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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltkreis und ein Verfahren
zum Bereitstellen eines digitalen Datensignals mit einer Vorverzerrung zur Übertragung über ein
Medium mit frequenzabhängigen Übertragungseigenschaften.
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Es
ist wohl bekannt, dass beim Übertragen eines
Signals über
ein frequenzabhängiges
Medium, wie einer realen Übertragungsleitung
mit frequenzabhängigen
Verlusten oder einem optischen Kabel, die Signalform sich in dem
Verlauf der Übertragung
verändern
wird. Eine bandbreitenbegrenzte elektrische Übertragungsleitung wird zum
Beispiel höhere
Verluste für
hohe Frequenzkomponenten eines übertragenen
Signals bewirken als für
niedrigere Frequenzkomponenten. Die Auswirkung des Übertragungsmediums
auf das Signal wird umso ausgeprägter,
desto höher
die Frequenzkomponenten des zu übertragenen
Signals und desto länger
die Übertragungslänge über das
Medium ist. Diese Auswirkung beschränkt die maximale Übertragungslänge und/oder
die maximale Geschwindigkeit eines Signalübertragungssystems mit einem
Signaltreiber bei einer Eingangsseite des Übertragungsmediums und einem
Empfänger zum
Empfangen des durch das Übertragungsmedium
bei der anderen Seite ausgegebenen Signals.
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Moderne
Kommunikationssysteme verwenden digitale Signale zum Tragen von
Information. Verallgemeinert besteht ein digitales Signal aus einer Zufallssequenz
von sogenannten Symbolen, von denen jedes eines oder mehrere Datenbits
darstellt. Wenn ein digitales Signal über ein frequenzabhängiges Medium,
wie eine Übertragungsleitung, übertragen
wird, wird das übertragene
digitale Signale Verzerrungen erleiden, selbst wenn eine perfekte
Anpassung bei der Empfängerseite
und der Senderseite vorliegt, weil die Harmonischen einer höheren Ordnung
in dem Signalspektrum höhere
Verluste als die niedrigeren Frequenzkomponenten des Signalspektrums
erleiden. Kürzere
Pulse in dem digitalen Signal bei der Empfängerseite werden nicht ihre
volle Amplitude erreichen, und die Steigung der ansteigenden und
fallenden Flanken in dem durch den Empfänger gesehenen Signal wird
sich verschlechtern. Dieser Effekt, auch Intersymbol-Interferenz
(Inter Symbol Interference, ISI) genannt, beschränkt die Datenraten, die der
Empfänger
erfassen kann.
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Wie
bekannt ist, ist es möglich
die Datenrate oder die Übertragungslänge über ein
bestimmtes Medium mittels eines Vorverzerrens des digitalen Signals
bei der Eingangsseite des Mediums zu erhöhen. In großen Zügen betrachtet, berücksichtigt
die Vorverzerrung die durch das Übertragungsmedium bewirkte
Verzerrung mittels Hervorhebens von Komponenten des zu übertragenden
Signals, die einen Verlust in dem Übertragungsmedium erleiden
werden. Wie in
DE 198 25 256 offenbart
ist ein herkömmlicher
Weg, ein digitales Signal mit einer Vorverzerrung bereitzustellen,
ein Verzögern
des digitalen Signals um eine Bitperiode oder einen vorbestimmten Bruchteil
der Bitperiode und ein Zusammenfassen bzw. Kombinieren der Amplituden
des digitalen Signals und des verzögerten digitalen Signals. Aus
diesem Dokument ist ein Ausgabe-Pufferschaltkreis bekannt, der fähig ist,
ein digitales Ausgabesignal mit einer Vorverzerrung bereitzustellen
mittels eines Bestimmens des Ausgabesignalpegels abhängig nicht nur
von dem aktuellen zu übertragenden
Datenbit, sondern auch abhängig
von der Vorgeschichte des Ausgabesignals.
US 4,584,690 offenbart ein Minimieren
des Effektes einer Intersymbol-Interferenz durch Bereitstellung
einer digitalen Vorkompensation in dem übertragenen Signal, um die
Anstiegsgeschwindigkeit zwischen aufeinanderfolgenden Bits zu maximieren.
Aus diesem Dokument ist es bekannt, dass Vorkompensationsschema
auf eine Kenntnis des Bitmusters und der in einer Sequenz von Bits
enthaltenen Energiemenge zu stützen.
Wie zum Beispiel aus IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol.
34, Nr. 5, Mai 1999, Seiten 580 bis 585 bekannt, kombiniert eine
sogenannte Voll-Bit-Vorverzerrung die Amplituden des digitalen Datensignals
mit den gewichteten Amplituden einer oder mehrerer verzögerter Versionen
des digitalen Datensignals, wobei jede verzögerte Version eine Verzögerung einer
oder mehrerer voller Bitperioden bezüglich des unverzögerten digitalen Datensignals
hat. Die Anzahl von verzögerten
Versionen des digitalen Datensignals mit unterschiedlicher Verzögerung,
die zusammen kombiniert werden, bestimmen die sogenannte Ordnung
einer Verzerrung. Aus diesem Dokument ist nicht bekannt, dass eine
Partiell-Bit-Vorverzerrung
gleich gut erreichbar ist mittels eines Kombinierens bzw. Zusammenfassens
des digitalen Datensignals mit einer verzögerten Version davon, wobei
die Verzögerung
auf p-mal die Bitperiode gesetzt wird. Ein typischer Wert für p ist
0,5, was Halb-Bit-Vorverzerrung genannt ist.
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Es
sollte beachtet werden, dass der Begriff Bit in diesem Zusammenhang
nicht notwendigerweise eine Einheit einer Information oder eine
Dateneinheit meint. Vielmehr verweist dieser Term im Allgemeinen
in dem Zusammenhang einer Vorverzerrung auf ein wiederholt zufällig auftretendes
konstantes Amplitudensegment einer minimalen Dauer in dem digitalen
Datensignal. In dem Spezialfall, dass das digitale Datensignalformat
binär ist,
unter Bereitstellen von zwei Symbolen, die durch zwei unterschiedliche Signalpegel
dargestellt sind, wobei einer logisch „0" darstellt und der andere Pegel logisch „1" darstellt, hat ein
Segment einer minimalen Dauer die selbe Dauer wie eine Bitperiode.
Es existieren jedoch andere wohl bekannte digitale Datensignalformate,
wobei ein Segment einer minimalen Dauer eine von der Dauer eines
Informationsbits unterschiedliche Dauer hat.
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Ein
herkömmlicher
Weg, dass verzögerte
digitale Datensignal zum Kombinieren mit dem unverzögerten digitalen
Datensignal zu erschaffen, ist es, einen der Bitrate entsprechenden
Takt bzw. Taktgeber und getakteten Zwischenspeicher zu verwenden, um
das digitale Datensignal um ein gegebenes bzw. bestimmtes Vielfaches
oder einen Bruchteil einer Bitperiode zu verzögern. Dieses Verfahren ist
vorteilhaft darin, dass es sich an variierende Bitraten anpassen kann,
aber erfordert die Existenz eines Bitraten-synchronen Taktes. Eine
andere Lösung,
die nicht ein Bit-Takt-Signal erfordert, ist es, eine feste Verzögerung auf
das digitale Datensignal anzuwenden. Diese Lösung ist einfach, aber ermöglicht nicht
signifikante Variationen in der Bitrate des digitalen Datensignals.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schaltkreis und
ein Verfahren bereitzustellen zum Bereitstellen eines digitalen
Datensignals mit einer Vorverzerrung, wobei der Schaltkreis und das
Verfahren Variationen der Datenrate des digitalen Datensignals ermöglichen,
ohne einer Erfordernis zum Bereitstellen eines Bitraten-synchronen
Taktes.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird diese Aufgabe wie in Ansprüchen 1 und 18 definiert gelöst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird einem digitalen Datensignal eine Vorverzerrung gegeben
mittels eines Zusammenfassen bzw. Kombinierens der Amplituden des
digitalen Datensignals und wenigstens einer verzögerten Version des digitalen Datensignals.
Das verzögerte
digitale Datensignal wird von einem Verzögerungsschaltkreis mit einer einstellbaren
Zeitverzögerung
bereitgestellt. Ein Schaltkreis zum Erfassen der Dauer eines Signalmusters
in dem digitalen Datensignal, das die Dauer eines wiederholt auftretenden
Signalsegmentes anzeigt, das die angesichts der aktuellen Datenrate
des Datensignals angemessene Verzögerung bestimmt, erzeugt ein
Einstellungssignal zum Einstellen der durch den einstellbaren Verzögerungsschaltkreis
bereitgestellten Zeitverzögerung.
