DE19717586C1

DE19717586C1 - Takt- und Datenregenerator für hohe Datenraten

Info

Publication number: DE19717586C1
Application number: DE1997117586
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ing Bogner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2017-04-26

Description

Die Erfindung betrifft einen Takt- und Datenregenerator für hohe Datenraten.

Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 716 524 A1 ist eine Phasendetektorschaltung bekannt, bei der ein Datensignal in zwei parallele Datenströme aufgeteilt wird, die die halbe Da tenrate aufweisen. Durch Vergleich des empfangenen Datensi gnals mit einem abgetasteten Datensignal wird ein Phasensi gnal gewonnen, das mit einem aus abgetasteten Daten erzeugten Referenzsignal verglichen wird und anschließend zur Frequenz- oder/und Phaseneinstellung eines steuerbaren Taktgenerators dient.

Ein weiterer Takt- und Datenregenerator ist aus der Patentan meldung DE 195 23 185 A1 bekannt, bei der das Eingangsdaten signal mit einem Taktsignal, einem invertierten Taktsignal und einem hierzu phasenverschobenen Taktsignal abgetastet wird. Durch die Gleichbehandlung der verschiedenen Daten zweige wird eine temperatur- oder alterungsbedingte Verände rung weitgehend kompensiert. Problematisch bleibt, daß die Phasendetektorspannung mit einem Offset behaftet ist, so daß der Einsatz einfacher und stabiler Regelschaltungen (Phase Locked Loop - PLL) problematisch ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine für extrem hohe Fre quenzen geeignete Takt- und Datenregeneratorschaltung anzuge ben.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene An ordnung gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen an gegeben.

Vorteilhaft ist einmal die Gleichbehandlung der Signale in allen Datenwegen. Hierdurch wird eine optimale Stabilität er reicht. Es werden nur Signale zur Gewinnung des Regelkriteri ums verwendet, deren Rate gegenüber dem empfangenen Datensi gnal halbiert ist. Das Regelkriterium wird in zwei Exklusiv-Oder-Gattern ermittelt, deren (zeitlich gemittelte) Ausgangs signale voneinander subtrahiert werden, so daß auch hier sich ein evtl. Temperaturgang kompensiert.

Vorteilhaft ist eine Abtastung der Ausgangssignale der Exklu siv-Oder-Gatter. Durch eine binäre Entscheidung wird die Signalqualität verbessert.

Durch Demultiplexer können die zwei durch Abtasten des Daten signals erzeugten zwei Datenströme in mehr parallele Daten ströme aufgeteilt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Figuren näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Erfindung,

Fig. 2 ein erstes Zeitdiagramm für die Sollage,

Fig. 3 ein zweites Zeitdiagramm bei Abweichung von der Sollage und

Fig. 4 eine Variante des Takt- und Datenregenerators.

In Fig. 1 ist die Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Takt- und Datenregenerators dargestellt.

Den Dateneingängen einer ersten D-Kippstufe (D1), einer zwei ten D-Kippstufe (D2) und einer dritten D-Kippstufe (D3) wird ein binäres Datensignal (DS) zugeführt. Ein gesteuerter Os zillator (VCO), beispielsweise ein spannungsgesteuerter Os zillator, liefert ein Taktsignal (CL), dessen Periodendauer zwei Bits des Datensignals entspricht. Der ersten D-Kippstufe (D1) wird dieses Taktsignal direkt zugeführt, der zweiten D-Kippstufe (D2) invertiert bzw. um 180 Grad phasenverschoben (oder es werden mit unterschiedlichen Taktflanken getriggerte Kippstufen verwendet). An den Kippstufenausgängen wird daher jedes zweite Bit des Datensignals DS abgegeben, dies sind die abgetasteten Datensignale DS1, 2 und DS3, 4. Die dritte D-Kippstufe D3 wird mit einem gegenüber dem Taktsignal CLK um die Dauer eines halben Datenbits (T/2) verzögerten zweitem phasenverschobenen Taktsignal CLV angesteuert (das Verzöge rungsglied kann ebenso den Takteingängen der D-Kippstufen D1 und D2 vorgeschaltet sein).

Der Ausgang der ersten D-Kippstufe D1 ist mit einem ersten Eingang eines ersten Exklusiv-Oder-Gatters EXOR1 verbunden; der Ausgang der zweiten D-Kippstufe D2 mit einem ersten Ein gang eines zweiten Exklusiv-Oder-Gatter EXOR2. Die Zweiten Eingänge dieser Exklusiv-Oder-Gatter sind mit dem Datenaus gang der dritten D-Kippstufe D3 verbunden. Die Ausgänge der Exklusiv-Oder-Gatter EXOR1 und EXOR2 sind mit einem Subtra hierer SUB verbunden, dessen Ausgang über einen Filter FI mit dem Steuereingang des Oszillators VCO verbunden ist.

