DE2301315B2 - Synchronisieranordnung zur Synchronisation eines örtlichen Signals mit einem Bezugssignal gleicher Frequenz - Google Patents

Description

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es sich, daß der Wert T₂IN der gemäß diesem Verfahren durchgeführten Korrektur dann so groß ist, daß das im Empfänger erzeugte Signal der Frequenz F₂ keine ausreichende Stabilität und Beständigkeit gegen Fehler, die beispielsweise von kurzzeitigen Störungen verursacht werden, mehr aufweist.

Eine andere bekannte Lösung besteht darin, die Phasenkorrektur T₂IN nicht mehr für jeden durchgeführten Phasenvergleich vorzunehmen, sondern jeweils nur einmal für N₁ Vergleiche, die eine Phasenverschiebung in gleicher Richtung in bezug auf die empfangenen Bits anzeigen, wobei die Korrektur beispielsweise auf Grund der Angabe von zwei an die Phasenvergleichsschaltung angeschlossenen Zählern erfolgt, die bis zu N₁ zählen, und zwar der eine für die Phasenvoreilung und der andere für die Phasennacheilung. Wenn jedoch die Frequenz F₂ sehr groß gewählt wird, nämlich in der Größenordnung von Megabaud, was bedeutet, daß N einen sehr kleinen Wert hat, wobei die Frequenz F der Schwingungen des Quarzkristalls aus den zuvor angegebenen Gründen im wesentlichen gleichbleibt, wird der Wert der Phasenkorrektur T₂IN dem Relativwert nach zu groß, um noch eine ausreichende Stabilität und eine richtige Gewinnung der Informationen zu gewährleisten, und zwar unabhängig von einer möglichen Vergrößerung des für N₁ gewählten Wertes.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Synchronisieranordnung der eingangs angegebenen Art, die auch bei hoher Frequenz der zu synchronisierenden Signale eine gute Stabilität ergibt und daher insbesondere für Datenübertragungssysteme mit großer Übertragungsgeschwindigkeit geeignet ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wählschaltung so ausgebildet ist, daß sie wahlweise einen ihrer Eingänge mit dem Eingang des Frequenzteilers verbindet, und daß die Phasenvergleichsschaltung jeweils nach einer festen Anzahl von vom Phasenkomparator abgegebenen, der gleichen Richtung der Phasendifferenz entsprechenden Vergleichsinformationen auf die Wählschaltung derart einwirkt, daß diese je nach der Richtung der Phasendifferenz den mit dem Frequenzteiler verbundenen Eingang durch den in aufsteigender bzw. absteigender Richtung nächstfolgenden Eingang in zyklischer Folge vertauscht.

Die mit der Erfindung erzielte Wirkung beruht darauf, daß einerseits die Phasenkorrektur nicht bei jeder festgestellten Phasenverschiebung (d. h. bei jedem phasenverschobenen Bit) erfolgt, sondern jeweils einmal nach einer festgelegten Anzahl von in der gleichen Richtung (Voreilung oder Nacheilung) liegenden Phasenverschiebungen, und daß andererseits die Phasenkorrektur schrittweise veränderlich ist, wodurch das örtliche Signal entsprechend der Phase des Bezugssignals fortschreitend vorgeschoben oder verzögert wird. Dadurch wird einerseits vermieden, daß die Phasenkorrekturen zu schnell erfolgen und von sporadischen Erscheinungen beeinflußt werden, und andererseits kann dennoch der Korrekturschritt relativ klein gehalten werden. Dies ergibt eine sehr gute Stabilität und gewährleistet eine richtige Gewinnung der im Bezugssignal enthaltenen Informationen, insbesondere von digitalen Daten, die mit großer Geschwindigkeit übertragen werden.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt

Fiel ein Schema eines Ausführungsbeispiels einer Synchronisieranordnung nach der Erfindung und

F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung von F i g. 1.