Auf diese Weise ist es möglich,
eine Voll-Bit- oder Partiell-Bit-Vorverzerrung einer
beliebigen Ordnung dem digitalen Datensignal hinzuzufügen, selbst
wenn die Datenrate des digitalen Datensignals unbekannt ist zur
Zeit des Herstellens des Schaltkreises zum Bereitstellen einer Vorverzögerung oder
variieren darf, ohne eine Erfordernis für einen Bitraten-synchronen Takt.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
die Erfassung der Dauer des die minimale Signalsegmentdauer anzeigenden
Signalmusters erreicht mittels eines Bereitstellens einer Delay
Locked Loop bzw. einer DLL-Schaltungseinheit, die sich auf ein vordefiniertes
Signalmuster einer minimalen Dauer in dem digitalen Datensignal
einregelt. Das erfasste Signalmuster kann eine vordefinierte Sequenz
von Symbolen sein. Für
den Fall, dass das digitale Datensignalformat binär ist, kann
das Signalmuster eine einfache Sequenz von abwechselnden Signalsegmenten
sein, zum Beispiel Pulse .. –V,
+V, –V
... und/oder .. +V, –V,
+V .., oder kann eine komplexere Sequenz wie .. –V, +V, –V, +V, .. und/oder .. +V, –V, +V, –V .. sein.
Es ist offensichtlich, dass eine Vielzahl von Möglichkeiten existiert zum Auswählen von
Signalmustern, die zum Erfassen der minimalen Dauer von Signalsegmenten
in dem digitalen Datensignal verwendet werden können. Vorzugsweise stellt der Detektor-Schaltkreis
die Verzögerung
des Verzögerungsschaltkreises
in Übereinstimmung
mit der erfassten minimalen Signalmusterdauer ein und unterlässt ein
Einstellen der Verzögerung,
wenn ähnliche Signalmuster
einer längeren
Dauer in dem digitalen Signal auftreten.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
wird die Erfassung der Dauer eines wiederholt auftretenden Signalmusters
in dem digitalen Datensignal erreicht mittels eine Abtastens des
digitalen Datensignals bei einer nicht als die Symbolrate geringeren
Abtastrate und eines Erfassens der minimalen Dauer von Signalsegmenten
in dem digitalen Datensignal basierend auf der minimalen Anzahl
von aufeinander folgenden Abtastwerten bzw. Samples der selben Amplitude.
Das Verzögerungseinstellungssignal
wird dann abhängig
von der erfassten minimalen Anzahl von Abastwerten erzeugt. Vor
dem Abtasten kann das digitale Datensignal durch einen digitalen
Teilungsschaltkreis gespeist werden, der eine Frequenzteilung um
N durchführt,
wobei N eine positive ganze Zahl größer als 1 ist. In diesem Fall sollte
die Abtastrate für
das geteilte Signal nicht geringer sein als die Symbolrate des digitalen
Datensignals, geteilt durch N. Die Bereitstellung eines Teilungsschaltkreises
ist vorteilhaft darin, dass es die Geschwindigkeitsanforderungen
an den Erfassungsschaltkreis verringert, wobei dieses von besonderer Wichtigkeit
ist, wenn die durch das digitale Signal zu übertragende Datenrate hoch
ist.
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Vorzugsweise
wird der Betrag der Verzögerung
des digitalen Datensignals abhängig
gemacht von der Symbolrate oder Datenrate des digitalen Datensignals,
so dass die als ein Bruchteil einer Bitperiode ausgedrückte Verzögerung des
digitalen Datensignals größer ist
für digitale
Datensignale mit einer hohen Datenrate als für Datensignale bei einer niedrigeren
Rate. Auf diese Weise kann die Höhe
einer Vorverzerrung die frequenzabhängigen Verlusteigenschaften
von realen Übertragungsleitungen
noch besser über
einen großen
Bereich von Datenraten treffen.
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Im
Folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben:
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines Schaltkreises zum Bereitstellen eines digitalen
Datensignals mit einer Vorverzerrung gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2a bis 2c zeigen
Beispiele von digitalen Datensignalen, um unterschiedliche Datensignalformate
zu veranschaulichen;
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3 zeigt
eine Ausführungsform
eines einstellbaren Verzögerungsschaltkreises
mit einer Delay Locked Loop bzw. einer DLL-Schaltungseinheit;
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4 zeigt
eine spezielle Ausführungsform eines
einstellbaren Verzögerungsschaltkreises
von 3 zum Erzeugen einer Halb-Bit-Vorverzerrung;
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5 zeigt
Wellenformdiagramme zum Veranschaulichen der Operation der Ausführungsform des
adaptiven Verzögerungsschaltkreises
von 4;
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6 zeigt
eine Ausführungsform
eines einstellbaren Verzögerungsschaltkreises;
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7 zeigt
eine Ausführungsform
eines Zusammenfassschaltkreises;
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8a und 8b zeigen
Wellenformdiagramme zum Veranschaulichen von mit einer Vorverzerrung
bereitgestellten digitalen Datensignalen; und
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9 zeigt
eine Ausführungsform
eines Schaltkreises zum Bereitstellen eines digitalen Datensignals
mit einer Vorverzerrung einer höheren Ordnung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Es
sollte beachtet werden, dass in allen Figuren ähnliche oder identische Elemente
mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind. Die Signale bezeichnenden
Bezugsziffern sind darüber
hinaus für
die die jeweiligen Signale tragenden, eingebenden oder ausgebenden
verknüpften
Leitungen und Anschlüsse
verwendet.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines Schaltkreises zum Bereitstellen eines digitalen
Datensignals mit einer Vorverzerrung. In dieser Figur bezeichnet
Bezugsziffer IN einen Eingang des Schaltkreises zum Empfangen eines
digitalen Datensignals. Bezugsziffer 1 bezeichnet einen
Verzögerungsschaltkreis
zum Verzögern
des bei dem Eingang IN empfangenen Signals. DIN bezeichnet einen
Ausgang des Verzögerungsschaltkreises 1,
bei welchem im Betrieb eine verzögerte
Version des digitalen Datensignals bei dem Eingang IN verfügbar ist.
Die Verzögerung
des Verzögerungsschaltkreises 1 ist
einstellbar gemäß einem
Steuersignal bei einem Steuereingang CT des einstellbaren Verzögerungsschaltkreises 1.
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Bezugsziffer 2 bezeichnet
einen Zusammenfassschaltkreis. Dieser Schaltkreis empfängt das
verzögerte
digitale Datensignal von dem Ausgang DIN des Verzögerungsschaltkreises 1 und
empfängt
ferner das digitale Datensignal bei dem Eingang IN. Der Zusammenfassschaltkreis
fasst diese zwei Signale zusammen und erzeugt ein digitales Ausgabesignal bei
einem Ausgang OUT, wobei das Signal bei OUT eine Vorverzerrung hat
zum Kompensieren von frequenzabhängigen
Verlusten in einem bandbreitenbegrenzten Übertragungsmedium. Der Zusammenfassschaltkreis 2 fasst
die Amplituden der Signale beim Anschluss IN und bei dem Ausgang
DIN des Verzögerungsschaltkreises
zusammen mittels eines Addierens der Momentanamplitude des Signals
bei IN und der Momentanamplitude des Signals bei DIN, um das Ausgabesignal
bei OUT zu erzeugen. Vorzugsweise wird, vor einem Zusammenfassen
des Signal bei IN und des verzögerten
Signals bei DIN, wenigstens das Signal bei DIN einem Gewichten mit
einem Faktor unterworfen, der das sogenannte Vorverzerrungsverhältnis (Vpp – Va)/Va
bestimmt, wobei Vpp die Spitze-zu-Spitze-Signalamplitude des vorverzerrten
Signals bei dem Ausgang OUT des Zusammenfassschaltkreises 2 ist,
und wobei Va die Spitze-zu-Spitze-Signalamplitude
des Ausgabesignals OUT unter Nicht-Berücksichtigung
der Vorverzerrungskomponente ist.
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Bezugsziffer 3 bezeichnet
einen Erfassungsschaltkreis zum Erfassen der Dauer eines wiederholt auftretenden
Signalmusters, das eine minimale Signalsegmentdauer in dem digitalen
Datensignal bei dem Eingang IN anzeigt. Der Erfassungsschaltkreis 3 erzeugt
ein Steuersignal CT abhängig
von der erfassten kürzesten
Signalmusterdauer. Der einstellbare Verzögerungsschaltkreis 1 und
der Erfassungsschaltkreis 3 zum Steuern der Verzögerung des
einstellbaren Verzögerungsschaltkreises 1 bildet
einen adaptiven Verzögerungsschaltkreis 4.
