DE2135890A1

DE2135890A1 - Synchronisierungsvorrichtung zur Hochprazisionswiedergabe der Phase eines Taktsignals

Info

Publication number: DE2135890A1
Application number: DE19712135890
Authority: DE
Inventors: Guy Albert Jules Thiais VaI de Marne Duquenne Michel Guy Amedee Meudon Bellevue Hauts de Seine David, (Frank reich)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-07-31
Filing date: 1971-07-17
Publication date: 1972-02-03
Also published as: DE2135890C3; SE369819B; CA966904A; DE2135890B2; GB1296809A; FR2098925A5; JPS5246042B1; US3778550A

Description

FPHN.5552 dJo/EVH.

Df. Herbett Sckali

fete.tuw.lt Anmelder: fcj. Y. Philips' Gloeüampenfabriefeen

Akt»Naj THN- 5332
Anmeldung vom« 16. Juli „1971

Synchronisierungsvorrichtung zur Hochpräzisionswiedergabe der Phase eines Taktsignals.

Dia Erfindung betrifft eine Synchronisierungsvorrichtung zur örtlichen Wiedergabe der Phase eines Taktsignals mit sehr grosser Genauigkeit, zum Rythmus welchen Signals Daten empfangen werden, welche Vorrichtung einen Hochfrequenz-Pilotoszillator mit nachgeschaltetem Binärfrequenzteiler enthält, welcher Teiler den Rythmue des örtlichen Taktsignals liefert, wolaei Mittel zum Korrigieren der Frequenz des Pilotoszillatora und der Phase des örtlichen Taktsignala vorgesehen sind.

Sine solche Synchronisierungsvorrichtung wird empfangsseitig in SynchrondatenUbertragungssystemen verwendet, in denen die Taktsignale des Empfängers genau mit den eintreffenden Daten synchronisiert werden müssen.

Die bisher zum Durchführen dieser Synchronisierung bekannten

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Vorrichtungen sind zweierlei Art:

In einer araten Ausführungsform wird mit Hilfe einer Phasenverriegelungsschleife die Frequenz des Pilotoszillators dem Rythmus der eintreffenden Daten unterworfen. Der Pilotoazillator wird durch eine Spannung gesteuert und kann ein Quarzoszillator (VCXO-Typ nach der britischen Literatur) oder ein frei schwingender Oszillator (VPO-Typ) sein.

Eine Vorrichtung dieser Art ist z.B. von Viterbi (Phase-locked loop dynamics in the presence of noise by Fokker blank techniques:· Dezember 19^3* Proceedings I.E.E.E.) beschrieben.

Solche auf Analogtechniken basierten Vorrichtungen sind kostspielig und weisen eine kritische Einstellbarkeit auf. Sie erfordern die Verwendung von Filtern mit sehr genauen Phasenkennlinien, ausserdem sind im Betrieb auf die Dauer und bei Tamperaturschwankungen Abweichungen unvermeidlich.

Es ist auch eine DigitalausfUhrung dieser Synchronisierungsvorrichtung beschrieben worden, in der die Frequenz des Pilotoszillators verriegelt wird (Synthesis of digital phase-locked loops, Eascon 68 Record, Wallace and Larrimore), aber eine solche Vorrichtung ist sehr aufwendig und kann nur Taktfrequenzen von einigen kHz liefern.

In einer zweiten Art einer bekannten Synchronisierungsvorrichtung werden die Nulldurchgänge der eintreffenden Daten durch Differenzierung detektiert, wobei die so erhaltenen Impulse in einer digitalen Phasensteuervorrichtung benutzt werden in der V/eise, dass der am Ausgang des Pilotoazillators erhaltene Rythmus korrigiert wird.

Eine solche Vorrichtung, die ein differenzierendes Netzwerk enthält, ist rauschempfindlich und ist an aich nicht imstande, erhebliche Frequenzabweichungen des Pilotoszillators auszugleichen.

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Die Synchronisiarungsvorrichtung nach der Erfindung ermöglicht, die erwähnten Nachteile zu verringern.

Nach der Erfindung enthält die Primiirsynchronisierungsvorrichtung zwei vollständig voneinander unabhängige Regelkreise, von denen der erste die Frequenz des Filotoszillators steuert, zu dessen Rythmus die Daten empfangen werden, und der zweite die Phase des örtlichen Taktsignals digital steuert und eine Vorrichtung zum Detektieren der Uebergänge der "bipolaren Daten mit digitalen Datenintegratoren zum Liefern von Impulsen bei den Nulldurchgängen der Integratoren, eine Vorrichtung zum Vergleichen der Phasen dieser Impulse mit dem örtlichen Taktsignal und zum Filtern derselben zum Liefern logischer I'hasenkoirektursignale und schliesalich eine Korrektionsvorrichtung enthalt, in der in Abhängigkeit von diesen logischen Signalen der Rythmus korrigiert wird, der den BinSrteiler beeinflusst, der das den Rythmus des örtlichen Taktsignals liefert.

Venn die Frequenz des Pilotoszillators hinreichend stabil ist, wird die Synchronisierungsvorrichtung nach der Erfindung lediglich durch den erwähnten zweiten Regelkreis gebildet.

