DE1183540B - Self-synchronizing pulse generator - Google Patents
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Description
DEUTSCHESGERMAN
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AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Internat. Kl.: H 03 kBoarding school Class: H 03 k
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Deutsche Kl.: 21 al - 36/02 German class: 21 al - 36/02
J 22905 VIII a/21 al
22. Dezember 1962
17. Dezember 1964J 22905 VIII a / 21 al
December 22nd, 1962
17th December 1964
Die Erfindung betrifft einen Impulsgenerator, welcher sich mittels ankommender Datenimpulse selbst synchronisiert.The invention relates to a pulse generator which is generated by means of incoming data pulses synchronized itself.
Um impulskodierte Daten auf ihren Inhalt hin zu beurteilen, ist es nicht nur notwendig zu wissen, ob ein Impuls vorhanden ist oder keiner, sondern es ist auch notwendig, daß man weiß, zu welcher Zeit ein Impuls vorhanden oder nicht vorhanden ist. Die zeitlichen Zusammenhänge werden bei datenverarbeitenden Systemen mittels Taktimpulsen angegeben, die im ganzen System zur Verfügung stehen.In order to assess pulse-coded data for its content, it is not only necessary to know whether an impulse is present or none, but it is also necessary that one know what time one Impulse is present or absent. The temporal relationships are with data processing Systems specified by means of clock pulses that are available throughout the system.
Will man die Daten über längere Strecken schicken, so kann man diese Daten dem Taktimpuls mitgeben. Dies ist jedoch auf langen Strecken nicht möglich, da die verschiedene Gruppenlaufzeit die zeitlichen Zusammenhänge, welche einmal am Anfang bestanden haben, auflöst. Bekannt ist nun, daß man Daten über längere Strecken ohne den Taktimpuls überträgt, jedoch am anderen Ende der Leitung einen sehr genau gehenden Oszillator vorsieht, welcher die gleiche Schwingfrequenz hat wie der Taktgenerator am Anfang der Leitung. Zu dieser zweiten Erzeugung der Taktimpulse kann man Quarz-Oszillatoren vorsehen.If you want to send the data over longer distances, you can add this data to the clock pulse. However, this is not possible over long distances, as the different group delay times the temporal Dissolves connections that once existed at the beginning. It is now known that one has data transmits over long distances without the clock pulse, but transmits one at the other end of the line provides a very precise oscillator which has the same oscillation frequency as the clock generator at the beginning of the line. Quartz oscillators can be used for this second generation of clock pulses provide.
Kommen jedoch die Daten infolge von Laufzeitunterschieden auf der Leitung einmal in kürzeren und dann in längeren Zeitabständen an, so kann sich der Quarz-Oszillator nicht an die nun notwendig gewordene Taktfrequenz anpassen. Diese Nachteile beseitigt die Erfindung dadurch, daß der Generator etwa einen sägezahnförmigen Impuls pro Datenimpulsperiode an Impulsteilerschaltungen abgibt, von denen die erste während des ersten Teils und die zweite während des letzten. Teils der Sägezahnperiode einen Ausgangsimpuls erzeugt, und daß der Ausgangsimpuls der ersten Schaltung zusammen mit Datenimpulsen einer ersten UND-Schaltung und das Ausgangssignal der zweiten Schaltung invertiert zusammen mit Datenimpulsen einer zweiten UND-Schaltung zugeführt wird und die UND-Schaltungen über eine bistabile Stufe die Frequenz des Impulsgenerators über die Steuerschaltung erniedrigen oder erhöhen.However, if the data comes in shorter times due to differences in transit time on the line and then at longer time intervals, the quartz oscillator cannot respond to the one that has now become necessary Adjust the clock frequency. The invention eliminates these disadvantages in that the generator emits approximately one sawtooth-shaped pulse per data pulse period to pulse divider circuits, of those the first during the first part and the second during the last. Part of the sawtooth period generates an output pulse, and that the output pulse of the first circuit together with Data pulses of a first AND circuit and the output signal of the second circuit are inverted together is supplied with data pulses to a second AND circuit and the AND circuits lower the frequency of the pulse generator via the control circuit or via a bistable stage raise.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei zeigtFurther advantages of the invention emerge from the following description and the drawings. It shows
Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung,1 shows a block diagram of the arrangement according to the invention,
F i g. 2 die Schaltung des Impulsgenerators und eines Impulsteilers,F i g. 2 the circuit of the pulse generator and a pulse divider,
F i g. 3 ein Impulsdiagramm für verschiedene Punkte der Schaltung undF i g. 3 shows a timing diagram for various points in the circuit and
Selbstsynchronisierender ImpulsgeneratorSelf-synchronizing pulse generator
Anmelder:Applicant:
International Business Machines Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)International Business Machines Corporation,
New York, NY (V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,Dipl.-Ing. H. E. Böhmer, patent attorney,
Böblingen (Württ.), Sindelfirfger Str. 49Böblingen (Württ.), Sindelfirfger Str. 49
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Julian Bowen, Winchester, HampshireJulian Bowen, Winchester, Hampshire
(Großbritannien)(Great Britain)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Großbritannien vom 3. Januar 1962 (213)Great Britain January 3, 1962 (213)
F i g. 4 die Frequenzregelungsschaltung.F i g. 4 the frequency control circuit.
