DE102005018950B4

DE102005018950B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Phasensynchronisation mit Hilfe eines Mikrocontrollers

Info

Publication number: DE102005018950B4
Application number: DE102005018950A
Authority: DE
Inventors: Ingo Truppel; Klaus Bienert
Original assignee: Wired Connections Wilmington LLC; Wired Connections LLC
Current assignee: Benhov GmbH LLC
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2025-04-19
Also published as: US7973579B2; GB2436987C; US20100182061A1; GB2436987A; US20080197896A1; DE102005018950A1; WO2006058853A1; GB0711537D0; GB2436987B; US7705643B2

Abstract

Phasenregelvorrichtung zur phasenstarren Synchronisierung eines Ausgangstaktsignals mit einem Eingangssignal, das einen seriellen Eingangsdatenstrom mit Eingangstaktinformation und Nutzdaten repräsentiert, mit
– einem Signaldetektor, der ausgebildet ist zum Empfang eines von extern stammenden Eingangssignals, das Eingangstaktinformation enthält, und zum Ausgeben eines Synchrontaktsignals, das zur Eingangstaktinformation synchron ist,
– einem spannungsgesteuerten Oszillator, der ausgebildet ist, ein Steuertaktsignal mit einer Steuertaktfrequenz abzugeben, die einer anliegenden Regelspannung proportional ist,
– einem Mikrocontroller mit einem Arbeitstakt-Eingang, an dem das vom spannungsgesteuerten Oszillator ausgegebene Steuertaktsignal anliegt, und der ausgebildet ist, mit der Steuertaktfrequenz des am Arbeitstakt-Eingang anliegenden Steuertaktsignals ein im Mikrocontroller gespeichertes Programm abzuarbeiten, das Schritte des Erzeugens und Abgebens eines Ausgangstaktsignals mit einer Ausgangstaktfrequenz umfasst, die in einem vorbestimmten Teilungsverhältnis zur Steuertaktfrequenz des Steuertaktsignals steht,
– einem Phasenvergleicher, an dessen Eingängen das Ausgangstaktsignal und das Synchrontaktsignal anliegen, und der ausgebildet ist, ein Gleichspannungssignal zu erzeugen und abzugeben, das der Phasendifferenz der an...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur phasenstarren Synchronisierung eines Ausgangstaktsignals mit einem Eingangssignal, das einen kontinuierlichen seriellen Eingangsdatenstrom mit Eingangstaktinformation und Nutzdaten repräsentiert. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Empfänger mit einer solchen Vorrichtung.
Die Übertragung eines seriellen digitalen Datenstromes von einem Sender zu einem Empfänger erfordert die Synchronisierung des Empfängers auf im übertragenen Datenstrom enthaltene Taktinformation, um die übertragenen Daten wiederherstellen zu können. Zu diesem Zweck werden Phasenregelvorrichtungen eingesetzt, die im Englischen auch als Phase Locked Loop (PLL) bezeichnet werden.
Aus der EP 0 556 984 B1 ist ein Phasenregelkreis zur Synchronisierung eines seriellen Datenbitstroms bekannt, bei dem einem Phasenvergleicher ein Eingangssignal und ein von einem spannungsgesteuerten Oszillator erzeugtes Bittaktsignal zugeführt werden. In Abhängigkeit von der Phasendifferenz der an den Eingängen des Phasenvergleichers anliegenden Signale erzeugt dieser ein Fehlersignal, das einen nachgeschalteten Tiefpassfilter je nach Vergleichsergebnis zum Erhöhen oder Erniedrigen einer am spannungsgesteuerten Oszillator anliegenden Regelspannung veranlasst.
Nachteil dieser bekannten Regelvorrichtung ist, dass eine solche Phasenregelvorrichtung aufgrund Ihrer Ausführung in Hardware relativ unflexibel ist.
Wird an eine Taktaufbereitung, wie sie aus der EP 0 556 984 B1 bekannt ist, ein externer Mikrocontroller angekoppelt, so erfolgt die Synchronisation von darin gespeicherter und ausgeführter Software über Interrupts oder Polling (zyklische Abfrage). Dies erfordert ein aufwendiges Softwaredesign, das es ermöglichen muss, derartige Interrupts zeitnah behandeln zu können.
Ein solches Vorgehen ist aus der EP 0 840 458 B1 bekannt. Der externe Mikrocontroller steht dabei außerhalb des Phasenregelkreises und gibt einem programmierbaren Frequenzteiler entsprechend einem manuellen Eingangssignal das Teilungsverhältnis vor. Der Frequenzteiler teilt das Signal eines spannungsgesteuerten Oszillators herunter. Das Ausgangstaktsignal des Frequenzteilers wird einem Eingang eines Phasendetektors zugeführt. Am anderen Eingang des Phasendetektors liegt ein Referenztaktsignal mit einer festen Referenzfrequenz an.
Weiterhin ist es bekannt, eine Phasenregelvorrichtung als sogenannte Software-PLL auszuführen, die durch ein von einem Mikrocontroller ausgeführtes Programm realisiert wird. Der Mikrocontroller vergleicht das zeitliche Auftreten des an einem Eingang anliegenden Synchrontaktsignals mit einem erwarteten zeitlichen Auftreten und verändert variable Werte derart, dass das erwartete zeitliche Auftreten mit dem tatsächlichen Synchrontaktsignal übereinstimmt. Nachteil einer solchen Realisierungsform einer PLL ist, dass der Controller aufgrund des Zeitbedarfs für die Abarbeitung des in ihm gespeicherten Programms bei einer besonders hohen Taktfrequenz arbeiten muss. Dies stellt besondere Leistungsanforderungen an den Mikrocontroller, dessen Betrieb daher mehr Energie erfordert und der aufwändiger und teurer in der Anschaffung ist. Weiterhin tritt bei derartigen Phasenregelvorrichtungen ein nicht vorhersehbarer Phasenfehler in der Größenordnung maximal einer Befehlsausführungszeit des Prozessors als Jitterquelle auf, was zu einem zusätzlichen Phasenrauschen führt.
Aus der US 5,387,913 ist es schließlich bekannt, eine Phasenregelvorrichtung gemeinsam mit einem digitalen Signalprozessor, der ein manuelles Eingangssignal zur Bestimmung einer Abstimmfrequenz eines Radioempfängers liefert, in einem einzigen integrierten Schaltkreis zu implementieren.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem ist es, eine auch für Eingangssignale mit, bezogen auf die Verarbeitungsgeschwindigkeit des eingesetzten Mikrocontrollers, hohen Taktfrequenzen geeignete Phasenregelvorrichtung anzugeben, die die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik mindert oder beseitigt.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Phasenregelvorrichtung zur phasenstarren Synchronisierung eines Ausgangstaktsignals mit einem Eingangssignal, das einen seriellen Eingangsdatenstrom mit Eingangstaktinformation und Nutzdaten repräsentiert, mit