Wenn die beiden Regelkreise benutzt werden, ist der die Frequenz des Pilotoszillators steuernde Regelkreis einfach ausführbar, da die Phase des Oszillatorsignals nicht genau zu sein braucht. Der Regelkreis zur Steuerung der Phase des örtlichen Taktsignals wird durch digitale Mittel gebildet, so dass die Vorteile dieser Technik erzielt werden: d.h. weniger Abregelung bei der Herstellung, Abwesenheit von .Abweichungen im Betrieb. Die Detektion der UebergSnge durch NulldurcligSnge von Integratoren und die darauf erfolgende Digitalfilterung ergeben eine hohe Rauschunempfindlichkeit. Schliesslioh wird leicht ein Synchronismus zwischen dem örtlichen Taktsignal

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und den Daten mit einer Präzision besser als 1 °/a erzielt. > Die Erfindung wird an Hand "beiliegender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen*

Fig. 1 ein Blockschalfbild der Synchronisierungsvorrichtung nach der Erfindung mit zwei Steuereinheiten, Fig. 2 Zeitdiagramme der IJehergangsdetektionaschaltung,

Fig. 3a das Schaltbild einer Ausführungsform der Uebergangsdetektionsvorrichtung,

Fig. 3b die Arbeitsperioden der zwei Tor- Rfickwärtazählar ψ dieser Schaltung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Schaltung zum Phasenvergleich und zum Filtern der üebergänge,

Fig. 5 das Schaltbild der logischen Anordnung der Karrektionsachaltung,

Fig. 6 Zeitdiagramme der Korrektionsschaltung.

Fig. 1 zeigt die Synchronisierungsvorrichtung nach der Erfindung sowohl mit Steuerung der Frequenz des Pilotoszillators als auch mit Steuerung der Phase des örtlichen Taktsignals.

Der Rythmus H des Örtlichen Taktsignals wird bei 1 durch Teilung der hohen Frequenz R des Pilotoszillators 2 erzeugt. Die Frequenz des Pilotoszillators kann durch eine dem Eingang 3 zugeführte Spannung korrigiert werden. Die Teilung der Frequenz R erfolgt durch einen Binärteiler, der durch einen ersten 2-Teiler 4, der einen Baaisrythmus Rj liefert und durch einen zweiten 2ⁿ-Binärteiler 5 gebildet wird, der bei 1 den Rythmus des örtlichen Taktsignals liefert. Zwischen den zwei Binärteilern 4 und 5 wird eine Vorrichtung 6 eingeschaltet, die einen Rythmue R liefert, der gleich dem Rythmua R₅ ist, wenn eine Phasenkorrekturinstruktion fehlt. Diese

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Vorrichtung 6 bildet das Mittel zur Phasenkorrektur das örtlichen Taktsignals, da eine Aenderung des Rythmus R_p der Vorrichtung 6 nach Teilung mittels des Teilers 5 eine Aenderung der Phase des Signals H des örtlichen Taktsignals mit sich bringt.

Die Daten, auf die die Phase des örtlichen Taktsignals eingestellt werden soll, werden bei 7 empfangen. Sie werden gemeinsam durch das Tiefpassfilter 8 geführt, durch die Vorrichtung 9 in der Amplitude "begrenzt und gegebenenfalls derart verschoben, dass bei eine Reihe logischer, bipolärei Signale mit steiler Planke erhalten wird, welche die Daten darstellen. Die Flanken dieser Signale werden nachstehend die Datenübergänge genannt.

Nach der Erfindung enthält die Synchronisierungsvorrichtung zur örtlichen Wiedergabe bei 1 der Phase eines Taktsignals, zu dessen Rythmus bei 7 Daten empfangen werden, zwei vollständig voneinander unabhängige Regelkreise, von denen der erate (im Rahmen mit 11 bezeichnet) die Frequenz des Pilotoszillators 2 steuert, zu dessen Rythmus Daten empfangen werden, und der zweite (im Rahmen mit 12 bezeichnet) die Phase des örtlichen Taktsignals in bezug auf die Daten steuert und eine Vorrichtung 13 zum Detektieren der Uebergänge der bipolaren Daten mit numerischen Datenintegratoren zum Liefern von Impulsen bei den Nulldurchgängen und eine Vorrichtung 14 zum Vergleich der Phase dieser Impulse mit dem örtlichen Taktsignal und zum Filtern zur Lieferung logischer Phasenkorrektursignale und schlies3lich eine Korrektionsvorrichtung 6 enthält, in der in Abhängigkeit von diesen logischen Signalen der Rythmus R_p korrigiert wird, der den Binärteiler 5, der den Rythmus H des örtlichen Taktsignals liefert, zugeführt wird.

Beispielsweise beträgt die Frequenz R des Pilotoszillators

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. 23,04 MHz, daa Teilverhältnia des Teilera 5 1/128 und der Rythmua H des örtlichen Taktaignala aomit 90 KHz·

Der erste Regelkreis 11 zur Steuerung der Frequenz des Pilotoazillators 2 iat an sich bekannt und lässt sich auf die in Fig. 1 achematiach angegebene Weise ausbilden. In dieser Ausführungsform enthält sie eine Differenzierschaltung 15 zum Erzielen einer Datentrennung, eine Phasenvergleichsschaltung 16, deren Eingänge zwischen dem Ausgang der Schaltung 15 und dem Ausgang des Binärteilers 17 eingeschaltet sind, der eine Spannung der Frequenz R des Pilot-Oszillators 2 empfängt. Die von der Vergleichsschaltung 16 gelieferte Spannung wird durch das Tiefpassfilter 18 filtriert, und darauf der Klemme 3 des Pilotoszillators 2 zugeführt, wodurch die Frequenz R geregelt werden kann.

