NL8120071A - Werkwijze en inrichting voor het synchroniseren van een binair datasignaal. - Google Patents

Description

8 1 2 00 7 1 VO 3255

Werkwijze en inrichting voor het synchroniseren van een binair datasignaal.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor het synchroniseren van een binair datasignaal dat bij een ontvanger binnenkomt, met behulp van een kloksignaal dat plaatselijk in de ontvanger beschikbaar is.

5 Het binaire datasignaal kan zijn van de zogenaamde RZ-soort (terügkeer naar nul) of van de zogenaamde NRZ-soort (niet-terugkeer naar nul).

Bij alle datatransmissie bestaat steeds een synchronisatiepro-bleem waarvoor wat betreft toepassing, gewenste nauwkeurigheid en der-10 gelijke, verschillende oplossingen bestaan. Indien bijvoorbeeld de aan de zendzijde en aan de ontvangzijde werkzame kloksignalen zijn gesynchroniseerd mogelijkerwijs op basis van een gemeenschappelijke referentie, bestaat vanzelfsprekend ten aanzien van de detectie van data aan de ontvangzijde geen enkel probleem. De aan de ontvangzijde 15 werkzame kloksignalen kunnen zodanig worden gesynchroniseerd dat de tijdsignaleringsinformatie aan het uitgezonden datasignaal wordt onttrokken, bijvoorbeeld door bepaling van de tijdstippen waarop nul-doorgangen plaatsvinden, waarna een signaal dat correspondeert met de tijdsignaleringsinformatie de mogelijkheid krijgt om in te werken op 20 een plaatselijk aanwezige bestuurbare kloksignaalgenerator. Vanzelfsprekend zijn vereisten ten aanzien van transiënttijden en toegelaten fouten in de datatransmissie van invloed op de keuze van de synchroni-satiemethode.

In het onderhavige geval betreft het het technische probleem 25 om met behulp van een signaal dat met betrekking tot het datasignaal asynchroon is, een naar de ontvanger uitgezonden bericht op correcte wijze te detecteren, met de voorwaarde dat het toevoegen of wegvallen van een binair symbool aan of uit het bericht geen invloed heeft.

Aan deze voorwaarde wordt voldaan door een redundantiesysteem, waarbij 30 bijvoorbeeld het bericht met een vast aantal bits bij herhaling en in opeenvolging wordt uitgezonden, waarbij de ontvanger het bericht aanvaart onder de voorwaarde dat deze ontvanger hetzelfde bericht een gegeven aantal malen gedurende een gegeven tijd kan detecteren.

Indien het toevoegen of wegvallen van een binair symbool met betrek- 8120071 -2- king tot het datasignaal betrekkelijk zeldzaam voorkomt zou een dergelijke incidentele gebeurtenis van geen invloed zijn op een correcte detectie van het bericht aan de ontvangzijde. Het asynchronisme van het kloksignaal moet vanzelfsprekend niet betekenen dat een te grote 5 frequentie-afwijking van de correcte waarde bestaat. Een frequentie-afwijking met een grootte-orde van 1 per 1000 geeft in het kader van de onderhavige uitvinding aanleiding tot het toevoegen of wegvallen van informatie bij benadering voor elke 1000ste bitpositie, hetgeen voor talrijke toepassingen aanvaardbaar is.

10 De voor bovengeschetste problematiek door de uitvinding voor gestelde oplossing is daardoor gekenmerkt dat het desbetreffende binnenkomende datasignaal wordt geklokt met een in fase-gecorrigeerd kloksignaal, waarna het hieruit resulterende signaal opnieuw wordt geklokt met het niet-gecorrigeerde kloksignaal. Volgens een verder 15 aspect van de uitvinding wordt het ter plaatse van de ontvanger beschikbare kloksignaal over 180° in fase verschoven teneinde het in fase gecorrigeerde kloksignaal te vormen, wanneer de positieve flanken van het plaatselijk beschikbare kloksignaal en van het binnenkomende datasignaal de neiging hebben met elkaar samen te vallen wegens verloop-20 verschijnselen. Verder is de uitvinding daardoor gekenmerkt dat het plaatselijk aanwezige kloksignaal in fase over 180° wordt verschoven voor het vormen van het in fase gecorrigeerde kloksignaal wanneer negatieve flanken van het plaatselijk beschikbare kloksignaal en van het binnenkomend datasignaal de neiging hebben met elkaar samen te 25 vallen wegens verloopverschijnselen.

