in den Signalen 6, 8', die beispielsweise bei Schwankungen bzw. Störungen in der Versorgungsspannung oder bei einer Veränderung der nachgeschalteten Last zustande kommt, ausgeregelt. Anschließend kann der Ausgangstreiber 10 wieder deaktiviert werden.

Das Ausgangssignal 8, das dem Ausgang 2 der integrierten Schaltung 1 zugeführt wird, weist dann eine anwenderdefinier te Flankensteigung und somit ein optimales EMV-Verhalten auf. Insbesondere läßt sich hier eine lastunabhängige, temperatur kompensierte und technologiekompensierte Flankensteigung des Ausgangssignal 8 erzielen. Durch die gute Entkoppelung des Ausgangstreibers von der Versorgungsspannung läßt sich dar über hinaus ein optimaler Wirkungsgrad verwirklichen.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Realisierung der Schaltung zur Flankengeneration entsprechend Fig. 1.

In den Eingang 20 der Schaltung zur Flankengeneration 4 wird das digitale Signal 5 eingekoppelt. Die Schaltung zur Flan kengeneration 4 weist einen ersten Strompfad 21 sowie einen zweiten Strompfad 22, der als Rückkopplungspfad ausgebildet ist, auf. In den ersten und zweiten Strompfad 21, 22 ist je weils ein einstufiger Inverter 23 bzw. 24 geschaltet. Den beiden Invertern 23, 24 sind zwei als Gegentaktausgangsstufen ausgebildete Vergleicherschaltungen 25, 26 nachgeschaltet. Der Ausgang jedes Inverters 23, 24 ist dabei über Kreuz mit einen der Steuereingänge der Vergleicherschaltungen 25, 26 verbunden. Die Vergleicherschaltungen 25, 26 erzeugen aus den jeweiligen Ausgangssignalen der Inverter 23, 24 jeweils ein Differensignal, das an den jeweiligen Ausgängen der Verglei cherschaltungen 25, 26 abgreifbar ist. Die Ausgänge der Ver gleicherschaltungen 25, 26 sind hier kurzgeschlossen. Das ge meinsame Ausgangssignal 6' der Strompfade 21, 22, daß heißt die Summe der Differenzsignale, wird über einen Widerstand 29 dem Ausgang 32 der Schaltung zur Flankengeneration 4 zuge führt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Inverter 23, 24 sowie die Vergleicherschaltungen 25, 26 als CMOS-Schaltungen ausgebildet, es wäre jedoch auch denkbar diese Schaltungen bipolar zu realisieren. Die Laststrecken der Inverter 23, 24 sowie der Vergleicherschaltungen 25, 26 sind jeweils zwischen einem ersten Potential 27 und einem zweiten Potential 28 ei ner Versorgungsspannungsquelle geschaltet. Das zweite Poten tial ist hier die Bezugsmasse.

Zusätzlich ist dem Inverter 24 des Rückkopplungspfades 22 ein Tiefpaß bestehend aus einem Tiefpaßwiderstand 30 und einem Kondensator 31 gegen Bezugsmasse vorgeschaltet. Der Leitwert des Tiefpaßwiderstandes 30 sowie die Kapazität des Kondensa tors 31 bestimmen dann die Abklingkonstante. Ausgangsseitig ist der Tiefpaß ebenfalls mit dem Ausgang der Schaltung zur Flankengeneration 4 verbunden.

Die Dimensionierung der Elemente 30, 31 des Tiefpasses und des Widerstandes 29 sind dabei derart einzustellen, daß sich die gewünschte Flankensteilheit im Signal 6 einstellt. Typi scherweise sind die Leitwerte des ersten Widerstandes 29 und des zweiten Widerstandes 30 etwa gleich groß. Eine Zunahme des Leitwertes des Tiefpaßwiderstandes bewirkt steilere Takt flanken, während eine Verringerung flachere Taktflanke zur Folge hat.

Darüber hinaus läßt sich über eine geeignete Dimensionierung der Parameter der Transistoren der Inverter 23, 24 sowie der Vergleicherschaltungen 25, 26 gezielt eine gewünschte Regel konstante im Rückkopplungspfad 22 erzielen.