Die Ausführungsform von F i g. 1 ist als Beispiel für den Fall eines Empfängers für Binärinformationen dargestellt, deren Dauer T₂ gleich der Periode der Frequenz F₂ ist, und deren Phase φ sich in unregelmäßiger Weise ändern kann. Der Empfänger enthält einen Oszillator 41 der Frequenz F, dessen Phase gleichfalls Schwankungen unterworfen ist, und einen Frequenzteiler 42, der Rechtecksignale der Frequenz F₂ = F/N liefert. Dem Frequenzteiler 42 ist im allgemeinen eine nicht dargestellte Anordnung zugeordnet, welche die Frequenz F₂ durch den Faktor 2 teilt und die Zeitbasis des Empfängers bildet. Die Synchronisieranordnung besteht einerseits aus einer Phasenvergleichsschaltung für den Vergleich der Phase φ der (an einem Eingang 43) empfangenen Binärinformationen mit der Phase φ, der von dem Frequenzteiler 42 gelieferten Signale, wobei diese Phasenvergleichsschaltung eine sogenannte Vergleichsinformation über die Richtung (Voreilung oder Nacheilung) der Phase φ₂ gegenüber der Phase φ liefert, und andererseits aus einer Korrekturschaltung für die Phase φ₂.

Die Vergleichsschaltung besteht hauptsächlich aus einem Phasenkomparator 50 für den Vergleich der Phase <p₂ der vom Frequenzteiler 42 gelieferten Signale mit der Phase φ der am Eingang 43 empfangenen Signale, zwei mit dem Phasenkomparator 50 verbundenen Zählern 51, 52, zwei Decodierern 53 und 54 für die Decodierung des Inhalts der Zähler 51 bzw. 52 und zwei bistabilen Kippschaltungen 55 und 56, die an die Decodierer 53 bzw. 54 angeschlossen sind.

Der Phasenkomparator 50 liefert je nach der Richtung der Phasenverschiebung zwischen den Phasen ψ>₂ und φ ein Signal entweder zu dem Zähler 51 oder zu dem Zähler 52. Der Inhalt des betreffenden Zählers wird um eine Einheit erhöht, bis ein Grenzwert erreicht wird, bei welchem der entsprechende Decodierer die daran angeschlossene Kippschaltung in den Zustand 1 bringt.

Bei einer abgeänderten Ausführung ist es möglich, die Zähler 51 und 52 durch einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler zu ersetzen, an den ein Decodierer für zwei Grenzwerte angeschlossen ist, die jeweils einer der Kippschaltungen 55 und 56 zugeordnet sind.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zähler 51 der Voreilung und der Zähler 52 der Nacheilung der Phase <p₂ in bezug auf die Phase φ der empfangenen Signale zugeordnet, und der Grenzwert N₁ des Inhalts der Zähler ist zur Vereinfachung der Beschreibung auf den Wert 3 festgelegt (wobei in der Praxis dieser Grenzwert jedoch sehr viel höher ist), was in der Zeichnung durch zwei Verbindungen ausgedrückt ist, welche die Zähler 51 und 52 mit dem zugeordneten Decodierer 53 bzw. 54 verbinden. Der Zustand 1 der Kippschaltung 55 entspricht also drei Vergleichsinformationen, die anzeigen, daß das Signal der Phase <p₂ in bezug auf das Signal der Phase voreilt, während der Zustand 1 der Kippschaltung 56 dann dem umgekehrten Zustand entspricht. Im übrigen sind die bei dieser Anordnung angewendeten logischen Informationen 0 und 1 durch zwei Potentiale V₀ bzw. V₁ dargestellt, wobei V₀ das Bezugspotential der Anordnung bilden kann.

