DE1127117B

DE1127117B - Taktimpulsgenerator

Info

Publication number: DE1127117B
Application number: DEJ18338A
Authority: DE
Inventors: Constantin M Melas
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1959-07-01
Filing date: 1960-06-25
Publication date: 1962-04-05
Also published as: NL252942A; ES259305A1; US3114109A; GB902450A; CH393420A

Description

Die Erfindung betrifft einen Taktimpulsgenerator zum Synchronisieren von binären Datensignalen und besonders von solchen binären Datensignalen, die kurzzeitigen Verzerrungen ausgesetzt sind.

Zur Rückgewinnung der in einem binär verschlüsselten Zifferndatensignal enthaltenen Information muß im allgemeinen das Signal zu jeder Bitzeit geprüft werden. Diese Prüfoperation findet statt unter der Steuerung eines Taktsignals, das mit dem binär verschlüsselten Datensignal synchron ist. Wenn die Frequenz oder Bitfrequenz des Datensignals sich nicht ändert, bildet die Prüf operation nur geringe oder keine Schwierigkeiten, denn ein stabiler Oszillator, dessen Frequenz der Bitfrequenz entspricht, kann vorgesehen werden, und nachdem die beiden Signale einmal synchronisiert wurden, kann die Prüfung ohne Zwischenfall stattfinden.

Manchmal jedoch ist die Bitfrequenz des binär verschlüsselten Datensignals nicht konstant, sondern verändert sich langsam über einen kleinen Frequenzbereich. Ein solcher Fall liegt z. B. vor, wenn das binäre Datensignal von einem eine magnetische Aufzeichnung abtastenden Magnetkopf erzeugt wird. Die Bitfrequenz des Datensignals steht in direkter Beziehung zu der Abtastfrequenz, und bei Änderung der Abtastfrequenz ist daher das Datensignal nicht mehr mit dem von einem selbständigen Oszillator abgeleiteten Taktsignal synchronisiert.

Um die durch Änderungen in der Abtastfrequenz verursachten Schwierigkeiten zu umgehen, ist schon vorgeschlagen worden, eine permanente Taktspur auf der Aufzeichnungsfläche aufzuzeichnen, so daß bei Änderung der Abtastfrequenz die Frequenz beider Signale in derselben Weise beeinflußt und daher in Synchronismus gehalten wird. Diese Taktsteuerung hat zwar zweifellos viele Vorteile, aber auch einige Nachteile, insbesondere bei Verwendung von mehr als einem zyklischen Aufzeichnungsträger mit einer gemeinsamen Taktspur.

Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, ist es bekannt, einen Taktgeber zu verwenden, der zwei Oszillatoren enthält, die abwechselnd arbeiten und ein einziges Taktsignal für die Interpretation eines aufgezeichneten Datensignals erzeugen. Dabei werden die Oszillatoren beim Eintreffen der Impulsflanken des binären Datensignals durch eine herkömmliche bistabile Kippstufe hin- und hergeschaltet, die direkt durch das Datensignal gesteuert wird. Das aus den kombinierten Ausgängen der Oszillatoren bestehende Taktsignal kann daher als ein einziges Signal betrachtet werden, das beim Eintreffen jeder Impulsflanke wieder mit dem Datensignal synchronisiert wird.

Taktimpulsgenerator

Anmelder:

Interna tional Business Machines Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H.E.Böhmer, Patentanwalt, Böblingen (Württ.), Sindelfinger Str. 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 1. Juli 1959 (Nr. 824 380)

¹S Constantin M. Melas, Saratoga, Calif. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Das Problem der Rückgewinnung von Daten aus einem binär verschlüsselten Datensignal, welches durch einen herkömmlichen Nachrichtenkanal, wie z. B. ein normales Telefonnetz, übertragen wird, führt zu weiteren Taktsteuerschwierigkeiten. Da die meisten Nachrichtenkanäle in erster Linie für die Sprachübertragung bestimmt sind, entsprechen die Toleranzen in bezug auf Geräusche und Verzerrungen nicht den an ein System für die Datenübertragung zu stellenden.

