DE2462087C3 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer synchronen Taktimpulsfolge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung 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.

Auf dem Gebiet der Datenverarbeitung, insbesondere bei der Datenaufbereitung oder bei der Datenübertragung, ist es üblich, die digitalen Informationssignale einem Datenträger aufzuprägen. Ein häufig benutzter Datenträger ist das sogenannte Zweiphasen-Trägersignal (bi-phase-level-signal), das sich durch logische Verknüpfung einer Taktimpulsfolge mit dem eigentlichen Infurmalionssignal, das häufig auch als NRZ-L-Signal (non-return-to zero level) bezeichnet wird, ergibt. Dieses Zweiphasen-Trägersignal wird besonders bei der Telemetrie, der Datenspeicherung und bei der drahtgebundenen Datenübertragung benutzt.

Um den eigentlichen Informationsgehalt, d. h. das NRZ-L-Signul, aus dem Zweiphasen-Tragersignal 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 Synchroniaationseinheit realisiert, so daß hierzu ein beträchtlicher Aufwand erforderlich war. Trou dieses

ίο 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 nicht ohne Rückwirkungen auf die Wiedergewinnung des Informationssignals blieben.

Die Erzeugung des Taktsignals kann auch nach einem Verfahren erfolgen, das in der DE-OS 23 23 939 beschrieben ist. Bei diesem Verfahren wird aus dem empfangenen Trägersignal ein Signal der zweiten Harmonischen abgeleitet und damit ein Frequenzhaibierer angesteuert. Unbefriedigend ist hierbei jedoch die Tatsache, daß das so erzeugte Taktsignal in bezug auf seine Phase eine Ungenauigkeit von 180° aufweist und daher zusätzlich korrigiert werden muß.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Taktimpulsfolge direkt aus dem Zweiphasen-Trägersignal wiederzugewinnen, und zwar durch Verknüpfung des Zweiphasen-Trägersignal 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 doppelter 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 einer solchen Schaltungsanordnung jeweils neu abgeglichen werden, was einerseits sehr kompliziert und andererseits aus Zeitgründen unrationell wäre.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Wiedergewinnung einer Taktimpulsfolge vorzusehen, mit dem es ohne großen Aufwand universell möglich ist, die gewünschte Impulsfolge aus dem Zweiphasen-Trägersignal zu gewinnen. Gemäß der

5(/ 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.

Eine vorteilhafte Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im PA 2 angegeben.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auf einfache Weise möglich, eine zur ursprünglichen Taktimpulsfolge synchrone Impulsfolge zu erzeugen. Hierbei kann für den Impulsgenerator ein in seiner

&■> Frequenz durchstimmbar Generator benutzt werden, so daß es ohne großen Aufwand möglich ist, Taktimpulsfolgen verschiedener Folgefrequenzen zu erzeugen. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel

kann der Zähler durch ein Und-Gatter gelöscht werden, das seinerseits durch einen Befehl von einem Ausgang der dritten Zählstufe des Zählers und durch Nadelimpulse angesteuert wird, die in einer Impulsflankendifferenzierstufe vom Zweiphasen-Trägersignal abgeleitet werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, F i g. 2 ein Impulsdiagramm,

F i g 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung und

F i g. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das empfangene Zweiphasen-Trägersignal, das im Impulsdiagramm nach Fig.2 mit a bezeichnet ist, steht am Eingang 10 der Schaltung nach Fig. 1 zur Verfugung. 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 YK geführt, dessen zweiter Eingang an einem Ausgang Qj 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 CL] der ersten Zählstufe 15 gelangt. Für den Aufbau des dreistufigen Zählers 14 können JK-FLIP-FLOP-Bausteine verwendet werden, wobei der Ausgang Qi der ersten Zählstufe 15 den Eingang CLi der zweiten Zählstufe 16 und der Ausgang Qi der zweiten Zählstufe 16 den Eingang CLz 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 Zählstufe 17 ist dem Impulsgenerator 13 zu seiner Sperrung aufgeschaltet.

Zur Erzeugung der ursprünglichen Taktimpulsfolge ist weiterhin ein D-FIip-Flop 18 vorgesehen, dessen Eingang CL vom Ausgang Qi der ersten Zählstufe 15 angesteuert wird. Weiterhin wird der D-Eingang dieses Flip-Flops 18 zusätzlich durch den Ausgang Qi der zweiten Zählstufe 16 angesteuert. Dem Ausgang Qi dieses Flip-Flops 18 kann somit eine zur ursprünglichen Taktimpulsfolge synchrone Impulsfolge entnommen werden, während der Ausgang Q* 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 so empfangene Zweiphasen-Trägersignal a vom Eingang 10 erhält. Dem Ausgang dieses Oder-Gatters 19 kann dann die ursprüngliche Information, d. h. das N RZ- L-Signal entnommen werden.

