DE3841512A1 - Takthalteschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Takthalteschaltung und insbesondere auf eine solche zur Erzeugung eines Taktsignals vorgegebener Genauigkeit bei Verlust des Bezugstaktsignals.

In digitalen Datenübertragungsanlagen werden Daten typischer­ weise als Folge von digitalen Bits zu einem Empfänger übertra­ gen. Das Zugreifen auf die Daten erfordert die Synchronisation des Empfängers mit dem Sender. Typischerweise wird zur Her­ stellung dieser Synchronisation sowohl an den Sender als auch an den Empfänger ein gemeinsames Taktsignal gegeben.

Bei Telekommunikationssystemen wird von einer zentralen Takt­ signalquelle ein sehr genaues Referenztaktsignal gegeben, bei­ spielsweise ein zentral verteilter Takt innerhalb eines Netz­ werkes oder ein zur Verfügung stehendes Taktnormal, wie GPS, Loran usw. Taktabhängig arbeitende Geräte erhalten das Refe­ renztaktsignal und fallen danach in eine Phasenverriegelung. Solange das Referenztaktsignal ansteht, kann das abhängige Gerät zuverlässig arbeiten. Wenn das Referenztaktsignal ab­ fällt oder verlorengeht, treten Fehler auf.

Bekannt ist eine Takthalteschaltung, die das Bezugstaktsignal bei dessen Verschlechterung oder Verlust durch ein örtliches Taktsignal ersetzt. Bei einer bekannten Ausführung ist ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) mit dem Bezugstaktsignal phasen- und frequenzverriegelt. Ein Phasenkomparator erzeugt einen Offsetspannungspegel als Steuerspannung für den VCO derart, daß das Ausgangssignal der Schaltung mit dem Eingangs­ bezugstaktsignal übereinstimmt. Die Offsetspannung wird an einen Analog/Digital-(A/D)Umsetzer angelegt, in ein Digital­ wort umgesetzt und in einem Speicher gespeichert. Das Ein­ gangsbezugstaktsignal wird überwacht, und bei dessen Abfall oder Verlust wird das im Speicher gespeicherte Digitalwort an einen Digital/Analog-(D/A)Umsetzer angelegt. Die analoge Aus­ gangsspannung des D/A-Umsetzers wird an den VCO angelegt, um eine geeignete Offsetspannung für den VCO derart zu erzeugen, daß das Ausgangstaktsignal mit dem verlorengegangenen Bezugs­ taktsignal übereinstimmt. Der Speicher speichert die jeweils gültige Offsetspannung. Diese wurde ausreichend lange vor dem Verlust des Bezugstaktsignals bestimmt und gespeichert und daher die erforderliche Genauigkeit. Während das Referenztakt­ signal zur Verfügung steht, ist das System dynamisch, wobei sich die Offsetspannung in Abhängigkeit zu schwankenden Bedin­ gungen innerhalb der Schaltung ändert. Wenn das Bezugstaktsi­ gnal verlorengeht, wird der Betrieb des Systems statisch und abhängig von dem aktuellen Wert der gültigen gespeicherten Offsetspannung.

Diese bekannte Takthalteschaltung hat eine Reihe von Nachtei­ len. Alle wirksamen Komponenten haben Charakteristiken, die sich in Abhängigkeit von Alterungseinflüssen und Temperatur ändern. Außerdem sind alle Zeit- und Temperaturabhängigkeiten der A/D, D/A und VCO-Komponenten voneinander unabhängig, so daß sich über die Zeit das während der Takthaltephase am Aus­ gang erzeugte Signal als Funktion dieser Variablen ändert. In Telekommunikationssystemen muß dieses Bezugstaktsignal eine hohe Genauigkeit haben. Aufgrund der durch Zeit und Temperatur herbeigeführten Verschlechterungen der bekannten Takthalte­ schaltung geht diese Genauigkeit verloren, wenn das Bezugs­ taktsignal über längere Zeitperioden nicht zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Takthal­ teschaltung zur Entwicklung eines Takthaltesignals innerhalb vorgegebener Toleranzen zur Verfügung zu stellen, bei der die Zeit- und Temperaturabhängigkeiten minimiert sind. Die Takt­ halteschaltung soll gegebenenfalls so aufgebaut werden können, daß die Schaltungsvariablen trenn- und steuerbar sind.

