DE2658238A1

DE2658238A1 - Phasenstarre schaltung

Info

Publication number: DE2658238A1
Application number: DE19762658238
Authority: DE
Inventors: Roger Hunnicutt; Beat Guido Keel
Original assignee: Control Data Corp
Current assignee: Control Data Corp
Priority date: 1976-01-16
Filing date: 1976-12-22
Publication date: 1977-07-21
Also published as: GB1527841A; DE2658238C2; NL7700354A; AU2127277A; JPS5289053A; JPS6115840U; US4005479A; FR2338604A1; CA1064159A; NL183483C; JPS6338584Y2; FR2338604B1; AU506070B2

Description

Möhlstraße 37 CONTROLDATA CORPORATION, D-8000 München 80

Minneapolis, Minn., U.S.A. Tel.:089/982085-87

Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

22

22,

Phasenstarre Schaltung

Die Erfindung bezieht sich auf Phasenfangschaltungen bzw. phasenstarre Schaltungen und betrifft insbesondere eine phasenstarre Schaltung, welche die Phasenfehler in einem Taktsignal zu verkleinern vermag.

Auf dem Gebiet der Wiedergewinnung magnetischer Aufzeichnungen sind die Lese- und Nichtlese-Signalfrequenzen häufig nicht genau phasensynchron. Infolgedessen muß bei jedem Übergang zwischen einer Lese- und einer Nichtlese-Betriebsart das der phasenstarren Schleife zugeordnete Takt- oder Zeitsteuersignal neu mit dem Eingangssignal synchronisiert werden. Während die Lese- oder Nichtlese-Signale hierbei ungefähr die gleiche Frequenz besitzen können, können sie phasenverschoben sein, so daß ein Nachsynchronisieren der Phase des Taktsignals mit der Phase der Lese- oder Nichtlese-Signale erforderlich wird. Bisher erfolgte das Nachsynchronisieren des Taktsignals mit den Lese- oder Nichtlese-Signalfrequenzen durch eine "Nullpunkteinstellung" ("zeroing out") der Prequenzunterschiede, üblicherweise mittels eines Phasen-

709829/0665

-2-

-t-

!comparators und eines spannungsgesteuerten Oszillators. Dieses Vorgehen erfordert jedoch normalerweise bis zu 2ο Taktzyklen, wodurch eine Verzögerung in den Übergang zwischen der Lese- und der Nichtlese-Betriebsart eingeführt wird.

Eine andere Möglichkeit zum Nachsynchronisieren der Signale besteht in der Verwendung eines Oszillators, der seine Schwingung innerhalb von einem Zyklus bzw. einer Periode einzuleiten und zu beenden vermag, und im Sperren dieses Oszillators für eine vorbestimmte Zeitspanne zum Ausgleich für Phasenunterschiede zwischen den alten und neuen phasenstarren Signalen. Hierfür ist allerdings ein spezieller Oszillator nötig, der normalerweise eine mangelhafte spektrale Verteilungsgüte (spectral quality) besitzt und welcher die Leistung des Gesamtsystems beeinträchtigen kann.

Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Vorrichtung zum Nachsynchronisieren des Takts bzw. Taktsignals innerhalb einer kürzeren Zeitspanne. Insbesondere wird dabei die Frequenz des EingangssignaIs (entweder des Lese- oder des Nichtlese-Signals) mit N multipliziert, um ein Signal zu liefern, dessen Frequenz das N-fache der Signalfrequenz des Lese- oder Nichtlese-Signals beträgt. Ein dividierender Zähler dividiert dann das multiplizierte Signal durch N, um die ursprüngliche Signalfrequenz wieder zu erzeugen. Wenn ,z.B. bei einem Übergang zwischen den Lese- und Nichtlese-Betriebsarten eine Nachsynchronisation vorgenommen werden soll, wird der dividierende Zähler rückgestellt, so daß der Takt bzw. das Taktsignal augenblicklich auf eine Phase dicht an derjenigen des neuen EingangssignaIs nachsynchronisiert wird und der größtmögliche Fehler "/T/N Radianten beträgt. Daraufhin erfolgt die endgültige Nach- oder Neusynchronisation des Signals nach bisher üblichen Techniken unter Verwendung eines Phasen-

709829/0665

komparators und eines spannungsgesteuerten Oszillators.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Synchronisiervorrichtung zu schaffen, die eine Signalfrequenz schnelle mit einer anderen zu synchronisieren vermag.

