DE2415103C3 - Schaltungsanordnung für die Phasensynchronisierung von Rechteckimpulstaktgeneratoren - Google Patents
Schaltungsanordnung für die Phasensynchronisierung von RechteckimpulstaktgeneratorenInfo
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/08—Details of the phase-locked loop
- H03L7/085—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal
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- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
- Manipulation Of Pulses (AREA)
- Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für die Phasensynchronisierung von Rechteckimpulstaktgeneratoren,
deren Fequenz durch Vergleich der eigenerzeugten Taktimpulsfolge mit der Impulsfolge
eines von außen zugeführten Steuertaktes einerseits anhand von hierbei festgestellter positiver Phasenverschiebung
positiv und andererseits anhand von hierbei festgestellter negativer Phasenverschiebung negativ
regelbar ist.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist durch die US-Patentschrift 33 28 688 bereits bekannt. Hierin wird
mittels Kippstufen und logischen Verknüpfungsgliedern bei Phasenverschiebung der jeweils vom eigenen
Rechteckimpulstaktgenerator erzeugten Impulsfolge gegenüber einem von außen zugeführten Steuertakt
festgestellt, ob die eigenerzeugte Taktimpulsfolge gegenüber dem Steuertakt voreilt oder nacheilt. Im
ersteren Falle handelt es sich also um eine positive Phasenverschiebung, dagegen im letzteren Fall um eine
negative Phasenverschiebung, Sowohl bei positiver als auch bei negativer Phasenverschiebung wird von der
bekannten Vergleicheranordnung ein Signal abgegeben, das jeweils aus einer Impulsfolge besieht Die Impulse
dieser impulsfolge entsprechen zeitlich der jeweiligen Phasenverschiebung. Die Zeitlage dieser Impulse
ίο entspricht den jeweiligen Zeiträumen, in dentn die
Impulse der eigenerzeugten Taktimpulse vorliegen, nicht dagegen die Impulse des von außen zugeführten
Steuertaktes, und außerdem den Zeiträumen, in denen die Impulse des von außen zugeführten Steuertaktes
vorliegen, nicht dagegen die Impulse der eigenerzeugten Taktimpulsfolge. Die von der Vergleicheranordnung
abgegebene Impulsfolge kennzeichnet über einen ersten Ausgang der Vergleicheranordnung eine positive
Phasenverschiebung und über einen zweiten Ausgang der Vergleicheranordnung eine negative Phasenverschiebung.
Im weiteren zeigt die bekannte Anordnung eine Integrations-Schaltanordnung, mit deren Hilfe aus
der von der Vergleicheranordnung abgegebenen Impulsfolge eine Regelspannung ableitet, die einen
Mittelwert über die Gleichspannungsimpulse dieser Impulsfolge darstellt Ausgehend von einem einen
Nullwert der Regelspannung darstellenden mittleren Potential wird die Rtvgelspannung durch eine von der
Vergleicheranordnung abgegebene und einer positiven Phasenverschiebung entsprechenden Impulsfolge positiv
verschoben, dagegen durch eine von der Vergleicheranordnung abgegebene und einer negativen
Phasenverschiebung entsprechenden Impulsfolge negativ verschoben. Das Ausmaß dieser Verschiebung der
J5 Regeispannung ist verhältnisgleich der Breite der Impulse der von der Vergleicheranordnung abgegebenen
Impulsfolge zu den zwischen diesen Impulsen liegenden Pausen.
Bei der bekannten Schaltungsanordnung besteht ein wesentliches Problem darin, daß sich mit relativ geringe
Phasenverschiebungen nicht mehr mit der notwendigen Sicherheit ausregeln lassen. Es kanu sich hierbei um
Phasenverschiebungen handeln, die von den genannten Kippstufen und Verknüpfungsgliedern zwar noch ohne
weiteres erfaßt werden, die aber beim erwähnten Integrationsvorgang eine nur so geringe Verschiebung
der Regeispannung für den Rechteckimpulsgenerator verursachen, daß dieser hierauf nicht mehr reagiert.
Würde man nun den betreffenden Rechteckimpulsgeneso rator entsprechend empfindlicher für die Regeispannung
machen, so würde dadurch die gesamte Einrichtung auch entsprechend störanfälliger werden. Ferner
würde man dadurch das Problem einer unerwünschten Übersteuerung des Regelvorganges herbeiführen.
