DE1296423B - Anordnung zur Verteilung von Taktgebersignalen - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung Die Schwierigkeit, solche Oszillatoren in Gleich-

zur Verteilung einer Folge von regelmäßig auftre- lauf zu halten, wird dadurch gelöst, daß die Vorrichtenden Taktgebersignalen über ein Datenverarbei- tungen so ausgelegt werden, daß der Signalgenerator tungssystem, mit einem Haupttaktgebersignalgenera- jeweils eine Eingangsklemme zum Anlegen von Takttor und einer Anzahl von Übertragungsleitungen. 5 gebersignalen aufweist, an der auch Signale auftreten, Wenn bisher neuartige Vorrichtungen zur Steue- die von diesem Signalgenerator erzeugt worden sind; rung von Signalen eingesetzt wurden, waren sie in die Oszillatoren werden demnach so geschaltet, daß der Lage, Signale mit Wiederholfrequenzen zu ver- jede Vorrichtung durch die Verteilungsleitungen gearbeiten, die ziemlich beschränkt waren. Da diese steuert wird, um zu verhindern, daß fehlerhafte Vorrichtungen weiterentwickelt wurden, sind die io Signale durch Reflexionen aus einem Stromkreis geoberen Grenzen der wirksamen Betriebsfrequenzen ringerer Reihenfolge getriggert werden. Gleichzeitig angehoben worden. Dies gilt beispielsweise für werden die Hilfsvorrichtungen so ausgelegt, daß ihre Germaniumtransistoren, Siliziumtransistoren und natürlichen Betriebsfrequenzen ein sehr geringes Tunneldioden, und gilt auch für noch modernere niedriger als die gewünschte Frequenz sind. Damit Vorrichtungen. In jedem Fall mußten diese Vorrich- 15 wird gewährleistet, daß jede Vorrichtung tatsächlich tungen aus der Form, in der sie ursprünglich ein- durch die unmittelbar übergeordnete Vorrichtung gesetzt waren, entwickelt werden, damit sie wirksam getriggert wird, so daß alle Vorrichtungen wirksam auf Signale mit immer höheren Frequenzen anspre- gehalten werden, um Impulse in Gleichlauf zu erchen konnten. Gleichzeitig galt auch, daß bei einer zeugen. Weil die Vorrichtungen als Oszillatoren bebestimmten Vorrichtung in jedem Stadium ihrer Ent- 20 trieben werden, weisen die einzelnen Impulse eine wicklung die Möglichkeit bestanden hat, sie als Os- gute Formgebung auf.

zillator oder Impulsgeber mit wesentlich höherer Die erfindungsgemäße Anordnung der Impuls-

Frequenz als bei einem einfachen Signalverstärker zu generatoren erzeugt somit für jede bekannte Vorrichverwenden. tung in jeder Stufe der Entwicklung eine zeitsynchrone

Folgt man der vorgegebenen Tradition der früheren 25 Verteilung von Steuerimpulsen mit der größten Impulsfolgeverteilanordnungen, so würde die übliche Wiederholfrequenz, die mit einer solchen Vorrich-Art und Weise, in der diese Vorrichtungen verwen- tung möglich ist, und mit einer Frequenz, die höher det worden wären, darin bestehen, daß sie als Ver- ist als wenn die Frequenzen als Verstärker betrieben stärker arbeiten, die Signalfolgen durch die Vertei- würden.

lerschaltungen führen, welche ursprünglich aus einem 30 Gemäß der Erfindung wird dieses Problem dadurch Signalgenerator abgeleitet waren. Die wirksame Be- gelöst, daß eine Vielzahl von Hilfssignalgeneratoren grenzung der Geschwindigkeit würde somit die Ent- vorgesehen sind, die parallel oder in Serie geschaltet wicklungsstufe gewesen sein, die bei der Verwendung sind und die durch den Hauptsignalgenerator gespeist der Vorrichtungen als Verstärker erreicht wurde. Bei werden.