Een in een ontvanger voor binair gecodeerde datasignalen te gebruiken inrichting voor het synchroniseren van een binnenkomend datasignaal met een in de ontvanger plaatselijk beschikbaar kloksignaal is volgens de uitvinding gekenmerkt door eerste en tweede 30 steekproefnameketens die elk zijn voorzien van een data-ingang, een data-uitgang en een kloksignaalingang; en een fase-draaiende keten die is voorzien van een eerste ingang, een tweede ingang en een uitgang, waarbij de data-ingang van de eerste steekproefnameketen de ingang van de inrichting vormt en is ingericht voor het ontvangen 35 van het datasignaal dat bij de ontvanger aankomt, en waarbij de data-uitgang van deze keten is verbonden met de data-ingang van de andere 8120071 -3- steekproefnameketen waarbij de data-uitgang van deze andere steekproef-nameketen de uitgang vormt van de inrichting, waarbij zijn kloksignaal-ingang is ingericht voor het ontvangen van het laatste beschikbare kloksignaal en de eerste ingang van genoemde fase-draaiende keten is 5 ingericht voor het ontvangen van het plaatselijk aanwezige kloksignaal, en waarvan de tweede ingang is ingericht voor het ontvangen van het datasignaal en waarvan de uitgang is verbonden met de klokingang van de eerstgenoemde steekproefnameketen teneinde daaraan in responsie op de relatieve positie tussen de flanken van de pulsen in het data-10 signaal si in het kloksignaal een gecorrigeerd kloksignaal toe te voeren. Verder is een inrichting volgens de uitvinding daardaar gekenmerkt dat genoemde eerste en genoemde tweede steekproefnameketens zijn gevormd door D-flip-flops die door een positief gerichte flank worden geschakeld. Volgens een verder aspect van de uitvinding is een inrich-15 ting volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt dat genoemde fase-draaiende keten omvat a) een bestuurde inverterende keten voorzien van een eerste en een tweede ingang en een uitgang, waarbij deze eerste ingang is verbonden met de kloksignaalingang van de fase-draaiende keten en waarvan de uitgang is verbonden met de kloksignaal-20 uitgang van de fase-draaiende keten, b) een eerste en een tweede puls-vormende keten welke ketens elk zijn voorzien van een ingang en een uitgang, waarbij de ingang van de eerste pulsvormende keten is verbonden met de uitgang van de inverterende keten en waarbij de ingang van de tweede pulsvormende keten is verbonden met de data-ingang van de 25 fase-draaiende keten, c) een coincidentiedetector voorzien van twee ingangen en één uitgang, welke ingangen zijn verbonden met de uitgangen van de pulsvormende ketens, en d) een door een positieve flank schakelbare D-flip-flop voorzien van een kloksignaalingang, een data-ingang, een data-uitgang en een geinverteerde-data-uitgang, welke 30 kloksignaalingang is verbonden met de uitgang van de coincidentiedetector en welke data-ingang is verbonden met de eigen geinverteerde-uitgang en welke data-uitgang is verbonden met de tweedé ingang van de inverterende keten.

Het belangrijkste voordeel dat met een inrichting volgens de 35 uitvinding wordt verkregen is daarin te zien dat de constructieve uitvoering bijzonder eenvoudig is en het vermogensverbruik gering is.

