DE2415103C3 - Schaltungsanordnung für die Phasensynchronisierung von Rechteckimpulstaktgeneratoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für die Phasensynchronisierung von Rechteckimpulstaktgeneratoren, deren Fequenz durch Vergleich der eigenerzeugten Taktimpulsfolge mit der Impulsfolge eines von außen zugeführten Steuertaktes einerseits anhand von hierbei festgestellter positiver Phasenverschiebung positiv und andererseits anhand von hierbei festgestellter negativer Phasenverschiebung negativ regelbar ist.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist durch die US-Patentschrift 33 28 688 bereits bekannt. Hierin wird mittels Kippstufen und logischen Verknüpfungsgliedern bei Phasenverschiebung der jeweils vom eigenen Rechteckimpulstaktgenerator erzeugten Impulsfolge gegenüber einem von außen zugeführten Steuertakt festgestellt, ob die eigenerzeugte Taktimpulsfolge gegenüber dem Steuertakt voreilt oder nacheilt. Im ersteren Falle handelt es sich also um eine positive Phasenverschiebung, dagegen im letzteren Fall um eine negative Phasenverschiebung, Sowohl bei positiver als auch bei negativer Phasenverschiebung wird von der bekannten Vergleicheranordnung ein Signal abgegeben, das jeweils aus einer Impulsfolge besieht Die Impulse dieser impulsfolge entsprechen zeitlich der jeweiligen Phasenverschiebung. Die Zeitlage dieser Impulse

ίο entspricht den jeweiligen Zeiträumen, in dentn die Impulse der eigenerzeugten Taktimpulse vorliegen, nicht dagegen die Impulse des von außen zugeführten Steuertaktes, und außerdem den Zeiträumen, in denen die Impulse des von außen zugeführten Steuertaktes vorliegen, nicht dagegen die Impulse der eigenerzeugten Taktimpulsfolge. Die von der Vergleicheranordnung abgegebene Impulsfolge kennzeichnet über einen ersten Ausgang der Vergleicheranordnung eine positive Phasenverschiebung und über einen zweiten Ausgang der Vergleicheranordnung eine negative Phasenverschiebung. Im weiteren zeigt die bekannte Anordnung eine Integrations-Schaltanordnung, mit deren Hilfe aus der von der Vergleicheranordnung abgegebenen Impulsfolge eine Regelspannung ableitet, die einen Mittelwert über die Gleichspannungsimpulse dieser Impulsfolge darstellt Ausgehend von einem einen Nullwert der Regelspannung darstellenden mittleren Potential wird die Rtvgelspannung durch eine von der Vergleicheranordnung abgegebene und einer positiven Phasenverschiebung entsprechenden Impulsfolge positiv verschoben, dagegen durch eine von der Vergleicheranordnung abgegebene und einer negativen Phasenverschiebung entsprechenden Impulsfolge negativ verschoben. Das Ausmaß dieser Verschiebung der

J5 Regeispannung ist verhältnisgleich der Breite der Impulse der von der Vergleicheranordnung abgegebenen Impulsfolge zu den zwischen diesen Impulsen liegenden Pausen.

Bei der bekannten Schaltungsanordnung besteht ein wesentliches Problem darin, daß sich mit relativ geringe Phasenverschiebungen nicht mehr mit der notwendigen Sicherheit ausregeln lassen. Es kanu sich hierbei um Phasenverschiebungen handeln, die von den genannten Kippstufen und Verknüpfungsgliedern zwar noch ohne weiteres erfaßt werden, die aber beim erwähnten Integrationsvorgang eine nur so geringe Verschiebung der Regeispannung für den Rechteckimpulsgenerator verursachen, daß dieser hierauf nicht mehr reagiert. Würde man nun den betreffenden Rechteckimpulsgeneso rator entsprechend empfindlicher für die Regeispannung machen, so würde dadurch die gesamte Einrichtung auch entsprechend störanfälliger werden. Ferner würde man dadurch das Problem einer unerwünschten Übersteuerung des Regelvorganges herbeiführen.

