Beschreibung

Rationaler Frequenzteiler

Die vorliegende Erfindung betrifft einen rationalen Frequenzteiler zur Erzeugung einer ganzzahligen Frequenz aus einer rationalen Frequenz.

Derzeit häufig verwendete Prozessoren wie der Pentium und der Pentium-II von Intel oder der K6 von 7AMD benötigen für die

Bedienung der Systembusse (Speicher, PCI) eine rationale Frequenz (beispielsweise von 200/3 MHz = 66,6 MHz. Durch eine derartige Frequenzwahl erzielt man ganzzahlige Speicherzyklus-Zeiten (15 ns bei 66,6 MHz; 30 ns bei 33,3 MHz). Eine Abweichung beispielsweise von der rationalen Frequenz 66,6

MHz auf die ganzzahlige Frequenz 66,0 oder 67,0 MHz ist dabei nicht zulässig, da in diesem Fall die Funktion der Prozessoren nicht sichergestellt werden kann.

Für andere Funktionen wie beispielsweise den Betrieb einer Echtzeituhr oder die Berechnung von Gebührendaten bei Ver- mittlungssystemen werden jedoch ganzzahlige Frequenzen erfordert.

Zur Erzielung einer ganzzahligen Frequenz wird herkömmlicherweise ein Quarz-Generator verwendet, der Schwingungen einer ganzzahligen Frequenz erzeugt. Nachteilig dabei ist jedoch das Entstehen einer schlecht zu bedienenden asynchronen Schnittstelle .

Des weiteren ist es bekannt, zur Erzielung einer ganzzahligen Frequenz die rationale Prozessorfrequenz durch eine ganze Zahl, genauer gesagt durch eine natürliche Zahl, (zB durch 66 oder 67) zu teilen. Nachteilig ist dabei jedoch das Ent- stehen einer hohen Toleranz, aufgrunddessen die Echzeituhr häufig korrigiert werden muß und für jede Gebührenerfassung eine zusätzliche Korrektur erfordert wird. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen rationalen Frequenzteiler zu schaffen, bei welchem die oben beschriebenen Nachteile nicht auftreten, bzw. ein entsprechendes Verfahren vorzusehen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen nebengeordneten Ansprüche.

Dementsprechend wird ein rationaler Frequenzteiler zur Erzeugung einer ganzzahligen Frequenz aus einer rationalen Frequenz bereitgestellt mit: einem Speicher zur Speicherung von ersten und zweiten Teilerkonstanten; einer Wähleinrichtung zur Auswahl einer der gespeicherten Teilerkonstanten; einem ersten Zähler, welcher im Takt der Schwingungen der rationalen Frequenz zählt; einer Vergleichseinrichtung, welche den Wert des ersten Zählers mit der gewählten Teilerkonstanten vergleicht; einem zweiten Zähler, welcher an die Wähleinrichtung und die Vergleichseinrichtung gekoppelt ist und eine An- zahl vorbestimmter Zeitschlitze zählt; und einer Impulserzeugungseinrichtung zur Bildung der ganzzahligen Frequenz durch Erzeugen eines Impulses im Ansprechen auf ein Signal der Vergleichseinrichtung. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird mit einem geringen Schaltungsaufwand ein rationaler Fre- quenzteiler bereitgestellt, der zur Erzeugung einer ganzzah- lichen Frequenz aus einer rationalen Frequenz geeignet ist.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße rationale Frequenzteiler derart ausgestaltet, daß er zur Erzeugung einer ganzzahligen Frequenz aus einer rationalen Frequenz entsprechend der Beziehung

^g g geeignet ist, wobei f _g die ganzzahlige Frequenz, f ₀ die rationale Frequenz, g eine erste Teilerkonstante, z einen Tei- lerkonstantenzähler und n die Anzahl von Zeitschlitzen darstellen und g, z und n natürliche Zahlen sind. Insbesondere weist der Speicher Bereiche zur Speicherung von nz ersten und z zweiten Teilerkonstanten g bzw. g+1 auf; ist die Wähleinrichtung derart ausgebildet, daß während des Betriebs innerhalb eines Zyklus von n Zeitschlitzen die gespeicherten Teilerkonstanten jeweils einmal gewählt werden; ist der erste Zähler derart ausgebildet, daß er im Ansprechen auf ein Signal der Vergleichseinrichtung, welches die Gleichheit des Werts des ersten Zählers mit der gewählten Teilerkonstanten anzeigt, auf den Wert 1 zurückgesetzt wird; und ist der zweite Zähler derart ausgebildet, daß er im Ansprechen auf ein Signal der Vergleichseinrichtung, welches die Gleichheit des Werts des ersten Zählers mit der gewählten Teilerkonstanten anzeigt, um den Wert 1 erhöht und nach Erreichen des Werts von n auf 1 zurückgesetzt wird.