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Die Ausgänge der Kippschaltungen 55 und 56 sind einerseits mit den Steuereingängen eines Verschieberegisters 2 der Korrekturschaltung und andererseits mit den beiden Eingängen eines Oder-Gliedes 57 verbunden; der Ausgang des Oder-Gliedes 57 ist mit dem einen Eingang eines UND-Gliedes 58 verbunden, dessen anderer Eingang an eine Korrekturzulassungsschaltung 27 angeschlossen ist, die ihrerseits mit dem Frequenzteiler 42 so verbunden ist, daß sie einen Impuls liefert, der die EntSperrung des Und-Gliedes 58 in dem zur Durchführung der Phasenkorrektur gewählten genauen Zeitpunkt ermöglicht. Die Korrekturzulassungsschaltung 27 steuert andererseits die Rückstellung der Kippschaltungen 55 und 56 mit Hilfe des gleichen, zeitlich geringfügig verschobenen Impulses. Der Ausgang des Und-Gliedes 58 ist ebenfalls mit einem Steuereingang des Verschieberegisters 2 verbunden.

Die so aufgebaute logische Schaltung ermöglicht es, dem Verschieberegister 2 dann, wenn eine Korrektur von der Schaltung 27 zugelassen wird, eine von dem Und-Glied 58 abgegebene Information zuzuführen, die anzeigt, daß eine Korrektur durchgeführt werden soll, sowie eine (entweder von der Kippschaltung 55 oder von der Kippschaltung 56 abgegebene) Information, welche die Richtung der an der Phase φ₂ vorzunehmenden Änderung anzeigt.

Die Korrekturschaltung besteht im wesentlichen aus einer an den Generator 41 angeschlossenen Verzögerungsschaltung 1, die ρ = η — 1 Ausgänge aufweist und es ermöglicht, die Phase des Eingangssignals um einen zwischen χ und px liegenden Wert in Schritten χ zu ändern, für die gilt: (p + l)x = 1//, sowie eine zusätzliche Verbindung, die direkt an den Eingang der Verzögerungsleitung angeschlossen ist und die Rolle eines (p + l)ten Ausgangs spielt; aus dem Verschieberegistcr 2 mit η Stufen, dessen Ausgang mit dem Eingang verbunden ist, und das ein einziges von 0 verschiedenes Glied enthält, dessen Lage unter der Steuerung durch die von der Vergleichsschaltung gelieferten Informationen in der einen oder anderen Richtung verschoben wird; und aus einer logischen Schaltung, die es ermöglicht, das Signal der Frequenz F an einem der ρ Ausgänge der Verzögerungsleitung 1 oder am Ausgang des Oszillators 41 abzunehmen, je nach der Lage des im Verschieberegister 2 enthaltenen, von 0 verschiedenen Bits, und das auf diese Weise phasenverschobene Signal zu dem Frequenzteiler 42 zu übertragen.

Das Verschieberegister 2 kann praktisch mit Hilfe von 2 π Koinzidenzgliedern, beispielsweise Und-Gliedern, gebildet werden, welche die Übertragung der Informationen zwischen π bistabilen Kippschaltungen, steuern, von denen jede einen Signaleingang aufweist, der die logische Information empfängt und einen Steuereingang, der ein Taktsignal empfängt, welches das Einschreiben dieser Information zuläßt, wobei dieses Taktsignal durch die von dem Und-Glied 58 abgegebene Information gebildet ist. Der Ausgang einer Kippschaltung ist einerseits mit dem Eingang der folgenden Kippschaltung und andererseits mit dem Eingang der vorhergehenden Kippschaltung verbunden (da das Verschieberegister in sich selbst geschlossen ist, bilden die letzte und die erste Stufe zwei aufeinanderfolgende Stufen), wobei diese Verbindungen über Und-Glieder erfolgen, die an ihrem zweiten Eingang eines der Voreilungs- oder Nacheilungssignale empfangen, die in der zuvor angegebenen Weise von den Kippschaltungen 55 bzw. geliefert werden.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Wert von ρ auf 4 festgelegt; das

Verschieberegister 2 enthält somit fünf Stufen 21, 22, 23, 24, 25, die mit fünf zusätzlichen Koinzidenzgliedern, beispielsweise Und-Gliedern 31, 32, 33, 34 bzw. 35 verbunden sind, wobei der zweite Eingang des ersten Gliedes 31 direkt an den Ausgang des

