專利名稱：單總線互動(dòng)式同步技術(shù)以及在集成電路中的應(yīng)用的制作方法
單總線互動(dòng)式同步技術(shù)以及在集成電路中的應(yīng)用 背景介紹
發(fā)明所屬領(lǐng)域 ,1]
本發(fā)明屬于在電子技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)創(chuàng)新。它提供了一種獨(dú)特的頻率同 步和相位同步的概念。使得多個(gè)電子線路可以使用同一條單總線。既可 以作為同步信號(hào)的接收端，也可以作為同步信號(hào)的輸出端，從而實(shí)現(xiàn)既 簡單經(jīng)濟(jì)，又可靠實(shí)用的同步操作。該技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻率同步， 也能實(shí)現(xiàn)相位的同步?？梢员粡V泛地使用在電子信號(hào)處理、控制及功率 變換等多種領(lǐng)域中。
相關(guān)的領(lǐng)域描述
在眾多不同的電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中，電子線路往往需要在一定的頻率下 工作。而且在許多情況下，這個(gè)工作頻率需要和某一特定的頻率同步起 來。尤其是當(dāng)多個(gè)電子線路需要協(xié)調(diào)工作時(shí)，各個(gè)電子線路的工作頻率， 有時(shí)甚至包括信號(hào)相位都需要同步起來。所以信號(hào)同步是電子技術(shù)領(lǐng)域 中一項(xiàng)非常重要的技術(shù)。
由于它的重要性，人們?cè)诤茉缫郧熬蛯?duì)同步技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。 同時(shí)也產(chǎn)生了一些比較成熟的同步技術(shù)。這些典型的技術(shù)如圖l、圖2 和圖3所示。
圖l所示為一種經(jīng)典的鎖相環(huán)技術(shù)。如圖所示，同步信號(hào)VA和被同步 信號(hào)VB—般需要為50%占空比的方波信號(hào)。兩個(gè)信號(hào)通過異或門U1 的比較后所形成的輸出脈沖的序列Vo包含了這兩個(gè)信號(hào)之間的相位 差。當(dāng)兩個(gè)信號(hào)相位差越大，輸出信號(hào)的高電平占空比就越大。這個(gè) 信號(hào)經(jīng)過由R和C1組成的低通濾波器濾波后成為和信號(hào)相位差成正比 的直流信號(hào)。這個(gè)經(jīng)放大器U2處理后送給壓控振蕩器電路VC0的控制 輸入端。壓控振蕩器電路的振蕩頻率是受輸入控制電壓的調(diào)節(jié)變化的。
因此把受控的頻率信號(hào)VB和同步信號(hào)VA比較，然后用比較誤差信號(hào)
去調(diào)節(jié)受控信號(hào)頻率使之跟隨同步信號(hào)，就形成了一個(gè)頻率閉環(huán)控制 系統(tǒng)。從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)同步操作。通常由于VCO的增益有限，需要利 用U2來形成一個(gè)積分環(huán)節(jié)。這樣使得兩個(gè)信號(hào)之間的相位差接近于零 而獲得高精度的同步效果。這種技術(shù)所用的電子元器件較多，而且把 這種技術(shù)應(yīng)用在集成電路電路設(shè)計(jì)中時(shí)，至少需要三個(gè)引腳來完成此 功能。這三個(gè)引腳分別為信號(hào)端A，信號(hào)端B以及低通濾波電容C1的 接線端。由于C1電容量通常比較大，不能做在集成電路里面。
