Brevet FR2666706A1 — publié le 19920313

X-O, C Oe MPTEUR/DIVISEUR RAPIDE ET APPLICATION À UN COMPTEUR AVALEUR La présente invention ooncerne un compteur rapide, et plus particulièrement un compteur susceptible de compter des impulsions d'entrée et de fournir une impulsion de sortie chaque fois que l'on a compté une puissance entière de 2 de ces impul- si Ons ou une puissance entière de 2 de oes impulsions plus 1/2 impulsion. On notera qu'un tel compteur est tout particulièrement utile dans une application à la formation d'un diviseur program- mable du type compteur avaleur Toutefois, la présente invention pourra être susceptible d'autres applications qui apparaitront à l'homme de l'art. Un diviseur programmable typique du type compteur ava- leur est illustré en figure 1. A titre de clarification initiale de vocabulaire, on notera qu'un compteur jusqu'à une certaine valeur N dont on extrait seulement la N- ième valeur de comptage est équivalent à un diviseur par N En effet, il fournit une impulsion de sortie toutes les N impulsions d'entrée Ceci explique que les mots compteur et diviseur seront dans oertains cas utilisés indiffé- remment ici. Coame le représente la figure 1, un compteur avaleur comprend un diviseur 10 susceptible d'effectuer des divisions par 2 m ou par 2 m+l selon l'état d'un signal de commaride arrivant sur son entrée 11 La sortie du compteur 10 est envoyée en paral- lèle à un premier compteur 12 et à un deuxième compteur 13 Le compteur 12 compte des impulsions jusqu'à une valeur B et le compteur 13 compte des impulsions jusqu'à une valeur A supérieure à B Le compteur 13 est connecté pour compter de façon cyclique, c'est-à-dire qu'il reprend son comptage à zéro dès qu'il est arrivé à sa valeur maximale A Le compteur 12 s'arrête de compter quarnd il est arrivé à sa valeur de comptage B, jusqu'à ce qu'il soit réinitialisé par le signal de sortie du compteur 13 La sortie du compteur 12 est appliquée à l'entrée 11 du diviseur Les compteurs 12 et 13 sont génralement prévus pour que leurs valeurs de comptage B et A soient progrannables en fonction d'un signal de commande envoyé par exemple sur un bus non repré- senté, d'une façon classique. Un compteur avaleur du type illustré en figure 1 permet, en fonction du choix des valeurs A et B d'effectuer une division de fréquence par toute valeur choisie non multiple de 2 On désigne par F O la frequenoe d'entrée appliquée au diviseur et par F 2 la fréquence obtenue à la sortie du signal 13 Si l'on veut que F 2 = F 0/k, on peut écrire: k = A 2 m + B, ou k = (A-B)2 m + B( 2 m+l). Le circuit de la figure 1 fournit bien F 1 = F 0/k En effet, si l'on considère que le compteur 10 est initialement conditionné pour effectuer une division par 2 re+l, on obtiendra une impul- sion à la sortie du compteur 10 toutes les 2 m+ 1 périodes de F O et le compteur 12 fournira une sortie sur la borne 11 quand B( 2 m+l) impulsions F O seront arrivées Alors, le compteur 12 est inhibé et le diviseur 10 divise par 2 m Le compteur 13 a déjà compté B impulsions Quarnd les A-B impulsions suivantes r auront été obtenues à la sortie du diviseur O 10, une impulsion sera fournie à la sortie du compteur 13 et l'on a bien obtenu le facteur de division k souhaité. On notera que seul le diviseur 10 compte à une cadenoe rapide, les compteurs 12 et 13 comptant sensiblement à une fré- quence 2 m fois plus faible que ce compteur Pour o Compter des impulsions FO se succédant à une cadence très rapide, il faut dori prévoir un diviseur 10 aussi rapide que possible Si l'on examine de façon globale le fonctionnement d'un compteur ou d'un diviseur, oelui-ci doit effectuer une séquence d'opérations logiques entre deux fronts successifs d'un signal d'horloge. L'arithmétique booléenne enseigne que toute opération logique complexe telle qu'un comptage peut se déeomposer en au plus deux niveaux d'opérations logiques élémentaires correspcxxodant à deux commutations de bascule Pour un diviseur par une valeur autre qu'une puissance entière de 2, il faut en outre prévoir un temps de commutation de bascule supplémentaire pour mémoriser la sortie du diviseur ou une information intermédiaire dans une bascule à mémoire (du type couramnent désigrné dans la technique par le terme anglo-saxon latch) Ainsi, un compteur classique optimisé, autre qu'un diviseur par 2 q, et notamment un diviseur program- mable, rnécoessite généralement qu'il existe entre deux impulsions à compter le temps nécessaire pour trois commutations de bascule Dans une technologie donnée de fabrication de circuit intégré, le temps élémentaire de iommutation d'une bascule est détermiré et la fréquence maximale de comptage onnait donc une limitation fondamentale (qui est par exemple de l'ordre de 40 M Hz en technologie MOS, 2 micromètres, avec une logique de type statique). Un objet de la présente invention est de prévoir un oompteur/diviseur autre que par 2 q ne comprenant pas la limi- tation forndamentale à plusieurs temps de commutation de bascule susmentionnée, et plus particulièrement un tel compteur dont la vitesse limite de fonctionnement est aussi rapide que celle d'un diviseur par 2 q. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel onpteur/diviseur susceptible, en fonction de l'applica- tion d'un signal de commande, d'effectuer une division par une puissance entière de 2 ou par une puissance de 2 plus 1/2 unité et de passer d'un mode de division à l'autre sans réduction de la vitesse limite de comptage. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un compteur/diviseur rapide insérable dans un circuit de compteur avaleur. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un cxmpteur/diviseur divisant une fréquence d'entrée par 2 q+n+ 1/2, comprenant: un premier divi- seur par 2 q recevant le signal à diviser de fréquexnce F 1 et fournissant 2 q+l sorties à la fréquence Fl/2 q déphasées les unes par rapport aux autres de 360 /2 q+l; un multiplexeur muni d'une borne de comauinde et fournissant sur sa sortie séquentiel- lement chacune des 2 ql sorties chaque fois qu'un signal de ccemmande est appliqué; et un deuxième diviseur par 2 N recevant la sortie du multiplexeur et fournissant la sortie recherchée du compteur/diviseur, cette sortie étant appliquée à la borne de commahxle. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la sortie du deuxième diviseur est fournie à la borne de sortie du compteur/diviseur par l'intermédiaire d'une bascule à mêmori- sation séquencée par le signal appliqué au deuxième diviseur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le compteur/diviseur comprend des moyens pour inhiber le fonc- tionezment du multiplexeur, d'o il résulte qu'une même sortie du premier diviseur est en permanence fournie à l'entrée du deuxième diviseur et que le taux de division du ccmpteur/diviseur est de 2 q+n. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le multiplexeur comprend un troisième diviseur par 2 q+' dont -4 toutes les sorties sont décodées par un décodeur et appliquées à une bascule à mémorisation dont les sorties cxand Ient séquen- tiellement 2 q+l interrupteurs respectivement placés entre chacune des 2 q+l sorties du premier diviseur et la sortie du multiplexeur. La présente invention vise également une utilisation d'un compteur/diviseur du type susmentionné en série avec un diviseur par 2 en tant que diviseur d'entrée d'un compteur progranmable du type compteur avaleur. Selon un avantage de la présente invention, on utilise les sorties déphasées d'un premier diviseur fonctionnant à la fréquene la plus rapide et non les sorties successives de ce premier diviseur Ainsi, le temps de retard entre deux opérations s'écoulant au rythme le plus rapide est seulement le temps correspondant à la génération de deux sorties déphasées d'un mnéme compteur, décalage qui peut être considéré comme égal au temps de commutation d'une seule bascule et non pas de trois bascules comme dans l'art antérieur o l'on considère des omptages successifs d'une même sortie d'un oompteur. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 représente le schéma bloc d'un compteur avaleur selon l'art antérieur; la figure 2 A et la figure 2 B représentent respective- ment un schéma de diviseur par 2 et des formes d'onde apparais- sant en divers points du circuit de ce diviseur; la figure 3 représente, sous forme de schéma bloc un diviseur selon la présente invention; et la figure 4 représente un mode d'insertion d'un divi- seur selon la présente invention dans un schéma de compteur avaleur. Avant d'exposer la présente invention, on va rappeler en relation avec les figures 2 A et 2 B une caractéristique géné- rale des diviseurs, caractéristique génrralement non utilisée et dont l'utilisation est à la base de la présente invention. La figure 2 A représente à titre d'exemple un diviseur par 2 constitué à partir de deux bascules de type D 21 et 22. Chacune de ces bascules comprend une entrée D, une entrée d'hor- loge CK, une sortie Q, et une sortie complémentaire Qe La sortie Q* de la bascule 22 est rebouclée sur l'entrée D de la bascule 21 et la sortie Q de la bascule 21 est appliquée à l'en- trée D de la bascule 22 Un signal d' horloge CK est appliqué à l 'entrée CK de la bascule 21 et est appliqué sous forme inversée à l'entrée CK de la bascule 22 On désigne par a le signal à la sortie Q de la bascule 21, par b le signal à la sortie Q de la bascule 22, par c le signal à la sortie Q* de la bascule 21 et par d le signal à la sortie Q* de la bascule 22. L'allure des signaux CK, CK*, a, b, c et d est illus- trée en figure 2 B Les signaux a, b, c, d ont tous la même allure générale d'un signal à fréquence moitié du signal d'horloge mais chacun de ces signaux est déphasé du précédent d'une demi période d' horloge. Il s'agit là comme le notera l'homme de l'art d'une caractéristique générale des circuits diviseurs par une puissance entière de 2 ( 2 q), o on pourra trouver dans le circuit du diviseur, éventuellement en rajoutant des inverseurs, 2 ql signaux de mâme fréquen De, correspoixdant à la fréquence d'entrée divisée par 2 q, mais déphasés les uns des autres de 360 o/2 q+ 1. Cette observation liminaire étant faite, on va mainte- nant décrire un mode de réalisation de la présente invention en relation avec la figure 3. La figure 3 représente sous forme de blocs un schéma d'un diviseur selon la présente invention Ce diviseur comprend essentiellement un premier diviseur par 2 q 30, un deuxième diviseur par 2 N 31, et un multiplexeur 32 Les 2 q+l sorties du diviseur 30, telles que mentionnées en relation avec les figures 2 A et 2 B, apparaissent sur des bornes si, S 2,, s 2 q+ l et sont fournies séquentiellement par le multiplexeur 32 sur sa sortie 33 qui est appliquée à l'entrée du diviseur 31. La sortie 34 du diviseur 31 est appliquée à l'entrée de commande ou entrée de séquencement du multiplexeur 32 Ainsi, si l'on considère que le signal d'entrée appliqué à l'entrée du diviseur 30 est à une fréquence F 1, on obtiendra un signal sur la sortie S 1 après 2 q transitions de polarité donnée du signal F 1 puis l'on obtiendra un signal sur la sortie 34 du diviseur 31 après 2 q+n impulsions du signal Fl Le signal à la sortie 34 agit sur le multiplexeur de sorte que le multiplexeur sélectionne ensuite en sortie le signal S 2 et non plus le signal S 1 Le signal S 2 étant décalé d'une demi période du signal à la fréquence F 1 par rapport au signal si, on obtient un circuit diviseur par 2 q+n + 1/2. On peut considérer comne on l'a exposé preédesiment que du fait que le décalage entre si et S 2 dépend d'une seule bas- cule, le compteur peut compter au rythme du temps de ocmmutation d'une seule bascule Une autre façon de considérer l'avantage de rapidité du circuit selon l'invention consiste à dire que, étant donrné un circuit qui, en l'absence du multiplexeur 32 permettrait d'avoir une résolution d'une période d'horloge, on peut, avec la même technologie, avoir une résolution d'une demi période d'hor- loge. Par ailleurs, il est clair que si l'on interrompt le fonctionnement du multiplexeur par l'action d'un circuit d'inhi- bition 36, on passera d'un fonctionnement en diviseur par 2 q+n+l/2 à un fonctionnement en diviseur par 2 q+n Il résulte de la structure du circuit selon la présente invention que ce passage de l'un à l'autre des facteurs de division peut se faire sans aucune perte d'information En effet on dispose pour établir le signal de comemande de facteur de division de la durée corres- pondant à la période du signal F 1 multipliée par sensiblement 2 q+n et non de la seule demi période du signal Fl. La figure 3 indique en outre la présernce d'une bascule 37 du type latch entre la sortie 34 du diviseur 31 et la sortie finale 38 du diviseur d'ensemble Cette bascule 37 re Qoit comeu signal d'horloge la sortie 33 du multiplexeur, de même que le diviseur 31 La bascule 37 est utilisée de façcon classique pour éviter la fourniture de signaux erratiques au moment des transi- tions de comptage. La figure 3 illustre en outre un exemple de réalisation schématique du multiplexeur 32 Dans oe mode de réalisation particulier, le multiplexeur 32 comprend un compteur jusqu'à 2 q+l 40 recevant la sortie 34 du diviseur 31 et dont toutes les sorties de comptage (q+l sorties) sont transmises à un décodeur 41 qui comannde des interrupteurs 43-1, 43-2,, 43-2 q+l disposés entre chacune des sorties sl, S 2,,s 2 q+ l et la borne de sortie 33 du multiplexeur Une bascule de type latch 42 recevant comme signal d'horloge le signal au point 34 est de préférence insérée entre le décodeur et les interrupteurs Dans le mode de réalisation illustré, les interrupteurs 43-1,, 43-2 q+l ont été représentés sous forme de transistors MOS. Quand on veut passer à un fonctionnement en diviseur par 2 +n, le circuit d'inhibition 36 susmentionnré inhibera simultanément le compteur 40 et la bascule 42 de sorte que, dés que le fonction- nement de ce circuit d'inhibition sera interrompu, on reprendra la commrnande exactemnent à l'emplacement de l'interruption pour éviter tout saut de phase quand on passe d'un fonctionnement à division par 2 q'n à un fonctionnement à division par 2 q+n+ 1/2 La figure 4 représente schématiquement le montage d'un diviseur selon la présente invention pour remnplacer le diviseur d'un compteur avaleur du type de celui illustré en figure 1. Le compteur selon la présente invention, désigrné par la référence , sera choisi de sorte que, avec les mêmes notations que celles des figures 1 et 3, n+q = m-l et sera placé en série avec un di- viseur par 2 51 Le diviseur 51 regoit la fréquence F O menticrèe en figure 1 et fournit la fréquee F 1 mentiornee en figure 3. C'est la sortie 38 du diviseur 50 qui est appliquée aux compteurs 12 et 13 et la sortie du diviseur 12 correspond à la fourniture du signal d'inhibition par le circuit d'inhibition 36 de la figure 3. La présente invention a été décrite de façon schéma- tique et sous forme de blocs, ses différents éléments étant en eux-mêmes classiques et pouvant être réalisés par l'homme de l'art qui pourra d'ailleurs apporter diverses variantes et modi- fications à oes schmas sans sortir du dmanaine de l'invention. Notamment, divers moyens pourront être utilisés pour réaliser le multiplexeur 32 et le circuit selon la présente invention pourra être mis en oeuvre selon diverses technologies de fabrication de circuits intégrés, telles qu'une technologie bipolaire-ECL, ou une technologie MDS ou une technologie mixte MOS/bipolaire. REVENDICATIONS 1 Comrpteur/diviseur divisant une fréquence d'entrée (F 1) par 2 q+n+ 1 l/2, caractérisé en ce qu'il comprend: un premier diviseur par 2 q ( 30) recevant le signal à diviser de fréquenc F 1 et fournissant 2 q+l sorties à la frequenoe F 1/2 q déphasées les unes par rapport aux autres de 360 /2 q+; un multiplexeur ( 32) muni d'une borne de coemiaade ( 34) et fournissant sur sa sortie ( 33) séquentiellement chacune desdites 2 q+l sorties chaque fois qu'un signal de cmmahade est appliqué à ladite borne; et un deuxième diviseur par 2 N ( 31) recevant la sortie ( 33) du multiplexeur et fournissant la sortie ( 34) recherchée du compteur/diviseur, cette sortie étant appliquée à ladite borne. 2 Comnpteur/diviseur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la sortie ( 34) du deuxième diviseur est fournie à la borne de sortie ( 38) du compteur/diviseur par l'intermé- diaire d'une bascule à mémorisation ( 37) séquer Dée par le signal appliqué au deuxième diviseur. 3 Coimpteur/diviseur selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comprend des moyens pour inhiber le fconction- nrment du multiplexeur ( 32), d'o il résulte qu'une mâme sortie du premier diviseur est en pernmannce fournie à l'entrée du deuxième diviseur et que le taux de division du compteur/diviseur est de 2 q+n. 4 Ccmpteur/diviseur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le multiplexeur comprend un troisième diviseur par 2 q+ l ( 40) dont toutes les sorties sont déeodées par un décodeur ( 41) et appliquées à une bascule à mémorisation ( 42) dont les sorties commandent séquentiellement 2 q+l interrupteurs ( 43-1,,43-2 q+l) respectivement placés entre chacune des 2 q 1 l sorties du premier diviseur et la sortie ( 33) du multi- plexeur. t ' Utilisation d'un compteur/diviseur selon l'une quel- conque des revendications 1 à 4 en série avec un diviseur par 2 ( 51) en tant que diviseur d'entrée d'un compteur programnable du type compteur avaleur comprenant, outre ce diviseur d'entrée, des premier ( 12) et deuxième ( 13) compteurs, la sortie du premier compteur constituant le signal d'inhibition modifiant le facteur de division dudit compteur/diviseur.