Im Zuge dieser Aufgabe bezweckt die Erfindung auch die Schaffung einer Impulsnachsynchronisiereinrichtung, die bei einer Änderung der Phase der Eingangsfrequenz eine Signalimpulsfrequenz mit dieser Eingangsfrequenz neu zu synchronisieren vermag.

Diese Aufgabe wird bei einer phasenstarren Schaltung bzw. Phasenfangschaltung mit einem Phasenkomparator, dessen erster Eingang zur Aufnahme eines von mehreren Signalen geschaltet ist, welche die gleiche Frequenz besitzen, die jedoch gegeneinander phasenverschoben sein können, erfindungsgemäß gelöst durch eine mit dem Ausgang des Phasenkomparators verbundene Multipliziereinrichtung zum Multiplizieren der Frequenz des am ersten Eingang auftretenden Signals mit einem vorbestimmten Faktor N entsprechend einer vorbestimmten Größe, durch eine an die Multipliziereinrichtung angeschlossene rückstellbare Divisionseinrichtung zum Dividieren des multiplizierten Signals der Multipliziereinrichtung durch den vorbestimmten Faktor N, durch eine Rückstelleinrichtung zum Rückstellen der Divisionseinrichtung bei einer Änderung der Wahl der Eingangssignale zum ersten Eingang des Phasenkomparators, wobei die Divisionseinrichtung bei dieser Änderung der Wahl der Eingangssignale Signalimpulse mit einer Frequenz entsprechend derjenigen des Eingangssignals und mit einer Phase liefert, die um höchstens ^"/N Radianten von der Phase des EingangsSignaIs abweicht, und durch eine Einrichtung zur Verbindung des Ausgangs der Divisionseinrichtung mit einem zweiten Eingang des Phasenkomparators.

709829/0665

2858238 Λ

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung liefert ein spannungsgesteuerter Oszillator ein Signal, dessen Frequenz das N-fache der Eingangsfrequenz beträgt. Ein dividierender oder Teilzähler ist mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators so verbunden, daß er das Signal durch N dividiert und einem Phasenkomparator ein Signal der gleichen Frequenz wie das Eingangssignal liefert. Eine Rückstelleinrichtung dient zum Rückstellen bzw. Rückführen des dividierenden Zählers bei einer Änderung des Signaleingangs, die zu einer Verschiebung der Phase dieses Signaleingangs führen kann, so daß das dem Phasenkomparator zugeleitete Ausgangssignal des dividierenden Zählers auf der gleichen Frequenz liegt wie der Signaleingang bzw. das Eingangssignal, wobei der größtmögliche Fehler bei der Phasenverschiebung jedoch nicht mehr als / /N Radianten betragen kann.

Ein Merkmal der Erfindung liegt in ihrer Anwendung bei Magnetaufzeichnung-Datengewinnungsschaltungen für die schnelle Nachsynchronisierung eines Taktsignals mit den Lese- und Nichtlese-Signalfrequenzen.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Block-Schaltbild einer Vorrichtung gemäß einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 eine graphische Darstellung verschiedener Wellenformen der die Schaltung gemäß Fig. 1 durchlaufenden Signale.