Nach einem Merkmal der Erfindung ist dieser erste Regelkreis vollständig verschieden von dem zweiten Regelkreis 12 zur Steuerung der Phase des örtlichen Taktsignala. Sie lässt sich daher in einfacher Weise ausbilden, da die Phase der Frequenz R dee Pilotoszillators nicht berücksichtigt zu werden braucht, Ausserdem kann bei hinreichender Stabilität der Frequenz R dieser erste Regelkreis 11 weggelassen werden, in welchem Falle der zweite Regelkreis 12 zur Steuerung der Phase des örtlichen Taktsignals gemeinsam mit dem Pilotoszillator 2 und den Binärteilern 4 und 5 eine Synchronisierungsvorrichtung bilden kann.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung findet sich in den Mitteln zur Ausbildung des zweiten Regelkreises 12 zur Digitalsteuerung der Phase des örtlichen Taktsignals, welche Mittel durch die Vorrichtungen 13, 14 und 6 gebildet werden.

In der Uebergangsdetektionsvorrichtung 13 werden die Daten-

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übergänge durch Impulse ersetzt, die zu den Zeitpunkten der Nulldurchgänge der von den Bipolardaten beeinflussten Digitalintegratoren geliefert werden. Auf diese Weise ist die Rauschempfindlichkeit geringer als "bei den Vorrichtungen, die die TJebergänge unmittelbar zum Feststellen der Phase der Daten in bezug auf das örtliche Taktsignal verwenden.

In der Vorrichtung 14 werden gleichzeitig durch Digitalschaltungen einerseits Phasenvergleich dei Impulse der Vorrichtung 13 zum Detektieren der Uebergänge und der Flanken des örtlichen Taktsignals und andererseits eine Filterung der duroh diesen Vergleich erhaltenen Information durchgeführt, so dass logische Phasenkorrektursignale mit einer bestimmten Zeitkonstante erzielt werden. Diese Filterung ergibt einen besseren Rauschschutz.

Wenn die Vorrichtung 14 ein logisch« verfrühendes oder verspätendes Signal liefert, wird in der Verschiebungsvorrichtung 6 ein Binärelement dem Rythmus R_p abgezogen oder zugefügt, der in Abwesenheit eines Korrektursignals den Rythmus R₅ gleich ist, so dass die Phase des örtlichen Taktsignals mit dem Rythmus H um eine Stufe korrigiert wird, die lediglich τοπ dem TeilverhSltnis des Teilers 5 abhängig ist. Auf diese Weise ist der Synchronismus zwischen dem örtlichen Taktsignal und dem Taktsignal, zu dessen Rythmus die Daten empfangen werden, mit hoher Präzision erzielbar (Präzision besser als 1 ^ in dem Beispiel des TeilVerhältnisses des Teilers von 1/128).

Nachstehend werden bevorzugte Ausföhrungsformen der Vorrichtungen 13, 14 und 6 des Regelkreises 12 zur digitalen Phasensteuerung des örtlichen Taktsignals beschrieben.

Die DatenübergangadetektioneTorrichtung 13 verwendet Integratoren welche, gegebenenfalls nach einer Spannungeverschiebung

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die eintreffenden, "bipolaren Daten integrieren. Unter Bezugnahme auf die Zeitdiagiamme der Fig. 2 wild nachatehend erläutert, auf welche Weise die Lage der NulldurchgÄnge dieser Integratoren in "bezug auf die positiven, und negativen Heizperioden deB örtlichen Taktsignals eine Information in "bezug auf den Synchroniamua, die VerfrüTiung oder die Verspätung der Daten in "bezug auf das örtliche Taktsignal liefein kann.

In jeder der Fig. 2a "bis 2g atellt das o"bere Diagramm das Signal H des örtlichen Taktsignala mit der Periode T dar. Das zweite Diagramm zeigt eine. Heine von Daten D. Diese Da-ten sind bipolar und zeigen insbesondere den "üebergang T-,. DaB dritte Diagramm zeigt die Ausgangaspannung eines die Reihe von Daten empfangenden Integrators, der zur Vereinfachung der Erläuterung annahmeweise ein Analogintegrator ist.

Fig. 2a zeigt den Fall, in dem die Daten dem örtlichen Taktsignal gleichphasig sind» Der Üe"bergang T_R tritt zum Zeitpunkt t auf, der mit einer Flanke des Signals H zusammenfällt. Der Integrator wird zum Zeitpunkt t.. wirksam, der durch die Flanke des Signals H "bestimmt wird, die um eine HaXbperiode des örtlichen Taktsignals vor dem Zeitpunkt t auftritt. Die Hockstellung auf UuIl des Integrators erfolgt zum Zeitpunkt t„, der durch die Flanke dea Signals H "bestimmt wird, die um eine Periode des örtlichen Taktaignala nach dem Zeitpunkt t auftritt·

Es ist ersichtlich, dass unter diesen "Verhältnissen der HuIldurohgang des Integrators zum Zeitpunkt t» erfolgt, der mit einer weiteren Flanke des Signals H zusammenfällt. Fig. 2a zeigt den Fall, in dem der Ue"bergang T_fi eine negative Flanke ist und somit einen ersten, positiven Datum von einem zweiten, negativen Datum trennt·

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Venn dei Uebergang Τ_Ώ eine positive Flanke wäre, hätte die Ausgangsspannung I des Integrators eine der der Fig. 2a entgegengesetzte Polarität, aber sie würde zum gleichen Zeitpunkt t* den Nullpunkt passieren, der mit einer Flanke des Signals H zusammenfällt.

