DE3730560A1 - Verfahren und vorrichtung zur uebertragung von impulssignalen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Impulssignalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Sie betrifft insbesondere die Hochgeschwindigkeits-Fernübertragung von Daten zwischen einer Sende- und Empfangsstation.

Bei der Übermittlung von Daten muß häufig auf vorhandene Übertragungskanäle zurückgegriffen werden. Dabei erforderte eine serielle Hochgeschwindigkeits-Übertragung bislang die zusätzliche Übertragung eines Synchrontaktes, um die Empfangsstation auf die Sendestation zu synchronisieren, wozu ein zusätzlicher Übertragungskanal vorgesehen werden mußte. Eine Datenübertragung ohne zusätzlichen Synchrontakt war bislang nur in unteren Geschwindigkeitsbereichen möglich, bei welchen die Baudraten im Bereich zwischen 110 und 19 200 Bit/sec liegen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, welche eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung ohne die Bereitstellung zusätzlicher Übertragungskanäle ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 4 gelöst.

Demnach wird die Folge von binären Impulssignalen beim Sender in Impulse von unterschiedlicher Länge umgewandelt und auf der Empfangsseite aus den übertragenen Impulsen unterschiedlicher Länge erneut eine analoge Folge von binären Impulsen geschaffen. Dabei können die übertragenen Impulse kurzer Länge dem Binärwert "0" und größerer Länge dem Binärwert "1" entsprechen. Es wurde nämlich festgestellt, daß die vordere Flanke jedes übertragenen Impulses gleichzeitig als Taktsignal verwendet werden kann, während das zeitliche Auftreten der abfallenden Flanke jedes übertragenen Impulses die Binärinformation enthält, so daß sowohl Binärwerte "0" wie auch Binärwerte "1" seriell in Form von Impulsen übertragen werden können, ohne daß es eines zusätzlichen Synchronimpulses bedarf. Die Erfindung ermöglicht dadurch eine Hochgeschwindigkeits-Übertragung mit Baudraten von mehreren Megabyte/sek. auf einem einzigen z. B. bestehenden Übertragungskanal. Außerdem können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ohne weiteres auch Zusatzbefehle auf diesem Wege weitergeleitet werden.

Bezüglich des Aufbaues der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Patentansprüche 4 bis 10 verwiesen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht zur Erläuterung der Funktionsweise der Erfindung,

Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm eines sendeseitigen Signalwandlers gemäß der Erfindung, und

Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm eines empfangsseitigen Signalwandlers gemäß der Erfindung.

Eine über einen Datenkanal übertragene binäre Impulsfolge besteht bekanntlich aus Binärwerten "0" und Binärwerten "1", wobei innerhalb der Impulsfolge zwei oder mehrere aufeinanderfolgende Binärwerte "1" auftreten können. Bei Abwesenheit eines genauen Taktsignales auf der Empfangsseite ergibt sich dann die Schwierigkeit, daß die Auswerteschaltung feststellen muß, daß es sich bei dem einlaufenden Impuls um mehrere getrennte Binärwerte "1" handelt. Ähnliches gilt beim Auftreten von mehreren aufeinanderfolgenden Binärwerten "0", in welchem Fall die Auswerteschaltung ebenfalls die genaue Anzahl von aufeinanderfolgenden Binärwerten "0" erkennen muß, was bei hoher Datenübertragungsgeschwindigkeit und Abwesenheit eines sendeseitig zugeführten Taktsignales Schwierigkeiten bereitet.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl Binärwerte "0" wie auch Binärwerte "1" generell nur in Form von Binärwerten "1" übertragen, wobei die zu übertragende Information durch die Dauer der übertragenen Impulse festgelegt wird.

So wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, kann beispielsweise ein logischer Wert "0" durch einen Impuls mit einer Impulsdauer A charakterisiert sein, während ein logischer Wert "1" durch einen Impuls mit der Impulsdauer B festgelegt ist. Darüber hinaus können Impulse mit größeren Impulslängen C, D und E vorgesehen sein, mit welchen Zusatzbefehle, beispielsweise Blockmarkierungen oder die Freigabe bei bidirektionalem Datentransfer, übermittelt werden.