Die Erfindung gibt eine Takthalteschaltung an, welche an ihrem Ausgang ein Ersatztaktsignal innerhalb vorgegebener Parameter zur Verfügung stellt. Die erfindungsgemäße Schaltung hat nur eine einzige zeit- und temperaturabhängige Komponente. Durch Auswahl der Komponentenparameter innerhalb der gewünschten Toleranzen wird die Genauigkeit der Gesamtschaltung aufrecht­ erhalten. Bei der Erfindung ist die Digitalschaltung mit einer genauen örtlichen Quarzoszillatorquelle zur Erzeugung des Ersatztaktsignals kombiniert.

Ein VCO ist auf ein Referenztaktsignal verriegelt, um ein gewünschtes Ausgangssignal zu erzeugen. Die Frequenz des Aus­ gangssignals wird mit einem lokalen Frequenznormal verglichen, um eine zur Steuerung eines Frequenzsynthetisierers dienende Offsetfrequenz zu erzeugen. Die Offsetfrequenz wird digital gespeichert, sie ist als Differenzfrequenz zwischen der Ein­ gangsbezugsfrequenz und dem Frequenznormal definiert. Bei Verlust des Referenztaktsignals dient die gespeicherte Offset­ frequenz als Treiber für den Frequenzsynthetisierer zusammen mit dem lokalen Frequenznormal, wodurch ein akzeptables Er­ satztaktsignal geschaffen wird. Frequenzkomparator, Speicher und Synthetisierer sind alle digital und daher unabhängig von Zeit und Temperatur. Das lokale Frequenznormal kann so ausge­ wählt werden, daß es die erforderlichen Zeit- und Temperatur­ toleranzen schafft. Durch Auswahl eines lokalen Frequenznor­ mals mit Toleranzen innerhalb eines vorgegebenen Bereichs kann auf unabsehbare Zeit ein akzeptables Takt-Haltesignal erzeugt werden.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Referenzsignal in einen Phasenkomparator und einen Monitor gegeben. Der Phasenkomparator ist über einen Schalter mit einem VCO gekoppelt, der auf das Bezugstaktsignal phasenver­ riegelt ist. Der Ausgang des VCO ist der Schaltungsausgang und ist außerdem mit einem Mischer verbunden, in welchem das Aus­ gangssignal mit einem lokalen Frequenznormal verglichen wird. Das Ausgangssignal des Mischers ist die Differenzfrequenz zwischen dessen Eingängen. Die Differenzfrequenz wird an einen Frequenzkomparator angelegt, der bestimmt, ob das Ausgangssi­ gnal über oder unter dem Ausgangssignal des digitalen Synthe­ tisierers liegt. Der digitale Synthetisierer erzeugt eine Frequenz, die nominell die erwartete Differenzfrequenz zwi­ schen dem Frequenznormal und der Eingangsbezugsfrequenz ist. Der Synthetisierer kann dann digital abgestimmt werden, um eine Anpassung der aktuellen Frequenzdifferenz zwischen dem Frequenznormal und der Eingangsbezugsfrequenz herbeizuführen. Die maximal und minimal zulässige Frequenzverschiebung plus dem maximalen Frequenznormal definieren den erforderlichen Abstimmbereich. Der Ausgang des Frequenzkomparators ist mit einem Digitalzähler gekoppelt, der aufwärts oder abwärts zählt, und zwar in Abhängigkeit davon, ob das Ausgangssignal über oder unter dem Frequenznormal liegt. Der Ausgang des Zählers und das Frequenznormal werden an einen Frequenzsynthe­ tisierer angelegt. Das Ausgangssignal des Zählers steuert die Synthetisiererfrequenz in konkreten Inkrementen in Zuordnung zur minimalen Einstellauflösung des Synthetisierers. Der Maxi­ malwert, alle Werte eins, und der Minimalwert, alle Werte Null, entsprechen dem vollen Einstellbereich des Syntheti­ sierers. Das Ausgangssignal des Zählers wird in einem Gerät derart gespeichert, daß bei Verlust oder Abfall des Signals eine gültige Zahl aus einer vorausgegangenen Zeit zur Entwick­ lung der Haltefrequenz verwendet werden kann. Der Frequenz­ synthetisiererausgang ist zusammen mit dem Ausgang des Mi­ schers mit einem Phasenkomparator gekoppelt. Das Ausgangssi­ gnal dieses Phasenkomparators kann bei Verlust des Referenzsi­ gnals mit dem VCO selektiv gekoppelt werden. Das Eingangssi­ gnal des VCO wird danach auf das Synthetisierer-Ausgangssignal phasenverriegelt. Durch Verwendung des Ausgangssignals des Synthetisierers zur Phasenverriegelung des VCO bleibt die Ausgangsfrequenz auf demselben Offset vom Normal, das vor dem Verlust des Referenzsignals bestimmt worden ist.

