DE4028744A1 - Verfahren und anordnung zur abstimmung der frequenz eines empfaengerseitigen taktgenerators auf die frequenz und die phasenlage eines empfangenen taktes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Abstimmung der Frequenz eines empfänger­ seitigen Taktgenerators auf die Frequenz und die Phasen­ lage eines empfangenen Taktes.

Das Verfahren und die Anordnung lassen sich beispiels­ weise im Rahmen der digitalen Datenübertragung in Fern­ wirksystemen anwenden. Die in digitalen Übertragungssy­ stemen zur Datenübertragung benutzten Zeichen sind mit einem Taktsignal synchronisiert. Dieses zugrundeliegende Taktsignal wird am Empfangsort benötigt zur Erkennung und Decodierung der empfangenen Zeichen. Empfangsseitig wird das Taktsignal mit Hilfe eines Taktgenerators be­ reitgestellt, dessen Frequenz und Phasenlage auf die Taktfrequenz des sendenden Taktgenerators abgestimmt wird. Zur Abstimmung des empfängerseitigen Taktgenera­ tors benutzt man die in übertragenen Zeichnen enthaltene oder zusätzlich übertragene Taktinformation. Da die emp­ fangene Taktinformation infolge Signalverzerrungen, die bei der Übertragung auftreten können, vorübergehend feh­ lerhaft sein oder sogar ganz fehlen kann, soll der emp­ fangsseitige Taktgenerator eine gewisse Langzeitstabili­ tät seiner Frequenz aufweisen.

Es ist bekannt, Empfänger-Oszillatoren oder Taktgenera­ toren mit einen Schwingquarz als frequenzbestimmenden Element aufzubauen und eine Abstimmung auf die Frequenz des Sendetakts mit Hilfe von sogennanten PLL-Schaltungen vorzunehmen. Dieses als Nachlaufsynchronisation bekannte Verfahren zur Abstimmung eines Empfänger-Oszillators ist beispielsweise in U. Tietze, Ch. Schenk, Halbleiter­ schaltungstechnik, 5. Auflage, Springer-Verlag 1980, Kapitel 26.4, Nachlaufsynchronisation (PLL), Seite 701 bis 703 beschrieben.

Diese bekannte Anordnung mit einem analog arbeitenden Phasenregelkreis und einem quarzstabilisierten Oszilla­ tor hat den Nachteil, daß sie im Rahmen integrierter Schaltkreise nicht oder nur mit großem Aufwand reali­ sierbar ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein an­ deres Verfahren zur Abstimmung eines Taktgenerators so­ wie eine darauf basierende Taktgeneratoranordnung anzu­ geben, die sich in integrierten digitalen Schaltkreisen auf einfache Weise realisieren lassen.

Diese Aufgabe wird durch eim Abstimmungsverfahren gemäß dem Anspruch 1 bzw. eine Anordnung gemäß dem Anspruch 2 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren und die Anordnung haben insbesondere den Vorteil, daß beispielsweise bei einer Realisierung als Teil einer LSI-Schaltung keine externen Bauelemente zur Abstimmung zugeschaltet werden müssen. An die Frequenzstabilität des erforderlichen Oszillators werden keine hohen Ansprüche gestellt.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 prinzipielle Anordnung eines Taktgenerators,

Fig. 2 Blockschema eines realisierten Taktgenerators,

Fig. 3 Impulsdiagramm.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines empfänger­ seitigen Taktgenerators 1, der einen freischwingenden Oszillator 2 und einen Frequenzteiler 3 enthält, wobei das Teilungsverhältnis des Frequenzteilers 3 über ein Steuerwerk 4 in Abhängigkeit von einem empfangenen Takt ET beeinflußt wird. Der Taktgenerator 1 gibt einen auf den empfangenen Takt ET abgestimmten Ausgangstakt AT aus.

Fig. 2 zeigt ein Blockschema eines erfindungsgemäßen Taktgenerators 1. Das Steuerwerk 4 ist realisiert durch einen Synchronisierbaustein 5 und einen Steuerbaustein 6, der Frequenzteiler 3 durch einen ersten Zähler 7, einen Vergleicher 8 und einen zweiten Zähler 9.

