DE1069407B - Schaltungsanordnung zum Dividieren einer Impulsfolge - Google Patents

Description

DEUTSCHES

In der Schaltungstechnik elektronischer Rechenanlagen und von elektronischen Zählern sind eine Reihe von Verfahren zur Frequenzteilung wie auch zur Teilung von aperiodischen Impulsfolgen bekannt. Während es bei der Teilung fester Eingangsfrequenzen noch möglich ist, aktive, also im allgemeinen selbstschwingende oder eine bestimmte Eigenzeit aufweisende Elemente zur Teilung zu benutzen, z. B. nach dem Prinzip der Synchronisierung von Kippschwingungserzeugern, ist für die Teilung aperiodischer Impulsfolgen die Verwendung von passiven Systemen, also bistabiler Elemente, deren Eigenzeit klein im Verhältnis zur dichtesten Eingangsimpulsfolge ist, gebräuchlich. Hierunter fallen z. B. die unter Verwendung von Flip-Flop-Stufen aufgebauten bekannten Teiler.

Weiterhin sind auch sogenannte »dynamische Flip-Flop-Schaltungen« bekanntgeworden, bei denen der Eingangsimpuls nach Durchlauf einer ODER-Schaltung, einer UND-Schaltung· und eines Verstärkers ao einen umlaufenden Impuls in einer Leiterschleife erzeugt, die aus einer diese Teile nach Art einer Rückkopplung verbindenden Verzögerungsleitung gebildet wird. Einem anderen Eingang dieser Schaltung wird der nächste Impuls zugeführt, der auf eine Inhibier- as Schaltung trifft und den umlaufenden Impuls auslöscht.

Bei diesen Teilern sind auch nachteilige Eigenschaften vorhanden. Der Ausgangsimpuls tritt bei derartigen Schaltungen stets gegen den Eingangsimpuls verzögert auf, da die maximal erreichbare Umschaltungsgeschwindigkeit durch die Zeitkonstante des Schaltungsaufbaues wesentlich früher begrenzt ist, als es z. B. durch die reinen Laufzeiteffekte innerhalb von Vakuumröhren der Fall wäre.

Zwecks Vermeidung der Verzögerung zwischen Eingangs- und Ausgangsimpuls ist es weiterhin bekannt, in die Verbindung vom Eingang der Dividierschaltung zum Ausgang der Dividierschaltung lediglich eine UND-Schaltung einzuordnen, deren zweitem Eingang ein Signal immer dann zugeführt wird, wenn die dem Teilverhältnis entsprechende Zahl von Eingangsimpulsen eingetroffen ist. Auch diese Schaltung ist jedoch hinsichtlich der oberen Frequenzgrenze durch die Umschaltzeiten der als Teiler verwendeten bistabilen Multivibratoren begrenzt. Die erfindungsgemäße Anordnung ergibt unter Benutzung derartiger bekannter, in den Verbindungsweg eingefügter UND-Schalter eine auch für sehr hohe Frequenzen arbeitende und. praktisch keine Verzögerung zwischen Ausgangs- und Eingangsimpuls aufweisende Teilung, indem z. B. bei einer Teilung durch zwei die Eingangsimpulse gleichzeitig dem · einen Eingang einer ODER-Schaltung zugeführt werden, deren Ausgang Schaltungsanordnung
zum Dividieren einer Impulsfolge

Anmelder:

IBM Deutschland
Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m.b.H.,
Sindelfingen (Württ.), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. Januar 1956

Byron L. Havens, Closter, N. J.,
und Merlin GaIe Smith, West Englewood, N. J.

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

mit dem einen Eingang einer zweiten UND-Schaltung verbunden ist, deren zweiter Eingang über eine Umkehrschaltung mit dem Ausgang der Teilerschaltung verbunden ist und deren Ausgang auf eine Verzögerungsleitung wirkt, die in ihrem Ausgang um eine Impulsfolgezeit später einen Impuls aussendet, der sowohl dem Eingang der ersten UND-Schaltung als auch dem zweiten Eingang der ODER-Schaltung zugeführt wird.

Nach diesem Prinzip läßt sich durch Hinzunahme eines weiteren, ähnlich aufgebauten Kreises auch eine durch den Faktor 3 teilende Schaltung aufbauen. Höhere Teilverhältnisse lassen sich, wie es bisher gebräuchlich ist, durch entsprechende Hintereinanderschaltung der vorerwähnten Gradstufen erzielen.