Ein Impulsgenerator oder Oszillator steuert in der Form eines Multivibrators 1 - (Fig. 1) mit einer Sägezahnspannung zwei Impulsteilerschaltungen 2 und 3 an. Die Schaltung 2 ist so ausgelegt, daß sie einen Impuls erzeugt, der gleichzeitig mit der Oszillatorausgangsspannung beginnt und dessen Dauer 30% von der des Osziliatorimpulses ist. Dies bedeutet, daß der Impuls dann aufhört, wenn der Oszillatorimpuls 70% seiner Anfangsspannung erreicht hat. Die Schaltung 3 ist ähnlich ausgelegt. Sie gibt einen Impuls ab, der gleichzeitig mit dem Oszillatorimpuls beginnt und nach 70% der Oszillatorimpulszeit endet.A pulse generator or oscillator controls in the form of a multivibrator 1- (Fig. 1) with a Sawtooth voltage two pulse divider circuits 2 and 3 on. The circuit 2 is designed so that they generates a pulse that starts simultaneously with the oscillator output voltage and its Duration is 30% of that of the oscillator pulse. This means that the impulse stops when the Oscillator pulse has reached 70% of its initial voltage. The circuit 3 is designed similarly. she emits a pulse that begins at the same time as the oscillator pulse and after 70% of the oscillator pulse time ends.
Die Oszillatorschaltung und einer der Teiler werden genauer in F i g. 2 gezeigt. Der Oszillator 1 besteht aus den kreuzgekoppelten PNP-Transistoren Tl und T2. The oscillator circuit and one of the dividers are shown in more detail in FIG. 2 shown. The oscillator 1 consists of the cross-coupled PNP transistors T1 and T2.
Von Hand kann man die Ausgangsfrequenz an dem Drehpotentiometer R1 einstellen, welches die j?C-Zeitkonstante des frequenzbestimmenden Netzwerkes festlegt. Außerdem kann die Frequenz dadurch geändert werden, daß man die Spannung, an welcher dieser Widerstand liegt, ändert. Um den Teilerschaltungen eine geeignete Impulsform zuführen zu können, wird das Tastverhältnis groß gemacht, so daß die Abfühlzeit etwa so groß ist wie eine ganze Periode.The output frequency can be set manually on the rotary potentiometer R 1, which defines the j? C time constant of the frequency-determining network. In addition, the frequency can be changed by changing the voltage at which this resistor is applied. In order to be able to supply a suitable pulse shape to the divider circuits, the duty cycle is made large so that the sampling time is about as long as a whole period.
409 758/324409 758/324
Jede der Teilerschaltungen ist so ausgelegt, daß sie etwa gleich große Impulse erzeugt unabhängig von der Oszillatorfrequenz. Die zwei Transistoren Γ 3 und T 4 sind komplementär und bistabil angeordnet. Anfangs sind sie rückgestellt, und beide Transistoren leiten nicht. Der Emitter des Transistors T 3 liegt an einer veränderlichen Spannung, welche durch die Stellung des veränderbaren Widerstandes R 2 bestimmt wird. Der Eingangsimpuls der Schaltung kommt über die Diode Dl von der Basis des Transistors Tl und hat die Form einer exponentiell abfallenden Spannung, welche anfangs positiv gegenüber der Emitterspannung des Transistors Γ3 ist, so daß die Diode D1 gesperrt ist.Each of the divider circuits is designed so that it generates pulses of approximately the same size regardless of the oscillator frequency. The two transistors Γ 3 and T 4 are arranged in a complementary and bistable manner. Initially they are reset and both transistors do not conduct. The emitter of the transistor T 3 is connected to a variable voltage which is determined by the position of the variable resistor R 2 . The input pulse of the circuit comes via the diode Dl from the base of the transistor Tl and has the form of an exponentially decreasing voltage, which is initially positive compared to the emitter voltage of the transistor Γ3, so that the diode D 1 is blocked.