ίο Oszillators 41 und die zweiten Eingänge der vier übrigen Glieder an die Ausgänge der Verzögerungsleitung 1 angeschlossen sind. Die Ausgänge der Und-Glieder sind mit den Eingängen eines Oder-Gliedes verbunden, das das vom Oszillator 41 gelieferte und am Ausgang eines der Und-Glieder 31, 32, 33, 34, 35 vorhandene Signal zu dem Frequenzteiler 42 mit der Phase überträgt, die der Phasenverschiebung entspricht, die ihm von der Korrekturschaltung erteilt wird.

ao Das Diagramm von F i g. 2 erläutert die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels von Fig. 1. Dieses Diagramm zeigt

die Kurve 410 des vom Oszillator 41 abgegebenen Signals der Frequenz F,

die Kurven 210, 220, 230, 240, 250, welche die Zustände der bistabilen Kippschaltungen 21, 22, 23, 24 bzw. 25 des Verschieberegisters 2 darstellen,
die Kurve 411 des durch die Korrekturschaltung

korrigierten Signals der Frequenz F am Ausgang des Oder-Gliedes 36,

die Kurve 420 des vom Frequenzteiler 42 abgegebenen Signals der Frequenz F₂,
die Kurven 421 und 430 der Bits, deren Dauer, wie erinnerlich, gleich der Periode J₂ des Signals der Frequenz F₂ (Kurve 420) ist, und die einerseits von der zuvor erwähnten Zeitbasis auf Grund der Frequenz F mit korrigierter Phase geliefert und andererseits vorn Empfänger am Eingang 43 mit der Phase φ empfangen werden, wobei zur Vereinfachung des Diagramms als Beispiel die Ziffernwerte in diesen Kurven 421 und 430 abwechselnd 0 und 1 sind,
die Kurven 510 und 520, die sich auf den Inhalt der Zähler 51 bzw. 52 beziehen und die Zeitpunkte anzeigen, in denen der Inhalt eines Zählers um eine Einheit erhöht wird, wobei jeweils der numerische Inhalt des Zählers angegeben ist die Kurven 550 und 560 des Zustands der Kipp schaltungen 55 bzw. 56,

die Kurve 270, welche die Zeitpunkte angibt, ii denen die Korrekturzulassungssignale von de Schaltung 27 abgegeben werden,
die Kurve 260, welche die Zeitpunkte angibt, ii denen in Abhängigkeit von den Zuständen de Kippschaltungen 55 und 56 sowie den Korrek turzulassungssignalen eine Verschiebung des In halts des Verschieberegisters 2 in der durch di Kurven 210, 220, 230, 240, 250 dargestellte] Weise vorgenommen wird.

In diesem Diagramm ist zur Vereinfachung un klareren Darstellung angenommen, daß die Phasen q und φ ursprünglich verschieden und anschließen konstant sind, abgesehen von den Korrekturen, di an der Phase ^₂ durchgeführt werden, doch bleil natürlich das Prinzip der Wirkungsweise in dem pral tischen Fall, daß die Phasen φ« und φ Auswanderui

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gen des Oszillators 41 bzw. äußeren Störungen unterworfen sind, unverändert. Das vom Frequenzteiler 42 abgegebene Signal 420 eilt ursprünglich gegenüber dem empfangenen Signal nach. Die ansteigenden Übergänge (Übergänge von 0 nach 1) der empfangenen Bits werden mit den ansteigenden Flanken des Signals 420 verglichen, und der Inhalt des Zählers 51 wird in den Zeitpunkten 1, 5 und 9 um eine Einheit erhöht. Im Zeitpunkt 10 geht die Kippschaltung 56 in den Zustand 1 (Kurve 560), und bei dem nächsten Korrekturzulassungssignal (Kurve 270) wird der Inhalt des Verschieberegisters geändert (Kurven 220

und 230), was die Korrektur der Phase <p₂ des durch die Kurve 411 dargestellten Signals zur Folge hat.

