-
-
Schaltung zur Regeneration für insbesondere digitale Signale
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Regeneration für
insbesondere digitale Signale, bestehend aus einem Signalregenerator und einem für
die Taktversorgung des Signalregenerators erforderlichen Taktregenerator, bei der
der Taktregenerator einen in seiner Frequenz über eine Phasenregelschleife gesteuerten
Taktoszillator aufweist und bei der die Phasenregelschleife für den Phasenvergleich
zwischen dem zu regenerierenden Signal und der Schwingung des Taktoszillators einen
Phasendiskriminator enthält, dessen Ausgang über eine umschaltbare Filteranordnung
mit dem Steuereingang des Taktoszillators in Verbindung steht.
-
Bei der Regeneration pulsförmiger Signale, insbesondere digitaler
Daten, wirkt sich die vom Taktregenerator für seine Synchronistation erforderliche
Zeit oft störend auf die Organisation des Ubertragungssystems aus, in dem solche
Regeneratoren zur Anwendung kommen. Normalerweise liegen diese als Totzeiten zu
bezeichnenden Synchronisierzeiten in der Größenordnung von einigen hundert Perioden
der Pulsfolgefrequenz des Signals bzw.
-
einiger hundert Signalbit, die zu Beginn jeder Übertragung auftreten,
bis der Einschwingvorgang im Frequenz- und Phasenregelkreis
des
Taktregenerators abgeklungen ist und das Signal richtig empfangen werden kann. Die
Dauer des Einschwingvorganges wird durch die Bandbreite der Phasenregelschleife
bestimmt.
-
Diese Bandbreite muß, sollen kurze Synchronisierzeiten ermöglicht
werden, beim Synchronisieren möglichst groß sein. Im synchronisierten Zustand ist
von der Phasenregelschleife dagegen zu verlangen, daß ihre Bandbreite ausreichend
klein ist, um jitterfreie regenerierte Signale am Ausgang der Regeneratorschaltung
zu erhalten.
-
Durch die Zeitschrift Electronics, Jan. 9, 1975, Seiten 116 und 117
ist ein spannungsgesteuerter Oszillator mit einer Phasenregelschleife bekannt, die
zwei Filter aufweist, und zwar ein breitbandiges Filter und ein schmalbandiges Filter,
die wahlweise über einen Umschalter in der Phasenregelschleife wirksam sind.
-
Zur Erzielung einer schnellen Synchronisation ist dabei das breitbandige
Filter in die Phasenregelschleife einbezogen, während im synchronisierten Zustand
das schmalbandige Filter zum Einsatz kommt. Durch die genannte Literaturstelle ist
es auch bekannt, die Filter langsam über ein Koppelnetzwerk mit einem veränderbaren
Widerstand umzuschalten.
-
Diese bekannte Phasenregelschleife für einen spannungsgesteuerten
Oszillator ermöglicht zwar kürzere Synchronisierzeiten als dies ohne die Umschaltvorrichtung
möglich wäre, stellt jedoch keine optimale Lösung für eine schnelle Synchroniserung
dar, weil der Bandbreitenunterschied zwischen dem schmalbandigen und dem breitbandigen
Filter einen bestimmten Grenzwert nicht überschreiten darf, soll bei Umschalten
vom breitbandigen Filter auf das schmalbandige Filter mit Sicherheit gewährleistet
sein, daß die Synchronisation nicht wieder verloren gehen kann.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Schaltung zur Regeneration
pulsförmiger Signale der einleitend genannten Art eine Taktregeneratorschaltung
anzugeben, die bei geringem technischen Aufwand eine an das zu übertragende Signal
optimal angepaßte schnelle Synchronisation ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird,ausgehena von einer Schaltung zur Regeneration
für insbesondere digitale Signale, bestehend aus einem Signalregenerator und einem
für die Taktversorgung des Signalregenerators erforderlichen Taktregenerator, bei
der der Taktregenerator einen in seiner Frequenz über eine Phasenregelschleife gesteuerten
Taktoszillator aufweist und bei der die Phasenregelschleife für den Phasenvergleich
zwischen dem zu regenerierenden Signal und der Schwingung des Taktoszillators einen
Phasendiskrimi nator enthält, dessen Ausgang über eine umschaltbare Filteranordnung
mit dem Steuereingang des Taktoszillators in Verbindung steht, gemäß der Erfindung
dadurch gelöst, daß der steuerbare Taktoszillator wenigstens aus einem Festfrequenzoszillator
und einem ihm nachgeschalteten steuerbaren adaptiven Phasenschieber besteht, dessen
Stelleingang den Steuereingang für den Taktoszillator darstellt, daß ferner dieser
Stelleingang über einen Umschalter zur Durchführung einer Synchronisation unmittelbar
mit dem Ausgang des Phasendiskriminators und zur Aufrechterhaltung einer Synchronisation
mit dem Ausgang der Filteranordnung verbunden ist und daß der adaptive Phasenschieber
einen Steuersignalausgang für die Betätigung des Umschalters aufweist.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntis zugrunde, daß eine optimal angepaßte
schnelle Synchronisation bei einem mit einer Phasenregelschleife arbeitenden spannungsgesteuerten
Oszillator sich grundsätzlich dadurch herbeiführen läßt, daß im Phasenregelkreis
eine größere Anzahl von Filtern unterschiedlicher Bandbreite vorgesehen werden,
die nacheinander im Zuge einer durchzuführenden Synchronisation, ausgehend vom Filter
mit der größten Bandbreite bis hin zum Filter mit der kleinsten Bandbreite, nacheinander
in der Phasenregelschleife wirksam werden. Die vorliegende Erfindung vermeidet jedoch
diesen außerordentlich großen Aufwand an Filtermitteln in einfacher und vorteilhafter
Weise mit Hilfe eines adaptiven Phasenschiebers, der bei Durchführung einer Synchronisation
unmittelbar mit dem Ausgang des Phasendiskriminators verbunden ist und dessen Phasenkorrekturschritte
in Richtung einer Annäherung an den Synchronisationspunkt
bis zu
einer kleinsten Schrittlänge abnehmen. Mit Erreichen dieses kleinsten Korrekturschrittes
ist dann der Synchronisationszustand angezeigt, so daß dann die Umschaltung auf
die schmalbandige Filteranordnung erfolgen kann.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist die Filteranordnung
ein rückstellbarer Integrator mit ausgangsseitiger Schwellwertschaltung, dessen
Rückstelleingang über ein Zeitverzögerungsglied mit dem Stelleingang des adaptiven
Phasenschiebers in Verbindung steht.
-
Für viele Anwendungsfälle ist es weiterhin zweckmäßig, wenn der steuerbare
Taktoszillator im Anschluß an den steuerbaren adaptiven Phasenschieber noch einen
Frequenzteiler aufweist. Auf diese Weise ist es nämlich möglich, ohne besonderen
Aufwand den adaptiven Phasenschieber zu realisieren.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform verkleinert der adaptive
Phasenschieber bei Durchführung eines Synchronisiervorganges, ausgehend von einem
maximalen Phasenkorrekturschritt in der durch das Vorzeichen des Stellsignals am
Ausgang des Phasendiskriminators angegebenen Richtung, die Schrittgröße bei den
Folgeschritten jeweils dann, wenn ein Wechsel des Vorzeichens in den aufeinanderfolgenden
Stellsignalen auftritt, solange, bis der Phasenschieber seine minimale Schrittlänge
erreicht hat. Hierzu weist die Steuerschaltung des adaptiven Phasenschiebers einen
mit einem Vorzeichendetektor zusammenarbeitenden Paritätsvergleicher auf, über dessen
Ausgang der Phasenschrittlängengeber für die Einstellung der Größe der Phasenkorrekturschritte
des Phasenschiebers gesteuert ist.
-
Zweckmäßig weist der Variationsbereich für die wirksame Schleifenbandbreite
bei der Durchführung einer Synchronisation einen Wert auf, der gleich oder größer
104:1 beträgt.
-
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei-
spiels
soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten
Fig. - 1 das Blockschaltbild eines mit einem Signalregenerator zusammenarbeitenden
Taktregenerators in einer Schaltung zur Regeneraton pulsförmiger Signale nach der
Erfindung, Fig. 2 das nähere Einzelheiten aufweisende Blockschaltbild eines adaptiven
Phasenschiebers nach Fig. 1.
-
Die Regeneratorschaltung nach Fig. 1 besteht aus dem im Zuge des Signalwegs
angeordneten Signalregenerator SR und einem mit ihm zusammenarbeitenden Taktregenerator
TR. Der Signalregenerator SR besteht dabei im wesentlichen aus einem eingangsseitigen
Tiefpaß TP, einem sich daran anschließenden Entscheider E, dessen Ausgangssignal
dem eigentlichen Regenerator R zugeführt wird, der seinerseits vom Ausgangssignal
des Taktregenerators TR gesteuert wird.
-
Der Taktregenerator TR besteht aus einem frequenzgesteuerten Taktoszillator,
der sich wiederum aus dem Festfrequenzgenerator G, dem ihm nachgeschalteten adaptiven
Phasenschieber AP und dem Frequenzteiler FT zusammensetzt. Der den Ausgang des gesteuerten
Taktoszillators darstellende Ausgang des Frequenzteilers FT ist mit dem einen Eingang
des Phasendiskriminators PD verbunden, dessen anderem Ausgang das ankommende zu
regenerierende Signal sig zugeführt ist.
-
Der adaptive Phasenschieber AP weist fünf Anschlüsse auf und zwar
den Eingang 1 für den Festfrequenzgenerator G, den Stelleingang 2, den Steuerausgang
3, den Starteingang 4 und den Ausgang 5.
-
Der Stelleingang 7 ist über den Umschalter U mit dem Ausgang des Phasendiskriminators
PD entweder unter Zwischenschaltung des Filters F - dargestellte Schaltstellung
- oder aber unmittelbar verbunden. Die Schaltstellung des Umschalters U wird über
den
Steuerausgang 3 des adaptiven Phasenschiebers gesteuert.
-
Bei DurchfUhrung eines Synchronisiervorgangs erhält der adaptive Phasenschieber
AP über den Starteingang 4 ein Startsignal. Dieses Startsignal bewirkt, daß der
adaptive Phasenschieber AP über den Steuerausgang 3 den Umschalter U in die in unterbrochener
Linie dargestellte Schaltstellung bringt, in der der Stelleingang 2 des adaptiven
Phasenschiebers AP unmittelbar mit dem Ausgang des Phasendiskriminators PD verbunden
ist. Die Begrenzung der Synchronisiergeschwindigkeit durch das Filter F im Phasenregelkreis
ist damit ausgeschaltet. Der adaptive Phasenschieber AP steuert nur in Abhängigkeit
der vom Ausgang des Phasendiskriminators PD abgegebenen Stellsignale, anfangend
von großen Phasenkorrekturschritten zu immer kleiner werdenden Phasenkorrekturschritten
die Frequenz des taktgesteuerten Oszillators in Richtung auf den Synchronisierpunkt
mit dem ankommenden Signal sig, um dann, wenn er bei dem kleinsten Phasenkorrekturschritt
angelangt ist, wiederum über einen Steuerbefehl am Steuerausgang 3 den Umschalter
U in die in Fig. 1 dargestellte Schaltstellung rückumzuschalten. Nunmehr ist in
die Phasenregelschleife das Filter F eingeschaltet, das eine für die jitterfreien
regenerierten pulsförmigen Signale am Ausgang des Signalregenerators SR ausreichend
kleine Bandbreite aufweist.
-
In der Regel stellt das Filter F einen Tiefpaß dar. Ein solcher Tiefpaß
kann ein rückstellbarer Integrator mit einer ausgangsseitigen Schwellwertschaltung
sein. In diesem Fall muß das so gestaltete Filter F jeweils bei Abgabe eines Stellsignals
einen zeitverzögerten Rückstellimpuls für den Integrator erhalten. In Fig. 1 ist
dies durch das in unterbrochener Linie dargestellte Zeitverzögerungsglied 2 angedeutet,
das eingangsseitig mit dem Stelleingang 2 des adaptiven Phasenschiebers AP und ausgangsseitig
mit einem nicht näher bezeichneten Rückstelleingang des Filters F verbunden ist.
-
Das nähere Einzelheiten aufweisende Blockschaltbild des adaptiven
Phasenschiebers AP nach Fig. 1 weist eine Laufzeitkette LK mit vielen Abgriffen
auf, die mit einem Multiplexer Ml verbunden sind.
-
Der Laufzeitkette wird eingangsseitig über den Eingang 1 die Schwingung
des Festfrequenzgenerators G zugeführt und steht amAu8-gang 5 über den Frequenzteiler
FT am einen Eingang des Phasendiskriminators PD und am Steuereingang des Regenerators
R des Signalregenerators SR nach Fig. 1 zur Verfügung. Der Multiplexer M1 bestimmt
in Abhängigkeit der an seinem Steuereingang anstehenden Schaltbefehle die Größe
und die Richtung der Phasenkorrekturschritte, die die Schwingung des Festfrequenzgenerators
G am Eingang 1 beim Durchlaufen durch die Laufzeitkette LK im Sinne der gewünschten
Phasenkorrektur zu erhalten hat. Der Steuereingang des Multiplexers Ml ist mit dem
Ausgang einer als Phasenschrittlängengeber zu bezeichnenden Schaltungsanordnung
verbunden, dessen Eingang der Stelleingang 2 des adaptiven Phasenschiebers AP ist.
-
Die pulsförmigen, vom Phasendiskriminator PD gelieferten Stellsignale,
die beim angegebenen Ausführungsbeispiel bipolare Impulse sein sollen, werden als
Taktsignale am Eingang des Speichers SP2, beispelsweise einer bistabilen Kippstufe,
und am Addierer AD wirksam. Ferner werden die bipolaren Stellimpulse dem Eingang
eines Vorzeichendetektors VZD zugeführt, der ausgangsseitig mit dem Eingang des
genannten Speichers SP2 und dem einen Eingang des Paritätsvergleichers PV verbunden
ist. Der andere Eingang des Paritätsvergleichers PV ist mit dem Ausgang des Speichers
SP2 verbunden. Der Speicher SP2 hat lediglich die Aufgabe, den Vorzeichenvergleich
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stellsignalen im Paritätsvergleicher zu ermöglichen.
Sobald ein Vorzeichenwechsel vom Paritätsvergleicher PV festgestellt wird, steuert
er über seinen Ausgang den Zähler Z um eine Zählstellung in einer vorgegebenen Richtung
weiter. Der Zähler Z ist über einen Stelleingang mit dem Starteingang 4 verbunden,
über den er mit jedem ankommenden Startsignal in eine vorgegebene Ausgangszählstellung
gebracht
wird. Der Zählerausgdng ist mit dem Multiplexer M2 verbunden, der die Phasenkorrekturschritte
in Gestalt von ihre Größe festlegende Adressen AG bis AK in Abhängigkeit der Zählersteuerung
an einen Koppelpunkt P liefert.
-
Der Koppelpunkt P ist mit der logischen Schaltung ZK zur Bildung eines
Zweierkomplements, dem einen Kontakt des Umschalters US und dem Eingang des Dekodierers
DKS füWdie den kleinsten Phasenkorrekturschritt angebende Adresse AK verbunden.
Am anderen Schaltkontakt des Umschalters US liegt der Ausgang der logischen Schaltung
ZK. Der gemeinsame Umschaltkontakt des Umschalters US ist mit dem einen Eingang
des Addierers AD verbunden, dessen anderer Eingang mit dem Steuereingang des Multiplexers
MI in Verbindung steht. Der Ausgang des Addierers AD ist seinerseits mit dem Steuereingang
des Multiplexers M1 über den Speicher SP7 verbunden. Der Speicher SPI hat die Aufgabe,
das Ergebnis der Addition des Addierers AD im Zeitraum zweier aufeinanderfolgender
Stellsignale zwischenzuspeichern. Der Umschalter US wird vom Ausgang des Vorzeichendekodierers
VZD gesteuert.
-
Je nach Stellung des Umschalters US wird eine am Ausgang des Multiplexers
M2 anstehende Adresse AG bis AK im Addierer AD mit der vorausgehenden, im Speicher
SPI gespeicherten Adresse zu einem neuen Steuersignal für den Multiplexer MI addiert
oder subtrahiert. Die Subtraktion wird dadurch ebenfalls als Addition im Addierer
AD ermöglicht, daß von der Adresse am Ausgang des Multiplexers M2 über die logische
Schaltung ZK das Zweierkomplement gebildet wird. Mittels des Zählers Z wird in Abhängigkeit
der Vorzeichenwechsel aufeinanderfolgender Stellsignale das Programm des Multiplexers
M2 bis zur Adresse für den kleinsten Phasenkorrekturschritt AK abgearbeitet. Anschließend
wird der Zähler Z über den Ausgang des Dekodierers DKS gestoppt und gleichzeitig
über den Steuerausgang 3 der Umschalter U in die in Fig. 1 dargestellte Schaltstellung
gebracht.
-
Die Adressen AG bis AK am Ausgang des Multiplexers M2 können beispielsweisevierstellige
Binärzahlen sein, die aus dem Multiplexer M2 parallel ausgegeben und auch parallel
weiter verarbeitet werden. Um dies anzudeuten, sind in Fig. 2 die betreffenden Leitungen
Jeweils mit vier Schrägstrichen versehen.
-
5 Patentansprüche 2 Figuren
Leerseite