Für die Erfindung besteht die Aufgabe, mit einer Schaltungsanordnung der eingangs definierten Art eine Frequenzregelung für Rechteckimpulstaktgeneratoren zur Beseitigung von Phasenverschiebungen zu schaffen, deren zeitliche Dauer relativ klein ist im Verhältnis zur

bü Impulsdauer der erzeugten Taktimpulse oder zu ihrer Periode. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf ein entsprechend der beiden Impulsfolgen zu Beginn und bzw. oder zu Ende der verglichenen Impulse bei Phasenverschiebung gebildetes und gegebe-

M nenfalls dementsprechend während einer über mehrere Perioden anhaltenden Phasenverschiebung mehrfachwiederkehrendes Kriterium der Phasenverschiebung reagierende Schalter dieses Kriterium für die Dauer

sowohl der Impulse als auch der Impulspausen bzw. für die Dauer einer Periode — also eines Impulses und einer Impulspause — digital speichern, und daß diese Schalter zur Phasensynchronisiening mit Steuereingängen zur Frequenzregelung der Rechtecktaktimpulsgeneratoren ^r> verbunden sind. Dadurch, daß anstelle einer Mittelwertbildung (Integrationsvorgang) das die jeweilige Phasenverschiebung kennzeichnende Kriterium gespeichert wird, entfällt das Problem der Regelungsempfindlichkeit des Rechteckimpulstaktgenerators. Das die Phasenver-Schiebung kennzeichnende Kriterium nimmt eine in ihrer Dauer von der Dauer einer gegebenenfalls über mehrere Perioden hinweg anhaltenden Phasenverschiebung bestimmte Umschaltung des Rechteckimpulstaktgenerators vor, wodurch dessen Frequenz vorübergehend auf einen entsprechend anderen Wert festgelegt wird.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß für die Ermitliung des Kriteriums der Phasenverschiebung durch die Impulse der vom Rechtecktaktgenerator erzeugten Impulse und/oder durch die Impulse des Steuertaktes Zeitpunkte festgelegt sind, die für jeden der digitalen Speichervorgänge nicht nur den Beginn, sondern auch sein jeweiliges Ende bestimmen. Dadurch wird erreicht, daß die Frequenzumschaltung des Rechteckimpulstaktgenerators sofort rückgängig gemacht wird, sobald die zuvor erkannte Phasenverschiebung wieder rückgängig gemacht ist.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Schalter als taktgesteuerte bistabile Kippstufe λ; ausgebildet sind, deren jeweiliger Taktimpulseingang mit dem Ausgang des jeweiligen Rechteckimpulsgenerators und deren Informationseingänge mit einer den Steuertakt führenden Leitung verbunden sind. Durch diese Maßnahme können dieselben Schalter sowohl zur Feststellung der Phasenverschiebung als auch zur Speicherung dieses Kriteriums verwendet werden.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Kippstufen zwei Informationseingänge aufweisen, von denen dem einen die Impulse des Steuertaktes -in direkt und dem anderen die Impulse des Steuertaktes über ein Negations-Glied zugeführt werden. Diese Weiterbildung der Erfindung ermöglicht eine Verwendung von JK-Kippstufen für die genannten Schalter, (vergleiche »Elektronische Rechenanlagen 9« (1967), ·»> Heftl,S.9-16).

Eine andrre Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Kippstufen als DV-Flip-Flops ausgebildet sind. Diese Weiterbildung der Erfindung ermöglicht eine sehr zweckmäßige und aufwandssparende Ausbildung einer μ erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Hilfe von DV-Kippschaltungen.

In der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 der Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in seinen wesentlichen Bestandteilen dargestellt. Die v> Erfindung ist hierauf jedoch keineswegs beschränkt. In Fig. 2 ist ein Zeitdiagramm für die schaltungstechnischen Vorgänge in einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 dargestellt.