Dem Synchronisierbaustein 5 ist der empfangsseitige Takt ET zugeführt, außerdem ein vom Oszillator 2 ausgegebener Oszillatortakt OT. Der Synchronisierbaustein 5 gibt ei­ nen synchronisierten Takt ST an den Steuerungsbaustein 6 ab. Dem Zählereingang CL des ersten Zählers 7 ist der Oszillatortakt OT zugeführt. Der erreichte Zählerstand wird am Ausgang A des ersten Zählers 7 ausgegeben und ist außerdem auf einen ersten Eingang E1 des Vergleichers 8 geführt. Der zweite Zähler 9 arbeitet als Stellzähler. Der eingestellte Zählwert wird an seinem Ausgang A aus­ gegeben und ist auf einen zweiten Eingang E2 des Ver­ gleichers 8 geführt. Jeweils bei Übereinstimmung der an den Eingängen E1 und E2 anstehenden Zählwerte wechselt der Vergleicher 8 den Zustand seines Ausgangssignal, das als Ausgangstakt AT vom Taktgenerator 1 ausgegeben wird. Der Ausgangstakt AT ist außerdem zum Steuerbaustein 6 und auf den Rücksetzeingang RE des ersten Zählers 7 geführt. Im Steuerbaustein 6 wird geprüft, ob der synchronisierte Takt ST oder der Ausgangstakt AT später seinen Zustand wechselt. In Abhängigkeit vom Vorzeichen eines so gebildeten positiven oder negativen Differenzsignals D wird im Steuerbaustein 6 jeweils ein positiver oder negativer Stellimpuls SI gebildet und auf einen Eingang E des zweiten Zählers 9 gegeben, der ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler ist und mit Hilfe der Stellimpulse SI auf einen Zählwert eingestellt wird.

Der freischwingende Oszillator 2 ist nicht quarzstabili­ siert und hat lediglich ein RC-Glied als frequenzbestim­ mendes Glied. Die Frequenz des vom Oszillator 2 ausgege­ benen Oszillatortakt OT beträgt ein Vielfaches der Fre­ quenz des empfangenen Taktes ET, auf welchen der vom Taktgenerator 1 ausgegebene Ausgangstakt AT abgestimmt werden soll.

Fig. 3 zeigt beispielhaft die vorgenannten Impulse in einem Impulsdiagramn.

Eine Beschreibung der Arbeitsweise des Taktgenerators 1, soweit sie sich nicht bereits aus vorstehender Beschrei­ bung des Taktgeneratoraufbaus ergibt, erfolgt nachste­ hend anhand der Fig. 2 und 3.

Im Synchronisierbaustein 5 wird der Pegel des von diesem Baustein ausgegebenen synchronisierten Takts ST immer dann gewechselt, wenn gleichzeitig mit der Anstiegsflan­ ke eines Impulses des Oszillatortakts OT ein geänderter Pegel des empfangenen Taktes ET festgestellt wird. Diese Arbeitsweise ist in den oberen drei Impulsreihen der Fig. 3 dargestellt.

Der Zählerstand des zweiten Zählers 9 wird bei einer Initialisierung auf einen Zählerstand gesetzt, der einem Sollwert der Impulslänge des zu erzeugenden Ausgangstak­ tes AT des Taktgenerators 1 entspricht. Da dieser Zäh­ lerstand des zweiten Zählers 9 am zweiten Eingang E2 des Vergleichers 8 ansteht, ändert der Vergleicher 8 den Pegel seines Ausgangstakts AT immer dann, wenn der erste Zähler 7, der die vom Oszillator 2 ausgegebenen Impulse OT zählt, den gleichen Zählerstand wie der zweite Zähler 9 erreicht hat.

Mit jedem Zustandswechsel des Ausgangstakts AT wird der erste Zähler 7 zurückgesetzt.

Im Steuerbaustein 6 werden in Abhängigkeit von dem be­ reits beschriebenen Differenzsignal D positive oder ne­ gative Stellimpulse SI gebildet und an den zweiten Zäh­ ler 9 gegeben, wodurch dessen Zählerstand um 1 erhöht oder erniedrigt wird. Wenn Übereinstimmung zwischen den Impulsen ST und AT besteht, ist das Ziel der Nachrege­ lung, nämlich Übereinstimmung der Frequenz und der Pha­ senlage des Ausgangstakts AT mit dem synchronisierten ST und damit auch dem empfangenen Takt ET erreicht und der Zählwert des zweiten Zählers 9 bleibt konstant. Der Zählwert des zweiten Zählers 9 wird in der Praxis um einen optimalen Wert pendeln.