8120071 -4-

Ter nadere toelichting van de uitvinding zullen in het onderstaande enige uitvoeringsvormen daarvan worden beschreven met verwijzing naar de tekening waarin: fig. 1 een blokschema weergeeft van een inrichting volgens 5 de uitvinding; fig. 2 een schema weergeeft van een fase-draaiende keten die deel uitmaakt van de inrichting volgens fig. 1; fig. 3 een schema weer^geeft van een eerste steekproefnameketen die deel uitmaakt van de inrichting volgens fig. 1; 10 fig. 4 een stel tijddiagrammen weergeeft voor een aantal van signalen die in de inrichting volgens fig. 1 teweeg worden gebracht; en fig. 5 een stel golfvormen.weergeeft van dezelfde signalen als weergegeven in fig. 4, echter geldend voor een andere uitvoeringsvorm. 15 Fig. 1 geeft een blokschema van een inrichting volgens de uit vinding. Tussen een data-ingang 4 en een data-uitgang 6 zijn aangebracht een eerste steekproefnameketen 1 en een daarmee in serie verbonden tweede steekproefnameketen 2. Tussen een kloksignaalingang 5 en de kloksignaalingang van de eerste steekproefnameketen 1 is een 20 fase-draaiende keten 3 aangesloten. De tweede steekproefnameketen 2 ontvangt de kloksignalering rechtsstreeks vanaf de kloksignaalingang 5.

Een vanaf de zendzijde uitgezonden datasignaal wordt aangelegd aan de data-ingang 4 en aangenomen is dat dit signaal een binair gecodeerd signaal van ofwel het RZ-type ofwel het NRZ-type die in het 25 voorafgaande zijn genoemd, is. Van het datasignaal worden steekproeven genomen met behulp van het kloksignaal dat wordt toegevoerd aan de klokingang 5, welk kloksignaal volgens de veronderstellingen asynchroon is met betrekking tot het datasignaal, teneinde aan de data-uitgang een signaal teweeg te brengen dat in synchronisme is met het klok-30 signaal en dat correspondeert met het aan de ingang toegevoerde datasignaal.

De nog nader te beschrijven fase-draaiende keten 3 is werkzaam om de fase van het kloksignaal dat aan de eerste steekproefnameketen wordt toegevoerd om te keren wanneer als gevolg van het frequentie-35 verschil tussen het datasignaal en het kloksignaal, positieve of negatieve flanken in het desbetreffend signaal de neiging hebben om met elkaar samen te vallen.

8120071 -5-

In de voorkeursuitvoeringsvorm zijn de steekproefnameketens 1 en 2 gerealiseerd met behulp van normale door een positieve flank schakelbare D-flip-flops. Aangenomen is dat het kloksignaal een 50% pulsfrequentie heeft en de ingangsdata zijn gegeven als een signaal 5 van het NRZ-type. Uitgaande van deze veronderstellingen zijn de golf-vormen van de signalen in de inrichting van fig. 1, in fig. 4 weergegeven .

Fig. 2 is illustratief voor een uitvoeringsvorm van de fase-omkerende keten 3. Deze keteninrichting is voorzien van een data-10 ingang 12, een kloksignaalingang 11 en een kloksignaaluitgang 13.

De EXCLUSIEF-OF-keten 10 kan worden beschouwd als een bestuurde inverterende keten. Indien namelijk de ingang 20 op nul komt, passeert het kloksignaal vanaf de ingang 11 ongehinderd behalve dat een vertraging die in dit verband niet van belang is, wordt geïntroduceerd. Twee 15 pulsvormende ketens 7 zijn met hun ingangen verbonden met de uitgang van de poortketen 10 en de data-ingang 12. Een en ander is zodanig ingericht dat aan de respectievelijke uitgangen van deze ketens 7 kanteelvormige pulsen met een gegeven duur worden ontwikkeld wanneer het ingangssignaal een positieve flank bezit. De pulslengte is kort in 20 verhouding tot de voor een element bedoelde tijdgleuf van het datasignaal in kwestie. Een colncidentiedetector die is uitgevoerd in de vorm van een EN-keten 8 en waarvan de ingangen zijn verbonden met de uitgangen van de pulsvormende ketens, brengt een puls aan zijn uitgang teweeg wanneer de uitgangssignalen afkomstig van de keten 7 25 elkaar overlappen. Een dergelijke door coïncidentie veroorzaakte puls is werkzaam als kloksignaal voor een door seen positieve flank schakelbare D-flip-flop 9 die werkzaam is als een binaire teller. De Q-uitgang van deze flip-flop is verbonden met de ingang 20 van de EXCLUSIEF-OF-keten. Door een dergelijke inrichting wordt bereikt dat bij een 30 geringe afstand tussen een positieve flank van een data-puls en een positieve flank van een kloksignaalpuls de fase van het signaal aan de uitgang 13 over 180° is omgekeerd.