Daher wird das Datensignal beim Empfang häufig verzerrt, und zwar besteht die Verzerrung in kurzzeitigen Synchronisationsfehlern zwischen dem gesendeten und dem empfangenen Signal. Diese Art der Verzerrung wird gewöhnlich als Gleichlaufstörung bezeichnet und hat bei der Datenübertragung mit hoher Geschwindigkeit die Wirkung, daß die Augenblicksfrequenz oder die Länge eines binären Bits um bis zu 50 % der ursprünglichen Frequenz innerhalb relativ weniger Bitzeiten vergrößert oder verkleinert wird. Die mittlere Frequenz des übertragenen Signals wird jedoch gewöhnlich durch diese Verzerrungen nicht beeinflußt. Zur Überwindung des Problems der phasenmäßigen Abweichung eines empfangenen Signals von dem gesendeten Signal ist eine Taktgeberanordnung vorgeschlagen worden, bei der das Taktsignal direkt von dem empfangenen Datensignal abgeleitet wurde; jedoch diese Anordnungen sind nicht imstande, ein Taktsignal aus dem empfangenen Signal zu erzeugen, wenn dieses Gleichlaufstörungen ausgesetzt ist.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit ist schon vorgeschlagen worden, ein Pilotsignal gleichzeitig mit dem Datensignal, aber mit einer anderen Frequenz zu sen-

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den und am Empfänger ein Taktsignal unter der Steue- matisch in Fig. 5 veranschaulicht. Der Generator für rung dieses Pilotsignals abzuleiten. Eine solche Anord- die Klemmimpulse 12 hat eine Eingangsklemme 16, nung befriedigt zwar dort, wo sich die Verzögerungs- die an eine Quelle 17 für Datensignale anschließbar eigenschaften des Übertragungskanals nicht ändern. ist, eine exklusive ODER-Schaltung 18 und eine Ver-Aber bei der Übertragung von Daten zwischen dem 5 zögerungseinheit 19, die das Datensignal um eine halbe Sender und dem Empfänger werden mehrere ver- Bitzeit verzögert. Exklusive ODER-Schaltungen sind schiedene Telefonleitungen zweifellos einzeln zu ver- bekannt, und daher ist hier eine Beschreibung nicht schiedenen Zeiten benutzt. Bei Taktgeberanordnungen, nötig. Allgemein arbeiten sie als Torschaltungen mit die ein übertragenes Pilotsignal verwenden, macht dies zwei Eingangs- und einer Ausgangsklemme, die die jedesmal, wenn eine andere Telefonleitung verwendet io folgende logische Operation ausführen: Wenn ein Iniwird, eine Phaseneinstellung des Empfängertaktgebers puls an eine der Eingangsklemmen gelegt wird, enterforderlich, steht ein Ausgangssignal, aber wenn an beiden Ein-Diesen Nachteil vermeidet der Taktimpulsgenerator gangen gleichzeitig ein Impuls auftritt, wird kein Ausgemäß der Erfindung zum Synchronisieren von binären gangssignal erzeugt.

Datensignalen, der einen frei schwingenden Multivibra- 15 In der Schaltung nach Fig. 5 kann irgendeine getor enthält, dessen Frequenz der Impulsfrequenz des eignete Verzögerungseinheit verwendet werden. Da Datensignals entspricht, dadurch, daß das Ausgangs- derartige Einheiten bekannt sind, erübrigt sich eine gesignal des Multivibrators nach jeder Impulsflanke des nauere Beschreibung. Um eine Verzögerung von einer Datensignals für die Dauer einer halben Bitzeit auf halben Bitzeit zu erreichen, ist eine elektromagnetische einem vorgegebenen Spannungspegel festgehalten wird. 20 Verzögerungsleitung mit den entsprechenden Eigen-Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der Beschrei- schäften gut geeignet.

bung sowie den nachstehend aufgeführten Zeichnun- Die Klemmschaltung 11 besteht aus einer Diode 21,

gen: deren Kathode 22 an die Ausgangsklemme 23 des Ge-

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Taktimpulsgene- nerators für Klemmimpulse 12 und deren Anode 24 rators nach der Erfindung; 25 an die Ausgangsklemme 10 T des Multivibrators IO

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Signale an angeschlossen ist. Ein der Kathode 22 der Diode 21 verschiedenen Punkten der Anordnung nach Fig. 1 zu zugeleiteter Klemmimpuls KI hält daher die Ausgangsverschiedenen Zeiten; klemme 10 Γ des Multivibrators auf einer vorbestimm-Fig. 3 ist ein Schaltbild des in Fig. 1 in Blockform ten Spannung fest und verhindert dadurch eine Zudargestellten Multivibrators; 3° Standsänderung des Multivibrators 10 bis zum Ende Fig. 4 ist ein Schaltbild eines mit Transistoren ar- des Klemmimpulses.

beitenden Multivibrators, der an Stelle des in Fig. 3 Fig. 6 zeigt einen Generator für Klemmimpulse 12'

gezeigten Multivibrators benutzt werden kann; und eine Klemmschaltung 11', die an Stelle der in Fig. 5

