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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Methode zur Übermittlung von Information
mit Hilfe synchronisierter Sende- und Empfangsgeräte.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Verschiedene
Arten von integrierten Schaltungen erfordern Zeitsteuerinformation,
damit sie in der Lage sind, zur richtigen Zeit digitale Information zu
senden und zu empfangen. Beispielsweise wandelt ein in Telefonsystemen
verwendeter Audio-CODEC (COdierer DECodierer) ein von einem Mikrofon in
einem Handapparat kommendes Analogsignal um in eine digitales Signal
zwecks Übertragung über ein Netzwerk,
und umgekehrt wandelt er ein digitales Signal aus dem Netzwerk in
ein Analogsignal um, welches einen Kopfhörer oder einen Lautsprecher
in dem Telefonapparat treibt. Video-CODECs, die vergleichbare Funktionen
bei Videoschnittstellengeräten und
digitalen Videonetzwerken übernehmen,
werden ebenfalls zunehmend stärker
eingesetzt, einhergehend mit unterschiedlichen Arten von gemeinsam verwendeten
Audio-Videogeräten
und Netzwerken. In den meisten Fällen
liefern die Netzwerke Synchron-Kommunikation zu und von den CODECs
so dass es eine definierte zeitliche Beziehung gibt zwischen den übertragenen
digitalen Signalen aus den Geräten
im Netzwerk, und in ähnlicher
Weise für
die empfangenen digitalen Signale. Außerdem gibt es üblicherweise
eine definierte zeitliche Beziehung zwischen den digitalen Signalen,
die von einem gegebenen CODEC gesendet bzw. empfangen werden. Allerdings
ist es üblicherweise
notwendig, dafür
zu sorgen, dass eine Änderung
der gewünschten
zeitlichen Beziehung erfolgen kann, so zum Beispiel dann, wenn neue
Terminal-Einrichtungen an das Netzwerk geschaltet werden, oder sogar
von einem Telefonanruf zum nächsten,
um dadurch eine Netzwerkvermittlung der Anrufe zu ermöglichen
und für
eine optimale Nutzung der für
die Übertragung
verfügbaren
Zeitschlitze zu sorgen.
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Die
EP-A-0 496 589 und die EP-A-353 737 zeigen Synchronisationsvorrichtungen.
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1 zeigt ein typisches Multi-CODEC-System.
Die CODECs 101, 102, 103 und 104 senden
digitale Signale über
eine gemeinsame Ausgangsleitung 105, und sie empfangen
digitale Signale über eine
gemeinsame Eingangsleitung 106. Jedem CODEC ist zur Übertragung
ein Zeitschlitz zugeordnet, außerdem
ein Zeitschlitz für
den Empfang über
die gemeinsamen Leitungen. Das Senden von Rahmen-Synchronisationsimpulsen,
bezeichnet mit FST, versorgt die CODECs mit Zeitsteuerinformation
zum Senden ihrer digitalisierten Information. Wenn z. B. der Synchronisationsimpuls
FST von einem gegebenen CODEC empfangen wird, so sendet dieser CODEC
ein Wort einer digitalen Information (nicht dargestellt) auf die
Leitung 105. Im Fall eines typischen Audio-CODECs handelt
es sich um ein 8-Bit-Wort, welches 213 Signalpegel
(d. h. 13 Bits) repräsentiert, komprimiert
auf 8 Bits. Bei Empfang eines Rahmen-Synchronisationsimpulses FSR
durch ein CODEC wird in ähnlicher
Weise dieses CODEC aktiviert, um ein Wort einer digitalisierten
Information von der Leitung 106 zu akzeptieren. Auf diese
Weise wird jedes CODEC darüber
instruiert, welcher Teil (d. h. Zeitschlitz) eines gegebenen Datenrahmens
für den Sendevorgang
und den Empfangsvorgang zu verwenden ist. Das Sendesignal TX auf
der Ausgangsleitung 105 und das Eingangssignal auf der
Leitung 106 können über getrennte
Leiter auf das Netzwerk gegeben werden, falls erwünscht. Alternativ
lassen sich die Signale auf einem einzigen, bidirektionalen Leiter
kombinieren, in welchem Fall sowohl Senderahmen als auch Empfangsrahmen über denselben
Leiter laufen.
