DE2355470C3 - Taktgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Taktgeber mit zeitlicher Einstellung durch ein Nachrichtenzeichen darstellendes und Polaritätsübergänge aufweisendes binärcodiertes

.■ο Analogsignal entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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

.η der digitalen Nachrichtenübertragung.

Nach dem Stande der Technik ist die Verwendung phasengetakleter Srhleifenanordnungeii mit spannungsgesteuerten Oszillatoren für die Bittaktung bei Binärinformationen enthaltenden Analogsignalen bein reits bekannt.

Ein Beispiel d'Jär 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 angesteueri zu werden und benötigt zusätzliche Schaltkreise zui Bestimmung der aktuellen Polaritäten der Pegelübergänge des analogen Eingangssignals.

Ein anderes Beispiel einer Proportionalsteueranordnung zur Taktgabe ist im US-Patent 35 99 110

■fi 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 Duentaktsignal erforderlich.

Das US-Patent 33 76 517 behandelt einen Phasenver-

ίί gleicher, 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 phasengesleuerte 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 Anordnung gen verbesserten Taktgebers mit einer phasengetaktc ten Schleife, wobei direkt die Polaritätswechsel des einlaufenden Analogsignals zur Steuerung eines flankengeschälleleri Flipflops verwendet werden, dessen

zweitem Eingang das Taktsignal von einem dieses erzeugenden abhängigen Oszillator zugeführt wird; dabei soll zusätzlicher Schallkreisaufwand nuch 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 I 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 wi^rd dem Tast- oder Steuereingang eines flankengetasteten 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 Miuenfrequenz, die der doppelten Bitfolgefrequenz des Eingan'Tssign::!s 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, aaß das Taktsignal in Synchronismus mit dem Eingangssignal kommt. Ein wiedergewonnenes Binär-Nutzsignal kann vom amplitudendiskriminierien 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

Fig. 1 ein Zeitschaubild mit den wesentlichen Signalwellenformen im gewählten Ausführungsbeispiel.

F i g. 2 ein entsprechendes Blockschaltbild,

Fig. 3 das Schaltbild eines dabei verwendbaren Tiefpassesund

F i g. 4 ein weiteres Zeitschaubild zur Erläuterung.

Fig. 1 zeigt die zeitliche Lage und Wellenfotmen 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 darstellrn.

Dieses Signal mit der Bezeichnung Code A wird den Eingängen iVund Deines Amplitudendiskriminators 10 zugeführt, der seinerseits die Umformung in ein Rechtecksignal durchführt. Solche Schaltkreise entspre chen dem Stande der Technik. Wenn der Eingang i/in Beziehung zum Eingang D positiv ist, nimmt das Ausgangssignäl 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 zeitlicher. Instabilität dargestellt. Dies ist durch die ausgezogenen und gestrichelten Linien für GWe ß symbolisiert Die Wellenform 12 stellt ein Signal

Code B dar, das einem Signal Code A bzw. einem Kingungssißnal entspricht, dessen positive Pegelwechsel jeweils negativen Pegclwechseln der Taktsignalwellen form gemäß der drillen Zeile von Fig. 1 vorangehen. Die Wellenform 12 illustriert somit einen Zustand, bei dem die Zeitlage des Code A früh liegt 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.

Das Signal Code B wird dem Tasteingang eines flankengetasteten Flipflops FFl zugeführt. Dessen komplementäre Ausgänge für Q und Q sind mit den Eingängen eines Tiefpasses 16 verbunden, dessen Ausgänge wiederum mit einem spannungsgesteuerten Oszillator 18 veränderbarer Frequenz verbunden sind. Dessen Miitenfrequenz 2f_a entspricht dem doppelten Wert der Bitfolgefrequenz f« des Eingangssignals Code A. Der Ausgang des Oszillators 18 gibt das Taktsignal 20 gemäß der dritten Zeile von Fig. 1 ab. Dieses Taktsignal wird dem logischen Eingang des Flipflops FFt zugeführt.