Für die Erfindung besteht die Aufgabe, mit einer Schaltungsanordnung der eingangs definierten Art eine
Frequenzregelung für Rechteckimpulstaktgeneratoren zur Beseitigung von Phasenverschiebungen zu schaffen,
deren zeitliche Dauer relativ klein ist im Verhältnis zur
bü Impulsdauer der erzeugten Taktimpulse oder zu ihrer
Periode. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf ein entsprechend der beiden Impulsfolgen
zu Beginn und bzw. oder zu Ende der verglichenen Impulse bei Phasenverschiebung gebildetes und gegebe-
M nenfalls dementsprechend während einer über mehrere
Perioden anhaltenden Phasenverschiebung mehrfachwiederkehrendes Kriterium der Phasenverschiebung
reagierende Schalter dieses Kriterium für die Dauer
sowohl der Impulse als auch der Impulspausen bzw. für
die Dauer einer Periode — also eines Impulses und einer Impulspause — digital speichern, und daß diese Schalter
zur Phasensynchronisiening mit Steuereingängen zur
Frequenzregelung der Rechtecktaktimpulsgeneratoren r>
verbunden sind. Dadurch, daß anstelle einer Mittelwertbildung (Integrationsvorgang) das die jeweilige Phasenverschiebung
kennzeichnende Kriterium gespeichert wird, entfällt das Problem der Regelungsempfindlichkeit
des Rechteckimpulstaktgenerators. Das die Phasenver-Schiebung
kennzeichnende Kriterium nimmt eine in ihrer Dauer von der Dauer einer gegebenenfalls über
mehrere Perioden hinweg anhaltenden Phasenverschiebung bestimmte Umschaltung des Rechteckimpulstaktgenerators
vor, wodurch dessen Frequenz vorübergehend auf einen entsprechend anderen Wert festgelegt
wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß für die Ermitliung des Kriteriums der Phasenverschiebung
durch die Impulse der vom Rechtecktaktgenerator erzeugten Impulse und/oder durch die Impulse des
Steuertaktes Zeitpunkte festgelegt sind, die für jeden der digitalen Speichervorgänge nicht nur den Beginn,
sondern auch sein jeweiliges Ende bestimmen. Dadurch wird erreicht, daß die Frequenzumschaltung des
Rechteckimpulstaktgenerators sofort rückgängig gemacht wird, sobald die zuvor erkannte Phasenverschiebung
wieder rückgängig gemacht ist.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Schalter als taktgesteuerte bistabile Kippstufe λ;
ausgebildet sind, deren jeweiliger Taktimpulseingang mit dem Ausgang des jeweiligen Rechteckimpulsgenerators
und deren Informationseingänge mit einer den Steuertakt führenden Leitung verbunden sind. Durch
diese Maßnahme können dieselben Schalter sowohl zur Feststellung der Phasenverschiebung als auch zur
Speicherung dieses Kriteriums verwendet werden.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Kippstufen zwei Informationseingänge aufweisen,
von denen dem einen die Impulse des Steuertaktes -in
direkt und dem anderen die Impulse des Steuertaktes über ein Negations-Glied zugeführt werden. Diese
Weiterbildung der Erfindung ermöglicht eine Verwendung von JK-Kippstufen für die genannten Schalter,
(vergleiche »Elektronische Rechenanlagen 9« (1967), ·»>
Heftl,S.9-16).
Eine andrre Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Kippstufen als DV-Flip-Flops ausgebildet sind.
Diese Weiterbildung der Erfindung ermöglicht eine sehr zweckmäßige und aufwandssparende Ausbildung einer μ
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Hilfe von DV-Kippschaltungen.
In der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 der Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
in seinen wesentlichen Bestandteilen dargestellt. Die v>
Erfindung ist hierauf jedoch keineswegs beschränkt. In Fig. 2 ist ein Zeitdiagramm für die schaltungstechnischen
Vorgänge in einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 dargestellt.