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In
einem typischen System stehen insgesamt 32 (alternativ) 64 Zeitschlitze
in einem gegebenen "Rahmen" von Daten zur Verfügung, wie
in 2 gezeigt ist. Ein typischer Telefonkanal
wird mit einer Rate von 8 kHz abgetastet, wodurch alle 125 Mikrosekunden
ein neues Abtastungs- oder Probenwort geliefert wird. Deshalb dauert
der Rahmen 125 Mikrosekunden. Wie oben ausgeführt, dient ein
Empfangs-Synchronisationsimpuls (FSR) zum Bestimmen, welcher der
32 Empfangs-Zeitschlitze in einem Empfangsrahmen Daten an einen
gegebenen CODEC liefert. In ähnlicher
Weise dient ein Sende-Synchronisationsimpuls (FST) dazu, festzustellen,
welcher der 32 Sende-Zeitschlitze in einem Senderahmen zum Senden
von Daten aus einem gegebenen CODEC benutzt wird. Betrachtet man
beispielsweise den Fall, dass die Synchronisationsimpulse so dargestellt
sind, wie sie in 1 zu
dem CODEC laufen (d. h. von rechts nach links), so lässt sich
erkennen, dass Synchronisationsimpulse FST0 und
FSR0 den CODEC 101 veranlassen,
zunächst
ein Informationswort zu senden und anschließend ein Informationswort zu
empfangen. Dies ist bedingt durch die Verzögerung ΔT zwischen FST0 und
FSR0. Dies ist auch der Fall für den CODEC 102,
nur dass dessen Synchronisationsimpulse (FST1,
FSR1) zeitlich früher auftreten als die Impulse
für den
CODEC 101. Andererseits wird der CODEC 103 zum
Senden eines Worts durch den Synchronisationsimpuls FST2 veranlasst.
Er wird zum Empfangen eines Worts durch den Synchronisationsimpuls
FSR2 veranlasst, zeitlich später als
der CODEC 101. Der CODEC 104 wird zum Senden und
Empfangen zu einer noch späteren Zeit
durch die Synchronisationsimpulse FST3 und FSR3 veranlasst.
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Es
sind unterschiedliche zeitliche Beziehungen zwischen den Sende-
und den Empfangs-Synchronisationsimpulsen möglich. Da die Gruppe von vier
CO-DECs nach 1 über eine gemeinsame Sendeleitung
(105) und eine Empfangsleitung (106) kommunizieren,
ist die zeitliche Verzögerung ΔT für jeden
CODEC typischerweise gleich groß.
Allerdings kann die Zeitverzögerung ΔT von einem
Systementwurf zum anderen differieren. Tatsächlich kann ΔT von einer
Gruppe CODECs zu einer anderen Gruppe auch innerhalb ein und desselben
Systems differieren, abhängig
davon, mit welcher "Rückebene" sie kommunizieren.
Darüber
hinaus ist es im Allgemeinen nicht notwendig, dass die Sende-Synchronisationsimpulse
(FST) vor den Empfangs-Synchronisationsimpulsen (FSR) ankommen,
vielmehr kann auch das Gegenteil der Fall sein, abhängig vom
Systementwurf. Tatsächlich
können
die Synchronisationsimpulse bei einigen Entwürfen gleichzeitig ankommen
(d. h. ΔT
= 0), so dass die CODECs gleichzeitig digitale Signale über die
Leitungen 105 und 106 senden und emp fangen. Aus
diesem Grund ist es wünschenswert,
dass die CODECs in der Lage sind, in einem großen Bereich von ΔT-Werten
zu arbeiten.
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Die
Bereitstellung der Synchronisationsimpulse für die CODECs erfolgt typischerweise über dafür eigens
vorgesehene Anschlüsse
an der den CODEC enthaltenden integrierten Schaltung. Das heißt, es ist
ein erster Anschluss für
den Empfangs-Synchronisationsimpuls (FSR) vorgesehen, während ein zweiter
Anschluss speziell für
den Sende-Synchronisationsimpuls (FST) vorgesehen ist. Allerdings
geht der Trend bei der Ausgestaltung integrierter Schaltungen dahin,
dass ein bestimmter integrierter Schaltungschip mehrere Funktionen
beinhaltet. Daher können
auf einem einzigen Chip manchmal mehrere CODECs vorhanden sein.
Dies kann beim Gehäusen des
Chips zu einem Problem führen,
da zusätzliche Gehäuseanschlüsse erforderlich
sind. Aus diesem Grund ist es erstrebenswert, die Synchronisationsimpulse
zu den verschiedenen auf dem Chip befindlichen CODECs mit Hilfe
einer möglichst
kleinen Anzahl von Anschlüssen
zu liefern. Bei einer Ausgestaltung sind auf dem Chip Register vorhanden,
die mit Sende- und Empfangs-Zeitsteuerinformation geladen sind.
Diese Register können über einen
einzigen Gehäuseanschluss
geladen werden. Allerdings erhöht
sich die Größe der integrierten
Schaltung zur Aufnahme der Register in unerwünschter Weise. Darüber hinaus
kann der Einsatz von Registern möglicherweise
die Flexibilität
in einigen Fällen
schmälern,
da eine geeignete Schaltung vorgesehen sein muss, die eine Schnittstelle
der Register zu einer Steuerschaltung bildet, beispielsweise einem
Mikroprozessor.
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Offenbarung
der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine
integrierte Schaltung nach Anspruch 1, ein Kommunikationssystem
nach Anspruch 6 oder ein Verfahren nach Anspruch 12 geschaffen.
Wir haben eine Methode zur Bereitstellung der Synchronisation für mehrere
Sende-/Empfangs-Bauelemente geschaffen. Ein Zeitschlitz-Offsetimpuls
sorgt für
eine gewünschte
zeitliche Trennung zwischen den Sende- und den Empfangs-Zeitschlitzen. Für mehrere
CODECs auf einer einzigen integrierten Schaltung wird eine beispielhafte
Ausführungsform
vorgestellt, wobei die Anzahl der Gehäuseanschlüsse der Schaltung reduziert
werden kann.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt eine typische, dem
Stand der Technik entsprechende Anordnung zum Synchronisieren mehrerer
CODECs.
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2 zeigt einen typischen Datenrahmen mit
mehreren Zeitschlitzen.
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3 zeigt ein anschauliches
Beispiel für
die Erfindung.
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4 zeigt ein Zeitablaufdiagramm
mit Rahmen-Zeitschlitzen und beispielhaften Pulsen.
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5 zeigt eine beispielhafte
Implementierung der Sychnronisiereinheit.
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Detaillierte
Beschreibung
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Die
folgende detaillierte Beschreibung betrifft ein Verfahren zum Synchronisieren
mehrerer Sende-/Empfangsgeräte.
Figur zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung für mehrere
CODECs auf einer einzigen integrierten Schaltung (301),
wobei andere Möglichkeiten
gegeben sind. Die CODECs (302, 303, 304, 305)
empfangen und senden jeweils ein Analogsignal, beispielsweise zu
Telefoneinheiten. Beispielsweise kommuniziert ein Telefon 313 über ein
verdrilltes Leiterpaar 312 mit einer Teilnehmerleitungs-Schnittstellenschaltung 311 (alternativ
einem Übertrager)
bekannter Bauart, anschließend über ein
Leiterpaar 307 mit dem CODEC 302. Andere (nicht
gezeigte) Telefoneinheiten kommunizieren in ähnlicher Weise mit anderen
CODECs. Die CODECs können
von jedem im Stand der Technik bekannten passenden Typ sein. In
einem typischen Fall führen
die CODECs eine Analog-Digital-Umwandlung mit dem aus dem Stand
der Technik bekannten sukzessiven Approximationsverfahren durch,
und sie führen
eine Digital-Analog-Umwandlung mit einer Widerstandsleiter-Methode
gemäß Stand
der Technik durch, wobei verschiedene alternative Methoden möglich sind.
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Die über Leitungen 307 ... 310 übertragenen Analogsignale
werden von den CODECs 302 ... 305 umgewandelt
in digitale Signale TX0 ... TX3 und
an die Synchronisationseinheit 306 gegeben. Die Synchronisationseinheit
kombiniert die digitalen Signale, indem sie ihnen die passenden
Zeitschlitze zuordnet, auf der Sendeleitung 316 in vereinfachter
Impulsform angedeutet, um von der integrierten Schaltung 301 zu
(nicht gezeigten) externen Geräten
gesendet zu werden. Diese Sende-Zeitschlitze werden definiert durch
die zugehörigen
Senderahmen-Synchronisationsimpulse (FST0 ...
FST3), die über die Leitungen 317 ... 320 von
einer (nicht gezeigten) externen Quelle an die integrierte Schaltung 301 gegeben
werden. Die Sende-Synchronisationsimpulse werden von der Synchronisationseinheit 306 an
die einzelnen CODECs 302 ... 305 verteilt. Umgekehrt
liefert die Empfangsleitung 315 ein empfangenes digitales
Signal (RX) von einer (nicht gezeigten) externen Quelle an die Synchronisationseinheit 306.
Die Synchronisationseinheit richtet die digitalen Signale von den
empfangenen Zeitschlitzen über
die Empfangsleitungen RX0 ... RX3 zu den entsprechenden CODECs. In der Praxis
sind die Empfangsleitungen RX0 ... RX3 typischerweise elektrisch miteinander verbunden,
wobei die einzelnen CODECs die passenden Empfangs-Zeitschlitze herausgreifen,
die durch die Empfangs-Synchronisationsimpulse FSR0 ...
FSR3 definiert sind, die durch die Rahmen-Synchronisationseinheit 306 bereitgestellt
werden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Methode
separiert ein "Rahmen-Trenn-Synchronisationsimpuls" (FSEP) die Empfangs-
und die Sendeimpulse zeitlich. (Zur Vereinfachung der Erläuterung
sind die beispielhaften Signale mit ihren zugehörigen Leitungen in 3 dargestellt). Bei der
in 3 dargestellten anschaulichen
Ausführungsform
wird FSEP von einer (nicht dargestellten) externen Quelle über die
Leitung 314 an die Synchronisationseinheit 306 gegeben.
Der FSEP hat eine Breite (d. h. Dauer), welche diese zeitliche Trennung
festlegt. Die Empfangs-Synchronisationsimpulse (FSR0 ...
FSR3) werden dann von der Synchronisationseinheit 306 generiert,
wobei jeder Empfangs-Sychronisationsimpuls zeitlich um einen Betrag
verzögert
wird, der annähernd
der Dauer von FSEP nach dem entsprechenden Sende-Synchronisationsimpuls
entspricht. Dies kann in geeigneter Weise dadurch erreicht werden,
dass die Dauer von FSEP mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Zählers gezählt wird,
welcher von dem Systemtaktsignal MCLK auf der Leitung 321 getaktet
wird. Die Dauer von FSEP wird dann dazu benutzt, die Empfangs-Sychnronisationsimpulse
(FSR0 ... FSR3)
an jeden der CODECs 302 ... 305 mit einer definierten Verzögerung nach
den entsprechenden Sende-Synchronisationsimpulsen (FST0 ...
FST3) zu senden. Die resultierenden Zeitschlitze
sind in vereinfachter Impulsform auf der RX-Leitung 315 dargestellt,
gegenüber
den entsprechenden TX-Zeitschlitzen um etwa die Dauer von FSEP verzögert.
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In 4 ist beispielhaft ein Datenrahmen
mit 32 Zeitschlitzen (0–31)
dargestellt, zusammen mit dem Master-Taktsignal MCLK, welches die
Zeitschlitze generiert. (Der Anfangstaktimpuls in jedem Zeitschlitz
ist mit übertriebener
Höhe dargestellt,
was der Klarheit der Darstellung dienen soll.) Die Dauer des FSEP
bestimmt sich durch Zählen
der Anzahl von MCLK-Taktimpulsen, die während der Zeit auftreten, in
welcher FSEP einen hohen Wert hat. Die in Taktperioden gemessene
Verzögerung
der Empfangs-Synchronisationsimpulse (FSR) gegenüber den entsprechenden Sende-Synchronisationsimpulsen
(FST) entspricht dem Zählwert
minus eins im vorliegenden Beispiel. Deshalb treten die Empfangs-Sychronisationsimpulse
39 Taktperioden (40–1)
später auf
als die entsprechenden Sende-Synchronisationsimpulse. Im dargestellten
Beispielfall bringt, wenn der FSEP eine Taktperiode oder weniger
ausmacht, die Synchronisationseinheit 306 die Sende- und
Empfangs-Synchronisationsimpulse zur Übereinstimmung. Man beachte,
dass die "Eins" im vorliegenden Fall
von dem Zählerstand
subtrahiert wird, um in einfacher Weise für zusammenfallende Sende- (FST) und
Empfangs- (FSR) Synchronisationsimpulse zu sorgen, das heißt ΔT = 0. Wenn
FSEP einem MLCK-Taktimpuls gleicht (oder weniger ist), sendet und
empfängt
ein gegebener CODEC digitale Signale gleichzeitig. Allerdings sind
andere Abwandlungen der Zählung
für FSEP
möglich,
um die Verzögerung festzulegen.
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Die
Rahmen-Synchronisationseinheit 306 kann die Empfangs-Synchronisationsimpulse
(FSR0 ... FSR3)
aus dem Signal FSEP in vielfältiger
Weise generieren. Eine derzeit bevorzugte Ausführungsform zur Festlegung der
Dauer von FSEP ist in 5 dargestellt.
Das Signal FSEP wird an den Impulsgenerator 500 gelegt,
der einen ersten (Kopf-) Impuls bei der Anstiegsflanke von FSEP
generiert und diesen Kopfimpuls an den Rücksetzeingang des 9-Bit-Zählers 502 legt.