Während das Eingangssignal abfällt, fällt auch die Spannung über die Diode D1 so lange, bis die Diode leitend wird und ein schwacher Strom zur Basis des Transistors T 3 fließt und diesen einschaltet. Dadurch wird der Transistor TA leitend gemacht, und die darauf einsetzende Aufschaukelung hat zur Folge, daß beide Transistoren voll leitend werden. Der Transistor T 3 stellt eine Kollektorstufe dar, so daß die Emitterspannung nun etwa gleich der negativen Versorgungsspannung wird und die Diode D1 wieder sperrt. Während dieses Vorgangs wird der Kippstufe nur ein niedriger Strom entzogen, und die Spannungsform des Oszillators wird nicht wesentlich verändert. Die Ausgangsspannung wird zum Transistor T6 geschickt, dessen Basis wiederstandsmäßig mit dem Emitter von Transistor T 3 gekoppelt ist. Die Widerstände R 2 der Teilerschaltung 2 und 3 sind so eingestellt, daß sie während der gewünschten Periodendauer zu Ausgangsimpulsen führen. Am Ende jeder Priodendauer wird dadurch zurückgestellt, daß die Versorgungsspannung mittels Transistor Γ 5 abgeschaltet wird, welcher die Transistoren Γ 3 und TA von der negativen Versorgungsspannung trennt.While the input signal falls, the voltage across the diode D 1 also falls until the diode becomes conductive and a weak current flows to the base of the transistor T 3 and switches it on. As a result, the transistor TA is made conductive, and the resulting buildup has the consequence that both transistors are fully conductive. The transistor T 3 represents a collector stage, so that the emitter voltage is now approximately equal to the negative supply voltage and the diode D 1 blocks again. During this process, only a small amount of current is drawn from the multivibrator and the voltage waveform of the oscillator is not significantly changed. The output voltage is sent to transistor T6 , the base of which is resistively coupled to the emitter of transistor T 3. The resistors R 2 of the divider circuit 2 and 3 are set so that they lead to output pulses during the desired period. At the end of each period there is a reset in that the supply voltage is switched off by means of transistor Γ 5, which separates transistors Γ 3 and TA from the negative supply voltage.
Die Ausgangsimpulse der Schaltungen 1, 2 und 3 werden in F i g. 3 gezeigt. Die Ausgangsspannung des Teilers2 wird zur UND-Schaltung5 (Fig. 1) geschickt, so daß diese Schaltung während der ersten 30% der Periodendauer vorbereitet ist. Die Ausgangsspannung der Teilerschaltung 3 wird über eine Umkehrstufe 3 A an eine UND-Schaltung 4 gelegt, so daß diese Schaltung während der letzten 30% der Periodendauer vorbereitet ist. Die Ausgangsspannung des Impulsteilers 2 wird außerdem über eine Umkehrstufe 8 an eine UND-Schaltung 9 gelegt, ebenso wie die Ausgangsspannung der Tcilerschaltung 3. Die Ausgangsspannungen der Umkehrstufen 3 A und 8 werden in Fig. 3 gezeigt. Die Zeiten, in denen die UND-Schaltungen A1 S und 9 vorbereitet sind, sind in F i g. 3 durch Schraflur angedeutet.The output pulses of circuits 1, 2 and 3 are shown in FIG. 3 shown. The output voltage of the divider 2 is sent to the AND circuit 5 (Fig. 1), so that this circuit is prepared during the first 30% of the period. The output voltage of the divider circuit 3 is applied to an AND circuit 4 via an inverter 3 A , so that this circuit is prepared for the last 30% of the period. The output voltage of the pulse divider 2 is also applied to an AND circuit 9 via an inverter 8, as is the output voltage of the Tcilerschaltung 3. The output voltages of the inverters 3 A and 8 are shown in FIG. The times at which the AND circuits A 1 S and 9 are prepared are shown in FIG. 3 indicated by hatching.