Darüber hinaus wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung einer ganzzahligen Frequenz aus einer rationalen Frequenz geschaffen, mit den Schritten: a] Bestimmen und Abspeichern der Größen g, z, und n entsprechend der Beziehung f = — ^y , wobei f _g die ganzzahlige Frequenz, f ₀ die gg ^/n rationale Frequenz, g eine erste Teilerkonstante, z einen

Teilerkonstantenzähler und n die Anzahl von Zeitschlitzen darstellen und g, z und n natürliche Zahlen sind, und der

Größe g+1, welche eine zweite Teilerkonstante darstellt; b] Initialisieren eines ersten Zählers, welcher im Takt der

Schwingungen der rationalen Frequenz zählt, und eines zweiten Zählers, welcher die Zeitschlitze zählt, auf den Wert 1; c] Wählen der ersten oder zweiten Teilerkonstante; d] Zählen des ersten Zählers im Takt der Schwingungen der rationalen Frequenz; e] Erfassen der Gleichheit des Werts des ersten

Zählers und der gewählten Teilerkonstante; f] Erzeugen eines Impulses auf das Erfassen der Gleichheit des Werts des ersten Zählers und der gewählten Teilerkonstante zur Bildung der ganzzahligen Frequenz; g] Rücksetzen des ersten Zählers auf den Wert 1; h] Erhöhen des zweiten Zählers um 1; i] Wiederholen der Schritte c] bis h] , wobei während eines Zyklus von n Zeitschlitzen [nz]-mal die erste Teilerkonstante und z-mal die zweite Teilerkonstante gewählt wird; und k] Rücksetzen des zweiten Zählers auf den Wert 1, nachdem der zweite Zähler den Wert von n erreicht hat und die Schritte c] bis g] n-mal ausgeführt worden sind. Jeweils unmittelbar nach dem n- ten Zeitschlitz besitzt die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Schwingung die exakte vorbestimmte ganzzahlige Frequenz.

Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm, welches schematisch die Erzeugung einer ganzzahligen Frequenz aus einer rationalen Frequenz un- ter Verwendung des erfindungsgemäßen rationalen Frequenzteilers und eines ganzzahligen Teilers nach dem Stand der Technik darstellt;

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltdiagramm des erfindungsgemäßen rationalen Teilers, welcher zur Frequenzteilung entsprechend der Beziehung f _Q = — °—r geeignet ist; ^y /n

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltdiagramm des erfindungsgemäßen rationalen Teilers von Fig. 2 für den Spezialfall g=2, z=2 und n=3; und

Fig. 4 zeigt ein Impulsdiagamm des in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen rationalen Teilers.

Die Frequenzteilung wird sowohl im Hinblick auf den allgemeinen Fall, bei welchem eine beliebige rationale Frequenz durch geeignete Wahl einer rationalen Zahl r in eine beliebige ganzzahlige Frequenz geteilt wird, als auch für den Spezialfall beschrieben, bei welchem eine rationale Frequenz von f ₀ = 200/3 MHz durch die rationale Zahl r = gz/ _n = 2 / ² ₃ in die ganzzahlige Frequenz f _g = f ₀ /r = 25 MHz geteilt wird. Gemäß Fig. 1 wird von einem, rationalen Frequenzgenerator 12 eine Schwingung mit der rationalen Frequenz f ₀ von beispielsweise 200/3 MHz erzeugt und von einem rationalen Frequenztei- 1er 10 durch eine rationale Zahl r = 2 ^ in eine Schwingung

200 / 3 mit der ganzzahligen Frequenz f _g = -— MHz = 25 MHz ge- 73 teilt. Die ganzzahlige Frequenz f _g = 25 MHz kann anschließend mittels eines herkömmlichen ganzzahligen Frequenzteiler (14) durch eine ganze, genauer gesagt durch eine natürliche Zahl, weiter geteilt werden, und es ergibt sich beispielsweise bei einer Teilung durch 25 eine genaue Zeitbasis von lμs.

Der rationale Frequenzteiler ist dadurch bestimmt, daß nicht über den gesamten Zeitraum durch eine Teilerkonstante, son- dern über n Zeitschlitzen durch jeweils eine von zwei Teilerkonstanten g bzw. g+1 geteilt wird. Durch g wird (nz)-mal geteilt, während durch g+1 z-mal geteilt wird.

Die rationale Zahl r läßt sich somit wie folgt ersetzen: r = g ^z / = • g + — (g + 1), dh im Falle g=2, z=2 und n=3

' ⁿ nn ergibt sich r = g ^z / _n = -2 + -- (2 + 1) = 2^.

Darüber hinaus ist eine andere Festlegung der Teilerkonstanten sowie der Größen z und n zur Erzielung desselben Ergeb- nisses möglich, dh die Festlegung der Teilerkonstanten und der Größen z und n ist willkürlich.

