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Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer synchronen Takitimpulsfolge
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsancrdnung zur Erzeugung einer synchronen
Taktimpulsfolge für die Wiedergewinnung eines digitalen Informationssignals aus
einem digitalen Zweiphasen-Trägersignal, das zur Datenverarbeitung durch logische
Verknüpfung des Informationssignals mit der Taktimpulsfolge erzeugt wurde.
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Auf dem Gebiet der Datenverarbeitung, insbasondere bei der Daten aufbereitung
oder bei der Datenübertragung, ist es übbeh, die digitalen Informationssignale einem
Datenträger aufzuprägen. Ein häufig benutzter Datenträger ist das sogenannte Zweiphasen
Trägersignal (bi-phase-level-sigal), das sich durch logische Verknüpfung einer Taktimpulsfolge
mit dem eigentlichen Informationssignal, das haufig auch als NRZ-L-Signal (non-ruturn-to
zero levei) bezeichnet wird, ergibt. Dieses Zweiphasen-Trägersignal wird besonders
bei der Telemetrie, der Datenspeicherung und bei der drahtgebundenen Datenübertragung
benutzt.
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Um den eigentlichen Informationsgehalt, d.h. das NRZ-L-Signal, aus
dem Zweiphasen-Trägersignal wieder zu erhalten, ist es notwendig, dieses Signal
mit einer zur ursprünglichen Taktimpulsfolge synchronen Impulsfolge zu verknüpfen.
Das bedeutet, daß z.B. bei der Datenübertragung auf der Empfangsseite die Taktimpulsfolge
irgendwie wieder erzeugt werden muß. Bisher wurde dies mit Hilfe eines Oszillators
und einer Synchronisationseinheit realisiert, so daß hierzu ein beträchtlicher Aufwand
erforderlich war. Trotz dieses Aufwandes war es jedoch nur möglich, die Synchronisation
auf das Zweiphasen-Trägersignal und damit nur indirekt auf die ursprüngliche Taktimpulsfolge
zu beziehen, so daß Störungen nioht ohne Rückwirkungen auf die Wiedergewinnung des
Inforluationssignals blieben.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Taktimpulsfolge direkt aus
dem Zweiphasen Trägersignal wiederzugewinnen; und zwar durch Verknüpfung des Zlveiphasen-Trägersignals
mit einem davon abgeleiteten inversen Signal. Hierbei ist es möglich, eine Impulsfolge
zu gewinnen, die Impulse der Taktfolgefrequenz und der doppelten Taktfolgefrequenz
enthält. Aus dieser Impulsfolge kann somit ohne großen Aufwand durch Unterdrückung
der Impulse dsppel*er Taktfolgefrequenz und anschließender Impulsformung eine zur
ursprünglichen Taktimpulsfolge synchrone Impulsfolge gewonnen werden. Obwohl diese
Art der Wiedergewinnung sehr einfach und sicher ist, läßt sich dieser Weg nicht
generell anwenden, insbesondere dann nicht, wenn die Taktfolgefrequenz aus verschiedenen
Gründen häufig verändert wird. Bei sich ständig ändernden Taktfolgefrequenzen müßten
sämtliche Stufen dieser Schaltungsanordnung jeweils neu abgeglichen werden, was
einerseits sehr kompliziert und andererseits aus Zeitgründen unrationell wäre.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zur Wiedergewinnung einer Taktimpulsfolge vorzusehen, mit der es ohne großen Aufwand
universell möglich ist, die gewünschte Impulsfolge aus dem Zweiphasen-Trägersignal
zu gewinnen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine aus
dem Zweiphasen-Trägersignal erzeugte Nadelimpulsfolge einen mit Impulsen eines Impulsgenerators
gespeisten dreistufigen Zähler ansteuert und daß die dritte Zählstufe dieses Zählers
den Impulsgenerator derart sperrt, daß eine an einer Zählstufe anstehende Impulsfolge
nach entsprechender Impulsformung die Taktimpulsfolge ergibt.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maßnahine ist es auf einfache Weise
möglich, eine zur ursprünglichen Taktimpulsfolge synchronen Impulsfolge zu erzeugen.