– einem Signaldetektor, der ausgebildet ist zum Empfang eines von extern stammenden Eingangssignals, das Eingangstaktinformation enthält, und zum Ausgeben eines Synchrontaktsignals, das zur Eingangstaktinformation synchron ist,
– einem spannungsgesteuerten Oszillator, der ausgebildet ist, ein Steuertaktsignal mit einer Steuertaktfrequenz abzugeben, die einer anliegenden Regelspannung proportional ist,
– einem Mikrocontroller mit einem Arbeitstakt-Eingang, an dem das vom spannungsgesteuerten Oszillator ausgegebene Steuertaktsignal anliegt, und der ausgebildet ist, mit der Steuertaktfrequenz des am Arbeitstakt-Eingang anliegenden Steuertaktsignals ein im Mikrocontroller gespeichertes Programm abzuarbeiten, das Schritte des Erzeugens und Abgebens eines Ausgangstaktsignals mit einer Ausgangstaktfrequenz umfasst, die in einem vorbestimmten Teilungsverhältnis zur Steuertaktfrequenz des Steuertaktsignals steht,
– einem Phasenvergleicher, an dessen Eingängen das Ausgangstaktsignal und das Synchrontaktsignal anliegen, und der ausgebildet ist, ein Gleichspannungssignal zu erzeugen und abzugeben, das der Phasendifferenz der an den Eingängen anliegenden Signale proportional ist, und mit
– einer Integrationseinheit, an deren Eingang das Gleichspannungssignal anliegt, und die ausgebildet ist, eine dem zeitlichen Integral des Gleichspannungssignals über eine vordefinierte Zeitspanne proportionale Regelspannung auszugeben, die dem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführt ist.

Die erfindungsgemäße Phasenregelvorrichtung umfasst einen vom Signaldetektor, dem spannungsgesteuerten Oszillator, dem Phasenvergleicher und der Integrationseinheit gebildeten Hardwarekern, der mit geringem Jitter das vom Mikrocontroller erzeugte Ausgangstaktsignal mit der empfangenen Eingangstaktinformation des Eingangsdatenstroms in Phase bringt, indem er die Arbeitstaktfrequenz des Mikrocontrollers regelt.
Der Mikrocontroller arbeitet mit diesem Arbeitstakt ein gespeichertes Programm ab, mit dem er das Ausgangstaktsignal mit einer Ausgangstaktfrequenz erzeugt, die in einem vorbestimmten Teilungsverhältnis zur Steuertaktfrequenz steht, die vom spannungsgesteuerten Oszillator erzeugt und dem Mikrocontroller als Arbeitstaktfrequenz vorgegeben wird. Auf diese Weise ermöglicht es die erfindungsgemäße Phasenregelvorrichtung, mit einem Mikrocontroller externe periodische Signale, Daten oder Ereignisse zu verarbeiten, wobei die im Mikrocontroller stattfindenden Softwareabläufe stets phasenstarr mit dem periodischen Auftreten dieser externen Signale, Daten oder Ereignisse sind. Dabei muss der Mikrocontroller nur so schnell sein, dass er die Abfolge der Befehle des in ihm gespeicherten Programms in der dafür vorgesehenen Zeit abarbeitet.
Für den Vorgang der Synchronisierung mit der Eingangstaktinformation im seriellen Eingangsdatenstrom wird im Gegensatz zu einer Software-PLL-Implementation oder zur interruptgesteuerten Synchronisation auf ein einer vorgeschalteten PLL entnommenes Ausgangstaktsignal keine Rechenzeit benötigt.
Die Einbindung des Mikrocontrollers in die erfindungsgemäße Phasenregelvorrichtung ermöglicht wegen der Programmierbarkeit des Mikrocontrollers eine leicht realisierbare Adaption der Phasenregelvorrichtung an verschiedene Anwendungsfälle.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Phasenregelvorrichtung beschrieben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind der Signaldetektor, der spannungsgesteuerte Oszillator, der Phasenvergleicher und der Integrator als vom Mikrocontroller getrennte Bauelemente oder als vom Mikrocontroller getrennte Schaltkreise einer integrierten Schaltung ausgebildet. Auf diese Weise wird um den Mikrocontroller ein schneller, jitterarmer Hardwarekern gebildet, der das vom Mikrocontroller erzeugte Ausgangstaktsignal mit der Eingangstaktinformation des Eingangsdatenstroms in Phase bringt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Signaldetektor ausgebildet, im empfangenen Eingangssignal, die Eingangstaktinformation zu erkennen und allein die Eingangstaktinformation in Form des Synchrontaktsignals an seinem Ausgang bereitzustellen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Mikrocontroller ausgebildet, ein mit dem Ausgangstaktsignal in fester Phasenbeziehung stehendes Abtasttaktsignal zu erzeugen, dessen Frequenz ein vorbestimmtes Vielfaches des Ausgangstaktsignals bildet. Auf diese Weise wird es ermöglicht, den seriellen Eingangsdatenstrom Symbol für Symbol synchron abzutasten. Wegen des geringen Phasenjitters ist die Abtastung besonders schmaler Datensignale zuverlässig möglich.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform enthält der Mikrocontroller zusätzlich eine Datenabtastvorrichtung, der das Abtasttaktsignal und das Eingangssignal zugeführt ist, und die ausgebildet ist, mit dem durch das Abtasttaktsignal vorgegebenen Takt dem Eingangsdatenstrom Nutzdatensymbole zu entnehmen und an einem Ausgang auszugeben. Die ausgegebenen Daten können anschließend einer weiteren Verarbeitung oder einer Wiedergabe zugeführt werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Datenabtastvorrichtung in Form einer ersten Torschaltung ausgebildet, die einen geschlossenen Zustand hat, bei dem am Ausgang kein Signal anliegt, und einen geöffneten Zustand, bei dem am Ausgang das Eingangssignal anliegt, und die bei Eintreffen eines Abtastsignals für eine vorbestimmte Zeitspanne den geöffneten Zustand annimmt und ansonsten den geschlossenen Zustand.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Datenabtastvorrichtung als Abtast- und Halteglied ausgebildet, dem das Eingangssignal und das Abtastsignal zugeführt ist, und das ausgebildet ist, mit jedem neuen Abtastsignal das aktuelle Eingangssignal abzutasten und das Abtastergebnis bis zum Eintreffen des nächsten Abtastsignals am Ausgang auszugeben.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Phasenvergleicher ausgebildet, das Gleichspannungssignal mit einem Gleichspannungswert zu erzeugen, der proportional zur Phasendifferenz des Ausgangstaktsignals und des Synchrontaktsignals in Bezug auf die zeitliche Mitte des Synchrontaktsignals ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel gilt das vom Mikrocontroller erzeugte Abtasttaktsignal dann als phasensynchron zum Synchrontaktsignal, wenn es zeitlich mittig über dem Synchrontaktsignal liegt.
Bevorzugt ist dabei die Breite des Abtasttaktsignals größer als das breitest zu erwartende Synchrontaktsignal. Dies ist vor allem von Vorteil, wenn die Breite des Synchrontaktsignals durch Störungen im Übertragungsweg nicht konstant ist, wie dies zum Beispiel bei der drahtlosen Datenübertragung der Fall ist, bei der die Breite meist abhängig von der Empfangsstärke des analog übertragenen Signals ist. Auf diese Weise wird auch bei schwankenden Übertragungsbedingungen die Entnahme der Nutzdaten aus dem Eingangsdatenstrom zum jeweils optimalen Zeitpunkt ermöglicht. Dies stellt eine fehlerarme Abtastung des Eingangssignals sicher.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Phasenvergleicher zusätzlich ausgebildet, an einem Ausgang ein Einrastsignal abzugeben, welches anzeigt, dass momentan die Phasendifferenz zwischen Synchrontaktsignal und Ausgangstaktsignal verschwindet oder einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist dem Signaldetektor eine zweite Torschaltung vorgeschaltet, der das Eingangssignal, und ein Freigabesignal zugeführt sind, und die ausgebildet ist,