Die Fig. 2b bis 2g zeigen Fälle, in denen die Daten nicht gleichphasig mit dem örtlichen Taktsignal sind. Der TJebergang T„ tritt dann nicht zum Zeitpunkt t auf, aber das Wirksamwerden und die Rückstellung auf Null des Integrators erfolgen stets zu den Zeitpunkten t₁ bzw. t₂ wie vorstehend angegeben.

Kach Fig, 2b tritt dei TJebergang T^ mit einer Veifiühung in bezug auf t auf, die kürzer ist als T/4. Nach Fig. 2c ist die Verfrühung gleich T/4. Aus den Fig. 2a, 2b, 2c ist ersichtlich, dass der Uebexgang T₇, mit einer Verfrühung in bezug auf t auftritt, die

Λ O

kürzer als T/4 ist und der Nulldurchgang des Integrators erfolgt dann stets während der positiven Halbperiode des örtlichen Taktsignals, die dem Zeitpunkt t folgt. Ein gleiches kann bei einem TJebergang der positiven Flanke festgestellt werden«

Nach Fig. 2d erfolgt der Uebergang T_R mit einer Verspätung in bezug auf t- auf, die kürzer als T/4 ist und naoh Fig. 2e ist die Verspätung gleich T/4. Es wird einleuchten, dass wenn die Verspätung des TJebarganges T„ in bezug auf t kürzer als T/4 ist, der Nulldurchgang des Integrators stets während der ersten negativen Halbperiode auftritt, die dem Zeitpunkt t folgt.

Nach der Erfindung wird dieses Datenintegrierverfahren zum Identifizieren der Verfrühung oder Verspätung der Daten in bezug auf das örtliche Taktsignal benutzt. Wenn diese Verschiebung geringer als T/4 ist, tritt der Nulldurohgang eines Integrators, der während einer Flanke des örtlichen Taktsignals wirksam wird und um ändert-

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halbe Taktperiode später auf Null zurückgestellt wird, während einer positiven oder negativen Halbperiode dieses Taktsignals je nach dem Sinne der Verschiebung auf.

Es sollen jedoch besondere Vorkehrungen getroffen werden, wenn die Verfröhung oder Verspätung des Daten in bezug auf das örtliche Taktsignal länger als T/4 (z.B. zwischen T/4 und T/2) ist.

Fig. 2f zeigt den Fall einer Verfrühung, wobei T in bezug auf den Zeitpunkt t um einen Wert zwischen T/4 und T/2 veraohoben ist. Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass die Nulldurchgänge des Integrators entsprechend Uebergängen mit einer Verfrühung in bezug auf t zwischen T/4 und T/2 während der negativen Halbperiode des Signals H auftreten, die dem Zeitpunkt t vorangeht. Aus Fig. 2d zeigt sich jedoch, dass ein während einer negativen Halbperiode des Taktsignals auftretender Nulldurchgang auch einem Uebergang entspricht, der eine Verspätung in bezug auf t zwischen 0 und τ/2 aufweist.

Zum Beheben der Zweifelfälle werden gemMss der Erfindung alle Nulldurchgänge des Integrators unterdrückt, die während der negativen Halbperiode des Signals H auftreten, die dem Zeitpunkt t vorangeht. Dies ist z.B. mittels eines Signals H¹ durchführbar, das im unteren Teil der Fig. 2f dargestellt ist. Dieses Signal H¹ mit der Periode 2T wird durch 2-Teilung der Frequenz des Taktsignals H erhalten. Der Uebergangsdetektor wird nur Information über die Nulldurchgänge des Integrators abgeben während der positiven Halbperiode des Signals H', wodurch genau die zwei positiven und negativen Halbperioden des Signals H überlappt werden, die Verfrühungen und Verspätungen der Uebergänge zwischen 0 und T/4 kennzeichnen. '

Aus Fig. 2g ist ersichtlich, dass wenn die Verspätung des Ueberganges T~ in bezug auf t zwischen T/4 und T/2 liegt, kein

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Nulldurchgang dea Integratora auftritt.

Zur erneuten Erzielung der Information über die Hulldurchgänge des Integrators bei einer Yerfrühung oder Verspätung zwischen T/4 und T/2, genügt es das,Taktsignal H um eine Halbperiode zn verschieben. Dadurch ergibt sich tatsächlich eine Verschiebung von T/2 des Integrationsintervalles (t^ - t^) und somit ein Uebergang mit einer Yerfrühung (oder Verspätung) zwischen T/4 und T/2 nach der Verschiebung von T/2 dea Taktsignals H, da ein Nulldurchgang da» Integrators eine Verspätung (oder eine Verfrühung) zwiachen O und T/4 kennzeichnet.

