DE19707512C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Regenerieren/Substituieren eines Taktpulses auf einen Ausgangspuls - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zum Regenerieren/Substituieren eines Taktpulses auf einen Ausgangspuls.

Auf vielen Gebieten der Elektronik muß ein Takt über mehrere Baugruppen geführt werden, wobei mit Störungen auf den Takt­ leitungen zu rechnen ist, wenn beispielsweise an der Taktver­ sorgung oder -verteilung beteiligte, auf demselben Taktbus arbeitende Baugruppen gesteckt oder gezogen werden. Für diese Störungen sind in erster Linie die Leitungskapazitäten auf den Baugruppen verantwortlich. Darüber hinaus können andere Vorgänge, wie Spannungsspitzen, schlechte Kontaktstellen, etc. zu Störungen des Taktpulses führen. Störungen des Taktes können beispielsweise als Verlängerung oder Verkürzung der Pulsbreite, Ausfall bei H-Pegel, Ausfall bei L-Pegel oder völligem Ausfall des Taktpulses auftreten. Derartige Störun­ gen führen oft zu Fehlfunktionen und im schlimmsten Fall, z. B. bei Taktausfall, zu Blockierungen innerhalb der betrof­ fenen Baugruppe.

Um solche Fehler zu verhindern, versucht man, den einlangen­ den Takt durch entsprechende Verarbeitung zu regenerieren, wozu im allgemeinen PLL-Schaltungen verwendet werden. Eine derartige Lösung ist aus der DE 32 12 480 A1 bekannt. Bei diesen liegt das Ausgangssignal am Ausgang eines von einem Phasendiskriminator über einen Tiefpaß spannungsgesteuerten Oszillators, wobei im Phasendiskriminiator das zu regenerie­ rende Eingangssignal mit dem Ausgangssignal verglichen wird. Stellt man die Forderung, daß der einlangende Taktpuls nur im Fehlerfall nicht nur bezüglich seiner Frequenz, Phasenlage, sondern auch seines Tastverhältnisses entsprechend verändert werden soll, so würde dies zu extrem aufwendigen Schaltungs­ konzepten führen. Da für die Datenübertragung beide Flanken des Taktpulses genutzt werden, muß der regenerierte Takt auch bezüglich des Tastverhältnisses dem Eingangstakt entsprechen.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt somit darin, eine Lösung an­ zugeben, die auf einfache und kostengünstige Weise einen so­ weit wie möglich einem Eingangs-Taktpuls entsprechenden Aus­ gangspuls zur Verfügung stellt, falls der Eingangspuls vorge­ gebene Grenzwerte verläßt, den Eingangs-Taktpuls jedoch un­ verändert läßt, falls dieser ungestört ist.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der gegenständlichen Art gelöst, bei welchem erfindungsgemäß ein Referenzpuls be­ reitgestellt wird, dessen Frequenz das (k + m)-fache der Soll­ frequenz des Taktpulses beträgt, eine Änderung des logischen Pegels zwischen dem Taktpuls und einem zuvor gespeicherten Wert dieses Taktpulses erfaßt und gespeichert wird, eine wei­ tere Änderung des gespeicherten Pegels erst nach einer durch k Referenztakte festgelegten Zeit zugelassen wird und der logische Pegel des gespeicherten Taktpulses geändert wird, falls sich der Pegel des Taktpulses nicht innerhalb einer maximalen Pulsdauer von m Referenztakten ändert.

Dank der Erfindung wir der Taktpuls im Normalfall überhaupt nicht geändert, bei Ausfall des Taktes, sei es im H- oder im L-Pegel bzw. bei einer Änderung des Tastverhältnisses erfolgt jedoch eine Verlängerung oder Verkürzung der Pulsdauer auf eine vorgegebene Dauer. Bei vollständigem Ausfall des Takt­ pulses erfolgt eine Substituierung desselben bis zu Behebung des Fehlers.