Als Beispiel sind zwei Korrekturen der Nacheilung der Phase ^₂ (Kurve 421) gegenüber dei Phase φ des empfangenen Signals (Kurve 430) in den Zeitpunkten 10 und 21 sowie eine Voreilungskorrektur im Zeitpunkt 33 dargestellt, wobei die Vorgänge analog zu der zuvor beschriebenen Weise ablaufen Die am Signal der Kurve 411 durchgeführten Korrektüren sind der Deutlichkeit wegen verhältnismäßig groß dargestellt, sie sind aber aus den zuvor erläuterten Gründen in Wirklichkeit sehr viel kleiner.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

23 Ol 315 1 2 eher Frequenz, wobei das örtliche Signal mit Hilf Patentansprüche: eines Oszillators der Frequenz F = N ■ F2 und de Periode T und eines Frequenzteilers mit dem Teiler

1. Synchronisieranordnung zur Synchronisa- faktor N = FZF₂ erzeugt wird, mit einer zwischei

tion eines örtlichen Signals der Frequenz F₂ mit 5 dem Oszillator und dem Frequenzteiler eingeschalte

einem Bezugssignal gleicher Frequenz, wobei das ten Phasenkorrekturschaltung, die einerseits eine Ver

örtliche Signal mit Hilfe eines Oszillators der Fre- zögerungsanordnung enthält, deren Eingang an dei

quenz F = N ■ F_s und der Periode T und eines Ausgang des Oszillators angeschlossen ist und die ai

Frequenzteilers mit dem Teilerfaktor N = FZF₂ ρ Ausgängen (p = ganze Zahl>l) das Ausgangs

erzeugt wird, mit einer zwischen dem Oszillator io signal des Oszillators mit Verzögerungen x,2x ...p_}

und dem Frequenzteiler eingeschalteteu Phasen- mit χ = T/(p + 1) abgibt, und andererseits eine Wähl

korrekturschaltung, die einerseits eine Verzöge- schaltung enthält, die (p + 1) Eingänge hat, die mi

rungsanordnung enthält, deren Eingang an den dem Ausgang des Oszillators bzw. jeweils mit eineir

Ausgang des Oszillators angeschlossen ist und der ρ Ausgänge der Verzögerungsanordnung verbun-

die an ρ Ausgängen (p = ganze Zahl > 1) das 15 den sind, und mit einer Phasenvergleichsschaltung

Ausgangssignal des Oszillators mit Verzögerun- die einen Phasenkomparator enthält, der eine die

genx, 2x ... px mit χ = Tl(p + 1) abgibt, und Richtung (Voreilung oder Nacheilung) der Phasen-

andererseits eine Wählschaltung enthält, die differenz zwischen dem örtlichen Signal und dem Be-

(p + 1) Eingänge hai, die mit dem Ausgang des zugssignal angegebene Phaseninformation liefert und

Oszillators bzw. jeweils mit einem der ρ Aus- ao die Phasenkorrekturschaltung steuert.

gänge der Verzögerungsanordnung verbunden Synchronisieranordnungen dieser Art, die insbeson-

sind, und mit einer Phasenvergleichsschaltung, dere aus der US-PS 30 24 417 bekannt sind, dienen

die einen Phasenkomparator enthält, der eine die in erster Linie bei der Datenübertragung zur Syn-

Richtung (Voreilung oder Nacheilung) der Pha- chronisierung der Elezugsfrequenzen eines Daten-

sendifferenz zwischen dem örtlichen Signal und as senders und eines Datenempfängers.

dem Bezugssignal angegebene Phaseninformation Bei der Übertragung von digitalen Informationen

liefert und die Phasenkorrekturschaltung steuert, zu einem Empfänger ist es für die Verarbeitung der

dadurch gekennzeichnet, daß die Wähl- Informationen notwendig, daß ihr Wert und demzu-

schaltung (2; 31 ... 35; 36) so ausgebildet ist, folge ihre Lage genau bestimmt ist. Wegen der rela-

daß sie wahlweise einen ihrer Eingänge mit dem 30 tiven Auswanderung der einerseits den Sender und

