DE2714242C3

DE2714242C3 - Generator für binäre Quasizufallsfolgen

Info

Publication number: DE2714242C3
Application number: DE19772714242
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr.-Ing. 8032 Graefelfing Meyer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-03-30
Filing date: 1977-03-30
Publication date: 1980-03-13
Also published as: DE2714242A1; DE2714242B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Generator für binäre Quasizufallsfolgen mit einem logischen Verknüpfungsglied mit wenigstens zwei Eingängen und mit mindestens einem mit einer Verzögerungsleitung verbundenen D-Flip-Flop, das an den Ausgang des logischen Verknüpfungsgliedes angeschlossen ist.

Derartige Quasizufallsfolgengeneratoren sind bekannt. So wird beispielsweise in der Fig. 2.1 der Veröffentlichung von S. W. G ο I ο m b, »Digital Communications with Space Applications«, Prentice-Hall Englewood Cliffs 1964, ein derartiger Generator dargestellt, der ein taktgesteuertes Schieberegister enthält und bei dem von den Ausgängen einzelner Stufen dieses Schieberegisters Verbindungen zu den beiden Eingängen eines Exklusiv-Oder-Glieds bestehen, dessen Ausgang mit dem Eingang des Schieberegisters verbunden ist. Eine derartige Anordnung ist in der F i g. 1 dargestellt Das Exklusiv-Oder-Glied Ad 1 wirkt als moduIo-2-Addierer für die von den Ausgängen der Stufen S 2 bzw. 51 des Schieberegisters zurückgekoppelten Impulse. Die einzelnen Stufen des Schieberegisters sind mit einer Quelle C/für einen Takt verbunden. Die Auskopplung der erzeugten Quasizufallsfolgen kann von einer der Stufen des Schieberegisters, beispielsweise vom Anschluß £3 oder vom Ausgang des Exklusiv-Oder-Glieds Ad 1 erfolgen. Die N Stufen des Schieberegisters können beispielsweise durch N Master-Slave D-Flip-Flop gebildet sein, die alle gleichzeitig von einem Taktsignal mit einer Periodendauer T angesteuert werden. Mit jedem Taktimpuls wird dadurch die Information der einzelnen Schieberegisterstufen in der angezeigten Weise weitergeschoben. Da sich bekanntlich nach 2^-1 Taktimpulsen periodisch die Bitkombination im Schieberegistei wiederholt, beträgt dis Periodendauer des erzeugten Quasizufailssignals also (2^N-\)T. Die erzeugte Quasizufallsfolge enthält folglich 2^N-\ Bit Die maximale Bitfolgefrequenz der mit die Anordnung nach der F i g. 1 erzeugten Quasizufallsfolgen ist in der Praxis auf einige 100 MHz begrenzt, da die in den üblichen Schieberegistern enthaltenen Flip-Flops nicht mit beliebiger hoher Taktfrequenz betrieben werden können.

Aus der GB-PS 14 10 977 ist es außerdem bekannt, Generatoren für binäre Quasizufallsfolgen mit einem logischen Verknüpfungsglied mit mindestens zwei Eingängen und mit D-Flip-Flops aufzubauen, wobei wenigstens einige dieser D-Flip-Flops über eine Verzögerungsleitung mit einem Taktgenerator verbunden sind, wobei außerdem das erste der D-Flip-Flops mit dem Ausgang des logischen Verknüpfungsgliedes verbunden ist Die Verzögerungsleitung dient in diesem Falle zur Verzögerung von Taktsignalen für einige der D-Flip-Flops.