Dieser adaptive Verzögerungsschaltkreis 4 kann
die Dauer eines wiederholt auftretenden Signalmusters erfassen,
das eine minimale Signalsegmentdauer in den digitalen Daten bei
dem Eingang IN anzeigt, und dieses Signal gemäß der erfassten Signalmusterdauer
um eine einstellbare Verzögerung
verzögern,
so dass eine Kombination bzw. Zusammenfassung des digitalen Datensignals
bei dem Eingang IN und des verzögerten
digitalen Datensignals bei dem Ausgang DIN des adaptiven Verzögerungsschaltkreises 4 in
einem digitalen Datensignal mit einer angemessenen Vorverzerrung
resultiert. Da der adaptive Verzögerungsschaltkreis
fähig ist,
die Verzögerung
an die Bitperiode T oder vorbestimmte Bruchteile der Bitperiode
des Datensignals anzupassen, ist der in 1 gezeigte Schaltkreis
nicht auf spezifische Bitraten beschränkt. Vielmehr kann ein Schaltkreis
gemäß 1 digitale Datensignale
mit einer Vorverzerrung versehen bei einer Vielzahl von unterschiedlichen
Bitraten.
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2a bis 2c zeigen
Beispiele von digitalen Datensignalen, die mit einer Vorverzerrung durch
einen in 1 gezeigten Schaltkreis versehen werden
können.
Es sollte beachtet werden, dass die in 2a bis 2c gezeigten
Signale dazu dienen, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu
veranschaulichen, wohingegen die Beispiele in 2a bis 2c überhaupt
nicht erschöpfend
sind. Der Fachmann wird leicht erkennen, dass außer den Signalformaten in diesen
Figuren eine große
Vielzahl und Verschiedenheit von anderen digitalen Signalformaten
in einem Schaltkreis gemäß der vorliegenden
Erfindung verarbeitet werden kann.
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2a zeigt
ein Beispiel eines binären
digitalen Datensignals. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, nimmt
das digitale Datensignal einen von zwei Signalpegeln +V und –V in Übereinstimmung
mit den zu übertragenden
binären
Daten an. In dem Beispiel von 2a wird
Datum „0" dargestellt durch
Signalpegel –V,
wohingegen Datum „1" dargestellt wird durch
+V. 2a zeigt eine beliebige Zufallssequenz von „0" und „1" zum Veranschaulichen
eines Stroms von digitalen Daten. S1 bezeichnet
ein zum Darstellen von Datum „1" verwendetes Symbol,
welches in dem Beispiel von 2a eine
konstante Signalamplitude +V für
eine vorbestimmte Zeitperiode ist, nämlich die Bitperiode. Ähnlich bezeichnet
So ein Datum in „0" darstellendes Symbol
durch eine konstante Signalamplitude –V, die sich während der
Bitperiode nicht ändert.
Die Sequenz von Symbolen So und S1 in Übereinstimmung
mit den zu übertragenden
Daten schaffen das digitale Datensignal von 2a. Bezugsziffern
G1, G2, ... bezeichnen Signalsegmente in dem digitalen Datensignal
von 2a, d.h. Zeitintervalle, während welcher sich die Signalamplitude
nicht ändert.
Aus 2a ist ersichtlich, dass in dem Beispiel des binären digitalen
Datensignals die Dauer eines Signalsegmentes einer konstanten Signalamplitude
ein ganzzahliges Vielfaches der Symbolperiode ist, die wiederum
identisch ist mit der Bitperiode.
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Um
das binäre
digitale Datensignal von 2a mit
einer Vorverzerrung zu versehen, stellt der in 1 gezeigte
Erfassungsschaltkreis 3 die Verzögerung T des Verzögerungsschaltkreises 1 auf eine
volle Bitperiode ein, für
den Fall, dass eine Voll-Bit-Vorverzerrung anvisiert ist, oder auf
einen Bruchteil einer Bitperiode, für den Fall, dass eine Partiell-Bit-Vorverzerrung
gewünscht
ist. Um dieses zu tun, bezweckt der Erfassungsschaltkreis 3 ein
Erfassen der Dauer der kürzesten
Signalsegmente, zum Beispiel G1 oder G4 in dem digitalen Datensignal von 2a.
Entsprechend sucht der Erfassungsschaltkreis 3 nach den
kürzesten
Signalmustern in der Form von Pulsen .. –V, +V, –V .. oder .. +V, –V, +V .. und
stellt die Verzögerung
im Schaltkreis 1 abhängig von
der erfassten minimalen Dauer solcher Signalmuster ein. Selbstverständlich kann
der Erfassungsschaltkreis 3 angepasst sein, nur die minimale
Dauer von positiven Pulsen oder die minimale Dauer von negativen
Pulsen zu erfassen, oder er kann beide Arten von Pulsen erfassen
und den Verzögerungsschaltkreis 1 dementsprechend
einstellen. Darüber hinaus
sollte beachtet werden, dass zum Einstellen der Verzögerung des
Verzögerungsschaltkreises 1 passend
zu dem digitalen Datensignal der Erfassungsschaltkreis in 2a zusätzlich oder
alternativ die minimale Dauer von komplexeren Signalmustern erfassen
kann, die aus einer vordefinierten Sequenz von Segmenten wie .. –V, +V, –V, +V ..
oder .. +V, –V, +V, –V .. bestehen.
Aus diesem ist ersichtlich, dass die einzige Begrenzung auf die
Wahl von möglichen Signalmustern zum
Erfassen der minimalen Signalmusterdauer und entsprechenden Steuern
der Verzögerung
die Frequenz eines Auftretens des bestimmten bzw. besonderen Signalmusters
einer minimalen Dauer in dem digitalen Datensignal ist. Je komplexer
das Signalmuster ist, desto seltener tritt das Signalmuster einer
minimalen Dauer auf.
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2b zeigt
ein Beispiel eines digitalen Datensignals, das aus einer Sequenz
von Symbolen S1 und So besteht zum Darstellen
von Datum „1" bzw. Datum „0". Aus 2b ist
ersichtlich, dass Symbol So ein Signalsegment einer Signalamplitude
null ist für
die Dauer einer Bitperiode T, wohingegen das Datum in „1" darstellende Symbol
S1 aus einem ersten Signalsegment G1 einer Dauer T/2 bei Signalamplitude +V
gefolgt durch ein Signalsegment G2 während der
zweiten Hälfte
der selben Bitperiode bei Signalpegel –V besteht. Das digitale Datensignal
von 2b stellt die selbe Datensequenz wie das Datensignal
von 2a dar. Dies dient nur zum Zweck der Veranschaulichung.
Es braucht nicht gesagt zu werden, dass 2b ein
Veranschaulichen eines anderen Datensignalformats und der Operation
der Ausführungsform
von 1 bezweckt, beim Verarbeiten eines zufälligen digitalen
Datensignals mit dem in 2b gezeigten
Format.
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Zum
Versehen eines Signals des in 2b veranschaulichten
Formats mit einer Vorverzerrung, ist es wünschenswert, das digitale Datensignal
von 2b mit einer verzögerten Version des Signals,
im Besitz einer Verzögerung
von vorzugsweise einem Bruchteil einer Hälfte einer Bitperiode P, zusammenzufassen
bzw. zu kombinieren. G1, G2, G3 bezeichnen wieder Signalsegmente
in dem digitalen Datensignal von 2b, wobei
die Signalamplitude konstant bleibt. In dieser Figur entspricht
die minimale Segmentdauer einer halben Bitperiode, und die Segmente
G1 und G2 bezeichnen
Signalsegmente einer minimalen Dauer. Dieses Signalformat ist besonders vorteilhaft
darin, dass es eine starke Komponente einer Grundharmonischen hat,
die einfach erfasst werden kann, zum Beispiel mittels einer Phase
Locked Loop bzw. einer PLL-Schaltungseinheit. Diese Grundharmonische
ist ein Beispiel eines Signalmusters, das die minimale Signalsegmentdauer
anzeigt, da eine feste Beziehung zwischen dieser minimalen Signalsegmentdauer
und der Periode der Komponente einer Grundharmonischen vorliegt.
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2c zeigt
ein weiteres Beispiel eines digitalen Datensignals zum Verarbeiten
in einem Schaltkreis gemäß 1.
Erneut zum Zweck einer Veranschaulichung stellt nur das in 2c gezeigte
Signal die selbe Sequenz von Daten wie in 2a und 2b dar.
