NL8000606A - Inrichting voor het synchroniseren van de fase van een locaal kloksignaal met een ingangssignaal. - Google Patents

Description

ΡΗΝ 9677 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven Inrichting voor het synchroniseren van de fase van een locaal kloksignaal met een ingangssignaal.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het synchroniseren van de fase van een locaal opgewekt kloksignaal op de fase van een ingangssignaal, bevattende een kloksignaalgenerator en eenvertragingslijn waarvan een 5 ingang is verbonden met de generator, welke vertragingslijn een aantal aftakkingen bevat, welke verdeeld zijn over de vertragingslijn.

Een dergelijke inrichting is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 3,024,417. In deze bekende in-10 richting wordt synchronisatie bereikt door het toevoegen of weglaten van hoogfrequente pulsen welke aan een puls-frequentiedeler worden aangeboden, waarbij het aantal pulsen dat wordt toegevoerd of weggelaten afhankelijk is van de mate waarin het systeem uit synchronisatie is. Deze 15 mate wordt bepaald in een fase vergelijker.

Een bezwaar van een dergelijke inrichting is dat een zekere inlooptijd noodzakelijk is, voordat de fase van de geregenereerde klok verkregen is en stabiel is. In deze tijd kan geen betrouwbaar datatransport plaatsvinden.

20 De uitvinding beoogt een inrichting te verschaf fen, waarmee zeer snel, in het bijzonder binnen de duur van één periode van het kloksignaal, acquisitie van de fase wordt bereikt en daarna behouden.

De uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat 25 elke aftakking van de vertragingslijn door een stuurbare enkelpolige schakelaar is verbonden met een uitgang van de inrichting, dat de inrichting verder een coïncidentiedetec-tieschakeling voorzien van ingangen en uitgangen bevat, waarvan telkens één ingang is aangesloten op één aftakking 30 van de vertragingslijn en telkens éên uitgang is aangesloten op één stuuringang van een der schakelaars en de coincident iedetectieschakeling verder is aangesloten op een in-gangsklem voor het toevoeren van het ingangssignaal voor het 8000606 PHN 9677 - 2 - bij de detectie van coïncidentie van een flank van het ingangssignaal met een flank van het signaal aan êên der aftakkingen van de vertragingslijn opwekken van een stuursignaal aan één van de uitgangen van de coïncidentiedetec-5 tieschakeling voor het sluiten van de schakelaar in de betreffende aftakking.

Een voordeel van de inrichting volgens de uitvinding is dat ten gevolge van de afwezigheid van tellers en delers de inrichting snel een kloksignaal kan synchroni-10 seren tot een bitfrequentie die gelijk is aan de maximale klokfrequentie van de gebruikte logica. Wordt bijvoorbeeld de logica in LOCMOS gerealiseerd, welke een maximale klokfrequentie van 20 MHz bezit dan kan tot een datasnel-heid van 20 Mbit/sec het kloksignaal worden geregenereerd.

15 Een voorkeursuitvoeringsvorm van een inrichting voor het synchroniseren van de fase van een locaal opgewekt kloksignaal overeenkomstig de uitvinding heeft het kenmerk, dat de coïncidentiedetectieschakeling een aantal bi-stabiele trekkerschakelingen, elk voorzien van trekkeringang, een 20 dataingang, een stel- en een terugstelingang en een uitgang bevat; dat telkens één van de trekkeringangen is verbonden met êên ingang van de coïncidentiedetectieschakeling dat de dataingangen allen zijn verbonden met de ingangsklem, dat de coïncidentiedetectieschakeling verder een combinato-25 risch netwerk voorzien van ingangen en uitgangen bevat, dat de ingangen van het combinatorisch netwerk zij-n aangesloten op de trekkerschakelingen voor het bepalen van de trekker-schakeling, welke als eerste wordt getriggerd en de uitgangen voor het combinatorisch netwerk zijn verbonden met 30 de uitgangen van de coïncidentiedetectieschakeling.

De uitvinding en haar voordelen zullen verder worden toegelicht aan de hand van de tekening.

Daarbij toont:

Figuur 1 een voorkeursuitvoeringsvorm van de 35 synchronisatie inrichting overeenkomstig de uitvinding.

