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Schaltungsanordnung für aus gleichartigen Ketten-
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gliedern modulartig aufgebaute binäre Zähler oder Frequenzteiler für
impulsförmige Signale der Nachrichtentechnik.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für aus gleichartigen
Kettengliedern modulartig aufgebaute binäre Zähler oder Frequenzteiler für impulsförmige
Signale der Nachrichtentechnik, bei denen der Signalausgang eines jeden Kettengliedes
mit Ausnahme des letzten jeweils nur mit dem Signaleingang des nachfolgenden Kettengliedes
verbunden ist.
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Eine derartige Anordnung ergibt sich, wenn sogenannte Zähl-Flipflop
in Reihe geschaltet werden, wobei der Ausgang eines Zähl-Flipflops jeweils auf den
Eingang des nachfolgenden Zähl-Flipflops einwirkt und dieses steuert.Da jedes Zähl-Flipflop
nur bei jedem zweiten Eingangsimpuls seine Schaltlage ändert, wirkt jedes Kt 1 Stl
/ 20.9.1978
Zähl-Flipflop wie ein Teiler, der eine zugeführte Impulsfolge
im Verhältnis 1 : 2 oder bei n unmittelbar in Reihe geschalteten Zähl-Flipflops
im Verhältnis 1 : 2n teilt - Karl Reiß: Integrierte Digitalbausteine, Siemens AG,
2.Aufl., 1972, Seiten 315 und 349 bis 359.
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Da bei derartigen Anordnungen alle Flipflops nur vom Ausgang des vorangehenden
Flipflop abhängig sind, ändern die einzelnen Flipflops ihre Schaltlage nicht gleichzeitig,
sondern immer nacheinander, d.h. sie arbeiten asynchron. Eine derartige asynchrone
Arbeitsweise führt zwar zu sehr einfachen Schaltungsanordnun.
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gen, diese sind aber langsamer und störempfindlicher als synchron
arbeitende Anordnungen, bei denen alle Flipflops durch einen gemeinsamen Takt gleichzeitig
geschaltet werden. Bei den asynchron arbeitenden Anordnungen liefert nämlich das
Ausgangs signal eines Flipflops den Taktimpuls für das nächstfolgende Flipflop,
so daß mit zunehmender Kettengliederzahl die Taktimpulsbreite immer größer wird
und demzufolge überlagerte Störimpulse nachfolgende Kettenglieder leichter beeinflussen
können.
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Dieser Nachteil ist bei synchron arbeitenden Anordnungen nicht gegeben,
doch erfordern diese, wie die Modulo-n-Zähler eine zusätzliche Verknüpfung der einzelnen
Flipflops untereinander, so daß kein modulartiger Aufbau wie bei den asynchron arbeitenden
Anordnungen möglich ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung für binäre
Zähler oder Frequenzteiler zu schaffen, die modulartig aufgebaut und unempfindlicher
gegenüber Störungen sind als die bisher bekannten asynchron arbeitenden Anordnungen.
Dies wird gemäß
der Erfindung dadurch erreicht, daß alle Kettenglieder
synchron durch einen gemeinsamen Takt gesteuert werden, daß jedes Kettenglied aus
drei Funktionsstufen besteht, daß die erste Funktions,stufen jeweils mit einer vorgegebenen
Flanke, z.B. der fallenden Flanke, des Eingangssignals beginnende und bis zur nächstfolgenden
Steuerflanke eines Taktimpulses andauernde Steuerimpulse erzeugt, daß die zweite
Funktionsstufe, gesteuert durch die Steuerflanken der Taktimpulse, die von der ersten
Funktionsstufe zugeführten Steuerimpulse im Verhältnis 1 : 2 untersetzt und daß
die letzte Funktionsstufe durch logische Verknüpfung des von der zweiten Funktionsstufe
geZeferten Ausgangssignales mit dem Eingangs signal des Kettengliedes und den Ausgangssignalen
der ersten Funktionsstufe die durch die jeweilige Phasenlage der Steuerflanken der
Taktimpulse gegenüber den steuernden Flanken des Eingangssignales der ersten Funktionsstufe
bedingte Phasenverschiebung kompensiert.
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Gemäß der Erfindung wird die Störempfindlichkeit durch den Übergang
zur synchronen Arbeitsweise in an sich bekannter Weise erhöht. Damit aber dennoch
ein modulartiger Aufbau ermöglicht wird, sind die Kettenglieder in jeweils drei
Funktionsstufen unterteilt, die in folgender Weise arbeiten: Die Impulse des Eingangssignals
werden zunächst in eine mit diesen synchrone Impulsfolge umgesetzt, wobei jedoch
bedingt durch die Impulsbreitenmodulation des steuernden Taktes das Tastverhältnis
geändert wird. Die Rückflanken der Impulse dieser neuen Impulsfolge sind daher synchron
mit den Steuerflanken der Taktimpulse und damit maßgebend für die weitere Verarbeitung,
nämlich der Teilung im Verhältnis 1 : 2 durch die nächste Funktionsstufe, so daß
am Ausgang dieser zweiten Funktionsstufe ein
Signal entsteht, das
zwar bezüglich der Impulsfrequenz bereits dem gewünschten Ausgangssignal entspricht.
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Doch sind die Impulsflanken der Einzelimpulse um die Impulsbreite
der von der ersten Funktionsstufe gelieferten Steuerimpulse zeitlich verzögert.
Diese Phasenverschiebung wird daher in der dritten Funktionsstufe wieder kompensiert.
Dabei ist es vollkommen gleichgültig, welche Impulsflanke des zu untersetzenden
Eingangssignales als Bezugs- oder Steuerflanke herangezogen wird.
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Die Ausbildung der einzelnen Funktionsstufen kann in unterschiedlicher
Weise erfolgen. Die erste Funktionsstufe ist besonders einfach zu verwirklichen,
wenn diese gemäß einer Weiterbildung der Erfindung aus einem getakteten D-Flipflop
und einem Verknüpfungsglied besteht, das das Eingangssignal des Kettengliedes mit
einem der Ausgangssignale des Flipflop verknüpft und dadurch die Steuerimpulse für
die nachfolgende zweite Funktionsstufe des Kettengliedes liefert.
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Für die zweite Funktionsstufe eignet sich besonders ein getaktetes
T-Flipflop, das durch die von der ersten Funktionsstufe zugeführten Steuerimpulse
abwechselnd in die eine oder andere Schaltlage geschaltet wird.
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In beiden Fällen lassen sich die benötigten Flipflops mit JK-Flipflops
in einfacher Weise verwirklichen, wobei diese als Master-Slave-Flipflops ausgebildet
sein können. Die Phaeenkompensation durch die dritte Funktionsstufe erfolgt gemäß
einer Ausführungsform mit der Erfindung vorteilhaft in der Weise, daß das Ausgangssignal
eines Kettengliedes durch Uberlagerung dreier Einzelsignale gebildet wird, die durch
logische
Verknüpfung der der dritten Funktionsstufe zugeführten
Steuersignale erzeugt werden, daß das erste der Einzelsignale aus der der zweiten
Funktionsstufe zugeführten Steuerimpulsfolge durch Unterdrücken eines jeden zweiten
Steuerimpulses abhängig vom Ausgangssignal der zweiten Funktionsstufe gewonnen wird,
daß das zweite der Einzelsignale aus dem Eingangs signal des Kettengliedes durch
Ausblenden des infolge der Frequenzteilung jeweils unterdrücken Signalteiles (Impuls
bzw. Pause) des Eingangssignales des Kettengliedes abhängig vom Ausgangssignal der
zweiten Funktionsstufe gewonnen wird und daß das dritte der Einzelsignale aus der
vom Ausgang des Flipflop der ersten Funktionsstufe abgeleiteten Impulsfolge durch
Ausblenden eines jeden auf einen Impuls des ersten Einzelsignals folgenden Impulses
gewonnen wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung seien nachfolgend anhand von in
der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispielen näher erläutert. Im einzelnen
zeigen: Fig. 1 das Blockschaltbild eines aus mehreren Kettengliedern modulartig
aufgebauten FrequenzteiT lers gemäß der Erfindung, Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Kettengliedes der Anordnung nach Fig. 1, Fig. 3 ein zugehöriges Impulsdiagramm,
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kettengliedes der Anordnung nach Fig.