Die Datenausgänge der ersten und der zweiten D-Kippstufe kön nen jeweils auf einen weiteren Demultiplexer DMX1 bzw. DMX2 geführt werden, um jedes abgetastete Datensignal DS1, 2 und DS3, 4 wiederum in jeweils zwei parallele Ausgangs-Daten-Si gnale DS1 und DS2 bzw. DS3 und DS4 aufzuteilen, die aufgrund ihrer geringeren Datenrate für die Weiterverarbeitung besser geeignet sind. Das hierzu erforderliche Taktsignal leitet ein Frequenzteiler FD vom Taktsignal CL ab.

Die Exklusiv-Oder-Gatter, der Subtrahierer, das Filter und der gesteuerte Oszillator bilden einen Phasenregelkreis (PLL), der eine Nachsteuerung des Oszillators bewirkt, wenn die Bits des Datensignals DS nicht in der Mitte abgetastet werden.

Anhand des in Fig. 2 dargestellten idealisierten Zeitdia grammes, d. h. ohne Berücksichtigung von Laufzeiten und maxi malen Datenraten, soll die Wirkungsweise näher erläutert wer den. In der ersten Zeile sind die Bits des Datensignals sym bolisch dargestellt und mit n, n+1, n+2, . . . gekennzeichnet. Das mit n gekennzeichnete Datenbit wird mit der ersten posi tiven Flanke des Taktsignals CL abgetastet und als erstes Bit des Datensignals DS1, 2 abgegeben. Das nächste Datenbit wird mit der negativen Flanke des Taktsignals CL übernommen und als Bit des Datensignals DS3, 4 abgegeben. Außerdem wird das Datensignal mit dem hier nicht dargestellten verzögerten Taktsignal CLV abgetastet. Im Idealfall liegt die Taktflanke in der Bitmitte und deshalb wird das Ausgangssignal der drit ten D-Kippstufe D3, das Vergleichssignal VS, mit gleicher Wahrscheinlichkeit dem Ausgangssignal DS1, 2 oder DS3, 4 ent sprechen. Über die Zeit gemittelt werden an den Ausgängen der Exklusiv-Oder-Gatter daher gleich große Signale anliegen und der Oszillator wird nicht nachgesteuert.

Im Fall einer voreilenden Taktphase, wie in Fig. 3 (ohne Berücksichtigung der Kaufzeitglieder V1, V2) dargestellt, wird das Vergleichssignal VS mit dem Ausgangssignal DS1, 2 der ersten D-Kippstufe übereinstimmen und deshalb am Ausgang des ersten Exklusiv-Oder-Gatters im wesentlichen logisch Null sein, während der Ausgang des zweiten Exklusiv-Oder-Gatters EXOR2 mit der Wahrscheinlichkeit von 1/2 logisch Null oder Eins ist, da von einem gescrambelten, also statistisch unab hängigen Datensignal ausgegangen wird.

Im Falle einer nacheilenden Taktphase sind die Ausgangs signale DS3, 4 und VS der zweiten und der dritten D-Kippstufe im wesentlichen gleich, wodurch am Ausgang des Subtrahierers SUB eine in umgekehrter Richtung wirkende Regelspannung zur Steuerung des Oszillators VCO erzeugt wird.

Die Ausgangssignale der Exklusiv-Oder-Gatter können von even tuell störenden Impulsen durch Verzögerungsglieder V1 und V2 bereinigt werden. In Fig. 1 sind die Verzögerungsglieder in die Ausgangsleitungen der ersten D-Kippstufe D1 und der drit ten D-Kippstufe D3 eingeschaltet. Bei extrem hohen Frequenzen können die Verzögerungsglieder allein durch unterschiedliche Leitungslängen realisiert werden.

Die Verzögerungsglieder sind so bemessen, daß die Ausgangs signale aller drei D-Kippstufen sich zu den selben Zeitpunk ten ändern. In Fig. 3 ist dies für das erste Verzögerungs glied V1 gestrichelt dargestellt.

Zu ergänzen ist noch, daß - wenn ein aktives Filter verwendet wird - der Operationsverstärker gleich die Funktion des Sub trahierers mit übernimmt. Beide Eingänge des Operationsver stärkers können mit Kapazitäten zur Bildung von Siebgliedern beschaltet werden. Ein Prinzipschaltbild dieser Schaltung ist in Fig. 1 dargestellt. Als äquivalente Schaltungsausführung können auch Filter vor dem Subtrahierer angeordnet werden.

