DE2856017A1

DE2856017A1 - Schaltungsanordnung zur taktrueckgewinnung einer bi-phase-codierten nachricht

Info

Publication number: DE2856017A1
Application number: DE19782856017
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Phys Melchior
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1978-12-23
Filing date: 1978-12-23
Publication date: 1980-07-10

Description

Schaltungsanordnung zur Taktrückgewinnung einer Bi-Phase-
codierten Nachricht Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Taktrückgewinnung bei einer Bi-Phase-codierten Nachricht und liegt auf dem Gebiet der Datenübertragung.
Bei der digitalen Nachrichten- (Daten-) Übertragung ist oft neben dem Nachrichtenkanal ein Taktkanal erforderlich, der synchron zu den Nachrichten begleitende Taktimpulse überträgt und Zeichen für die Schritt- (Übertragungs- ) Geschwindigkeit bzw. den Polaritätswechsel der binären Nachricht gibt. Bei einer selbsttaktenden Übertragung ist der Takt in der Information bereits enthalten; man erspart Leitungen. Die Information nimmt dabei immer zwei Zustände (Bi-Phase) ein, um ein Signal zu übertragen. Aus der zu übertragenden Information muß der begleitende Takt in einer Empfangsstelle rückgewonnen werden. Die grundsätzliche Wirkungsweise des Bi-Phase-Codes ist aus den "Rundfunktechnischen Mitteilungen", Bd. 16 (1972), Heft 2, Seite 88 bis 93 bekannt.
Bei einer bekannten Schaltung zur Taktrückgewinnung wird durch ein Synchronisationszeichen, das jeder Übertragung vorangestellt ist, ein Oszillator in einer Empfangsstelle freigegeben. Der digitale Oszillator schwingt starr mit der Taktfrequenz bzw. Übertragungsgeschwindigkeit. Durch das Synchronisationszeichen wird also der Oszillator auf den richtigen Takt gezogen und am Ausgang stehen nach logischer Verknüpfung getrennt voneinander Takt und decodiertes Informationssignal zur Verfügung. Nachteilig hierbei ist aber die Frequenzungenauigkeit der verschiedenen Oszillatoren (sender-und empfangsseitig). Die Oszillatoren werden zwar zu Beginn der Übertragung durch das Synchronzeichen synchronisiert, laufen aber anschließend auseinander. Dies führt zu Zeichenverzerrungen, die oft nicht mehr tragbar sind.
Eine weitere Schaltung ist bekannt, bei der statt eines starren Oszillators ein PLL-Glied (Phase-Locked-Loop) eingesetzt ist. Der Oszillator des PLL-Gliedes schwingt frei und wird durch eine Regelschaltung innerhalb des PLL-Gliedes, angesteuert durch das Bitmuster der Nachrichtenübertragung, derart synchronisiert, daß er in Phase mit dem übertragenen Telegramm liegt. Die Regelschaltung weist stets einen Tiefpaß auf und muß zwecks stabilen Verhaltens des Oszillators eine Mittelung der ankommenden Telegramme vornehmen. Der Oszillator des Empfängers wird also durch diese Regelschaltung auf die Taktfrequenz (Übertragungsgeschwindigkeit) hingezogen.
Nachteilig hierbei ist die große Einschwingzeit des Oszillators. Es dauert erst etliche Telegrammschritte, bis der Oszillator die Taktfrequenz eingenommen hat. Die Einstellzeit des PLL-Gliedes muß bekannt sein und eine richtige Synchronisierung kann nur durch zusätzliche, der Übertragung voran- gestellte Zeichen erreicht werden. Neben der Übertragung nutzloser Zeichen zur Synchronisierung (starke zeitliche Belastung der Übertragungsleitung) ist der bauteilmäßige Aufwand erheblich.
Bekannt ist weiterhin (DE-AS 25 22909) eine Schaltung zur Wiedergewinnung von Taktimpulsen, bei der einmal die nicht invertierte und einmal die invertierte Nachricht auf monostabile Kippglieder geführt ist. Dabei werden die beiden Kippglieder durch die positiven Flanken der Bi-Phase-codierten Nachricht in einen Zustand geschaltet und nach einer Zeitdauer in den anderen Zustand. An die vier Ausgänge der Kippglieder sind Differenzierglieder geschaltet und auf ein ODER-Glied zusammengelegt. Hier wird aus einer nicht regelmäßigen Impulsfolge eine regelmäßige Impulsfolge höherer Impulsfolgefrequenz mit 2 x n + 1 Impulsen, Dieses Signal wird mit einem Zähler halbiert und steht als Taktsignal zur Vzrfügung. Diese Schaltung ist aufwendiy.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Taktrückgewinnung aus dem Übertragungstelegramm auf eine besonders einfache Art vorzunehmen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß mittels einer passiven Verzögerungsschaltung und einer Vergleichsschaltung in Abhängigkeit des Flankenwechsel der Nachricht Setzimpulse erzeugbar sind, die einen Zähler rücksetzbar schalten, so daß am Ausgang der rückgewonnene Takt abnehmbar ist.
Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.
Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist neben dem Fortfall unnötiger Bauteile (PLL) besonders der billige, platz- und kostengünstige Aufbau der Schaltung. Die Schaltung, ausgeführt mit TTL-Bausteinen,ist zudem mit mittlerem Integrationsgrad (MSI) herstellbar und damit technologisch einfach. Vorteilhaft ist weiter, daß der wiedergewonnene Takt sofort bei Beginn der Telegrammübertragung vorliegt. Weitere Vorteile sind aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels ersichtlich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeicnnung näher erläutert.
Auf den Eingang E ist die Bi-Phase-codierte Nachricht geführt.
Der Eingang E ist mit dem einen Eingang eines UND-Gliedes 1 mit inversem Ausgang (NAND) verbunden. Der anderen Eingang des UND-Gliedes 1 ist über eine RC-Kombination 2, 3 mit dem Eingang E verbunden. An das erste UND-Glied 1 schließt sich ein zweites UND-Glied 4 (ebenfalls mit inversem Ausgang - NAND) an. Der inverse Ausgang des ersten UND-Gliedes 1 ist einmal direkt auf den einen Eingang des zweiten UND-Gliedes 4 und einmal über eine RC-Kombination 5, 6 auf den anderen Eingang des zweiten UND-Gliedes 4 geführt. Der Ausgang des zweiten UND-Gliedes 4 ist mit dem einen Eingang eines nachgeschalteten Exklusiv-ODER-Gliedes 7 verbunden, während desssen anderer Eingang auf den Eingang E gelegt ist.
Dem ODER-Glied 7 ist ein weiteres UND-Glied 8 mit inversem Ausgang (NAND) nachgeschaltet. Der Ausgang dieses UND-Gliedes 8 führt auf den invertierten Rücksetz-Eingang eines Zählers oder Teilers 9. Der Teiler 9, der beispielsweise aus mehreren Flipflops besteht, wird von einer Frequenz angesteuert, die in einem Quarzoszillator 10 erzeugt wird. An den Ausgängen 9a, 9b, 9c, 9d des Teilers 9 sind entsprechend dem Teilerverhältnis unterschiedliche Frequenzen abgreifbar.
Der Ausgang 9b des Teilers 9 ist auf den Ausgang Al geschaltet.
Am Ausgang Al steht der rückgewonnene Takt zur Verfügung.
Der Ausgang 9b des Zählers oder Teilers 9 ist weiterhin auf den Signaleingang eines D-Flipflops 11 geschaltet. Der Ausgang 9c des Teilers 9 ist auf den Takteingang des D-Flipflops 11 gelegt, während sein Ausgang auf den anderen Eingang des NAND-Gliedes 8 führt. In einer weiteren Ausgestaltung liegt der Ausgang 9b des Teilers 9 auf dem Takteingang eines anderen D-Flipflops 12 und der Signaleingang dieses Flipflops 12 am Eingang E. Der Ausgang dieses Flipflops 12 ist auf den Ausgang A2 gelegt. Hier steht das Bi-Phase-codierte Signal, synchronisiert mit dem gewonnenen Takt, zur Verfügung.
Die Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt: Das in rechteckförmiger Form mit unterschiedlicher Impulsbreite am Eingang E anstehende Bi-Phase-codierte Impulstelegramm ist einmal direkt und einmal über eine RC-Kombination 2, 3 auf das UND-Glied 1 geführt. Durch die RC-Kombination 2, 3 am Eingang des UND-Giiedes 1 erfährt die positive (ansteigende) Flanke des anstehenden Impulstelegramms eine Verzögerung. Nach der Invertierung erfährt die negative (abfallende) Flanke des Impulstelegramms durch die nächste RC-Kombination 5, 6 eine Verzögerung. Das nachgeschaltete Exklusiv-ODER-Glied 7 vergleicht die verzögerten Impulse mit dem am Eingang E anstehenden Impulstelegramm und bildet Setzimpulse (Nadelimpulse) in Abhängigkeit des positiven und negativen Flankenwechsels der Eingangsimpulse. Diese Setzimpulse werden in dem NAND-Glied 8 invertiert und steuern den Teiler 9 an.
Die in einem einfachen, billigen Oszillator 10 erzeugte Frequenz, beispielsweise 16 MHz, wird in dem Teiler 9 laufend heruntergeteilt, so daß an den Ausgängen 9a, 9b, 9c, 9d des Teilers 9 beispielsweise die geteilten Frequenzen 8 MHz, 4 MHz, 2 MHz und 1 MHz abgreifbar sind. Die Nadelimpulse am Rücksetzeingang setzen nun den Teiler 9 bei jedem Setzimpuls in eine Ausgangsstellung (kann auch die Nullage sein) zurück.
Bei jedem Flankenwechsel der Bi-Phase-codierten Nachricht wird also der Zähler zurückgesetzt. Damit ist der Zähler bzw.
Teiler 9, der vorher frei mit der Frequenz des Oszillator 10 angesteuert wurde, mit der Taktfrequenz des eingangsseitig anstehenden Impulstelegramms synchronisiert. Ungenauigkeiten, die sich durch die schlechte Qualität des Oszillators 10 ergeben könnten, kommen nicht zur Auswirkung, weil die Nadelimpulse den Teiler immer wieder zum richtigen Zeitpunkt zurücksetzen.
Am Ausgang 9b des Teilers 9 stehen die Taktimpulse phasenrichtig und synchron mit dem ankommenden Impulstelegramm zur Verfügung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungsanordnung wird eine Störbegrenzung der ankommenden Impulstelegramme vorgenommen. Dies erfolgt mittels des D-Flipflops 11.
Das ankommende Impulstelegramm kann durch eine Störung (Impulsspitze) eine Verzerrung erfahren. Diese Störung würde den Teiler zum unrichtigen Zeitpunkt zurücksetzen und das Telegramm wäre außer Takt. Dazu übernimmt das D-Flipflop 11 am Dateneingang D den Takt und wird vom doppelten Takt des Teilers 9 getriggert. Am Ausgang Q des Flipflops 11 steht nun der Takt um 90" phasenverschoben an. Dieses verzögerte Signal stellt den Zeitraum dar, in dem ein Flankenwechsel des Impulstelegramms möglich ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das UND-Glied 8 geöffnet und erlaubt ein Durchschalten der Nadelimpulse aus dem ODER-Glied 7. Kommen (störende) Impulse zu einer anderen Zeit, ist das UNDGlied 8 nicht durchlässig geschaltet und verhindert ein Weiterlaufen dieser Störimpulse.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt in dem D-Flipflop 12 eine Verzögerung des am Eingang E anstehenden Bi-Phase-codierten Impulstelegramms und eine Taktung mit dem neu im Teiler 9 gebildeten Takt, so daß am Ausgang A2 das Bi-Phase-codierte Signal mit dem rückgewonnenen Takt des Ausgangs Al synchronisiert ist.

Claims

Ansprüche Di Schaltungsanordnung zur Taktrückgewinnung bei einer Bi-Phase-codierten Nachricht, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer passiven Verzögerungsschaltung (1,2,3,4,5,6) und einer Vergleichsschaltung (7) in Abhängigkeit des Flankenwechsel der Nachricht Setzimpulse erzeugbar sind, die einen Zähler (9) rücksetzbar schalten, so daß am Ausgang (A1,A2) der rückgewonnene Takt abnehmbar ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe gelegte, mit RC-Gliedern (2, 3, 5, 63 beschaltete NAND-Glieder (1, 4) die Verzögerungsschaltung blden, daß ein Exklusiv-ODER-Glied (7) die unverzögerte und die verzögerte Bi-Phase-codierte Nachricht vergleicht und Setzimpulse bildet, die einennachgeschalteten binären Zähler (9) rücksetzen,und daß der Zähler (9) mit einer Konstantfrequenz ansteuerbar ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Störbegrenzung ein an Ausgänge (9c, 9b) des Zählers (9) geschaltetes Kippglied (11) den rückgewonnenen Takt definiert verzögert, so daß ein nachgeschaltetes NAND-Glied (8) die Setzimpulse für den Zähler (9) nur bei Flankenwechsel der Bi-Phase-codierten Nachricht durchläßt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang (9b) des Zählers (9) ein Kippglied (12) geschaltet ist, das die Bi-Phase-codierte Nachricht des Eingang (E) mit dem rückgewonnenen Takt synchronisiert.