Es ist dabei empfehlenswert, wenn der gespeicherte Pegel mit Hilfe des Referenzpulses in m Stufen verzögert wird, wobei eine Änderung des logischen Pegels des Taktpulses erst zuge­ lassen wird, wenn die k-te Stufe den Pegel des gespeicherten Pulses erreicht hat, und der logische Pegel des gespeicherten Taktpulses geändert wird, wenn alle m Stufen den gleichen logischen Pegel aufweisen.

Eine vorteilhafte, leicht realisierbare Weiterbildung der Er­ findung sieht vor, daß zur Bildung des Ausgangspulses der Taktpuls über ein D-Kippglied geführt wird, der Ausgangspuls nacheinanderfolgend in m Stufen je um eine Periode des Refe­ renzpulses verzögert wird, sämtliche m verzögerte Signale zur Bildung eines Rücksetzsignales für das D-Kippglied einer UND- Verknüpfung und zur Bildung eines Setzsignales einer NICHT- ODER Verknüpfung unterzogen werden, der Ausgangspuls und das k-te verzögerte Signal einer Äquivalenzverknüpfung unterzogen werden und dieses NOR-verknüpfte Signal dem D-Kippglied als Freigabesignal zugeführt wird.

Die gestellte Aufgabe wird auch mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher gemäß der Erfin­ dung der Taktpuls dem Dateneingang eines D-Latch zugeführt ist, an dessen Ausgang der Ausgangspuls abnehmbar ist, der Ausgang des D-Latch mit dem Eingang eines m-stufigen, von einem Referenzpuls gesteuerten Schieberegisters verbunden ist, wobei die Frequenz des Referenzpulses ein Mehrfaches der Sollfrequenz des Taktpulses beträgt, die Ausgänge aller Stufen des Schieberegisters einerseits mit den Eingängen eines UND-Gatters und andererseits mit den Eingängen eines NOR-Gatters verbunden sind, wobei der Ausgang des UND-Gatters mit dem Rücksetzund der Ausgang des NOR-Gatters mit dem Setzeingang des D-Latch verbunden ist, und der Ausgang des D- Latch und der Ausgang der k-ten Stufe des Schieberegisters mit den Eingängen eines Äquivalenzgatters verbunden sind, dessen Ausgang an dem Steuereingang des D-Latch liegt. Alternativ kann vorgesehen sein, daß der Taktpuls dem Dateneingang eines D-Latch zugeführt ist, an dessen Ausgang der Ausgangspuls abnehmbar ist, der Ausgang des D-Latch mit dem Eingang eines m-stufigen, von einem Referenzpuls ge­ steuerten Schieberegisters mit je nicht invertierenden und invertierenden Ausgängen verbunden ist, wobei die Frequenz des Referenzpulses ein Mehrfaches der Sollfrequenz des Taktpulses beträgt, die nicht invertierenden Ausgänge des Schieberegisters mit den Eingängen eines ersten UND-Gatters und die invertierenden Ausgänge mit den Eingängen eines zweiten UND-Gatters verbunden sind, wobei der Ausgang des ersten UND-Gatters mit dem Rücksetz- und der Ausgang des zweiten UND-Gatters mit dem Setzeingang des D-Latch verbunden ist, und der Ausgang des D-Latch und der Ausgang der k-ten Stufe des Schieberegisters mit den Eingängen eines Äquivalenzgatters verbunden sind, dessen Ausgang an dem Steuereingang des D-Latch liegt.

Derartige Vorrichtungen lassen sich in üblichen Technologien auf engstem Raum realisieren und beispielsweise zur Taktauf­ bereitung in PCM-Systemen verwenden.

Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Frequenz des Referenzpulses das (k + m)-fa­ che der Sollfrequenz des Taktpulses beträgt, wobei die tolerierte maximale Pulsbreite des Taktpulses durch das m-fache, die tolerierte minimale Pulsbreite des Taktpulses durch das k-fache und die Periodendauer des Ausgangspulses bei Ausfall des Taktpulses durch das (k + m)-fache der Periode des Referenzpulses festgelegt sind. Durch geeignete Wahl von k und m kann die für den jeweiligen Anwendungsfall günstigste Lösung getroffen werden.

