DE2355470B2 - Taktgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Taktgeber mit zeitlicher Einstellung durch ein Nachrichtenzeichen darstellendes und Polaritätsübergänge aufweisendes binärcodiertes Analogsignal entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Taktgeber finden Anwendung in der Ausführungsform phasengetakteter Schleifen mit spannungsgesteuerten Oszillatoren für Zwecke der Bittaktung bei der digitalen Nachrichtenübertragung.

Nach dem Stande der Technik ist die Verwendung phasengetekteter Schleifenanordnungen mit spannungsgesteuerten Oszillatoren für die Bittaktung bei Binärinfonnationen enthaltenden Analogsignalen bereits bekannt

Ein Beispiel dafür ist in der US-Patentschrift 36 02 834 beschrieben. Dabei handelt es sich um eine Proportionalsteueranordnung mit einem Abtast- und einem Haltekreis für das analoge Eingangssignal in Zusammenarbeit mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, der voreilende und nacheilende Zeitgabeimpulse zusätzlich zu einem Taktsignal erzeugt. Diese Anordnung ist jedoch nicht imstande, direkt durch das analoge Eingangssignal angesteuert zu werden und benötigt zusätzliche Schaltkreise zur Bestimmung der aktuellen Polaritäten der Pegelübergänge des analogen Eingangssignal.

Ein anderes Beispiel einer Proportionalsteueranordnung zur Taktgabe ist im US-Patent 35 99 110 beschrieben. Die darin enthaltenen Schaltkreise sind jedoch ebenfalls nicht geeignet, direkt mit dem analogen Eingangssignal zu arbeiten, und verwenden ein Paar von Impulsgeneratoren, die unter der Steuerung durch einen spannungsgesteuerten Oszillator zur Erzeugung von so Takt- und Torimpulsen erforderlich sind. Des weiteren ist dabei ein wechselspannungsgesteuerter Trigger zum Phasenvergleich des analogen Eingangssignals mit dem Datentaktsignal erforderlich.

Das US-Patent 33 76 517 behandelt einen Phasenvergleicher, der mit nichtproportionaler Steuerung arbeitet. Auch dessen Schaltkreise können nicht direkt mit dem analogen Eingangssignal gespeist werden.

Das US-Patent 35 00 226 beschreibt eine herkömmliche phasengesteuerte Schleifenanordnung, bei der ein phasenvergleichendes Flipflop durch aufeinanderfolgende Eingabe- bzw. Taktimpulse abwechselnd ein- bzw. ausgeschaltet wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Angabe eines gegenüber den vorgenannten Anordnungen verbesserten Taktgebers mit einer phasengetakteten Schleife, wobei direkt die Polaritätswechsel des einlaufenden Analogsignals zur Steuerung eines flankeneeschalteten Flinflons verwendet werden, dessen

zweitem Eingang das Taktsignal von einem dieses erzeugenden abhängigen Oszillator zugeführt wird; dabei soil zusätzlicher Schaltkreisaufwand nach dem Stande der Technik zur Bestimmung der relativen Polaritäten der entsprechenden Pegelübergänge des Analogsignals und des Taktsignals vermieden werden.

Die Lösung der genannten Aufgabe ist durch den Patentanspruch 1 gekennzeichnet Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Bitinformationen enthaltendes analoges Eingangssignal der Amplitude nach ausgewertet und in ein angenähertes Rechtecksignal umgeformt Das sich dabei ergebende Signal wird dem Tast- oder Steuereingang eines fiankengetasteten Flipflops zugeführt das seinerseits über einen Tiefpaß in einer phasengetasteten Schleifenanordnung mit einem spannungsgesteuerten Oszillator veränderbarer Frequenz zusammenarbeitet Das Taktsignal vom spannungsgesteuerten Oszillator wird dem logischen Eingang des Flipflops zugeführt Das Taktsignal hat eine nominale Mittenfrequenz, die der doppelten Bitfolgefrequenz des Eingangssignais gleicht Ein Pegelwechsel des Eingangssignals bewirkt die Durchgabe des anstehenden Taktsignalpegels zum Ausgang des vorgenannten Flipflops. Der sich dabei ergebende Ausgangspegel ist nicht der Phasendifferenz zwischen Taktsignal und Eingangssignal proportional, sondern entspricht einem vorgegebenen Pegel mit einer jeweiligen Polarität zur Frequenzverstellung des spannungsgesteuerten Oszillators dahingehend, daß uas Taktsignal in Synchronismus mit dem Eingangssignal kommt Ein wiedergewonnenes Binär-Nutzsignal kann vom amplitudendiskriminierten und in Rechteckform umgewandelten Eingangssignal durch Anlegung dieses Signals an den logischen Eingang eines zweiten flankengetasteten Flipflops abgeleitet werden, wobei das zweite Flipflop durch die Polaritätswechsel des Taktsignals vom spannungsgesteuerten Oszillator getastet wird.