圖2所示的電路通過對(duì)振蕩電容的直接充放電控制來強(qiáng)迫振蕩器跟隨 同步信號(hào)頻率。在沒有同步信號(hào)VA時(shí)，開關(guān)Q2是關(guān)斷的。由電流源I、 電容C、 Ql、 Ul、 U2、 U3組成的振蕩器處于自由工作狀態(tài)。當(dāng)C充電 到V2時(shí)，Ul輸出由低變高，使觸發(fā)器U3復(fù)位。其反相輸出/Q由低跳 高后，使放電開關(guān)Q1導(dǎo)通，對(duì)電容C進(jìn)行迅速放電。當(dāng)電容C放電至 VI時(shí)，U2輸出由低變高。讓U3置位。/Q由高電平跳回低電平狀態(tài)， Ql隨之關(guān)斷，電容C恢復(fù)充電過程。這樣周而復(fù)始就形成了連續(xù)的鋸 齒波振蕩。當(dāng)有外來同步信號(hào)輸入時(shí)，在圖2(a)中，同步信號(hào)A的 上升沿通過電容C1及電阻R的微分作用產(chǎn)生一個(gè)上升脈沖B使得放電 開關(guān)Q3瞬間導(dǎo)通，對(duì)振蕩電容C進(jìn)行放電。當(dāng)微分脈沖消失后，C重 新恢復(fù)充電。這樣電容C的放電時(shí)刻受同步信號(hào)VA的直接控制，從而 實(shí)現(xiàn)同步。這樣的做法存在著如下缺點(diǎn) U)、同步信號(hào)要高于自由振蕩器的頻率，以保證在電容C被充電到V2 之前，對(duì)其進(jìn)行放電。否則同步無法實(shí)現(xiàn)。
(2) 、微分脈沖的寬度需要控制適當(dāng)，如果太窄不能使C充分放電，
則可能失去同步效果。
(3) 、 U3得不到復(fù)位操作。如果有后續(xù)電路需要使用U3的Q， /Q輸出
作為時(shí)鐘或相位信號(hào)，會(huì)有問題。
(4) 、設(shè)計(jì)集成電路時(shí)，需要至少二個(gè)引腳。 一個(gè)用作同步信號(hào)的控制 輸出腳。 一個(gè)用作同步信號(hào)的輸入腳。這樣才能實(shí)現(xiàn)二個(gè)芯片之間或 多芯片之間的同步操作。圖2 (b)所示電路與圖2 (a)所示電路略有 不同。該電路利用同步信號(hào)A的下降沿通過RC1的微分作用使P型MOS
管Q2瞬間導(dǎo)通，把電容C的電壓強(qiáng)迫拉到V2電平。這樣可以使U1輸 出轉(zhuǎn)到高電平而讓U3復(fù)位，Ql導(dǎo)通，從而使得振蕩電路在跟隨同步信 號(hào)時(shí)完成振蕩的全過程。該方案的優(yōu)點(diǎn)是沒有圖2a所列的第(3)個(gè)問 題。但微分脈沖B的寬度需要更嚴(yán)格的控制。太寬會(huì)導(dǎo)致Q1和Q2有同 時(shí)導(dǎo)通瞬間，從而引起額外損耗。
圖3所示同步線路比圖2有所改進(jìn)。同步信號(hào)VA直接控制U3復(fù)位搡 作，在VA的上升沿到來是，U3復(fù)位，/Q由低變高，Ql導(dǎo)通，電容C 放電。當(dāng)電容C放電至V1時(shí)，U2輸出就跳高，使U3置位，電容于是 恢復(fù)充電。這個(gè)方法操作可，無須考慮微分脈寬控制的問題。但是同樣 要求受控電路的自由振蕩頻率低于同步頻率。同時(shí)在集成電路設(shè)計(jì)時(shí)， 每個(gè)芯片需要至少兩個(gè)引腳。 一給作為同步信號(hào)輸出，另一個(gè)作為同步 信號(hào)輸入，來實(shí)現(xiàn)二芯片或多芯片之間的同步操作。


圖1所示是一個(gè)典型的利用鎖相環(huán)來實(shí)現(xiàn)同步的電路方案。圖中符號(hào) 注解為
A -外來同步信號(hào)輸入端
B -被同步信號(hào)端
VA —外來同步信號(hào)
VB -被同步信號(hào)
Vo -異或門輸出信號(hào)
圖2 (a)所示為另一種同步電路。該電路利用在A端輸入的同步信號(hào) 的上升沿通過C1、 R及Q2對(duì)振蕩電容強(qiáng)迫放電而實(shí)現(xiàn)同步。
圖2 (b)所示為和圖2 (a)類似的另一種同步電路。該電路利用A端 輸入的同步信號(hào)下降沿拉高振蕩電容C的電壓而迫使觸發(fā)器U3翻轉(zhuǎn)而 實(shí)現(xiàn)同步。
圖3為另一種同步電路。圖中同步信號(hào)由A端輸入直接對(duì)IB進(jìn)行復(fù)位 操作而實(shí)現(xiàn)同步。圖中A端為同步信號(hào)輸入端，B端為同步信號(hào)輸出端。
圖4為本發(fā)明的一個(gè)典型的概念示意圖。圖中節(jié)點(diǎn)A為同步端，既作 同步信號(hào)接受端，也作為同步信號(hào)輸出端。從而實(shí)現(xiàn)多輸出電路單總線 互動(dòng)式同步。
圖5描述了利用本概念實(shí)現(xiàn)二個(gè)電路之間同步的線路連接及工作波形。 圖中所示情形為左邊電路的自由工作頻率高于右邊電路的工作頻率。
圖7所示為振蕩電路和外來信號(hào)同步時(shí)的接線。
發(fā)明的詳細(xì)描述
根據(jù)對(duì)上述各種同步線路的分析中，本發(fā)明提出了一種單總線互 動(dòng)式的同步概念。圖4所示為一個(gè)典型的概念原理圖。圖中U3為 振蕩電路的一部分。節(jié)點(diǎn)B為振蕩器的輸出。節(jié)點(diǎn)A既為單端 同步端口。在使用時(shí)，當(dāng)二個(gè)或多個(gè)這樣的電路需要同步時(shí)，只 要把所有各個(gè)電路的這個(gè)端口連接在一起即可實(shí)現(xiàn)同步操作。其 原理如下
在上述電路中電阻R也可以用電流源來代替。具體電路如圖6 (a ) 所示，置位信號(hào)也可以用不同的邏輯電路來實(shí)現(xiàn)。圖6 (b)所示為 另一種邏輯電路。端口 A也可以設(shè)計(jì)為上拉優(yōu)先電路。如圖6(c) 所示。Q2、 Q3也可以采用其它種類的器件和線路。圖6(d)所示 為采用雙極型晶體管的電路。該發(fā)明的核心是單點(diǎn)并聯(lián)并具有特定 邏輯優(yōu)先權(quán)的同步電路接口。這種電路接口既作為信號(hào)輸出端， 也作為信號(hào)輸入端。從而實(shí)現(xiàn)單總線連接的多電路同步操作。這里 也需要指出這種電路不僅能實(shí)現(xiàn)多電路之間的同步操作，也可以接 受外來同步信號(hào)并實(shí)現(xiàn)和外來信號(hào)的同步操作。圖7所示即為兩個(gè) 電路同時(shí)接受同一個(gè)外來信號(hào)同步的例子。需要注意的是外來信號(hào) 的頻率也需要高于同步接受電路的自由工作頻率。
本發(fā)明的總結(jié)
歸l〗
本發(fā)明提出了一種獨(dú)特的同步電路設(shè)計(jì)方案。該方案只使用一個(gè)
同步控制端，既作為同步信號(hào)輸出端，也作為同步信號(hào)輸入端。 在多組電路同步操作時(shí)，只需要把各個(gè)電路的同步控制端連接在 一起，即組成一條同步總線，各個(gè)電路的工作頻率會(huì)自動(dòng)地同步 于自由工作頻率最高的電路。該方案除了能同步工作頻率外，也 具有相位同步功能，為同步電路設(shè)計(jì)提供了一個(gè)簡單、可靠、且 性能優(yōu)良的方案。尤其在集成電路應(yīng)用中，該方案可以使集成電 路設(shè)計(jì)使用單引腳，實(shí)現(xiàn)功能完善的同步控制。從而為集成電路 的同步設(shè)計(jì)提供了一個(gè)低成本、高性能的解決方案。
權(quán)利要求
1. 1)、本發(fā)明所提出的使用單端同步控制端來實(shí)現(xiàn)多電路的同步操作。該單端同步控制端既作為同步信號(hào)輸入端，也可以作為同步信號(hào)輸出端。在使用時(shí)，只要把各個(gè)電路的同步控制端連接在一起，組成一根單同步總線，各個(gè)電路的工作頻率就會(huì)通過這根同步總線相互協(xié)調(diào)，自動(dòng)地同步起來。2)、同步信號(hào)的具有邏輯優(yōu)先選擇權(quán)的單端連接方式。該方式可以是正邏輯優(yōu)先，也可以是負(fù)邏輯優(yōu)先。使用時(shí)，只要把所有的信號(hào)線連接在一起。如果是正邏輯優(yōu)先，則高電平信號(hào)控制節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。如果是負(fù)邏輯優(yōu)先，則低電平信號(hào)控制節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。該方案除了用于同步信號(hào)外，也可以應(yīng)用于其它的信號(hào)應(yīng)用領(lǐng)域。3)、信號(hào)在單節(jié)點(diǎn)連接下的自動(dòng)主從和自動(dòng)跟隨功能。在這種功能下，任何時(shí)刻，當(dāng)有一個(gè)其有邏輯優(yōu)先權(quán)的信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，其它處于非優(yōu)先邏輯狀態(tài)的信號(hào)會(huì)通過自身的控制電路自動(dòng)地跟隨最先出現(xiàn)的優(yōu)先邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換到優(yōu)先邏輯狀態(tài)。