Das Signalformat von 2c stellt vier unterschiedliche
Symbole S00, S01,
S10 und S11 dar, wobei
jedes Symbol zwei Bits darstellt. Jedes Symbol entspricht einem
unterschiedlichen von vier verschiedenen Amplitudenpegeln –(3/2)V
bis +(3/2)V während
einer gegebenen Symbolperiode. Ähnlich
den vorhergehenden Figuren bezeichnen Bezugsziffern G1, G2 und G3
Signalsegmente, worin sich die Signalamplitude nicht ändert. G1 und G2 veranschaulichen
Signalsegmente einer minimalen Dauer in dem digitalen Datensignal.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
des adaptiven Verzögerungsschaltkreises 4,
mit Betonung auf der internen Struktur des Erfassungsschaltkreises 3. Alle
Elemente in 3, die entsprechende oder identische
Elemente in 1 haben, sind mit den selben Bezugsziffern
bezeichnet, und es wird auf die Beschreibung dieser Elemente in
Verbindung mit 1 beschrieben. Die Ausführungsform
von 3 erfasst die Dauer eines wiederholt auftretenden
Signalmusters, das eine minimale Signalsegmentdauer in dem digitalen
Datensignal anzeigt, mittels Erfassens einer Zeitverhältnis-Beziehung
bzw. Timing-Beziehung zwischen dem Signalmuster bei dem Eingang
IN und einer verzögerten
Version des Signalmusters bei einem Ausgang CIN des einstellbaren
Verzögerungsschaltkreises 1.
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In 3 bezeichnet
Bezugsziffer 31 einen Komparatorschaltkreis 31 zum
Erfassen einer solchen Zeitverhältnis-Beziehung
und zum Erzeugen eines Steuersignals CH, das die Zeitverhältnis-Beziehung
anzeigt. Bezugsziffer 32 bezeichnet einen Schaltkreis zum
Erzeugen eines Verzögerungseinstellungssignals
gemäß der durch Komparatorschaltkreis 31 erfassten
Zeitverhältnis-Beziehung.
Im speziellen erfasst Komparatorschaltkreis 31 das Auftreten
eines spezifizierten Signalmusters bei dem Eingang IN und erfasst
darüber
hinaus das Auftreten dieses Signalmusters in der verzögerten Version
CIN des digitalen Datensignals und zeigt mittels des Steuersignals
CH an, ob oder nicht eine Überlappung
auf der Zeitachse zwischen dem erfassten Signalmuster bei IN und
dem verzögerten
Signalmuster bei CIN vorliegt. Immer wenn das Signalmuster bei IN
und das verzögerte
Signalmuster CIN nicht überlappen, d.h.
immer wenn das Signalmuster bei IN vorbei ist, bevor das verzögerte Signalmuster
bei CIN beginnt, gibt der Komparatorschaltkreis 31 eine
entsprechende Anzeige an seinem Ausgang CH an einen Schaltkreis 32 zum
Erzeugen eines Verzögerungs-Einstellungssignals.
Basierend auf diesem Steuersignal CH aktualisiert Schaltkreis 32 das
Verzögerungseinstellungssignal
CT an den Verzögerungsschaltkreis 1 mit dem
Ziel, dass das Ende des spezifizierten Signalmusters bei dem Eingang
IN mit dem Beginn des selben Signalmusters in der verzögerten Version
CIN des digitalen Datensignals zusammenfällt. Immer wenn eine Lücke auf
der Zeitachse zwischen diesen zwei Versionen des Signalmusters vorliegt,
verringert der Verzögerungseinstellungssignal-Erzeugungsschaltkreis 32 die
Verzögerung
von Verzögerungsschaltkreis 1,
so dass die durch Verzögerungsschaltkreis
erzeugte Verzögerung
bei dem Ausgang CIN bezüglich
einem Eingang IN schließlich
der minimalen Dauer des Signalmusters entspricht, das wiederholt
in dem digitalen Datensignal auftritt. Die minimale Dauer des spezifizierten
Signalmusters hat wiederum eine feste bekannt Beziehung zu der minimalen Signalsegmentdauer
in dem digitalen Datensignal.
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Bezugsziffer 1 in 3 bezeichnet
einen einstellbaren Verzögerungsschaltkreis
mit einem Eingang IN und mit einem ersten Ausgang CIN zum Ausgeben
einer verzögerten
Version des Signals bei dem Eingang IN als auch einem weiteren Ausgang
CIN zum Ausgeben einer verzögerten
Version des Eingabesignals IN bei einer Verzögerung, die ein vorbestimmtes
Vielfaches der Zeitverzögerung
bei dem Ausgang DIN ist. Die Beziehung in der Verzögerung bei
CIN zu der Verzögerung
bei DIN hängt
davon ab, wie lang die minimale Dauer des spezifizierten Signalmusters
ist, relativ zu der bei DIN gewünschten Verzögerung zum
Erreichen einer Voll-Bit- oder Partiell-Bit-Vorverzerrung. Die Ausgänge CIN
und DIN können
selbstverständlich
die selben sein, wenn die Verzögerung
bei dem Ausgang CIN die selbe ist, wie die Verzögerung bei dem Ausgang DIN.
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4 zeigt
eine spezifische Ausführungsform
des Verzögerungsschaltkreises 1 und
des Erfassungsschaltkreises 3 einschließlich des Komparatorschaltkreises 31 und
des Verzögerungseinstellungssignal-Erzeugungsschaltkreises 32 von 3 zum
Erzeugen einer Partiell-Bit-Vorverzerrung einer ersten Ordnung.
In 4 bezeichnen Bezugsziffern 11 bzw. 12 in
Serie verbundene Verzögerungsschaltkreise.
Der Datensignaleingang von Verzögerungsschaltkreis 11 ist
mit dem Eingang IN des adaptiven Verzögerungsschaltkreises verbunden.
Der Datensignalausgang von Verzögerungsschaltkreis 11 ist mit
dem Datensignaleingang von Verknüpfungsschaltkreis 12 verbunden.
Jeder der Verzögerungsschaltkreise 11 und 12 empfängt ein
Verzögerungseinstellungssignal
CT. Der Datensignalausgang von Verzögerungsschaltkreis 11 stellt
eine verzögerte Version
DIN des digitalen Datensignals bei dem Eingang IN des adaptiven
Verzögerungsschaltkreises 4 bereit,
wobei das Signal DIN verwendet wird zum Vorverzerren des digitalen
Datensignals bei IN, wie vorher beschieben. Der Datenausgang des
Verzögerungsschaltkreises 12 stellt
ein weiter verzögertes
Signal CIN bereit, das durch den Komparator-Schaltkreis 31 verwendet
wird zum Einstellen der Verzögerung
jedes der Verzögerungsschaltkreise 11 und 12, so
dass die durch die Reihenschaltung von Schaltkreisen 11 und 12 erzeugte
gesamte Verzögerung
einer Bit-Periode des digitalen Datensignals entspricht.
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Der
Komparatorschaltkreis 31 in der Ausführungsform von 4 hat
Inverter IN1 bis IN11, NAND-Gatter bzw. Nicht-Und-Gatter ND1, ND2
und NOR-Gatter bzw. Nicht-Oder-Gatter NR1 bis NR3. Schaltkreis 31 empfängt das
digitale Datensignal von dem Eingang IN des adaptiven Verzögerungsschaltkreises
als auch das verzögerte
Signal CIN von dem Ausgang von Verzögerungsschaltkreis 12 und
erzeugt ein Signal CH, das die Zeitverhältnis-Beziehung zwischen einem
spezifizierten Signalmuster bei dem Eingang IN und der verzögerten Version
des Signalmusters CIN bei dem Ausgang des Verzögerungsschaltkreises 12 anzeigt.
In dieser Ausführungsform
ist das die minimale Signalsegmentdauer in dem digitalen Datensignal
anzeigende Signalmuster bei dem Eingang IN ein einzelner Puls von
positiver Polarität,
d.h. .. –V,
+V, –V
.., oder von negativer Polarität,
d.h. .. +V, –V,
+V ... Der Komparator 31 und der Verzögerungseinstellungssignal-Erzeugungsschaltkreis 32 wirken,
die Verzögerung
bei CIN der Kette von Verzögerungsschaltkreisen 11 und 12 einzustellen,
so dass für
Pulse mit einer minimalen Dauer in dem digitalen Datensignal der
Beginn der verzögerten
Version CIN des Pulses mit dem Ende des nicht verzögerten Pulses
bei dem Eingang IN zusammenfällt.
Immer wenn der Komparatorschaltkreis 31 eine Lücke auf
der Zeitachse zwischen diesem Signalmuster bei dem Eingang und der
verzögerten
Version bei dem Ausgang CIN erfasst, wird die durch die Kette von
Verzögerungsschaltkreisen 11 und 12 bereitgestellte
Verzögerung
reduziert mit dem Ziel, die Lücke
zu schließen.