Das vorerwähnte Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Zeitschaubild mit den wesentlichen Signalwellenformen im gewählten Ausführungsbeispiel,

F i g. 2 ein entsprechendes Blockschaltbild,

F i g. 3 das Schaltbild eines dabei verwendbaren Tiefpasses und

F i g. 4 ein weiteres Zeitschaubild zur Erläuterung.

F i g. 1 zeigt die zeitliche Lage und Wellenformen verschiedener Signale im gewählten Ausführungsbeispiel. F i g. 2 ist das Blockschaltbild, das zugrunde gelegt wird.

Code A ist ein binärcodiertes analoges Eingangssignal, dessen dargestellte Perioden im Binärcode den Wert 10100 darstellen.

Dieses Signal mit der Bezeichnung Code A wird den Eingängen U und D eines Amplitudendiskriminators 10 zugeführt, der seinerseits die Umformung in ein Rechtecksignal durchführt Solche Schaltkreise entsprechen dem Stande der Technik. Wenn der Eingang U in Beziehung zum Eingang D positiv ist nimmt das Ausgangssignal einen gegebenen hohen Pegel an, und umgekehrt. Die beschnittene Rechteckwellenform am Ausgang des Diskriminator 10 ist in der zweiten Zeile der F i g. 1 als Signal Code B mit einer natürlicherweise gegebenen zeitlichen Instabilität dargestellt. Dies ist durch die ausgezogenen und gestrichelten Linien für Code S symbolisiert. Die Wellenform 12 stellt ein Signal Code B dar, das einem Signal Code A bzw. einem Eingangssignal entspricht dessen positive Pegelwechsel jeweils negativen Pegelwechseln der Taktsignalwellenforrn gemäß der dritten Zeile von F i g. 1 vorangehen. Die Wellenform 12 illustriert somit einen Zustand, bei dem die Zeitlage des Code A früh Hegt in bezug auf das Taktsignal. Die gestrichelte Wellenform 14 illustriert ein Signal Code B, das einem Signal Code A entspricht das seinerseits später liegt als das Taktsignal.

ίο Das Signal Code B wird dem Tasteingang eines flankengetasteten Flipflops FFl zugeführt Dessen komplementäre Ausgänge für Q und 7j sind mit den Eingängen eines Tiefpasses 16 verbunden, dessen Ausgänge wiederum mit einem spannungsgesteuerten Oszillator 18 veränderbarer Frequenz verbunden sind. Dessen Mittenfrequenz 2/₀ entspricht dem doppelten Wert der Bitfolgefrequenz /₀ des Eingangssignals Code A. Der Ausgang des Oszillators 18 gibt das Taktsignal 20 gemäß der dritten Zeile von F i g. 1 ab.

Dieses Taktsignal wird dem logischen Eingang des Flipflops FFl zugeführt

Das flankengetastete Flipflop FFl ist ein solches bekannter Art und arbeitet folgendermaßen: Ein positiver Pegelübergang von Code B am Tasteingang IaQt das Ausgangssignal Q einen Maximalpegel annehmen, dessen Polarität der jeweils herrschenden Polarität des Taktsignals am logischen Eingang des Flipflops FFl gleicht Das Signal ~Q des Flipflops FFl ist jeweils komplementär zum Signal Q. Wenn Q hoch ist, dann ist Q tief, und umgekehrt Das Ausgangssignal des Flipflops FFl ist der Phasendifferenz zwischen Code B und Taktsignal zwar nicht proportional, wird jedoch immer auf einen maximalen Ausgangspegel entsprechender Polarität bei gegenüber dem Taktsignal früher oder später liegendem Code B eingestellt. Die

Ausgangsbedingungen des Flipflops FFl bleiben dann

zumindest so lange konstant, bis der nächste mit Code B getastete Pegelwechsel auftritt.