einer solchen Stufe wäre es möglich gewesen, durch 35 Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Verwendung der Vorrichtungen als Oszillatoren Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeich-Taktgeberimpulse mit wesentlich höherer Frequenz nungen erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schemazu erzeugen. Die Schwierigkeit, diese Lösung zu er- tische Darstellung einer Anordnung eines Hauptreichen, besteht jedoch darin, daß dann, wenn sehr generators und einer Gruppe von Hilfsgeneratoren. hohe Frequenzen erreicht werden, solche Oszillatoren 40 Ein Hauptoszillator 9 dient zur Synchronisierung exakt in Phase gehalten werden müssen. Beispiels- zweier Hilfsoszillatoren 10 und 11, die z. B. Tunnelweise ist es üblicherweise notwendig, da die Betriebs- diodenoszillatoren sein können. Die Ausgangskiemvorgänge in einem Rechner das genaue Zeithalten men 6 und 6' des Hauptoszillators 9 sind über Übervon Signalen im ganzen Rechner erfordern, daß für tragungsleitungen 12 und 13 mit den Synchronisierjeden getrennten Oszillator die auflaufende Kante der 45 klemmen 8 der Hilfsoszillatoren 10 und 11 verbun-Impulse in den verschiedenen Impulsfolgen in den. Die Übertragungsleitungen sind als koaxiale Koinzidenz sein soll. Leitungen dargestellt, es kann jedoch jede andere

Es tritt somit folgendes Problem auf: Wenn Vor- geeignete Ausführungsform für Übertragungsleitunrichtungen zum Betrieb bei Frequenzen mit extrem gen gewählt werden, z. B. streifenförmige Leitungen, hohem Wert angenommen werden sollen, sind sie bei 50 Die Länge einer jeder Übertragungsleitung 12 und 13 Verwendung als Verstärker unwirksam; sie erzeugen ist so gewählt, daß ein Impuls aus einem Hilfseine Impulsstörung und ergeben Impulse ohne oszillator, der zum Hauptoszillator wandert, stets in scharfe, klare Kanten. Wenn sie andererseits als Os- Phase mit einem Impuls ankommt, der von dem zillatoren arbeiten sollen, obgleich sie einzeln stabile Hauptoszillator erzeugt wird. Dies wird dadurch er- und brauchbare Frequenzcharakteristiken aufweisen, 55 reicht, daß die doppelte Zeitverzögerung der Überist es nahezu unmöglich, zu gewährleisten, daß sie in tragungsleitung plus der Zeit, die verstreicht, bis der exaktem Zeitsychronismus von selbst gehalten Hilfsoszillator in Abhängigkeit von einem Synchrowerden. nisierimpuls aus dem Taktgeberoszillator geschaltet

Mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung ist es mög- wird, etwa gleich einer ganzen Anzahl von Perioden lieh, synchronisierte Zeitgebersignale über eine räum- 60 des Hauptoszillators gemacht wird. Im einfachsten lieh größere Anlage bzw. Maschine großer Ausmaße Fall ist die Zeitverzögerung der Leitung gleich der bei extrem hohen Frequenzen zu verteilen. Durch Hälfte der Periode des Hauptoszillators, vermindert Verwendung von Hilfstaktoszillatoren an Stelle von um die Hälfte der Schaltverzögerung des Hilfsoszilla-Verstärkern ist die Grenze der Betriebsfrequenz,die an tors. Somit wandert die Stirnflanke eines Impulses, den aktiven Vorrichtungen zurVerfügung steht, höher. 65 die von dem Hauptoszillator 9 erzeugt wird, längs

Haupt- und Hilfstaktoszillatoren sind im erfin- der Übertragungsleitung 12 und erreicht den Hilfsdungsgemäßen Falle durch Übertragungsleitungen oszillator 10 nach weniger als einer halben Periode, vorbestimmter Länge miteinander verbunden. Der Hilfsoszillator erzeugt einen synchronisierten

Impuls nach einer Zeitdauer, die der Schaltverzögerung gleich ist. Die Stirnflanke dieses Impulses wandert längs der Übertragungsleitung 12 zurück und erreicht den Hauptoszillator etwa gleichzeitig mit der Stirnflanke des nächsten Impulses, der von dem Hauptoszillator erzeugt wird.