Aus der GB-PS 14 35 746 ist außerdem ein Pseudozufallsfolgengenerator bekannt, bei dem durch einen Impulsgenerator direkt und außerdem über einen Polaritätsschalter akustische Oberflächenwellen-Verzögerungsleitungen angesteuert werden. Einzelne Ausgänge der Oberflächenwellen-Verzögerungsleitung sind über modulo-2-Addierer miteinander verknüpft Das durch die Verknüpfung erzeugte Signal wird über Detektoren in einem weiteren modulo-2-Addierer zur Erzeugung des Rückkopplungssignals verwendet

Es ist bereits bekannt, die mit Anordnungen ähnlich der F i g. 1 erzeugte Quasizufallsfolge mit Hilfe einer Multiplexerschaltung zu verschachteln und so Quasizufallsfolgen mit höherer Bitfolgefrequenz zu erzeugen. Da in diesem Falle aber mehrere Quasizufalisfolgen erzeugt und ein entsprechend schnell schaltender Multiplexer vorgesehen sein müssen, ergibt sich ein erheblicher Aufwand. Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, einen Generator der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, der bei einem möglichst geringen Aufwand in der Lage ist, Quasizufallsfolgen mit einer im Gigabitbereich liegenden Bitfolgefrequenz

abzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Takteingang des D-Flip-Flops mit dem Ausgang des logischen Verknüpfungsgliedes verbunden ist, daß der Ausgang für das nichtinvertierte Ausgangssignal des D-Flip-Flop über eine erste Verzögerungsleitung geeigneter Länge mit dem einen Eingang des logischen Verknüpfungsgliedes verbunden ist, daß an den anderen Eingang des logischen Verknüpfungsgliedes eine Quelle für einen Takt angeschlossen ist, daß über eine v. eitere Verzögerungsleitung geeigneter Länge der Dateneingang des D-Flip-Flops mit dessen Ausgang für das invertierte Ausgangssignal verbunden ist und daß der Ausgangsanschluß des Generators mit einem Anschluß der ersten Leitung oder mit einem Anschluß des D-Flip-Flops verbunden ist und daß eine zusätzliche Anschwinghilfe vorgesehen ist

Der Hauptvorteil der Erfindung liegt neben dem übersichtlichen Aufbau und dem geringem Aufwand in der Möglichkeit, die Anstiegs- und Abfallzeiten des Verknüpfungsgliedes mit in die vorgesehene Laufzeit der Verzögerungsleitung einzubeziehen. Weitere Vorteile ergeben sich durch die Möglichkeit eines Abgleichs der Verzögerungsleitungen und damit einer sehr einfachen Veränderbarkeit der Wortlänge der erzeugten Quasizufallsfolgen. Außerdem ergibt sich insbesondere gegenüber mit Schiebeketten hoher Stufenzahl aufgebauten Quasizufallsgeneratoren ein stark verminderter Leistungsverbrauch, auch entstehen keine Probleme mit der Taktverteilung auf die einzelnen Stufen.

Für die Erzeugung von sehr hochfrequenten Qu..sizufallsfolgen ist der Einsatz der basisgekoppelien Schaltungstechnik zweckmäßig, bei der das D-Flip-Flop sowie das Verknüpfungsglied basisgekoppelte Transistoren enthält.

Im Hinblick auf die Verwendung von relativ langen Verzögerungsleitungen mit einem hohen Dämpfungsmaß ist es zur Erhaltung eines ausreichenden Signalpegels und der Flankensteilheit zweckmäßig, die erste Leitung in zwei hintereinandergeschaltete und durch einen Trennverstärker aneinandergekoppelte Teile aufzuteilen.

Weiterhin ergibt sich dadurch, daß der Trennverstärker einen zusätzlichen entkoppelten Ausgang aufweisen kann, an dem das Ausgangssignal des Generators entnehmbar ist, die Möglichkeit einer rückwirkungsfreien Auskopplung des Ausgangssignals.

Eine weitere vorteilhafte Variante des Generators nach der Erfindung ergibt sich dadurch, daß ein D-Flip-Flop vorgesehen ist, das durch einen, dem logischen Nullzustand entsprechenden negativen Taktimpuls aktiviert wird und daß zur Erzeugung einer ersten Quasizufallsfolge als Verknüpfungsglied ein Oder-Glied und zur Erzeugung einer zur ersten inversen Quasizufallsfolge ein NAND-Gatter als Veiknüpfungsglied vorgesehen ist

Bei einer weiteren Variante der Erfindung ist auch die Verwendung anderer Verknüpfungsglieder dadurch möglich, daß ein D-Flip-Flop vorgesehen ist, das durch einen, dem logischen Einszustand entsprechenden positiven Taktimpuls aktiviert wird und daß zur Erzeugung einer dritten Tolge als Verknüpfungsglied ein UND-Glied und zur Erzeugung einer vierten, zur dritten inversen Folge als Verknüpfungsglied ein NOR-Glied vorgesehen ist.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Quasizufallsfolgengenerator nach dem Stande der Technik und

F i g. 2 einen erfindungsgemäßen Quasizufallsfolgengenerator.

Der in der F i g. 1 dargestellte Quasizufallsgenerator ist bei der Darstellung des Standes der Technik bereits ausreichend erläutert, so daß auf weitere Ausführungen dazu verzichtet wird.

Der in der Fig.2 dargestellte Generator enthält ein Oder-Glied mit den beiden Eingängen El und £2 und mit einem Ausgang, der mit dem Takteingang eines nachgeschalteten D-Flip-Flops verbunden ist. Der Ausgang Q dieses D-Flip-Flops ist über eine erste Leitung mit dem Eingang eines Trennverstärkers C 1 verbunden, an dessem ersten Ausgang eine zweite Leitung L 2 angeschlossen ist. Zusätzlich enthält der Trennverstärker G ι noch einen invertierenden Ausgang, der zur rückwirkungsfreien Auskopplung der erzeugten Quasizufallsfolgen dient Die zweite Leitung L 2 ist an den ersten Eingang E1 des Oder-Gliedes Ad 2 angeschlossen und damit der Schaltkreis geschlossen. Der zweite Eingang £2 des Oder-Gliedes ist mit einer Quelle C/für^einen Takt verbunden, während der zweite Ausgang Q für das inverse Ausgangssignal des D-Flip-Flops über eine dritte Leitung L 3 mit dem D-Eingang des D-Flip-Flops verbunden ist. Nicht dargestellt in der Fig.2 ist die zusätzliche Anschwinghilfe, da e«; sich hierbei nur um eine geeignet gewählte Referenzspannung im D-Flip-Flop handelt.

Bei dem Generator nach der F i g. 2 sind alsc alle Schieberegisterstufen des Generators nach der F i g. 1 durch Verzögerungsleitungen ersetzt, so daß die Schaltung nur noch aus Leitungsstücken, einem Verknüpfungsglied und einem einzigen Flip-Flop besteht. Durch die Verwendung von Leitungsstücken ist es leicht möglich, die Laufzeit in den Verbindungsleitungen, im Flip-Flop, im Verknüpfungsglied und im Trennverstärker bei der Bemessung der Verzögerungsleitungen mit zu berücksichtigen. Die Gesamtlaufzeit 7"3 enthält im vorliegenden Falle die Laufzeiten der Verzögerungsleitungen L 1 und L 2, des Verknüpfungsgliedes Ad2, des D-Flip-Flops DFFund des Trennverstärkers G 1. Die Laufzeit Γ 4 im Rückkopplungskreis ergibt sich durch die dritte Leitung L 3 und die Laufzeit im D-Flip-Flop. Die Laufzeiten Γ3 und TA sind nach der erforderlichen Stufenzahl N eines vergleichbaren Schieberegisters und der gewünschten Bitfolgefrequenz zu bemessen. Bei einem Taktsignal CI mit einer Impulsedauer Ti und einer Periodendauer T ergeben sich die Grenzen für T3 und TA aus den folgenden Ungleichungen:

(,N-I)- T+Ti<T3<NT Ti<TA<T

Die höchstmögliche Bitfolgefrequenz dieses Quasizufallsgenerators ist dabei in erster Linie von der höchstmöglichen Umschaltfrequenz der verwendeten D Flip-Flops unmittelbar abhängig. Da nur ein einfaches D-Flip-Flop und kein Master-Slave-FIip-Flop benötigt wird und die höchstmögliche Umschaltfrequenz der mittels Basiskopplung aufgebauten und in der Nachrichtentechnischen Zeitschrift 1976, Heft 11, Seiten 828 bis 830, erläuterten Flip-Flops und Verknüpfungsglieder sehr hoch ist, sind Quasizufallsfolgen mit sehr hoher Bitfolgefrequenz erzeugbar.

In einem ersten praktischen Ausführungsfall wurden Quasizufallsfolgen mit einer maximalen Länge von 127 Bit bei einer vergleichbaren Stufenzahl von A/=7 mit einer Bitfolgefrequenz von 1, 2GHz erzeugt. In einem

weiteren praktischen Ausführungsbeispiel wurde eine Quasizufallsfolge mit einer Periodenlänge von 4 194 303 Bit bei einer vergleichbaren Stufenzahl von N—22 und einer Bitfolgefrequenz von 560 MHz erzeugt. In diesem Falle wird die Reduzierung des Aufwandes und der benötigten Leistung I deutlich, da bei der Erzeugung diese Quasizuf mit Anordnungen nach dem Stande der T< Master-Slave Flip-Flops und außerdem Takl schaltungen und ein Multiplexer erforderlich si

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Generator für binäre Quasizufallsfolgen mit einem logischen Verknüpfungsglied mit wenigstens zwei Eingängen und mit mindestens einem mit einer Verzögerungsleitung verbundenen D-Flip-Flop, das an den Ausgang des logischen Verknüpfungsgliedes angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Takteingang des D-Flip-Flops mit dem Ausgang des logischen Verknüpfungsgliedes verbunden ist, daß der Ausgang (Q) für das nichtinvertierte Ausgangssignal des D-Flip-FIop über eine erste Verzögerungsleitung (L 2) geeigneter Länge mit dem einen Eingang des logischen Verknüpfungsgliedes verbunden ist, daß an den anderen Eingang des logischen VerknOpfungsgliedes eine Quelie (Cl) für einen Takt angeschlossen ist, daß über eine weitere Verzögerungsleitung (L 3) geeigneter Länge der Dateneingang ^ des D-Flip-Flops mit dessen Ausgang (Q) für das invertierte Ausgangssignal verbunden ist und daß der Ausgangsanschluß des Generators mit einem Anschluß der ersten Leitung (L 1) oder mit einem Anschluß des D-Flip-Flops verbunden ist und daß eine zusätzliche Anschwinghilfe vorgesehen ist

2. Generator nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leitung in zwei hintereinandergeschaltete und durch einen Trennverstärker aneinander angekoppelte Teile aufgeteilt ist.

3. Generator nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennverstärker einen zusätzlichen entkoppelten Ausgang aufweist, an dem das Ausgangssignal des Generators abnehmbar ist.

4. Generator nach Patentansprüchen t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das D-Flip-Flop und das Verknüpfungsglied basisgekoppelte Transistoren enthält.

5. Generator nach Patentansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein D-Flip-Flop vorgesehen ist, das durch einen, dem logischen Nullzustand entsprechenden negativen Taktimpuls aktiviert wird und daß zur Erzeugung einer ersten Quasizufallsfolge als Verknüpfungsglied ein Oder-Glied und zur Erzeugung einer zur ersten inversen Quasizufallsfolge ein NAND-Glied als Verknüpfungsglied vorgesehen ist.

6. Generator nach Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein D-Flip-Flop vorgesehen ist, das durch einen dem logischen Einszustand entsprechenden positiven Taktimpuls aktiviert wird und daß zur Erzeugung einer dritten Folge als Verknüpfungsglied ein UND-Glied und zur Erzeugung einer vierten, zur dritten inversen Folge als Verknüpfungsglied ein NOR-Glied vorgesehen ist.