Die Erfindung samt weiterer Vorteile und Eigenschaften ist nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezug­ nahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine erste Schaltung zur Realisierung der Erfindung,

Fig. 2 in einem Diagramm für verschiedene Störungen des Takt­ pulses den Signalverlauf bei der Schaltung nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine zweite Schaltung zur Realisierung der Erfindung. Wie bereits eingangs angegeben, soll durch die Erfindung ein Taktpuls, wie er beispielsweise in PCM-Gruppen von ISDN- Systemen benötigt wird, im Falle von Taktstörungen soweit wie möglich regeneriert oder auch vorübergehend ersetzt werden.

Die Erfindung sieht dazu einen mit dem Taktpuls asynchronen Referenzpuls vor, dessen Frequenz ein Vielfaches, in der Praxis z. B. das 10-fache, der Frequenz des Taktpulses be­ trägt. Der logische Pegel (Low-High) des Taktpulses wird ge­ speichert und es wird überwacht, ob dieser logische Zustand kürzer als eine vorgegebene Minimaldauer von k Taktimpulsen andauert bzw. ob er länger als gleichfalls vorgegebene Maxi­ maldauer von m Taktimpulsen andauert, wobei k < m ist. In beiden Fehlerfällen wird eingegriffen und es erfolgt im ersten Fall eine Verlängerung der Dauer des logischen Zu­ stands, im zweiten Fall eine Verkürzung dieser Dauer. Bei vollständigem Ausfall des Taktpulses wird mit Hilfe des Refe­ renzpulses ein Ausgangspuls der Pulsdauer k + m erzeugt. Kurz­ fristige Pegeländerungen, z. B. "Spikes", werden völlig unter­ drückt.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung kann beispielsweise zur Rea­ lisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen wer­ den und sie wird unter Bezugnahme auf das Diagramm nach Fig. 2 näher erläutert. Die Schaltung ist für die Werte m = 4 und k = 2 gezeigt, doch sollen punktierte Linien zeigen, daß größere Werte von k und m verwendet werden können.

Gemäß Fig. 1 wird der Taktpuls CLK-IN dem Dateneingang D ei­ nes D-Latch DL (D-Kippglied) zugeführt, an dessen Ausgang Q der Ausgangspuls CLK-OUT liegt. Der Ausgangspuls CLK-OUT ist dem Eingang eines Schieberegisters SR zugeführt, das bei die­ ser Ausführung aus m (m = 4) taktflankengesteuerten Flipflops FF1 ... FF4 besteht, an deren Takteingängen C ein Referenz­ puls REF-CLK liegt (REF-CLK in Fig. 2).

Die nicht invertierenden Ausgänge Q sämtlicher Flipflops FF1 ... FF4 sind mit den Eingängen eines ersten UND-Gatters UG1 und die invertierenden Ausgänge QN dieses Flipflops sind mit den Eingängen eines zweiten UND-Gatters UG2 verbunden.

Der Ausgang des ersten UND-Gatters UG1 ist dem Rücksetz-Ein­ gang des D-Latch DL und der Ausgang des zweiten UND-Gatters UG2 ist dem Setzeingang des D-Latch zugeführt.

Mit dem Freigabeeingang G des D-Latch DL ist der Ausgang ei­ nes Äquivalenzgatters AG verbunden, wobei der Eingang dieses Gatters mit dem Ausgang Q des D-Latch DL verbunden ist, der andere Eingang des Gatters AG hingegen mit dem nicht inver­ tierenden Ausgang des k-ten (hier zweiten) Flipflops FF2 verbunden ist.

Die Funktion der Schaltung nach Fig. 1 geht aus dem Diagramm der Fig. 2 hervor. Die Frequenz des Referenzpulses REF-CLK ist in diesem Fall viermal so hoch wie die Frequenz des ein­ langenden Taktpulses gewählt, da k = 2, m = 4 und k + m = 6. Das Dia­ gramm zeigt schematisch vier, mit a, b, c und d bezeichnete Fälle.