Fig. 5 ist ein genaueres Blockschaltbild des in Fig. 1 gezeigten Anordnung benutzt werden können. Gemäß dargestellten Impulsgenerators zum Betrieb einer Schal- 35 Fig. 6 enthält der Generator für Klemmimpulse 12' tung, die dem Festhalten eines bestimmten Spannungs- zwei Transistoren 25 und 26, von denen jeder als pegels dient und als sogenannte »Klemmschaltung« monostabiler Multivibrator arbeitet, sowie einen Tranbezeichnet wird; sistor 27, der als Phasenumkehrstufe angeordnet ist. Fig. 6 ist das Schaltbild eines anderen Generators Das Datensignal wird der Basiselektrode 275 des für Klemmimpulse, der an Stelle des in Fig. 5 gezeig- 40 Phasenumkehrtransistors 27 zugeführt. Die Basiselekten Generators benutzt werden kann; trode 255 des Transistors 25 ist an die Emitterelek-Fig. 7 ist ein genaueres Blockschaltbild des in Fig. 1 trode 27E" des Transistors 27 über einen Kondensator graphisch dargestellten Prüfkreises. 28 angeschlossen, und die Basiselektrode 265 des Der in den Zeichnungen und insbesondere Fig. 1 ge- Transistors 26 ist mit der Kollektorelektrode 27 C des zeigte Taktimpulsgenerator besteht allgemein aus einem 45 Transistors 27 über einen Kondensator 28' verbunden, astabilen Multivibrator 10, der mit der Bitfrequenz des Jeder monostabile Multivibrator spricht auf negative zu synchronisierenden binären Datensignals schwingt, Flanken des Datensignals an und erzeugt einen Klemmeiner Einrichtung 11, die eine Ausgangsklemme 1OT impuls KI, dessen Länge durch die Entladungszeit der des Multivibrators 10 mittels eines Klemmimpulses auf Kondensatoren 28 und 28' bestimmt wird, welche einem vorherbestimmten Spannungspegel festhält, einer 5° einem halben Bitintervall des Datensignals entsprechen. Einrichtung 12, die nach Eintreffen jeder Impulsflanke Der Transistor 25 wird direkt mit dem Datensignal und des Datensignals Klemmimpulse erzeugt, deren Zeit- der Transistor 26 mit dem invertierten Datensignal gedauer gleich einer halben Bitzeit des Datensignals ist, speist. Die Klemmimpulse KI werden dem Transistor sowie einer Prüfeinrichtung 13, die unter der Steuerung 29 zugeführt, der als Klemmschaltung für den in Fig. 4 des Ausgangssignals des Multivibrators 10 das syn- 55 gezeigten Transistormultivibrator dient, und zwar ist chronisierte Datensignal liefert. die Kollektorelektrode 29 C des Transistors 29 an die

Fig. 3 veranschaulicht einen herkömmlichen astabi- Klemme 10 Γ in Fig. 4 angeschlossen, len Multivibrator, der in dem System von Fig. 1 ver- Die Ausgangsklemme 10 T des Multivibrators IO ist

wendet iwerden kann. Der Multivibrator 10 liefert ein an die eine Eingangsklemme der Prüfschaltung 13 anrechteckförmiges Ausgangssignal, dessen Frequenz der 60 geschlossen, an deren andere Eingangsklemme das Bitfrequenz des Datensignals entspricht. Datensignal gelegt wird. Die Wirkungsweise und Funk-

Ein Transistoren enthaltender Multivibrator, der an tion der Prüfschaltung wird weiter unten erläutert. Stelle des in Fig. 3 gezeigten Multivibrators benutzt Fig. 2 zeigt die an verschiedenen Punkten in dem

werden kann und ein geeignetes Ausgangssignal liefert, System auftretenden Signale. Das Signal DS stellt ein ist in Fig. 4 dargestellt. Eine solche Schaltung ist be- 65 binär verschlüsseltes Datensignal 01001010 dar, das kannt und in der Literatur beschrieben. zur fünften, sechsten und siebenten Bitzeit einer Ver-

Die Klemmschaltung 11 und der Generator für die zerrung ausgesetzt war. Durch die Verzerrung ist die Klemmimpulse 12 für das System von Fig. 1 sind sehe- Länge des fünften und sechsten Bits »1« bzw. »0« ver-

ringen und die des siebenten Bits, das ebenfalls eine »1« ist, vergrößert worden. Das Signal DS stellt ein stark vereinfachtes Beispiel für die Auswirkung von Gleichlaufstörungen auf ein Datensignal dar, genügt aber für die Erklärung der Wirkungsweise des Systems von Fig. 1. Das Signal DS kann aus einer geeigneten Datensignalquelle stammen.