In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung für die wi
Phasensynchronisierung eines Rechteckimpulstaktgenerators
T dargestellt. Die vom Taktgenerator T erzeugten Rechteckimpulse werden über einen Ausgang
A zur Steuerung anderer Einrichtungen, z. B. eines Rechners, verwendet. Die Rechteckimpulse gelangen ir>
außerdem über das Gatter C 1 zu einer im wesentlichen aus den Kippstufew FI und F2 und aus dem
Differenzverstärker V bestehenden Vergleicheranordnung. Zur Kippstufe Fl gelangen die Rechteekirnpulse
über das Gatter Gl in unveränderter Form. Zur Kippstufe FI gelangen die Rechteckimpulse dagegen
über den negierenden Ausgang G1, d. h. also in inverser
Form. Außerdem wird der Vergleicheranordnung über den Eingang E und das Gatter C 2 ein Steuertakt
zugeführt, der ebenfalls aus einer kontinuierlichen Folge von Rechteckimpulsen besteht. Dieser Steuertakt ist
maßgebend für die Taktfrequenz des Taktgenerators T. wie noch im einzelnen erläutert wird. Für den Fail, daß
der über den Eingang £ zugeführte Steuertakt ausfällt. arbeitet der Taktgenerator T mit der ihm eigenen
Normalfrequenz weiter. In diesem Falle paßt sich also die Frequenz des vom Taktgenerator T erzeugten
Impulstaktes nicht einem Steuertakt an.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die beiden Ausgänge des Gatters C 1 nicht mit Informationseingängen
Oder beiden Kippstufen F\ und F2. sondern mit deren Taktimpulseingängen C verbunden. Die
beiden Kippstufen sind bekanntlich so aufgebaut, daß sie eine logische Eins an ihrem Ausgan? abgeben, sofern
sie an ihrem Informationseingang D c-.vie logische Eins
und an ihrem Taktimpulseingang C oianach einen
Taktimpuls empfangen. Die logische Eins am Ausgang jeder der beiden Kippstufen entfällt dann, wenn erneut
ein Taktimpuls über ihren Taktimpulseingang C empfangen wird und in diesem Zeitpunkt am Informationseingang
D eine logische Eins bereits nicht mehr anliegt. Ergänzend sei bemerkt, daß die Kippstufen auf
die Vorderflanken empfangener Taktimpulse reagieren. Der Kipp-Zeitpunkt der Kippstufen ist also jeweils
durch den Beginn jedes über ihren Eingang C empfangenen Taktimpulses bestimmt. Derartige Kippschaltungen
sind in der Zeitschrift »Elektronische Rechenanlagen« 9. Jahrgang (1967), Heft 1, S. 9-16
beschrieben.
Zunächst sei die Wirkungsweise der Kippstufe .Fl ins
Auge gefaßt. Diese Kippstufe gibt ausgs>.ngsseitig eine
logische Eins ab, sofern die vom Taktgenerator T abgegebenen Impulse gegenüber den Taktimpulsen des
über den Eingang E empfangenen Steuertaktes so phasenverschoben liegen, daß die vom Taktgenerator T
abgegebenen Impulse gegenüber den Impulsen des Steuertaktes nacheilen. Sobald diese Nacheilung durch
eine entsprechende Regelung des Taktgenerators T beseitigt ist, kippt die Kippstufe Fl nach Erhalt des
nächstfolgenden Taktimpulses über ihren Eingang C wieder in ihre Grundstellung zurück, wodurch die
logische Eins von ihrem Ausgang abgeschaltet wird. — Die Kippstufe F2 wird mittels der über den
negierenden Gatterausgang des Gatters C 1 invertierten Taktimpulse des Taktgenerators Γ gesteuert. Das
heißt, daß der Kipp-Zeitpunkt der Kippstufe F2 durch die Rückflanke der vom Taktgenerator Γabgegebenen
Tf.ktii.ipulse bestimmt ist. Diese Rückilanken entsprechen
den Vorderflanken der über den Taktimpuls^ingang C der Kippstufe F2 empfangenen Taiaimpulse.
Die Kippstufe Fl. gibt über ihren Ausgang eine logische Eins ab, wenn die vom Taktgenerator T erzeugten
Taklimpulse denjenigen des über den Eingang E empfangenen Steuertaktes voreilen. Liegt also bei
Beendigung eines vom Taktgenerator T erzeugten Taktimpulses übe:r den Eingang Fund da? Gatter C2
noch die logische Eins eines Impulses des Steuertaktes am Informationseingang D der Kippstufe F2 an, d. h.
also in dem Augenblick, in dem der Taktimpuls am Impulstakteingang Cder Kippstufe F2 beginnt, so kipp!
sie Kippstufe F'2 aus ihrer Grundstellung in ihre
Arbeitsstellung und gibt über ihren Ausgang eine logische Eins ab.
