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Taktgeberimpulsverteiler Die Erfindung betrifft einen Taktgeberimpulsverteiler,
bestehend aus zwei Hauptverzweigungen, denen jeweils mehrere Unterverzweigungen
zugeordnet sind, wobei jede Verzweigung eine Serienschaltung enthält, die aus einem
Eingangsinverter, einer Verzögerungseinrichtung und einem Ausgangsinverter besteht.
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In Datenverarbeitungsanlagen wird eine Synchronisierung der einzelnen
Schalteinheiten dadurch gewährleistet, daß ausgehend von einem zentralen Taktgeber
Taktgeberimpulse zugeführt werden, die jeweils über Verzögerungsleitungen, Inverter
usw. geleitet werden, so daß an allen Punkten der Anlage die jeweils erforderlichen
Synchrdnisiersignale zur Verfügung stehen. Bei Taktgeberimpulsverteilern dieser
Art tritt aber das Problem auf, däß bei Übertragung der Taktgeberimpulse über mehrere
Verzweigungen die Impulsdauer gegenüber den Eingangstaktgeberimpulsen wesentlich
verringert wird. Dies liegt daran, daß der hinter jeder Verzögerungseinrichtung
angeordnete Endinverter auf Grund der bekannten Invertereigenschaften einmal verzögert
eingeschaltet wird und zum anderen die Anstiegsflanke seiner Ausgangsimpulse abflacht,
während der Abschaltvorgang praktisch ohne Verzögerung erfolgt, so daß die Hinterflanke
der Ausgangsimpulse im wesentlichen nicht beeinflußt wird. Das bedeutet aber,. daß
ein Taktgeberimpuls bei übertragung über mehrere Verzweigungen mehr und mehr in
seiner Impulsdauer verkürzt wird, so daß unter Umständen am Benutzungsort nur ein
Taktgeberimpuls relativ kurzer Impulsdauer zur Verfügung stehen kann. Hierdurch
bedingte schädliche Auswirkungen ließen sich allerdings grundsätzlich vermeiden,
wenn extrem große Impulsdauern der eingegebenen Taktgeberimpulse verwendet werden,
um im Bedarfsfall die Impulsdauer auf den jeweils erforderlichen Wert reduzieren
zu können, indem z. B. eine entsprechende Vorspannungseinstellung gewählt wird,'
so daß die Höhe der Vorspannung die Impulsdauer bestimmt. Zur praktischen Durchführung
müßten dann jeweils besondere Vorspannungsquellen für die einzelnen Verzweigungen
vorgesehen werden oder, anders aus= gedrückt, an jedem Ausgang des Täktgeberimpulsverteilers.
Das hat aber zur Folge, daß bei einem Rechensystem in Modul-Bauweise zusätzlich
besondere Spannungszuführungsleitungen den einzelnen Moduls, Schaltkarten, Schaltplatten
usw. zugeordnet werden müssen.
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Der hierdurch bedingte Aufwand ist beträchtlich, so daß eine Vereinfachung
angestrebt werden soll. Dabei soll gewährleistet werden, daß die Impulsdauer an
den Ausgängen aller Verzweigungen nicht wesentlieh von der der. Eingangstaktgeberimpulse
abweicht und im wesentlichen unabhängig von Betriebsspannungsschwankungen ist.
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Dies wird bei einem eine Serienschaltung in jeder Verzweigung darstellenden
Schaltblock, bestehend aus einem Eingangsinverter, einer Verzögerungseinrichtung
und einem Ausgangsinverter, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jedem Ausgangsinverter
ein weiterer Inverter nachgeschaltet ist. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise
erreicht, daß eine einzige Betriebsspannungsquelle sowohl für die Taktsteuerung
als auch für die einzelnen Rechenschaltungen benötigt wird, wobei die Möglichkeit
beibehalten wird, für Wartungszwecke eine variable Vorspannungseinstellung vorzusehen.