Jede Änderung der Ausgangsfrequenz wird daher vollständig von den Zeit- und Temperaturcharakteristiken der Referenzfrequenz gesteuert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bekannten Takthalte­ schaltung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Takthalteschaltung; und

Fig. 3a und 3b ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Beschrieben wird eine Zeit- und Temperatur-unabhängige Takt­ halteschaltung. In der folgenden Beschreibung werden zahl­ reiche spezielle Einzelheiten, wie Bezugsfrequenz, lokales Frequenznormal, Busbreite usw. angegeben, um die Erfindung leichter verständlich zu machen. Es ist jedoch für den Fach­ mann klar, daß die Erfindung auch ohne diese speziellen Ein­ zelheiten realisiert werden kann. In anderen Fällen werden bekannte Merkmale nicht im einzelnen beschrieben, um die Er­ findung nicht mit überflüssigen Einzelheiten zu belasten.

Die Übertragung und der Empfang von Digitalsignalen macht es erforderlich, daß der Empfänger jedes Bit oder jeden Impuls genau an der richtigen Stelle im einlaufenden Impulszug ab­ tastet. Bei vielen Telekommunikationssystemen wird ein Refe­ renztaktsignal anstelle eines örtlich erzeugten Zeitgabesi­ gnals zur Herstellung der Sender/Empfänger-Synchronisation gebildet. Die von dem Referenztaktsignal abhängigen Komponen­ ten verwenden eine Phasenverriegelungsschaltung zur Anpassung an die Phase des Referenztaktsignals. Geht das Referenztaktsi­ gnal verloren, so können diese abhängigen Geräte oder Kompo­ nenten nicht genau arbeiten. Viele solcher Geräte enthalten daher eine Takthalteschaltung zum Ersatz des Referenztaktsi­ gnals bei dessen Verlust.

Eine bekannte Takthalteschaltung ist in Fig. 1 dargestellt. Diese Takthalteschaltung benutzt einen Spannungssteueroszil­ lator (VCO) zur Phasenverriegelung auf ein Referenztaktsignal. Ein Phasenkomparator dient zur Erzeugung eines Offsetspan­ nungssignals, mit welchem der VCO getrieben wird. Das zuletzt anstehende Offsetspannungssignal wird in Digitalform umgesetzt und in einem Speicher gespeichert. Geht das Bezugssignal ver­ loren, wird der gespeicherte Offsetwert in analoge Form umge­ setzt und an den VCO angelegt. Der VCO dient dann zur Ausgabe eines Ersatztaktsignals, und zwar so lange, bis das Bezugstakt­ signal wiedergewonnen ist.

Wiederum wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Ein Bezugstaktsignal 10 wird in einen Phasenkomparatur 11 eingegeben. Das Bezugs­ taktsignal 10 wird auch über eine Leitung 25 an einen Detektor 12 angelegt. Der Ausgang 17 des Phasenkomparators 11 wird über einen Schalter 16 an VCO 13 gekoppelt.

Der Ausgang 14 von VCO 13 ist nach Art einer Rückkopplung über die Leitung 15 mit dem Phasenkomparator 11 verbunden. Daher führt der Ausgang 17 des Phasenkomparators 11 ein Offsetsi­ gnal, welches den Unterschied zwischen dem Bezugssignal 10 und dem Ausgangssignal des VCO 13 angibt. Dieses Offsetsignal dient derart zum Treiben des VCO 13, daß dessen Ausgangssignal auf der Leitung 14 mit dem Bezugstaktsignal 10 übereinstimmt.

Der Ausgang des Phasenkomparators 11 liegt über eine Leitung 20 auch an einem A/D-Umsetzer 21 an. Die Offsetspannung wird in ein Digitalwort umgesetzt, das in einen Speicher 23 einge­ geben wird. Dieses Digitalwort wird an einen D/A 24 ausgege­ ben, in Analogform umgesetzt und über eine Leitung 18 ausgege­ ben.

