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Schaltkreis mit Schieberegisterfunktion
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Die Erfindung betrifft einen Schaltkreis mit Schieberegisterfunktion,
insbesondere zum Einsatz in einer Schaltungsanordnung, welche die zu ihrem Betrieb
erforderliche elektrische Energie ausschliesslich durch den Empfang elektromagnetischer
Wellen gewinnt.
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Schaltkreise mit Schieberegisterfunktion sind allgemein bekannt (siehe
z.B. Tietze, Schenk "Halbleiterschaltungstechnik", 3. Auflage 1976 Kapitel 18.6)
und finden in der Digitalelektronik breite Verwendung. Insbesondere sind sie auch
Teil der in der DE-OS 30 09 179.3 beschriebenen Einrichtung zur automatischen Identifizierung
von Objekten oder Lebewesen. Diese bekannte Einrichtung besteht aus zwei Teilen:
einem Abfrage- und einem Antwortgerät.
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Das Abfragegerät strahlt ein Abfragesignal - eine elektro magnetische
Welle - ab, welches vom Antwortgerät empfangen wird. Das Antwortgerät besitzt selbst
keine eigene Energieversorgung. Die gesamte zu seinem Betrieb erforderliche Energie
muss es dem empfangenen, vom Abfragegerät erzeugten Abfragesignal entnehmen. Den
gesamten Energieinhalt
des Abfragesignals, dass das Antwortgerät
für seine Energievere#rgUflg jedoch auch nicht verwerten, da eS die im Abfragesignal
enthaltene Information verarbeiten und daraus seinerseits ein Antwortsignal - ebenfalls
eine elektromagnetische Welle - an das Abfragegerät zurücksenden muss. Dabei sollte
bei möglichst geringer Sendeleistung des Abfragegerätes mit möglichst breiter Richtcharakteristik
ein möglichst weiter Abstand zwischen Abfragegerät und Antwortgerät erreichbar sein.
Da die Sendeleistung des Abfragegerätes in der Regel durch gesetzliche Vorschriften
nach oben begrenzt ist, iässt sich eine Verbesserung in der genannten Hinsicht praktisch
nur durch eine Reduzierung des Energieverbrauchs im Antwortgerät erreichen. Der
dabei zur Verfügung stehende Spielraum ist durch die Optimierung des Schaltungsaufbaus
jedoch bereits weitgehend ausgeschöpFt. Das bekannt Antwortgerät kommt beispielsweise
mit wenigen Mikrowatt Leistung aus.
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Als wesentliche Energieverbraucher im Antwortgerät wirken Schaltkreise
mit Schieberegeristerfunktion.
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Es ist daher insbesondere Aufgabe der Erfindung, einen Schaltkreis
mit Schieberegisterfunktion für den vorgenannten Zweck anzugeben, der sich gegenüber
dem Bekannten durch einen geringeren Energieverbrauch auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale im Kennzeichen
des Anspruchs 1.
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Die Erfindung geht aus von der Ueberlegung, dass der Energieverbrauch
einer Schaltung, insbesondere einer solchen mit Schieberegisterfunktion, bei gegebener
Technologie und Schaltungstechnik, wesentlich durch die Anzahl ihrer schaltenden
Elemente und die Betriebsfrequenz bestimmt ist. Der Energieverbrauch steht also
im direkten Zusammen-
hang mit der Summe aller, mit Ladungsverschiebungsvorgängen
verbundenen Zustandsänderungen pro Zeiteinheit.
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Bei den bekannten Schaltkreisen mit Schieberegisterfunktion sind alle
Schieberegisterzellen an jedem einzelnen Schiebevorgang beteiligt. Wenn ungünstige
Bitfolgen eingelesen werden, ändern viele Schieberegisterzellen bei jedem Schiebetakt
ihren Zustand. Bei einer Bitfolge (01010...) mit abwechselnd jeweils einem l-wertigen
Bit (1) und einem O-wertigen Bit (0), müssen sogar alle Schieberegisterzellen pro
Schiebetakt ihren logischen Zustand ändern.
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Bei dem erfindungsgemässen Schaltkreis ist dagegen in vorteilhafter
Weise jeweils nur eine Speicherzelle pro Takt aktiv, und zwar die durch den Dualzähler
adressierte.
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Für die Adressierung braucht pro Takt nur ein Tor aktiviert zu werden,
was energetisch wesentlich günstiger ist, als die Aktivierung auch nur einer Schieberegisterzelle.
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Im Sinne einer weiteren vorteilhaften Reduktion des Energieverbrauchs
können bei dem erfindungsgemässen Schaltkreis die Speicherzellen sehr einfach aufgebaut
sein, z.B.
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aus einfachen D-Kippgliedern ohne Zwischenspeicher.
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Bei dem erfindungsgemässen Schaltkreis lässt sich auch durch Umkehrung
der Zählfolge des Dualzählers die Schieberichtung auf einfachste Weise umkehren.
Es ist nicht, wie bei den bekannten Schaltkreisen eine Beschaltung jeder einzelnen
Schieberegisterzelle nötig.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachstehenden,
anhand von Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen.
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Es zeigt: Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform-des erfindungsgemässen
Schaltkreises, Fig. 2 Taktsignale in Zeitdiagrammen und Fig. 3 ein Schaltbild einer
gegenüber der ersten erweiterten zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen
Schaltkreises.
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In den Figuren sind übereinstimmende Teile mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen.
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In Fig. 1 sind mit 1.1, 1.2, l.n drei Speicherzellen bezeichnet, wobei
diese nur stellvertretend für eine ggfs. grössere oder auch geringere Anzahl n von
Speicherzellen dargestellt sind. Die Speicherzellen 1.1 - l.n weisen einen Dateneingang
D, einen Takteingang C und einen Datenausgang Q auf und können beispielsweise durch
D-Kippglieder realisiert sein. Die Dateneingänge D aller Speicherzellen 1.1 - l.n
sind mit einem gemeinsamen, mit 2 bezeichneten Eingang verbunden. Die Takteingänge
C aller Speicherzellen 1.1 - l.n sind über einen Dekodierer 3 mit einem Dualzähler
4 verbunden. Letzterer wird von einem Taktgenerator 5 getaktet und mit jedem Takt
inkrementiert.
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Die Funktionsweise dieses Schaltkreises wird besser verständlich aus
Fig. 2. In dieser sind in vier Diagrammen Taktsignale 5.1, 3.1, 3.2, 3.3 in ihrer
zeitlichen Relativlage dargestellt. Zuoberst ist, mit 5.1 bezeichnet, die vom Taktgenerator
5 erzeugte Folge von Taktsignalen dargestellt. Mit jedem dieser Taktsignale 5.1
erhöht sich der Zählstand des Dualzählers 4 z.B. um eine Einheit, welcher jeweils
binärkodiert an seinen Ausgängen und auf
den Leitungen 4.1, 4.2
... 4.m erscheint. Die drei letztgenannten Leitungen stehen wiederum stellvertretend
für eine gegebenenfalls grössere aber auch kleinere Anzahl m von Leitungen. m ist
gleich oder grösser als der natürliche Logarithmus der Anzahl n von Speicherzellen
1.1 - l.n. Mit dem Zählstand des Dualzählers 4 als Adresse werden im Dekodierer
-3 Taktsignale 3.1 - 3.n in der in Fig. 2 dargestellten Weise gebildet. Mit diesen
Taktsignalen 3.1 - 3.n werden die Speicherzellen 1.1 - l.n der Reihe nach getaktet
und übernehmen dabei jeweils den an ihrem gemeinsamen Eingang 2 grade anliegenden
logischen Zustand.
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Nach einer Folge von n-Taktimpulsen 5.1- ist daher eine seriell am
Eingang 2 erscheinende binäre Informationsfolge analog zu einem Schieberegister
in den Speicherzellen 1.1 - l.n gespeichert und steht beispielsweise für eine parallele
Weiterverarbeitung zur Verfügung.
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In Fig. 3 ist beispielsweise dargestellt, wie. sich die bei einem
Schieberegister im allgemeinen vorhandene Möglichkeit der seriellen Auslese der
gespeicherten Informationsfolge bei dem erfindungsgemässen Schaltkreis nach Fig.
1 realisieren lässt.
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Hierzu sind die Datenausgänge Q aller Speicherzellen 1.1 - l.n über
einen Multiplexer 6 auf einen gemeinsamen Ausgang 7 geschaltet. Der Multiplexer
6 ist, ebenso wie der Dekodierer 3 mit Ausgängen 4.1 - 4.m des Dualzählers 4 beaufschlagt.
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Der für das Einlesen der Informationsfolge vom Eingang 2 in die Speicherzellen
1.1 - l.n vorstehend beschriebene Vorgang entspricht ganz analog dem Auslesevorgang
über den Ausgang 7. Letzterer braucht deshalb nicht noch einmal erläutert zu werden.
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In einer möglichen Weiterbildung der Ausführungsform
nach
Fig. 3 kann sowohl für den Dekodierer 3 ein separater Dualzähler 4a als auch für
den Multiplexer 6 ein separater Dualzähler 4b mit separaten Ausgängen 4.la - 4.ma
und 4.lb - 4.mb vorgesehen werden. Damit ist es möglich, bereits während des Einlesens
einer Informationsfolge in die Speicherzellen 1.1 - l.n, die bereits eingelesene
Information sofort zu verwenden, da diese im Unterschied zu konventionellen Schieberegistern
statisch in den Speicherzellen 1.1 - l.n verbleibt.
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Auch können die separaten Dualzähler 4a, 4b entweder durch einen gemeinsamen
Taktgenerator 5 oder durch gleichfalls separate, den Dualzählern 4a, 4b jeweils
zugeordnete Taktgeneratoren 5a, 5b getaktet sein. Im letztgenannten Fall der Verwendung
separater Taktgeneratoren 5a, 5b, ist es z.B. von Vorteil, diese über e-ine Synchronisiereinheit
5c zu synchronisieren. Fehlt eine solche Synchronisierung, laufen die Taktgeneratoren
5a, 5b also frei und unabhängig voneinander, so sind in den Speicherzellen 1.1 -
l.n zur Sicherung der gespeicherten Information Kippglieder mit Zwischenspeichern
vorzusehen.
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Der Dekodierer 3 ist beispielsweise ein Eins-aus-n-Dekodierer. Die
Dualzähler 4, 4a, 4b können z.B. als Ringzähler ausgeführt sein. Weiter können funktionell
gleiche Teile des Dekodierers 3 und des Multiplexers 6 nur einmal für beide Einheiten
gemeinsam ausgeführt sein. Um die Schaltkreise nach Fig. 1 und Fig. 3 als Teile
einer grösseren Schaltungsanordnung verwenden zu können, sind ggfs. in diesen Figuren
nicht dargestellte Ein- oder Ausgänge sowie Verbindungsleitungen vorzusehen. So
ist z.B. denkbar, den jeweiligen Zählerstand des oder der Dualzähler 4, 4a, 4b einer
übergeordneten Steuerung zu melden, welche ihrerseits den oder die Taktgeneratoren
5, 5a, 5b bei Bedarf aktiviert oder auch deaktiviert.
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