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung für die wi Phasensynchronisierung eines Rechteckimpulstaktgenerators T dargestellt. Die vom Taktgenerator T erzeugten Rechteckimpulse werden über einen Ausgang A zur Steuerung anderer Einrichtungen, z. B. eines Rechners, verwendet. Die Rechteckimpulse gelangen ir> außerdem über das Gatter C 1 zu einer im wesentlichen aus den Kippstufew FI und F2 und aus dem Differenzverstärker V bestehenden Vergleicheranordnung. Zur Kippstufe Fl gelangen die Rechteekirnpulse über das Gatter Gl in unveränderter Form. Zur Kippstufe FI gelangen die Rechteckimpulse dagegen über den negierenden Ausgang G1, d. h. also in inverser Form. Außerdem wird der Vergleicheranordnung über den Eingang E und das Gatter C 2 ein Steuertakt zugeführt, der ebenfalls aus einer kontinuierlichen Folge von Rechteckimpulsen besteht. Dieser Steuertakt ist maßgebend für die Taktfrequenz des Taktgenerators T. wie noch im einzelnen erläutert wird. Für den Fail, daß der über den Eingang £ zugeführte Steuertakt ausfällt. arbeitet der Taktgenerator T mit der ihm eigenen Normalfrequenz weiter. In diesem Falle paßt sich also die Frequenz des vom Taktgenerator T erzeugten Impulstaktes nicht einem Steuertakt an.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die beiden Ausgänge des Gatters C 1 nicht mit Informationseingängen Oder beiden Kippstufen F\ und F2. sondern mit deren Taktimpulseingängen C verbunden. Die beiden Kippstufen sind bekanntlich so aufgebaut, daß sie eine logische Eins an ihrem Ausgan? abgeben, sofern sie an ihrem Informationseingang D c-.vie logische Eins und an ihrem Taktimpulseingang C oianach einen Taktimpuls empfangen. Die logische Eins am Ausgang jeder der beiden Kippstufen entfällt dann, wenn erneut ein Taktimpuls über ihren Taktimpulseingang C empfangen wird und in diesem Zeitpunkt am Informationseingang D eine logische Eins bereits nicht mehr anliegt. Ergänzend sei bemerkt, daß die Kippstufen auf die Vorderflanken empfangener Taktimpulse reagieren. Der Kipp-Zeitpunkt der Kippstufen ist also jeweils durch den Beginn jedes über ihren Eingang C empfangenen Taktimpulses bestimmt. Derartige Kippschaltungen sind in der Zeitschrift »Elektronische Rechenanlagen« 9. Jahrgang (1967), Heft 1, S. 9-16 beschrieben.

Zunächst sei die Wirkungsweise der Kippstufe .Fl ins Auge gefaßt. Diese Kippstufe gibt ausgs>.ngsseitig eine logische Eins ab, sofern die vom Taktgenerator T abgegebenen Impulse gegenüber den Taktimpulsen des über den Eingang E empfangenen Steuertaktes so phasenverschoben liegen, daß die vom Taktgenerator T abgegebenen Impulse gegenüber den Impulsen des Steuertaktes nacheilen. Sobald diese Nacheilung durch eine entsprechende Regelung des Taktgenerators T beseitigt ist, kippt die Kippstufe Fl nach Erhalt des nächstfolgenden Taktimpulses über ihren Eingang C wieder in ihre Grundstellung zurück, wodurch die logische Eins von ihrem Ausgang abgeschaltet wird. — Die Kippstufe F2 wird mittels der über den negierenden Gatterausgang des Gatters C 1 invertierten Taktimpulse des Taktgenerators Γ gesteuert. Das heißt, daß der Kipp-Zeitpunkt der Kippstufe F2 durch die Rückflanke der vom Taktgenerator Γabgegebenen Tf.ktii.ipulse bestimmt ist. Diese Rückilanken entsprechen den Vorderflanken der über den Taktimpuls^ingang C der Kippstufe F2 empfangenen Taiaimpulse. Die Kippstufe Fl. gibt über ihren Ausgang eine logische Eins ab, wenn die vom Taktgenerator T erzeugten Taklimpulse denjenigen des über den Eingang E empfangenen Steuertaktes voreilen. Liegt also bei Beendigung eines vom Taktgenerator T erzeugten Taktimpulses übe:r den Eingang Fund da? Gatter C2 noch die logische Eins eines Impulses des Steuertaktes am Informationseingang D der Kippstufe F2 an, d. h. also in dem Augenblick, in dem der Taktimpuls am Impulstakteingang Cder Kippstufe F2 beginnt, so kipp! sie Kippstufe F'2 aus ihrer Grundstellung in ihre

Arbeitsstellung und gibt über ihren Ausgang eine logische Eins ab.