Fig. 2 zeigt lediglich eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltung zur Flankengeneration 4. Es ist selbstverständlich auch denkbar, alternativ die Schaltung 4 mit einem Vor wärtsstrompfad 21 sowie mit mindestens zwei Rückkopp lungsstrompfaden 22 auszubilden. Alternativ wäre es auch denkbar die Inverter 23, 24 in den Strompfaden 21, 22 mehr stufig auszubilden.

Bezugszeichenliste

1

Integrierte Schaltung

2

Ausgang, Schnittstelle

3

Signalleitung, Bus

4

Schaltung zur Flankengeneration

5

zu treibendes (digitales) Signal

6

flankenoptimiertes Signal

7

Treibereinrichtung

8

Ausgangssignal

8

'rückgekoppeltes Ausgangssignal

9

Differenzverstärker

10

Ausgangstreiber

11

Steueranschlüsse zur Einstellung der Parameter

20

Eingang der Schaltung zur Flankengeneration

21

erster Strompfad

22

zweiter Strompfad, Rückkopplungspfad

23

,

24

Inverter

25

,

26

Gegentaktausgangsstufen

27

erstes Potential der Versorgungsspannungsquelle

28

zweites Potential der Versorgungsspannungsquelle, Bezugsmasse

29

erster Widerstand

30

zweiter Widerstand

31

Kondensator

32

Ausgang der Schaltung zur Flankengeneration

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Anpassung eines Ausgangssignals (8) eines Ausgangstreibers (10) einer integrierten Schaltung (1) an die gegebenen Verhältnisse, bei der zur Anpassung Schaltungsmittel (4, 7) vorgesehen sind, die das Ausgangs signal (8) mit bezüglich der zu berücksichtigenden Parameter optimierten Taktflanken bereitstellen, wobei die Schaltungs mittel (4, 7) eine Schaltung zur Flankengeneration (4) auf weisen, die aus einem digitalen Signal (5) unter Berücksich tigung der Parameter ein bezüglich der Steigung der Taktflan ken optimiertes Signal (6), das einem Ausgang (2) der inte grierten Schaltung (1) zuführbar ist, erzeugt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltung zur Flankengeneration (4) ein RC-Glied (30, 31) aufweist, wobei die Abklingkonstante des RC-Gliedes (30, 31) die Steigung der Taktflanken des optimierten Signals (6) bestimmt, und
daß die Schaltung zur Flankengeneration (4) einen Vorwärts strompfad (21) sowie mindestens einen parallel zugeschalteten Rückkopplungsstrompfad (22), dem das RC-Glied (30, 31) vorge schaltet ist, aufweist, wobei jeder der Strompfade (21, 22) jeweils eine Vergleicherschaltung (25, 26) aufweist, die aus jeweils einem Signal der beiden Strompfade (21, 22) ein Differenzsignal bilden, wobei die Summe der Differenzsignale (6') dem Ausgang der Schaltung zur Flankengeneration (4) und als Regelgröße dem mindestens einen Rückkopplungspfad (22) zuführbar ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsmittel (4, 7) eine regelbare Treiberein richtung (7) aufweisen, die aus dem optimierten Signal (6) ein bezüglich des Verlaufes und/oder der Höhe einer Versor gungsspannung (27, 28) flankenoptimiertes Ausgangssignal (8) des Ausgangstreibers (10) erzeugt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die regelbare Treibereinrichtung (7) einen Differenzver stärker (9) und den dem Differenzverstärker (9) nachgeschal teten Ausgangstreiber (10) aufweist, wobei in den ersten Ein gang des Differenzverstärkers (10) als Regelgröße das rückge koppelte Ausgangssignal (8') des Ausgangstreibers (10) und in dessen zweiten Eingang das optimierte Signal (6) eingekoppelt wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangstreiber (10) lediglich bei einer Differenz des optimierten Signals (6) und des rückgekoppelten Ausgangs signals (8') aktiv ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Anpassung des Ausgangstreibers (10) zu be rücksichtigende Parameter die Temperatur der integrierten Schaltung (1) und/oder die für die Herstellung der integrier ten Schaltung (1) verwendete Technologie und/oder die Art und Größe der zu treibenden Last und/oder die Anforderungen der zu treibenden Last an den Ausgangstreiber (10) herangezogen werden.