Der Wert der Widerstände 5 und 5' in jedem Oszillatorkreis wird so gewählt, daß jeder Oszillator etwa der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung, an die er angeschlossen ist, angepaßt wird. Damit wirkt jeder Oszillator als angepaßter Abschluß in bezug auf einen Impuls, der längs der Leitung wandert, so daß der Impuls aufgenommen und nicht reflektiert wird.

Die Synchronisierung der Hilfsoszillatoren durch den Hauptoszillator wird hauptsächlich dadurch gewährleistet, daß der Hauptoszillator mit einer etwas niedrigeren Frequenz als der Resonanzfrequenz der Hilfsoszillatoren betrieben wird. Eine unerwünschte Einwirkung durch den übrigen Teil des Systems auf ao den Hauptoszillator wird weitgehend durch Anpassung der Oszillatoren an die Übertragungsleitungen aufgehoben, damit eine Reflexion vermieden wird, sowie durch entsprechende Phasenbeziehung der Impulse auf Grund der ausgewählten Leitungslängen. Die Stabilität des Hauptsoszillators kann auch dadurch vergrößert werden, daß ein Betriebspunkt gewählt wird, bei welchem die Schaltung verhältnismäßig unempfindlich gegen Auslösung von außen ist. Der Betriebspunkt für die Hilfsoszillatoren wird so gewählt, daß eine verhältnismäßig hohe Empfindlichkeit gegen Auslösen erreicht wird.

Beim Anlaufen können die Hilfsoszillatoren unabhängig von dem Hauptoszillator schwingen, bis ein Hauptoszillatorimpuls zu einem Zeitpunkt auftritt, zu dem der Hilfsoszillator empfindlich gegen Auslösung ist, wodurch der Hilfsoszillator in der bereits beschriebenen Weise gesperrt wird. Die Impulse, die während dieser Vorsperrung in der Periode auftreten, werden ohne Reflexion aufgenommen, wodurch gewährleistet ist, daß keine fehlerhafte Synchronisation eintreten kann.

Die Ausgangsklemme 6 des Hilfsoszillators 8 ist direkt mit einer Belastung 14 verbunden dargestellt, die eine bekannte Ausführungsform einer logischen Hochgeschwindigkeitsschaltung ist. Die Ausgangsklemmen 6 und 6' des Hilfsoszillators 11 sind mit einem weiteren Hilfsoszillator 15 über eine Übertragungsleitung 18 und mit Belastungen 16 und 17 über eine Übertragungsleitung 19 verbunden. Eine Belastung 21 ist mit der Ausgangsklemme 6 des Hilfsoszillators 15 über eine Übertragungsleitung 22 verbunden.

Die Leitungen können mit den Ausgängen der Hilfsoszillatoren auf verschiedene Art und Weise in Verbindung stehen. Die einzige Bedingung besteht darin, daß die Verbindung der Belastung nicht die entsprechende Arbeitsweise des Oszillatdrs beeinflussen darf. Wenn z. B. die Belastung 14 passiv ist und einen reinen Widerstand darstellt, kann sie in einer angepaßten Weise direkt mit der Klemme 6 oder über jede zweckmäßige Länge einer Übertragungsleitung verbunden sein. Da die Verbindung angepaßt ist, tritt keine Reflexion auf, und die Belastung selbst erzeugt keine Übergangssignale. Infolgedessen kann die Belastung nicht mit dem Oszillator über eine Leistungsabnahme hinaus zusammenwirken.

Im allgemeineren Fall stellt die Belastung eine komplexe Impedanz dar, die nicht selbst konstant ist, wenn die Belastung eine logische Schaltung ist, die den einen von zwei oder mehr unterschiedlichen Zuständen einnimmt. Ferner kann eine solche Belastung Schaltübergänge erzeugen, die längs der Leitung zum Oszillator zurückgeführt werden. Die Möglichkeit der Beeinflussung wird soweit wie möglich dadurch verringert, daß Reflexionen durch wenigstens teilweise Anpassung und/oder Auswahl einer solchen Länge für die Kopplungsübertragung verringert werden, daß alle Reflexionen oder Übergänge am Oszillator zu einem Zeitpunkt ankommen, zu dem er nicht gegen Auslösung empfindlich ist.