Die Erfindung wird an Hand einiger Beispiele erläutert:

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer »Durch-2-Dividier-Schaltung«;

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer »Durch-8-Dividier-Schaltung«, die unter Verwendung von »Durch-2-Dividier-Schaltungen« und Verzögerungsleitungen aufgebaut ist;

Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild einer »Durch-16-Dividier-Schaltung«;

Fig. 4 stellt eine Abwandlung der Fig. 1 auf eine »Durch-S-Dividier-Schaltung« dar;

Fig. 5 ist ein Zeitdiagramm und zeigt eine aperiodische Folge von ankommenden Impulsen und den

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Lauf dieser Impulse durch eine »Durch-2-Dividier-Schaltung« und durch eine »Durch-3-Dividier-Schaltung«;

Fig. 6 zeigt die Schaltungsanordnung für eine »Durch-24-Dividier-Schaltung«;

Fig. 7 ist ein Zeitdiagramm einer aperiodischen 0,75-MHz-Impulsfolge, synchronisiert auf 1 MHz Grundfrequenz, die durch eine »Durch-8-Dividier-Schaltung« läuft.

Die in den Figuren gezeigten Dividierschaltungen sind aus einzelnen Blockbausteinschaltungen aufgebaut, die an sich bekannt sind. Es erscheint jedoch zweckmäßig, die mit »Verzögerungsleitung« benannte Verzögerungsschaltung nach Havens näher zu erläutern.

Diese Schaltung hat eine doppelte Aufgabe zu erfüllen. Sie soll den ankommenden Impuls um den folgenden Zeitabschnitt verzögern und außerdem den Impuls so regenerieren, daß ohne Rücksicht auf die Verzögerung des ankommenden Impulses der Ausgangsimpuls einen Zeitabschnitt später in der gewünschten Form auftritt.

Diese Verzögerungsleitung steht z. B. in einer elektronischen Rechenanlage unter Steuerung der Taktfrequenz von z. ß. 1 MHz. Man kann mit einer solchen Verzögerungsleitung auch weitere Schaltungen aufbauen, deren Wirkungsweise von der einer reinen Verzögerungsleitung weitgehend abweicht.

Ein Verriegelungskreis ist eine Schaltung, die einen Impuls oder ein Zeichen hält oder aufrechterhält. Diese Schaltung besteht im wesentlichen aus einer UND-Schaltung und einer Verzögerungsleitung nach Havens, bei der jeder Ausgang jeweils mit dem Eingang des anderen Schaltungsteiles verbunden ist. Wenn sich der Steuerkreis der UND-Schaltung im Ein-Zustand befindet und ein Zeichen in diesen Kreis eingeführt wird, wird das Zeichen fortlaufend in dieser Schaltung umlaufen, bis der Steuerkreis in den Aus-Zustand umgeschaltet wird. Die Verzögerungsleitung arbeitet derart, daß sie dauernd das Zeichen wiedererzeugt, das sie von ihrem Ausgang über die in den Ein-Zustand gesetzte UND-Schaltung zu ihrem Eingangskreis sendet. Eine weitere Ausführungsform als Sperre enthält im wesentlichen eine Verzögerungsleitung und eine ODER-Schaltung, die zu einem Ring zusammengeschlossen sind. Ein in sie eingeführtes Zeichen übt dadurch, daß die ODER-Schaltung es über einen anderen Eingang ermöglicht, dauernd unbegrenzt oder so lange eine Steuerwirkung aus, bis die Verzögerungsleitung durch Abschalten des Synchronisierimpulses keinen Impuls mehr aussenden kann.

Das hervorzuhebende besondere gemeinsame Merkmal der erfindungsgemäßen Dividierschaltungen liegt darin, daß diese Schaltungen aperiodische Impulsfolgen in stets gleichbleibendem festem Teilverhältnis lediglich unter Verwendung von UND-, ODER- und Verzögerungskreisen dividieren. Die Teilung erfolgt dabei in der laufenden Impulsfolge selbst, indem z. B. jeder zweite Impuls gelöscht wird.

Die in Fig. 1 gezeigte »Durch-2-Dividier-Schaltung« kann als Grundbaustein betrachtet werden. An dem Eingang dieser Schaltung liegt die in der ersten Zeile der Fig. 5 mit Eingang bezeichnete Impulsfolge an. Sie besteht im Anfangsteil aus sieben unmittelbar aufeinanderfolgenden Impulsen. Der erste Impuls wird der UND-Schaltung 112 und der ODER-Schaltung 113 zugeführt. Er kann nur die ODER-Schaltung 113 betätigen. Der auf der Ausgangsleitung der ODER-Schaltung 113 auftretende Impuls betätigt aber sofort weiter die UND-Schaltung 115, da an deren zweitem Eingang von der Phasenumkehrschaltung 114 her ein Signal liegt. Da in der Ausgangsleitung der UND-Schaltung 112 kein Signal vorhanden ist, wird dieses über die Phasenumkehrschaltung 114 in ein vorhandenes Signal komplementiert. Von der UND-Schaltung 115 gelangt also zur Zeit des ersten Eingangsimpulses ein Impuls an den Eingang der Verzögerungsleitung 116.

ίο Die Verzögerungsleitung 116 sendet damit in der folgenden Taktzeit (hier 1 μ3) einen Impuls aus. Dieser Impuls liegt sowohl an dem einen Eingang der UND-Schaltung 112 wie auch an einem Eingang der ODER-Schaltung 113. Trifft, wie im Beispiel der

»5 Fig. 5, in dieser zweiten Taktzeit ein weiterer Eingangsimpuls ein, so kann er auch die UND-Schaltung 112 durchlaufen und erscheint damit auf der Ausgangsleitung. Dadurch wird aber über die Phasenumkehrstufe 114 das zweite Eingangssignal an der

ao UND-Schaltung 115 beendet, so daß die Verzögerungsleitung 116 kein weiteres Eingangssignal erhält. Damit befindet sich die Schaltung wieder im Ausgangszustand. Bleibt, wie in Fig. 5 der achte Eingangsimpuls, der zweite Eingangsimpuls aus, so be tätigt der in dieser Taktzeit aus dem Ausgang der Verzögerungsleitung 116 ausgesandte Impuls die ODER-Schaltung 113, so daß in dem aus den Teilen 113, 115, 116 bestehenden Kreis dauernd ein Impuls umläuft.

Diese Schaltung wird eine synchroniserte, aperiodische Teilerschaltung genannt. Einmal wird die Verzögerungsleitung von den Synchronisierimpulsen gesteuert, die von einer zentralen, die Synchronisierfrequenz in der Rechenanlage liefernden Stromquelle gewonnen werden. Zum andern bewirkt die Verriegelung in dieser Schaltung einen einzigen Ausgangsimpuls für je zwei Eingangsimpulse, auch wenn die ankommenden Impulse unregelmäßig aperiodisch auftreten.

Mit einer solchen synchronisierten aperiodischen »Durch-2-Dividier-Schaltung« lassen sich in einfacher Weise auch andere, auf der Basis 2 aufgebaute Teilverhältnisse erzielen. So ist in Fig. 2 ein Beispiel einer »Durch-8-Dividier-Schaltung« und in Fig. 3 ein Beispiel für eine »Durch-lö-Dividier-Schaltung« gezeigt. Da die Impulse in den »Durch 2«-Bausteinen lediglich die UND-Schaltungen 112 durchlaufen, wird nach jeweils zwei in Serie geschalteten »Durch 2«- Anordnungen die Einfügung eines die Impulse regenerierenden Kreises nötig. Zweckmäßig wird auch an dem Ausgang der Teilschaltung eine Regeneration der Impulse vorgenommen. Hierzu eignet sich z. B. die bereits erwähnte Havens-Verzögerungsleitung. In Fig. 7 ist ein vollständiges Impulsdiagramm für die »Durch-8-Dividier-Schaltung« nach Fig. 2 dargestellt. In Fig. 4 ist eine Weiterbildung nach Fig. 1 zur Division durch den Faktor 3 gezeigt. Bei dieser Schaltung sind zwei Verriegelungskreise vorhanden. Der eine besteht aus der ODER-Schaltung 117 und der Verzögerungsleitung 118, und der andere umfaßt die ODER-Schaltung 120 und die Verzögerungsleitung 121. Beide Verzögerungsleitungen stehen unter Steuerung synchronisierter Taktimpulse von z. B. 1 MHz Grundfrequenz, die über die ODER-Schaltung 123 und die Phasenumkehrschaltung 122 an die Verzögerungsleitungen gelangen. Der ODER-Schaltung 123 wird der zweite Eingang von dem Ausgang der Anordnung, also der Ausgang der UND-Schaltung 124 zugeführt. Die Eingangsimpulse werden parallel an die ODER-Schaltung 117 über eine UND-Schaltung

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119 der ODER-Schaltung 120 und der den Ausgang steuernden UND-Schaltung 124 zugeführt.

Im unteren Teil der Fig. 5 ist die Arbeitsweise der »Durch-3-Dividier-Schaltung·« für die gleiche Eingangsimpulsfolge wie für die »Durch-2-Dividier-Schaltung« gezeigt. Der erste auf der Eingangsleitung auftretende Impuls kann nur die ODER-Schaltung 117 durchlaufen und die Verzögerungsleitung 118 anregen, im nächsten Zeitabschnitt einen Impuls abzusenden. Dieser Impuls gelangt sowohl an den einen Eingang der UND-Schaltung 119 wie auch zurück zum zweiten Eingang der ODER-Schaltung 117, um erneut die Verzögerungsleitung 118 anzuregen. Am gewählten Beispiel tritt jedoch in der zweiten Taktzeit erneut ein Eingangsimpuls auf. Da aus der Verzögerungsleitung 118 gleichzeitig ein Impuls an den zweiten Eingang der UND-Schaltung 119 gesendet wird, kann der zweite Eingangsimpuls die UND-Schaltung 119 durchlaufen und über die ODER-Schaltung 120 die Verzögerungsleitung 121 anregen. Die Verzögerungsleitung 121 sendet daher in der folgenden Taktzeit einen Impuls aus, der sowohl an dem Eingang der UND-Schaltung 124 wie auch an den zweiten Eingang der ODER-Schaltung 120 zurückgeführt wird. J5