1 und Fig. 5 ein zugehöriges Impulsdiagramm.
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Der in Fig. 1 gezeigte Frequenzteiler besteht aus drei gleichertigen
Kettengliedern Es 1' En unten+1.
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Durch weitere Kettenglieder ist der Frequenzteiler beliebig erweiterbar.
Alle Kettenglieder E.... werden synchron über eine gemeinsame Taktleitung mit dem
Steuertakt T geschaltet. Jedes Kettenglied, z.B. EnS arbeitet in der Weise, daß
ein aus einer Impulsfolge bestehendes Eingangssignal Sn im Verhältnis 1 : 2 unterteilt
wird, so daß das Ausgangssignal 5n+1 daher nur halb soviele Impulse aufweist wie
das Eingangssignal Sn.
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Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für die Kettenglieder,
z.B. En der Anordnung nach Fig. 1.
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Es ist in drei Funktionsstufen A, B und C unterteilt.
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Die Funktionsstufe A besteht aus einem JK-Flipflop FF1, das zusammen
mit dem Inverter I als D-Flipflop' arbeitet, und einem Verknüpfungsglied NO als
NOR-Glied. Das Flipflop FF1 überprüft mit jeder Steuer flanke des'Takts T das Eingangssignal
Sn und übernimmt den jeweiligen Signalzustand in das Flipflop FF1, so daß an den
Ausgängen Q1 bzw. q eine analogewbzw. komplementäre Impulsfolge gleicher Impulszahl
abgegeben wird, wobei jedoch die Flanken der einzelnen Impulse dieser Impulsfolgenphasenverschoben
sind. Das Verknüpfungsglied NO verknüpft nun eine dieser ImpulsfolFn mit der des
Eingangssignals Sn in der Weise, daß am Ausgang b eine mit den Bezugsflanken, z.B.
den Rückflanken, der einzelnen Impulse des Eingangssignals Sn synchrone Impulsfolge
abgegeben wird, wobei die Breite der einzelnen Impulse jeweils der Phasenverschiebung
zwischen der Bezugsflanke und der nachfolgenden Steuerflanke eines Taktimpulses
entspricht.
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Die am Ausgang b auftretende Impulsfolge wird unmittelbar der Funktionsstufe
B zugeleitet. Diese besteht aus einem einigen JK-Flipflop FF2, das als T-Flipflop
betrieben wird, so daß mit jeder Steuerflanke der Taktimpulse T die Schaltlage geändert
wird, wenn gleichzeitig der Steuereingang mit logisch 1 angesteuert wird.
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Das Flipflop FF2 arbeitet also als Binärteiler und halbiert die Impulszahl
der am Eingang zugeführten Impulsfolge. Die am Ausgang Q2 und F auftretenden und
zueinander komplementären Impulsfolgen sind aber mit der Impulsfolge am Eingang
Sn des Kettengliedes nicht synchron, d.h. die Flanken der einzelnen Impulse sind
gegeneinander phasenverschoben.