Hierbei kann für den Impulsgenerator ein in seiner Frequenz durchstimmbarer Generator
benutzt werden, so daß es ohne großen Aufwand möglich ist, Taktilpulsfolgen verschiedener
Folgefrequenzen zu erzeugen. Der Zähler wird hierbei durch ein Und-Gatter gelöscht,
das seinerseits durch einen Befehl von einem Ausgang der dritten Zählstufe des Zählers
und durch Nadelimpulse angesteuert wird, die in einer Tmpulsflalaendifferenzierstufe
aus dem Zweiphasen-Trägersignal erzeugt werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden annand der beiliegenden
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der
Erfindung im Blockschaltbild Figur 2 ein Implllsdiagramm Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung und Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Das empfangene Zweiphasen-Trägersignal, das im Impulsdiagramm nach
Figur 2 mit a bezeichnet ist, steht am Eingang 10 der Schaltung nach Figur 1 zur
Verfügung. Von dort wird dieses Signal zu einer Impulsflankendifferenzierstufe 11
geleitet, die für jede Impulsflanke einen Nadelimpuls ausgibt. Diese im Impulsdiagramm
mit b bezeichnete Nadelimpulsfolge ist zu einem Eingang eines Und-Gatters 12 geführt,
dessen zweiter Eingang an einem Ausgang Q3 der dritten Zählstufe 17 eines Zählers
14 liegt. Der Zähler 14 wird mit einer im Impulsdiagramm mit c bezeichneten Impulsfolge
eines Impulsgenerators 13 versorgt, die auf den Eingang CL1 der ersten Zählstufe
15 gelangt. Für den Aufbau des dreistufigen Zählers 14 können JK-FLIP-FLOP-Bausteine
verwendet werden, wobei der Ausgang Q1 der ersten Zählstufe 15 den Eingang CL2 der
zweiten Zählstufe 16 und der Ausgang Q2 der zweiten Zählstufe 16 den Eingang CL3
der dritten Zählstufe ansteuert. Alle drei Zählstufen 15, 16, 17 werden durch den
am Ausgang des Und-Gatters 12 erscheinenden Befehl gelöscht und der Ausgang #3 der
dritten Zählstuge 17 ist dem Impulsgenerator 13 zu seiner Sperrung aufgeschaltet.
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Zur Erzeugung der ursprünglichen Taktimpulsfolge ist weiterhin ein
D-Flip-Flop 18 vorgesehen, dessen Eingang CL vom Ausgang Q1 der ersten Zählstufe
15 angesteuert wird. Weiterhin wird der D-Eingang dieses Flip-Flops 18 zusätzlich
durch den Ausgang Q2 der zweiten Zählstufe 16 angesteuert. Dem Ausgang Q4 dieses
Flip-Flops 18 kann somit eine zur ursprünglichen Taktimpulsfolge synchrone Impulsfolge
entnommen werden, während der Ausgang Q4 dieses Flip-Flop 18 eine dazu inverse Impulsfolge
liefert. Die am Ausgang Q4 des Flip-Flop 18 zur Verfügung stehende Taktimpulsfolge
ist danach einem Eingang eines Exklusiv-Oder-Gatters 19 zugeleitet, dessen anderer
Eingang das empfangene Zweiphasen-Trägersignal a vom Eingang 10 erhält. Dem Ausgang
dieses Oder-Gatteis 19 kann dann die ursprüngliche Information, d.h. das NRZ-L-Signal
entnommen werden.
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Wie bereits erwähnt, wird in der Impulsflankendifferenzierstufe 11
aus dem empfangenen Zweiphasenträgersignal a eine Nadel im pulsfolge b erzeugt.