Immer wenn keine Lücke
vorliegt zwischen dem Signalmuster bei dem Eingang und der verzögerten Version
davon, zum Beispiel weil der Puls nicht ein Minimal-Dauer-Puls ist,
erzeugt der Komparatorschaltkreis 31 nicht ein Signal,
das den Verzögerungseinstellungssignal-Erzeugungsschaltkreis 32 veranlassen
würde,
die durch Schaltkreise 11 und 12 erzeugte Verzögerung zu
reduzieren, und dementsprechend bewirken Signalmuster mit einer Dauer
größer als
die minimale Dauer in dem digitalen Datensignal nicht eine Einstellung
der Verzögerung. Folglich
wird die durch die Schaltkreise 11 und 12 in Reihe
erzeugte gesamte Verzögerung
der Dauer von Pulsen entsprechen, die eine minimale Dauer in der Sequenz
von Pulsen in dem digitalen Datensignal haben, und werden somit
der Bitperiode des digitalen Datensignals entsprechen.
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Der
Komparatorschaltkreis 31 dieser Ausführungsform empfängt das
digitale Datensignal von dem Eingang IN bei dem Eingang von Inverter
IN11 und bei einem ersten Eingang des NAND- Gatters ND2. Der Ausgang von Inverter
IN11 ist mit dem Eingang von Inverter IN10 verbunden, dessen Ausgang mit
dem Eingang von Inverter von IN9 verbunden ist, dessen Ausgang mit
dem Eingang des Inverters IN8 verbunden ist, dessen Ausgang mit
einem Eingang des NAND-Gatters ND1 verbunden ist. Der andere Eingang
des NAND-Gatters ND1 ist mit dem Ausgang des Inverters des Inverters
IN11 verbunden. Der zweite Eingang des NAND-Gatters ND2 ist mit dem Ausgang von
Inverter IN9 verbunden. Der Ausgang von NAND-Gatter ND1 ist mit
einem ersten Eingang von NOR-Gatter NR1 verbunden. Der Ausgang von
NAND-Gatter ND2 ist mit einem ersten Eingang des NOR-Gatters NR2
verbunden. Der Ausgang des Verzögerungsschaltkreises 12 ist
mit einem Eingang von Inverter IN5 verbunden. Der Ausgang dieses
Inverters ist mit einem zweiten Eingang des NOR-Gatters NR2 und
mit einem Eingang eines Inverters IN6 verbunden. Der Ausgang von
Inverter IN6 ist mit einem zweiten Eingang des NOR-Gatters NR1 verbunden.
Der Ausgang von NOR-Gatter NR1 ist mit einem ersten Eingang von
NOR-Gatter NR3 verbunden. Der Ausgang von NOR-Gatter NR2 ist mit
einem zweiten Eingang von NOR-Gatter NR3 verbunden. Der Ausgang
von NOR-Gatter NR3 stellt ein Steuersignal CH bereit, das die Zeitverhältnis-Beziehung zwischen
dem spezifizierten Signalmuster bei dem Eingang IN des Verzögerungsschaltkreises 1 und verzögerten Version
des Signalmusters bei dem Ausgang CIN des Verzögerungsschaltkreises 1 anzeigt. Dieses
Steuersignal CH ist mit einem Eingang des Verzögerungseinstellungssignals-Erzeugungsschaltkreises 32 verbunden.
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Der
Verzögerungseinstellungssignal-Erzeugungsschaltkreis 32 dieser
Ausführungsform
ist eine Ladungspumpe, und in diesem Beispiel umfasst er einen p-Kanal-MOSFET-Transistor
MP1, dessen Source-Anschluss mit einem oberen Energieversorgungspotential
VCC verbunden ist. Der Gate-Anschluss
dieses Transistors empfängt
das Steuersignal CH. Der Drain-Anschluss von Transistor MP1 ist mit
dem Drain-Anschluss eines n-Kanal-MOSFET-Transistors MN1 verbunden.
Gate- und Drain-Anschlüsse
dieses Transistors sind miteinander verbunden und mit einem Anschluss
eines Kondensators C1. Der Source-Anschluss von Transistor MN1 und der
andere Anschluss von Kondensator C1 sind mit Massepotential GND
verbunden. Der Drain-Anschluss von Transistor MN1 stellt ein analoges
Steuersignal CT bereit zum Einstellen der Verzögerung der Verzögerungsschaltkreise 11 und 12. Identische
Eigenschaften der Schaltkreise 11 und 12 können erhalten
werden mittels eines Herstellens beider Schaltkreise aus dem selben
Chip zur selben Zeit mit dem selben Prozess, was als solches wohl bekannt
ist. Auf diese Weise wird die Verzögerung von Signal DIN die halbe
Verzögerung
des Signals CIN sein, und eine Bitraten-adaptive Halb-Bit-Vorverzerrung
kann erhalten werden.
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5 zeigt
Wellenformdiagramme zum Veranschaulichen der Operation des Schaltkreises
von 4 in größerem Detail.
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5 umfasst
eine erste Gruppe A und eine zweite Gruppe B von Wellenformen zur
Veranschaulichung der Operation der Ausführungsform von 4.
Die erste Gruppe A von Wellenformen veranschaulicht den Fall, dass
ein Puls einer kürzeren Dauer
als die durch die Verzögerungsschaltkreise 11 und 12 erzeugte
aktuelle Verzögerung
in dem digitalen Datensignal bei dem Eingang IN des einstellbaren
Verzögerungsschaltkreises 4 auftritt.
Wie aus den Wellenformen IN und CIN von Gruppe A in 5 ersichtlich
ist, endet dieser Puls bei dem Eingang IN früher als die verzögerte Version
dieses Pulses bei dem Ausgang CIN beginnt. Diese Situation veranlasst
den Komparatorschaltkreis 31 und den Schaltkreis 32 zum
Erzeugen eines Verzögerungseinstellungssignals
CT, die Verzögerung
des Signals CIN zu reduzieren, um die Lücke zwischen der fallenden Flanke
des Pulses bei IN und der steigenden Flanke des Pulses bei CIN zu
schließen.
In Antwort auf die fallende Flanke des Signals IN, erscheint zu
diesem Zweck ein Puls bei dem Ausgang von NAND-Gatter ND1, wobei
die maximale Dauer dieses Pulses durch die Ausbreitungsverzögerung des
Eingangssignals IN durch die Inverter IN8, IN9 und IN10 bestimmt wird.
Immer wenn dieser Puls N1 erzeugt wird, und der verzögerte Puls
bei CIN noch nicht begonnen hat, erzeugt NOR-Gatter NR1 einen Puls
bei seinem Ausgang, der durch NOR-Gatter NR3 schreitet und als das
Steuersignal CH bei dem Ausgang von Komparatorschaltkreis 31 erscheint.
Dieses Steuersignal CH schaltet den p-Kanal-MOSFET MP1 ein, so dass sich
die Spannung über
Kondensator C1 entsprechend der Dauer des Pulses CH erhöhen wird.
Die Spannung über
den Kondensator C1 bei dem Drain-Anschluss von Transistor MN1 macht
das in 5 gezeigte Steuersignal CT aus. In Antwort auf den
Puls bei dem Gate-Anschluss bei Transistor MP1 erhöht sich
der Pegel des Signals CT um eine der Dauer des Pulses bei CH entsprechende
Menge, so dass die durch Schaltkreise 11 und 12 bereitgestellte Verzögerung dementsprechend
reduziert sind. Immer wenn das spezifizierte Signalmuster, in diesem Fall
ein einfacher Puls, bei dem Eingang IN auftritt, und das Signalmuster
kürzer
als die aktuell eingestellte durch Schaltkreis 11 und 12 bereitgestellte Verzögerung ist,
wird auf diese Weise die Verzögerung
reduziert werden, bis ein Zustand erreicht wird, der in Gruppe B
von Wellenformen in 5 veranschaulicht ist. Bei dieser
Stufe fällt
das Ende des Pulses bei dem Eingang IN ungefähr mit dem Beginn des verzögerten Pulses
bei CIN zusammen, so dass das Steuersignal CH bei dem Ausgang von NOR-Gatter
NR3 nahezu verschwindet. Dementsprechend findet keine weitere Einstellung
in Richtung kürzerer
Verzögerungszeiten
der Verzögerungsschaltkreise 11 und 12 statt.