Fig. 2 zeigt eine allgemeine Realisierung des rationalen Frequenzteilers. Dementsprechend bezeichnet Bezugszeichen 16 ei- nen ersten Zähler, der an seinem Eingang mit dem rationalen Frequenzgenerator 12 und an seinem Ausgang mit einer Vergleichseinrichtung 20 verbunden ist. Der ersten Zähler 16 zählt im Takt der Schwingung mit der Frequenz f ₀ eine Zahl QZ. Ein Speicher 24 bestehend aus n Speicherteilen zur Spei- cherung nz erster und z zweiter Teilerkonstanten g bzw. g+1 ist an einen ersten Eingang einer Wähleinrichtung 22 angeschlossen, deren zweiter Eingang an einen zweiten Zähler (Zeitschlitzzähler, welcher in einem Zyklus n Zeitschlitze zählt) 18 und deren Ausgang an die Vergleichseinrichtung 20 angeschlossen sind. Eine nichtdargestellte Impulserzeugungseinrichtung, zur Erzeugung einer Schwingung mit der ganzzahligen Frequenz f _g ist an die Vergleichseinrichtung 20 gekoppelt.

Fig. 3 stellt einen Spezialfall des rationalen Frequenzteilers von Fig. 2 dar, welcher zur Frequenzteilung mit der rationalen Zahl r = 2% (g=2, z=2, n=3) vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform enthält der Speicher drei Speicherteile (gleich dem Wert von n) , deren Inhalt 3 (g+1 zum ersten Mal), 2 (g) bzw. 3 (g+1 zum zweiten Mal) beträgt.

Im folgenden wird die Funktion des rationalen Frequenzteilers entsprechend der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform anhand des in Fig. 4 dargestellten Impulsdiagramms dargestellt. Es wird dabei eine Frequenzteilung entsprechend der Beziehung f _a = dahingehend durchgeführt, daß zur Erlangung der

₀ durch die rationale Zahl r = 2% (g=2, z=2, n=3) geteilt wird.

Der erste Zähler 16 zählt entsprechend dem Takt der ihm zugeführten rationalen Frequenz von 1 bis maximal g bzw. g+1 und führt diesen Wert als Größe QZ der Vergleichseinrichtung 20 zu. Ein Erreichen des Endwerts g bzw. g+1 (entsprechend einer unten beschriebenen gewählten Teilerkonstante) wird von der Vergleichseinrichtung 20 erfaßt, die daraufhin den Zähler 16 im nächsten Takt durch Anlegen eines Rücksetzsignals auf den Anfangswert zurücksetzt. Des weiteren veranlaßt die Vergleichseinrichtung 20 auf das Erreichen des Endwerts des ersten Zählers 16, daß der Zeitschlitzzähler 18 weiterzählt und durch die nichtdargestellte Impulserzeugungseinrichtung ein Impuls erzeugt wird, der die ganzzahlige Frequenz f _g definiert.

Der Zeitschlitzzähler 18 zählt innerhalb eines Zyklus von 1 bis n, wobei n die Anzahl von vorbestimmten Zeitschlitzen ist, die benötigt wird, um genau eine ganzzahlige Frequenz zu erzeugen. In jedem der n Zeitschlitze wählt der Zeitschlitzzähler über die Wähleinrichtung 22 eine in den Teilspeichern des Speichers 24 gespeicherte Teilerkonstante g oder g+1 aus, die von der Wähleinrichtung an die Vergleichseinrichtung als Größe QK weitergeleitet wird. Während eines Zyklus, dh während n=3 Zeitschlitzen, wird die erste Teilerkonstante g einmal (nz=3-2=l) und die zweite Teilerkonstante g+1 zweimal (z=2) gewählt. Hier werden der Reihe nach die Teilerkonstan- ten g+l=3 (Select=l), g=2 (Select=2) und g+l=3 (Select=3) gewählt und an die Vergleichseinrichtung 20 angelegt. Vorteilhaft wird mit der Wahl der Teilerkonstanten begonnen, die der rationalen Zahl r am nächsten liegt, um die /Abweichung der augenblicklichen ganzzahligen Frequenz f _g innerhalb eines nicht abgeschlossenen Zyklus von der genauen ganzzahligen

Frequenz am Ende eines jeden Zyklus klein zu halten. Am Ende eines jeden Zeitschlitzes hat sich die augenblickliche ganzzahlige Frequenz f _g weiter der genauen ganzzahligen Frequenz am Ende eines jeden Zyklus angenähert. Nach Durchführung des n-ten Arbeitstaktes wird der Zeitschlitzzähler auf den Wert 1 zurückgesetzt und mit der Durchführung des nächsten Zyklus begonnen.