Das vorstehend beschriebene Integrationsverfahren erfordert die Verwendung von zwei Integratoren, da die zum Detektieren ainea TJeberganges notwendige Dauer länger ist ala die Dauer eines Binärelementes der Daten« Ein Integrator detektiert die geraden Wbergänge und der andere Integrator detektiert die ungeraden uebeigtnge. Mit einer anderen Zeitskala ala die vorhergehenden Figuren zeigt Pig. 2h die Wirkung dieser zwei Integratoren, deren Ausgangaapannungen mit I₁ bzw. I₂ bei einer Datenreihe D z.B. gleichphaaig zum örtlichen Taktsignal H bezeichnet sind. Fig. 3& zeigt daa Schaltbild einer bevorzugten Aus führ unga form der TJebergangadetektionavorrichtung 13 der Fig. 1, die durch Digitalprozeaae das vorstehend beschriebene Integrationsverfahren durchführen kann.

Die Integratoren werden durch Vor- Rückwärtszähler eit dem Fortschrittrythaus E_ gebildet, die je nachdem die eintreffenden Daten positiv oder negativ sind vor- bzw. rückwärtszählen.

Die Vorrichtung nach Fig, 3a enthält nach der Heaae 19, wo die bipolaren Daten zugeführt werden, eine Zeichendetektionaachaltung 20, die zwei Vor- fiückwärtazähler 21 und 22 ateuext, die b«i

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einem Binärelement positiven Vorzeichens vorwärts und bei einem Binärelement negativen Vorzeichens rückwärts zählen.

Die Signale mit dem Rythmus IL· werden den Takteingängen dieser Zähler durch die UND-Gatter 23 und' 24 zugeführt.

Mittels dieser zwei UND-Gatter und der durch das Sitiichβ Taktsignal mit dem Rythmus H gesteuerten Schaltung wird in Reihenfolge den Zählern 2-1 und 22 der geraden bzw. ungeraden Uebergänge eine Fortschrittinstruktion erteilt.

Die Schaltung 25 liefert ebenfalls die Nullrückstellinstrukt t.ionen RAZ-. und: RAZp für die zwei Zähler.

Fig. 5b zeigt bei 21 und 22 die durch die Schaltung 25 hervorgerufenen Wirkungsperioden der Zähler 21 und 22 in Vereinigung mit dem Taktrythmua H. Diese Wirkungsperioden entsprechen den Integrationsperioden der Integratoren I₁ und I₂ der Fig. 2h.

Mit den Ausgängen der Kippschaltungen jedes Vor- Röckwärtszählers sind drei Dekodierschaltungen verbunden, eine für die NuIllage, die zwei anderen für eine bestimmte Schwelle der Vor- oder RttckwSrtszählung. Die Dekodierschaltungen für die Nullage sind mit 26 und 17 und die der Schwelle öind mit 28, 29_f 30 und 31 bezeichnet. ψ Eine logische Einheit, die durch die ODER-Gatter 32, 33, 34

die UND-Gatter 35 und 36 und die Kippschaltungen 37 und 38 gebildet wird, ermöglicht Signale am Ausgang 39 dar Vorrichtung nur dann zu erzielen, wenn vor ihrem Nulldurchgang die zwei Vor- Rückwärtszähler um einen bestimmten Wert vorwärts oder rückwärts gezählt haben, welcher Wert durch die Schwellendekodierschaltungen bestimmt wird. » Die zwei Kippschaltungen 37 und 38 werden gleichzeitig mit

den zwei Zählern 21 und 22 auf Null zurückgestellt.

Ausserdem wird ein Eingang der UND-Gatter 35 und 36 mit der

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geeigneten Phase für ein Signal H' der halten Frequenz des örtlichen Taktsignals eingespeist, um wie an Hand der Fig. 2f erläutert wurde die durch die nicht wesentlichen Nulldurchgänge der Zähler hervorgerufenen Impulse zu unterdrücken. Biese nicht wesentlichen Nulldurchgänge werden durch Uebergänge mit einer Verfrühung zwischen T/4 und T/2 erzeugt.

Gemeinsam mit der logischen Einheit ermöglichen die Schwellendekodierscbaltungen 28, 29, 30 und 311 die Nulldurchgänge der Zähler infolge Uebargänge zu unterdrücken, die durch Störsignale geringer Amplitude oder kurzer Dauer hervorgerufen werden.

Es wird schliesslich am Ausgang 39 des Uebergangsdetektors ein Impuls bei jedem Nulldurchgang der Tor- Rückwärtszähler erhalten, wobei jeder dieser Durchgänge durch die Datenübergänge mit einer Verfiühung oder Verspätung zwischen 0 und T/4 hervorgerufen wird.

Es wird "bei 39 kein Impuls abgegeben, wenn die Verfrühung oder Verspätung der Datenübergänge zwischen T/4 und T/2 liegt. Wenn keine Vorkehrungen getroffen werden_t führen diese Verschiebungen einen unstabilen Gleichgewichtszustand der Synchronisiervorrichtung herbei, da keine Information über die Verschiebung erteilt und somit keine Instruktion zur Phasenkorrektur ausgeführt wird.

Wie gesagt, muss zum Zurückfinden der Information über die Verschiebungen, d.h. die Nulldurchgänge der Vor- Rückwärtszähler, das Signal H das örtlichen Taktsignals um eine halbe Periode verschoben werden.