Wie bereits erwähnt, wird in der Impulsflankendifferenzierstufe 11 aus dem empfangenen Zweiphasenträgersignal a eine Nadelimpulsfolge b erzeugt. Unter der Voraussetzung, daß der Impulsgenerator 13 durch den Ausgang Q₃ der dritten Zählstufe 17 gesperrt ist, ist der Schaltzustand der Ausgänge

Q. = Q2 = Qj = L(L S Low)

und der Ausgang

Q, = W(W= high).

Das bedeutet, der ersts 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 Zählstufen umkehren. Das hat zur Folge, daß drr Löschbefehl, wie unter g im Impulsdiagramm nach Fig.2 dargestellt, ebenfalls als Nadelinipuls am Ausgang des Und-Gatters 12 erscheint und daß die Sperrung des Impulsgenerators 13 durch das am Ausgang φι der dritten Zählstufe 17 erscheinende und mit /"bezeichnete Signal aufgehoben wird. Damit startet der Impulsgenerator 13 und führt dem Zähler 14 die im !mpulsdiagramm mit c bezeichnete Impulsfolge zu. Der vierte Impuls dieser Impulsfolge schaltet den Ausgang Qi 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 Wert der wiederzugewinnenden Taktimpulsfolge eigestellt ist und das empfangene Zweiphasenträgersignal a Impulse der Taktfolgefrequenz sowie der halben Ta'ufolgefrequenz aufweist, ist sichergestellt, daß die von dem Zweiphasenträger.-gnal a abgeleitete Nadelimpulsfolge b nach einem Hochiauf des Zählers 14 diesen sofort wieder löscht, so daß sich die Vorgänge in Abhängigkeit des empfangenen Zweiphasenträgersignals laufend wiederholen.

Am Ausgang Qa des Flip-Flop 18 entsteht dabei zur ursprünglichen Taktimpulsfoige eine synchrone Impulsfolge, die im Impulsdiagramm nach Fig.2 mit h bezeichnet und dem Oder-Gatter 19 zugeführt ist. Dem Ausgang dieses Exklusiv-Oder-Gatters 19 kann dann das mit / bezeichnete NRZ-L-Signal entnommen werden. Der Schaltung nach F i g. 1 können auch phasenverschobene Taktimpulsfolgen entnommen werden, und zwar an den Ausgängen Qi bzw. Q\, so daß diese Impulsfolgen für bestimmte Steuerzwecke zur Verfügung stehen.

Das wiedergewonnene und mit / bezeichnete NRZ-L-Signal kann jedoch noch mit nadeiförmigen Einbrüchen bzw. Spitzen versehen sein, so daß es ,wegen dieser Störungen für bestimmte Anwendungsfälle nicht geeignet ist. Daher ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig.3 ein zusätzliches D-Flip-Flop 20 vorgesehen, das für die Wiedergewinnung eines einwandfreien Informationssignals sorgt. Die bei diesem Ausführungsbeispiel im Vergleich zu Fig. 1 unverändert gebliebenen Stufen sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen und werden der Einfachheit halber nicht mehr erläutert.

Das empfangene Zweiphasenträgersignal wird, bevor es zur Impulsfolgedifferenzierstufe 11 gelangt, über eine umschaltbare Pufferstufe 21 geleitet, während das Ausgangsignal des Exklusiv-Oder-Gatters 19 dem D-Eingang des Flip-Flop 20 zugeführt wird, dessen anderer Eingang CL\ durch den Ausgang Q\ der zweiten Zähl-tu.'e 16 angesteuert wird. Das wiedergewonnene und mit k bezeichnete Informationssignal kann bei diesem Ausführuiigsbeispiel dem Ausgang Qs entnommen werden, das — wie aus dem Diagramm nach F i g. 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. den Ausgängen der zweiten Zähbtufe 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 F i g. I und F i g. 2 — wie in der Zeichnung angedeutet — in ihrer Folgefrequenz

veränderbar sind, kann die erfindungsgemäßc Schal Uingsanordpung für die Wiedergewinnung von Taktimpulsfolgcn verschiedener Folgefrequenz ohne großen Abgleichaufwand verwendet werden.