Die zuvor beschriebenen Vorgänge sind in F i g. 2 in einem Impulsdiagramm grafisch dargestellt. Die Linie
neben Pi stellt den vom Taktgenerator Γ gelieferten Impulstakt dar. Dieser Impulstakt gelangt an den
Taktimpulseingang Cder Kippstufe Fi. Die Linie neben Pl zeigt den vom Taktgenerator Tabgegebenen, über
das Gatter G i und dessen negierenden Ausgang investierten Impulstakt. Dieser Impulstakt gelangt auf
den Taktimpulseingang Cder Kippstufe F2. Die Linie
bei P3 zeigt den über den Eingang E empfangene Steuerlaktes (E) kleiner als die Taktfrequenz des vom
Taktgenerator T abgegebenen Impulstaktes ist. Die Linie bei P4 zeigt ebenfalls den Verlauf des über den
Eingang E empfangenen Steuertaktes, wobei jedoch die Taktfrequenz des empfangenen Steuertaktes (E)größer
als die Taktfrequenz des vom Taktgenerator T abgegebenen impuislaktes ist. Die Linie bei K 3 zeigi
den Schaltvorgang am Ausgang der Kippstufe Fl für den Fall, daß derSteuertaktimpuls früher beginnt als der
vom Taktgenerator Terzeugte Impulstakt. Die Linie bei
K 2 zeigt den Schaltvorgang am Ausgang der Kippstufe F2 für den Fall, daß der über den Eingang E
empfangene Steuertaktimpuls später beendet wird, als der betreffende vom Taktgenerator T erzeugte
Taktimpuls. Die Linie bei K 1 zeigt den Schaltvorgang am Ausgang der Kippstufe Fl, wenn der über den
Eingang E empfangene Steuertaktimpuls nicht mehr früher beginnt als der vom Taktgenerator /"abgegebene
Taktimpuls. Die Linie bei K 4 zeigt den Schaltvorgang am Ausgang der Kippstufe F2 für den Fall, daß der über
den Eingang E empfangene Steuertaktimpuls nicht mehr den vom Taktgenerator Γ abgegebenen Taktimpuls
überdauert.
Sofern von beiden Kippstufen keine logische Eins abgegeben wird, gibt der Differenzverstärker V über
seinen Ausgang auf eine mittlere Frequenz eingestellt wird. Diese Frequenz wird auch als die Normalfrequenz
des Taktgenerators Tbezeichnet. Das gleiche gilt, wenn von beiden Kippstufen Fl und Fl je eine logische Eins
abgegeben wird. Dies ist dann der Fall, wenn die über den Eingang £ empfangenen Steuertaktimpulse sowohl
früher beginnen, als auch später enden als die vom Taktgenerator Γ erzeugten Taktimpulse. Wenn jedoch
die vom Taktgenerator T erzeugten Taktimpulse gegenüber denen des Steuertaktes voreilen — wenn
also die Impulstaktfrequenz des über den Eingang E empfangenen Steuertaktes zu groß ist, gibt — wie
beschrieben — die Kippstufe Fl über ihren Ausgang eine logische Eins Jo. In diesem Falle verschiebt der
Differenzverstärker V seine Ausgangsspannung in negativer Richtung. Ist dagegen die Impulstaktfrequenz
des Taktgenerators T gegenüber derjenigen des über den Eingang E empfangenen Steuertaktes zu klein, so
gibt — wie beschrieben — die Kippschaltung Fl eine logische Eins über ihren Ausgang ab. In diesem Falle
verschiebt der Differenzverstärker V seine Ausgangs-
Ί spannung in positiver Richtung. Durch diese Spannungsverschiebungen
des Differenzverstärkers V wird die Impulstaktfrequenz des Taktgenerators Terniedrigt,
wenn sie zuvor gegenüber derjenigen des über den Eingang £ empfangenen Steuertaktes zu groß war, und
ίο umgekehrt.
Die Widerstände R 10 und R 11, der Kondensator CI
und die Diode B stellen einen Tiefpaß dar. Dieser Tiefpaß ist vorgesehen, um den Durchgriff der digitalen
Regelstöße des Differenzverstärkers auf die Kapazitätsrv diode B und den Oszillator des Rechteckimpulstaktgenerators
T klein zu halten. Regelstöße erzeugen Potentialverschiebungen der sinusförmigen Oszillatorspannung
und dadurch einen Jitter des gesteuerten Taktes. — Zum Verständnis der Erfindung ist es jedoch
.'n nicht notwendig, hierüber weitere Einzelheiten zu
erläutern.