In Fig. 1 ist eine phasenstarre bzw. Phasenfangschaltung gemäß einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die Klemmen oder Kontakte eines

709829/0665 -5-

Schalters SW1 für die Abnahme von Lese-Signalen A und Nichtlese-Signalen A¹ geschaltet sind, welche normalerweise identische Frequenzen besitzen, die jedoch um einen unbekannten Betrag gegeneinander phasenverschoben sein können. Der Pol des Schalters SW1 ist an einen ersten Eingang 1o eines Phasenkomparators 12 angeschlossen, dessen Ausgang über einen PiIterverstärker 14 mit einem spannungsgesteuerten Oszillator 16 verbunden ist. Bei den bisherigen Schaltungen ist der Ausgang dieses Oszillators 16 unmittelbar mit dem Eingang 18 des Phasenkomparators 12 verbunden, so daß dann, wenn der Schalter SW1 zum Umschalten der Eingangssignale A und A¹ zwischen seiner ersten und seiner zweiten Stellung verlagert wird, der Phasenkomparator die Phasenverschiebung zwischen dem Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators und dem neuen Eingangssignal bestimmt und im Zusammenwirken mit diesem Oszillator die Signalphase neu zu synchronisieren suchtj für diesen Vorgang sind üblicherweise bis zu etwa 2o Taktzyklen oder -perioden erforderlich. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung ist der spannungsgesteuerte Oszillator 16 dagegen so eingestellt, daß er ein Ausgangssignal B (Fig. 2) mit einer Frequenz entsprechend dem N-fachen der Eingangsfrequenz liefert. Ein dividierender Zähler 22 nimmt das Signal B als Eingangssignal ab, und er dividiert das Signal B durch N zur Erzeugung eines Ausgangssignals C, das an den Eingang des Phasenkomparators 12 angelegt wird. Der Zähler 22, der beispielsweise ein rückstellbares Schieberei gister sein kann, ist auf Befehl einer Rückstellschaltung rückstellbar, die ihrerseits die Eingangssignale A und A¹ vom Schalter SW1 sowie ein Nachsynchronisier-Befehlssignal D empfängt. Ersichtlicherweise ist N vorzugsweise eine ganze Zahl, so daß der dividierende Zähler möglichst einfach ausgeführt sein kann. Es ist jedoch auch möglich, daß N eine beliebige vorbestimmte Zahl ist, obgleich in diesem Fall

-6-.709829/0665

anstelle eines einfachen Zählers eine kompliziertere Divisionsschaltung erforderlich wäre.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltung insbesondere anhand von Pig. 2 sei angenommen, daß der Schalter SW1 in der Stellung gemäß Fig. 1 steht, so daß der Phasenkomparator 12 an seinem Eingang 1o mit dem Signal A beaufschlagt wird. Weiter sei angenommen, daß die Taktimpulse mit dem Eingangssignal A synchronisiert sind und N eine Größe von 5 besitzt. Das Filter 14 liefert eine Ausgangsspannung mit einem Spannungspegel, der für die Frequenz des EingangsSignaIs A oder A¹ repräsentativ ist. Der spannungsgesteuerte Oszillator 16 liefert ein Ausgangssignal B entsprechend dem N-fachen des Signals A bzw. A¹, d.h. beim angenommenen Beispiel ein Ausgangssignal B mit einer Frequenz entsprechend dem 5-fachen der Signalfrequenz des Signals A. Infolgedessen liefert der rückstellbare, dividierende Zähler 22, der - wie erwähnt - ein rückstellbares Schieberegister sein kann, einen bei C dargestellten AusgangsSigna!impuls entsprechend einem Fünftel der Frequenz des Signals B. Das Signal C ist daher, wie im linken Teil von Fig. 2 dargestellt, mit dem Signal A genau in Phase und mit ihm frequenzsynchron.