Die ankommenden Impulszüge wenden über eine DifferenzierschaltungD (Fig. 1) geschickt, so daß scharfe Impulse am Anfang eines jeden Eingangsimpulses erzeugt werden. Die scharfen Eingangeimpulse werden den UND-Schaltungen 4, 5 und 9 zugeführt. Wenn ein scharfer Bing&ngsimpuls erscheint, während die UND-Schaltung 4 vorbereitet ist, d. h. während der ersten 30°/» der Periodendauer, dann schwingt der Oszillator 1 zu schnell. Wenn ein scharfer Eingangsimpuls erscheint, während die UND-Schaltung 5 vorbereitet ist, d. h. während der letzten 30% der Periodendauer, dann schwingt der Oszillator 1 zu langsam, DieAusgangsspaanungender UND-Schaltungen 4 und 5 werden an verschiedene Eingänge der bistabilen Schaltung 6 gelegt, welche bo arbeitet, daß sie einen positiven Impuls erzeugt, wenn der Oszillator 1 30% zeitlich vordem Oszillator liegt, welcher im Sender arbeitet. Es wird außerdem ein negativer Impuls erzeugt, wenn der Oszillator 1 30% zeitlich hinter dem Oszillator im Sender liegt. Eine positive oder negative Auegangsspannung der bistabilen Schaltung beeinflußt eine Steuerschaltung 7, welche die Frequenz des Oszillators 1 steuert.The incoming pulse trains turn over a differentiating circuit D (Fig. 1) sent, so that sharp pulses are generated at the beginning of each input pulse. The sharp input pulses are fed to the AND circuits 4, 5 and 9. If a sharp binging pulse appears while the AND circuit 4 is prepared, ie during the first 30 ° / »of the period, then the oscillator 1 oscillates too quickly. If a sharp input pulse appears while the AND circuit 5 is prepared, ie during the last 30% of the period, then the oscillator 1 oscillates too slowly. The output voltage of the AND circuits 4 and 5 are applied to different inputs of the bistable circuit 6, which bo works to generate a positive pulse when oscillator 1 is 30% ahead of the oscillator operating in the transmitter. A negative pulse is also generated if oscillator 1 is 30% behind the oscillator in the transmitter. A positive or negative output voltage of the bistable circuit influences a control circuit 7 which controls the frequency of the oscillator 1.
Die Ausgangsspannung der bistabilen Stufe 6 wird dazu benutzt, einen Stromschalter zu steuern, der aus den Dioden D3, DA, DS und D6 (Fig. 4) besteht. Wenn die Ausgangsspannung positiv ist, leitet die Diode D 5, so daß Strom aus einem Generator Gl zur Erde fließen kann und die Diode D 6 sperrt. Zur gleichen Zeit sperrt die Diode D 3, so daß Strom von einem Generator G 2 durch eine Diode D 4 fließt und so den Tantalkondensator Cl entlädt. Eier Vorgang verläuft umgekehrt, wenn die Eingangsspannung negativ ist, so daß der Kondensator geladen wird. Soll die Vorrichtung zufriedenstellend arbeiten, so muß die Zeitkonstante der Schaltung sehr groß sein. Siliziumbauelemente werden als Dioden und in den Generatoren verwendet. Die Ausgangsspannung wird zu einer Kollektorstufe mit Gleichstromriickkopplung geschickt, welche den Eingangswiderstand erhöht. Der Kondensator Cl hat sehr kleine Nebenflüsse.The output voltage of the bistable stage 6 is used to control a current switch, which consists of the diodes D3, DA, DS and D6 (Fig. 4). When the output voltage is positive, the diode D 5 conducts, so that current from a generator Gl can flow to earth and the diode D 6 blocks. At the same time, the diode D 3 blocks, so that current flows from a generator G 2 through a diode D 4 and thus discharges the tantalum capacitor C1. The process is reversed when the input voltage is negative, so that the capacitor is charged. If the device is to work satisfactorily, the time constant of the circuit must be very large. Silicon components are used as diodes and in generators. The output voltage is sent to a collector stage with direct current feedback, which increases the input resistance. The capacitor Cl has very small tributaries.
Ein kleiner Widerstand Al liegt in.Reihe mit dem Kondensator Cl und erzeugt einen kleinen Spannungssprung in der Ausgangespannung, wenn der Stromschalter seinen Zustand Bndert, und wirkt eo dämpfend, daß der Oszillator in bezug auf die wahre Frequnz keine Regelschwingungen ausführt.A small resistor Al is in line with the Capacitor Cl and generates a small voltage jump in the output voltage when the Power switch changes its state, and acts eo attenuating that the oscillator does not carry out any control oscillations with respect to the true frequency.