也即自動(dòng)跟隨早于它自身出現(xiàn)的優(yōu)先邏輯狀態(tài)。4)、把具有2)和3)點(diǎn)所描述的功能的信號(hào)直接連接在一起。只要有一個(gè)信號(hào)進(jìn)入具有優(yōu)先權(quán)的邏輯狀態(tài)，其它的信號(hào)會(huì)自動(dòng)跟隨一起進(jìn)入同樣的邏輯狀態(tài)。如果這些信號(hào)是具有自由振蕩功能的交變信號(hào)，這些信號(hào)就會(huì)跟隨自由振蕩頻率最高的信號(hào)同步振蕩。從而實(shí)現(xiàn)了利用這種單節(jié)點(diǎn)互動(dòng)式信號(hào)連接方法的信號(hào)頻率同步操作。5)、在1)、2)、3)、和4)點(diǎn)中所描述的信號(hào)頻率同步概念，也可以用來同步信號(hào)的相位。6)、在2)中所描述的具有優(yōu)先邏輯選擇權(quán)的信號(hào)端點(diǎn)，各個(gè)信號(hào)的輸出端可以是在圖4至圖7中所示的由Q2、Q3和電阻R，或由Q2、Q3和電流源所組成的電路。Q2和Q3可以是MOSFET，也可以是雙極型晶體管，或其它類型的可控電子開關(guān)。Q2和Q3在電路中的接法除了漏極(或集電極)用電阻R(或電流源I)串聯(lián)起來外，也可以采用源極(或發(fā)射極)和電阻R(或電流源I)串聯(lián)起來的方式。在采用這種連接方式時(shí)，Q2、Q3的門極(或基極)控制信號(hào)相應(yīng)地采用相反的極性。上述雙晶體管輸出電路也可以改為單晶體管電路形式。在采用單晶體管時(shí)，如果是負(fù)邏輯優(yōu)先，晶體管采用N型MOSFET或NPN型雙極型晶體管并將其源極(或發(fā)射極)和工作電源負(fù)端或地端連接。其漏極(或集電極)則通過電阻(或電流源)連接到工作電源正端。信號(hào)從漏極(或集電極)輸出。如果是正邏輯優(yōu)先，晶體管放在電路的上側(cè)，采用P型MOSFET或NPN型雙極型晶體管，其源極(或發(fā)射極)接工作電源正極。漏極(或集電極)通過電阻或電流源接到工作電源負(fù)極或地端，信號(hào)仍然從漏極(或集電極)輸出。以上所描述的各種電路連接方式均能實(shí)現(xiàn)同樣的同步操作效果。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種單總線互動(dòng)式同步技術(shù)以及在集成電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用的設(shè)計(jì)方案。它提出了一種獨(dú)特的信號(hào)傳輸方法以及用該方法所實(shí)現(xiàn)的信號(hào)同步電路設(shè)計(jì)方案。該信號(hào)傳輸方法能夠使用一條傳輸線路既傳送輸出信號(hào)，也可以傳輸輸入信號(hào)，從而使得在多電路信號(hào)同步設(shè)計(jì)中使用一個(gè)同步端口。即可以實(shí)現(xiàn)互動(dòng)式的同步操作，主從式的同步控制也可以使用同樣的單端連接方式輕易地實(shí)現(xiàn)。特別是在集成電路設(shè)計(jì)應(yīng)用中，本方案可以同步電路使用最少的引腳來實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的操作性能。除了在信號(hào)同步電路的設(shè)計(jì)應(yīng)用以外，本發(fā)明的概念在其它電路設(shè)計(jì)也具有一定的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)H03L7/00GK101373968SQ20071004509
公開日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2007年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月21日
發(fā)明者范劍平 申請(qǐng)人:艾默龍電子科技(嘉興)有限公司