Die Ausgangsklemmen 6 der Oszillatoren 10 und

11 sind miteinander über eine Übertragungsleitung 20 verbunden, die eine Verzögerung eines ganzen Vielfachen der Hälfte der Periode des Hauptoszillators 9 ergibt. Dies gewährleistet, daß die Impulse aus dem einen Oszillator 10 (oder 11) am anderen Oszillator 11 (oder 10) in Phase ankommen und ein Maß für die Lastaufteilung zwischen den Oszillatoren darstellen.

Die in der Figur gezeigte Anordnung ergibt die Pegel der Oszillatoren, wobei den höchsten Pegel der Hauptoszillator 9, den mittleren Pegel die Hilfsoszillatoren 10, 11 sowie den niedrigsten Pegel der Hilfsoszillator 15 darstellen. Anstatt die Anschlüsse 6 der Hilfsoszillatoren mit Belastungen zu verbinden, können sie über Übertragungsleitungsverbindungen ähnlich den Verbindungen 12 und 13 mit den Anschlüssen 8 eines weiteren Pegels der Hilfsoszillatoren zusammengeschaltet werden. Die Oszillatoren dieses weiteren Pegels können mit den Belastungen oder auch an einen anderen Oszillatorpegel angekoppelt werden. Ein Mehrfachpegelsystem kann schmälere Stabilitätsgrenzen aufweisen und es kann erwünscht sein, diese Grenzen dadurch zu vergrößern,daß höhere Synchronisierspannungen bei höheren Pegeln als den unteren Pegeln und nichtreziproke Kopplungen in bestimmten Übertragungsverbindungen verwendet werden.

Es werden häufig Zweiphasen-Taktgebersysteme verwendet und diese Möglichkeit wird einfach dadurch erhalten, daß die Verzögerungen der Leitungen

12 und 13 annähernd gleich einer Halbperiode und einer ganzen Periode gemacht werden. Der Hauptoszillator 9 kann mit einer weiteren Taktgeberquelle synchronisiert werden, z. B. einem kristallgesteuerten Sinuswellengenerator, indem Signale aus der Quelle an den Anschluß 8 des Hauptoszillators gelegt werden.

Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit einem Tunneldiodenoszillator beschrieben, es können jedoch auch andere Ausführungsformen von Oszillatoren, z. B. Transistorsperroszillatoren, mit einem gemeinsamen Eingangs-Ausgangs-Übertrager verwendet werden.

Die Erfindung ermöglicht es, Taktgebersignale überall dort zu verwenden, wo sie in einer komplexen Schaltung erwünscht sind, z. B. bei Rechenmaschinen, während alle Generatoren auf einem hohen Genauigkeitsgrad synchron gehalten werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Verteilung einer Folge von regelmäßig auftretenden Taktgebersignalen über

ein Datenverarbeitungssystem, mit einem Hauptkontaktgebersignalgenerator und einer Anzahl von Übertragungsleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Hilfssignalgeneratoren (10, 11, 15) vorgesehen sind, die parallel oder in Serie geschaltet sind und die durch den Hauptsignalgenerator (9) gespeist werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Hilfssignalgeneratoren (10, 11), die Signale aus dem Hauptsignalgenerator (9) aufnehmen, miteinander über eine Übertragungsleitung (20) verbunden sind, die eine solche Länge aufweist, daß die Zeitdauer, die verstreicht, um ein Signal über der Leitung zu führen, etwa gleich dem Zeitintervall zwischen der Erzeugung eines Signals durch einen der Hilfssignalgeneratoren und der Erzeugung eines späteren Signals durch den anderen der beiden Hilfsgeneratoren ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Übertragungsleitung (12), die einen Hilfssignalgenerator (10) mit dem Hauptgenerator (9) verbindet, von der Länge der Übertragungsleitung (13) abweicht, die einen anderen Hilfssignalgenerator (11) mit dem Hauptgenerator (9) verbindet.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Belastung (14) mit dem Hilfssignalgenerator über eine Übertragungsleitung solcher Länge verbunden ist, daß die doppelte Zeit, die für ein Signal zur Wanderung vom Hilfsgenerator zur Belastung erforderlich ist, etwa gleich der Zeitperiode zwischen aufeinanderfolgenden Hilfsgeneratorsignalen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen