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Bitvergleichsschaltung
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Uic Erfindung betrifft eine Bitvergleichsschaltung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Eine Bitvergleichsschaltung dient dazu, eine Vielfalt von Dtltenstromen
(NRZ-Signalen) auf Übereinstimmung mit einem weitoren vorgegebenen Datenstrom zu
prüfen.
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Als Bitvergleichsschaltung kann eine bekannte Korrelationsschaltung
verwendet werden, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist.
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Das vorgegebene Signal wird einem Referenz-Schieberegister zugeführt
und das zu überprüfende Signal einem Eingangs-Schieberegister. Sobald sichergestellt
ist, daß beide Schieberegister völlig mit den richtigen Signalen gefüllt sind, wird
das Referenz-Schieberegister angehalten, während das Eingangs -Schieberegister weiter
getaktet wird. Von hier an werden die Takte gezählt, bis der Korrelatorausgang Signalübereinstimmung
meldet. Das Zählergebnis entspricht dem zu wählenden Schieberegisterabgriff für
das überprüfte Signal.
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Eine solche Schaltung wird dann sehr aufwendig, wenn damit zu rechnen
ist, daß lange Folgen gleicher Binärwerte im Signal auftreten können. Die Schieberegister
der Korrelations-Schaltung müssen dann länger sein als die längste mögliche derartige
Lauflänge, damit immer ein eindeutiges Ergebnis erzielbar ist. Eine übliche Länge
für eine Korrelationsschaltung ist z.B. 64 Bit. Eine solche Korrelationsschaltung
ist unter der Bezeichnung TDC 1023 von TRW erhältlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bitvergleichsschaltung zu schaffen,
die mit geringem Aufwand schnell und sicher eine Vielfalt von Datenströmen auf Übereinstimmung
mit einem weiteren vorgegebenen Datenstrom überprüft.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Anhand der Zeichnung werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
erläutert. Darin zeigen: Fig. 1 eine bekannte Korrelationsschaltung, Fig. 2 den
prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Bitvergleichsschaltung, Fig. 3 eine
vereinfachte Ausführung einer Bitvergleichsschaltung, Fig. 4 Spannungsverläufe zur
Erklärung der Funktionsweise von Fig. 3, Fig. 5 eine weitere Ausführungform einer
Bitvergleichsschaltung.
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Fig 1 zeigt eine bekannte Korrelationsschaltung. Ein vorgegebenes
Datensignal 11 wird in ein Referenz-Schieberegister 13 mit n-Speicherstellen geladen.
Ein zu untersuchender Datenstrom 12 wird in ein Eingangs-Schieberegister 14 mit
n-Speicherstellen geladen. Der Inhalt jeder Speicherstelle des Schieberegisters
13 wird über EX-OR-Gatter 15-18 mit dem Inhalt der entsprechenden Speicherstelle
des Schieberegisters 14 verglichen. Die Ausgänge der EX-OR-Gatter 15-18 führen auf
einen Summierer 19, an dessen Ausgang 20 ein Korrelationssignal bei Signalübereinstimmung
anliegt. Liegt aufgrund der Signalbeschaffenheit die Erfordernis vor, die Anzahl
der überprüften Bit zu verdoppeln, um genügende Sicherheit auf Übereinstimmung zu
erzielen, muß bei dieser Schaltung der Aufwand verdoppelt werden.
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Fig. 2 zeigt ein Anwendungsbeispiel für eine Bitvergleichsschaltung.
Das vorgegebene Datensignal 11 wird über ein 4-Bit-Schieberegister 21 als Datensignal
A3 auf eine Bitvergleichsschaltung 24 und über einen Umschalter 25 auf einen Ausgang
26 geführt. Das zu überprüfende Datensignal 12 wird
einem 8-Bit-Schieberegister
zugeführt. Das um je ein Bit pro Speicherstelle des Schieberegisters 22 verschobene
Datensignal 12 wird als Vielfalt von Datensignalen B0-B7 der Bitvergleichsschaltung
24 zugeführt. Die Schieberegister 21, 22 und die Bitvergleichsschaltung 24 werden
durch einen Systemtakt T getaktet. An den Ausgängen QA, QB, QC der Bitvergleichsschaltung
24 liegt nach Feststellung der Übereinstimmung zwischen dem Signal A3 und einem
der Signale BO-B7 eine Information an, die codiert die Adresse der Leitung angibt,
die den übereinstimmenden Bitstrom führt. Diese Adressenleitungen QA, u, QC führen
auf eine Auswahl schaltung 23. Am Ausgang der Auswahlschaltung 23 liegt dann das
Datensignal BX an, das mit dew vorgegebenen Datenstrom-A3 übereinstimmt. Gleichzeitig
liefert die Bitvergleichsschaltung ein Umschaltsignal U für den Umschalter 25. Am
Ausgang 26 liegt nun das Datensignal BX an.
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Auf diese Weise können zwei aufeinanderfolgende Datenströme A und
B, die sich zeitlich überlappen und im Überlappungsbereich zwar übereinstimmen,
jedoch um eine unbekannte Zahl von Bittakten gegeneinander verschoben sind, bitrichtig
zusammengefügt werden. Diese Aufgabe kann z.B. beim Kopfwechsel eines Wiedergabegerätes
gestellt werden.
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Fig. 3 zeigt den Aufbau der erfindungsgemäßen Bitvergleichsschaltung,
wie sie in Fig. 2 als Block 24 eingesetzt werden kann. Das vorgegebene Datensignal
A3 ist mit je einem Eingang der EX-OR-Gatter 31-38 verbunden. Auf den jeweils anderen
Eingang der EX-OR-Gatter 31-38 führen die Datensig#nale B0-B7.
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Am Ausgang der EX-OR-Gatter 31-38 liegen die Vergleichsergebnisse
e0-e7 an. Sie führen auf jeweils einen Eingang eines zugehörigen NAND-Gatter 39-46,
deren zweiter Eingang über ein NOR-Gatter 27 mit dem Systemtakt T verbunden sind.
Die Ausgänge der NAND-Gatter 39-46 führen jeweils auf einen S-Eingang von R-S-Flip-Flops
47-54. Die Ausgänge der R-S-Flip-Flops 47-54 führen auf Eingänge E0-E7 einer Auswerteschaltung
63. Ein Ausgang FA der Auswerteschaltung 63 führt
über ein AND-Gatter
55 sowohl auf die Reset-Eingänge der R-S-Flip-Flops 47-54 also auf den Reset-Eingang
eines Zählers 29. Der Ausgang des Zählers 29 führt auf einen weiteren Eingang des
NOR-Gatters 27. Zwei Eingänge eines EX-OR-Gatters 30 sind jeweils mit den Datensignalen
B6 und B7 verbunden.
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Einem NAND-Gatter 28 wird sowohl das Vergleichsergebnis e8 als auch
der Systemtakt T zugeführt. Sein Ausgang ist mit dem Eingang des Zählers 29 verbunden.
Das AND-Gatter 55 hat zusätzlich einen Eingang für ein Startsignal ST. Die Auswerteschaltung
63 hat drei Ausgänge QA, QB und QC, die das Vergleichsergebnis in Form einer dreistelligen
Binärzahl liefern.
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Fig. 4 zeigt die Spannungsverläufe zur Erklärung der Funktionsweise
von Fig. 3. Solange das Startsignal ST logisch 2'0" ist, sind die R-S-Flip-Flops
47 bis 54 zurückgesetzt und der Zähler 29 steht auf ~0". Mit Startsignal ST logisch
"1" werden die Flip-Flops 47-54 und der Zähler 29 freigegeben.
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Die Daten signale B0-B7 werden in den EX-OR-Gattern 31-38 mit dem
vorgegebenen Datensignal A3 verglichen und liefern die Vergleichsergebnisse e0-e7.
Alle Signale besitzen den gleichen Bittakt T. Sobald ein Vergleichsergebnis zum
ersten Mal logisch "1" wird, das heißt die Eingangswerte unterschiedlich sind, wird
das entsprechende Flip-Flop 47-54 gesetzt. Wie der Fig. 4 zu entnehmen ist, kann
solange kein Vergleichsergebnis e0-e7 erzielt werden, wie die Binärwerte des vorgegebenen
Signals A3 und der zu vergleichenden Datensignale B0-B7 unverändert bleiben. Sobald
jedoch ein abweichendes Bit auftaucht, kann schlagartig ein eindeutiges Vergleichsergebnis
eine7 erzielt werden. Dieses innerhalb kurzer Zeit erzieltes Ergebnis ist jedoch
unsicher, wenn die Gefahr von Störungen besteht. Das abweichende Bit könnte durch
eine Störeinstreuung gleichzeitig im Signal A3 und B0-B7 entstanden sein. Es würde
in diesem Fall zu einem falschen Vergleichsergebnis führen.
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Aus Gründen der Störsicherheit muß über eine längere Zeit beobachtet
werden, ob tatsächlich eines der R-S-Flip-Flops et7-54 nicht gesetzt wird. Erst
dann kann das Vergleichsergebnis e0-e7 als gesichert angesehen werden. Der Zähler
29 bestimmt die Zeit. Eine Verdopplung dieser Sicherheitszeit bedeutet eine zusätzliche
Zählerstufe. Bei Verz.Fendung der Korrelationsschaltung gemäß Fig. 1 müßte der gesamte
Aufwand dieser Schaltung verdoppelt werden.
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Obwohl die Schaltung gemäß Fig. s den Vergleich sämtlicher Bits gleichzeitig
durchführt, ist sie bei der Verarbeitung bitserieller Signale nicht schneller als
die Schaltung gemaß Fig. 3, da die Schieberegister 13, 14 ja zunächst einmal mit
den zu prüfenden Signalen 11, 12 gefüllt werden müssen.
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Im Falle von Störungen kann die Schaltung gemäß Fig. 3 sogar zeitsparender
arbeiten. Beim Auftreten einer Störung werden meist sofort alle R-S-Flip-Flops 47-54
gesetzt. Dies erkennt die Auswerteschaltung 63. Der Ausgang FA wird logisch "0".
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Der Vergleichsvorgang wird sofort neu gestartet, indem alle R-S-Flip-Flops
47-54 und der Zähler 29 zurückgesetzt werden.
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Bei Verwendung der Korrelationsschaltung gemäß Fig. 1 kann die Störung
erst festgestellt werden, wenn die Schieberegister 13, 14 gefüllt sind und dann
der Korrelatorausgang 20 kein eindeutiges Vergleichsergebnis liefert. Bei der Schaltung
gemäß Fig. 1 wird für einen Vergleichsvorgang stets die gleiche Anzahl von Bits
verwendet. Die Sicherheit des Vergleichsergebnisses ist daher stark vom Signalverlauf
abhängig. Wenn z.B.
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während der Vergleichszeit nur ein Bit von den übrigen Bits abweicht,
kann zwar ein Vergleichsergebnis erzielt werden, das Ergebnis ist jedoch verhältnismäßig
unsicher, da, wie bereits beschrieben, dieses abweichende Bit auch auf eine Störung
zurückzuführen sein kann. Bei. einem Signal mit vielen Pegelübergängen wird man
dagegen ein sehr sicheres Vergleichsergebnis erzielen, bzw. Störungen erkennen können.
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Der Zähler 29 in Fig. 3 kann auf einen Wert kleiner ctls 6» eingestellt
sein und trotzdem kann das Vergleichsergebnis Schewr sein als bei Verwendung einer
Schaltung gemäß Fig. < mit 64 Stufen. Je mehr Pegelübergänge innerhalb eines
Signal.
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vorkommen, desto sicherer ist das Vergleichsergebnis. Daher ist es
vorteilhaft, mit dem Zähler 29 nicht den Bittakt, sondern die Pegelübergänge des
Eingangssignals zu zählen.
