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Digitaler Phasenregelkreis zur Synchronisierung beim
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Empfang binärer Signale Die Erfindung betrifft einen digitalen Phasenregelkreis,
dem binäre Datensignale und Taktimpulse mit in der Regel konstanter Folgefrequenz
zugeführt werden, bestehend aus einem Zykluszäher, der jeweils von einem konstanten
Anfangswert bis zu einem konstanten Endwert durch die Taktimpulse zyklisch fortgeschaltet
wird, aus einem Vorwärts-/Rückwärtszähler, der durch eine Ansteuerschaltung abhängig
von der Phasenbeziehung zwischen den Datensignalen und dem Ausgangswechselsignal
des Phasenregelkreises vorwärts und/oder rückwärts zählt und beim Wser-bzw. Unterschreiten
vorgegebener Zählerstände Steuerimpulse an eine dem Zyklus zähler vorgeschaltete
Steuerschaltung zur Einfügung eines zusätzlichen Taktimpulses bzw. zur Unterdrückung
eines der Taktimpulse liefert, so daß der Zyklus zähler beschleunigt oder verzögert
fortgeschaltet wird.
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Entsprechende Phasenregelkreise sind z.B. durch DE-AS 11 63 902, DE-PS
26 13 930 oder durch Texas Instruments Application-Peport, Bulletin SCA-206, Oktober
1981, FIG 5 bekannt. Diese bekannten Regelkreise arbeiten trotz ihres weitgehend
übereinstimmenden Aufbaus recht unterschiedlich.
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So werdensbei der Anordnung nach der DE-AS 11 63 902 jeweils die Summenergebnisse
der Vorwärts- und Rückwärtszählung sowohl am Anfang als auch am Ende eines. Datenimpulses,
also die Summenergebnisse von zwei Zählperioden
adddiert und die
Regelung davon abhängig gemacht, wobei bei einem festgestellten Phasenfehler sofort
und proportional der festgestellte Fehler korrigiert wird.
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Bei der Anordnung nach der DE-PS 26 13 930 wird von jedem Datensignalimpuls
jeweils nur ein Fortschalteimpuls für den Vorwärts-/Rückwärtszähler abgeleitet.
Diese Anordnung reagiert daher wesentlich langsamer auf festgestellte Phasenfehler
und weist auch einen einfacheren Aufbau auf.
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Der durch den Application-Report von Texas Instruments bekannte Phasenregelkreis
in integrierter Schaltkreistechnik ist im Gegensatz zu den beiden übrigen Anordnungen
für den Empfang binärer Datensignale nur geeignet, wenn der Sendetakt an der Empfangsstelle
zur Verfügung steht oder aber ein aus den Datensignalen abgeleiteter Datentakt bereits
vorliegt. Bei Codierverfahren und Signalzügen mit wechselnder Frequenz, wie sie
z.B.
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in Elektroniker,Nr. 5/1976, Seite EL 15, Bild 44, ersichtlich sind,
ist diese Anordnung dagegen nicht geeignet.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Phasenregelkreis zu schaffen,
der unabhängig von der Art der binären Codierung einfach und einwandfrei arbeitet,
die Verwendung vorhandener integrierter Bausteine ermöglicht und dadurch nur einen
geringen Platzbedarf erfordert.
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Ein diese Aufgabe erfüllender digitaler Phasenregelkreis ist ausgehend
von Phasenregelkreisen der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung gekennzeichnet
durch eine gegenüber der höchsten Frequenz des binären Datensignals mindestens doppelt
so große Frequenz des Ausgangswechselsignals mit fester Zuordnung des Beginns
einer
der beiden Halbperioden, z.B. Pause, des Ausgangswechselsignals zu einer synchronen
bestimenden Flanke, z.B. steigende Flanke,des binären Datensignales und Speicherung
des Vorzeichens der bei Eintreffen der bestimmenden Flanke des Datensignales vorliegenden
Halbperiode zur Steuerung der Zählrichtung des Vorwärts-/Itückwärtszählers und durch
Freigabe des Vorwärts-/Rückwärtszählers mit der jeweils folgenden Flanke, z.B.
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fallende Flanke,des binären Datensignals bis zum Ablauf der gerade
laufenden Periode des Ausgangswechselsignaloes, wobei beim Zusammentreffen der Freigabe
mit der einen Halbperiode in der einen und beim Zusammentreffen mit der anderen
Halbperiode in der anderen Richtung gezählt wird, wobei das gespeicherte Vorzeichen
jeweils angibt, ob zuerst vorwärts und gegebenenfalls mit dem Ubergang in die andere
Halbperiode der laufenden Periode rückwärts oder in umgekehrter Folge gezählt wird.
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Die Erfindung geht dabei davon aus, daß bei den üblichen binären Datensignalen,
wenn diese unverzerrt und mit dem Empfangstakt synchron sind, alle Flanken des Datensignals
die gleiche Phasenlage gegenüber dem Ausgangswechselsignal aufweisen und daher jedesmal
in gleicher Weise in der einen und in der anderen Richtung gezählt wird, so daß
nach jeder Zählperiode der Vorwärts-/Rückwärtszähler den Ausgangszählstand wieder
erreicht hat, gleichgültig, ob zunächst vorwärts und dann rückwärts oder in umgekehrter
Folge gezählt wird.
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Besteht dagegen eine Phasenverschiebung, so verkürzt sich die Zählperiode
und beschränkt sich je nach Ausmaß des Phasenfehlers auf einen Teil der einen Halbperiode
zuzüglich der vollen anderen Halbperiode oder gar nur auf einen Teil einer Halbperiode,
so daß sich während einer Zählperiode eine Verschiebung des Zählerstandes
in
der einen oder anderen Richtung ergibt, wobei das Überschreiten des vorgegebenen
Grenzzählerstandes jeweils eine Teilkorrektur auslöst.
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Der Phasenfehler kann dabei positiv oder negativ sein.
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Dies wird jeweils durch Speicherung des Vorzeichens der mit der bestimmenden
Flanke des Datensignales zusammenfallenden Halbperiode des Ausgangswechselsignales
festgehalten und entsprechend die Zählrichtung während der einzelnen Halbperioden
festgelegt, so daß die ausgelösten Korrekturen jeweils zu einer Verringerung des
festgestellten Phasenfehlers führen.
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Die neue Anordnung gemäß der Erfindung ist daher unabhängig von dem
Abstand zwischen der bestimmenden und der jeweils nachfolgenden Flanke der einzelnen
Impulse bzw. Pausen des Datensignales. Sie erfordert im Vergleich zu den bekannten
Anordnungen im wesentlichen nur eine Änderung der Ansteuerschaltung für den Vorwärts-/Rückwärtszähler.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht diese
aus einer an sich bekannten Phasendetektorschaltung, die mit einer der Flanken der
Datenimpulse jeweils ein FreigaDesignal für den Vorwärts-/Rückwärtszähler erzeugt,
das bis zur gleichartigen nachfolgenden Flanke des Ausgangswechselsignales des Phasenreglers
bestehen bleibt, einer bistabilen Kippstufe, die mit der von der Phasendetektorschaltung
jeweils nicht gewerteten Flanke der Datenimpulse getaktet wird und den jeweils gegebenen
Signalzustand des Ausgangswechselsignales zBischenspeichert, und einem exklusiven
ODER-Glied, das das Ausgangssignal der Kippstufe und das Ausgangswechselsignal des
Phasenregelkreises verknüpft und dessen Ausgangssignal die Zählrichtung des Vorwärts-
Rückwärtszählers
bestimmt.
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Gegenüber der bekannten Anordnung von Texas Instruments ist also nur
eine bistabile Kippstufe als zusätzliches Bauelement erforderlich, um diese unmittelbar
für die Auswertung von binären Datensignalen einsetzen zu können, so daß sich durch
Verwendung der bereits vorhandenen Bauteile in integrierter Schaltkreistechnik ein
wesentlich geringerer Platzbedarf gegenüber den anderen bekannten Anordnungen ergibt.
Dabei können in gleich einfacher Weise durch entsprechende Wahl der Taktfrequenzen
und der Zählkapazitäten der Zähler, insbesondere des. Vorwärts-/Rückwärtszåers,
die jeweils gewünschten Empfangsbedingungen hergestellt werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung seien nachfolgend anhand eines
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Im einzelnen
zeigen FIG 1 das Blockschaltbild eines digitalen Phasenregelkreises gemäß der Erfindung
und FIG 2 Impulsdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsbis weise des Phasenregelkreises
nach FIG 1.
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FIG 3 Das in FIG 1 gezeigte Ausführungsbeispiel in Form eines Blockschaltbildes
nimmt Bezug auf den DPLE-Baustein LS 297 von Texas Instruments, der ein exklusives
ODER-Glied EXOR, eine Phasendetektorschaltung EC.PD, einen Vorwärts-/Rückwärtszähler
VRZ und eine Steuerschaltung I/D zum Einfügen oder Ausblenden eines Taktimpulses
umfaßt. Ergänzt wird dieser Baustein durch einen Zykluszähler Z und einen Inverter
INV sowie durch die bistabile Kippstufe BK gemäß der Erfindung.
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Die dem Be Baustein LS 297 zugeführten Taktimpulse T entsprechend
hoher Folgefrequenz werden durch die als Teiler ausgebildete Steuerschaltung I/D
im Verhältnis 1 : 2 untersetzt, d.h. jeder zweite Taktimpuls T wird im Regelfall
vom Ausgang der Steuerschaltung I/D an den Zykluszähler Z weitergeleitet, der z.B.
mit einem Zyklus von N Impulsen zählt und als Ausgangswechselsignal SYN-T ein periodisches
Signal mit einer Impuls- und Pausenbreite von jeweils N/2 Zählimpulsperioden oder
N Taktimpulsperioden liefert.
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Das Ausgangswechselsignal SYN-T und das empfangene binäre Datensignal
DAT steuern den Phasenregelkreis, in dem beide Signale von dem Phasendetektor ECPD
und der bistabilen Kippstufe BK ausgewertet werden. Der Phasendetektor arbeitet
z.B. in der Weise, daß eine Ausgangskippstufe mit einer fallenden Flanke des Ausgangswechselsignals
SYN-T gesetzt und mit der darauffolgenden fallenden Flanke des Datensignals DAT
wieder zurückgesetzt wird. Das dadurch gewonnene Signal wird mit dem Inverter INV
invertiert und steuert die Freigabe des Vorwärts-/Rückwärtszählers über den Eingang
EN. Die bistabile Kippstufe BK wird dagegen mit den steigenden Flanken des Datensignals
DAT getaktet und speichert das Vorzeichen der gerade wirksamen Halbperiode des Ausgangswechselsignals
SYN-T. Das Ausgangssignal dieser bistabilen Kippstufe BK wird dann nochmals mit
dem Ausgangswechselsignal SYN-T durch ein exklusives ODER-Glied EXOR verknüpft,
das dann als Richtungssignal die Zählrichtung des Vorwärts-/Rückwärtszählers am
Eingang D/U während der Freigabe dieses Zählers festlegt. Der z.B. zyklisch arbeitende
Vorwärts-/Rückwärtszähler hat z.B. eine Zählkapazität von 16 Zählschritten und wird
z.B. ebenfalls von den Taktimpulsen T getaktet. Bei Überschreiten der Zählgrenze.
Null in der einen oder anderen Richtung wird ein Steuersignal -1 bzw. +1
für
die Steuerschaltung I/D abgegeben, die dann einen zusätzlichen Taktimpuls freigibt,
oder den nächsten Taktimpuls ausblendet, so daß die gerade anstehende Halbperiode
des Ausgangswechselsignals SYN-T um eine Taktperiode des Taktes T verlängert bzw.
verkürzt wird.
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Dieser Zusammenhang sei nachfolgend anhand der beiden Impulsdiagramme
von FIG 2 und FIG 3 näher erläutert.
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In beiden Diagrammen zeigt die oberste Zeile die von einem zentralen
Taktgeber gelieferten Taktimpulse T.
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Darunter folgen die Zählimpulse am Ausgang I/D-OUT der Steuerschaltung
I/D, das vom Zykluszähler Z gelieferte Ausgangswechselsignal SYN-T, das empfangene
binäre Datensignal DAT, das vom Phasedetektor ECPD gelieferte Ausgangs signal, das
daraus resultierende Freigabesignal EN, der Setzzustand der bistabilen Kippstufe
BK mit dem sich daraus ergebenden Richtungssignal D/U und schließlich der Zählverlauf
des Vorwärts-/Rückwärtszählers VRZ mit dem abgeleiteten Steuersignal für die Steuerschaltung
I/D.
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Das Impulsdiagramm von FIG 2 gilt für den einsynchronisierten Zustand,
d.h. der Beginn einer Periode Tp des Ausgangswechselsignals SYN-T fällt jeweils
mit einer Flanke des Datensignals DAT zusammen und das Freigabesignal EN für den
Vorwärts-/Rückwärtszähffier VRZ umfaßt jeweils eine volle Periode Tp des Ausgangswechselsignals
SYN-T.
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Das Zählrichtungssignal D/U liefert daher, weil unmittelbar vom Ausgangswechselsignal
SYN-T abgeleitet, zwei gleichlange Zählbereiche für die eine Richtung und für die
Gegenrichtung. In welcher Richtung zuerst gezählt wird, hängt vom Setzzustand der
bistabilen Kippstufe BK ab. Ist sie gesetzt, so wird, wie dargestellt, während
der
ersten Halbperiode zuerst vorwärts und während der zweiten Halbperiode rückwärts
gezählt. Ist sie nicht gesetzt, so wird in umgekehrter Reihenfolge gezählt. Bei
nur geringen Phasenschwankungen wird daher unabhängig davon, ob die bistabile Kippstufe
BK gesetzt ist oder nicht, jeweils in gleichem Umfange in beiden Richtungen gezählt,
so daß am Ende einer jeden Zählperiode der Anfangszählerstand wieder erreicht ist.
Beim gewählten Beispiel zählt der Vorwärts-Rückwärtszähler VRZ während der zweiten
Halbpernode D/U vom Zählerstand 4 ausgehend zunächst acht Schritte in Vorwärtsrichtung
und während der nachfolgenden negativen Halbperiode wieder acht Schritte zurück,
so daß der Zählerstand 4 wieder erreicht wird, ohne daß die Zählgrenze Null in der
einen oder anderen Richtung dabei Uberschritten wird. Eine Regelung erfolgt daher
nicht.
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Voraussetzung für ein einwandfreies Arbeiten der Anordnung ist jedoch,
daß die Frequenz des Ausgangswechselsignales SYN-T ausreichend groß gegenüber der
höchsten Frequenz des Datensignals DAT und gleich einem ganzzahligen Vielfachen
dieser höchsten Frequenz und auch der übrigen Frequenzen des Datensignales ist.
Denn nur dann ist sichergestellt, daß die Freigabe des Vorwärts-/Rückwärtszähler
im einsynchronisierten Zustand zwei volle Halbperioden andauern kann, bevor die
nächste Flanke des Datensignals DAT eintrifft. Beim vorliegenden Beispiel nach FIG
3 weist das Datensignal DAT zwei verschiedene Frequenzen auf. Es können aber je
nach Codierungsschema und Zusammensetzung der zu übertragenden Daten viel mehr sein,
wie die Übersicht in Bild 44 auf Seite EL 15 von Elektroniker Nr. 5/1976 zeigt.
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Abweichend von FIG 2 zeigt FIG 3 ein Impulsdiagramm
mit
in der Phase um den Betrag F voreilendem Ausgangswechselsignal SYN-T. Entsprechend
verkürzt sich die erste Halbperiode für das Zählen in der einen Richtung auf den
Bereich P, so daß sich am Ende einer Zählperiode der Zählerstand des Vorwärts-Rückwärts-Zählers
VRZ gegenüber dem Anfangszählerstand verschoben hat, zum Beispiel von 6 über 4 auf
12. Abhängig vom vorgegebenen Zählvolumen des Vorwärts-/Rückwärtszählers VRZ führt
das schließlich zum Uberschreiten der Zählgrenze und damit zur Korrektur. Im vorliegenden
Beispiel trifft dies für die zweite Zählperiode zu. Beim Schritt von 0 auf 1 wird
mit dem Taktimpuls T25 daher ein Korrekturimpuls -1 aus löst, der den normalerweise
mit Takt T26 ausgelösten Zählimpuls unterdrückt izrid stattdessen mit dem Taktimpuls
T27 die Zählimpulsfolge am Ausgang I/D-OUT fortsetzt.
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Die fortlaufende Halbperiode des Ausgangswechselsignales SYN-T wird
daher um eine Taktimpulsperiode entsprechend V verlängert und der nachfolgende Phasenfehler
von F auf F1 verringert. In gleicher Weise könnte auch beim Schritt von der Zählstellung
15 auf 0 bereits die Korrektur ausgelöst werden.
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Analoges gilt für nacheilende Verschiebungen des Ausgangswechselsignales
SYN-T mit dem Unterschied, daß ein zusätzlicher Impuls eingefügt wird und daher
die laufende Halbperiode des Ausgagswechselsignales SYN-T um eine Taktimpulsperiode
verkürzt wird, wenn die Zählgrenze des Vorwärts-/Rückwärtszählers VRZ in der entgegengesetzten
Richtung überschritten wird. Auf weitere Einzelheiten hierzu sei jedoch verzichtet,
da diese bekannt und der Beschreibung zum Baustein LS der Texas Instruments entnehmbar
ist.
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Bei den gezeigten Beispielenwurde angenommen, daß jeweils mit einer
steigenden Flanke des Datensignales
DAT als bestimmende Flanke
das Vorzeichen der laufenden Halbperiode des Ausgangswechselsignales SYNT gespeichert
und die Zählperiode mit der jeweils nachfolgenden fallenden Flanke begonnen wird.
Selbstverständlich kann auch die fallende Flanke des Datensignales DAT die bestimmende
Flanke sein, so daß jeweils mit der nachfolgenden steigenden Flanke der Zählvorgang
eingeleitet wird.
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3 Figuren 4 Patentansprüche
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