Unter der Voraussetzung, daß der Impulsgenerator 13 durch den Ausgang #3 der dritten
Zählstufe 17 gesperrt ist, ist der Xhaltzustand der Ausgänge Q1 = Q2-= Q3 = L (L
# Low) und der Ausgang Q3 = H (H - high). Das bedeutet, der erste vom empfangenen
Zweiphasenträgersignal a abgeleitete Nadelimpuls löscht über das Und-Gatter 12 die
Zählstufen 15, 16, 17 des Zählers 14, wodurch die Schaltzustände an den Ausgängen
Q der Zähistufen umkehren. Das hat zur Folge, daß der Löschbefehl, wie unter g im
Impulsdiagramm nach Figur 2 dargestellt, ebenfalls als Nadelimpuls am Ausgang des
Und-Gatters 12 erscheint und daß die Sperrung des Impulsgenerators 13 durch das
am Ausgang Q3 der dritten Zählstufe i7 erscheinende und mit f bezeichnete Signal
aufgehoben wird. Damit startet der Impulsgenerator 13 und führt dem Zähler 14 die
im Tmpulsdiagramm mit c bezeichnete Impulsfolge zu. Der vierte Impuls dieser Impulsfolge
schaltet den Ausgang C3 wieder auf L, wodurch der Impulsgenerator 13 sofort wieder
gesperrt wird, so daß die Verhältnisse dem zu Anfang vorausgesetzten Ruhezustand
wieder entsprechen. Da die Folgefrequenz des Impulsgenerators 13 auf den vierfachen
ert der wiederzugewinnenden Taktimpulsfolge aingest-ellt ist und das empfangene
Zweiphasenträgersignal a Impulse der Taktfolgefrequenz sowie der halben Taktfolgefrequenz
aufweist, ist sichergestellt, daß die von dem Zweiphasenträgersignal a abgeleitete
Nadelimpulsfolge b nach einem Hochlauf des Zählers 14 diesen soforr wieder löscht,
so daß sich die Vorgänge in Abhängigkeit des empfangenen Zweiphasenträgersignals
laufend wiederholen.
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Am Ausgang Q4 des Flip-Flop 18 entsteht dabei zur ursprünglichen Taktimpulsfolge
eine synchrone Impulsfolge, die im Impulsdiagramm nach Figur 2 mit h bezeichnet
und dem Oder-Gatter 19 zugeführt ist.
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Dem Ausgang dieses Exklusiv-Oder-Gatters 19 kann dann das mit i bezeichnete
NRZ-LSignal entnommen werden. Der Schaltung nach Figur 1
können
auch phasenverschobene Taktimpulsfolgen entnommen werden und zwar an den Ausgängen
Q2 bzw. Q2, so daß diese Impulsfolgen für bestimmte Steuerzwecke zur Verfügung stehen.
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Das wiedergewonnene und mit i bezeichnete NRZ-L-Signal kann jedoch
noch mit nadelförmigen Einbrüchen bzw. Spitzen versehen sein, so daß es wegen dieser
Störungen für bestimmte Anmeldungsfälle nicht geeignet ist. Daher ist beim Ausführungsbeispiel
nach Figur 3 ein zusätzliches D-Flip-Flop 20 vorgesehen, das für die Wiedergewinnung
eines einwandfreien Informationssignals sorgt. Die bei diesem Ausführungsbeispiel
im Vergleich zu Figur 1 unverändert gebliebenen Stufen sind mit den gleichen Bezugsziffern
versehen und werden der Einfachheit halber nicht mehr erläutert.
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Das empfangene Zweiphasenträgersignal wird, bevor es zur Impulsfolgendifferenzierstufe
11 gelangt, über eine umschaltbare Puffcrstufe 21 geleitet, während das Ausgangsignal
des Exklusi-Oder-Gatters 19 dem D-Eingang des Flip-Flop 20 zugeführt wird, dessen
anderer Eingang CL5 durch den Ausgang Q2 der zweiten Zählstufe 16 angesteuert wird.