Die nachstehend zu beschreibende Vorrichtung dient zum Detektieren der unstabilen Gleichgewichtszustände der Synchroniaiervorrichtung, so dass beim Detektieren eines unstabilen Gleichgewichtszustandes diese Vorrichtung eine Verschiebung einer halben Periode

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des Signals H des örtlichen Taktsignals hervorruft.

Dei Entwurf der Vorrichtung zum Detektieren der unstabilen Gleichgewichtszustände basiert sich auf die nachfolgende Erkenntnis: wenn die Phase der Daten und des örtlichen Taktsignals die richtige ist bei einem im gleichen Gewicht übertragenen Kode (d.h. bei dem die Wahrscheinlichkeit des Auftretens der "1" und "0" 1/2 beträgt) entsprechen die TJebergänge einer durchschnittlichen Reihenfolge gleich der Uebertragungsgeschwindigkeit der Daten.

Folglich, zum Detektieren der unstabilen Gleichgewichtszu-P stände werden in zwei Zählern einerseits die detektierten übergänge und andererseits ein örtlicher Rythmus entsprechend der Uebertragungsgeschwindigkeit der Daten gezählt. Bei der richtigen Phasenkonfiguration wirkt der Uebergangszähler durchschnittlich schneller als der Rythmuszähler. Bei einer Phasenkonfiguration, die einen unstabilen Gleichgewichtszustand mit sich bringt, giltdae Umgekehrte, da der Uebergangszähler dann nicht weiter zählt. Eine logische Anordnung detektiert diesen Zustand und verschiebt das örtliche Taktsignal über eine halbe Periode, so dass die richtige Phasenkonfiguration wieder hergestellt wird.

Die von der Uebergangedetektionsvorrichtung 13 in Fig. 1 gelieferten Impulse werden in der Vorrichtung 14 der gleichen Figur benutzt. In der Vorrichtung 14 wird die Phase dieser Impulse mit der des Signals des örtlichen Taktes gemäss dem Verfahren entsprechend den Zeitdiagrammen der Fig. 2 verglichen. Wenn die Impulse während einer positiven Halbperiode des örtlichen Taktsignals auftreten, eilen die Daten vor. Wenn die Impulse während einer negativen Halbperiode das örtlichen Taktsignala auftreten, eilen die Daten nach. Wenn sie auf einer Flanke des örtlichen Taktsignala auftreten, sind

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die Daten gleichphasig. Die Information in bezug auf die Verfrühung oder Verspätung wird jedoch nicht unmittelbar benutzt. Eine numerische Filtervorrichtung ermöglicht, zu häufige Korrekturen der Phase des örtlichen Taktsignals zu vermeiden.

Fig. 4 zeigt schematisch die Ausführung der Phasenvergleichs- und Filtervorrichtung.

Die von der Uebergangadetektionsvorrichtung gelieferten Impulse werden der Klemme 40 zugeführt. Beim Eintreffen jedes dieser Impulse liefert ein Generator 41 einen Zug einer bestimmten Anzahl von Impulsen z.B. 32 Impulsen. Dieser Impulszug wird einem Vor- Rückwärtszähler 42 zugeführt, der entsprechend dem Wert eines von der Phasenverschiebungsschaltung 43 gelieferten Signals H- vorwärts oder rückwärts zählt. Das Signal 1L· iet das Signal H des örtlichen Taktsignals, das in bezug auf das Signal H um die Hälfte der Dauer des Impulszuges verfrüht ist.

Wenn die Daten mit dem örtlichen Taktsignal gleichphasig sind und wenn somit der Impulszug auf einer Flanke des Signals H anfängt, wird die erste Hälfte des Impulszuges z.B. bis zur nächsten Flanke des Signals H_n vorwärts gezählt, während die zweite Hälfte des Impulszugea darauf rückwärts gezählt wird. In diesem Zuetand einer richtigen Phase vollführt somit der Vor- Rückwärtszähler 42 keinen Fortschritt.

Hingegen, wenn die Daten in bezug auf das örtliche Taktsignal vor- oder nacheilen, macht der Zähler 42 Vorwärte- oder Rückwärtaschritte.

Jedoch, erst wenn dieser Zähler 42 nach einer Reihe von Uebergängen eine bestimmte Zählschwelle in der Vorwärte- oder Röckwärtsrichtung erreicht hat, treten an den Ausgängen 44 und 45 die Signale C. und C_R zur Korrektur der Verfrühung oder Verspätung auf,

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die darauf in der Korrektionavorrichtung verarbeitet werden. Die Vorrichtung nach Fig. 4 wirkt auf diese Weise als ein Filter, da sie jeweils einen durchschnittlichen Wert der Phasenverschiebung zwischen den Daten und dem örtlichen Taktsignal liefert. Die Korrektursteueraignale. werden nur dann geliefert, wenn dieser durchschnittliche Wert eine bestimmte Schwelle erreicht.

Das Nullrückatellsignal RAZ des Vor- Rückwärtszählers 42 wird durch die Korrektionsvorrichtung geliefert, wenn die Korrekturina truktionen ausgeführt sind*

Die Korrektionsschaltung= 6 nach Fig. 1 wird durch die Phaaenvergleichs- und Filtervorrichtung Ϊ4 der gleichen Figur gesteuert. Diese Korrektionaschaltung dient zum Addieren oder Subtrahieren eines Binärelementes zu bzw* von dem Rythmus R_, welches Element beim Empfang einer Verfrühungs- oder Verspätungainstruktion geliefert wird. Nach Teilung duroh den Teiler 5 mit z.B. 128 wird somit die Phase des örtlichen Taktsignals in diesem Falle um einen Schritt gleich 1/128 der Dauer eines Binärelementes der Daten geändert,

Fig. 5 zeigt die logische Anordnung der Korrektionsschaltung. Fig. 6 zeigt die Eingangs- und Ausgangesignale der Schaltung nach Fig. 5.