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Diese Zählimpulse werden durch das EX-OR-Gatter 30 aus den Signalen
B6 und B7 erzeugt. Das Vergleichsergebnis e8 wird bei jedem Pegelübergang des Signals
für eine Bitperiode logisch "1" und sorgt dafür, daß dem Zähler 29 über das NAND-Gatter
28 ein Taktimpuls zugeführt wird. Die rechte Hälfte von Fig. d zeigt, daß während
der Dauer periodischer Bitfolgen bestimmte Flip-Flops nicht gesetzt werden. Nur
bei Unregelmäßigkeiten der periodischen Folge bzw. zu Beginn oder Ende der Folge
können alle Flip-Flops gesetzt werden. Die Problematik, bei einer periodischen Bitfolge
ein eindeutiges Vergleichsergebnis zu erzielen, besteht in gleicher Weise bei einer
Schaltung, die mit einem Korrelator gemäß Fig.
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arbeitet.
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Bei einer Schaltung gemäß Fig. 3 kann jedoch leicht dafür gesorgt
werden, daß der Vergleichsvorgang erst dann abgeschlossen wird, wenn alle Flip-Flops
bis auf eins gesetzt sind, so daß das Vergleichsergebnis eindeutig ist.
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Fig. 5 zeigt die erforderliche Schaltungserweiterung. Das logische
Verhalten der Auswerteschaltung 63, z.B. für das IC 74148 ist in der nachstehenden
Tabelle aufgezeigt.
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Eingänge Ausgänge FA EO E ' E2 E3 E ES E6 E7 QC OB QA FA X X X X X
X X x 4 1 1 1 X X X X X X X 0 0 0 0 1 X X X X X X 0 1 0 0 1 1 X X X x X 0 0 a O
X X X X 0 1 1 1 0 1 1 1 X X X 0 1 1 M 1 1 0 0 1 X X 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 x 0 1 1
1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 O Die verwendete Auswerteschaltung
63 arbeitet nicht eindäutig. Sie ist nur in der Lage, eindeutig festzustellen, daß
alle Eingänge logisch "1" sind. Sie liefert dann am Ausgang FA eine logische ~0".
Um zu erkennen, daß ein eindeutiges Vergleichsergebnis vorliegt, ist es erforderlich,
daß die Schaltung erkennt, daß nur einer der Eingänge logisch "0" ist.
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Dazu werden in Fig. 5 zwei Auswerteschaltungen 59, 60 mit entgegengesetzter
Eingangsreihenfolge zusammengeschaltet.
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Die Ausgänge QA, OB, QC der beiden Auswerteschaltungen 59, 60 sind
über drei EX-OR-Gatter 61-63 und einem AND-Gatter 64 zusammengefaßt. Der Ausgang
des AND-Gatters 64 kann nur dann logisch "1" werden, wenn die beiden durch die Ausgangswerte
QA, OB, OG gebildeten Zahlen komplementär sind. Dieser Fall kann aber in der Fig.
5 nur dann eintreten, wenn genau einer der Eingänge logisch "0" ist. Das Umschaltsignal
U wird nur dann logisch ~1", wenn der Zähler 29 seinen Endstand erreicht hat und
ein wirklich eindeutiges Vergleichsergebnis vorliegt.
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Der Zähler 29 sorgt für genügend große Sicherheit bei Signalfolgen,
die zu einem sehr schnellen Vergleichsergebnis führen, während die Schaltungserweiterung
gemäß Fig. 5 dafür sorgt, daß bei Signal folgen, die über längere Zeit kein eindeutiges
Vergleichsergebnis ermöglichen, gewartet wird, bis Eindeutigkeit vorliegt.
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Die Schaltungserweiterung ist sicher in den meisten Anwendungsfällen
nicht erforderlich, wenn der Endstand des Zählers Z nicht zu klein gewählt wird
(z.B. 32 oder 64).
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In diesem Fall ist es äußerst unwahrscheinlich, daß beim erreichen
des Zählerstandes mehr als ein Flip-Flop noch auf L ist.