– in einem geschlossenen Zustand kein Ausgangssignal abzugeben und in einem geöffneten Zustand das Eingangssignal als Ausgangssignal abzugeben,
– bei nicht anliegendem Freigabesignal den geöffneten Zustand anzunehmen und
– bei anliegendem Freigabesignal den geschlossenen Zustand anzunehmen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Detektion der Eingangstaktinformation aus dem Eingangsdatenstrom, vom Zeitpunkt des gleichzeitigen Eintreffens von Synchrontaktsignal und Ausgangstaktsignal an gerechnet, jeweils für eine Zeitspanne von etwas weniger als eine Periodendauer der Eingangstaktfrequenz gesperrt, wenn die Phasenregelvorrichtung eingerastet ist. So wird eine aktive Störunterdrückung realisiert, die eine fälschliche Detektion von Störungen im Eingangssignal oder zufällig mit der Eingangstaktinformation ähnlichen Bitfolgen als Eingangstaktinformation verhindert. Die Eingangstaktinformation wird nur dann detektiert, wenn sie auch erwartet wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist dem Mikrocontroller ein Signal zugeführt, das Information über den Wert der Regelspannung repräsentiert. Beispielsweise kann der Integrationseinheit eine Grenzwertvorrichtung nachgeschaltet sein, die mit zwei Ausgangsbits anzeigt, ob sich der Phasenregelkreis in einem vordefinierten erlaubten Arbeitsbereich befindet, und in welcher Richtung gegebenenfalls eine Abweichung vom erlaubten Arbeitsbereich besteht. Beide Bit-Signale sind dem Mikrocontroller zugeführt. Das im Mikrocontroller gespeicherte Programm enthält einen zusätzlichen Schritt des Anpassens des Teilungsverhältnisses zwischen Steuertaktsignal und Ausgangstaktsignal in Abhängigkeit von der Information über die Höhe der Regelspannung. Auf diese Weise kann der Fangbereich der Phasenregelvorrichtung erheblich erhöht werden, ohne dass sich der Phasenjitter erhöht. Die erzielbare Erweiterung des Fangbereiches ist deutlich größer als sie allein mit Hilfe des spannungsgesteuerten Oszillators möglich wäre. Zur Gewinnung der Information über die Richtung der Frequenzablage ist es bei diesem Ausführungsbeispiel vorteilhaft, einen zweiten PLL-Zweig aus Synchronimpulsdetektor, Phasenvergleich Ladungspumpe und Diskriminator vorzusehen, der nicht die oben erwähnte Störunterdrückung enthält. Denn die Störunterdrückung verhindert die Erkennung des Zustandes „Frequenz zu hoch”, weil unerwartet häufige Synchronimpulse unterdrückt werden. Wird die Hardware der PLL als ASIC (Application Specific Integrated Circuit) oder FPGA (Field Programmable Gate Array, Logik-Array) ausgeführt, so ist der Aufwand für den zusätzlichen PLL-Zweig minimal.
Eine erfindungsgemäße Empfängervorrichtung umfasst eine zum Empfang von Eingangssignalen in Form von Funksignalen ausgebildete Antenne und eine Phasenregelvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, deren Signaldetektor mit der Antenne verbunden ist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Empfängervorrichtung und deren Vorteile ergeben sich aus der vorstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Phasenregelvorrichtung.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Regelungsverfahren zur Synchronisation eines abzugebenden Ausgangstaktsignals mit einem Eingangssignal, das einen seriellen Eingangsdatenstrom mit Eingangstaktinformation und Nutzdaten repräsentiert, mit einer die folgenden Schritte umfassenden Regelschleife:

– Identifizieren im Eingangssignal enthaltener Eingangstaktinformation und Ausgeben eines Synchrontaktsignals, das mit der identifizierten Eingangstaktinformation synchron ist,
– durch ein Steuertaktsignal getaktetes Abarbeiten eines im Mikrocontroller gespeicherten Programms, das Schritte des Erzeugens und Abgebens eines Ausgangstaktsignals mit einer Ausgangstaktfrequenz umfasst, die in einem vorbestimmten Teilungsverhältnis zur Steuertaktfrequenz des Steuertaktsignals steht,
– Vergleichen der Phasenlagen des Ausgangstaktsignals und des Synchrontaktsignals und Erzeugen eines ihrer Phasendifferenz proportionalen Gleichspannungssignals,
– Erzeugen einer dem zeitlichen Integral des Gleichspannungssignals über eine vorbestimmte Zeitspanne proportionalen Regelspannung,
– Erzeugen und Abgeben des Steuertaktsignals an den Mikrocontroller, wobei die Steuertaktfrequenz der Regelspannung proportional ist.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens ergeben sich aus der oben stehenden Beschreibung der Vorteile der Phasenregelvorrichtung des ersten Aspekts der Erfindung. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens beschrieben.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens erzeugt der Mikrocontroller zusätzlich ein mit dem Ausgangstaktsignal in fester Phasenbeziehung stehendes Abtasttaktsignal. Die Frequenz des Abtastsignals kann in einem Ausführungsbeispiel ein vorbestimmtes Vielfaches des Ausgangstaktsignals bilden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden dem Eingangsdatenstrom des Eingangssignals mit dem durch das Abtasttaktsignal vorgegebenen Takt Nutzdatensymbole entnommen.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform gibt der Mikrocontroller die phasenstarren Abtasttaktsignale zeitlich mittig in Bezug auf eine erwartete Dauer eines ein Nutzdatensymbol repräsentierenden Eingangssignals ab.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Einrastsignal erzeugt, wenn momentan die Phasendifferenz zwischen Synchrontaktsignal und Ausgangstaktsignal verschwindet oder einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist dem Mikrocontroller eine Information über die Höhe der Regelspannung zugeführt und enthält das im Mikrocontroller gespeicherte Programm einen zusätzlichen Schritt des Anpassens des Teilungsverhältnisses zwischen Steuertaktsignal und Ausgangstaktsignal in Abhängigkeit von der anliegenden Regelspannung.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, das insbesondere eine Konkretisierung der zuletzt beschriebenen Ausführungsform darstellt,

– wird ein erstes Grenzwertsignal abgegeben, wenn die Regelspannung einen oberen Grenzwert erreicht hat, und ein zweites Grenzwertsignal abgegeben, wenn die Regelspannung einen unteren Grenzwert erreicht hat, und
– weist das im Mikrocontroller gespeicherte Programm zusätzliche Schritte des Verringerns des Teilungsverhältnisses bei Anliegen eines ersten Grenzwertsignals und des Erhöhens des Teilungsverhältnisses bei Anliegen eines zweiten Grenzwertsignals auf.

Nachfolgend werden weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Phasenregelvorrichtung mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Phasenregelvorrichtung gemäß der Erfindung,
2 ein Detail eines Diversity-Empfängers mit einer Phasenregelvorrichtung gemäß der Erfindung,
3 ein detaillierteres Blockschaltbild der Integratorschaltung aus 1,
4 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der zeitlichen Bezüge verschiedener von der Phasenregelvorrichtung der 1 erzeugter interner Signale zur Eingangstaktinformation, die in einem empfangenen Eingangssignal enthalten ist,
5 eine modifizierte Variante einer Ladungspumpe,
6 ein Diagramm zur Veranschaulichung der zeitlichen Verhältnisse unterschiedlicher Signale zueinander, und
7 eine weitere modifizierte Variante der Grundschaltung aus 3.
1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Phasenregelvorrichtung 10 gemäß der Erfindung. Die Phasenregelvorrichtung enthält eine phasenstarre Regelschleife 12, die nachfolgend auch kurz als PLL bezeichnet wird, der PLL 12 vorgeschaltet sind eine erste Torschaltung 14 und ein Signaldetektor 16. An einem Ausgang 18 der PLL liegt ein regenerierter Datentakt in Form eines Abtastsignals an. Das Abtastsignal ist parallel einer Datenabtastvorrichtung in Form einer zweiten Torschaltung 20 an deren ersten Eingang 20.1 zugeführt. An der zweiten Torschaltung 20 liegt an einem zweiten Eingang 20.2 das parallel auch der ersten Torschaltung 14 zugeführte Eingangssignal an.
Nachfolgend wird der Aufbau der PLL 12 näher erläutert. Die PLL 12 hat einen Phasenvergleicher 22, an dessen ersten Eingang 22.1 das Ausgangssignal des Signaldetektors 16 (Synchrontaktsignal) und an dessen zweiten Eingang 22.2 das Ausgangstaktsignal eines programmierten Mikrocontrollers 28 anliegt. Diesem ist ein Integrator 24 nachgeschaltet. Ein spannungsgesteuerter Oszillator (Voltage Controlled Oszillator, VCO) 26 ist an seinem Steuereingang mit dem Integrator 24 verbunden.
Der Ausgang des VCO 26 ist einem Takteingang des Mikrocontrollers 28 zugeführt. Das im Mikrocontroller enthaltene Programm implementiert die Funktion eines programmierbaren digitalen Frequenzteilers. Ein mit Hilfe des Programms erzeugtes Ausgangstaktsignal des Mikrocontrollers wird an einen zweiten Eingang des Phasenvergleichers 22 zurückgeführt, womit die Regelschleife der PLL 12 geschlossen ist.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Phasenregelvorrichtung 10 während ihres Betriebs erläutert. Für die Zwecke der nachfolgenden Beschreibung wird als Beispiel eines Eingangssignals der Phasenregelvorrichtung 10 ein funktechnisch übertragener serieller Datenstrom gewählt, der Eingangstaktinformationen in Form mehrerer aufeinanderfolgender Synchronmerkmale enthält. Zur näheren Erläuterung wird auf 4a) verwiesen. Dort ist in einem Zeitdiagramm ein Eingangssignal E dargestellt. Das Eingangssignal E umfasst Datenworte, von denen in 4a) die Datenworte W1 und W2 als Signalgruppen dargestellt sind. Die Datenworte W1 und W2 werden senderseitig mit einer charakteristischen Zeitstruktur erzeugt. Diese Zeitstruktur wird von der Phasenregelvorrichtung 10 zur Synchronisierung herangezogen. Charakteristische Merkmale der Zeitstruktur der Datenworte sind:

– ein zeitlicher Abstand T_Pause der Datenworte W1 und W2 (sowie aller weiteren Datenworte) von einander
– ein durch einen 14 μs langen Signalimpuls repräsentiertes Vorstart-Bit V am Beginn jedes Datenwortes sowie
– ein in jedem Datenwort auf das jeweilige Vorstart-Bit V folgendes Start-Bit S, das durch einen Signalimpuls von 4,5 μs Dauer repräsentiert wird und anhand seiner geringeren Zeitdauer vom Vorstart-Bit unterscheidbar ist.

