NL8502234A - Kloksignaalinrichting voor het regeneren van een kloksignaal. - Google Patents

Description

* # "3.

ΡΗΝ 11.458 1 m Λ Μ* N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven Kloksignaalinrichting voor het regenereren van een kloksignaal.

De uitvinding heeft betrekking op een kloksignaalinrichting, bevattende een op een ingangsklem aangesloten eerste kloksignaalregenerator voorzien van een eerste faseregellus, welke faseregellus een eerste spanningsgestuurde oscillator bevat voor het 5 afgeven van een eerste oscillatorsignaal en een hierop aangesloten eerste delen bevat voor het afgeven van een eerste geregenereerd kloksignaal.

Een dergelijke kloksignaalregenerator is bekend uit een artikel getiteld "Phasenregelkreis (PPL·)" gepubliceerd in Funkschau, 10 nr. 6, p. 61-68, 1983. In fig. 2 van het artikel is een faseregellus weergegeven waarin een oscillatorsignaal van een spanningsgestuurde oscillator via een deler aan een fasedetektor wordt toegevoerd en een faseverschil wordt bepaald met een ingangssignaal. In de fasedetektor wordt een faseverschilsignaal bepaald dat via een regelspanningscircuit 15 aan de oscillator wordt toegevoerd met behulp waarvan de spanningsgestuurde oscillator zodanig wordt verstemd dat het faseverschil wordt verkleind.

Een dergelijk kloksignaalregenerator waarborgt evenwel niet dat een voldoende fasenauwkeurig en betrouwbaar uitgangs-20 kloksignaal wordt opgewekt; in het bijzonder niet indien als gevolg van een defekt bijv. geen stuurspanning aan de spanningsgestuurde oscillator wordt toegevoerd; de oscillator loopt dan nl. ‘'vrij*.

Doel van de uitvinding is het verschaffen van een kloksignaalinrichting voor het fasenauwkeurig opwekken van een betrouwbaar, 25 bedrijfszeker en jitterarm kloksignaal.

Daartoe is de in de aanhef vermelde kloksignaalinrichting daardoor gekenmerkt, dat de kloksignaalinrichting een op de ingangsklem aangesloten tweede kloksignaalregenerator bevat voorzien van een tweede faseregellus, welke tweede faseregellus een tweede spanningsgestuurde 30 oscillator bevat voor het afgeven van een tweede oscillatorsignaal en een hierop aangesloten tweede deler bevat voor het afgeven van een tweede geregenereerd kloksignaal met nagenoeg eenzelfde frequentie als 13C2234 ♦ ^ » PHN 11.458 2 het eerste geregenereerd kloksignaal, dat de kloksignaalinrichting een op de eerste kloksignaalregenerator aangesloten eerste tijdvenstersignaalgenerator bevat voor het opwekken van een eerste tijdvenstersignaal met een ligging gerelateerd aan het eerste 5 geregenereerd kloksignaal en met een tijdsduur gerelateerd aan de periode-duur van het eerste oscillatorsignaal, dat de kloksignaalinrichting een op de tweede kloksignaalregenerator aangesloten tweede tijdvenstersignaalgenerator bevat voor het opwekken van een tweede tijdvenstersignaal met een ligging gerelateerd aan het 10 tweede geregenereerd kloksignaal en met een tijdsduur gerelateerd aan de periodeduur van het tweede oscillatorsignaal, en dat de kloksignaalinrichting een sequentiële bewakingsschakeling bevat aangesloten op een van de kloksignaalregeneratoren alsmede op de eerste en tweede tijdvenstersignaalgenerator voor het alleen dan aan een uitgangsklem 15 afgeven van een betrouwbaar uitgangskloksignaal zolang een faseverschil tussen de geregenereerde kloksignalen een door ligging en tijdsduur van de tijdvenstersignalen gegeven drempelwaarde niet overschrijdt.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de kloksignaalinrichting overeenkomstig de uitvinding is daardoor gekenmerkt, dat de 20 sequentiële bewakingsschakeling een eerste schuifregister met twee in cascade geschakelde trappen bevat, waarbij elke trap van een signaalingang, een signaaluitgang en een kloksignaalingang is voorzien, dat de signaalingang van de eerste trap met de eerste kloksignaalregenerator is verbonden, dat de kloksignaalingang van de eerste trap 25 met de tweede tijdvenstersignaalgenerator is verbonden, en dat de kloksignaalingang van de tweede trap met de eerste tijdvenstersignaalgenerator is verbonden.