Auf der Empfangsseite erfolgt die Signalauswertung in der Weise, daß im Anschluß an das Auftreten einer ansteigenden Impulsflanke zum Zeitpunkt "0" nach einem Zeitintervall T 1 untersucht wird, ob das übertragene Signal den Binärwert "0" oder "1" besitzt. Falls das Signal zum Zeitpunkt T 1 eine Amplitude null aufweist, handelt es sich somit um einen Impuls kurzer Dauer, was einen Binärwert "0" bedeutet, während ein hoher Amplitudenwert zum Zeitpunkt T 1 einen Hinweis für das Vorhandensein eines Impulses größerer Dauer darstellt, was entweder einem logischen Wert "1" oder einem Zusatzbefehl entspricht. Im Hinblick auf eine eindeutige Festlegung eines logischen Wertes "1" muß dann zusätzlich zu einem Zeitpunkt T 2 eine Signalüberprüfung vorgenommen werden: Falls dieselbe zum Zeitpunkt T 2 einen niedrigen Signalwert besitzt, ergibt sich eine eindeutige Festlegung, daß das eingetroffene Impulssignal einem logischen Wert "1" zugeordnet werden muß. Durch entsprechende Abtastungen zu den Zeitpunkten T 3 und Tn kann dann ebenfalls eine eindeutige Festlegung bezüglich des Vorhandenseins von einem der Zusatzbefehle vorgenommen werden.

Fig. 2 zeigt einen sendeseitigen Signalwandler 1, so wie er zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann. Dieser sendeseitige Signalwandler 1 besitzt dabei fünf parallel zueinander angeordnete Mono Flops 2 bis 6, welche ausgangsseitig über ein logisches Glied bzw. ODER-Gatter 7 an dem jeweiligen Übertragungskanal 8 angeschlossen sein können. Diese Mono Flops 2 bis 6 sind dabei derart ausgebildet, daß vom Zeitpunkt der Zufuhr eines Taktsignales bei gleichzeitiger Aktivierung der jeweiligen Freigabeklemme das betreffende Mono Flop 2 bis 6 gesetzt wird, während das Rücksetzen des betreffenden Mono Flops 2 bis 6 nach einem vorgegebenen Zeitintervall A bis E erfolgt, wobei diese Zeitintervalle A bis E den in Fig. 1 entsprechenden Zeitintervallen entsprechen.

Die Ansteuerung der Freigabeklemmen der die Impulse A und B bildenden Mono Flops 2 und 3 erfolgt von einem n-Bit Parallel/Serienwandler 9, welchem eingangsseitig parallel die zu übertragende Impulssignalfolge n-Bit mit einem entsprechenden Startsignal zugeführt wird. Die Freigabeklemmen der anderen Mono Flops 4 bis 6 sind hingegen an getrennte Klemmen 10 bis 12 geführt, an welchen die Zuleitung der in Fig. 1 angedeuteten Zusatzbefehle erfolgt.

Die taktmäßige Ansteuerung der Mono Flops 2 bis 6 erfolgt von einem Start/Stop-Generator 13, welcher eingangsseitig unter Bildung einer geschlossenen Schleife von einem n-Bit Dezimalzähler 14 angesteuert ist. Diesem n-Bit Dezimalzähler 14 wird von außen her ein Startsignal zugeführt, während das Ausgangssignal des Start/Stop-Generators 13 zusätzlich dem n-Bit Parallel/Serienwandler 9 zugeführt ist. Letzterer ist dabei vorzugsweise in Form eines Schieberegisters ausgebildet. Die Schaltanordnung ist dabei derart getroffen, daß bei Vorhandensein eines Binärwertes "0" das Mono Flop 2 freigegeben wird, während bei Vorhandensein eines Binärwertes "1" eine Freigabe des Mono Flops 3 erfolgt.

Der in Fig. 3 dargestellte empfangsseitige Signalwandler 15 besteht ebenfalls aus einer Anzahl von parallel geschalteten Mono Flops 16 bis 19, welche eingangsseitig über einen der Signalformung dienenden Schmitt-Trigger 20 mit dem in Fig. 2 dargestellten Übertragungskanal 8 verbunden sind.

Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 20 ist ebenfalls einem n-Bit Serien/Parallelwandler 21 zugeführt, welcher vorzugsweise ebenfalls in Form eines Schieberegisters ausgebildet ist. Dieser n-Bit Serien/Parallelwandler 21 erhält als Taktsignal das Ausgangssignal des ersten Mono Flops 16, welches nach dem Auftreten einer ansteigenden Impulsflanke jeweils nach dem in Fig. 1 angedeuteten Zeitintervall T 1 zum Abfallen gelangt, so daß innerhalb des n-Bit Serien/Parallelwandlers 21 zu diesem Zeitpunkt untersucht werden kann, ob der Signalwert einen hohen oder niedrigen Signalwert aufweist, was darüber entscheidet, ob es sich bei dem einlaufenden Impuls um einen Binärwert "0" oder einem Binärwert "1" handelt. Der n-Bit Serien/Parallelwandler 21 gibt dann ausgangsseitig jeweils ein Startbit sowie einen Datenblock mit n-1 Bit an einen n-1 Bit Speicher 22 ab.

Die weiteren Mono Flops 17 bis 19 sind ausgangsseitig mit UND-Gliedern 23 bis 25 verbunden, welchen an ihren zweiten Eingängen das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 20 zugführt wird. Von diesen UND-Gliedern 23 bis 25 können dann, wie dargestellt, die verschiedenen Zusatzbefehle abgeleitet werden.

Vorzugsweise werden die Mono Flops 2-6, 16-19 der sende- und empfangsseitigen Signalwandler 1, 15 derart ausgebildet, daß die Rückstellperioden B, C, D, E der Mono Flops 3-6 des sendeseitigen Signalwandlers 1 ganzzahlige Vielfache der Rückstellperiode A des ersten Mono Flops 2 sind, während die Rückstellperioden T 1, T 2, T 3, Tn der Mono Flops 16-19 des empfangsseitigen Signalwandlers 15 dem 1 1/2, 2 1/2, 3 1/2 und 4 1/2-fachen Wert der Rückstellperiode A des ersten Mono Flops 2 des sendeseitigen Signalwandlers 1 entsprechen.

Anhand von Versuchen mit einer Laborschaltung mit kommerziellen Bauteilen konnte festgestellt werden, daß bei Verwendung von Signalwandlern 1 und 15 gemäß Fig. 2 und 3 eine störungsfreie Signalübertragung auf selbstsynchronisierender Basis durchgeführt werden kann, bei welcher die in Fig. 1 dargestellten Impulse A kürzerer Dauer für die Festlegung von Binärwerten "0" eine Impulsdauer von 25 nsec. besaßen, während für die Übertragung der längeren Impulse B für die Festlegung von Binärwerten "1" Impulsdauern von etwa 50 nsec. benötigt wurden. Anhand dieser Werte ist erkennbar, daß bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens Baudraten von mehreren Megabyte/sec. erzielbar sind, ohne daß dabei ein zusätzlicher Bit-Takt mitübertragen werden müßte. Bei Verwendung von sende­ und empfangsseitigen Signalwandlern 1 und 15 in voll integrierter Bauweise ist im übrigen zu erwarten, daß eine weitere Erhöhung der Übertragungsraten erreicht werden kann.

Zusammengefaßt wird ein Datenblock mit n-Daten, wobei das erste Bit eine logische "1", d.h. das Startbit ist, in den Parallel/Serienwandler 9 eingeschrieben. Der Zähler 14 wird durch den Startbefehl zurückgesetzt und gibt den Start/Stop-Generator 13 frei. Das am Ausgang des Parallel/Serienwandlers 9 anliegende Bit ist auf die Freigabeeingänge der ersten und zweiten Mono Flops 2, 3 geschaltet, wobei das erste Mono Flop 2 bei 0-Pegel, das zweite Mono Flop 3 bei 1-Pegel freigibt. Der Takt setzt das freigegebene Mono Flop, dessen Ausgang nach der vorgegebenen Zeit wieder zurückgesetzt wird. Über das logische Glied oder ODER-Gatter 7 wird der serielle Datenblock der Übertragungsleitung 8 über einen nicht gezeigten Leitungstreiber zugeführt. Ist das letzte Bit übertragen, stopt der Ausgang des Zählers 14 den Generator 13.

Empfangsseitig setzt die positive Flanke der eingehenden Impulse die invertierten Ausgänge der Mono Flops auf 0. Nach der Zeit T 1 (=1 1/2 Impulsbreite A) fällt das Mono Flop 16 zurück und taktet mit der positiven Flanke den Serien/Parallelwandler 21. Steht nach der Zeit T 1 noch eine logische "1" (Impulsbreite B) an, wird eine "1" in den Wandler 21 eingegeben. Bei Erscheinen des Startbits am Ausgang des Wandlers 21 wird der Datenblock zur weiteren Verarbeitung in den Speicher 22 übertragen.

Die Erfindung wurde anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß anhand der gegebenen Lehre sich dem Fachmann anbietende Detailänderungen und sonstige Modifikationen vorgenommen werden können, ohne daß dadurch der Schutzbereich der Erfindung verlassen wird.

Claims (10)

1. Verfahren zum Übertragen von Impulssignalen mit binären Werten "0" und "1" zwischen einem Sender und einem Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß die binären Werte "0" und "1" einer Impulsfolge sendeseitig in Impulse unterschiedlicher Länge umgewandelt werden und empfangsseitig aus den übertragenen Impulsen unterschiedlicher Länge wieder eine Impulsfolge mit Binärwerten "0" und "1" abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsumsetzung derart erfolgt, daß den übertragenen Impulsen kurzer Länge die Binärwerte "0" und den übertragenen Impulsen größerer Länge die Binärwerte "1" zugeordnet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Zusatzbefehlen Impulse mit anderer Länge als die den Binärwerten "0" und "1" zugeordneten Impulse zugeordnet werden.

4. Vorrichtung zur Übertragung von Impulsen mit binären Werten "0" und "1" zwischen einem Sender und einem Empfänger, gekennzeichnet durch eine sende- und empfangsseitige Schaltungseinrichtung (1, 15) zur Umsetzung einer Impulsfolge mit den binären Werten "0" und "1" in Impulse A, B unterschiedlicher Länge und zur Rückumsetzung der Impulse unterschiedlicher Länge in eine Impulsfolge mit Binärwerten "0" und "1".

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sendeseitige Schaltungseinrichtung (1) wenigstens erste und zweite parallel liegende Mono Flops (2, 3) zur Verarbeitung der Binärwerte "0" und "1" aufweist, deren Ausgänge über ein logisches Glied (7) mit einer Übertragungsleitung (8) verbindbar sind, während die Freigabeeingänge der Mono Flops mit einem gemeinsamen Parallel/Serienwandler (9) verbunden sind, dem ein Startsignal sowie eine Impulsfolge mit n-1 Bit zuführbar ist, und deren Takteingänge von einem Start/Stop-Generator (13) angesteuert werden, der mit einem durch ein Startsignal getriggerten n-Bit Zähler (14) verbunden ist, und daß die empfangsseitige Schaltungseinrichtung (15) wenigstens einen mit der Übertragungsleitung (8) verbindbaren Mono Flop (16) zur Umsetzung der übertragenen längenmodulierten Impulsfolge in ein Taktsignal mit den Binärwerten "0" und "1" umfaßt, welches an einem Serien/Parallelwandler (21) anliegt, der eine dem eingangsseitigen Startsignal entsprechendes Startsignal sowie eine der eingangsseitigen Impulsfolge entsprechende Impulsfolge mit n-1 Bit liefert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Serien/Parallelwandler (1, 21) Schieberegister sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des empfangsseitigen Serien/Parallelwandlers (21) mit einem n-1 Bit Speicher (22) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der sendeseitigen Schaltungseinrichtung (1) wenigstens ein weiterer durch den Start/Stop-Generator (13) getakteter Mono Flop (4, 5, 6) zur Umsetzung eines an seinem Freigabeeingang anliegenden Befehlssignales in ein Signal anderer Länge als die Länge der Impulsfolge mit den Binärwerten "0" und "1" parallel zugeordnet ist, welche empfangsseitig an wenigstens einem weiteren, ausgangsseitig mit einem UND-Glied (23, 24, 25) verbundenen Mono Flop (17, 18, 19) zur Umsetzung des längenmodulierten Signales in ein entsprechendes Befehlssignal anliegen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mono Flops (2-6, 16-19) der sende- und empfangsseitigen Schaltungseinrichtungen (1, 15) derart ausgebildet sind, daß die Rückstellperioden (B, C, D, E) der sendeseitigen zweiten und weiteren Mono Flops (3-6) sich um ein ganzzahliges Vielfaches von der Rückstellperiode des ersten sendeseitigen Mono Flops (2) unterscheiden, während die Rückstellperioden (T ₁, T ₂, T ₃, T _n ) der empfangsseitigen Mono Flops (16-19) dem 1 1/2, 2 1/2, 3 1/2 usw. fachen Wert der Rückstellperiode (A) des ersten sendeseitigen Mono Flops (2) entsprechen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die sende- und empfangsseitigen Schaltungseinrichtungen (1, 15) als integrierte Schaltkreise ausgebildet sind.