SE463584B - Saett och anordning foer noggrann digital maetning av tids- eller faslaeget i ett signalpulstaag - Google Patents

Description

465 584 10 15 20 25 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Problemet med nämnda första metod är således att det krävs mycket avancerad logik även för att genomföra relativt enkla fasmätningar.

Problemet med nämnda andra metod är att ofullständigheter i de analoga korrelatorerna inför allvarliga praktiska begränsningar i förfarandet och data- behandlingen av arctangen ökar påtagligt komplexiteten i metoden.

Anordningen enligt uppfinningen kännetecknas av patentkraven och löser nämn- da problem genom att pulstàget tillförs en pulsformare (begränsare) som alstrar en fyrkantvag med mark/space-förhallandet ungefärligen lika med 50/50. Denna fyrkantväg ansluts till N st (exempelvis 4) EXKLUSIV-ELLER kretsar tillsam- mans med N st referensfrekvenssignaler i form av fyrkantvàgor, vilka signaler i tur och ordning skiljer i tid i förhållande till varandra med 1/N av en period.

Denna nödvändiga progressiva tidsskillnad kan erhållas antingen genom att starta med en högre frekvens som delas ned, eller att utnyttja fördröjningsled- ningar. Vilket av dessa sätt som utnyttjas är ej väsentligt för förloppet. Med hjälp av jämförelsekretsar jämförs mark/spaceförhallandet mellan de N utsigna- lerna från EXKLUSIV-ELLER kretsarna pa sådant sätt att det fastställs i vilken av N grova fassektorer signalens fas ligger. Den signal som ligger närmast pulsförhållandet 50/50 väljs därefter ut, filtreras i ett làgpassfilter och digitaliseras i en analog/digitalomvandlare till en binärkod som ger finare fasinformation inom den redan bestämda grova sektorn.

Fördelarna med anordningen enligt uppfinningen gentemot känd teknik, är att noggrannheten vid tidsmätningarna är bättre än en period av referensklockans högsta möjliga frekvens, varvid det således är möjligt att öka arbetsfrekvensen för anordningen utan att krav ställs pà logik för mycket höga hastigheter.

Dessutom är det inte nödvändigt att referensklockan är exakt relaterad till frekvensen för det pulstag som skall mätas. 1D 15 2D 463 584 F IGURBESKRIVNING Anordningen enligt uppfinningen beskrivs närmare nedan med hjälp av ett utföríngsexempel under hänvisning till bifogad ritning i vilken Figur l visar pulsformning och tidsförskjutning av signalerna, Figur 2 visar hur pulsförhållandet (mark/space) varierar på utgångarna av EXKLUSIV-ELLER kretsarna, Figur 3 utgör ett kretsschema över en jämförelsekrets enligt uppfinningen och Figur 4 utgör ett blockschema över en anordning enligt uppfinningen.

REDOGÖRELSE F ÖR UPPFINNINGEN Som framgår av figur 1 tillförs ett pulståg WT i analog form ingången till en begränsare L. Begränsaren pulsformar signalen så att en fyrkantvåg med pulsförhållandet (mark/space) 50/50 uppträder på utgången. Fyrkantvågen tillförs ena ingången på var och en av N stycken EXKLUSIV-ELLER grindar, enligt exemplet 4. Till andra ingången på var och en av grindarna, benämnda ORO-ORB, ansluts en referensklocksignal RCLO-RCLB. Var och en av dessa referensklocksignaler är fyrkantvågsignaler och tidsmässigt, i tur och ordning förskjutna i förhållande till varandra med 1/N av en period. Utgångssignalen från varje EXKLUSIV-EILLER-grind är en fyrkantvåg MSÛ-MSB med dubbla frekvensen i förhållande till respektive grinds insignalfrekvens och med ett mark/spaceförhållande som beror på den inbördes klockningen av grindens två insignaler vilket framgår av diagrammet, figur 2. Diagrammet visar variationer i mark/spaceförhållandet för utsignalerna MSO-MSB från grindarna ORÛ-ORB, som funktion av pulstågsklockningen i förhållande till referensklockans takt.

Försök att härleda den inbördes klockningen av det två insignalerna ur ut- signalen från en enda EXKLUSIV-ELLER grind innebär viss osäkerhet eftersom det inte går att säga inom vilket 180 gradersområde fasen ligger, men detta 465 584 1D 15 2D 25 problem löses genom jämförelse av utsignalerna från ett flertal EXKLUSIV- ELLER grindar. I det fall då N i enlighet med exemplet är lika med 4, är det möjligt att direkt bestämma inom vilken åttondedel av referensklockperioden som ingangssignalens övergångar faller. Detta görs genom jämförelse mellan grindarnas ORD-ORB utsignalers mark/spaceförhållande enligt nedanstående MIN of MAX operation: Tabell l If MSD > MS2 then let Bl = D else Bl = l If MSl > MSZ» then let B2 = D else B2 = 1 If MAX (MSD, MSZ) > MAX (MSl, MS3) let B3 = D else B3 = l Bl, B2 och B3 bestämmer de tre mest signifikanta bitarna i den önskade tidsmätningen efter att en lämplig kodomvandling från Gray till Binär eller annan utsignalkod utförts.