Van voordeel is dat de bewakingsschakeling is ingericht als een zichzelf bewakende sequentiële schakeling waardoor een fail-30 safe werking alsmede een zeer hoge bedrijfszekerheid zijn verkregen.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de kloksignaalinrichting overeenkomstig de uitvinding is daardoor gekenmerkt, dat de eerste tijdvenstersignaalgenerator is voorzien van een tweede schuifregister met drie in cascade geschakelde trappen en van een met de 35 tweede en derde trap verbonden eerste exclusieve OR-schakeling, en dat de tweede tijdvenstersignaalgenerator is voorzien van een derde schuif-. register met twee in cascade geschakelde trappen en van een met de 1302234 PHN 11.458 3 m # ' *% · eerste en tweede trap verbonden tweede exclusieve OR-schakeling, dat de opeenvolgende trappen van het tweede resp. derde schuifregister geklokt worden door door de eerste resp. tweede spanningsgestuurde oscillator afgegeven oscillatorsignalen, waarbij de periodetijden van de eerste en 5 tweede oscillatorsignalen nagenoeg overeenkomen.

Van verder voordeel is dat voornoemde drempelwaarde overeenkomt met de helft van de periodetijden van de eerste en tweede oscillatorsignalen, hetgeen de mogelijkheid schept door keuze van deze periodetijden de fasenauwkeurigheid van het uitgangskloksignaal op 10 iedere gewenste waarde in te stellen.

De 'uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren waarin dezelfde verwijzingscijfers overeenkomstige elementen aanduiden. Daarbij toont: figuur 1 een uitvoeringsvorm van de kloksignaalinrichting 15 overeenkomstig de uitvinding; figuur 2 een tijdvolgordediagram van signalen welke optreden in de kloksignaalinrichting van figuur 1, figuur 3 een tijdvolgordediagram van een selektie van signalen uit figuur 2.

20 In figuur 1 is een kloksignaalinrichting 1 weergegeven welke in digitale informatie-verwerkende systemen kan worden toegepast bijv. in een digitale telefooncentrale. In dergelijke systemen vindt onder andere regeneratie van kloksignalen plaats. Bij regeneratie wordt aan pulsen van deze kloksignalen welke in het algemeen tengevolge van 25 een signaaloverdracht zijn vervormd, hun korrekte vorm, amplitude en fase (timing) teruggegeven.

Regeneratie vindt bijv. plaats met behulp van een kloksignaalregenerator 2-1, welke een van algemene bekendheid zijnde faseregellus (PLL) bevat.

30 De kloksignaalregenerator 2-1 bevat een eerste spanningsgestuurde oscillator 3-1 voor het opwekken van een eerste oscillatorsignaal met een frequentie van bijv. 8,192 MHz, en een eerste deler 4-1 met een deeltal van bijv. 2048 voor het opwekken van een eerste geregenereerd kloksignaal met een frequentie van 4 kHz. Het 35 quotiënt van de frequentie van het eerste oscillatorsignaal en het deeltal is zodanig gekozen dat dit quotiënt gelijk is aan de frequentie van het eerste geregenereerd kloksignaal welke laatsgenoemde §502 2 34 V o PHN 11.458 4 frequentie overeenkomt met de frequentie van een aan een ingangsklem 18 toe te voeren te regenereren kloksignaal.

De kloksignaalregenerator 2-1 bevat voorts een fasedetektor 5-1 waaraan het ingangskloksignaal en het eerste 5 geregenereerde kloksignaal worden toegevoerd, en een eerste integrator 6-1, welke een stuurspanning opwekt voor het in frequentie verstemmen van de spanningsgestuurde oscillator 3-1 in afhankelijkheid van een door de fasedetektor 5-1 gedetekteerd faseverschil tussen ingangskloksignaal en eerste geregenereerd kloksignaal.

10 Indien een defekt in de betreffende faseregellus optreedt als gevolg waarvan bijv. het faseverschil tussen het ingangskloksignaal en het betreffende geregenereerde kloksignaal niet korrekt wordt bijgeregeld zal de fase van het geregenereerde kloksignaal gaan driften, hetgeen ontoelaatbaar is.

15 Om hieraan tegemoet te komen is parallel aan de eerste een tweede kloksignaalgenerator 2-2 geschakeld waaraan voornoemd ingangskloksignaal wordt toegevoerd. De tweede kloksignaalregenerator 2-2 is bij voorkeur identiek aan de eerste. De kloksignaalregenerator 2-2 bevat een fasedetektor 5-2, een integrator 6-2, een spanningsgestuurde 20 oscillator 3-2 en een deler 4-2 welke op overeenkomstige wijze zijn geschakeld zoals reeds is toegelicht aan de hand van de kloksignaalregenerator 2-1.

In dit uitvoeringsvoorbeeld wekt de tweede spanningsgestuurde oscillator 3-2 een tweede oscillatorsignaal op dat 25 een gelijke frequentie en een nagenoeg gelijke fase beschikt als het eerste oscillatorsignaal en de tweede deler 4-2 geeft een tweede geregenereerd kloksignaal af dat van gelijke frequentie en nagenoeg gelijke fase is als het eerste geregenereerd kloksignaal.

Verder worden beide geregenereerde kloksignalen en beide 30 oscillatorsignalen aan een logisch circuit 7 toegevoerd, hetwelk als dynamische sequentiële schakeling is uitgevoerd. Het logisch circuit 7 bevat een eerste tijdvenstersignaalgenerator 8, een tweede tijdvenstersignaalgerenator 9 en een bewakingsschakeling 10. De eerste tijdvenstersignaalgenerator 8 bevat een drietraps schuifregister 11-1 35 tot en met 11-3, een invertor 13 en een als exclusieve OR-schakeling 12 uitgevoerd uitleescircuit.

De figuren 1, 2 en 3 zijn voorzien van letters, welke 8502234 PHN 11.458 5 signalen representeren zoals deze in de kloksignaleninrichting 1 van figuur 1 kunnen optreden.

Het eerste geregenereerde kloksignaal c wordt aan de signaalingang 20 van de eerste trap 11-1 toegevoerd. De opeenvolgende 5 drie trappen 11-1 tot en met 11-3 worden afwisselend rechtstreeks of via de invertor 13 geklokt door aiddel van het eerste oscillatorsignaal a.

Het eerste geregenereerd kloksignaal c wordt zodoende verwerkt tot de signalen d, e en f welke onderling achtereenvolgens over een halve periode van het eerste oscillatorsignaal zijn verschoven zoals in figuur 10 2 is weergegeven.

De aan de tweede trap 11-2 en aan de derde trap 11-3 optredende signalen e en f worden aan de exclusieve OR-schakeling 12 toegevoerd welke het tijdvenstersignaal g afgeeft. De tweede tijdvenstersignaalgenerator 9 bevat een tweetrapsschuifregister 14-1, 14-15 2, een invertor 16 en een als exclusieve OR-schakeling 15 uitgevoerd uitleescircuit. Het tweede geregenereerd kloksignaal r wordt aan de signaalingang 21 van de eerste trap 14-1 toegevoerd. De opeenvolgende twee trappen 14-1, 14-2 worden rechtstreeks en via de invertor 16 geklokt door aiddel van het tweede oscillatorsignaal q. Het tweede 20 geregenereerd kloksignaal r wordt zodoende verwerkt tot de signalen s en t welke achtereenvolgens over een halve periode van het tweede oscillatorsignaal q zijn verschoven. De signalen s en t worden, op overeenkomstige wijze als de signalen e en f, in de tijdvenstersignaalgenerator 9 en de exclusieve OR-schakeling 15 verwerkt tot het tweede 25 tijdvenstersignaal u.