Heim dritten Ausführungsbeispiel nach I'ig. 4 ist im Gegensat/ zum Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 der Impulsgenerator durch eine Schaltungsanordnung /ur 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 /ur Frequenzsynthese bcstehl aus einem spannungsgcslcuerten Oszillator 25. der mit einer wesentlich höheren Frequenz als die Taktfolgefrequen/ schwingt. Die Ausgangsimpulse dieses Oszillators 25 gelangen über ein Und-Gatter 26. dessen /weiter Eingang durch den Ausgang Qt der dritten Zählstufe 17 angesteuert wird, auf einen Frequenzteiler 27. der eine Impulsfolge der vierfachen Taktfolgefrequenz abgibt. Diese Impulsfolge Feiler 29. dessen eingestelltes Teilerverhältnis einen Multiplikator darstellt. Am Ausgang des programmierbaren Teilers 29 erscheint somit eine Impulsfolge, die durch Multiplikation mit einer von einem Rel^ren/ Ge norator 30 erzeugten Refercn/frequcn/ die Eolgefreqiien/ der Taktimpuise ergibt. Fin Teilerschritt des Teilers 29 entspricht dabei einer Änderung um den Betrag der Refcren/frequen/. Die geteilte Frequenz des programmierten Teilers 29 und die Refcrenzfrequcn/ werden einer Phiisenvergleichsstufe 31 zugeführt, die in Abhängigkeit von der Frequenz- und Phasenlage der Impulsfolgen eine Rcgelspannung erzeugt, welche über ein Tiefpaßfilter 32 den Oszillator 25 nachstimmt. Durch diesen Regelkreis ist der gesteuerte Oszillator 25 starr mit dem Referenzfrequenzgenerator 30 gekoppelt.

Die Schaltungsanordnung startet aus dem Ruhestand mit dem Fintreffen des ersten Datenwechsels am Eingang 10. wobei der Ausgang Q\ der dritten /ahlsmfe 17 ilen Frequenzteiler 27 freigibt und die Zählstufen 15,

ULI UtII ΛΑΙΙΜΙΙΜΙ til

und Fig. 3 - dem Eingang CL, der ersten Zählstufe 15 des Zählers 14 zugeführt. Die Ausgangsimpulse des Frequenzteilers 27 sind weiterhin /u einem Frequenzteiler 28 geleitet, der eine Teilung im Verhältnis 4 : I vornimmt Die Aiisgangsimpulse dieses Frequenzteilers 28 durchlaufen anschließend einen programmierbaren Ausführungsbeispielen, gelöscht werden. Damit wird das I !nd-Gatter 26 der Schaltung zur Frequenzsynthese durchgeschaltet, so daß die Schaltungsanordnung die gewünschten Impulse der Zählstulc 15 zufuhrt Die Erzeugung der Taktimpulsfolgc unterscheidet sich dann nicht mehr von dem Ausführungsbeispiel nach I ι g. J

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Palentansprüche:

1. Verfahren 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, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus dem Zweiphasenträgersignal (a) erzeugte Nadelimpulsfolge feinen mit Impulsen eines Impulsgenerators (13) gespeisten dreistufigen Zähler (14) ansteuert und daß die dritte Zählstufe (17) dieses Zählers (14) den Impulsgenerator (13) derart sperrt, daß eine an einer Zählstufe (15, 16) anstehende Impulsfolge nach entsprechender Impulsformung die Taktimpulse ergibt.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die ;n einer Impulsflankendifferenzierstufe (11) aus dem Zweiphasenträgersignal (a) erzeugte Nadelimpulsfolge (feinem Eingang eines Und-Gatters (12) zugeführt ist und daß der zweite Eingang des zur Löschung des Zählers (14) vorgesehenen Und-Gatters (12) von einem Ausgang (Qs) der dritten Zählstufe (17) einen Befehl erhält.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (13) zur Erzeugung von Taktimpulsfolgen unterschiedlicher Folgefrequenz in seiner Frequenz durchstimmbar ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgtrrequenz des Impulsgenerators (13) auf den vierfachen Wert der wiederzugewinnenden Folgefrtjuenz der Taktimpulse bemessen ist

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (13) durch eine Schaltung zur Frequenzsynthese ersetzt ist, in der die Impulsfolge eines spannungsgesteuerten Oszillators (25) über Frequenzteiler (27, 28, 29) zu einer mit Impulsen eines Referenzfrequenzgenerators (30) angesteuerten Phasenvergleichsstufe (31) gelangt, die über ein Tiefpaßfilter (32) den Oszillator (25) nachstimmt.