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Diese Phasenverschiebung infolge der Taktsteuerung der Flipflops in
den beiden Funktionsstufen A und B muß daher wieder kompensiert werden. Dies bewirkt
die dritte Funktionsstufe C, die im vorliegenden Fall aus drei NAND-Gliedern N1
bis N3 und einem UND Glied U besteht. Insgesamt wird das Ausgangssignal Sn+1 aus
drei einander überlagerten Einzelsignalen gewonnen, die von den drei NAND-Gliedern
geliefert werden. Das NAND-Glied N1 verknüpft das Ausgangssignal Q2 des Flipflops
FF2 mit dem Ausgangssignal b der ersten Funktionsstufe A, wodurch die eine Flanke
der Ausgangsimpulse korrigiert wird. Das NAND-Glied N3 verknüpft das Eingangssignal
Sn mit dem Ausgangssignal Q2 des Flipflops FF2, wodurch die andere Flanke des Ausgangsnmpulses
korrigiert wird. Das dritte NAND-Glied N2 verknüpft schließlich das Ausgangs signal
Q2 des Flipflops FF2 mit dem Ausgangs signal Q1 des Flipflops FF1, so daß ein die
Lücke zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der beiden anderen Einzelsignale
überbrückt und somit durch Überlagerung am UND -Glied U jeweils ein einheitlicher
Impuls des Ausgangssignales Sn+1 gebildet wird. Bei Verwendung eines NAND-
Gliedes
anstelle des UND-Gliedes U ergäbe sich eine zum dargestellten Ausgangs signal komplementäre
Signalfolge.
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Fig. 3 zeigt das zugehörige Impulsdiagramm mit den einzelnen Signalfolgen
an den mit gleichen Bezugszeichen versehenen Punkten der Schaltungsanordnung nach
Fig. 2.
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Die steuernde Flanke der Taktimpulse T ist dabei jeweils die Rückflanke,
während als Bezugsflanke der Impulse des Eingangssignales Sn die Rückflanken gewählt
sind.
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Die Impulse der Impulsfolge b werden demzufolge jeweils von den Rückflanken
eines Impulses des Eingangssignales Sn abgeleitet. Ihre Breite entspricht jeweils
der Phasenverschiebung zwischen Bezugsflanke und nachfolgender Steuerflanke eines
Taktimpulses T. Die Teilung dieser Impulsfolge durch das Flipflop FF2 liefert daher
ein dem Ausgangssignal Sn+1 entsprechendes untersetztes Signal T bzw. Q2' bei dem
die Impulsflanken ebenfalls bedingt durch die synchrone Steuerung der Flipflops
phasenverschoben sind, was durch die schraffierten Flächen angedeutet ist. Diese
Phasenverschiebung wird über den Umweg der Einzelsignale c, d und e wieder korrigiert,
so daß die Impulsflanken des Ausgangssignales Sn+1 wieder mit denen des Eingangssignales
Sn phasengleich liegen.
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Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Kettenglied,
z.B. EnS der Anordnung gemäß Fig. 1.
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Der grundsätzliche Aufbau ist dabei der gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2, lediglich die Art der Verknüpfungsglieder hat sich geändert, um zu
zeigen, daß ohne vom Grundprinzip der Erfindung abzuweichen, verschiedenartige Ausführungsformen
möglich sind. Das gilt darüber hinaus auch bezüglich der zueinander komplementären
Ausgangssignale Q1 bzw.
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71und Q2 bzw. Q2 beider Flipflops FF1 und FF2 für die Ableitung der
nogwendigen Steuersignale.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 unterscheidet sich des weiteren
vom vorhergehenden Ausführungsbeispiel dadurch, daß die Vorderflanken der Impulse
des Eingangssignales Sn als Bezugsflanken gewählt sind, was aus dem zugehörigen
Impulsdiagramm gemäß Fig. 5 leicht ersichtlich ist. Für die Verknüpfung in der Funktionsstufe
A wird daher ein UND-Glied Ul benötigt, während sich die Funktionsstufe C aus einem
weiteren UND-Glied U2 und zwei Inhibitgliedern Gl und G1 sowie einem ODER-Glied
0 zusammensetzt.
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Im übrigen entsprechen die von den einzelnen Funktionsstufen auszuübenden
Schaltfunktionen denen der bereits beschriebenen Ausführungsform.
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Analoges gilt bezüglich einer Steuerung durch die Vorderflanken der
Taktimpulse T.
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5 Figuren 6 Patentansprüche