Dadurch, daß die Impulsdauer der Taktgeberimpulse überall die gleiche ist, ist in
zuverlässiger Weise die zeitliche Steuerung der Rechenanlage gewährleistet, insbesondere
dann, wenn Taktgeberimpulse dazu verwendet werden, um aufeinanderfolgend bistabile
Kippschaltungen umzuschalten. In diesem letzten Fall -brauchen sich nämlich nicht
die Taktgeberimpulse zu überlappen, wie es sonst erforderlich ist, um sicherzustellen,
daß diese hintereinandergeschalteten Kippschaltungen in der Vorwärtsrichtung anstatt
in der Rückwärtsrichtung weitergeschaltet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
daß Taktgeberimpülsverteiler dieser Art in integrierter Schaltungsbauweise hergestellt
werden
können. Weitere% Teilaufgaben, Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die an Hand eines Ausführungsbeispiels
die Erfindung näher erläutert, und aus den Patentansprüchen. Es zeigt F i g. 1 eine
bekannte Verteilerschaltung für Taktgeberimpulse, F i g. 2 das Schaltbild des erfindungsgemäßen
Taktgeberimpulsverteilers, F i g. 3 Zeitdiagramme für einen idealen Taktgeberimpulsverteiler,
für den bekannten Taktgeberimpulsverteiler und für den erfindungsgemäßen Taktgeberimpulsverteiler.
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Der Schaltung nach F i g. 1 ist zu entnehmen, wie in bekannter Weise
ein Eingangstaktgeberimpuls unter jeweiliger gleichzeitiger Verstärkung auf mehrere
Ausgänge übertragen werden kann. Es sind dabei mehrere Verzweigungen vorgesehen,
die jeweils Verzögerungseinrichtungen und Verstärker enthalten. Im vorliegenden
Fall bestehen die Verstärker aus Invertern. In manchen Ausführungsbeispielen werden
Kathodenfolger oder Emitterfolger mit oder ohne nachgeschalteten Invertern verwendet.
Um die Erläuterung der Erfindung zu vereinfachen, sind im vorliegenden Fall Inverter
als Verstärker verwendet, nicht zuletzt auch deshalb, weil Inverter generell in
ihrer Anwendung von Nutzen sind.
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In der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 wird ein auf der Eingangsleitung
E zugeführter auf die Leitungen 1 und 2 übertragen, die jeweils einen Schaltungsblock,
bestehend aus einem Inverter 3, einer Verzögerungseinrichtung 4 und einem Endinverter
5, enthalten. Der Ausgang des Endinverters 5 ist dabei jeweils seinerseits .an mehrere
Abzweigungen 6, 7 angeschlossen. In der Praxis kann die Anzahl der Verzweigungen
6 und 7 in der Größenordnung von 50 sein.
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Das bedeutet aber, daß die Endinverter 5 jeweils stark belastet sind,
so daß ihre Zeitkonstante stark beeinflußt wird.
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In den Impulsdiagrammen L, M; N der F i g. 3 sind die
Impulse unter idealer Betriebsweise eines Taktgeberimpulsverteilers nach F i g.
1. dargestellt. Hieraus geht hervor, daß unter idealen Bedingungen die Impulsdauer
der Taktgeberimpulse immer die gleiche ist, ohne Rücksicht darauf, wie groß die
Anzahl der durchlaufenen Schaltungen ist. Unter dem Einfluß der belasteten Endinverter
jedoch ist eine solche Arbeitsweise nicht zu erzielen. Deshalb ergeben sich in der
Praxis Impulsformen, wie sie in den Impulsdiagrammen X, Y und Z der F i g.
3 dargestellt sind. Aus dieser Darstellung ergibt sich, daß unter dem Einfluß eines
Endinverters die Impulsdauer des Signals Y geringer ist als die Impulsdauer des
Eingangssignals X. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß ein Endinverter als Abschluß
einer Verzögerungsleitung, der außerdem durch eine große Anzahl von Verzweigungen
6, 7 an seinem Ausgang stark belastet ist, eine gegenüber der Abschaltcharakteristik
mehr oder weniger abgeflachte Einschaltcharakteristik besitzt. Da so der Endinverter
in seinem Einschaltvorgang relativ langsam ist, erreicht der Impuls seine Maximalamplitude
erst nach einer definierten Verzögerungszeit, gerechnet vom Eintreffen des Impulses
am Eingang des Endinverters. Dieser Verzögerungseffekt wird dann weiterhin verstärkt
durch den Endinverter 8 oder 9, in den Verzweigungen 6 bzw. 7, an dessen Eingang
der Impuls bereits mit verzögerter Vorderflanke auf Grund der Wirkung des Endinverters
5 eintrifft. Demgegenüber bleibt die Hinterflanke des Impulses relativ unbeeinflußt,
selbst wenn das Signal über mehrere aufeinanderfolgende Endinverter übertragen wird.