In Fig. 4 ist der Takt- und Datenregenerator um zwei Abtakt kippstufen D4 und D5 ergänzt, die jeweils zwischen dem Aus gang eines Exklusiv-Oder-Gatters und einem Eingang des Sub trahierers eingeschaltet sind. Bei voreilender Taktphase wird von der Abtakt-Kippstufe D4 ständig die logische Null über nommen und an ihrem Ausgang abgegeben. Das Signal am Ausgang der zweiten Abtakt-Kippstufe D5 ändert sich zufällig mit dem Taktsignal. Es treten somit keine Signale am Eingang des Sub trahierers auf, die kürzer als zwei Bit des Datensignals DS sind. Hierdurch wird die Funktion der Schaltung verbessert.

Zu Ergänzen ist noch, daß das Abtakten auch vor den Exklusiv-Oder-Gattern erfolgen kann. Außerdem kann mit Hilfe eines weiteren phasenverschobenen Taktsignals, das dem invertierten um 90 Grad phasenverschobenen zweiten Taktsignal entspricht, auch ein zweites Vergleichssignal erzeugt werden, das jeweils durch Abtasten der anderen Bitgrenze des Datensignals erzeugt wird.

Boolsche Umformungen, wie die Verwendung von Exklusiv-NOR-Gattern, und Variationen der Phasenregelschleife sind selbst verständlich möglich.

Die Anordnung ist in Bipolartechnik realisiert und für eine Takt- und Datenregeneration für Bitraten bis 40 G-Bit/s ge eignet.

Claims

1. Takt- und Datenregenerator für hohe Datenraten, bei dem

- ein Datensignal (DS) den Dateneingängen einer ersten, zweiten und dritten D-Kippstufe (D1, D2, D3) zugeführt wird,
- die erste D-Kippstufe (D1) mit einem Taktsignal (CL) ge taktet wird, dessen Taktperiode der Dauer von zwei Bits des Datensignal (DS) entspricht,
- die zweite D-Kippstufe (D2) mit einem um 180 Grad pha senverschobenen Taktsignal (CL) getaktet wird,
- an den Ausgängen der ersten und der zweiten Kippstufe parallele Datenströme (DS1, 2; DS3, 4) mit der halben Da tenrate des Datensignals (DS) abgegeben werden,
- die dritte D-Kippstufe (D3) mit einem um 90 Grad gegen über einem der Taktsignale (CL, CL) phasenverschobenen Taktsignal (CLV) getaktet wird,
- der Ausgang der ersten D-Kippstufe (D1) mit einem ersten Eingang eines ersten Exklusiv-Oder-Gatters (EXOR1) ver bunden ist,
- der Ausgang der zweiten D-Kippstufe (D2) mit einem ersten Eingang eines zweiten Exklusiv-Oder-Gatters (EXOR2) verbunden ist und
- der Ausgang der dritten D-Kippstufe (D3) mit den zweiten Eingängen des ersten und des zweiten Exklusiv-Oder-Gatter (EXOR1, EXOR2) verbunden ist,
- ein Subtrahierers (SUB) vorgesehen ist, dem die Aus gangssignale der Exklusiv-Oder-Gatter (EXOR1, EXOR2) zugeführt werden, und
- das Ausgangssignal des Subtrahierers (SUB) über ein Fil ter (FI) einen Oszillator (VCO) steuert, der das Taktsi gnal (CL) abgibt.

2. Takt- und Datenregenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgängen der D-Kippstufen (D1, D2, D3) und den Eingängen der Exklusiv-Oder-Gattern (EXOR1, EXOR2) Verzö gerungsglieder (V1, V2) eingeschaltet sind, die so ausgelegt sind, daß Signaländerungen zu denselben Zeitpunkten auftre ten.

3. Takt- und Datenregenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtaktkippstufe (D4, D5) zwischen dem Ausgang jedes der Exklusiv-Oder-Gatter (EXOR1, EXOR2) und einem Eingang des Subtrahierers (SUB) eingeführt ist.

4. Takt- und Datenregenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils an den Ausgängen der ersten D-Kippstufe (D1) und der zweiten D-Kippstufe (D2) ein Demultiplexer (DMX1, DMX2) angeschaltet ist.

5. Takt- und Datenregenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verzögerungsglied (DL) vorgesehen ist, daß das zweite phasenverschobene Taktsignal (TSV) aus dem Taktsignal (TS) ableitet.

6. Takt- und Datenregenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste D-Kippstufe (D1) und die zweiter D-Kippstufe (D2) von unterschiedlichen Flanken des Taktsignals (TS) getriggert werden.

7. Takt- und Datenregenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Subtrahierer (SUB) und das Filter (FI) mit einem ge meinsamen Operationsverstärker aufgebaut sind.