Der in der dritten Taktzeit eintreffende dritte Eingangsimpuls kann nun die UND-Schaltung 124 glatt durchlaufen und erscheint auf der Ausgangsleitung. Gleichzeitig gelangt er von der Ausgangsleitung auf einen Eingang der ODER-Schaltung 123, so daß deren Ausgangssignal auch über die Zeitdauer des an dem anderen Eingang anliegenden Synchronisierimpulses hinweg aufrechterhalten wird.

Über die Phasenumkehrschaltung 122 wird das Komplement gebildet, so daß aus der überdeckten Pause in der Synchronisierimpulsfolge ein fehlender Synchronisierimpuls erzeugt wird. Damit erhalten die Verzögerungsleitungen 118 und 121 in dieser Taktzeit keinen Synchronisierimpuls, so daß die in den beiden Verriegeiungskreisen 117, 118 und 119, 120 umlaufenden Impulse gelöscht werden. Damit befindet sich die Schaltung wieder im Ausgangszustand.

Es ist offensichtlich, daß man nach dem angegebenen Schema durch Einfügung weiterer Verriegelungskreise auch andere Teilverhältnisse, z. B. »Durch 4« oder »Durch 5«, erzielen kann. Für größere Teilverhältnisse empfiehlt sich jedoch die Hintereinanderschaltung mehrerer Grundschaltungen. So läßt sich z. B. ein Teilverhältnis von 1 : 24 durch Hintereinanderschaltung von drei »Durch 2«-Schaltungen und einer »Durch 3«-Schaltung unter Zwischenschaltung von Verzögerungsleitungen erzielen.

Bei allen gezeigten Schaltungen läuft also die geteilte Impulsfolge in der Weise durch die Schaltung, daß jeweils der zweite, dritte usw. Impuls glatt durch die Schaltung durchlaufen kann und nicht, wie bei den meisten bisher bekannten Schaltungen, über einen Umschaltvorgang (Flip-Flop) den Ausgangsimpuls erzeugt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Dividieren einer Impulsfolge durch einen Divisor n, bei der in die Verbindung vom Eingang der Dividierschaltung zum Ausgang derselben mindestens eine UND-Schaltung eingefügt ist, deren zweitem Eingang immer dann ein Signal zugeführt wird, wenn die dem Teilverhältnis entsprechende Zahl von Eingangsimpulsen eingetroffen ist, dadurch gekennzeichnet, daß für das Teilverhältnis n = 2 die Eingangsimpulse gleichzeitig dem einen Eingang einer ODER-Schaltung (113) zugeführt werden, deren Ausgang mit dem einen Eingang einer zweiten UND-Schaltung (115) verbunden ist, deren zweiter Eingang über eine Umkehrschaltung (114) mit dem Ausgang der Teilerschaltung verbunden ist und deren Ausgang auf eine Verzögerungsleitung (116) wirkt, die in ihrem Ausgang um eine Impulsfolgezeit später einen Impuls aussendet, der sowohl dem zweiten Eingang der ersten UND-Schaltung (112) als auch dem zweiten Eingang der ODER-Schaltung (117) zugeführt wird.

2. Schaltungsanordnung zum Dividieren einer Impulsfolge nach Anspruch 1 durch den Faktor 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu teilende Impulsfolge parallel dem Eingang einer ODER-Schaltung (117), einer UND-Schaltung (119) und der den Ausgang steuernden UND-Schaltung (124) zugeführt wird, daß die ODER-Schaltung (117) mit einer Verzögerungsleitung (118) einen durch Synchronisierimpuls gesteuerten Verriegelungskreis bildet, dessen Ausgang an dem anderen Eingang der UND-Schaltung (119) geführt ist, daß der Ausgang der ersten UND-Schaltung (119) auf einen weiteren gleichwertigen Verriegelungskreis aus einer ODER-Schaltung (120) und einer Verzögerungsleitung (121) einwirkt und daß der Ausgang der Verzögerungsleitung (121) mit dem zweiten Eingang der den Ausgang steuernden UND-Schaltung (124) verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 846 319;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1 007 362;

»Waveforms«, McGran Hill Book Comp.,
York, 1949, S. 600 und 601;

»IRE-Convention Record«, Part 7, 1953, März, S. 13 bis 19.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen BAD ORIGINAL

©909 649/212 11.59