Das Anwendungsgebiet der Vorrichtung der 1 ist jedoch selbstverständlich nicht auf die beschriebene Signalstruktur, noch auf die Synchronisierung mit funktechnisch übertragenen Eingangssignalen beschränkt.
Die erste Torschaltung 14 ist zunächst in ihrem geöffneten Zustand. Ein an ihrem Eingang 14.1 anliegendes Empfangssignal E (vgl. 4a) liegt unverändert an ihrem Ausgang an und wird an den Signaldetektor 16 weitergeleitet.
Der Signaldetektor 16 ist ausgebildet, die Kombination der drei genannten Merkmale der Eingangstaktinformation im Eingangssignal E zu erkennen. Dabei wird zunächst die Pause anhand ihrer vordefinierten Zeitdauer T_Pause von beispielsweise 70 ms erkannt. Wurde eine Pause erkannt, wird anschließend auf das Vorliegen eines Vorstart-Bits geprüft. Zur Prüfung auf das Vorliegen des Vorstart-Bits wird von der dem Empfänger vorbekannten Information Gebrauch gemacht, dass allein der Signalimpuls, der das Vorstart-Bit V repräsentiert, eine Dauer von mehr als 9,8 μs (nämlich 14 μs) hat. Wurde das Vorstart-Bit erkannt, wird anschließend das am Eingang des Signaldetektors eintreffende Start-Bit an den Ausgang des Signaldetektors 16 geleitet.
Das Ausgangssignal des Signaldetektors 16 bildet das der PLL 12 zugeführte Synchrontaktsignal und ist in 4b) dargestellt. Das Steuertaktsignal besteht allein aus dem periodisch im Eingangssignal E auftretenden kurzen Signalimpuls, der das jeweilige Start-Bits S der eintreffenden Datenworte repräsentiert, und wird stets synchron mit diesem ausgegeben.
In der PLL 12 empfängt der Phasenvergleicher 22 an seinem Eingang 22.1 das Synchrontaktsignal und an seinem Eingang 22.2 das vom Mikrocontroller 28 erzeugte Ausgangstaktsignal. Der Phasenvergleicher ist ausgebildet, an seinem Ausgang 22.3, ein Gleichspannungssignal zu erzeugen und abzugeben, das der Phasendifferenz der an seinen Eingängen 22.1 und 22.2 anliegenden Signale proportional ist. Das Ausgangssignal des Phasenvergleichers enthält also Informationen über das Vorzeichen und den Betrag der Phasendifferenz des Synchrontaktsignals und des Ausgangstaktsignals des Mikrocontrollers 28. Die Phasendifferenz lässt sich im Fall von Rechteck-Signalimpulsen einfach durch messen der Zeitdifferenz des Eintreffens des Synchrontaktsignals am Eingang 22.1 und des Ausgangstaktsignals am Eingang 22.2 des Phasenvergleichers 22 bestimmen.
Das vom Phasenvergleicher 22 erzeugte Gleichspannungssignal wird dem Integrator 24 zugeleitet. Der Integrator 24 bildet ein Tiefpassfilter und hat an seinem Ausgang eine Regelspannung anliegen, die dem zeitlichen Integral des am Eingang anliegenden Gleichspannungssignals proportional ist. Die Regelspannung liegt am Steuereingang des VCO 26 an, dessen ausgegebenes Steuertaktsignal entsprechend der Höhe der Regelspannung verändert wird.
Das Steuertaktsignal liegt am Takteingang 28.1 des Mikrocontrollers 28 an. Der Mikrocontroller arbeitet ein in ihm gespeichertes Programm ab, durch das er innerhalb der PLL 12 die Funktion eines (programmierbaren) Frequenzteilers implementiert. Für die vorliegende Darstellung soll die Programmierbarkeit zunächst außer Acht bleiben. Es wird also zunächst angenommen, dass der Mikrocontroller einen Frequenzteiler mit festem Teilungsverhältnis bildet. Wesentlich ist, dass alle Aktivitäten des Mikrocontrollers vom Steuertaktsignal am Eingang 28.1 getaktet werden. Der Mikrocontroller 28 erzeugt auf diese Weise sein Ausgangstaktsignal, das er über seinen Ausgang 28.2 an den Eingang 22.2 des Phasenvergleichers 22 zurückführt. Das Ausgangstaktsignal ist ein Rechteckimpuls mit einer Dauer, die größer ist als die Dauer des Synchrontaktsignals, das vom Signaldetektor 16 an den Eingang 22.1 des Phasenvergleichers gegeben wird. Die Synchronisierung ist dann hergestellt, wenn das Ausgangstaktsignal und das Synchrontaktsignal zeitlich mittig übereinander liegen. Diese Situation ist in 4c) am Beispiel des Ausgangstaktsignals A1 dargestellt, das mit dem Synchrontaktsignal S (4b)) zeitlich mittig überlappt. Dies hat den Vorteil, dass empfangsbedingte Schwankungen der Signaldauer des Synchrontaktsignals keinen Einfluss auf die Phasenlage des Ausgangstaktsignals relativ zum Synchrontaktsignal haben. Würde man stattdessen auf eine Flanke des Synchrontaktsignals synchronisieren, wäre ein solcher Einfluss gegeben, wodurch die Stabilität der Synchronisation verringert würde.
4c) zeigt mit den Ausgangstaktsignalen A2 und A3 zwei Fälle, in denen die Synchronisation noch nicht hergestellt ist. Das Ausgangstaktsignal A2 trifft am Eingang 22.2 ein, bevor das Synchrontaktsignal S2 am Eingang 22.1 des Phasenvergleichers 22 detektiert wird. In diesem Fall wird der Phasenvergleicher 22 an seinem Ausgang eine entsprechende Gleichspannung anlegen, die über den Integrator 24 dem Spannungsgesteuerten Oszillator 26 zugeführt wird und zu einer Verringerung der Steuertaktfrequenz des vom spannungsgesteuerten Oszillator erzeugten Steuertaktsignals führt. Dementsprechend wird der Mikrocontroller 28 die Ausgangstaktfrequenz des Ausgangstaktsignals an seinem Ausgang 28.2 verringern. Spätere Ausgangstaktsignale werden daher besser mit dem Steuertaktsignal synchronisiert sein. Entsprechend, jedoch mit umgekehrten Vorzeichen, wird der PLL bei einem zeitlich verzögerten Eintreffen des Ausgangstaktsignals beim Phasenvergleicher 22 reagieren, wie es am Beispiel des Ausgangstaktsignals A3 in 4c) dargestellt ist. In diesem Fall wird das Ausgangssignal des Phasenvergleichers 22 über den Integrator und den VCO 26 zu einer Erhöhung der Ausgangstaktfrequenz des Mikrocontrollers 28 führen. Auf diese Weise gelingt es, das Ausgangstaktsignal des Mikrocontrollers 28 mit dem Synchrontaktsignal und daher mit dem Eingangssignal zu synchronisieren.
Der Mikrocontroller 28 gibt an seinem Ausgang 28.3 ein Abtastsignal mit einer Abtasttaktfrequenz aus, die dem zeitlichen Abstand der einzelnen Signalimpulse innerhalb der Datenworte W1 und W2 entspricht. Das am Ausgang 28.3 anliegende Abtastsignal ist immer synchron mit dem Takt der Signalimpulse innerhalb der empfangenen Datenworte solange das Ausgangstaktsignal synchron mit dem Eingangstaktsignal ist. Auf diese Weise können mit Hilfe der zweiten Torschaltung 20 die an ihrem Eingang 20.2 empfangenen einzelnen Signalimpulse korrekt identifiziert und die einzelnen im Datenwort enthaltenen Nutzdatenbits detektiert werden. Die regenerierten Nutzdatenbits werden am Ausgang 20.3 der zweiten Torschaltung 20 zur weiteren Verarbeitung ausgegeben.
In der Phasenregelvorrichtung der 1 wird zur Unterdrückung von Störquellen an einem Ausgang 22.4 des Phasenvergleichers 22 ein Freigabesignal erzeugt, dass – angelegt an den Eingang 14.2 der ersten Torschaltung 14 – nachdem sowohl Synchrontaktsignal als auch Ausgangstaktsignal eingetroffen sind, die erste Torschaltung 14 für etwas weniger als die Zeit vom Ende des Startbits bis zum Beginn der nächsten Pause in einen geschlossenen Zustand versetzt. Ein Beispiel eines geeigneten Zeitfensters ist in 4a) mit dem Bezugszeichen F gekennzeichnet. Auf diese Weise wird verhindert, dass zufällige Ähnlichkeiten von Eingangssignalimpulsen im Datenstrom als Eingangstaktinformation interpretiert werden und die Regelspannung verfälschen. So wird eine aktive Störaustastung realisiert. Steuerinformation für die Torsteuerung wird unter Verwendung der Information ”eine Synchronsequenz abgeschlossen” aus den Signalen der Eingangstaktabtrennung und der Phasenvergleichsschaltung gewonnen.
Der Mikrocontroller implementiert in einer Weiterbildung des Ausführungsbeispiels der 1 einen programmierbaren Frequenzteiler. Bei dieser Weiterbildung ist der Integrationseinheit 24 ein hier nicht dargestellter Fensterdiskriminator nachgeschaltet, der ein erstes Grenzwertsignal erzeugt und abgibt, das anzeigt, dass die Regelspannung einen oberen Grenzwert erreicht hat, und ein zweites Grenzwertsignal erzeugt und abgibt, das anzeigt, dass die Regelspannung einen unteren Grenzwert erreicht hat. Dem Mikrocontroller 28 wird das erste und zweite Grenzwertsignal über nicht dargestellte Eingänge zugeführt. Das im Mikrocontroller gespeicherte Programm enthält über die beschriebene Funktionalität hinaus zusätzlich Schritte des Verringerns des Teilungsverhältnisses bei Anliegen des ersten Grenzwertsignals und des Erhöhens des Teilungsverhältnisses bei Anliegen des zweiten Grenzwertsignals. Auf diese Weise kann der Mikrocontroller 28 den Fangbereich der PLL deutlich über das Maß hinaus erweitern, das durch die Steuerbandbreite des spannungsgesteuerten Oszillators ermöglicht wird.
2 zeigt eine Einsatzmöglichkeit der Phasenregelvorrichtung der 1 in Form eines Diversity-Empfängers 100. Lediglich die von der Schaltung der 1 abweichenden oder ihr hinzuzufügenden Teile sind dargestellt. Hierbei handelt es sich um den Empfängerteil 102 und eine erste Stufe 114 des Synchronsignaldetektors.
Der Empfängerteil 102 enthält zwei Antennen 104 und 106 sowie jeweils nachgeschaltete Empfangsschaltungen 108 und 110, die in bekannter Weise Aufgaben der Demodulation und Binarisierung wahrnehmen. Die beiden Antennen 104 und 106 sind wie die Empfänger 108 und 110 auf ein- und dieselbe Sendefrequenz eines Senders abgestimmt. Die beiden Antennen 104 und 106 befinden sich an verschiedenen Empfangsorten, um gemäß dem Diversity-Prinzip einen kontinuierlichen Empfang unabhängig von lokalen Auslöschungen des empfangenen Sendesignals durch gleichstarke gegenphasige Echos desselben zu ermöglichen. Die von beiden Empfangsschaltungen ausgegebenen Signale bilden zwei Eingangssignale der Phasenregelvorrichtung.
Die Schaltung 114 des Empfängers 100 ist der ersten Torschaltung der Phasenregelvorrichtung der 1 vorgeschaltet. Zunächst sind zwei Eingänge 114.1 und 114.2 für Eingangssignale der beiden Empfangsschaltungen 108 und 110 vorgesehen. Die Eingangssignale werden weiterhin zum einen über ein Oder-Gatter 116 und zum anderen über ein Und-Gatter 118 mit einander verknüpft. Die ODER-Verknüpfung dient der Detektion des Zustandes ”1” für das Vorstartbit und das Startbit. Ein Vorstartbit wird vom Signaldetektor detektiert, wenn von einer der Empfangsschaltungen 108 oder 110 oder von beiden Empfangsschaltungen 108 und 110 her ein Vorstartbit anliegt. Die UND-Verknüpfung dient der Detektion des Zustandes ”0” für die Pause. Eine Pause wird nur dann detektiert, wenn beide Eingangssignale der Empfänger 108 und 110 das Vorliegen einer Pause anzeigen. Durch diese Logik ist die Störungstoleranz des Empfängers erhöht.
Der Phasenvergleicher 22 funktioniert nach dem Prinzip der Ladungspumpe, die in ihrer einfachsten Form in 3 dargestellt ist. Synchrontaktsignal 22.1 und Ausgangstaktsignal 22.2 werden jeweils einem Flip-Flop zugeführt und schalten dieses bei ihrem Eintreffen (ansteigende Flanke des jeweiligen Signals) jeweils in seinen ersten stabilen Zustand (gesetzt, d. h. eine ”1” an seinem Ausgang). Je nach dem, welches der beiden Signale 22.1 oder 22.2 zuerst ankommt wird Flip-Flop 122.1 oder 122.2 zuerst gesetzt und schließt damit den Schalter 122.4 oder 122.5. Trifft nun nach dem ersten, das zweite Signal ein, so sind beide Ausgänge beider Flip-Flops im Zustand gesetzt. Damit sind aber beide Eingänge des Und-Gatters 122.3 auf logisch 1 gesetzt, worauf dieses Gatter eine logische „1” am Ausgang führt, was wiederum augenblicklich beide Flip-Flops zurücksetzt.
Je nach dem welches Taktsignal 22.1 oder 22.2 zuerst eintrifft, kann ein positiver oder ein negativer Strom in den Integrator 24 fließen, der durch das Eintreffen des jeweils verspäteten Taktsignals beendet wird und dessen Dauer von der Zeitdifferenz des Eintreffens abhängt, also von der aktuellen Phasenlage. Treffen beide Taktsignale gleichzeitig ein, so fließt kein Strom in Richtung des Integrators 24, da die Flip-Flops augenblicklich mittels UND-Gatter 122.3 gelöscht werden. Wie zu erkennen ist, befinden sich bei einer Schaltung nach 3 die Signale in Phase, wenn die Vorderflanken beider Taktsignale zeitlich aufeinander liegen, d. h. wenn beide Taktsignale zur gleichen Zeit beginnen.