Der Schalter 16 verbindet VCO 13 entweder mit der Leitung 17 oder der Leitung 18. Der Schaltzustand des Schalters hängt von dem Betriebszustand ab. Wenn das Bezugstaktsignal 10 zur Ver­ fügung steht, verbindet der Schalter 16 VCO 13 mit der Leitung 17. Wenn der Detektor 12 einen Abfall oder einen Verlust des Bezugstaktsignals 10 feststellt, bewirkt das Steuersignal auf der Leitung 19 die Umschaltung des Schalters 16 zur Kopplung des VCO 13 mit der Leitung 18 (dem Ausgang von D/A 24). In dieser Betriebsphase dient ein gültiger, vorgegebener Wert, der im Speicher 23 gespeichert worden ist, als Offsetwert für VCO 13. Das Ausgangssignal auf der Leitung 14, das aufgrund dieses Offsetwerts erzeugt ist, dient sodann als Taktsignal­ ausgang des Geräts.

Mit dieser bekannten Takthalteschaltung gemäß Fig. 1 sind einige Nachteile verbunden. Die Betriebscharakteristiken der Komponenten A/D 21, D/A 24 und VCO 13 ändern sich mit der Zeit und der Temperatur. Alle diese Komponenten unterliegen Alte­ rungsschwankungen sowie Funktions- und Toleranzänderungen aufgrund von Temperaturschwankungen der Umgebung. Selbst wenn der im Speicher 23 gespeicherte digitale Offsetwert zum Zeit­ punkt des Verlustes des Bezugstaktsignals genau war, wird das Ausgangssignal des VCO 13 unverläßlich, wenn sich die Umgebung der Schaltung geändert hat oder das Referenztaktsignal über einen ausgedehnten Zeitraum abgefallen ist. Bei bestimmten Telekommunikationssystemen ist aber eine sehr hohe Genauigkeit notwendig. So sind beispielsweise bei einer Takthalteschaltung in Ergänzung eines Stratum-3-Taktsignals Genauigkeiten im Bereich von wenigen Teilen pro 10 Millionen erforderlich. Da die Alterungs- und Temperaturcharakteristiken der entsprechen­ den Komponenten nicht linear oder konsistent sind, ist es unmöglich, Toleranzen in einem solchen System genau vorauszu­ bestimmen.

Die Erfindung vermeidet die Probleme der Zeit- und Temperatur­ abhängigkeit in einer Takthalteschaltung durch Verwendung einer Digitalschaltung mit nur einer einzigen Zeit/Temperatur­ abhängigen Komponente, deren Toleranzen bekannt sind und innerhalb akzeptabler Grenzen liegen. Die Erfindung verwendet ein lokales Quarzbezugssignal mit einer Genauigkeit von weni­ ger als einem Teil pro 10 Millionen. Das Ausgangssignal dieses lokalen Taktgebers wird mit dem Eingangsreferenztaktsignal frequenzverglichen, um eine Offsetfrequenz zu erzeugen. Die Offsetfrequenz steuert einen digitalen Auf-/Abwärts-Zähler, dessen Ausgangssignal einen Frequenzsynthetisierer steuert. Der Frequenzsynthetisierer gibt die digitalisierte Darstellung der Offsetfrequenz aus und wird ständig aktualisiert. Ein Digitalspeicher dient zur Speicherung der zuletzt gültigen Offsetfrequenz. Wenn das Eingangsbezugssignal verlorengeht oder abfällt, wird die digital gespeicherte Frequenz mit dem lokalen Bezugstakt kombiniert, um das gewünschte Taktsignal auszugeben. Die Digitalkomponenten sind Zeit- und Temperatur­ unabhängig. Daher ändert sich bei der erfindungsgemäßen Schaltung nur der lokale Taktbezug. Durch Auswahl eines Quarz- bzw. Kristallbezugs, dessen Genauigkeit innerhalb des gewün­ schten Fensters liegt, wird ein extrem genaues Takthaltesignal erzeugt. Die Erfindung schafft auch eine solche Phasengenauig­ keit, daß bei Verlust des Signals die Phasenübereinstimmung nicht verlorengeht.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Ein Bezugssignal 10 wird in einen Phasenkompara­ tor 11 eingegeben, dessen Ausgang 50 zum Treiben eines VCO 29 dient. Der VCO 29 kann als VCXO (Spannungssteuer-Quarzoszilla­ tor) oder als irgendein anderer geeigneter Frequenzgenerator ausgebildet sein, der auf das Eingangsreferenzsignal 10 pha­ senverriegelt werden kann. Das Ausgangssignal des VCO 29 am Knotenpunkt 51 wird in einen Dividierer 27 eingegeben. VCO 29 kann eine Nominalfrequenz haben, die größer oder kleiner als die Frequenz des Eingangsreferenzsignals 10 ist. Bei dem be­ vorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Nominal­ frequenz von VCO 29 größer als diejenige des Eingangsbezugssi­ gnals 10. Daher muß die Frequenz durch den Dividierer 27 ge­ teilt werden. Das Ausgangssignal 28 des Dividierers 27 wird an den Phasenkomparator 11 angelegt, um die Phasenverriegelung mit der Eingangsreferenzfrequenz 10 herzustellen. Das Aus­ gangssignal des Dividierers 27 wird auch an die Takthalte­ schaltung ausgegeben. Beim Start wird das Ausgangssignal 28 generell unterdrückt, bis die Phasenverriegelung mit der Ein­ gangsreferenzfrequenz 10 hergestellt ist.