Die Korrektionsschaltung enthält an erster Stelle die UND-

Gatter 46 und 47, die durch die Signale C_, R_B bzw. C., R^ gesteuert werden. C_R und C. sind die von der Phasenvergleichs- und Filtervorrichtung for die üebergänge bearbeiteten Verfrühungs- und Verspätungssteuersignale. Zum besseren Verständnis der Wirkung der Korrektionsschaltung zeigt Fig. 2 bei 48 einen Vor- RÜckwärtszähler dei Phasenvergleich^- und Filtervorrichtung für die Uebergänge. Dieaer Zähler liefert, wie geaagt, die Signale C^ oder C_R beim

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Erreichen einer Zählachwelle in der Vorwärts- oder Rtickwärtsrichtung. Daa andere Steueiaignal der UND-Gatter 46 und 47 hat den Basiarythmus R_B gleich der Hälfte dea Rythmua R dea Pilotoazillatoia.

Diese zwei Gatter 46 und 47 liefern die Signale 0_R bzw.

Die Korrektionaachaltung enthält weiterhin eine logiache Anordnung, die durch die Umkehrachaltung 49 und die UND-Gatter und 51 und -daa ODER-Gatter 52 gebildet wird. Unter der Steuerung der Signale O₀ und 0. liefert dieae Anordnung das Auagangsaignal der Korrektionaachaltung mit dem Rythmua R_p, da die logiache Funktion von Rp iatJ 0_ß . R.R-g + 0. . R.

Andereraeita wird mittele der Signale O^ und O ein Nullröckatellaignal RAZ dea Vor- Rückwärtazählera 48 erzielt. Dieaes NuIlriickateilsignal tritt auf nach der Korrektur dea Rythmus R_p unter der Wirkung der Signale 0_ oder 0. und unterdrückt die Verapätungs- oder VerfrUhungaateueraignale C„ bzw. C^.

Der Teil I der Fig. 6 zeigt ein Zeitdiagramm der unterschiedlichen, vorerwähnten Signale bei Abweaenheit einer Verapätungs- und Verfrtihungainatruktion. Somit C_R « 0, C. - 0, ao dass 0_R = 0, 0. = Die logiache Funktion von R_p iat dann: R.R-g, wie im Teil I der Fig. angedeutet iat. In dieaem Falle iat der Rythmus R_p gleich dem Rythmus R_.

Der Teil II der Fig. 3 zeigt die Zeitdiagramme in Anwesenheit einer Verapätungainatruktion. Dieae Verapätungainatruktion hat die Form einea Signale C_n=I . daa auf einer abgeneigten Flanke von R₇,

R D

auftritt. Infolge dea UND-Gattera 46 liefert diese Verapätungsinatruktion nur ein Signal O₁₃-I. wenn R-, ■ 1. Somit ist (L · 1 so lange R_B - 1 iat. Entaprechend der logiaohen Funktion von R„ bringen die Gleichungen 0_R - 1 und 0. « 0 mit sioh, daas R_ - 0, was in Pig.

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(Teil II) durch die Unterdrückung des gestrichelt angegebenen Elementes des Signals R_ dargestellt wird.

Wenn darauf R,, = O, ist O_n = 0, wobei die geneigte Planke des

ΰ Ά

Signals CL ein Signal RAZ liefert, das die Kippschaltung des Vor-Rückwärtszählers 48 auf Null zurückstellt. Diese Nullrücketeilung

unterdrückt den Verspätungsbefehl C_n welches Signal wieder den Hullit

wert annimmt.

Der Teil III der Fig. 3 zeigt das Zeitdiagramm in Anwesenheit einer Verfrühungsinstruktion. Diese Verfrühungsinstruktion hat die Form eines Signals C. - 1, das auf einer neigenden Flanke von R^, auftritt. Venn C. = 1 und R => 0, liefert das Gatter 47 ein Signal 0, = 1· Entsprechend der logischen Funktion von R_pf bringen die Gleichungen 0. = 1 und (L. = 0 mit sich, dass R₀ = R, was in Fig. 3

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(Teil III) durch die Addition eines Elementes zum Signal R_p dargestellt ist. Wenn darauf R_ *» 1 , ist 0. = 0, wobei die neigende Flanke des Signals 0. ein Signal RAZ liefert, das den Vor- Rückwärtszähler 48 auf Null zurückstellt. Da diese Rückstellung auf Null die Verfrühungsinstruktion C. unterdrückt, nimmt C. wieder den Nullwert an.