Das Datensignal DS wird dem Generator für Klemmimpulse 12 und der Prüfschaltung 13 zugeführt. Der Generator 12 liefert das Klemmimpulssignal KIS (Fig. 2). Dieses besteht aus einer Mehrzahl von Klemmimpulsen KI, deren Länge einer halben Bitlänge des Datensignals DS entspricht und die beim Eintreffen jeder Flanke des Datensignals beginnen. Das Signal KIS kann durch die Anordnung von Fig. 5 oder 6 oder durch eine andere geeignete Anordnung, die dieselbe Aufgabe erfüllt, erzeugt werden. Bei Verwendung des in Fig. 5 veranschaulichten Generators für Klemmimpulse empfängt die exklusive ODER-Schaltung 18 das Datensignal DS und das durch die Verzögerungseinheit 19 verzögerte Datensignal (Fig. 2). Der Ausgang der exklusiven ODER-Schaltung ist an einen Inverter / angeschlossen, der die Klemmimpulse KI des Klemmimpulssignals KIS der Klemmschaltung 11 zuleitet.

Das rechteckförmige Ausgangssignal des Multivibrators ist in Fig. 2 mit MV bezeichnet und hat eine frei schwingende Frequenz, die der Bitfrequenz des Datensignals DS entspricht. Die Ausgangsklemme 10 T des Multivibrators ist an die Anode der Klemmschaltung 11 angeschlossen. Daher hält ein Klemmimpuls KI die Ausgangsklemme des Multivibrators auf einen vorherbestimmten Spannungspegel für die Dauer einer halben Bitzeit nach dem Eintreffen jeder Impulsflanke. Das Ausgangssignal des frei schwingenden Multivibrators wird so bei jedem Eintreffen einer Impulsflanke erneut mit dem Datensignal in Phase gebracht. Daher kann es als herkömmliches Taktsignal wirksam sein, wenn es einer Prüfschaltung gemeinsam mit dem Datensignal DS zugeführt wird, um ein synchronisiertes Datensignal zu liefern.

Die in Fig. 7 gezeigte Prüfschaltung kann für die Erzeugung eines synchronisierten Datensignals verwendet werden. Sie besteht aus zwei herkömmlichen UND-Toren 31, 32, einem Inverter 33 und einer herkömmlichen bistabilen Kippstufe 34. Das von der Ausgangsklemme 10 Γ des Multivibrators IO kommende Signal wird der einen Klemme 36 jedes UND-Tors zugeführt, während das Datensignal direkt der anderen Klemme 37 des UND-Tors 31 und indirekt über den Inverter 33 der Klemme 38 des UND-Tors 32 zugeleitet wird. Die Ausgangsklemmen der UND-Tore sind an die Einstell- bzw. Rückstellklemmen des Triggers angeschlossen, und daher liefert die entsprechende Ausgangsklemme 34 T des Triggers 34 das synchronisierte Datensignal.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Taktimpulsgenerator zum Synchronisieren von binären Datensignalen, der einen frei schwingenden Multivibrator enthält, dessen Frequenz der Impulsfrequenz des Datensignals entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (MV in Fig. 2) des Multivibrators (10 in Fig. 1) nach jeder Impulsflanke des Datensignals (DS in Fig. 2) für die Dauer einer halben Bitzeit auf einem vorgegebenen Spannungspegel festgehalten wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Festhalten des Ausgangssignals des Multivibrators mittels einer Festhalteisogenannten Klemm-) Schaltung (11) erfolgt, die die Ausgangsklemme (10 T in Fig. 1) des Multivibrators mit einem durch das Datensignal gesteuerten Generator (12 in Fig. 1 und 5) verbindet, der Klemmimpulse (KI in Fig. 2) für die Klemmschaltung liefert.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Prüfkreis (13 in Fig. 1 und 7), dem das Datensignal und das Ausgangssignal des Multivibrators zugeführt werden, so daß am Ausgang des Prüfkreises das mit dem Ausgangssignal des Multivibrators synchronisierte Datensignal (sDS in Fig. 2) zur Verfügung steht.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Generator für die Klemmimpulse mit dem Multivibrator verbindende Klemmschaltung eine Diode enthält.

5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durch das Datensignal gesteuerte Generator für die Klemmimpulse einen exklusiven ODER-Kreis enthält, dessen einer Eingangsklemme das binäre Datensignal und dessen anderer Eingangsklemme das um eine halbe Bitzeit verzögerte Datensignal zugeführt wird.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator für die Klemmimpulse ein Paar transistorisierter monostabiler Multivibratoren enthält, von denen jeder auf verschieden gerichtete Impulsflanken anspricht und einen Klemmimpuls von der Dauer einer halben Bitzeit liefert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen