DE3122811A1

DE3122811A1 - Takt-extraktor mit codesteuerung aufgrund phasenstarrer schleife mit auf minimum gebrachtem phasenzittern und vergroessertem fangbereich

Info

Publication number: DE3122811A1
Application number: DE19813122811
Authority: DE
Inventors: Andrej Dr. 61000 Ljubljana Irsic
Original assignee: ISKRA SOZD ELEKTRO INDUS
Current assignee: ISKRA SOZD ELEKTRO INDUS
Priority date: 1980-06-09
Filing date: 1981-06-09
Publication date: 1982-04-08
Also published as: YU153080A; YU40393B

Description

TAKT-EXTRAKTOR MIT COI)ESTEUERUNG AUFGRUN9
PHASENSTARRER SCHLEIFE MIT AU? ?NIN GEBRACHTEM : PHASENZITTERN UND VERGROSSERTEM FANGBEREICH Gegenstand der Erfindung ist ein Takt-Extraktor, der als Eingangsinformation einen Code verwendet und mit ihm über einen Phasendetektor,eine Korrekturschaltung und ein Schleifenfilter eine richtige Korrekturinformation für die Steuerung eines spannungsgesteuerten Oszillators beeinfluast.
Eines der wichtigsten Verfahren bei der Datenübertragung in Fernmeldeübertragungssystemen ist die Takt-Extraktion.
Bis jetzt beruhten die Grundkonzepte der Arbeitsweise der Schaltungen für die Takt-Extraktion auf LC Schwingkreisen, Multivibratoren und uarzoszillatoren. Heute werden sie immer mehr durch phasenstarre (pol) Schleifen ersetzt.
Obwohl phasenstarre Schleifen fast vollkommene 8chaltungen sind.
tritt bei sehr anspruchsvollen Realisierungen deren Abweichung vom Idealen zum Vorschein. Bei langen Regeneratorketten, die Schaltungen für eine Takt-Extrahierung beinhalten, skkuniuliert sich das Phasenzittern (jitter) bis zu einer störenden Grösse.
Diese Erscheinung muss deswegen schon im Grundblock der phasenstarren Schleife auf ein Minimum gebracht werde.
Der Grundaufbau einer phasenstarren (PLL) Schleife ist auf Fig. 1 dargestellt. Ein wesentliches Aufbauteil der ph( 3enstarren-Schleife ist der spannungsgesteuerte Oszillator (VCO), dessen Frequenz mit einer Korrekturspannung verändert wird. Neben ihm sind in die geschlossene Schleife noch der Phasendetektor oder Multiplikator und der Schleifenfilter eingeschaltet. Ein bei digitalen-Signalen oft verwendeter Phasendetektor ist das EXOR Bauteil, das auf Fig. 2 dargestellt ist. Der Phasenunterschied zwischen dem Eingangssignal x (t,@) und dem Referenzsignal r (t,@) wird in eine Impulsreihe umgeformt, die nach dem Filtern das Korrektursignal v(t) darstellt und den VCO Oszillator steuert. Die Funktion des EXOR Bauteils ist in der logischen Tabelle dargestellt: Xry 0 0-0 011 101 110 Der Schleifenfilter ist ein Tiefpassfilter und besitzt eine Funktion der Integrierung bzw. Durchschnittsblldung. Er verursacht eine Phasendrehung um 900, weitere 90° bringt die Phasenschleife. Eine 1800 Phasendrehung verschlechtert die Stabilität des Systems, was man auf die Weise vermeidet, dass ein Filter gewählt wird, dessen Ubertragungsfunktion eine Null bei niedrigen Frequenzen aufweist (Fig. 3).
Ein Problem, das bei kettenverknüpften Systemen noch besonders ausgeprägt ist, ist das Phasenzittern. Es bestehen zwei Arten von Phasenzittern: ein relatives und ein absolutes Phasenzittern. Beit einem einzigen Regenerator istnurdas relative Phasezittern interessant - das Phasenzittern der Vorderflanke des Ausgangssignals im Bezug -auf das Eingangssignal; bei einer Regeneratorkette wird jedoch das Zittern gegenüber einem Referenz- (Uhr)- Signal am Ketteneingang betrachtet - das absolute Zittern. Es ist auch wichtig zu wissen, ob das Zittern einer völlig additiven Natur ist oder ob es nicht additiv ist. Man soll nach einem möglichst nicht additiven Zittern bzw. möglichst hoher Dämpfung des vorhergehenden Zitterns trachten.
Aus Fig. 4 ist es ersichtlich, dass gewisse Impulse aus dem Phasendetektor (schraffiert) die Schleifensynchronisation negativ beeinflussen. Die Spannung, die unmittelbar das Zittern verursacht, ist gleich: Fmax Fmin R4 Vå Fc R3 + R4 Fmax - max. Frequenz der PIL Schleife Fmin - min. Frequenz der Plit Schleife Fc - Zentralfrequenz des VCO R3 ,R4- Widerstandswerte im Schleifenfilter Der VCO Oszillator reagiert nämlich auf Spannungsänderungen momentan und verursacht damit schnelle Frequenzabweichungen.
Der VCO Oszillator reagiert auf die Korrektionsspannung v(t) mit einer proportionellen Frequenzänderung. Wenn sich am Eingang der PLL Schleife kein Signal befindet, schwingt der VCO Oszillator mit der Zentralfrequenz f , die durch Aussenelemente bestimmt ist. Die gorrektionsspannung ist proportionall der Phasenverschiebung zwischen dem Eingangs- und dem Referenzsignal und befindet sich in Grenzen zwischen 0 V und der gesamten Speisespannung VDD, was aus Fig. 5 und 6 ersichtlich ist.
Der Frequenzbereich zwischen der Frequenzverschiebung und der maximalen Oszillatorfrequenz wird Haltebereich (lock range) genannt. Das ist dasjenige Frequenzband des Eingang signals, in dem die Phase starr bleibt, wenn sie früher schon synchronisiert war.
Der Fangbereich (capture range) der PLL Schleife ist jedoch derjenige Bereich der Eingangsfrequenz, in dessen Grenzen die Phase starr wird, auch wenn sie früher nicht schon synchronisiert war (z.B. beim Einschalten der Speisespannung).
Es gilt das Verhältniss: Fangbereich Haltebereich Die Wahl des Code des Eingangssignals beeinflusst das Benehmen der phasenstarren Schleife. Gewisse Codes (besonders diejenigen, die die niedrige Zahl der Nullen im Eingangssignal bestimmen) machen es möglich, dass die Phase schneller gefangen ist und besser dem Eingangssignal folgt, bei anderen jedoch schneller aus der Synchronisierung fällt. Mit dem Code wird der Fangbereich der Phase geändert.
Bei CDP (conditional diphase code) Code bleibt die Phase bei der logischen Null in Hinsicht auf die vorherige Periode un-, verändert, bei der logischen Eins dreht sie sich jedoch um 180°. Die Impulse aus dem Phasenkomparator bei diesem Code zeigt Fig. 7. Wie es ersichtlich ist, treten bei einer logischen Eins des Eingangssignals breite Impulse auf, die die Uatt-Extrahierung stören und das Zittern verursachen.
Das Zittern kann normalerweise durch die Verwendung von Schmalbandpassfiltern reduziert werden; die Folge eines Einbaus dieser Filter ist aber eine Einengung des Frequenzbereichs sogar bis zu einem solchen Umfang, dass der Oszilator Uberhaupt nicht zum Synchronismus eingefangen wird.
Die Aufgabe. der Erfindung ist eine solche Ausführung der phasenstarren Schleife, wo Störimpulse, die am Ausgang des Phasendetektors bei der 8teuerung mit einem bestimmten Code auftreten können, festgestellt und auf die Weise in Nutzimpulse umgewandelt werden, dass eine gontinuität des Korrektursignale erhalten bleibt.
Die Aufgabe wird durch eine Einbeziehung der Korrekturschaltung 4 in die phasenstarre (PLL) Schleife zwischen den Phasendetektor 2 und den Schleifenfilter 3 gelöst, was auf Fig. 8 dargestellt ist.
Die Korrekturschaltung 4 invertiert in der Zeitspanne der logischen Eins die Störimpulse des Signales y (t,G) aus dem Phasendetektor 2 und lässt sie invertiert über den Schleifenfilter 3 durch zum spannungsgesteuerten (VCO) Oszillator 1.
Damit wird das Phasenzittern reduziert und der Fangbereich der phaærtarren Schleife vergrössert.
Die Struktur und die logische Funktion der Korrekturschaltung 4 hängt von der Wahl des Codes des Eingangssignal ab.
FUr das Beispiel eines CI)P Codes des Eingangssignals wurde eine erfindungsgemässe Korrekturschältung 4 entwickelt, die auf Fig. 9 dargestellt ist. Die erfindungsgemässe Schaltung 4 lässt in der Zeitspanne der logischen Null des Eingangssignals x (t,O) durch den Filter 3 ein direktes Korrektionssignal v(t) zum VCO Oszillator 1 durch, in der Zeitspanne der logischen Eins invertiert sie jedoch das Signal.
Die Korrekturschaltung 4 besteht aus einem Verzögerungs-Flip Flop A, zwei Invertern B, C, einem Widerstand R und zwei logischen Schaltern D, E. Der Ausgang des Phasendetektors (EXOR des Elements) ist mit dem Eingang in den Schleifenfilter ueber zwei parallele logische Schalter D und E verbunden, wobei mit dem logischen Schalter D noch der Inverter B in die Reihe geschaltet wird.
Die logischen Schalter D und E werden aus dem Flip-Flop b, der die Informationen am Schleifeneingang erhält, und aus dem Oszillator 1 gesteuert.
Aut dem Diagramm auf Fig. 7 ist eine gegenseitige Abhängigkeit der Impulse in der erfindungsgemässen Schaltung dargestellt. Die schraffierten Impulse y(t) sind Störimpulse, die schraffierten Impulse z(t) sind jedoch die korrigierten Störimpulse nach der Invertierung in der erfindungsgemässen Schaltung 4.
Mit der erfindungsgemässen Schaltung wird das Zittern wesentlich reduziert, der Fangbereich jedoch wesentlich vergrössert.
Leerseite