Das bedeutet aber, daß die Impulsdauer jeweils nach einem Übertragungsvorgang durch
einen Endinverter verringert wird.
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Dieser Effekt der Impulsdauerverringerung, wie er sich aus den Impulsdiagrammen
X, Y, Z in F i g. 3 ergibt, läßt sich durch spezielles Nachstimmen der Schaltkreise,
in denen die Impulsdauer kritisch ist, kompensieren. Bei einem solchen speziellen
Nachstimmen ist es jedoch erforderlich, daß eine konstante Impulsfrequenz und ein
konstantes Potential der Taktgeberimpulse zur Verfügung steht, damit die Nachstimmung
wirksam bleibt. Wird eine Spannungs-oder Frequenzvoreinstellung mit Hilfe dieser
verzerrten Taktgeberimpulse angewendet, dann ist jede Kompensation durch spezielles
Nachstimmen weitgehend nutzlos, und die betreffenden Schaltkreise fallen aus wegen
der auftretenden Impulsdauervariationen, wie sie in F i g. 3 dargestellt sind. Zusätzliche
Schwierigkeiten ergeben sich, wenn sich die Spannung der Taktgeberimpulse erniedrigt,
da dann die Wirkung der Belastung auf die Charakteristik der Endinverter noch erhöht
wird. Dies wird in den Impulsdiagrammen X, Y, Z in F i g. 3 durch die Verzögerungen
dl und dz angedeutet, die sich jeweils zwischen den gestrichelten Linien ergeben,
um damit zu zeigen, daß eine reduzierte Spannung eine zusätzliche Wirkung in bezug
auf die Verlangsamung des Einschaltvorgangs besitzt. Aus diesem Grund wird bei Anwendung
zur Spannungsvoreinstellung der in F i g. 3 angedeutete Effekt so stark, daß die
Taktgeberimpulse schließlich mehr oder weniger unregelmäßig auftreten in bezug auf
die Arbeitsweise des angeschlossenen Systems und hierbei Vorspannungsprüfungen an
den Schaltkreisen unmöglich werden, um diejenigen Schaltkreise herauszufinden, die
wegen geringfügiger niedriger Spannung ausgefallen sind.
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Es hat sich nun herausgestellt, daß mit Hilfe einer sehr einfachen
Maßnahme die oben aufgeführten Schwierigkeiten, nämlich die Verkürzung der Taktgeberimpulse,
behoben werden können. Diese Maßnahme besteht darin, wie aus F i g. 2 hervorgeht,
jedem Schaltblock in den Verzweigungen hinter den Endinvertern 11 bzw. 12 einen
weiteren Inverter 10 nachzuschalten. Durch einen solchen zusätzlichen Inverter 10
erhält in an sich bekannter Weise der Impuls am Eingang des Endinverters 12 gegenüber
dem Impuls am Eingang des Inverters 11 eine bestimmte Phasenverschiebung und außerdem
ein anderes Vorzeichen. Das bedeutet aber, daß der Endinverter 12 zur Erzeugung
der Vorderflanke seines Ausgangsimpulses abgeschaltet wird, so daß sich auf diese
Weise eine relativ steile Vorderflanke ergibt. So ergibt sich an Hand der Darstellung
nach F i g. 3, daß, obgleich die Impulsdiagramme P und Q identisch sind mit den
Impulsdiagrammen X bzw. Y, der Impuls des Impulsdiagramms R von dem
des Impulsdiagramms Z abweicht. Das heißt aber, daß, obgleich ein verkürzter Impuls
an den Endinverter 12 angelegt wird, ein Impuls relativ großer Impulsdauer, aber
negativen Vorzeichens an seinem Ausgang entsteht; dies auf Grund der Tatsache, daß
der Inverter in sehr viel kürzerer Zeit abgeschaltet als eingeschaltet wird. Hierdurch
wird der Effekt des langsamen Einschaltens zur Erzeugung des Impulses Q kompensiert,
so
daß die am Ausgang R auftretende Impulsdauer nahezu gleich der
Impulsdauer T des Eingangsimpulses ist.