Bij een juiste werking van de kloksignaalregeneratoren 2-1, 2-2 zijn de geregenereerde kloksignalen c, r in fase aet elkaar en treedt een situatie op zoals is weergegeven in figuur 2. In deze situatie hebben de oscillatorsignalen a, q eenzelfde periodeduur en een 30 gelijke fase. Het eerste geregenereerde kloksignaal c wordt over drie trappen 11-1 tot en met 11-3 verschoven en het tweede geregenereerde kloksignaal over twee trappen 14-1, 14-2.

Omdat voornoemde trappen met een oscillatorsignaal met eenzelfde periodeduur worden geklokt, bedraagt het onderlinge 35 faseverschil tussen de tijdvenstersignalen en u de helft van deze periodeduur.

Het eerste tijdvenstersignaal g bezit een breedte T^, 3302234 PHN 11.458 6 welke overeenkomt met de periodeduur van het eerste oscillatorsignaal a; evenzo bezit het tweede tijdvenstersignaal u een breedte T2, welke overeenkomt met de periodeduur van het tweede oscillatorsignaal q. De in figuur 2 weergegeven situatie geldt bij eenzelfde periodeduur van de 5 oscillatorsignalen a, q zodat T1 = T2· De bewakingsschakeling 10 bevat een tweetrapschuifregister 17-1, 17-2. Aan de signaalingang 22 van de eerste trap 17-1 wordt voor het sequentieel verwerken het eerste geregenereerde kloksignaal c toegevoerd, dat van de eerste kloksignaal-regenerator 2-1 afkomstig is. Het eerste geregenereerde kloksignaal c 10 wordt geklokt door het tweede tijdvenstersignaal u, dat van de tweede kloksignaalregenerator 2-2'is afgeleid. In de figuur 2 weergegeven situatie is het resultaat een signaal x. Indien bijv. tengevolge van een defekt de fase van de door de eerste kloksignaalregenerator 2-1 afgegeven signalen c en a ten opzichte van de door de tweede 15 kloksignaalregenerator 2-2 afgegeven signalen r en q verschuift kunnen nog de navolgende drie gevallen worden onderscheiden.

In een eerste geval is de puls van het eerste geregenereerde kloksignaal c in zijn geheel in de tijd gezien voor de eerste opgaande flank u' van het tweede tijdvenstersignaal u gelegen.

20 In een tweede geval is de puls van het eerste geregenereerde kloksignaal c in zijn geheel in de tijd gezien na de tweede opgaande flank uM van het tweede tijdvenstersignaal u gelegen.

In beide gevallen is het faseverschil tussen de signalen c en a enerzijds en de signalen r en q anderzijds zodanig groot, dat het 25 eerste geregenereerde kloksignaal c niet door de eerste trap 17-1 van bewakingsschakeling 10 wordt doorgeschakeld, waardoor het signaal x dan de logische waarde "0" behoudt. Gerelateerd aan een faseverschil tussen het eerste geregenereerde kloksignaal c en het tweede geregenereerde kloksignaal r treedt het eerste geval op indien het kloksignaal c meer 30 dan een halve periode van het eerste oscillatorsignaal a voorijlt op het kloksignaal r, terwijl het tweede geval optreedt indien het kloksignaal c meer dan anderhalve periode T2 van het tweede oscillatorsignaal q naijlt op het kloksignaal r.

Terugkomend op de in figuur 2 weergegeven situatie wordt 35 het signaal x aan de signaalingang van de tweede trap 17-2 toegevoerd. Deze tweede trap 17-2 wordt geklokt door het eerste tijdvenstersignaal g, waardoor aan een uitgangsklem 19 het uitgangssignaal y beschikbaar 8502234 PHN 11.458 7 is.

Doet zich een van beide reeds toegelichte gevallen voor waarbij het signaal x de logische waarde "O" bezit dan geeft de tweede trap 17-2 het uitgangssignaal y ook de logische waarde "0". Het eerste 5 geregenereerde kloksignaai c wordt in deze twee gevallen niet aan de uitgangsklem 19 beschikbaar gesteld.

Er kan voor wat betreft het faseverschil tussen de signalen c en a van de eerste kloksignaalregenerator 2-1 enerzijds, en de signalen r en q van de tweede kloksignaalregenerator 2-2 anderzijds, 10 evenwel nog een derde geval optreden. Dit derde geval, waarvan een voorbeeld is gegeven in figuur 3, doet zich voor indien het eerste geregenereerde kloksignaai c meer dan een halve doch minder dan anderhalve periode T2 van het tweede oscillatorsignaal q naijlt op het tweede geregenereerde kloksignaai r.