Wenn der Puls bei dem Eingang IN von Gruppe B ein Puls minimaler
Dauer in dem digitalen Datensignal bei Eingang IN war, wird keine
weitere Reduzierung der durch die Kette von Verzögerungsschaltkreisen 11 und 12 bereitgestellten
Verzögerungen
stattfinden, und die durch die Schaltkreise 11 und 12 bereitgestellte
gesamte Verzögerung
wird auf die minimale Dauer von Signalsegmenten eingestellt, die
in dem digitalen Datensignal auftreten können. Wenn ein Puls einer Verzögerung größer als
die aktuelle Verzögerung
bei CIN in dem digitalen Datensignal auftritt, wird eine Überlappung zwischen
dem Puls bei dem Eingang IN und dem Puls bei dem Ausgang CIN des
Verzögerungsschaltkreises
auftreten. Während
einer solchen Überlappung
wird das NOR-Gatter NR1 ein Signal bei einem hohen Pegel ausgeben,
so dass kein Puls bei dem Ausgang CH des Komparatorschaltkreises 31 sein wird.
Daraus ist ersichtlich, dass Signalmuster einer Dauer länger als
die minimale Dauer nicht den Prozess eines Einstellens der Verzögerung des Signals CIN
an einen Wert betreffen werden, der der minimalen Dauer des spezifizierten
Signalmusters entspricht, das in dieser beispielhaften Ausführungsform ein
einfacher Puls ist.
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Das
NAND-Gatter ND2 und das NOR-Gatter NR2 sind in der Ausführungsform
von 4 bereitgestellt zum Verarbeiten von Pulsen einer
negativen Amplitude, wohingegen das NAND-Gatter ND1 und das NOR-Gatter
NR1 bereitgestellt sind zum Verarbeiten von Pulsen einer positiven
Amplitude, wie gerade beschrieben. N2 in 5 zeigt
einen Puls einer vorbestimmten Dauer bei dem Ausgang von NAND-Gatter
ND2, welcher in Antwort auf eine steigende Flanke bei dem Eingang
IN auftritt. Die Dauer dieses Pulses wird bestimmt durch die Ausbreitungsverzögerung des
Signals durch die Inverter IN9, IN10 und IN11. NOR-Gatter NR2 ist
tätig,
einen Ausgabepuls an NOR-Gatter NR3 mit einer Dauer zu erzeugen,
die der Lücke
auf der Zeitachse zwischen dem Ende des negativen Pulses bei dem
Eingang IN und dem Beginn des verzögerten negativen Pulses bei dem
Ausgang CIN des Verzögerungsschaltkreises 12 entspricht.
Die maximale Dauer dieses Pulses wird bestimmt durch die Ausbreitungsverzögerung durch
die Inverter IN9 bis IN11. Immer wenn NOR-Gatter NR2 einen Puls
bei seinem Ausgang erzeugt, wird dieser Puls invertiert und weitergeleitet durch
NOR-Gatter NR3 an den Gate-Anschluss von Transistor MP1, um die
Spannung für
Kondensator C1 zu erhöhen,
und um somit die Verzögerung
des Verzögerungsschaltkreises 1 zu
verringern. Aufgrund der Bereitstellung der Gatter ND1 und NR1 und
darüber hinaus der Gatter ND2 und NR2, kann der Komparatorschaltkreis 31 dieser
Ausführungsform
die Zeitbeziehung zwischen der nicht verzögerten Version und der verzögerten Version
der zwei unterschiedlichen Signalmuster erfassen, nämlich für einen
positiven Puls und für
einen negativen Puls, um fähig
zu sein, die Bitrate schnell anzupassen, selbst wenn ein Signal
unter einer minimalen Dauer signifikant weniger häufig als
das andere Signalmuster einer minimalen Dauer ist. Aus einem prinzipiellen
Blickpunkt würde
es selbstverständlich
ausreichend sein, wenn der Komparatorschaltkreis 31 nur
Schaltungsanordnungen umfasst, in diesem Beispiel die Gatter ND1
und NR1, zum Erfassen der Zeitverhältnis-Beziehung für positive
Pulse oder nur Schaltungsanordnungen umfasst, in diesem Beispiel
die Gatter ND1 und NR2, zum Erfassen der Zeitverhältnis-Beziehung
zwischen negativen Pulsen, anstelle der Gatter ND1 und ND2, NR1,
NR2 und NR3.
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Transistor
MN1 dient dazu, den Kondensator C1 schrittweise zu entladen, so
dass ein kontinuierlicher schrittweiser Anstieg in der durch die
Verzögerungsschaltkreise 11 und 12 bereitgestellten
Verzögerung
erreicht wird. Immer wenn ein Signalmuster einer minimalen Dauer
bei dem Eingang IN auftritt, wird dieser schrittweise Anstieg der
Verzögerung
erneut eingestellt, so dass diese Verzögerung von Signal CIN im wesentlichen
bei der minimalen Verzögerung
des durch den Komparatorschaltkreis 31 verarbeiteten Signalmusters
verbleibt. Wegen der Bereitstellung von Transistor MN1 ist der adaptive
Verzögerungsschaltkreis 4 gleichzeitig
fähig,
sich an ansteigende minimale Signaldauern anzupassen.
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Es
ist vorteilhaft, die Rate, bei welcher die Verzögerung des Verzögerungsschaltkreises 1 schrittweise
zunimmt, abhängig
von der aktuellen Bitrate zu machen. Ein Maß für die aktuelle Bitrate ist die
Verzögerung,
auf welche der Verzögerungsschaltkreis 1 aktuell
eingestellt ist. Mittels des Abhängigmachens
der Rate eines Anstiegs der Verzögerungszeit
des Verzögerungsschaltkreises 1 von
der aktuell eingestellten Verzögerung
kann sich der Schaltkreis schnell selbst auf variierende Datenraten einstellen.
Je kürzer
diese Verzögerung
ist, desto höher
ist vorzugsweise die Rate des schrittweisen Anstiegs der Verzögerung,
weil, wenn die Bitrate hoch ist und die Verzögerung kurz ist, erwartet werden kann,
dass die Auftrittshäufigkeit
des spezifizierten Signalmusters minimaler Dauer höher ist,
als wenn die Bitrate niedrig ist und die Verzögerung länger ist. In der Ausführungsform
von 4 wird diese Abhängigkeit der Anstiegsrate der
Verzögerung
von der tatsächlichen
Verzögerung
erreicht mittels Transistor MN1. Je höher die Gate-Anschluss-Spannung,
desto niedriger ist der Widerstand zwischen Drain-Anschluss und
Source-Anschluss dieses Transistors, so dass für hohe Pegel des Steuersignals
CT, kurzen Verzögerungen
entsprechend, der schrittweise Anstieg der Verzögerung größer ist als für längere Verzögerungen,
einem niedrigeren Pegel des Steuersignals CT entsprechend.
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6 zeigt
eine Ausführungsform
eines einstellbaren Verzögerungsschaltkreises.
Dieser einstellbare Verzögerungsschaltkreis
hat einen Eingang IN zum Empfangen eines zu verzögernden digitalen Datensignals
und einen Ausgang OUT zum Ausgeben des verzögerten digitalen Datensignals.
Er hat darüber
hinaus einen Steuersignaleingang zum Empfangen eines Steuersignals
CT, das ermöglicht, die
Verzögerung
der Signale bei dem Ausgang OUT relativ zu dem Signal bei dem Eingang
IN einzustellen. Der Verzögerungsschaltkreis
von 6 umfasst eine Reihenschaltung von Invertern und
nutzt die Tatsache aus, dass die Verzögerung, die ein Signal beim Durchschreiten
durch jeden Inverter erfährt,
von dem maximalen Strom abhängt,
die der jeweilige Inverter ziehen darf von seiner Stromversorgung,
wenn sein Ausgang seinen Zustand ändert.
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In
der Ausführungsform
von 6 bezeichnen die Bezugsziffern MP2 bis MP9 p-Kanal-MOS-Transistoren,
wohingegen die Bezugsziffern MN2 bis MN8 und MN10 n-Kanal-MOS-Transistoren bezeichnen.
Die Transistoren MP3 und MN2 sind verbunden, um einen ersten CMOS-Inverter
zu bilden. Ein zweiter bzw. ein dritter CMOS-Inverter wird gebildet
durch Transistoren MP5, MN3 bzw. Transistor MP7, MN4. Transistoren
MP8 und MN5 bilden einen weiteren CMOS-Inverter, der als ein Puffer
wirkt zwischen dem Ausgang des dritten CMOS-Inverters und dem Ausgang
OUT des Verzögerungsschaltkreises.