Der Ausgang des Phasenkomparators 11 wird über einen Schalter 30 an den VCO 29 angelegt. Ein Monitor 26 überwacht die Ein­ gangsreferenzfrequenz 10. Wenn die Eingangsreferenzfrequenz genau innerhalb des gewünschten Bereichs (etwa plus oder minus 15 ppm) ist, so wird der VCO 29 auf die Eingangsreferenzfre­ quenz 10 phasenverriegelt, damit das Ausgangssignal 28 mit der Eingangsreferenzfrequenz in Phase ist. Ein Monitor 26 testet fortlaufend sowohl das Vorhandensein als auch die Genauigkeit der Eingangsreferenzfrequenz 10. Wenn das Eingangssignal ver­ lorengeht oder ungültig wird, gibt der Monitor 26 ein Steuer­ signal auf die Leitung 31, um den Schalter 30 mit den internen Frequenzbezug der Takthalteschaltung zu koppeln.

Wenn die Eingangsreferenzfrequenz 10 als F ₀ definiert wird, so ist das Ausgangssignal von VCO 29 irgendein Vielfaches "N" von F ₀. Daher ist das Ausgangssignal am Knotenpunkt 51 von VCO 29 NF ₀. Dieser Wert wird in einen Mischer 35 eingegeben. Die neue Takthalteschaltung benutzt eine Frequenzreferenz 36, die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine quarzge­ steuerte Bezugsfrequenz mit einer Toleranz innerhalb der Soll­ toleranzen des Eingangsbezugssignals 10 ist. Die Nennfrequenz der Referenz 36 ist NF ₀ + F _off . Daher ist die Ausgangsfre­ quenz des Mischers 35 am Knotenpunkt 49 F _off , das ist das Offset zwischen der phasenverriegelten Nennfrequenz des VCO 29 und der lokalen Referenzfrequenz 36.

Der Ausgang 37 des lokalen Frequenzbezugs 36 wird als Eingang an einer Frequenzsynthetisierer 38 angelegt. Der Synthetisie­ rer 38 erzeugt eine synthetische Frequenz F _offs , die nomi­ nell gleich F _off ist. Die Synthetisierer-Offsetfrequenz F _offs am Knotenpunkt 39 wird zusammen mit dem Ausgangssignal 49 des Mischers 35 an einen Frequenzkomparator 40 angelegt. Der Frequenzkomparator 40 wählt eines der Ausgangssignale 41 und 42 in Abhängigkeit davon aus, ob F _off größer oder klei­ ner ist als F _offs . Das Ausgangssignal des Frequenzkompara­ tors 40 läßt den Zähler 45 aufwärts oder abwärts zählen, und zwar in einem dem Wert an dem gewählten Ausgang 41 oder 42 gleichen Maße. Dieser digitale Zählwert stellt den Unterschied zwischen F _off und F _offs dar. Der Ausgang des Zählers 45 ist mit dem Speicherregister 46 verbunden, das bei dem be­ schriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel als FIFO (Silo)- Register ausgebildet ist. Das Ausgangssignal des Zählers 45 auf der Leitung 48 wird auch an den Synthetisierer 38 ange­ legt, um einen Kompensationswert derart zu schaffen, daß F _offs an F _off herangeführt und in Übereinstimmung gebracht wird.