15 In de bewakingsschakeling 10 wordt in dit uitvoeringsvoorbeeld op de opgaande flanken u' en u" van het tweede tijdvenstersignaaal u de waarde van het signaal c aan het signaal x toegekend. Vervolgens verkrijgt na het klokken van het signaal x op de flanken g' , g" van het eerste tijdvenstersignaal g het uitgangssignaal 20 y de logische waarde "1". De situatie welke vervolgens optreedt nadat de beide delers 4-1, 4-2 in dit uitvoeringsvoorbeeld 2048 periodes van de onderscheiden oscillatorsignalena, q hebben geteld is ter rechterzijde van de gebroken lijnen in figuur 3 weergegeven. Op de beide flanken u' , u* van het tweede tijdvenstersignaal u neemt het signaal x de waarde van 25 het eerste geregenereerde signaal c over. Het signaal x blijkt nu gëinverteerd te zijn ten opzichte van de in figuur 2 weergegeven situatie. Ha het klokken van het signaal x op de flanken g', g“ blijft het uitgangssignaal y logisch "1". Hierdoor wordt in dit derde geval bij voornoemd faseverschil het eerste geregeneerd kloksignaai c ook niet 30 naar de uitgangsklem 19 doorgegeven.

Voornoemde toegelichte gevallen samenvattend, is de kloksignaalinrichting 1 ingericht voor het alleen dan aan uitgangsklem 19 doorschakelen van het eerste geregenereerde kloksignaai c als het faseverschil tussen de geregenereerde kloksignalen c en r kleiner is dan 35 een drempelwaarde welke gelijk is aan de helft van de periodeduur van de beide oscillatorsignalen a, q. Hierdoor is bij aanwezigheid van de uitgangsklem 19 een geregenereerd, in hoge mate betrouwbaar, S 5 C 2 2 o n

«I

PHN 11.458 8 bedrijfszeker en jitterarm uitgangssignaal y beschikbaar, dat bijv. als kloksignaal in digitale informatie-verwerkende systemen kan worden gebruikt. Van voordeel is dat deze drempelwaarde op eenvoudige wijze kan worden gekozen namelijk door keuze van de frequentie van de 5 oscillatorsignalen a, q gekombineerd met een keuze van het deeltal van de delers 4-1, 4-2. In het bijzonder wordt door het verkleinen van de drempelwaarde de nauwkeurigheid vergroot waarmede de fase van het uitgangssignaal y wordt bewaakt.

Van verder voordeel is dat door de sequentiële 10 verwerking van de signalen in de kloksignaalinrichting wordt voorkomen - dat tengevolge van een defekt een onbetrouwbaar kloksignaal als uitgangssignaal aan de uitgangsklem 19 beschikbaar komt. Bijvoorbeeld indien tengevolge van een defekt het eerste tijdvenstersignaal g continu logisch "0" of "1" blijft zal aan de uitgangsklem 19 geen kloksignaal 15 beschikbaar zijn. Hetzelfde doet zich voor als bijv. het signaal t continu logisch “0" of "1* blijft.

De kloksignaalinrichting 1 is ingericht voor het door de beide tijdvenstersignalen g, u kruislings en sequentieel bewaken van het eerste geregenereerde kloksignaal c. Hiermede bewaakt de 20 kloksignaalinrichting 1 zichzelf, waardoor een "fail safe* werking is verkregen en tevens e.en extern testen niet nodig is.

Verder is van voordeel dat de kloksignaalinrichting 1 volgens de uitvinding met grotendeels digitale in een IC te implementeren circuits kan worden gerealiseerd. In de toelichting is 25 uitgegaan van in het logische circuit 7 opgenomen schuifregisters welke trappen 11-1 tot en met 11-3, 14-1, 14-2, 17-1, 17-2 bevatten die reageren op opgaande flanken van aan hun resp. klokingangen aangeboden signalen. Vanzelfsprekend kunnen ook schuifregisters worden toegepast welke reageren op neergaande flanken, ongeacht of zogeheten positieve of 30 negatieve logika wordt toegepast.

In het bijzonder kunnen in deze schuifregisters zgn. "edge-triggered" D-flipflops worden toegepast.

Vanzelfsprekend kunnen ook kloksignalen met andere frequenties worden opgewekt dan die welke in deze toelichting zijn 35 gekozen, al of niet in kombinatie met andere frequenties van de oscillatorsignalen a, q van de oscillatoren 3-1, 3-2 of andere deeltallen van de delers 4-1, 4-2.

8502234-

Claims (3)

1. Kloksignaalinrichting, bevattende een op een ingangsklen aangeslaoten eerste kloksignaalregenerator voorzien van een eerste faseregellus, welke faseregellus een eerste spanningsgestuurde oscillator bevat voor het afgeven van een eerste oscillatorsignaal en 5 een hierop aangesloten eerste deler bevat voor het afgeven van een eerste geregenereerd kloksignaal, daardoor gekenmerkt, dat de kloksignaalinrichting een op de ingangsklen aangesloten tweede kloksignaalregenerator bevat voorzien van een tweede faseregellus, welke tweede faseregellus een tweede spanningsgestuurde oscillator bevat voor 10 het afgeven van een tweede oscillatorsignaal en een hierop aangesloten tweede deler bevat voor het afgeven van een tweede geregenereerd kloksignaal net nagenoeg eenzelfde frequentie als het eerste geregenereerd kloksignaal, dat de kloksignaalinrichting een op de eerste kloksignaalregenerator 15 aangesloten eerste tijdvenstersignaalgenerator bevat voor het opwekken van een eerste tijdvenstersignaal met een ligging gerelateerd aan het eerste geregenereerde kloksignaal en net een tijdsduur gerelateerd aan de periodeduur van het eerste oscillatorsignaal, dat de kloksignaalinrichting een op de tweede kloksignaalregenerator 20 aangesloten tweede tijdvenstersignaalgenerator bevat voaor het opwekken van een tweede tijdvenstersignaal net een ligging gerelateerd aan het tweede geregenereerd kloksignaal en met een tijdsduur gerelateerd aan de periodeduur van het tweede oscillatorsignaal, en dat de kloksignaalinrichting een sequentiële bewakingsschakeling bevat 25 aangesloten op een van de kloksignaalregeneratoren alsmede op de eersteen tweede tijdvenstersignaalgenerator voor het alleen dan aan een uitgangsklem afgeven van een betrouwbaar uitgangskloksignaal zolang een faseverschil tussen de geregenereerde kloksignalen een door ligging en tijdsduur van. de tijdvenstersignalen gegeven drempelwaarde niet 30 overschrijdt.

2. Kloksignaalinrichting volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt, dat de sequentiële bewakingsschakeling een eerste schuifregister net twee in cascade geschakelde trappen bevat, waarbij elke trap van een 35 signaalingang, een signaaluitgang en een kloksignaalingang is voorzien, dat de signaalingang van de eerste trap met de eerste kloksignaalregenerator is verbonden, 8502234 PHN 11.458 10 dat de kloksignaalingang van de eerste trap met de tweede tijdvenstersignaalgenerator is verbonden en dat de kloksignaalingang van de tweede trap met de eerste tijdvenstersignaalgenerator is verbonden. 5 3. Kloksignaalinrichting volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt, dat de eerste tijdvenstersignaalgenerator is voorzien van een tweede schuifregister met drie in cascade geschakelde trappen en van een met de tweede- en derde trap verbonden eerste exclusieve OR-schakeling, 10 dat de tweede tijdvenstersignaalgenerator is voorzien van een derde schuifregister met twee in cascade geschakelde trappen en van een met de eerste- en tweede trap verbonden tweede exclusieve OR-schakeling, en dat de opeenvolgende trappen van het tweede resp. derde schuifregister geklokt worden door door de eerste- resp. tweede spanningsgestuurde 15 oscillator afgegeven oscillatorsignalen, waarbij de periodetijden van de eerste- en tweede oscillatorsignalen nagenoeg overeenkomen.

3 5¾ 0 9 9 3 4 'is '·> cm W a