Der Impulsgenerator 500 erzeugt außerdem einen zweiten (End-)
Impuls an der abfallenden Flanke von FSEP und legt diesen Endimpuls
an den Rücksetzeingang
des 9-Bit-Zählers 501. Diese
Kopf- und Endimpulse sind relativ kurz im Vergleich zur Länge von
FSEP. Die Zähler 501 und 502 zählen kontinuierlich
das Taktsignal MCLK und liefern den Zählerstand über neun Leiter enthaltende Busse 507 bzw. 508.
Man beachte, dass, weil diese Zähler
zu Beginn und am Ende des Signals FSEP zurückgesetzt werden, die Differenz
der Zählerstände dieser
Zähler
(das ist der Zählerstand
des Zählers 502 minus
dem Zählerstand
des Zählers 501)
die Dauer in FSEP festlegt, gemessen in MCLK-Taktimpulsen.
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Die
Pulsgeneratoren 503 ... 506 erzeugen relativ kurze
Kopfimpulse bei der Anstiegsflanke jedes der Sende-Synchronisationsimpulse
(FST0 ... FST3) und
liefern diese Kopfimpulse an die Zwischenspeicher 509 ... 512.
Ein gegebener Sende-Synchronisationsimpuls
(z. B. FST0) veranlasst, dass ein gegebener
Kopfimpuls von einem gegebenen Impulsgenerator (z. B. 503)
an den Eingang "Laden" des entsprechenden
Zwischenspeichers (z. B. 509) gegeben wird, um so zu veranlassen,
der Zählerstand
vom Zähler 502 über den
Eingang "Daten" in diesem Zwischenspeicher
(509) geladen wird. Dieser Zählerstand wird dann von einem
Komparator (z. B. 513) mit dem Zählerstand aus dem Zähler (501)
verglichen. Sind die Zählerstände gleich,
so ändert
der Komparator das Empfangs-Synchronisationssignal ab (z. B. FSR0).
Dieses Signal ermöglicht
dem entsprechenden CODEC (z. B. 302 in 3), einen Informations-Zeitschlitz von
der Empfangsleitung RX zu empfangen. Während diese Schaltungsauslegung der
Synchronisationseinheit sich für
das Layout integrierter Schaltungen eignet, sind zahlreiche andere Methoden
zum Generieren der Empfangs-Synchronisationsimpulse aus dem Sende-Synchronisationsimpuls
gemäß der Dauer
von FSEP möglich.
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Man
sieht also, dass im dargestellten Fall vier Empfangssynchronisationsimpulse
aus dem Signal FSEP erzeugt werden. Damit spart die Erfindung drei
Anschlüsse
der integrierten Schaltung ein und ermöglicht die Unterbringung von
vier CODECS beispielsweise in einem Standardgehäuse mit 28 Anschlusspins.
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Während die
obige beispielhafte Ausführungsform
die Empfangs-Synchronisationsimpulse mit Hilfe von FSEP aus den
Sende-Synchronisationsimpulsen generiert hat, ist ersichtlich auch
der gegenteilige Fall möglich.
Das heißt,
die Empfangs-Synchronisationsimpulse könnten auch von einer externen
Quelle an die Synchronisationseinheit 306 gegeben werden,
um dann die Sende-Synchronisationsimpulse
für jeden
der CODECs aus diesen Impulsen mit Hilfe von FSEP zu überzeugen.
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Obschon
die obige Ausführungsform
sich auf CODECs bezieht, die eine Schnittstelle zu Telefonen bilden,
sind auch andere Typen von Geräte-Schnittstellen
möglich.
Beispielsweise können
verschiedene andere Typen von Wandlern eine Schnittstelle mit Digital-Analog-
und mit Analog-Digital-Wandlern
ebenso wie verschiedene Videogeräte
bilden. Darüber
hinaus können
die Eingangssignale in die Mehrfach-Kommunikationsgeräte an einer
gegebenen integrierten Schaltung bereits digitale Form aufweisen, so
dass folglich keine Umwandlung von Analog- in Digitalsignale erforderlich.
Die vorliegende Erfindung lässt
sich dann mit einer Synchronisationseinheit (z. B. 306)
auf einer integrierten Schaltung implementieren, welche die Synchronisationsimpulse
an solche Geräte
liefert. Die oben angesprochenen Vorteile bezüglich einer verminderten Anschlusszahl
der integrierten Schaltung werden auch in diesem Fall erreicht.
Darüber
hinaus ergeben sich aus der digitalen Technik verschiedene Zeitschlitz-Austauschanwendungen,
darunter beispielsweise Asynchron-Transfermodus-(ATM)-Schalter und Anwendungen
von dienstintegrierenden digitalen Netzen (ISDN), die in vorteilhafter
Weise die erfindungsgemäße Technik verwenden
können.