DE2738648B2 - Schaltung zur Regeneration für insbesondere digitale Signale - Google Patents

Description

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 Taktregenerat.or für seine Synchronisation erforderliche Zeit oft störend auf die Organisation des Übertragungssystems 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 Synchronisierung 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, ausgehend 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 Phasendiskriminator 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

An sich ist es durch die DE-OS 23 54 103 bekannt, auf der Empfangsseite eines Datenempfängers zur Regelung der Phasenlage des lokalen Taktgenerator:; als steuerbaren Taktgenerator einen Festfrequenzoszillator mit nachgeschalteten Frequenzteilern vorzusehen, von denen ein Frequenzteiler zur Phasenregelung durch Hinzufügen oder Unterdrücken von Impulsflanken steuerbar ausgeführt ist

Der Erfindung liegt die Erkenntnis 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 Stilleingang 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 Stellbignalen 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 10*: 1 beträgt

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten

F i g. 1 das Blockschaltbild eines mit einem Signalregenerator zusammenarbeitenden Taktregenerators in einer Schaltung zur Regeneration ^dlsförmiger Signale nach der Erfindung,

Fig.2 das nähere Einzelheiten aufweisende Blockschaltbild eines adaptiven Phasenschiebers nacb F i g. 1.

Die Regeneratorschaltung nach F i g. 1 besteht aus dem :.n Zuge des Signalwegs angeordneten Signalregenerator SR und einem mit ihm zusammenarbeitenden Taktregenerator 77?. Der Signalregenerator SÄ besteht dabei im wesentlichen aus einem eingangsseitigen Tiefpaß TP, einem sich daran anschließenden Entscheider E₁ dessen Ausgangssignal dem eigentlichen Regenerator R zugeführt wird, der seinerseits vom Ausgangssignal des Taktregenerators 77? gesteuert wird.

Der Taktregenerator 77? 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 FTist mit dem einen Eingang des Phasendiskriminators PD verbunden, dessen anderem Ausgang das ankommende zu regenerierende Signal 5/^zugeführt ist

Der adaptive Phasenschieber /tPweist 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 2 ist Ober 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 (J wd über den Steuerausgang 3 des adaptiven Phasenschiebers gesteuert.

Bei Durchführung eines Synchronisiervorgangs erhält del adaptive Phasenschieber M P über den Starteingang 4 ein Startsignal. Dieses Startsignal bewirkt, daß der adaptive Phasenschieber /4P über den Steilerausgang 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 Firn Phasenregelkreis ist damit ausgeschaltet Der adaptive Phasenschieber AP steuert nur in Abhängigkeit der vom Ausgang des Phasendiskrimjnafors 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 PhasenkorrekturschriU angelangt ist, wiederum über einen Steuerbefehl am Steuerausgang 3 den Umschalter U in die in Fi g. 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 Feinen 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 F i g. 1 ist dies durch das in unterbrochener Linie dargestellte Zeitver- ^ügei urigsgircu τ ailgcucuici, dää ciiigäfigSScmg iTiii dem Stelleingang 2 des adaptiven Phasenschiebers AP und ausgangsseitig mit einem nicht näher bezeichneten Rückstelleingang des Filters Fverbunden 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 MX verbunden sind. Der Laufzeitkette wird eingangsseitig über den Eingang 1 die Schwingung des Festfrequenzgenerators G zugeführt und steht am Ausgang 5 über den Frequenzteiler FT'am einen Eingang des Phasendiskriminators PD und am Steuereingang des Regenerators Ädes Signalregenerators SR nach F i g. 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 M1 ist mit dem Ausgang einer als Phasenschrittiängengeber zu bezeichnenden Schaltungsanordnung verbunden, dessen Eingang der Stelleingang 2 des adaptiven Phasenschiebers AP\%\.

Die pulsförmigen, vom Phasendiskriminator PD gelieferten Stellsignale, die beim angegebenen Ausführungsbeispiel bipolare Impulse sein sollen, werden als Taktsignale am Eingang des Speichers SP2, beispielsweise 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 Zahlerausgang ist mit dem Multiplexer M 2 verbunden, der die Phasenkor-

■ rekturschritte in Gestalt von ihre Größe festlegende Adressen MC bis AK in Abhängigkeit der Zählersteuerung an einen Koppelpunkt Pliefert.

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 für die den kleinsten Phasenkorrek-

lunsunnti aiigeoenue /\uresse η λ verounueri. <\m 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 Multiplexer-; M I in Verbindung steht. Der Ausgang des Addierers AD ist seinerseits mit dem Steuereingang des Multiplexers M 1

■'"' über den Speicher 5Pl verbunden. Der Speicher SP1 hai d,< 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 Ai2 anstehende Adresse AG bis AK im Addierer AD mit der vorausgehenden, im Speicher SPl gespeicherten Adresse zu einem neuen Steuersignal für den Multiple-

'■'■ xer 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 M 2 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 ir. die in Fig. 1 dargestellte Schaltsteliung gebracht

Die Adressen AG bis AK am Ausgang des Multiplexers M2 können beispielsweise vierteilige

>" Binärzahlen sein, die aus dem Multiplexer M 2 parallel ausgegeben und auch parallel weiter verarbeitet werden. Um dies anzudeuten, sind in Fig.2 die betreffenden Leitungen jeweils mit vier Schrägstrichen versehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Regeneration für insbesondere digitale Signale, bestehend aus einsm Signalregenerator und einem für die Taktversorgung des Signalregenerators erforderlichen Taktregeneirator, bei der der Taktregenerator einen in teiner 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 Filterainordnung mit dem Steuereingang des Taktoszillators in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Taktoszillator wenigstens aus einem Festfrequenzgenerator (G)und einem ihm nachgeschalteten steuerbaren adaptiven Phasenschieber (AP) besteht, dessen Stelleingang (2) den Steuereingang für den Taktoszillator darstellt, daß ferner dieser Stelleingang über einen Umschalter (U) zur Durchführung einer Synchronisation unmittelbar mit dem Ausgang des Phasendiskriminators (PD) und zur Aufrechterbaltung einer Synchronisation mit dem Ausgang der Fflteranordnun|| (F) verbunden ist und daß der adaptive Phasenschieber einen Steuersignalausgang (3) für die Betätigung des Umschalters aufweist

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranordnung (F) ein rückstellbarer Integrator mit ausgangsseitiger Schwellwertschaltung ist, desset, Rüclctelleingang über ein Zeitverzögerungsglied {τ) mit dem Stelleingang (2) des adaptiven Phasenschiebers (AP) in Verbindung steht.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Taktoszillator im Anschluß an den steuerbaren adaptiven Phasenschieber (AP) noch einen Frequenzteiler (FT) aufweist.

4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der adaptive Phasenschieber (AP) bei Durchführung eines Synchronisiervorganges, ausgehend von einem maximalen Phasenkorrekturschritt, in der durch das Vorzeichen des Stellsignals am Ausgang des Phasendiskriminators (PD) angegebenen Richtung die Schrittgröße bei den Folgeschritten jeweils dann verkleinert, wenn ein Wechsel des Vorzeichens in den aufeinanderfolgenden Stellsignalen auftritt, solange, bis der Phasenschieber seine min male Schrittlänge erreicht hat und daß die Steuerschaltung des adaptiven Phasenschiebers hierzu einen mit einem Vorzeichendetektor (VZD) zusammenarbeitenden Paritätsvergleicher (PV) aufweist, über dessen Ausgang der Phasenschrittlängengebor (Z, M 2) für die Einsteilung der Größe der Phasenkorrekturschritte des Phasenschiebers gesteuert ist.

5. Schaltung zur Regeneration digitaler Signale nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Durchführung einer Synchronisation der Varial ionsbereich für die wirksame Schleifenbandbreite gleich oder größer 10*: !beträgt.