In fig. 4 is de golfvorm A illustratief voor een aan de ingang-toegevoerde datastroom van het NRZ-type. Dit signaal wordt aldus in 35 de ontvanger gedetecteerd met behulp van het aldaar beschikbare asynchrone kloksignaal B. De bitfrequentie voor de data alsook de ______________8 1 2 0 0 7 1 \\ i \ ' -6- frequentie van het kloksignaal zijn blijkens de figuur constant.

In het algemeen is het echter toelaatbaar dat deze grootheden met betrekking tot elkaar verlopen.

Het zal duidelijk zijn dat het niet mogelijk is om de ingangs-5 data rechtstreeks te synchroniseren met het kloksignaal B. Volgens de in het voorafgaande in verband met fig. 2 beschreven gedachte worden positieve pulsen C teweeggebracht wanneer positieve flanken van de ingangsdata A worden gedetecteerd. Op dezelfde wijze worden positieve pulsen D gevormd wanneer positieve flanken worden gedetecteerd in het 10 mogelijkerwijs in fase verschoven kloksignaal aan de uitgang van de poortketen 10 volgens fig. 2. Voor de positieve flank die het eerst verschijnt in de ingangsdata wordt een overlapping ofwel coïncidentie verkregen tussen de aldus gevormde positieve pulsen. Zulks is aangeduid door de pulsen weergegeven in fig. 4E. Volgens het bovenstaande 15 bestuurd deze puls de fase-omkering van het binnenkomende kloksignaal dat wordt aangelegd aan de ingang 11 volgens fig. 2. Twee verdere coïncidenties zijn in het signaal E aangegeven. Het door de fase-omke-ring gecorrigeerde kloksignaal is weergegeven in fig. 4F. Overeenkomstig hetgeen in het voorafgaande is uiteengezet vormt dit signaal 20 het kloksignaal voor de eerste steekproefnameketen 1. Het uitgangssignaal van deze steekproefnameketen is weergegeven in fig. 4G.

Volgens het principe van de onderhavige uitvinding wordt dit signaal G nu geklokt in de tweede steekproefnameketen 2 met het niet-beïnvloede kloksignaal in- de ontvanger. Het resulterende uitgangs-25 signaal van deze tweede steekproefnameketen dat aldus het gesynchroniseerde datasignaal vormt, is in fig. 4H weergegeven. Uit inspectie blijkt dat de tweede fase-omkering van het kloksignaal resulteerde in een vervorming van het datasignaal in de vorm van een toevoeging van 1 bit, hetgeen door een arcering in fig. 4H is weergegeven.

30 In feite wordt een dergelijke vervorming verkregen bij elke tweede faseverschuiving van hët kloksignaal. De asynchrone relatie is over-

V

dreven weergegeven ter illustratie van de door de uitvinding verkregen werking waarbij dichtbij elkaar gelegen fase-omkeringen ontstaan.

Bij een feitelijke toepassing van de uitvinding vinden deze 35 fase-omkeringen plaats met een tijdsafstand die zoals in het voorafgaande is vermeld met enige machten van 10 groter: is.

8120071 W .

\ -7-

In een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding bedoeld voor ingangsdata in de vorm van een signaal van het RZ-type, is de eerste steekproefnameketen 1, zijnde een eenvoudige D-flip-flop vervangen door de keten volgens fig. 3.,Deze keten is voorzien van een data-5 ingang 17, een kloksignaalingang 18 en een uitgang 19 die leidt naar de volgende steekproefnameketen 2. De ketenfunctie zal in het onderstaande met verwijzing naar fig. 5 worden beschreven waarbij tevens waarden voor een aantal van de signalen in de inrichting zijn aangegeven .

10 In fig. 5A is weergegeven het ingangssignaal voor de eerste steekproefnameketen 1, welk ingangssignaal aldus is gegeven als ingangsdata van het RZ-type. Dit signaal zal in de ontvanger worden gedetecteerd met behulp van het locale asynchrone kloksignaal B en worden omgezet in een NRZ-signaal dat in synchronisme is met het kloksignaal B.