Die Synchronisierungsvorrichtung nach der Erfindung ist empfangsseitig in Synchrond_atenübertragungssystemen verwendbar.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

Λ J Synchronisierungsvorrichtung zur örtlichen Hochpräzisionswiedergabe der Phase eines Taktsignals, zu dessen Rythmus Daten empfangen werden, welche Vorrichtung einen Hochfrequenz-Pilotoszillator mit nachgeschaltetem Binärirequenzteiler zum Liefern des Rythmus des örtlichen Taktsignals und Mittel zur Korrektur der Oszillatorfrequenz und dar Phase des örtlichen Taktsignals enthalt, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierungsvorrichtung zwei vollständig voneinander unabhängige Regelkreise enthält, von denen der erste Regelkreis die Frequenz des Pilotoszillators steuert, zu dessen Rythmus die Daten empfangen werden, und der zweite Regelkreis die Phase des örtlichen Taktsignals digital steuert und eine Vorrichtung zum Detektieren der Uebergänge der bipolaren Daten mit numerischen Datenintegratoren zum Liefern von Impulsen bei den NulldurohgSngen dieser Integratoren, eine Vorrichtung zum Vergleichen der Phase dieser Impulse mit dem örtlichen Taktsignal und zum Filtern zum Liefern logischer Phasenkorrektursignale und sohliesslich eine Korrektionavorrichtung enthält, in der in Abhängigkeit von diesen logisohen Signalen der Hythmus korrigiert wird, der den Binärteiler beeinflusst, der den Rythmus des örtlichen Taktsignale liefert.
2. Synchronisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie lediglich der zweite Regelkreis zur Digitalsteuerung der Phase des örtlichen Taktsignals enthält.
3. Synchronisierungavorrichtung naoh einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die TJebergangsdetektionsvorrichtung zwei Vor- Rückwärtszähler, die mit dem ηκχοβη Rythmus des Pilotoszillators wirksam sind, eine Schaltung zum Detektieren des Vor- zeichens der Daten, und eine Schaltung sum Anregen und zur NullrGok-

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stellung der zwei Vor- Rückwärtazähler unter der Steuerung des örtlichen Taktaignals enthält, welche Schaltungen derart angeordnet sind, dass die Vor- Rückwärts zähler, entsprechend dem Vorzeichen der Daten vorwärts oder rückwärts zählen, dass jeder Vor— Rückwärtszähler während anderthalber Periode des örtlichen Taktsignals wirksam ist und dass die Zeitpunkte der Anfänge eines Vor— Rückwärtszählers in bezug auf den anderen Zähler um eine Periode dea örtlichen Taktsignals verschoben sind, wobei die zwei Vor- Rückwärtszähler mit je drei Be kodier schaltungen versehen sind, eine für den: HuHwert und ψ die zwei anderen für eine Vorwärts- and Rückwärtazählschwelle_r so dass eine durch die. Ausgangaaignale der Be kodier schaltungen gesteuerte logiache Anordnung ant Ausgang der Uebergangadetektionavorrichtung bei den Nulldurchgängen d!er Vor- Rückwärtazähler Impulse liefert, wenn ein TTeberachreiten der einen oder der anderen Schwelle diesen Nulldurchgängen vorangegangen ist«
4· Synchronisierungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die logische Anordnung der Uebergangadetektionsvorrichtung ausserdem durch ein Signal gesteuert wird, das durch Zweiteilung des ortlichen Taktaignals erhalten wird, so dass diese logische Anordnung die durch die Nulldurchgänge der Vor- Rückwärtszähler erzeugten Impulse während der Halbperiode des örtlichen Taktsignala unterdrückt, die nach dem Anfang der Wirkung der Vor- Rückwärtszähler auftritt.
5· Synchronieierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bia 4» dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung zum Detektieren der unatabilen Gleichgewichtszustände enthält, die einen eisten durch die detektierten Uebergänge gesteuerten Zähler, einen zweiten durch einen örtlichen, der Uebertragungsgeachwindigkeit entsprechenden

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Rythmus gesteuerten Zähler und aine logiache Anordnung enthält, dia dia Phase das örtlichen Taktaignals umkehrt, wenn der erste Zähler weniger schnall fortschreitet als der zweite Zähler.
6. Synchronisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 Ms 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenvergleichs- und Filtervorrichtung für die Uebergänge einen Generator zum Liefern eines Impulszuges bei jedem detektiarten Tlebergang und einen Vor- Rückwärtszähler Bnthfilt, de:r von diesem Generator gespeist wird und vorwärts oder rückwSrts zShlt entsprechend dam Vorzeichen von Signalan die durch aine Verschiebung d«r örtlichen Taktaignale gleich der Hälfte der Dauer das Impulszuges erhalten werden, welcher Vor- Rückwärtszählei an zwei Ausgängen logiache Signale liefest, die die Korrektionssohaltung steuern, wann eine Vor- oder Rückwärtaeählschwella erreicht vird.
7. ■ Synchronesiarungs vor richtung nach einem dar Ansprüche 1 "bis 6, dadurch gekennzeichnet, dasa die Korrektionsvorrichtung durch eine logiache Anordnung gebildet wird, die durch die logischen Phasenkorrektursignale gesteuert wird, dia von dem Vor- Rückwärtszähler dar Phasenvergleichs- und Filtervorrichtung für die Uebergänge geliefert werden, so dasa ein BinSrelement dem Signal zu- oder abgezählt wird, das den Binärteiler beeinflusst, der das örtliche Taktsignal liefert, welcher Vor- Rückwärtszähler auf Null zurückgestellt wird, wenn die Phasenkorrektur ausgeführt iat.,
8. Synchrondatanübertragungssystem, daduroh gekennzeichnet, dase aa empfangesβ itig eine Synchronisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 enthält.

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