Die zuvor beschriebenen Vorgänge sind in F i g. 2 in einem Impulsdiagramm grafisch dargestellt. Die Linie neben Pi stellt den vom Taktgenerator Γ gelieferten Impulstakt dar. Dieser Impulstakt gelangt an den Taktimpulseingang Cder Kippstufe Fi. Die Linie neben Pl zeigt den vom Taktgenerator Tabgegebenen, über das Gatter G i und dessen negierenden Ausgang investierten Impulstakt. Dieser Impulstakt gelangt auf den Taktimpulseingang Cder Kippstufe F2. Die Linie bei P3 zeigt den über den Eingang E empfangene Steuerlaktes (E) kleiner als die Taktfrequenz des vom Taktgenerator T abgegebenen Impulstaktes ist. Die Linie bei P4 zeigt ebenfalls den Verlauf des über den Eingang E empfangenen Steuertaktes, wobei jedoch die Taktfrequenz des empfangenen Steuertaktes (E)größer als die Taktfrequenz des vom Taktgenerator T abgegebenen impuislaktes ist. Die Linie bei K 3 zeigi den Schaltvorgang am Ausgang der Kippstufe Fl für den Fall, daß derSteuertaktimpuls früher beginnt als der vom Taktgenerator Terzeugte Impulstakt. Die Linie bei K 2 zeigt den Schaltvorgang am Ausgang der Kippstufe F2 für den Fall, daß der über den Eingang E empfangene Steuertaktimpuls später beendet wird, als der betreffende vom Taktgenerator T erzeugte Taktimpuls. Die Linie bei K 1 zeigt den Schaltvorgang am Ausgang der Kippstufe Fl, wenn der über den Eingang E empfangene Steuertaktimpuls nicht mehr früher beginnt als der vom Taktgenerator /"abgegebene Taktimpuls. Die Linie bei K 4 zeigt den Schaltvorgang am Ausgang der Kippstufe F2 für den Fall, daß der über den Eingang E empfangene Steuertaktimpuls nicht mehr den vom Taktgenerator Γ abgegebenen Taktimpuls überdauert.

Sofern von beiden Kippstufen keine logische Eins abgegeben wird, gibt der Differenzverstärker V über seinen Ausgang auf eine mittlere Frequenz eingestellt wird. Diese Frequenz wird auch als die Normalfrequenz des Taktgenerators Tbezeichnet. Das gleiche gilt, wenn von beiden Kippstufen Fl und Fl je eine logische Eins abgegeben wird. Dies ist dann der Fall, wenn die über den Eingang £ empfangenen Steuertaktimpulse sowohl früher beginnen, als auch später enden als die vom Taktgenerator Γ erzeugten Taktimpulse. Wenn jedoch die vom Taktgenerator T erzeugten Taktimpulse gegenüber denen des Steuertaktes voreilen — wenn also die Impulstaktfrequenz des über den Eingang E empfangenen Steuertaktes zu groß ist, gibt — wie beschrieben — die Kippstufe Fl über ihren Ausgang eine logische Eins Jo. In diesem Falle verschiebt der Differenzverstärker V seine Ausgangsspannung in negativer Richtung. Ist dagegen die Impulstaktfrequenz des Taktgenerators T gegenüber derjenigen des über den Eingang E empfangenen Steuertaktes zu klein, so gibt — wie beschrieben — die Kippschaltung Fl eine logische Eins über ihren Ausgang ab. In diesem Falle verschiebt der Differenzverstärker V seine Ausgangs-

Ί spannung in positiver Richtung. Durch diese Spannungsverschiebungen des Differenzverstärkers V wird die Impulstaktfrequenz des Taktgenerators Terniedrigt, wenn sie zuvor gegenüber derjenigen des über den Eingang £ empfangenen Steuertaktes zu groß war, und

ίο umgekehrt.

Die Widerstände R 10 und R 11, der Kondensator CI und die Diode B stellen einen Tiefpaß dar. Dieser Tiefpaß ist vorgesehen, um den Durchgriff der digitalen Regelstöße des Differenzverstärkers auf die Kapazitätsrv diode B und den Oszillator des Rechteckimpulstaktgenerators T klein zu halten. Regelstöße erzeugen Potentialverschiebungen der sinusförmigen Oszillatorspannung und dadurch einen Jitter des gesteuerten Taktes. — Zum Verständnis der Erfindung ist es jedoch

.'n nicht notwendig, hierüber weitere Einzelheiten zu erläutern.