15 De bovenste pulsvormende keten 7 in fig. 2 heeft zoals in het voorafgaande is uiteengezet de taak om bij de positieve flank van het signaal A een korte positieve puls teweeg te brengen. Wanneer het ingangssignaal van het RZ-type is, zal het denkbaar zijn dat deze pulsvormende keten niet nodig is aangezien het RZ-signaal uit korte 20 pulsen bestaat. In die gevallen waarin de pulsfrequentie van het binnenkomende RZ-signaal extreem klein is of zeer groot is, is deze pulsvormende keten echter noodzakelijk. In het in verband met fig. 5 beschreven geval wordt eenvoudigheidshalve aangenomen dat het uitgangssignaal van de pulsvormende keten hetzelfde is als het signaal A, zodat 25 in dit bijzondere geval de keten overbodig is.

Bij de keteninrichting volgens fig. 3 is een vertragingsketen 14 verbonden met de data-ingang 17. De vertraging hiervan is groot in vergelijking tot de vertraging van de D-flip-flop 15, is echter klein in vergelijking tot de duur van de pulsen afkomstig van de ketens 30 7 in fig. 2. Het vertraagde signaal is in fig. 5 weergegeven door de golfvorm A'. Bij de opeenvolging zoals geïllustreerd in fig. 5 is de vertraging van geen belang zodat de functie daarvan in het onderstaande zal worden verklaard.

Het functieblok in fig. 2 is reeds beschreven. De signalen D, 35 E en F volgens fig. 5 corresponderen met de door dezelfde letters aangeduide signalen van fig. 4.

8120071 -8-

Wanneer de RZ-pulsen A' aankomen bij de kloksignaalingang van de D-flip-flop 15 in fig. 3, wordt deze flip-flop in de ene toestand gezet en het uitgangssignaal van de Q-uitgang correspondeert met het signaal I in fig. 5. Een vaste spanning corresponderende met een 5 logische één wordt gedurende de volledige tijd aangelegd aan de data-ingang van de flip-flop. Na enige tijd wordt de flip-flop teruggezet door een aan zijn ingang R toegevoerd signaal, dat afkomstig is van de uitgang 13 in fig. 2. Dit signaal is in fig. 5 door F aangegeven. Detectie en fase-omkering bij coïncidentie tussen de signalen A en D 10 verhinderen dat de flip-flop 15 onmiddellijk na of gelijktijdig met het moment waarop deze wordt geklokt, wordt teruggezet. Coïncidentie vindt een flinke tijd eerder plaats dan het moment waarop de voor-flanken van de signalen D en A samenvallen, en als gevolg van coïncidentie wordt het signaal E teweeggebracht dat op zijn beurt tot gevolg 15 heeft dat in het signaal D een faseverschuiving ontstaat. Het signaal D fungeert tevens als kloksignaal voor de flip-flop 16 in fig. 3. Aangezien de tijdvertraging tussen de signalen R en Q van de flip-flop 15 aanzienlijk groter is dan de tijd waarover de data stabiel moeten blijven aan de D-ingang van de flip-flop 16, is het geen probleem om 20 data in de flip-flop 16 in te klokken voordat deze verdwijnen.

Een en ander geldt wanneer de flip-flops 15 en 16 ketens van eenzelfde soort zijn.

Indien geen puls voorkomt in het signaal A, dat wil zeggen een logische nul is uitgezonden, zal de Q-ingang voor de fbprflöp 16 nul werden, 25 hetgeen tot gevolg heeft dat een nul wordt ingeklokt bij deze flipflop. Het signaal G bestaat aan de uitgang 19 van de flip-flop 16 en aan de uitgang van de flip-flop 2 in fig. 1 bestaat het signaal H.

De aanduidingen P in het signaal H volgens fig. 5 zijn illustratief voor datafouten. Bij deze beide aanduidingen zou de data de waar-30 de 1 moeten hebben. Ongeacht de waarde die het signaal A heeft gedurende corresponderende tijden, wordt voor wisselende pulsen in het signaal E een nul verkregen in het signaal H.

De aanduidingen R in het signaal H betekenen een extra bit naar analogie van de gearceerde extra bit volgens fig. 4.

35 Uit fig. 5 blijkt niet direct dat het nodig is om een vertra- gingsketen 14 te gebruiken. De vertragingsfunctie is alleen dan 8120071 ........................'.......