Das wiedergewonnene und mit k bezeichnete Informationssignal kann bei diesem Ausführungsbeispiel
dem Ausgang Q5 entnommen werden, das - wie aus dem Diagramm nach Figur 2 zu erkennen
ist -gegenüber dem ursprünglichen Informationssignal eine Phasenverschiebung von
90° aufweist. die Taktimpulsfolge mit den verschiedenen Phasenlagen kann dabei den
Ausgängen des D-Flip-Flop 18 bzw. der Ausgängen der zweiten Zählstufe 16 entnommen
werden und steht somit für bestimmte Steuerzwecke zur Verfügung. Das wiedergewonnene
NRZ-L-Signal ist jetzt frei von Spitzen und Einbrüchen und für jede beliebige Weiterverarbeitung
geeignet. Da die Impulsgeneratoren 13 nach Figur 1 und Figur 2 - wie in der Zeichnung
angedeutet - in ihrer Folgefrequenz veränderbar sind, kann die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung für die Wiedergewinnung von Taktimpulsfolgen verschiedener Folgefrequenz
ohne großen Abgleichaufwand verwendet werden.
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Beim dritten Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist im Gegensatz zum
Ausführungsbeispiel nach Figur 3 der Impulsgenerator durch eine Schaltungsanordnung
zur Frequenzsynthese ersetzt. Diese Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß hiermit
eine sehr genaue Einstellung der Taktfolgefrequenz und eine Fernsteuerung durch
einen Rechner möglich ist. Die Schaltung zur Frequenzsynthese besteht aus einem
spannungsgesteuerten Oszillator 25, der mit einer wesentlich höheren Frequenz als
die Taktfolgefrequenz schwingt. Die Ausgangsimpulse dieses Oszillators 25 gelangen
über ein Und-Gatter 26, dessen zweiter Eingang durch den Ausgang a der dritten Zählstufe
17 angesteuert wird, auf 3 einen Frequenzteiler 27, der eine Impulsfolge der vierfachen
Taktfolgefrequenz abgibt. Diese Impulsfolge wird - wie bei den Ausführungsbeispielen
nach Figur 1 und Figur 3 - dem Eingang CL1 der ersten Zähistufe 15 des Zählers 14
zugeführt. Die Ausgangsimpulse des Frequenzteilers 27 sind weiterhin zu einem Frequenzteiler
28 geleitet, der eine Teilung im Verhältnis 4 : 1 vornimmt.
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Die Ausgangsimpulse dieses Frequenzteilers 28 durchlaufen anschließend
einen programmierbaren Teiler 29, dessen eingestelltes Teilerverhältnis einen Multiplikator
darstellt. Am Ausgang des programmierbaren Teilers 29 erscheint somit eine Impulsfolge,
die durch Multiplikation mit einer von einem Referenz-Generator 30 erzeugten Referenzfrequenz
die Folgefrequenz der Taktimpulse ergibt.
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Ein Teilerschritt des Teilers 29 entspricht dabei einer Änderung um
den Betrag der Referenzfrequenz. Die geteilte Frequenz des programmierten Teilers
29 und die Referenzfrequenz werden einer Phasenvergleichsstufe 31 zugeführt, die
in Abhängigkeit von der Frequenz- und Phasenlage der Impulsfolgen eine Regelspannung
erzeugt, welche über ein Tiefpaßfilter 32 den Osuillator 25 nachstimmt. Durch diesen
Regelkreis ist der gesteuerte Oszillator 25 starr mit dem Referenzfrequenzgenerator
30 gekoppelt.
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Die Schaltungsanordnung startet aus dem Ruhestand mit dem Eintreffen
des ersten Datenwechsels am Eingang 10, wobei der Ausgang Q3 der dritten Zählstufe
17 den Frequenzteiler 27 freigibt und die Zählstufen 15, 16, 17 des Zählers 14,
wie bei den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen, gelöscht werden. Damit wird
das Und-Gatter 26 der Schaltung zur Frequenzsynthese durchgeschaltet, so daß die
Schaltungsanordnung die gewünschten Impulse der Zählstufe 15 zuführt. Die Erzeugung
der Taktimpulsfolge unterscheidet sich dann nicht mehr von dem Ausführungsbeispiel
nach Figur 3.
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- Patentansprüche -