Es sei auch noch auf die Anwendung der zuvor anhand der Figuren beschriebenen Schaltungsanordnung hingewiesen. Hierbei wird davon ausgegangen,

:> daß zwei Rechner im Parallelbetrieb arbeiten. Jeder der beiden Rechner enthält einen Rechteckimpulstaktgenerator. Es ist vorgesehen, den Rechteckimpukstaktgenerator eineu der beiden Rechner als frequenznormal für den Rechteckimpulstaktgenerator des anderen Rech-

jo ners zu verwenden. Wenn der Rechteckimpulstaktgenerator des ersten Rechners ausfällt, arbeitet der Rechteckimpulstaktgenerator des anderen Rechners ungestört weiter; hierbei entfällt lediglich die Synchronisationswirkung des Phasenvergleichers nach F i g. 1.

J5 Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß die Phasenvergleichseinrichtung anstelle mit DV-Kippstufen ebensogut auch mit JK-Kippstufen aufgebaut werden kann. In diesem Falle ist der Ausgang de; Gatters C 2 jeweils mit einem der beiden Informations· eingänge dieser Kippstufen direkt und jeweils mit derr anderen der beiden Informationseingänge über eir Negationsglied zu verbinden. — Außerdem ist noch darauf hinzuweisen, daß eine Schaltungsanordnung zurr Rechteckimpulstakt-Vergleich und zur Phasensynchro nisierung verwendet werden kann, wie sie in F i g. 1 de; US-Patentes 33 38 688 verwendet ist. In diesem Falle is anstelle einer Integrationseinrichtung eine Speicherein richtung zu verwenden, die das die Phasenverschiebung anzeigende Kriterium zu speichern vermag. Die von dei Speichereinrichtung zu überbrückende Zeitspanne wan in diesem Falle durch den Zeitabstand bestimmt äei maximal zwischen Impulsbeginn und Impulsende bzw Impulsende und Impulsbeginn der auf Phasensynchroni tat überwachten Taktimpulsfolgen besteht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Schaltungsanordnung für die Phasensynehxonisierung von Rechteckimpulstaktgeneratoren, deren Frequenz durch Vergleich der eigenerzeugten Taktimpulsfolge mit der Impulsfolge eines von außen zugeführten Steuertaktes einerseits anhand von hierbei festgestellter positiver Phasenverschiebung positiv und andererseits anhand von hierbei festgestellter negativer Phasenverschiebung negativ regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein entsprechend der beiden Impulsfolgen zu Beginn und bzw. oder zu Ende der verglichenen Impulse bei Phasenverschiebung gebildetes und gegebenenfalls dementsprechend während einer über mehrere Perioden anhaltenden Phasenverschiebung mehrfach wiederkehrendes Kriterium der Phasenverschiebung reagierende Schalter dieses Kriterium für die Dauer sowohl der Impulse als auch der Impulspsuien bzw. für die Dauer einer Periode — also eines Impulses und einer Impulspause — digital speichern, und daß diese Schalter zur Phasensynchronisierung mit Steuereingängen zur Frequenzregelung der Rechtecktaktimpulsgeneratoren verbunden sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ermittlung des Kriteriums der Phasenverschiebung durch die Impulse der vom Rechtecktaktgenerator erzeugten Impulse und/oder durch die Impulse des Steuertaktes Zeitpunkte festgelegt sind, die für jeden der digitalen Speichervorgänge nicht nur den Beginn, sondern auch sein jeweiliges Ende bestimmen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter :ls taktgesteuerte bistabile Kippstufen ausgebildet sind, deren jeweiliger Taktimpulseingang mit dem Ausgang des jeweiligen Rechteckimpulsgenerators und deren Informationseingänge mit einer den Steuertakt führenden Leitung verbunden sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufen zwei Informationseingänge aufweisen, von denen dem einen die Impulse des Steuertaktes über ein Negations-Glied zugeführt werden.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufen als DV-Flip-Flops ausgebildet sind.