Figuur 2 enkele tijddiagrammen ter illustratie van de werking van de synchronisatieinrichting volgens figuur 1.

8000606 é'·. +.

PHN 9677 - 3 -

In de in figuur 1 weergegeven voorkeursuitvoeringsvorm van de synchronisatieinrichting is een oscillator 1, bijvoorbeeld een kristaloscillator, aangesloten op een vertragingslijn 2, welke een aantal secties bevat. Deze 5 vertragingslijn 2 is, verdeeld over de lijn, voorzien van aftakkingen - in de Angelsaksische literatuur aangeduid met taps - 3-0, 3-1, 3-2 en 3-3. De vertragingstijd die elk der secties introduceert is gelijk en in dit voorbeeld zodanig gekozen dat op de taps 3-0, 3-1, 3-2 en 3-3 onderling 10 90° verschoven versies van het door de kristaloscillator 1 opgewekt kloksignaal aanwezig zijn en wel op tap 3-0 een fase van 0°, op tap 3-1 een fase van 90°, op tap 3-2 een fase van 180° en op tap 3-3 een fase van 270°.

De vertragingslijn 2 kan bijvoorbeeld bestaan 15 uit een kabel met aftakkingen,uit een cascadeschakeling van LC-netwerken of zoals in figuur 1 is weergegeven uit een cascadeschakeling van secties bestaande uit een weerstand 4 en een inverter 5. De aftakkingen 3-0, 3-1, 3-2 en 3-3 zijn door inverter 6 met de secties verbonden. De vertra-20 gingstijd van een sectie is opgebouwd uit de propagatietijd van de inverter 5 en de tijdconstante gevormd door de weerstand 4 en de ingangscapaciteit van de inverter 3. De aftakkingen 3-0, 3-1, 3-2 en 3-3 van de vertragingslijn 2 zijn elk via een bijbehorende bestuurde schakelaar 7-0, 25 7-1, 7-2 en 7-3 verbonden met een uitgang 8 van de inrich ting. Indien bijvoorbeeld schakelaar 7-0 gesloten is en de overige schakelaars (7-1, 7-2 en 7-3) open zijn dan is aan uitgang 8 het niet-vertraagde (een fase van 0° bezittend) kloksignaal afkomstig van oscillator 1 beschikbaar. Door 30 êén der andere schakelaars, stel 7-2 te sluiten en de overige schakelaars (7-0, 7-1 en 7-3) te openen wordt aan uitgang 8 het over 180° verschoven kloksignaal aangeboden. Op deze wijze kan aan uitgang 5 een kloksignaal met naar keuze êên van de fasen 0°, 90°, 180° en 270° worden geschakeld. De 35 keuze wordt bepaald op die fase, welke optimaal is ten aanzien van de detectie van het datasignaal. Optimaal is een kloksignaal waarvan de opgaande flank midden in het te detecteren bit van het datasignaal is gelegen.

8000606 PHN 9677 - 4 -

Het dan aan uitgang 8 beschikbare signaal is het gewenste geregeneerde' kloksignaal waarvan de fase binnen + 45° zal overeenstemmen met de optimale fase nodig voor detectie van het datasignaal. Het zal duidelijk zijn, dat een 5 kleinere fase-afwijking verkregen kan worden door meer dan de in figuur 1 weergegeven 4 aftakkingen op de vertragings-lijn aan te brengen en de vertragingstijd van elke sectie in verhouding hiermee te verkleinen.

Ten einde de schakelaars 4 te bedienen is de 10 inrichting voorzien van een coïncidentiedetectieschakeling.

De coïncidentiedetectieschakeling bevat een aantal trekker-schakelingen 9-0, 9-1, 9-2 en 9-3 van het D-type en een combinatorisch netwerk 10. Aan een ingang 11 van de inrichting wordt het ingangsdatasignaal toegevoerd. De D-in-15 gangen van de trekkerschakelingen 9 zijn allen met deze ingang 11 verbonden en de T-ingangen zijn verbonden met de respectievelijke aftakkingen 3-0, 3-1, 3-2 en 3-3 van de vertragingslijn 2. De Q-uitgang van elke trekkerschakeling 9 is verbonden met een overeenkomstige ingang 12 van het com-20 binatorisch netwerk 10. Derhalve is de Q-uitgang van de trekkerschakeling 9-0 met ingang 12-0 verbonden, Q-uitgang van 9-1 met ingang 12-1, Q-uitgang van 9-2 met 12-2 en de Q-uitgang van trekkerschakeling 9-3 met ingang 12-3 verbonden. Uitgangen 13 van het combinatorisch netwerk 10 zijn 25 verbonden met de stuuringangen 14 van de schakelaars 7.