Wenn zwischen den Lese- und Nichtlese-Betriebsarten umgeschaltet werden soll, wird der Schalter SW1 so betätigt, daß das Signal A' an den Eingang 1o des Phasenkomparators 12 angelegt wird. Gleichzeitig wird ein Nachsynchronisierimpuls D zur Rückstellschaltung 24 geliefert. Der spannungsgesteuerte Oszillator 16 liefert jedoch weiterhin Ausgangssignale, so daß das Signal B, zumindest vorläufig, unverändert bleibt. Wenn die Rückstellschaltung 24 den ersten Impuls des Signals A¹ empfängt, liefert sie ein Rückstellsignal zum dividierenden Zähler 22, wodurch der Zähler auf Null gestellt wird, und zwar unabhängig von der bereits in ihm enthaltenen Zählung. Bei

709829/0665 ~⁷~

' 40'

der Nullrückstellung liefert der Zähler 22 einen bei 26 im Signal C angedeuteten Impuls, worauf er weiterhin die Frequenz des Signals B durch N, d.h. im angenommenen Fall durch 5 dividiert. Auf diese Weise wird eine augenblickliche Neu- oder Nachsynchronisierung mit dem Signal A^f mit einem Fehlerfaktor von höchstens ^"/N Radianten bewirkt. Beim Übergang zwischen den Signalen A und A¹ wird für das Signal C ersichtlicherweise ein Impuls des Signals B gewählt, welcher der Phase der neuen Signalfrequenz am nächsten liegt. Aus diesem Grund beträgt der größte Fehler, der bei der Nachsynchronisierung auftreten kann, "^7'N Radianten anstatt If Radianten wie bei den bisherigen Schaltungen.Die endgültige Nachsynchronisierung kann nach herkömmlichen Verfahren unter Verwendung des Phasenkomparators 12 und des spannungsgesteuerten Oszillators 16, die an sich bekannt sind, erfolgen. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der maximale Synchronisierfehler somit um einen Faktor entsprechend N verkleinert.

Obgleich der Faktor N als beliebige ganze Zahl gewählt werden kann, darf - wie dem Fachmann bekannt sein dürfte - der Faktor N im Hinblick auf die Kosten der für das Schieberegister erforderlichen redundanten Schaltungen nicht zu groß gewählt werden. Es hat sich herausgestellt, daß ein Multiplikationsfaktor in der Größenordnung von etwa 5 bis 1 ο ausreicht. Wenn daher N als ganze Zahl im Bereich von 5 bis 1o gewählt wird, liegt der größtmögliche Phasenfehler im Bereich zwischen 36° und 18° und nicht bei I8o°, wie dies den bisherigen Vorrichtungen der Fall ist.

Mit der Erfindung wird somit eine Vorrichtung geschaffen, mit welcher der größtmögliche Fehler bei der Phasennachsynchronisation wirksam verkleinert werden kann und welche auf dem Gebiet der Magnetaufzeichnung-Datengewinnung besondere Vorteile bietet. Außerdem ist diese Vorrichtung einfach auf-

709829/0665 -8-

' 44-gebaut und schnell im Betrieb.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung also eine phasenstarre Schaltung bzw. Phasenfangschaltung mit Einrichtungen zum Multiplizieren eines phasenstarr zu machenden Signals mit einer ganzen Zahl N geschaffen. Ein.rückstellbarer, dividierender Zähler dividiert das multiplizierte Signal durch N, um es einem Phasenkomparator zurückzuführen. Eine Rückstelleinrichtung betätigt den rückstellbaren Zähler auf einen Befehl hin in der Weise, daß bei einer Änderung des EingangssignaIs zur phasenstarren Schaltung (d.h. einer Änderung zwischen zwei Signalen, die etwa die gleiche Frequenz besitzen, aber zueinander phasenverschoben sein können) die Rückstelleinrichtung aktiviert wird, um den dividierenden Zähler rückzustellen, so daß der maximale Phasenfehler bei Lieferung des Signals zum Phasenkomparator η/N Radianten beträgt.

709829/0665

η.

Leerseite

Claims

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

Möhlstraße 37 CONTROLDATA CORPORATION, D-8000 München 80

Minneapolis, Minn., U.S.A. Tel.:089/982085-87

Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

PATENTANSPRÜCHE

Phasenstarre Schaltung bzw. Phasenfangsehaltung mit einem Phasenkomparator, dessen erster Eingang zur Aufnahme eines von mehreren Signalen geschaltet ist, welche die gleiche Frequenz besitzen, die jedoch gegeneinander phasenverschoben sein können, gekennzeichnet durch eine mit dem Ausgang des Phasenkomparators (12) verbundene Multipliziereinrichtung (16) zum Multiplizieren der Frequenz des am ersten Eingang auftretenden Signals mit einem vorbestimmten Faktor N entsprechend einer vorbestimmten Größe, durch eine an die Multipliziereinrichtung angeschlossene rückstellbare Divisionseinrichtung (22) zum Dividieren des multiplizierten Signals der Multipliziereinrichtung durch den vorbestimmten Faktor N, durch eine Rückstelleinrichtung (24) zum Rückstellen der Divisionseinrichtung bei einer Änderung der Wahl der Eingangssignale zum ersten Eingang des Phasenkomparators, wobei die Divisionseinrichtung bei dieser Änderung der Wahl der Eingangssignale Signalimpulse mit einer Frequenz entsprechend derjenigen des EingangssignaIs und mit einer Phase liefert, die um

709829/0665

höchstens ^/N Radianten von der Phase des Eingangssignals abweicht, und durch eine Einrichtung (18) zur Verbindung des Ausgangs der Divisionseinrichtung mit einem zweiten Eingang des Phasenkomparators.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Multipliziereinrichtung ein mit dem Ausgang des Phasenkomparators verbundenes Filter (14) zur Lieferung eines Signals, dessen Spannung für das am ersten Eingang erscheinende Signal repräsentativ ist, und einen auf die Spannung des zuletzt genannten Signals ansprechenden spannungsgesteuerten Oszillator zur Lieferung eines Signals aufweist, dessen Frequenz ein vorbestimmtes Vielfaches (der Frequenz) des am ersten Eingang erscheinenden Signals ist.
J. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Divisionseinrichtung einen Zähler aufweist und daß N eine ganze Zahl ist.
4. Phasenstarre Schaltung bzw. Phasenfangsehaltung zum Neuoder Nachsynchronisieren eines Taktsignals einer Datengewinnungs- bzw. Datenleseanlage mit der Phase eines Eingangssignals in Form eines Lese- oder eines Nichtlese-Signals, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Phasenkomparator zum Vergleichen der Phase der an einem ersten und einem zweiten Eingang auftretenden Signale, einen mit dem ersten Eingang verbundenen Schalter zur selektiven Verbindung einer Lese- oder einer Nichtlese-Signalquelle mit dem ersten Eingang, durch einen zur Abnahme von Signalen vom Phasenkomparator geschalteten Oszillator zur Lieferung von Signalen mit einer Frequenz, die auf ein vorbestimmtes Vielfaches der Frequenz des am ersten Eingang empfangenen Signals eingestellt ist, durch eine rückstellbare Divisionsbzw. Teilereinrichtung zur Abnahme des Signals vom Oszil-

70982970665

lator zwecks Teilung dieses Signals durch den vorbestimmten Paktor, durch eine Einrichtung, welche das dividierte Signal von der Divisionseinrichtung an den zweiten Eingang des Phasenkomparators anlegt, und durch eine Rückstelleinrichtung zum Rückstellen der Divisionseinrichtung bei Betätigung des Schalters zum Umschalten der an den ersten Eingang angeschlossenen Signalquelle zwischen dem Lese- und dem Nichtlese-Signal.
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Divisionseinrichtung ein rückstellbarer Zähler ist.
6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator ein Filter zur Lieferung eines Signals, dessen Spannung für die Frequenz des am ersten Eingang abgenommenen Signals repräsentativ ist, und einen an das Filter angeschlossenen spannungsgesteuerten Oszillator aufweist, der auf diese Spannung anspricht und Signale mit einer Frequenz liefert, die auf ein vorbestimmtes Vielfaches der Frequenz des am ersten Eingang empfangenen Signals eingestellt ist.
7· Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Divisionseinrichtung ein rückstellbarer Zähler ist.
8. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Divisionseinrichtung einen Zähler aufweist und N eine ganze Zahl ist.

709 8 29/0665