Die Gate-Anschlüsse der
zwei Transistoren jedes CMOS-Inverters sind zusammen verbunden,
um den jeweiligen Eingang des Inverters zu bilden, wohingegen die
Drain-Anschlüsse
der zwei Transistoren jedes CMOS-Inverters zusammen verbunden sind,
um den Ausgang des jeweiligen Inverters zu bilden. Der Eingang des
ersten Inverters bildet den Eingang IN des Verzögerungsschaltkreises. Der Ausgang
des ersten Inverters ist mit dem Eingang des zweiten Inverters verbunden,
dessen Ausgang mit dem Eingang des dritten Inverters verbunden ist,
dessen Ausgang mit dem Eingang des Puffer-Inverters verbunden ist,
dessen Ausgang den Ausgang OUT des Verzögerungsschaltkreises bildet.
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Beim
ersten CMOS-Inverter ist der Source-Anschluss des PMOS-Transistors MP3 mit
dem Drain-Anschluss eines PMOS-Transistors MP4 verbunden, dessen
Source-Anschluss verbunden ist mit dem positiven Energieversorgungspotential
VCC. Der Source-Anschluss
von Transistor MN2 des ersten CMOS-Inverters ist verbunden mit dem
Drain-Anschluss von Transistor MN6, dessen Source-Anschluss mit
Massepotential GND verbunden ist. Der Source-Anschluss von Transistor
MP5 des zweiten CMOS-Inverters ist verbunden mit dem Drain-Anschluss
von Transistor MP6, dessen Source-Anschluss mit VCC verbunden ist.
Der Source-Anschluss
von Transistor MN3 ist verbunden mit dem Drain-Anschluss von Transistor MN7, dessen
Source-Anschluss verbunden ist GND. Ähnlich ist der Source-Anschluss
von Transistor MP7 des dritten CMOS-Inverters mit dem Drain-Anschluss von Transistor
MP9 verbunden, dessen Source-Anschluss
mit VCC verbunden ist. Der Source-Anschluss von Transistor MN4 ist
verbunden mit dem Drain-Anschluss von Transistor MN8, dessen Source-Anschluss
mit GND verbunden ist. Der Source-Anschluss von Transistor MP2 ist
mit VCC verbunden. Der Drain-Anschluss dieses Transistors ist mit
dem Gate-Anschluss
von Transistor MP2 als auch mit den Gate-Anschlüssen von Transistoren MP4,
MP6 und MP9 verbunden. Der Drain-Anschluss
von Transistor MP2 ist ferner mit dem Drain-Anschluss von Transistor MN10 verbunden.
Der Source-Anschluss von Transistor MN10 ist mit Masse verbunden.
Die Gate-Anschlüsse der
Transistoren MN10, MN6, MN7 und MN8 sind miteinander verbunden und
bilden den Eingang bzw. die Eingabe für das Verzögerungseinstellungssignal CT.
Ein Kondensator C2 ist über
den Drain-Anschluss-Source-Anschluss-Pfad von Transistor MP2 verbunden.
Der Source-Anschluss von Transistor MP8 ist direkt mit VCC verbunden,
wohingegen der Source-Anschluss
von Transistor MN5 direkt mit Masse verbunden ist.
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Im
Betrieb bestimmt der Pegel des Steuersignals CT bei dem Eingang
des Verzögerungsschaltkreises
den Drain-Anschluss-Source-Anschluss-Strom
durch Transistor MN10, und ähnlich den Drain-Anschluss-Source-Anschluss-Strom
von Transistoren MN6, MN7 und MN8. Der Drain-Anschluss-Source-Anschluss-Strom
durch Transistor MN10 ist darüber
hinaus im wesentlichen identisch mit dem Drain-Source-Strom von
Transistor MP2. Die Transistoren MP4, MP6 bzw. MP9 bilden jeweils Stromspiegel
(Current Mirrors) mit dem Transistor MP2, so dass die Drain-Source-Ströme durch
die Transistoren MN10, MN6, MN7, MN8 und MP2, MP4, MP6 und MP9 im
wesentlichen dieselben sind und abhängig sind von dem Signalpegel
bei dem Steuereingang CT des Verzögerungsschaltkreises. Je höher der
Steuersignalpegel bei dem Eingang CT, desto größer ist der maximale Strom,
der für
jeden des ersten bis dritten Inverters verfügbar ist bei Ändern des Zustandes,
und desto niedriger ist die durch jeden dieser Inverter bewirkte
Verzögerung.
Für einen
niedrigen Signalpegel bei dem Steuereingang CT bei dem Verzögerungsschaltkreis,
gilt umgekehrt, dass der maximale für jeden des ersten bis dritten
Inverters verfügbare
Strom niedriger ist, so dass eine Änderung des Zustandes bei dem
Ausgang jedes der drei Inverter mehr Zeit erfordert, was in einer
erhöhten
Gesamtverzögerung
zwischen dem Ausgang OUT und dem Eingang IN des in 6 gezeigten Schaltkreises
resultiert. Der Glättungskondensator C2
ist optional.
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7 zeigt
eine Ausführungsform
des Zusammenfassschaltkreises 2 zum Zusammenfassen des
digitalen Datensignals mit einer verzögerten Version des digitalen
Datensignals, um eine Vorverzerrung des digitalen Datensignals zu
erhalten. Der Zusammenfassschaltkreis gemäß der Ausführungsform von 7 umfasst
eine erste Differenzverstärker-Stufe
mit Transistoren N11 und N21, deren Source-Anschlüsse miteinander
verbunden sind und mit einem ersten Anschluss einer Stromquelle
CC1. Der andere Anschluss der Stromquelle CC1 ist mit Masse verbunden.
Der Drain-Anschluss
von Transistor N11 ist mit dem Energieversorgungspotential VCC über einen
Widerstand R2 verbunden. Ein weiterer Widerstand R1 verbindet den
Drain-Anschluss
von Transistor N21 mit dem Energieversorgungspotential VCC. Der
Zusammenfassschaltkreis umfasst eine zweite Differenzverstärker-Stufe
mit Transistoren N31 und N41, deren Source-Anschlüsse miteinander
verbunden sind und mit einem ersten Anschluss einer Stromquelle
CC2. Der zweite Anschluss dieser Stromquelle ist mit Masse verbunden.
Der Drain-Anschluss von Transistor N31 ist mit dem Drain-Anschluss von Transistor
N21 verbunden, so dass der Strom durch Widerstand R1 zwischen den
Transistoren N21 und N31 aufgeteilt wird. Der Drain-Anschluss von
Transistor N41 ist mit dem Drain-Anschluss von Transistor N11 verbunden,
so dass der Strom durch Widerstand R2 zwischen Transistor N41 und
N11 aufgeteilt wird. Die Gate-Anschlüsse von Transistoren N11 und
N21 bilden einen ersten Differenzeingang IN, /IN, wohingegen die
Gate-Anschlüsse
der Transistoren N31 und N41 einen zweiten Differenzeingang DIN,
/DIN bilden. Die Widerstände
R1 und R2 haben vorzugsweise den selben Widerstandswert. Die Stromquelle
CC1 stellt einen konstanten Strom I bereit, wohingegen die Stromquelle CC2
einen konstanten Strom k·I
mit 0 < k < 1 bereitstellt.
Der Anschluss von Widerstand R1, welcher mit dem Drain-Anschluss
von Transistor N21 und dem Drain-Anschluss von Transistor N31 verbunden
ist, bildet einen Ausgabeanschluss OUT des Zusammenfassschaltkreises 2,
wohingegen der Anschluss von Widerstand R2, der mit dem Drain-Anschluss von
Transistor N11 und mit dem Drain-Anschluss von Transistor N41 verbunden
ist, einen invertierten Ausgabeanschluss /OUT des Zusammenfassschaltkreises 2 bildet.
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In
Betrieb gibt der Zusammenfassschaltkreis 2 ein Differenzsignal
bei den Ausgabeanschlüssen OUT
und /OUT aus, welches der Signalamplitude über die Differenzeingänge IN und
/IN minus k-mal die Amplitude über
den anderen Differenzeingang DIN und /DIN entspricht. Auf diese
Weise fasst der Zusammenfassschaltkreis 2 die Amplituden
der jeweiligen Signale bei seinen zwei Differenzeingängen IN,
/IN und DIN, /DIN in ein Differenz-Ausgabesignal OUT, /OUT zusammen,
wobei das Signal bei dem Differenzeingang DIN, /DIN durch den Gewichtungsfaktor
k gewichtet wird. Das Signal /IN kann erhalten werden aus dem Signal
IN mittels eines Verwendens eines wohlbekannten Inverters. Das selbe
trifft zu für die
Erzeugung des Signals /DIN aus dem Signal DIN.