-9- vereist wanneer de frequentie van het kloksignaal B lager is dan de bitfrequentie van het datasignaal, dat wil zeggen voor de tegengestelde situatie in vergelijking met fig. 5.

Verondersteld is dat de klokfrequentie van het signaal B lager 5 is dan de bitfrequentie. Verder is verondersteld dat de vertragings-keten 14 in eerste aanleg is overbrugd. De achterflank van de desbetreffende pulsen in het signaal D zullen dan achtereenvolgens de voor-flank naderen van de pulsen in het signaal A. Voor een faseverschui-ving van het signaal D dienen de signalen A en D elkaar in geringe 10 mate te overlappen, zodat de pulsen E voldoende lang zullen zijn. Wanneer deze situatie zich direkt voor een fase-omkering voordoet ontstaan problemen, aangezien de D-flip-flop 15 gelijktijdig wordt geklokt wanneer het signaal aan de R-ingang hoog is.

Door het aanbrengen van de vertragingsketen 14 wordt dit pro-15 bleem opgeheven aangezien een fase-omkering ontstaat voordat de positieve flank in het signaal A' en de negatieve flank in het signaal D samenvallen. Een vereiste in verband hiermee is vanzelfsprekend dat de vertraging een dusdanige grootte heeft dat het signaal E voldoende tijd heeft om een faseverschuiving te veroorzaken voordat de flanken 20 met elkaar samenvallen.

8120071 \ ...........7\.......................

Claims (4)

1. Werkwijze in een ontvanger voor binair gecodeerde datasignalen voor het synchroniseren van een binnenkomend datasignaal (A) met een locaal kloksignaal (B) dat in de ontvanger beschikbaar is, gekenmerkt door de volgende stappen: 5 a) het datasignaal (A) wordt geklokt met een in fase gecorrigeerd kloksignaal (F), waarna b) het aldus resulterende signaal opnieuw wordt geklokt met het niet-gecorrigeerde kloksignaal (B).

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het locale 10 kloksignaal (B) over 180° in fase wordt verschoven teneinde het in fase gecorrigeerde kloksignaal (F) te vormen wanneer positieve flanken in het locale kloksignaal (B) en het binnenkomende datasignaal (A) de neiging hebben om met elkaar samen te vallen als gevolg van onderling verloop. 15 3.. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het locale kloksignaal (B) over 180° in fase wordt verschoven voor het vormen van het in fase gecorrigeerde kloksignaal (F) wanneer negatieve flanken in het locale kloksignaal (B) en het binnenkomende datasignaal (A) de neiging hebben met elkaar samen te vallen als gevolg van onderling 20 verloop.

4. Inrichting in een ontvanger voor binair gecodeerde datasignalen, voor het synchroniseren van een binnenkomend datasignaal (A) met een locaal kloksignaal (B) dat beschikbaar is in de ontvanger, gekenmerkt door: 25 a) een eerste en een tweede steekproefnameketen (1, 2) welke ketens elk zijn voorzien van een data-ingang, een data-uitgang en een klokingang, b) een fase-omkerende keten (3) voorzien van een eerste en een tweede ingang en een uitgang, waarbij 30 de data-ingang van genoemde steekproefnameketen (1) de ingang (4) van de inrichting vormt en is ingericht voor het ontvangen van het datasignaal dat bij de ontvanger aankomt, en van welke keten de data-uitgang is verbonden met de data-ingang van de steekproefnameketen (2), waarvan de data-uitgang de uitgang (6) vormt van de inrichting, 8120071 ’ -li en waarvan de klokingang is ingericht voor het ontvangen van het locale kloksignaal (B) en de eerste ingang van deze fase-omkerende keten (3) is ingericht voor het ontvangen van het kloksignaal (B), zijn tweede ingang is ingericht voor het ontvangen van het datasignaal (A) en 5 waarvan de uitgang is verbonden met de klokingang van de steekproef-nameketen (1) teneinde daaraan een gecorrigeerd kloksignaal (F) toe te voeren in responsie, op de relatieve positie die tussen de flanken van de pulsen in het datasignaal (A) en het kloksignaal (B) bestaat.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat genoemde 10 eerste en genoemde tweede steekproefnameketens zijn gevormd door door een positieve flank schakelbare D-flip-flops. / 8120071