Claims

PATENTANSPRUCHE 1. Takt-Extraktor mit Codesteuerung aufgrund phasenstarrer Schleife mit auf Minimum gebrachtem Phasenzittern und vergrbsseftem Fangbereich, d a d u r c h g e k e n fl z e i c h n e t, dass der Phasendetektor (2), die Korrekturschaltung (4), der Schleifenfilter (3) und der spannungsgesteuerte Oszillator (1) in eine Schleife geschaltet sind, wobei auf die Eingänge der Korrekturschaltung (4) das Eingangssignal x(t,8), das Auagangssignal y(t,@) aus dem Phasendetektor (2) und das Ausgangssignal r(t,G) aus dem Oszillator (n) zugefUhrt sind, das Ausgangssignal z(t) aus der Korrekturschaltung (4) jedoch auf den Schleifenfilter (3) zugeführt wird.
2. Takt-Extraktor mit Codesteuerung aufgrund phasenstarrer Schleife mit auf Minimum gebrachtem Phasenzittern und vergrössertem Fangbereich nach Anspruch 1, wobei der Steuerungscode der CDP (conditional diphase code) ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Korrekturschaltung (4) aus einem Verzögerungs -Flip-Flop (A), zwei Invertern (3, C) und zwei logischen Schaltern (D, E) zusammengesetzt ist, wobei der logische Schalter (E) und der in die Reihe mit dem Inverter (B) gesidtete logische Schalter (D) zwischen den Phasendetektor (2) und den Filter (3) geschaltet sind, deren gesteuertes Teil jedoch an die Ausgänge aus dem Flip-Flop (A) und über den Inverter (C) an den Ausgang des Oszillators (1) angeschlossen ist.