Der Monitor 26 gibt ein Zählungsfreigabesignal über die Lei­ tung 43 an den Zähler 45. Wenn die Eingangsreferenzfrequenz 10 gültig ist, aktiviert das Zählungsfreigabesignal 43 den Zähler 45 derart, daß ein gültiger Kompensationswert für den lokalen Bezug 36 erzeugt werden kann. Bei Verlust der Eingangsre­ ferenzfrequenz 10 oder bei Ungültigkeit der Eingangsreferenz­ frequenz 10 gibt der Monitor 26 ein paralleles Ladefreigabesi­ gnal über die Leitung 44 an den Zähler 45. Dadurch kann der zuletzt im Register 46 gespeicherte Zählwert in den Zähler 45 geladen werden. Dieser Zählwert wird über die Leitung 48 zum Synthetisierer 38 übertragen. Das Ausgangssignal des Syntheti­ sierers 38 am Knotenpunkt 39 wird ebenso wie das Ausgangssi­ gnal des Mischers 35 an den Phasenkomparator 34 angelegt. Das Ausgangssignal 33 des Phasenkomparators 34 wird über den Schalter 30 an den VCO 29 angelegt. VCO 29 wird danach auf die lokale Referenz 36 verriegelt. Da die lokale Referenz 36 beim Umschalten von der Eingangsreferenzfrequenz 10 auf die lokale Referenz 36 auf den Schaltungsausgang phasenverriegelt wurde, bleibt die Phasenkontinuität erhalten.

Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 3a und 3b dargestellt. Bei der Beschreibung dieses alternativen Ausführungsbeispiels werden spezielle Frequenz­ werte nur als Beispiel angegeben. Es ist für den Fachmann klar, daß irgendwelche geeigneten Frequenzwerte bei der be­ schriebenen Schaltung verwendet werden können. Wie oben ge­ sagt, hat die Erfindung besondere Vorteile in Telekommunika­ tionssystemen und insbesondere als Takthalteschaltung für eine Stratum-3-Takthierarchie. Zwei Eingangsreferenzsignale 10 a und 10 b werden an eine Referenzauswahlschaltung 58 angelegt. Die Referenzauswahlschaltung 58 wählt die primäre Referenz 10 a oder die Reservereferenz 10 b aus. Der ausgewählte Eingang wird durch optionelle LED's 65 und 66 angezeigt, die die Auswahl von Referenz 10 a bzw. 10 b anzeigen. Die Referenzauswahlschal­ tung 58 enthält Mittel zur Bestimmung der Genauigkeit des ausgewählten Eingangssignals 10 a oder 10 b. Bis die Genauigkeit des Eingangssignals bestimmt werden kann, wird ein Unter­ drückungssignal 91 an den Bustreiber 93 ausgegeben, um dessen Ausgangssignal 92 zu unterdrücken. Die Referenzauswahlschal­ tung 58 gibt ein Eingangsalarmsignal 53 und ein Einheit-Feh­ lersignal 52 aus. Optionelle LED's 67 und 68 zeigen den Zu­ stand der Eingangsalarm- bzw. Einheits-Fehlersignale an. Akti­ ve Ein/Aus-Signale 54 und 55 liefern der Referenzauswahlschal­ tung 58 Informationen über den Zustand des Referenzsignals. Ein niedriges Signal auf diesen Eingängen zeigt Referenzsi­ gnalfehler an. Ein Sync-Eingang 56 ist derart vorgesehen, daß die aktiven Ein/Aus-Signale 54 und 55 in Phase kommen mit den Eingangsreferenzsignalen 10 a und 10 b.

Nach Auswahl eines der Eingangsreferenzsignale 10 a und 10 b wird das Signal über die Leitung 59 an den Phasenkomparator 11 ausgegeben. In einem Stratum-3-Kontext ist die Nennfrequenz am Ausgang 49 4 kHz. Der Ausgang des Phasenkomparators 11 wird über den Schalter 30 an den VCO 29 angelegt, der ein 3,088 MHz-Ausgangssignal erzeugt. Das Ausgangssignal von VCO 29 am Knotenpunkt 51 wird zum Teilen durch N an die Dividier­ schaltung 27 angelegt, wobei N gleich 772 ist. Das Ausgangssi­ gnal 90 des Dividierers 27 ist nominell 4 kHz. Dieses Aus­ gangssignal wird an den Phasenkomparator 11 angelegt, um die Phasenverriegelungsschleife zu schließen. Der Ausgang 90 ist auch mit dem Bustreiber 93 gekoppelt, dessen Ausgang ein 4- kHz-Taktgabesignal ist.

Das Ausgangssignal von VCO 29 wird auch an den Mischer 35 angelegt, wo es mit dem Ausgangssignal auf der Leitung 57 des lokalen Frequenzbezugs 36 kombiniert wird. Bei diesem Beispiel handelt es sich bei dem lokalen Frequenzbezug 36 um einen Quarzoszillator mit einer 3,089 MHz-Ausgangsfrequenz. Daher hat das Ausgangssignal des Mischers 35 einen Nennwert von 1 kHz. Dieses Ausgangssignal wird an ein Tiefpaßfilter 70 angelegt. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 70 auf der Leitung 79 wird an einen Detektor 80 angelegt.

Das Ausgangssignal auf der Leitung 57 des lokalen Bezugs 36 wird von einem Dividierer 71 durch M geteilt, wobei M gleich 4096 ist. Das Ausgangssignal des Dividierers 71 wird an einen Phasenkomparator 72 angelegt. Der Ausgang 73 des Phasenkompa­ rators 72 ist mit VCO 74 gekoppelt, der bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ein 8,192 MHz-Signal 75 ausgibt. Dieses Ausgangssignal 75 wird an einen Dividierer 76 angelegt, der es durch L teilt, wobei L gleich 8192 ist. Das Ausgangssignal des Dividierers 76 ist nominell ein 1 kHz-Wert 78, der an einen Detektor 80 angelegt wird.

Detektor 80 bestimmt die positive und negative Frequenzdiffe­ renz zwischen dem Tiefpaßfilter-Ausgangssignal 79 und dem Dividierer-Ausgangssignal 78. Der Detektor 80 gibt ein Fre­ quenzdifferenzsignal 81 und ein Hoch/Niedrig-Signal 82 an einen voreinstellbaren Auf-/Abwärtszähler 83 aus.

Der Ausgang 88 des Zählers 83 ist mit einem einstellbaren Teile-durch-N-Zähler 77 gekoppelt. Der Ausgang 75 von VCO 74 ist auch mit dem Teile-durch-N-Zähler 77 gekoppelt. Der Wert von N kann zur Verriegelung der lokalen Referenz 36 auf die ausgewählte Eingangsreferenzfrequenz 10 a oder 10 b geändert werden (tatsächlich wird er voreinstellbare Teile-durch-N- Zähler 77 zum Treiben des nominellen 1 kHz-Ausgangssignals 78 zwecks Anpassung an die nominelle 1 kHz-Ausgangsfrequenz 79 verwendet). Das Ausgangssignal 89 des Dividierers 77 wird an den Phasenkomparator 72 angelegt, um die Phasenverriegelungs­ schleife zu schließen.

Während des regulären Betriebs wird die Differenz (nominell 1 kHz) zwischen dem VCO 29 und der lokalen Referenz 36 mit dem synthetischen 1 kHz-Signal verglichen. Die Differenz treibt einen Aufwärts/Abwärtszähler, um das synthetische 1 kHz-Signal an die Differenz zwischen dem VCO 29 und der lokalen Referenz 3 heranzuführen. Die Auflösung des 1 kHz-Synthetisierers ist 0,092 Hz, was eine Genauigkeit von drei Teilen pro 100 Milli­ onen bedeutet.