5 zeigt eine im Sinne der Erfindung modifizierte Variante der Ladungspumpe. Hinzugekommen sind nun ein weiteres Flip-Flop 122.7, ein Inverter 122.6 und ein Oder-Gatter 122.8. Das Impulsdiagramm in 6 zeigt den gewünschten Fall der Synchronität, d. h. das Ausgangstaktsignal liegt zeitlich mittig über dem Synchrontaktsignal. Dazu muss das Abtasttakttaktsignal zeitlich vordem Synchrontaktsignal beginnen. Dies hat gemäß obiger Erklärung zur Folge, dass zunächst für die Zeit t1 (6) ein negativer Strom in Richtung Integrator fließt. Dieser muss nun für den Fall der in 6 dargestellten zeitlichen Verhältnisse durch einen gleichgroßen positiven Strom kompensiert werden. Dafür sorgt Flip-Flop 122.7. Dieses Flip-Flop erhält das durch Negator 122.6 negierte Synchrontaktsignal an seinem Takteingang und das Ausgangstaktsignal an seinem Dateneingang. Für den Fall, dass bei fallender Flanke des Synchrontaktsignals das Ausgangstaktsignal noch den Zustand logisch „1” führt, wird nun Flip-Flop 122.7 gesetzt. Anschließend wird es rückgesetzt, wenn das Ausgangstaktsignal auf logisch 0 geht (siehe 6). Da die beiden Ausgänge von Flip-Flop 122.1 und 122.7 Oder-verknüpft dem Schalter 122.4 zugeführt werden, fließt für diese Zeitdauer ein positiver Strom. Somit stellt die in 6 dargestellte zeitliche Abfolge der beiden Signale Synchrontakt und Ausgangstakt den Zustand ”PLL eingerastet” für die Schaltung in 5 dar.
Wenn das Synchrontaktsignal fehlt, beispielsweise wegen Störungen im Übertragungsweg vom Datensender zum Datenempfänger, so würde Flip-Flop 122.2 zwar durch das Ausgangstaktsignal gesetzt, aber nicht durch das Synchrontakt-Synchrontaktsignal rückgesetzt, und es würde dauerhaft ein negativer Strom in Richtung Integrator fließen. Der VCO würde daraufhin auf seiner niedrigsten Frequenz schwingen. Dies stellt das bekannte Verhalten der Flip-Flop-gesteuerten Ladungspumpe dar und ist im vorliegenden Fall unerwünscht.
7 zeigt eine weitere modifizierte Variante der Grundschaltung aus 3, die die Elemente aus 5 enthält und um ein weiteres Flip-Flop 122.9, ein als Tor fungierendes Und-Gatter 122.10 ergänzt wurde. Die Funktion ist unter der Bedingung, dass Flip-Flop 122.9 nicht gesetzt ist und 122.2 anfangs ebenso nicht, mit der zur Schaltung der 6 erläuterten Funktion identisch. Neu ist, dass das Flip-Flop 122.2 mit seinem Daten (D-)Anschluss nicht mehr mit VCC verbunden ist sondern mit dem negierten Ausgang von Flip-Flop 122.2. Das hat zur Folge, dass bei steigender Flanke am Takteingang das Flip-Flop 122.2 der jeweils andere als der gerade vorhandene Zustand eingenommen wird (das Flip-Flop toggelt). Bei vorhandenem Synchrontaktsignal stellt dies zunächst kein geändertes Verhalten gegenüber der Schaltung nach 6 dar. Denn das Flip-Flop 122.2 wird immer durch das UND-Gatter 122.3 zurückgesetzt, wenn nacheinander Ausgangstaktsignal und Synchrontaktsignal eingetroffen sind.
Fehlt nun aber das Synchrontaktsignal, (Signalschema nach 8), so ist das Flip-Flop 122.2 noch immer gesetzt, wenn das Ausgangstaktsignal das nächste Mal eintrifft. Es floss gerade für die Zeit einer Periode des Ausgangstaktsignals ein negativer Strom in den Integrator. Das Ausgangssignal von Flip-Flop 122.2 liegt nun aber am Dateneingang von Flip-Flop 122.9. Die steigende Flanke des Ausgangstaktsignals bei noch nicht gelöschtem Flip-Flop 122.2 hat nun zur Folge, dass das Flip-Flop 122.9 gesetzt wird, das seinerseits mit seinem Ausgang am Setzeingang von Flip-Flop 122.1 liegt. Damit wird Flip-Flop 122.1 gesetzt. Nun sind beide Flip-Flops 122.1 und 122.2 gesetzt und werden über UND-Gatter 122.3 rückgesetzt. Da am Setzeingang von Flip-Flop 122.1 immer noch logisch „1” vom noch immer gesetzten Flip-Flop 122.9 liegt, ist Flip-Flop 122.1 auch noch gesetzt, während Flip-Flop 122.2 rückgesetzt bleibt. Es fließt nun ein positiver Strom in den Integrator. Dieser Zustand bleibt nun für eine Periode der Ausgangstaktfrequenz bestehen.
Trifft nun die nächste steigende Flanke des Ausgangstaktsignals ein, so wird Flip-Flop 122.9 rückgesetzt. An seinem D-/Daten-Eingang ist ja noch logisch „0” vom Ausgang von Flip-Flop 122.2. Flip-Flop 122.2 wird gesetzt, und weil nun sowohl Flip-Flop 122.1 als auch 122.2 gesetzt sind, werden beide Flip-Flops nach Verknüpfung ihrer Ausgangssignale durch UND-Gatter 122.3 rückgesetzt.
Für die nun folgende Periode des Ausgangstaktsignals fließt kein Strom in den Integrator. Wie der obigen Erklärung zu entnehmen ist, fließt bei fehlendem Synchrontaktsignal für eine Periode des Ausgangstaktsignals zunächst ein negativer Strom, dann für die nächste Periode ein positiver Strom und wiederum für die nächste Periode kein Strom in den Integrator. Sind die Ströme gut balanciert, so bleibt bei fehlendem Synchrontaktsignal, der Ladezustand des Integrators unverändert und damit die Frequenz des VCO konstant. Der Impulslängendetektor 122.11 überwacht den Ausgang des Flip-Flops 122.2 und erzeugt für den Fall, dass die Dauer eines negativen Stromflusses in den Integrator einen bestimmten Wert überschreitet, einen Austastimpuls von etwa der Länge des Ausgangstaktsignals, der dem UND-Gatter 122.10 zugeführt wird und über dieses für eben diese Zeit die Weiterleitung des Synchrontaktsignals sperrt. Damit wird gewährleistet, dass die oben beschriebene Abfolge von gleichlangem positivem und negativem Stromfluss nicht durch dazwischen eintreffende Synchrontaktsignale gestört wird. Dieses Prinzip hat sich im praktischen Einsatz als außerordentlich störungsresistent erwiesen.