Eingang des Frequenzteilers (42) verbindet, und andererseits den Empfänger steuernden Oszillatoren

daß die Phasenvergleichsschaltung (50 ... 58) in Verbindung mit den Verzerrungen, welche die In-

jeweils nach einer festen Anzahl von vom Phasen- formationen auf dem Übertragungsweg erleiden, ist komparator (50) abgegebenen, der gleichen Rieh- es erforderlich, die Bezugsfrequenz des Empfängers

tung der Phasendifferenz entsprechenden Ver- 35 mit der Frequenz der empfangenen Informationen zu gleichsinformationen auf die Wählschaltung derart synchronisieren.

einwirkt, daß diese je nach der Richtung der Diese Synchronisation erfolgt im allgemeinen digi-

Phasendifferenz den mit dem Frequenzteiler (42) tal mit Hilfe einer Korrekturschaltung, die zwischen verbundenen Eingang durch den in aufsteigender einen die Bezugsfrequenz F des Empfängers liefern- bzw. absteigender Richtung nächstfolgenden Ein· 40 den Oszillator und einen Frequenzteiler eingefügt ist, gang in zyklischer Folge vertauscht. der eine Frequenz F₂ liefert, deren Periode T₂ gleich

2. Synchronisieranordnung nach Anspruch 1, der Dauer eines Bits ist, wobei gilt F₂ = FIN; diese dadurch gekennzeichnet, daß die Wählschaltung Korrekturschaltung wirkt auf die Phase φ₂ des im ein Verschieberegister (2) mit (p + 1) Stufen Empfänger erzeugten Rechtecksignals der Frequenz (21 ... 25) aufweist, das eine einzige von Null 45 F₂ durch schrittweise Vergrößerung oder Verringeverschiedene Information enthält und dessen Aus- rung gemäß einer Information ein, die von einer gang mit seinem Eingang verbunden ist, daß der Vergleichsschaltung geliefert wird, welche die Vor-Fortschalteeingang des Verschieberegisters (2) eilung oder Nacheilung der Phase φ₂ in bezug auf mit einem Ausgang der Phasenvergleichsschaltung die Phase φ der vom Empfänger empfangenen Bits (50 ... 58) verbunden ist, an dem diese jeweils 50 feststellt, wobei die schrittweise Vergrößerung oder nach einer festen Anzahl von der gleichen Rieh- Verringerung einen zuvor festgelegten Wert T₂ZN tung der Phasendifferenz entsprechenden Ver- hat. Zu diesem Zweck enthalten bekannte Synchrogleichsinformationen einen Fortschaltimpuls ab- nisieranordnungen Korrekturschaltungen, mit denen gibt, und daß das Verschieberegister (2) zwei die Frequenz des dem Frequenzteiler zugeführten Steuereingänge für die Richtung der Verschiebung 55 Signals verändert werden kann, hat, die mit Ausgängen der Phasenvergleichs- Bei der aus der US-PS 30 24417 bekannten Syn-

»chaltung (50 ... 58) verbunden sind, an denen chronisieranordnung wird die Korrektur dadurch ervon der Richtung der Phasendifferenz abhängige halten, daß die Anzahl der im Verlauf der betreifen-Steuersignale abgegeben werden. den Periode T₂ zum Frequenzteiler übertragenen Im-

60 pulse geändert wird, wobei sich jeder zusätzliche Impuls in einer Phasenverschiebung des Signals der

Frequenz F₂ um den Wert T₂ZN äußert.

Für den Fall, daß einerseits die Frequenz des im

Empfänger verwendeten Oszillators durch einen

65 Quarzkristall gesteuert wird, der aus technologischen

ie Erfindung bezieht sich auf eine Synchronisier- Stabilitätsgründen Einschränkungen hinsichtlich der rdnung zur Synchronisation eines örtlichen Si- Wahl der Frequenz F bedingt, und andererseits die s der Frequenz F₂ mit einem Bezugssignal glei- Frequenz F₂ (FZN) sehr hoch gewählt wird, erweist