Eenvoudigheidshalve is de verbinding tussen de uitgangen 13 en de stuuringangen 14 in figuur 1 niet nader weergegeven. Zo is evenwel uitgang 13-0 van het combinatorisch netwerk 10 verbonden met stuuringang 14-2, uitgang 30 13-1 met 14-3, uitgang 13-2 met 14-0 en uitgang 13-3 met stuuringang 1-41.

Het combinatorisch netwerk 10 kan bijvoorbeeld worden gerealiseerd met een zognaamde FPLA (£ield Programmable Logic Array) of zoals in figuur 1 is weergegeven 35 met afzonderlijke logica bouwstenen. Het combinatorisch netwerk zoals in figuur 1 is weergegeven, bevat een aantal EN-poorten 15, een aantal trekkerschakelingen 16 van het 8000606 W' % PHN 9677 - 5 - SR-type en een OF-poort 17. Eên ingang van de EN-poort 15-0 is met ingang 12-0 verbonden en de andere ingang met de Q-ingang van trekkerschakeling 9-3; êên ingang van de EN-poort 15-1 is met ingang 12-1 verbonden en de andere 5 ingang met de Q-ingang van trekkerschakeling 9-0; êên ingang van de EN-poort 15-2 is met ingang 12-2 verbonden en de andere ingang met de Q-uitgang van trekkerschakeling 9-1 en êén ingang van de EN-poort 15-3 is met ingang 12-3 en een andere ingang is met de Q-uitgang van trekkerschake-10 ling 9-2 verbonden. Een uitgang van de EN-poorten 15 is verbonden met de stelingang S van de bijbehorende trekkerschakeling 16. De uitgangen Q van deze trekkerschakelingen 16 zijn verbonden met de uitgangen 13 van het combinatorisch netwerk en met de ingangen van een QF-poort 17. De uitgang 15 18 van OF-poort 17 is verbonden met de S-ingangen van de trekkerschakelingen 9. De terugstelingangen R van de trekkerschakelingen 9 en 16 zijn met elkaar en met terugstelingangs-klem 19 verbonden.

De werking van de inrichting voor het synchroni-20 seren van de fase van een locaal opgewekt kloksignaal op de fase van een ingangssignaal volgens figuur 1 is - mede geïllustreerd aan de hand van de tijddiagrammen volgens figuur 2-als volgt.

De inrichting volgens figuur 1 wordt door een 25 terugstelsignaal RST,dat in figuur 2b is weergegeven,in de nultoestand gebracht. Het ingangsdatasignaal IN dat aan ingangsklem 11 wordt aangeboden is weergegeven in figuur 2a. De door oscillator 1 opgewekte kloksignalen hebben een vorm zoals weergegeven in figuur 2c. Figuur 2c geeft 30 eveneens het kloksignaal weer zoals dat aan aftakking 3-0 wordt aangeboden. De telkenmale over 90° verschoven versies van het kloksignaal, zoals die worden aangeboden aan de aftakkingen 3-1, 3-2 en 3-3 zijn weergegeven in respectievelijk figuren 2d, 2e en 2f. Het ingangsdatasignaal 35 IN wordt parallel aangeboden aan de data-ingang D van de trekkerschakelingen 9-0 9-1, 9-2 en 9-3 die elk door een andere fase van het kloksignaal Cl worden getriggerd op ingang T.

8000606 • ν· ΡΗΝ 9677 - 6 -

Indien in het datasignaal de eerste flank volgt dan zal die trekkerschakeling 9 het eerst getriggerd worden, welke verbonden is met het kloksignaal Cl waarvan de opgaande flank het kortst volgt op die eerste opgaande flank van het datasig-5 naai. In figuren 2g, h, i, j is het Q-signaal weergegeven dat resulteert uit deze actie. De Q-uitgang van trekkerschakeling 9-1 zal het eerste geschakeld worden. Daarna trekker schakeling 9-2, vervolgens 9-3 en tenslotte 9-4.