Das flanken?etastete Flipflop FFl iLi ein solches bekannier Art und arbeitet folgendermaßen: Ein positiver Pegelübergang von Code B am Tasteingang läßt das Ausgangssignal 0 einen Maximalpegel annehm .-.ι, dessen Polarität der jeweils herrschenden Polarität des Taktsignals am logischen Eingang des Flipflops FFl gleicht. Das Signal Q des Flipflops FFl ist jeweils kompleme itär 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 Ausgangsbedingnngen 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 liegt, d. h. wenn die positiven Pegelübergänge des Code B im wesentlichen mit negativen Pegelühergängen 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 Pfeile 22a gemäß Fig. 1 zeigen die Tastzeitpunktc des Flipflops FFl an. Es ist zu erker vci, daß ins Positive gehende Pegelübergänge der Wellenform 12 negativen Übergängen des Taktsignal 20 vorangehen. Je^tr 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 diesen versetzt wird, womit über den Tiefpaß 16 eine Steuerspannung abgegeben wird, die die Frequenz des Oszillators 18 erhöht, um das Taktsignal 20 in Synchronismus mit der Wellenform 12 des Code B zu bringen..

Umgekehrt folgt bei einer nachlaufenden Wellenform 14 des Coda B jeder positive Pegelübergang einem negativen Übergang des Taktsignals 20. Somit liegt bei jeder Tastung des Flipflops FFl an seinem logischen

Eingang eitle negative Halbperiode des Taktsignals an, womit das Äusgangssignal Q heruntergeschaltet und das Ausgangssignal ζ? auf einen hohen Pegel hochgeschaltet wird. Die durch die ins Positive gehenden Pegelübergänge der Wellenform 14 des Code B bewirkten Taslungen des Flipflops FFl sind nun durch abwärtsgcrichlete Pfeile 226 bezeichnet. Die sich dabei ergebenden Signale Q und Q lassen den Tiefpaß 16 dem spannungsgesleucrten Oszillator 18 eine Stcucrspannung zuführen, die die Oszillatorfrequenz in umgekehrter Richtung verändert, mit dem Ziel, die Phasendifferenz zwischen Code B und dem Taktsignal 20 /u verkleinern.

Beim gewählten Ausfuhrungsbeispiel werden nur ins Positive gehende Pegelübergänge des Code B zur Flipflop-Tastung verwendet und ins Negative gehende Pegelübergänge unberücksichtigt gelassen. Jedoch wäre

PK rlllrrhnijc pHpnfaljc mnojirli nur ^i** *n^c Njpontiup

gehenden Pegelübergänge oder die Pcgelübcrgängc beider Polaritätsrichtungen zu verwenden.

Das Signal CWe C in F i g. I stellt das aus dem Eingangscode A abgeleitete Binärnutzsignal in Erweiterung der Erfindung dar. Dieses Signal CWc C kann durch Verbindung des Tast- oder Steucreingangs eines zweiten flankengeschalteten Flipflops FF2 mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators 18 und durch Verbindung des logischen Eingangs dieses Flipflops mit dem Ausgang des Ampliiudendiskriminators 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 ß-Signalcn 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 101CO.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 ist keine Proportionalsteueranordnung entsprechend dem Stande der TecnniK. sondern eine einlachere steueranordnung, bei der das Flipflop FFl nur entscheidet, ob das Signal Code S 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 ßfriih 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 C? und Q dem nachgeschalteten riefpaß 16 zugeführt, die angeben, ob Code B früh oder spät liegt. Durch Verwendung nur der ins Positive gehenden Pegelübergänge der Eingangswellenform Code A zur Absaslung 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 Eincrantrc^icmaf und benötigt keine in^iils^enerstoren oder zusätzliche Zcitimpulsc oder Vcrzögerungsschalikreise /tir Sichcrslcllung, daß das gewonnene Signal Code C eine echte und fehlerfreie Wiedergabe das Code Ä ist. Der gewonnene Code Centhält dabei /.wei Pegelübergängc pro Bitperiode bei einer binären Eins und nur einen Pcgcliibcrgang pro Bitperiode zur Darstellung einer binären Null. Offensichtlich könnte die vorliegende Erfindung ebenso für andere Codescht'inata verwendet werden.