Wenn Code B exakt synchron mit dem Taktsignal 20

Hegt, d. h. wenn die positiven Pegelübergänge des Code B im wesentlichen mit negativen Pegelübergängen des Taktsignals 20 zeitlich zusammenfallen, dann nimmt das Flipflop FFl über gleiche Zeitdauern seine beiden Signalzustände abwechselnd ein. Der Tiefpaß 16 bildet den Signalmittelwert und erzeugt einen Neutralzustand der Steuerspannung, die am Oszillator 18 anliegt. Damit wird das Taktsignal auf der gerade herrschenden Frequenz gehalten.
Nun soll der Fall betrachtet werden, daß Code B früh in bezug auf das Taktsignal liegt wie dies durch Wellenform 12 dargestellt ist.

Die abwärts gerichteten Heile 22a gemäß F i g. 1 zeigen die Tastzeitpunkte des Flipflops FFl an. Es ist zu erkennen, daß ins Positive gehende PegelUbergänge der Wellenform 12 negativen Übergängen des Taktsignals 20 vorangehen. Jeder ins Positive gehende Übergang der Wellenform 12 fällt mit einem positiven Taktpegel zusammen, so daß das Ausgangssignal Q von FFl jeweils im oberen Pegelzustand bleibt oder sofort in

*>o diesen versetzt wird, womit über den Tiefpaß 16 eine Steuerspannung abgegeben wird, die die Frequenz des Oszi'lators 18 erhöht, um das Taktsignal 20 in Synchronismus mit der Wellenform 12 des Code B zu bringen.

^hi Umgekehrt folgt bei einer nachlaufenden Wellenform 14 des Code B jeder positive Pegelübergang einem negativen Übergang des Taktsignals 20. Somit liegt bei jeder Tastung des Flipflops FFl sn srinem

Eingang eine negative Halbperiode des Taktsignals an, womit das Ausgangssignal Q heruntergeschaltet und das Ausgangssignal ~Q auf einen hohen Pegel hochgeschaltet wird. Die durch die ins Positive gehenden Pegelübergänge der Wellenform 14 des Code B bewirkten Tastungen des Flipflops FFl sind nun durch abwärtsgerichtete Pfeile 226 bezeichnet Die sich dabei ergebenden Signale (?und (blassen den Tiefpaß 16 dem spannungsgesteuerten Oszillator 18 eine Steuerspannung zuführen, die die Oszillatorfrequenz in umgekehrter Richtung verändert, mit dem Ziel, die Phasendifferenz zwischen Code B und dem Taktsignal 20 zu verkleinern.

Beim gewählten Äusführungsbeispiei werden nur ins Positive gehende Pegelübergänge des Code B zur Flipflop-Tastung verwendet und ins Negative gehende Pegelübergänge unberücksichtigt gelassen. Jedoch wäre es durchaus ebenfalls möglich, nur die ins Negative gehenden Pegelübergänge oder die Pegelübergänge beider Polaritätsrichtungen zu verwenden.