Met het combinatorisch netwerk 10 wordt nu als volgt vast-10 gesteld, welke trekkerschakeling 9 het eerste wordt omgeschakeld. Daartoe is de Q-uitgang van elke trekkerschakeling 9 tesamen met de Q-uitgang van de voorafgaande trekkerschakeling verbonden met een EN-poort 15. In het voorbeeld van figuur 2 zal derhalve als eerste EN-poort 15-1 door het Q-15 signaal van trekkerschakeling 9-1 en het Q-signaal van 9-0 worden omgeschakeld en de met de uitgang van deze EN-poort 15-1 verbonden trekkerschakeling 16-1 stellen. De andere trekkerschakelingen namelijk 9-2, 9-3 en 9-0 zullen door de bijbehorende kloksignalen ook getriggerd worden, maar dat 20 vindt - in het in figuur 2 weergegeven voorbeeld - later plaats. De bijbehorende EN-poorten 15-2, 15-3 en 15-0 zullen evenwel geen uitgangssignaal (1) genereren, omdat de Q-signalen van de trekkerschakelingen reeds omgeschakeld zijn. Er zal dus nooit meer dan êên trekkerschakeling 16 25 worden omgeschakeld. Nadat één der trekkerschakelingen 16 is omgeschakeld zal 0F-poort 17 worden omgeschakeld waardoor de trekkerschakelingen 9 worden gesteld (signaal ST, Figuur 2k) en gesteld blijven, totdat eventueel opnieuw een terugstelsignaal op ingang 19 wordt aangeboden. De 30 Q-uitgang van trekkerschakeling 16-1 zal op het ogenblik dat deze omgeschakeld een signaal leveren aan de hiermede verbonden stuuringang 14-3. Daardoor wordt schakelaar 7-3 gesloten en wordt het van de oscillator 1 afkomstige, door de vertragingslijn 2 vertraagde, geregenereerde kloksignaal 35 aan de uitgang 8 aangeboden (signaal OUT, Fig. 2l).

Een voordeel van de inrichting is dat in tegenstelling tot andere klokregeneratiecircuits,welke snelle 8000606 PHN 9677 - 7 - aquisitie bereiken door de cyclus van een teller of een schuifregister te synchroniseren, het kloksignaal snel kan worden geregenereerd tot een bitfrequentie van het datasignaal die gelijk is aan de maximale klokfrequentie van de 5 gebruikte logica. Wordt bijvoorbeeld LOCMOS-logica gebruikt met een maximale klokfrequentie van 20 MHz dan kan een bitfrequentie van 20 Mbit/sec worden verwerkt.

Met behulp van het geregeneerde kloksignaal kan verder ook het datasignaal gedetecteerd worden. In figuur 10 1 is bijvoorbeeld daartoe een verdere trekkerschakeling 20 weergegeven, waarvan de D-ingang op het datasignaal is aangesloten en de trekkeringang T op het geregenereerde kloksignaal. Uitgang 21 verschaft het gedetecteerde datasignaal.

In het in figuur 2 gekozen voorbeeld was het 15 trekkerschakeling 9-1, welke het eerste getriggerd werd, namelijk door het 90° verschoven kloksignaal Cl(90). Dat uiteindelijk schakelaar 7-3 werd omgeschakeld en daarmee het onder 270° verschoven kloksignaal Cl(270) aan uitgang Q wordt aangeboden, wordt veroorzaakt doordat het kloksignaal 20 wordt benut waarvan de opgaande flank midden in het te detecteren bit van het datasignaal is gelegen. Dit wordt bereikt door een extra vertraging van een halve klokperiode (of 180°).

In plaats van de in figuur 1 weergegeven D-type trekkerschakelingen 9 kunnen ook JK-trekkerschakelingen 25 benut worden en in plaats van de in figuur 1 weergegeven SR-trekkerschakelingen 16 kunnen ook D-type of JK-type trekkerschakelingen worden benut.