In I·" i g. 3 ist als Beispiel ein Tiefpaß 16 dargestellt. Die Pegel der Signale O und 0 am Ausgang des Flipflops FFl laden einen Kondensator 24 auf und führen über die beiden Steuerleitungen 26 und 28 /um spannungsgesleucrten Oszillator 18 Extrempegel der jeweils richtigen Polarität zu, um das Ausgangs-Taktsignal 20 des spannungsgcstcuerten Oszillators 18 im Synchronismus mit dem Signal Code B zu bringen. Im Beispiel soll ein hoher bzw. positiver Pegel auf der Stcuerleitiing 26 die Frequenz des Oszillators 18 erhöhen, wohingegen ein hoher Pegel auf der Steuerlcilung 28 die Frequenz des Oszillators erniedrigt. Das Filter 16 hat eine Primärzeitkonslante, die einige Male größer bemessen ist. als der maximale Zeilabstand zwischen den Tastungen des Flipflops FFl. Solche spannungsgcsteucrtcn Oszillatoren wie der Oszillator 18 sind nach dem Stand der Technik wohl bekannt.

Bc; einer Verwendung der vorliegenden Erfindung kann '!ie Datcnfolgcfrequenz ^ des Eingangscode A 1.344 Mcgabits/sec sein. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung mit vergleichbaren Datenfolgegcschwindigkeitcn verwendbar. Der dargestellte Code A gehört zur Familie der sogenannten frequenzgctastelen Codes; die Erfindung ist jedoch auch für andere Codearten verwendbar.

F i g. 4 ähnelt der F i g. 1 und zeigt die wesentlichen Wellenformen bei der Verarbeitung eines Code B. der gerade die Binärfolge 110011 darstellt. In Fig. 4 zeigt die zweite Zeile hierzu das Ausgangssignal des Amplitudendiskriminators 10. d. h. Code B. Der Teil 30 des Wellenzuges weist positive Pcgelübergänge auf. die negativen Flanken des Taktsignals 20 nacheilen. Die letzte Zeile in Fig.4 zeigt eine Welienform. bei der anfangs das Signal Q am ΡϋμΓϊυμ FF ι tueungcii Pcgc! führt. Die nach unten zeigenden Pfeile 32 verdeutlichen den Zusammenhang zwischen positiv gerichteten Pegelübergängen des Code Sund negativen Pegeln des Taktsignals 20. das durch diese positiven Pegelübergänge von Code B abgetastet wird. Ähnlich gelten weitere abwärts gerichtete Pfeile 34 zur Bezeichnung des Pegels des Ausgangssignals Q von FFl. O ist so lange abgesenkt, so lange positive Pegelübergän^e von Code B negativen Übergängen des Taktsignal 20 folgen.

Der Teil 36 im Wellenzug gilt für einen im bezug auf das Taktsignal früh liegenden Code B. Dabei wird das Ausgangssignal Q des Flipflops FFl auf hohen Pegel geschaltet: positive Pegelübergänge des Code B laufen negativen Flanken des Taktsignal voran.

Pfeile 38 zeigen wiederum, wann das Taktsignal mit Hilfe FFl abgetastet wird, und Pfeile 40 zeigen den Zustand des nunmehr hochgeschalteten Pegels des Signals Q an FFl. Die oberste Zeile von Fig.4 stellt wiederum das Ausgangssignal Code C des Flipflops FF2dar.das das empfangene analoge Eingangssignal in richtig getaktet ausgewerteter Form wiedergibt.

Hit r/n 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

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 (FF\) das binärcodierte Analogsignal (Code A) und dem logischen Eingang des Phasenvergleichers (FFX) das abzugebende Taktsignal (20) vom Ausgang des Oszillators (18) zugeführt wird,

wobei am Ausgang des Phasenvergleichers (FF\) ein nur die Richtung der Phasendifferenz zwischen den Analogs'^nal-Pegelübergängen und den Taktsignal-Pegelübergängen wiedergebendes Steuersignal (Q/Q) abnehmbar ist, dessen Polarität von der jeweiligen Polarität des Taktsignals (20) zu den Tastzeitpunkten (22a, 226,J abhängt, 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 (TFl) mit einem vorwählenden logischen Signaleingang (Log. Eingang) und einem Tasisingan- ausgebildet ist und daß das örtlich erzeug'e Taktsignal (20) dem logischen Signaleingang (Log. ^:.ingang) und die Pegelübergänge des binärcodierten Analogsignals (CodeA) dem Tasteingang des Flipflops (FF\) 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 (FFX) 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 fcugeführten 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) mindettens 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) wiederge^ bett,

7. Empfangsschaltungsanordnung mit einem Takl· geber nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Flipflop (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) nn das binärcodierte Analogsignal (Code A) wiedergeben des. rechteckförmiges Signal (Code C) abnehmbar ist