Claims

Phasenregelvorrichtung zur phasenstarren Synchronisierung eines Ausgangstaktsignals mit einem Eingangssignal, das einen seriellen Eingangsdatenstrom mit Eingangstaktinformation und Nutzdaten repräsentiert, mit – einem Signaldetektor, der ausgebildet ist zum Empfang eines von extern stammenden Eingangssignals, das Eingangstaktinformation enthält, und zum Ausgeben eines Synchrontaktsignals, das zur Eingangstaktinformation synchron ist, – einem spannungsgesteuerten Oszillator, der ausgebildet ist, ein Steuertaktsignal mit einer Steuertaktfrequenz abzugeben, die einer anliegenden Regelspannung proportional ist, – einem Mikrocontroller mit einem Arbeitstakt-Eingang, an dem das vom spannungsgesteuerten Oszillator ausgegebene Steuertaktsignal anliegt, und der ausgebildet ist, mit der Steuertaktfrequenz des am Arbeitstakt-Eingang anliegenden Steuertaktsignals ein im Mikrocontroller gespeichertes Programm abzuarbeiten, das Schritte des Erzeugens und Abgebens eines Ausgangstaktsignals mit einer Ausgangstaktfrequenz umfasst, die in einem vorbestimmten Teilungsverhältnis zur Steuertaktfrequenz des Steuertaktsignals steht, – einem Phasenvergleicher, an dessen Eingängen das Ausgangstaktsignal und das Synchrontaktsignal anliegen, und der ausgebildet ist, ein Gleichspannungssignal zu erzeugen und abzugeben, das der Phasendifferenz der an den Eingängen anliegenden Signale proportional ist, und – einer Integrationseinheit, an deren Eingang das Gleichspannungssignal anliegt, und die ausgebildet ist, eine dem zeitlichen Integral des Gleichspannungssignals über eine vordefinierte Zeitspanne proportionale Regelspannung auszugeben, die dem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Signaldetektor, der spannungsgesteuerte Oszillator, der Phasenvergleicher und die Integrationseinheit als vom Mikrocontroller getrennte Bauelemente oder als vom Mikrocontroller getrennte Schaltkreise einer integrierten Schaltung ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Mikrocontroller ausgebildet ist, ein mit dem Ausgangstaktsignal in fester Phasenbeziehung stehendes Abtasttaktsignal zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, die zusätzlich eine Datenabtastvorrichtung enthält, der das Abtasttaktsignal und das Eingangssignal zugeführt ist, und die ausgebildet ist, mit dem durch das Abtasttaktsignal vorgegebenen Takt dem Eingangsdatenstrom Nutzdatensymbole zu entnehmen und an einem Ausgang auszugeben.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Datenabtastvorrichtung in Form einer ersten Torschaltung ausgebildet ist, die einen geschlossenen Zustand hat, bei dem am Ausgang kein Signal anliegt, und einen geöffneten Zustand, bei dem am Ausgang das Eingangssignal anliegt, und die den geöffneten Zustand bei Eintreffen eines Abtastsignals für eine vorbestimmte Zeitspanne annimmt und ansonsten den geschlossenen Zustand annimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Datenabtastvorrichtung als Abtast- und Halteglied ausgebildet ist, dem das Eingangssignal und das Abtastsignal zugeführt ist, und das ausgebildet ist, mit jedem neuen Abtastsignal das aktuelle Eingangssignal zu übernehmen und bis zum Eintreffen des nächsten Abtastsignals am Ausgang auszugeben.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der der Mikrocontroller ausgebildet ist, die phasenstarren Abtasttaktsignale zeitlich mittig in Bezug auf eine erwartete Dauer eines ein Nutzdatensymbol repräsentierenden Eingangssignals abzugeben.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Phasenvergleicher zusätzlich ausgebildet ist, an einem Ausgang ein Einrastsignal abzugeben, welches anzeigt, dass momentan die Phasendifferenz zwischen Synchrontaktsignal und Ausgangstaktsignal verschwindet oder einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der dem Signaldetektor eine zweite Torschaltung vorgeschaltet ist, der das Eingangssignal und ein Freigabesignal zugeführt werden, wobei das Freigabesignal nach Eintreffen von Synchrontaktsignal und Ausgangstaktsignal am Phasenvergleicher für eine Zeit von weniger als einer Periode der Frequenz des Synchrontaktsignals unterdrückt wird, um fehlerhaftes Synchronisieren auf der Synchroninformation ähnliche Signalanteile im Eingangssignal zu vermeiden, und die ausgebildet ist, – in einem geschlossenen Zustand kein Ausgangssignal abzugeben und in einem geöffneten Zustand das Eingangssignal als Ausgangssignal abzugeben.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der dem Mikrocontroller eine Information über die Höhe der Regelspannung zugeführt ist, und bei der das im Mikrocontroller gespeicherte Programm einen zusätzlichen Schritt des Anpassens des Teilungsverhältnisses zwischen Steuertaktsignal und Ausgangstaktsignal in Abhängigkeit von der anliegenden Regelspannung enthält.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der – der Integrationseinheit eine Anordnung nachgeschaltet ist, die ausgebildet ist, ein erstes Grenzwertsignal zu erzeugen und abzugeben, das anzeigt, dass die Regelspannung einen oberen Grenzwert erreicht hat, und ein zweites Grenzwertsignal zu erzeugen und abzugeben, das anzeigt, dass die Regelspannung einen unteren Grenzwert erreicht hat, – dem Mikrocontroller das erste und zweite Grenzwertsignal zugeführt sind, und – bei der das im Mikrocontroller gespeicherte Programm zusätzliche Schritte des Verringerns des Teilungsverhältnisses bei Anliegen eines ersten Grenzwertsignals und des Erhöhens des Teilungsverhältnisses bei Anliegen eines zweiten Grenzwertsignals aufweist.
Empfängervorrichtung, mit einer zum Empfang Eingangssignalen in Form von Funksignalen ausgebildeten Antenne, und einer Phasenregelvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, deren Signaldetektor mit der Antenne verbunden ist.
Regelungsverfahren zur Synchronisation eines abzugebenden Ausgangstaktsignals mit einem Eingangssignal, das einen seriellen Eingangsdatenstrom mit Eingangstaktinformation und Nutzdaten repräsentiert, mit einer die folgenden Schritte umfassenden Regelschleife: – Identifizieren im Eingangssignal enthaltener Eingangstaktinformation und Ausgeben eines Synchrontaktsignals, das mit der identifizierten Eingangstaktinformation synchron ist, – durch ein Steuertaktsignal getaktetes Abarbeiten eines im Mikrocontroller gespeicherten Programms, das Schritte des Erzeugens und Abgebens eines Ausgangstaktsignals mit einer Ausgangstaktfrequenz umfasst, die in einem vorbestimmten Teilungsverhältnis zur Steuertaktfrequenz des Steuertaktsignals steht, – Vergleichen der Phasenlagen des Ausgangstaktsignals und des Synchrontaktsignals und Erzeugen eines ihrer Phasendifferenz proportionalen Gleichspannungssignals, – Erzeugen einer dem zeitlichen Integral des Gleichspannungssignals über eine vorbestimmte Zeitspanne proportionalen Regelspannung, – Erzeugen und Abgeben des Steuertaktsignals an den Mikrocontroller, wobei die Steuertaktfrequenz der Regelspannung proportional ist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Mikrocontroller zusätzlich ein mit dem Ausgangstaktsignal in fester Phasenbeziehung stehendes Abtasttaktsignal erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem dem Eingangsdatenstrom des Eingangssignals mit dem durch das Abtasttaktsignal vorgegebenen Takt Nutzdatensymbole entnommen werden.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der Mikrocontroller die phasenstarren Abtasttaktsignale zeitlich mittig in Bezug auf eine erwartete Dauer eines ein Nutzdatensymbol repräsentierenden Eingangssignals abgibt.
Verfahren einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem ein Einrastsignal erzeugt wird, wenn momentan die Phasendifferenz zwischen Synchrontaktsignal und Ausgangstaktsignal verschwindet oder einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem dem Mikrocontroller die Regelspannung zugeführt ist, und bei der das im Mikrocontroller gespeicherte Programm einen zusätzlichen Schritt des Anpassens des Teilungsverhältnisses zwischen Steuertaktsignal und Ausgangstaktsignal in Abhängigkeit von der anliegenden Regelspannung enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem – ein erstes Grenzwertsignal abgegeben wird, wenn die Regelspannung einen oberen Grenzwert erreicht hat, und ein zweites Grenzwertsignal abgegeben wird, wenn die Regelspannung einen unteren Grenzwert erreicht hat, – und bei dem das im Mikrocontroller gespeicherte Programm zusätzliche Schritte des Verringerns des Teilungsverhältnisses bei Anliegen eines ersten Grenzwertsignals und des Erhöhens des Teilungsverhältnisses bei Anliegen eines zweiten Grenzwertsignals aufweist.