De inrichting voor het sysnchroniseren van de fase van een locaal opgewekt kloksignaal op de fase van een 30 ingangssignaal is in het bijzonder geschikt indien het ingangssignaal uit datapakketten bestaat. In dat geval zal -indien de pakketlengte niet te groot is - de fase van de binnenkomende reeks niet significant gaan afwijken van de fase van de klok van de ontvanger zeker niet als zich in 35 datazender en data-ontvanger een kristalgestuurde oscillator bevindt. Met een eenmalige synchronisatie als hierboven beschreven kan dan worden volstaan. De uitvinding is hiertoe echter niet beperkt. Indien een continue datastroom wordt 8090606 PHN 9677 - 8 - aangeboden dan kan de veelal langzame drift van de fase van de kristaloscillator op overigens bekende wijze worden bijgeregeld.

De stuurbare enkelpolige schakelaars zijn in 5 de praktijk uitgevoerd als MOSFET transistoren, welke op de gates worden gestuurd.

10 15 20 { 25 30 35 8000606

Claims (3)

1. Inrichting voor het synchroniseren van de fase van een locaal opgewekt kloksignaal op de fase van een ingangssignaal bevattende een kloksignaalgenerator en een ver-tragingslijn waarvan een ingang is verbonden met de generator 5 welke vertragingslijn een aantal aftakkingen bevat, welke verdeeld zijn over de vertragingslijn, met het kenmerk, dat elke aftakking van de vertragingslijn door een stuurbare enkelpolige schakelaar is verbonden met een uitgang van de inrichting; dat de inrichting verder een coïncidentiedetectie-10 schakeling voorzien van ingangen en uitgangen bevat, waarvan telkens êên ingang is aangesloten op één aftakking van de vertragingslijn en telkens êên uitgang is aangesloten op één stuuringang van een der schakelaars en de coïncidentiedetec-tieschakeling verder is aangesloten op een ingangsklem voor 15 het toevoeren van het ingangssignaal voor het bij de detectie van een coïncidentie van een flank van het ingangssignaal met een flank van het signaal aan êên der aftakkingen van de vertragingslijn opwekken van een stuursignaal aan één van de uitgangen van de coïncidentiedetectieschakeling voor het nn sluiten van de schakelaar in de betreffende aftakking.

2. Inrichting voor het synchroniseren van de fase overeenkomstig conclusie 1, met het kenmerk, dat de coïncidentiedetectieschakeling een aantal bi-stabiele trekker-schakelingen elk voorzien van een trekkeringang, een data-ingang, een stel- en terugstelingang en een uitgang bevat; dat telkens êên van de trekkeringangen is verbonden met êên ingang van de coïncidentiedetectieschakeling, dat de dataingangen allen zijn verbonden met de ingangsklem,dat de coïncidentiedetectieschakeling verder een combinatorisch 30 netwerk voorzien van ingangen en uitgangen bevat, dat de ingangen van het combinatorisch netwerk zijn aangesloten op de trekkerschakelingen voor het bepalen van de trekker-schakeling welke als eerste wordt getriggerd en de uitgangen van het combinatorisch netwerk zijn verbonden met de 35 uitgangen van de coïncidnetiedetectieschakeling.

3. Inrichting voor het synchroniseren van de fase overeenkomstig conclusie 2, met het kenmerk, dat het combi- 3000606 PHN 9677 - 10 - ^ V natorisch netwerk een aantal EN-poorten en een aantal verdere trekkerschakelingen bevat, dat de EN-poorten elk een eerste en een tweede ingang en een uitgang bevatten waarbij de eerste ingang op een niet-inverterende uitgang van de bijbehorende 5 trekkerschakeling is aangesloten en de tweede ingang op een inverterende uitgang van de aan de genoemde trekkerschakeling voorafgaande trekkerschakeling is aangesloten en de uitgang van elke EN-poort is aangesloten op een stelingang van de bijbehorende trekkerschakeling en de uitgangen van 10 de verdere trekkerschakelingen zijn aangesloten op de uitgangen van het combinatorisch netwerk en op de ingangen van een OF-poort waarvan een uitgang is verbonden met de stel-ingangen van de trekkerschakelingen en dat terugstelingangen van de verdere trekkerschakelingen en de terugstelingangen 15 van de trekkerschakelingen met elkaar en met een terugstel-ingangsklem zijn verbonden. 20 25 30 35 80 ü 06 0 6