B-bitarsordet Bl, BZ, B3 har nu en 1:1 överensstämmelse med den oktant inom vilken signalens nollgenomgångsklockning ligger.

Den ovan beskrivna Min of Max-operationen kan exempelvis implementeras med hjälp av en kombination av NPN och PNP emitterföljare så som visas i figur 3, men kan alternativt även realiseras med hjälp av jämförelsekretsar (komparato- rer), omkopplare och logikkretsar. Figur 3 visar således hur man i enlighet med tabell 1 bestämmer de tre mest signifikanta bitarna i det aktuella mätvärdet.

För att vid tidmätningen bestämma de minst signifikanta bitarna LSB, är det nödvändigt att göra en mer noggrann uppmätning av signalens marklspace- förhållande på utgången av åtminstone en av EXKLUSIV-ELLER grindarna ORD- 0R3. Det är en praktisk fördel att välja den av grindarna som har mark/space- förhållandet närmast 50/50, eftersom denna pulsform är mindre känslig för distorsion beroende på begränsade stigtider hos långsam maskinvarulogik. De enligt ovan bestämda tre mest signifikanta bitarna Bl, B2, B3 utnyttjas därvid för att utvälja den av pulserna som har denna egenskap för finare analys. Detta är den puls som återstår efter MIN of MAX-operationen. 10 15 20 25 30 465 584 Den finare mätningen av mark/spaceförhållandet kan, som framgår av figur 4, utföras med hjälp av lågpassfilter LPO-LP3 för att extrahera signalens medelvärde, följt av en analog/digitalomvandling i en A/D omvandlare AD. I en höghastighetsapplikation kan. exempelvis en li-bits A/D-omvandlare av "FLASH"-typ utnyttjas. Ingångarna på respektive lågpassfilter ansluts till motsvarande utgång på EXKLUSIV-ELLER kretsarna ORÛ-ORS. Filtrens ut- gångar ansluts till ingångar på en jämförelsekrets CO och till ingångar på en multiplexor M. Utgångarna från jämförelsekretsen dvs de mest signifikanta bitarna Bl, BZ och B3 tillförs ingångar på multiplexorn M för styrning av valet av den grindutsignal (MSO-MS3) vars pulsförhållande ligger närmast 50/50. De mest signifikanta bitarna tillförs dessutom ingångar på en kodomvandlare CC.

Kodomvandlaren konstrueras antingen av diskreta logikgrindar eller kan vara en look-up tabell i ett ROM-minne. Adressen till minnet består av de tre bitarna Bl, BZ, B3 och de bitar (fyra eller fler) som utgör resultatet av nämnda A/D- omvandling. Minnesinnehållet utgörs av den önskade utkod som motsvarar varje möjligt ingångsbitmönster. Utgången från multiplexor M ansluts till ingången på nämnda A/Domvandlare AD vars utgångar ansluts till motsvarande ingångar på nämnda kodomvandlare CC, vars utgångar i sin tur avger binärt kodade signaler.

När en li-bits A/D-omvandlare på detta sätt kombineras med de tre mest signifikanta bitarna Bl, B2, B3 erhålls vid fasmätningen en noggrannhet på 7 bitar. Därmed kan exempelvis klockning av ett pulståg vars repetitionsfrekvens är l MHZ, bestämmas med en upplösning av 1/128 ps (8 ns) utan att behöva utnyttja mer än 1 MHZ referensklockfrekvens.

Om det är önskvärt att en normal binär kod skall representera tidsmätningen (taktgivningen), måste de tre mest signifikanta bitarna konverteras från Gray till binärkod och de minst signifikanta bitarna LSB komplementeras i alterne- rande oktanter. Detta kan utföras i vanlig logik, tabeller eller programvara.

En binär kodrepresentation underlättar korrigering av utgångsvärdet, för vilken skillnad som än föreligger mellan referensklockan och pulstågets förväntade frekvens. Antag att pulstågets förväntade nominella frekvens är 1 000 003 HZ men att frekvensen för de tillgängliga referensklockorna är exakt 1 000 000 HZ. 465 584 10 15 Antag för enkelhetens skull dessutom att mätnoggrannheten är 7 bitar och att det görs 128 mätningar per sekund. Sekvensen av binära värden före korrektion får då exempelvis nedanstående utseende: oøøooøI59, 62, 65, 00000101, D, 3, 6, 9, ocøuoøo vilket visar en stegvis ökning med 3, modulo 128, beroende på nämnda 3 HZ frekvensavvikelse. Detta kan korrigeras med hjälp av ett 7-bits yttre minne vars innehåll ökas med 3, modulo 128, vid varje samplingstillfälle, vilket värde subtraheras från mätvärdet före utsändning av utsignal.

En liknande teknik kan även användas i fall där förhållandet mellan samp- lingsperiod och referensfrekvensavvikelse inte är så enkelt, och kan exempelvis innebära utökning av minnets ordlängd med delmängder, eller lagring av en hel cykel korrektionsvärden i minnet.

På ovanstående sätt visas att aritmetik utformad i programvara eller maskin- varulogik kan utnyttjas för kompensering av icke heltalsförhållanden mellan pulstågs mittfrekvens, referensklockor och mätfrekvens (samplingsfrekvens).

Som framgår av beskrivningen medger anordningen enligt uppfinningen en stor förbättring av mätnoggrannheten utan krav på logik för mycket höga hastig- heter. 'fl

Claims (6)

10 10 15 20 .lin CM LN Uf! OO .Fa PATENTKRAV
1. l. Sätt för noggrann digital mätning av tids- eller fasläget i ett signalpulståg i ett telekommunikationssystem k ä n n e t e c k n a t därav att en signal (WT) pulsformas så att ett kantvågformat pulståg bildas, varefter pulståget jämförs med ett antal, i förhållande till varandra tidsförskjutna, kantvågformade referenssignaler (RCLO-RCL3), på sådant sätt att i beroende av jämförelsen nya signaler (MSD-M53) bildas, vilka nya signaler i sin tur jämförs med varandra i en s k MIN of MAX operation, varvid den av signalerna vars pulsförhållande ligger närmast ett förutbestämt pulsförhållande undergår en analog/digital omvandling för att i digital form tillsammans med, före analog/digitalomvandlingen ur signalen utvalda bitar (B1-B3), kodomvandlas till en binär kod, vilken kod kan korrigeras för systematiska avvikelser på grund av frekvensskíllnader mellan pulstågets frekvens, referensfrekvensen och/eller samplingstakten genom addition/subtraktion av en förutbestämd talsekvens.
2. 2 Anordning för utförande av sättet enligt patentkrav l, för noggrann digital mätning av tids- eller fasläget i ett signalpulståg i ett telekommunikations- system,kännetecknad därav att en signal (WT) tillförs ingången till en begränsare (L) för pulsformning och att det sålunda kantvågformade pulståget från begränsarens utgång tillförs en första ingång på ett antal EXKLUSIV-ELLER grindar (ORÛ-ORB) och :vt till en andra ingång på var och en av grindarna ansluts en referensklocksignal (RCLU-RCLS) vilka klocksignaler är i tur och ordning tidsmässigt förskjutna i förhållande till varandra varvid från var och en av utgångarna på respektive grindkrets avges en utsignal (MSO-MSB) med en frekvens och ett pulsförhållande i beroende av förhållandet mellan signalerna på nämnda första och andra ingång, och att utsignalerna (MSÛ-MSB) från nämnda grindkretsar (0RÛ-0R3) tillförs ingångar på rn multiplexor (M) och ingångar på en jämförelsekrets (CO) i vilken utförs en MIN of MAX operation varvid pulsförhållandet i utsignalerna (MSU-MSB) jämförs med varandra och att den av nämnda utsignaler som ligger närmast ett förutbestämt pulsförhållandevärde, via nämnda multiplexor (M) tillförs ingångarna på en analog/digitalomvandlare (AD) från vars utgångar pulståget i digital form tillförs ett första antal ingångar på en kodomvandlare (CC) och att kodomvandlaren på ett andra antal ingångar mottar bestämda signalbitar (Bl-B3) ur pulståget före analog/digitalomvandlingen, varvid signa- 465 584 lerna på nämnda första och andra antal ingångar i kodomvandlaren omvandlas till signaler i binär form som avges på omvandlarens utgångar.
3. 3. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda bestämda signalbitar (Bl-B3) utgörs av pulstagets tre mest signifikanta bitar.
4. 4. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda förutbestämda värde på pulsförhàllandet är 50/50.
5. 5. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d därav att nämnda tidsförskjutning mellan referensfrekvenssignalerna är l/N av en klock- period om totala antalet referensfrekvenssignaler är N.
6. 6. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d därav att, för att erhålla en noggrannare mätning av nämnda pulsförhållanden, grind- kretsarnas (ORÛ-ORB) utgångar är anslutna till motsvarande ingångar på lagpassfilter (LPÛ-LPB) och att filtrens utgångar är anslutna till ingångar på 5 jämförelsekretsen (CO) och multiplexorn (M). p;