Das Signal Code C in F i g. 1 stellt das aus dem Eingangscode A abgeleitete Binärnutzsignal in Erweiterung der Erfindung dar. Dieses Signal Code C kann durch Verbindung des Tast- oder Steuereingangs eines zweiten flankengeschalteten Flipflops FF2 mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators 18 und durch Verbindung des logischen Eingangs dieses Flipflops mit dem Ausgang des Amplitudendiskriminators 10, d.h. mit der Quelle des CodeB, gewonnen werden. Zu beachten ist dabei, daß die beiden Eingangsarten der beiden Flipflops FFl und FF2 genau umgekehrt mit Takt- und Code B-Signalen gespeist werden. Das Flipflop FF2 verwendet die ins Positive gehenden Pegelübergänge des Taktsignals 20 zur Durchschaltung der jeweils anliegenden Polarität von Code B zum Ausgang des Flipflops FF2, Das entsprechende Ausgangssignal ist mit Code C bezeichnet und entspricht direkt dem im Eingangssignal Code A enthaltenen Binärcode 10100.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig.2 ist keine Proportionalsteueranordnung entsprechend dem Stande der Technik, sondern eine einfachere Steueranordnung, bei der das Flipflop FFl nur entscheidet, ob das Signal Code B früh oder spät in bezug auf das Taktsignal 20 liegt Das Ausgangssignal des Flipflops FFl enthält dabei keine proportionalen Steuergrößen, sondern gibt nur die aktuelle Phasendifferenzrichtung zwischen Code B und Taktsignal an. Die Pegel der Signale Q und Q des Flipflops FFl werden nur zwischen vollen Extremwerten hin- und hergeschaltet, je nachdem, ob der Code B früh oder spät liegt, und diese Pegel werden jeweils zumindest bis zur nächsten Abtastung des Taktsignals durch einen positiven Pegelübergang des Code B gehalten. Somit werden vorgegebene Extrempegel für Q und (^ dem nachgeschalteten Tiefpaß 16 zugeführt, die angeben, ob Code B früh oder spät liegt Durch Verwendung nur der ins Positive gehenden Pegelübergänge der Eingangswellenform Code A zur Abtastung des Taktsignals 20 werden zusätzlich komplexe Schaltkreise zur Bestimmung der jeweiligen Polarität des Tastsignals entsprechend dem bekannten Stand der Technik vermieden. Dieser vereinfachte und verbesserte Taktgeber arbeitet somit direkt mit dem angenähert rechteckförmig gemachten analogen Eingangssignal und benötigt keine Impulsgeneratoren oder zusätzliche Zeitimpulse oder Verzögerungsschaltkreis zur Sicherstellung, daß das gewonnene Signal Code ( eine echte und fehlerfreie Wiedergabe des Code A is Der gewonnene Code C enthält dabei zwei Pegelüber gänge pro Bitperiode bei einer binären Eins und nu einen Pegelübergang pro Bitperiode zur Darstellunj einer binären Null. Offensichtlich könnte die vorliegen de Erfindung ebenso für andere Codeschemata verwen det werden.

In F i g. 3 ist als Beispiel ein Tiefpaß 16 dargestellt. Di· Pegel der Signale Q und Q am Ausgang des Flipflop FFl laden einen Kondensator 24 auf und führen übe die beiden Steuerleitungen 26 und 28 zum spannungsge steuerten Oszillator 18 Extrempegel der jeweil richtigen Polarität zu, um das Ausgängs-Takisignai 2! des spannungsgesteuerten Oszillators 18 im Synchronis mus mit dem Signal Code B zu bringen. Im Beispiel sol ein hoher bzw. positiver Pegel auf der Steuerleitung 21 die Frequenz des Oszillators 18 erhöhen, wohingegei ein hoher Pegel auf der Steuerleitung 28 die Frequen: des Oszillators erniedrigt Das Filter 16 hat eint Primärzeitkonstante, die einige Male größer bemessei ist als der maximale Zeitabstand zwischen dei Tastungen des Flipflops FFl. Solche spannungsgesteu erten Oszillatoren wie der Oszillator 18 sind nach den Stand der Technik wohl bekannt

Bei einer Verwendung der vorliegenden Erfindunj kann die Datenfolgefrequenz k des Eingangscode
1344 Megabits/sec sein. Insbesondere ist die vorliegen de Erfindung mit vergleichbaren Datenfolgegeschwin digkeiten verwendbar. Der dargestellte Code A gehör zur Familie der sogenannten frequenzgetasteten Codes die Erfindung ist jedoch auch für andere Codeartei verwendbar.

F i g. 4 ähnelt der F i g. 1 und zeigt die wesentlichei Wellenformen bei der Verarbeitung eines Code B, de gerade die Binärfolge 110011 darstellt In Fig.4 zeig die zweite Zeile hierzu das Ausgangssignal de Amplitudendiskriminators 10, d. h. Code B. Der Teil 3< des Wellenzuges weist positive Pegelübergänge auf, di< negativen Flanken des Taktsignals 20 nacheilen. Dii letzte Zeile in Fig.4 zeigt eine Wellenform, bei de anfangs das Signal Q am Flipflop FFl niedrigen Pege führt Die nach unten zeigenden Pfeile 32 verdeutlichet den Zusammenhang zwischen positiv gerichtetei Pegelübergängen des Code Bund negativen Pegeln de Taktsignals 20, das durch diese positiven Pegelübergän ge von Code B abgetastet wird. Ähnlich gelten weiten abwärts gerichtete Pfeile 34 zur Bezeichnung des Pegel des Ausgangssignals Q von FFl. Q ist so langt abgesenkt so lange positive Pegelübergänge voi

Code B negativen Übergängen des Taktsignals 2(

folgen.