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8a zeigt
eine Ausführungsform
eines Ausgabesignals OUT mit einer Voll-Bit-Vorverzerrung, die erhalten
wird beim Zusammenfassens eines digitalen Datensignals IN mit einer
verzögerten Version
DIN des digitalen Datensignals, das eine Verzögerung einer vollen Bitperiode
hat. Der Zusammenfassschaltkreis fasst die Signalamplituden der zwei
Signale IN und DIN in Ausgabesignal OUT = IN – k·DIN zusammen. Der Gewichtungsfaktor
k bestimmt die Höhe
einer Vorverzerrung in dem Ausgabesignal OUT und somit das Verhältnis zwischen Vpp,
welches die Spitze-zu-Spitze-Signalamplitude des
vorverzerrten Ausgabesignals ist, und der Signalamplitude Va, welches
die Signalamplitude ohne Vorverzerrung ist.
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8b zeigt
ein Beispiel eines Ausgabesignals OUT mit einer Halb-Bit-Vorverzerrung.
Dieses Signal wird erhalten beim Zusammenfassen eines digitalen
Datensignals IN mit einer verzögerten
Version des digitalen Datensignals, wobei die Verzögerung eine
halbe Bitperiode des digitalen Datensignals ist.
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Eine
Halb-Bit- oder Teil-Bit-Vorverzerrung ist vorteilhaft darin, dass
die Timing-Verzerrung bei dem Ausgang des verlustbehafteten Übertragungsmediums
geringer ist im Vergleich mit einer Voll-Bit-Vorverzerrung, wenn
die Dämpfung
des Übertragungsmediums
gering ist, und die Vorverzerrungs-Spitzenwertbildung, d.h. k, hoch ist.
Dementsprechend ist eine Halb-Bit- oder Teil-Bit-Vorverzerrung bevorzugt, wenn
es eine große
Vielzahl von unterschiedlichen Übertragungslängen gibt.
Beim Verwenden einer Teil-Bit-Vorverzerrung kann der Spitzenwertbildungs-Faktor
k auf einen festen Wert gesetzt sein oder kann auswählbar aus
einer kleinen Anzahl von unterschiedlichen Werten gemacht sein,
um zu erreichen, dass für
alle Anwendungen die Timing-Verzerrung bzw. Zeitverhältnis-Verzerrung
sehr gering ist. Setzen des Spitzenwertbildungswertes k nicht höher als
notwendig hilft, Energie zu sparen und elektromagnetische Interferenz
zu reduzieren. Während
Partiell-Bit-Vorverzerrung oben in Verbindung mit dem adaptiven
Verzögerungsschaltkreis 4 beschrieben
worden ist, ist es ersichtlich, dass die Vorteile einer Partiell-Bit-Vorverzerrung
ohne den adaptiven Verzögerungsschaltkreis 4 und
den Erfassungsschaltkreis 3 erhalten werden können.
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Während die
bevorzugten Ausführungsformen
eine Vorverzerrung einer ersten Ordnung adressiert haben, ist es
ersichtlich, dass die selben Prinzipien erweitert werden können, um
eine Vorverzerrung höherer
Ordnungen zu erreichen.
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9 zeigt
eine Ausführungsform
eines Schaltkreises zum Bereitstellen eines digitalen Signals mit
einer Vorverzerrung einer dritten Ordnung. Alle Elemente dieser
Figur, die bereits mit Verweis auf irgendeine der vorhergehenden
Figuren beschriebenen Elementen entsprechen, sind mit den selben
Bezugsziffern bezeichnet. Bezugsziffern 1a, 1b und 1c bezeichnen
eine Kette von einstellbaren Verzögerungsschaltkreisen zum Erzeugen
verzögerter
Versionen DIN1, DIN2 und DIN3 mit unterschiedlichen Verzögerungen
des Eingangsignals IN. Der Ausgang DIN1 stellt eine Verzögerung einer
halben Periode bereit, wie in Verbindung mit den Ausführungsformen
von 3 und 4 beschrieben, wohingegen das
Ausgangssignal DIN2 von Verzögerungsschaltkreis 1b weiter
verzögert
ist relativ zu dem Signal DIN1. Ähnlich
stellt Verzögerungsschaltkreis 1c eine
weitere Verzögerung
in dem Signal DIN3 relativ zu dem Signal DIN2 bereit. Die interne Struktur
von Verzögerungsschaltkreis 1a wie
auch die interne Struktur des Erfassungsschaltkreises 3 kann
wie in Verbindung mit 3 und 4 beschrieben
zu sein. Verzögerungsschaltkreis 1b und 1c können eine
interne Struktur haben, deren Prinzip in 6 gezeigt
ist.
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Der
Zusammenfassschaltkreis der in 9 gezeigten
Ausführungsform
fasst die Signalamplituden des digitalen Datensignals bei dem Eingang
IN mit den verzögerten
Versionen DIN1, DIN2 und DIN3 mit Verwenden unterschiedlicher Gewichtungsfakten k1,
k2 und k3 zusammen. Die interne Struktur des Zusammenfassschaltkreises 2 kann
im wesentlichen wie in Verbindung mit 7 beschrieben
sein, einschließlich zusätzlicher
Differenzverstärkerschaltkreise,
die mit Differenzausgabebus OUT, /OUT von 7 verbunden
sind, wobei die Verknüpfung
der jeweiligen Transistoren mit dem jeweiligen einen der Ausgabeleitungen
OUT oder /OUT abhängig
davon ausgewählt
wird, ob eine Addition oder Subtraktion der jeweiligen verzögerten Komponenten
gewünscht ist,
und wobei die verknüpfte
Konstant-Strom-Quelle einen Strom gemäß dem Absolutwert des jeweiligen Gewichtungsfaktors
erzeugt.
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Die
Ausführungsformen
der 4 bis 9 basieren auf der Erfassung
eines Signalmusters, das eine minimale Signalsegmentdauer anzeigt,
deren Signalmuster ein einzelnes Signalsegment oder Puls ist. Es
existieren jedoch vielzählige
andere Möglichkeiten
zum Auswählen
eines Signalmusters, das eine minimale Signalsegmentdauer in dem
digitalen Datensignal anzeigt. Ein anderes Beispiel für solch
ein Signalmuster ist eine Sequenz einer vorbestimmten Anzahl von
Signalsegmenten mit alternierendem Signalpegel. Auch solch ein Muster
einer minimalen Dauer zeigt die minimale Signalsegmentdauer in dem
digitalen Datensignal an. Es kann erfasst werden durch einen Erfassungsschaltkreis 3 gemäß 1 oder 3 mittels
eines Verbindens eines Frequenzteilers zwischen dem Eingang IN für das digitale
Datensignal und dem Erfassungsschaltkreis 3, und für den Fall
von 3 darüber
hinaus Verbinden eines ähnlichen
Frequenzteilers zwischen dem Ausgang CIN des Verzögerungsschaltkreises 1 und
dem Eingang des Komparator-Schaltkreises 31 für das verzögerte Signal.
Das Frequenzteilungsverhältnis dieser
Frequenzteiler bestimmt die Anzahl von Signalsegmenten, die in dem
Signalmuster eingeschlossen sind, das der Erfassung in dem Schaltkreis 3 unterworfen
ist. Diese Lösung
ist vorteilhaft darin, dass für
Signale bei einer hohen Datenrate sie die Geschwindigkeitsanforderungen
für den
Erfassungsschaltkreis 3 verringert. Andererseits, da die
Auftrittshäufigkeit
eines Signalmusters, das die minimale Signalsegmentdauer in dem
digitalen Datensignal anzeigt, sich mit der Komplexität des Signalmusters verringert,
gibt es weniger Gelegenheiten pro Zeiteinheit für den Erfassungsschaltkreis 3 und
bei dem Erfassungsschaltkreis 1, die Verzögerung an
die tatsächliche
Bitrate des digitalen Datensignals anzupassen.
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Während in
der Ausführungsform
von 3 der einstellbare Verzögerungsschaltkreis 1 mit
den Unterschaltkreisen 11 und 12 sowohl das Signal
CIN für
den Detektorschaltkreis 3 und das verzögerte Signal DIN zum Zusammenfassen
mit dem digitalen Datensignal IN bereitstellt, ist es selbstverständlich möglich, einen
separaten Verzögerungsschaltkreis als
ein Teil des Erfassungsschaltkreises 3 zum Bereitstellen des verzögerten Signals
CIN und einen zusätzlichen
Verzögerungsschaltkreis
parallel zum Bereitstellen des verzögerten digitalen Signals DIN
zu haben. In diesem Fall können
beide durch das selbe Verzögerungseinstellungssignal
CT gesteuert werden.