Das Ausgangssignal 57 der lokalen Referenz 36 wird an die Referenzauswahlschaltung 58 angelegt. Dieses Signal wird an den Dividierer 63 und 64 angelegt (dividiert durch 2¹³ bzw. 2¹⁴) und als Registertaktsignal 61 bzw. 62 ausgegeben. Die Signale 61 und 62 aktualisieren die beiden Speicherregister 84 und 85. Die Signale 61 und 62 werden an die Register 84 bzw. 85 angelegt. Der aktuellste Zählwert 88 der nötig ist, um den synthetischen 1 kHz-Wert 78 an den 1 kHz-Ausgang 79 heranzu­ führen, wird im Register 85 gespeichert. Typischerweise stützt sich der Zähler 83 auf die Eingangssignale 81 und 82. Wenn ein Eingangsreferenzfehler oder eine Ungültigkeit festgestellt wird, gibt die Referenzauswahlschaltung 58 einen Referenzfeh­ ler 60 aus, der an den Ladezähleingang des Zählers 83 angelegt wird. Damit werden die Eingänge 81 und 82 unterbrochen und der Zähler 83 veranlaßt, den Inhalt des Registers 84 aufzunehmen. Der Inhalt des Registers 84 enthält den aktuellsten Zählwert, der zum Heranzuführen des synthetischen 1 kHz-Werts an den Referenz 1 kHz-Wert erforderlich ist. Während eines Referenz­ fehlers setzt daher die beschriebene Takthalteschaltung die Ausgabe eines genauen Taktsignals fort. Die Zählwertspeiche­ rung und Frequenzsynthese erfolgen digital, wobei die einzige Variable die lokale Referenzfrequenzquelle 36 ist. Durch Vor­ wahl einer lokalen Referenz innerhalb akzeptabler Grenzen gibt die beschriebene Takthalteschaltung ein geeignetes Frequenz­ referenzsignal unabhängig von zeitlichen und temperaturmäßigen Schwankungen aus. Zeitliche Änderungen der Frequenz werden durch angenähert eine zweiminütige Zeitkonstante geglättet, wobei die Differenzdaten in den Registern 84 und 85 gespei­ chert werden. Wenn beide Eingangsreferenzfrequenzen 10 a und 10 b abfallen, so wird der VCO 29 auf den internen Frequenz­ synthetisierer phasenverriegelt, der die in den Registern 84 und 85 gespeicherten Daten in Ersatz der fehlenden Eingangssi­ gnale verwendet. Während einer solchen Übergangsperiode bleibt das Ausgangssignal 92 bei einem Phasenschlupf von weniger als eine Mikrosekunde ohne Unterbrechung.

Claims (1)

1. Takthalteschaltung, gekennzeichnet durch:
   eine Aufnahmeeinrichtung (26) zur Aufnahme eines ersten Taktsignals (10) bei einer ersten Frequenz und ersten Phase, wobei die Aufnahmeeinrichtung das Vorhandensein oder Fehlen des ersten Taktsignals und die Genauigkeit des ersten Taktsi­ gnals bestimmt und erste und zweite Steuersignale ausgibt;
   eine erste Phasenvergleichsschaltung (11), die mit dem ersten Taktsignal (10) und über eine Schalteinrichtung (30) mit einer ersten Frequenzgeneratoreinrichtung (29) gekoppelt ist und ein erstes Ausgangssignal (50) an die erste Frequenz­ generatoreinrichtung (29) ausgibt, wobei die erste Frequenz­ generatoreinrichtung (29) ein zweites Ausgangssignal (51) über eine Rückkopplungsschleife an die erste Phasenvergleichsschal­ tung (11) ausgibt;
   eine zweite Frequenzgeneratoreinrichtung (36), die ein drittes Ausgangssignal bei einer zweiten Frequenz und Phase an einen Mischer (35) ausgibt, der ein die Differenzfrequenz zwischen den zweiten und dritten Ausgangssignalen darstellen­ des viertes Ausgangssignal (49) ausgibt;
   einen mit der zweiten Frequenzgeneratoreinrichtung (36) gekoppelten Frequenzsynthetisierer (38), der ein eine nominel­ le Differenz zwischen den zweiten und dritten Ausgangssignalen darstellendes fünftes Ausgangssignal (39) ausgibt;
   einen mit den vierten (49) und fünften (39) Ausgangssi­ gnalen beaufschlagten Komparator (40), der ein eine Differenz zwischen den vierten und fünften Ausgangssignalen darstellen­ des sechstes Ausgangssignal erzeugt;
   eine mit dem sechsten Ausgangssignal und dem ersten Steuersignal beaufschlagbare Speichereinrichtung (45, 46) die das sechste Ausgangssignal speichert und mit dem Syntheti­ sierer (38) gekoppelt ist;
   einen mit den vierten (49) und fünften (39) Ausgangssi­ gnalen beaufschlagten zweiten Komparator (34), der ein siebtes Ausgangssignal (33) ausgibt;
   wobei die Aufnahmeeinrichtung (26) das erste Steuersi­ gnal zur Einkopplung eines gespeicherten Werts des sechsten Ausgangssignals in den Frequenzsynthetisierer (38) und das zweite Steuersignal (31) zur Kopplung der Schalteinrichtung (30) mit dem siebten Ausgangssignal (33) ausgibt, wenn das erste Taktsignal (10) fehlt oder ungenau ist.