Im Steuerbaustein 6 wird überwacht, ob ein synchroni­ sierter Takt ST vorliegt. Das bedeutet, daß beim Ausfall des empfangenen Takts nicht etwa aufgrund einer ermit­ telten großen Differenz D Stellimpulse SI an den zweiten Zähler 9 gegeben werden, sondern, daß die Ausgabe von Stellimpulsen SI gesperrt wird. Der Taktgenerator 1 gibt somit den zuvor optimal eingestellten Ausgangstakt AT unverändert weiterhin aus bis neue Empfangstakte ET ein­ treffen.

Bezugszeichenliste

1 empfangsseitiger Taktgenerator
2 freischwingender Oszillator
3 Frequenzteiler
4 Steuerwerk
5 Synchronisierbaustein
6 Steuerbaustein
7 erster Zähler
8 Vergleicher
9 zweiter Zähler
E Eingang
CL Zähleingang
A Zählerausgang
E1 erster Eingang
E2 zweiter Eingang
RE Rücksetzeingang
SI Stellimpuls
ET empfangener Takt
OT Oszillatortakt
ST synchronisierter Takt
AT Ausgangstakt des Vergleichers 8 des Taktgenerators 1

Claims (3)

1. Verfahren zur Abstimmung der Frequenz eines emp­ fängerseitigen Taktgenerators auf die Frequenz und die Phasenlage eines empfangenen Taktes, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• a) durch Synchronisation des empfangenen Takts (ET) mit einem empfangsseitig erzeugten Oszillatortakt (OT) wird ein synchronisierter Takt (ST) gebildet,
• b) ein Vergleicher vergleicht den Zählerstand eines ersten Zählers (7), der die Oszillatortakte (OT) zählt, mit einem in einem zweiten Zähler (9) einge­ stellten Zählwert, wechselt jeweils bei Erreichen der Übereinstimmung der Zählerstände den Pegel sei­ nes Ausgangstaktes (AT) und stellt den zweiten Zäh­ ler (9) zurück,
• c) soweit kein Ausfall des empfangenen Taktes (ET) aufgrund einer Übertragungsstörung vorliegt und somit ein synchronisierter Takt (ST) zur Verfügung steht, wird in Abhängigkeit davon, ob das Impuls­ signal des synchronisierten Takts (ST) oder des Ausgangstakts (AT) später seinen Pegel wechselt ein positiver oder negativer Stellimpuls dem zweiten Zähler (9) zugeführt, wodurch der in dem zweiten Zähler (9) eingestellte Zählwert in entsprechender Richtung geändert wird, um eine Differenz zwischen dem synchronisierten Takt (ST) und dem Ausgangstakt (AT) zu Null zu führen.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Taktge­ nerator (1) einem freischwingenden Oszillator (2) ein von einem Steuerwerk (4) gesteuerter Frequenzteiler (3) nachgeschaltet ist, der einen Ausgangstakt (AT) des Taktgenerators (1) ausgibt, wobei

• a) das Steuerwerk (4) einen Synchronisierbaustein (5) enthält, dem ein empfangener Takt (ET) und ein Os­ zillatortakt (OT) zugeführt sind und der einen syn­ chronisierten Takt (ST) ausgibt und einen Steuer­ baustein (6) enthält, dem der synchronisierte Takt (ST) und der Ausgangstakt (AT) als Eingangsgrößen zugeführt sind und der Stellimpulse (SI) ausgibt,
• b) der Frequenzteiler (3) einen Vergleicher (8) ent­ hält, dem über einen ersten Eingang (E1) der Zäh­ lerstand eines ersten Zählers (7), der die Oszilla­ tortakte (OT) zählt, zugeführt ist und über einen zweiten Eingang (E2), der in einen zweiten Zähler (9) eingestellte und vom Steuerbaustein (6) mit Hilfe der Stellimpulse (SI) gesteuerte Zählerstand zugeführt ist und der den Ausgangstakt (AT) aus­ gibt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Oszillator (2) ein RC-Generator ist.