Die Oszillatoren im Sender und im Empfänger können anfangs um +4% voneinander abweichen. Normalerweise muß die Zeitkonstante der Steuerschaltung 7 sehr groß sein, damit der Oszillator auefc dann synchronisiert bleibt, wenn Leitungsuater« brechungen bis zu 300 msec auftreten. Dies würde bedeuten, daß es sehr lange dauert, bis die Frequenzsteuerung eine Änderung um 4% erreicht hat. Um diese Verzögerung auszuschließen, macht man die Zßjtkonetante der Frequenzeteuerechaltung 7 ver-< änderlich. Die Zeitkonstante 1st dann kurz, wenn ein Schalter »Oszillator Synchronisation« betätigt wird;The oscillators in the transmitter and in the receiver can initially differ by + 4%. Normally, the time constant of the control circuit 7 must be very large so that the oscillator remains synchronized even if line interruptions occur up to 300 msec. This would mean that it would take a very long time for the frequency control to achieve a change of 4%. In order to exclude this delay, the addition constant of the frequency control circuit 7 is made variable. The time constant is short when a switch "oscillator synchronization" is pressed;
Dieser Schalter dient auch dazu, den Oszillator zurückzustellen, da die ankommenden Daten dauernd zeitlich um die Schwingungen des Empfänger-Oezölators 1 schwanken, wenn der~Frequenzunterschieii groß ist. Dadurch entsteht eine gleiche Anzahl von Impulsen während der ersten 0 bis 30% uad der letzten 30% der Impulsperiodendauer. Deshalb wird in diesem Falle das System nicht in der Lage sein, festzustellen, ob der Oszillator schnell oder langeaai schwingt.This switch is also used to reset the oscillator, since the incoming data is permanent chronologically around the oscillations of the receiver oilator 1 fluctuate if the ~ frequency difference is great. This creates an equal number of pulses during the first 0 to 30% uad of last 30% of the pulse period. Therefore, in this case the system will not be able to determine whether the oscillator is fast or longeaai swings.
Um dieses Problem zu lösen, werden die differenzierten Eingangsimpulse einer UND-Schaltung t zegeführt. Diese erhält außerdem die invertierten Ausgangsirnpulse von Schaltung 2 und die direkten Ausgangsimpulse von Schaltung 3. Die UND-Schaltung ist deshalb während 30 bis 70% der Impulsperiode** dsuer offen. Wenn ein kurzer Eingangsimpuls wlhrend dieser Zeit erscheint, so hat sich die Schwingung des Oszillators 1 um mehr als 30% eiaer Impulsperiodendauer verändert, und die Ausgaagi* spanoung der Schaltung 9 wird, benutzt, um den Oszillator wieder mit den ankommenden Dates*To solve this problem, the differentiated input pulses are fed to an AND circuit t. This also receives the inverted output pulses from circuit 2 and the direct output pulses of circuit 3. The AND circuit is therefore for 30 to 70% of the pulse period ** dsuer open. If a short input pulse appears during this time, the oscillation has stopped of oscillator 1 changed by more than 30% of a pulse period, and the output spanoung of circuit 9 is used to control the Oscillator again with the incoming dates *
impulsen zu synchronisieren. Dies wird dadurch erreicht, daß die Impulse zu einem Eingang einer bistabilen Schaltung 10 geschickt werden und indem man die Ausgangsspannung dieser Schaltung dazu benutzt, den Oszillator 1 in der Stellung zu halten, in welcher er sich normalerweise am Anfang einer jeden Impulsperiode befindet. Der Oszillator 1 wird dann freigegeben, indem der nächste differenzierte ankommende Datenimpuls auf den anderen Eingang der bistabilen Schaltung gegeben wird.to synchronize pulses. This is achieved by sending the pulses to an input of a bistable Circuit 10 can be sent and by adding the output voltage of this circuit to it used to hold the oscillator 1 in the position in which it is normally at the beginning of a every pulse period. The oscillator 1 is then released by the next differentiated incoming data pulse is given to the other input of the bistable circuit.
Dadurch wird wieder Dauerbetrieb erreicht, wobei die ankommenden Impulse relativ zum Oszillator um 0 bis 30% oder 100 bis 70% abweichen, je nachdem, ob der Oszillator schnell oder langsam schwingt. Die Synchronisation beträgt dann 0 oder 100%, bis der Oszillator wieder synchronisiert wird. Der Schalter »Oszillator Synchronisation« kann dann wieder außer Funktion treten, und das System arbeitet wieder normal.As a result, continuous operation is achieved again, with the incoming pulses relative to the oscillator may vary by 0 to 30% or 100 to 70%, depending on whether the oscillator is fast or slow swings. The synchronization is then 0 or 100% until the oscillator is synchronized again. The "Oscillator Synchronization" switch can then stop working again, and so can the system works normally again.
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