Es sei auch noch auf die Anwendung der zuvor anhand der Figuren beschriebenen Schaltungsanordnung
hingewiesen. Hierbei wird davon ausgegangen,
:> daß zwei Rechner im Parallelbetrieb arbeiten. Jeder der
beiden Rechner enthält einen Rechteckimpulstaktgenerator. Es ist vorgesehen, den Rechteckimpukstaktgenerator
eineu der beiden Rechner als frequenznormal für den Rechteckimpulstaktgenerator des anderen Rech-
jo ners zu verwenden. Wenn der Rechteckimpulstaktgenerator
des ersten Rechners ausfällt, arbeitet der Rechteckimpulstaktgenerator des anderen Rechners
ungestört weiter; hierbei entfällt lediglich die Synchronisationswirkung des Phasenvergleichers nach F i g. 1.
J5 Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß die
Phasenvergleichseinrichtung anstelle mit DV-Kippstufen ebensogut auch mit JK-Kippstufen aufgebaut
werden kann. In diesem Falle ist der Ausgang de; Gatters C 2 jeweils mit einem der beiden Informations·
eingänge dieser Kippstufen direkt und jeweils mit derr anderen der beiden Informationseingänge über eir
Negationsglied zu verbinden. — Außerdem ist noch darauf hinzuweisen, daß eine Schaltungsanordnung zurr
Rechteckimpulstakt-Vergleich und zur Phasensynchro nisierung verwendet werden kann, wie sie in F i g. 1 de;
US-Patentes 33 38 688 verwendet ist. In diesem Falle is anstelle einer Integrationseinrichtung eine Speicherein
richtung zu verwenden, die das die Phasenverschiebung anzeigende Kriterium zu speichern vermag. Die von dei
Speichereinrichtung zu überbrückende Zeitspanne wan in diesem Falle durch den Zeitabstand bestimmt äei
maximal zwischen Impulsbeginn und Impulsende bzw Impulsende und Impulsbeginn der auf Phasensynchroni
tat überwachten Taktimpulsfolgen besteht
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Schaltungsanordnung für die Phasensynehxonisierung
von Rechteckimpulstaktgeneratoren, deren Frequenz durch Vergleich der eigenerzeugten
Taktimpulsfolge mit der Impulsfolge eines von außen zugeführten Steuertaktes einerseits anhand
von hierbei festgestellter positiver Phasenverschiebung positiv und andererseits anhand von hierbei
festgestellter negativer Phasenverschiebung negativ regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
auf ein entsprechend der beiden Impulsfolgen zu Beginn und bzw. oder zu Ende der verglichenen
Impulse bei Phasenverschiebung gebildetes und gegebenenfalls dementsprechend während einer
über mehrere Perioden anhaltenden Phasenverschiebung mehrfach wiederkehrendes Kriterium der
Phasenverschiebung reagierende Schalter dieses Kriterium für die Dauer sowohl der Impulse als auch
der Impulspsuien bzw. für die Dauer einer Periode — also eines Impulses und einer Impulspause —
digital speichern, und daß diese Schalter zur Phasensynchronisierung mit Steuereingängen zur
Frequenzregelung der Rechtecktaktimpulsgeneratoren verbunden sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ermittlung des Kriteriums
der Phasenverschiebung durch die Impulse der vom Rechtecktaktgenerator erzeugten Impulse
und/oder durch die Impulse des Steuertaktes Zeitpunkte festgelegt sind, die für jeden der digitalen
Speichervorgänge nicht nur den Beginn, sondern auch sein jeweiliges Ende bestimmen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter :ls taktgesteuerte
bistabile Kippstufen ausgebildet sind, deren jeweiliger Taktimpulseingang mit dem Ausgang des
jeweiligen Rechteckimpulsgenerators und deren Informationseingänge mit einer den Steuertakt
führenden Leitung verbunden sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufen zwei Informationseingänge
aufweisen, von denen dem einen die Impulse des Steuertaktes über ein Negations-Glied
zugeführt werden.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufen als DV-Flip-Flops
ausgebildet sind.
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Also Published As
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