Der Teil 36 im Wellenzug gilt für einen im bezug au

das Taktsignal früh liegenden Code Ä Dabei wird da

Ausgangssignal Q des Flipflops FFl auf hohen Pege

geschaltet; positive Pegelübergänge des Code B laufei negativen Flanken des Taktsignals voran.

Pfeile 38 zeigen wiederum, wann das Taktsignal mi

Hilfe FFl abgetastet wird, und Pfeile 40 zeigen dei Zustand des nunmehr hochgeschalteten Pegels de Signals <? an FFl. Die oberste Zeile von Fig.4 stell wiederum das Ausgangssignal Code C des Flipflop FF2 dar, das das empfangene analoge Eingangssignal ii richtig getaktet ausgewerteter Form wiedergibt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprache:

1. Taktgeber mit zeitlicher Einstellung durch ein Nachrichtenzeichen darstellendes und Pegelübergänge aufweisendes binärcodiertes Analogsignal,
der einen frequenzvariierbaren, spannungsgesteuerten Oszillator

sowie einen diesen Oszillator steuernden Phasenvergleicher aufweist, der die zeitliche Lage des binärcodierten Analogsignals mit der des vom Oszillator gelieferten Taktsignals vergleicht,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Tasteingang des Phasenvergleichers (FFX) das binärcodierte Analogsignal (Code A) und dem logischen Eingang des Phasenvcrgleichers (FFi) das abzugebende Taktsignal (20) vom Ausgang des Oszillators (18) zugeführt wird,
wobei am Ausgang des Phasenvergleichers (FFl) ein nur die Richtung der Phasendifferenz zwischen den Analogsignal-Pegelübergängen und den Taktsignal- Pegelübergängen wiedergebendes Steuersignal (Q/Q) abnehmbar ist, dessen Polarität von der jeweiligen Polarität des Taktsignals (20) zu den Tastzeitpunkten (22a, 22tyabhängt, und
daß dieses Steuersignal (Q/Q) dem Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators (18) zugeführt wird.

2. Taktgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Phasenvergleicher als Flipflop (FFi) mit einem vorwählenden logischen Signaleingang (Log. Eingang) und einem Tasteingang ausgebildet ist und daß das örtlich erzeugte Taktsignal (20) dem logischen Signaleingang (Log. Eingang) und die Pegelübergänge des binärcodierten Analogsignals (Code A) dem Tasteingang des Flipflops (FFi) zugeführt werden,

wobei der dem logischen Signaleingang (Log. Eingang) zugeführte Taktsignalpegel mit jeder Tastung zum Flipflop-Ausgang durchschaltbar ist.

3. Taktgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang/den Ausgängen des phasenvergleichenden Flipflops (FFi) und dem Eingang/den Eingängen des spannungsgesteuerten Oszillators (18) ein Tiefpaß (16) vorgesehen ist

4. Taktgeber nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß vor dem Eingang des Taktgebers ein Amplitudendiskriminator (10) für die Umwandlung des zugeführten Analogsignals (Code A) in ein zumindest angenähert rechteckförmiges Signal (Code B) vorgesehen ist

5. Taktgeber nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Nennfrequenz des Taktsignals (20) mindestens doppelt so hoch ist, wie die Bitfolgefrequenz des zugeführten Analogsignals (Code A)

6. Taktgeber nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß das zugeführte Analogsignal (Code A) ein Zweifrequenzsignal ist,

bei dem zwei Pegelübergänge während einer vorgegebenen Bitperiode ein erstes Binärzeichen (1) und ein Pegelübergang während der vorgegebenen Bitperiode ein zweites Binärzeichen (0) wiedergeben.

7. F.mnfanpssohaltiinixsanorHniirKr mit pinem Taktgeber nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Flipfiop (FF2) vorgesehen ist, dessen Tasteingang das phasenkorrigierte örtlich erzeugte Taktsignal (20) vom Oszillator (18) und dessen logischem Signaleingang (Log. Eingang) die Pegelübergänge des Analogsignals (Code A) zugeführt werden,
wobei am Ausgang dieses Flipflops (FF2) ein das binärcodierte Analogsignal (Code A) wiedergebendes, rechteckförmiges Signal (Code C) abnehmbar ist