Fall a betrifft einen fehlerfreien ankommenden Taktpuls CLK- IN. In diesem Fall greift die Logik nicht ein und der Ausgangspuls CLK-OUT entspricht völlig dem Taktpuls CLK-IN, sieht man von der minimalen Verzögerung entsprechend der Durchlaufzeit durch das D-Latch ab. In dem Diagramm bedeuten die zehn Zeilen von oben nach unten: REF-CLK den Referenz­ puls, CLK-IN den einlangenden Taktpuls, Q1 bis Q4 die Signale an den nicht invertierenden Ausgängen der einzelnen Stufen des Schieberegisters SR; G, R, S die Signale an den Eingängen G, R und S des D-Latch und CLK-OUT am Ausgangs Q des D-Latch den Ausgangspuls.

Fall b betrifft eine falsche Pulsbreite des Taktpulses. Dabei werden die Taktflanken entsprechend verzögert, da nach jeder Flanke des regenerierten Ausgangspulses das Latch geschlossen und erst wieder geöffnet wird, wenn die minimale Pulsbreite, nämlich k Takte des Referenzpulses erreicht ist.

Andererseits wird bei Erreichen der maximalen Pulsbreite, nämlich m Takte des Referenzpulses über den Setz- bzw. den Rücksetzeingang des D-Latch ein Taktimpuls erzwungen. Da jede Änderung des Ausgangspulses CLK-OUT das D-Latch sperrt, be­ sitzt der erzeugte Taktimpuls die minimale Pulsbreite. Auf diese Weise ergibt sich bei Ausfall des Taktpulses am Ausgang des D-Latch ein Ausgangspuls, dessen Pulsbreiten abwechselnd durch die minimale bzw. die maximale Pulsbreite bestimmt wer­ den. In Fig. 2 entspricht dies den Fällen c (Taktausfall bei Pegel H) und d (Taktausfall bei Pegel LOW). Kurz andauernde Pegeländerungen des Taktpulses in Form von "Spikes" (nicht eingezeichnet) werden ignoriert und finden sich im Ausgangs­ puls nicht wieder. Die vier in Zeile G ersichtlichen kurzen Impulse haben ihre Ursache in der Laufzeitverzögerung durch das Äquivalenzgatter AG und das D-Latch DL.

Die in Fig. 3 gezeigte Variante der Schaltung entspricht im wesentlichen jener nach Fig. 1, doch ist das Schieberegister SR als Einheit, ohne einzelne Kippglieder gezeichnet. Da in diesem Beispiel nur nicht invertierende Ausgänge verwendet werden, wird zur Verknüpfung der Ausgangssignale des Schiebe­ registers einerseits ein UND-Gatter UG (zur Bildung des Rück­ setzsignales für das D-Latch DL) und andererseits ein NOR- Gatter NR (zur Bildung des Setzsignales für das D-Latch DL) herangezogen.

Es ist für den Fachmann klar, daß sich die Erfindung im Rah­ men des angegebenen Verfahrens in Schaltungen unterschiedli­ cher Art realisieren läßt. Man kann die erforderliche Schal­ tungsanordnung unter Verwendung einer VHDL-Beschreibung (VHDL = very high speed IC-hardware description language) wie folgt angeben:

Die Bezeichnung CLOCK-FILTER bedeutet die Schaltungsanord­ nung, k ist hier mit 3 und m mit 7 festgelegt.

Mit solchen Werten k = 3 und m = 7 wurde eine praktische Aus­ führung erfolgreich getestet, bei welcher die Frequenz des Taktpulses 4 MHz und jene des Referenzpulses 40 MHz betrug.

Claims (6)

1. Verfahren zum Regenerieren/Substituieren eines Taktpulses auf einen Ausgangspuls dadurch gekennzeichnet, daß
ein Referenzpuls bereitgestellt wird, dessen Frequenz das (k + m)-fache der Sollfrequenz des Taktpulses beträgt,
eine Änderung des logischen Pegels zwischen dem Taktpuls und einem zuvor gespeicherten Wert dieses Taktpulses erfaßt und gespeichert wird
eine weitere Änderung des gespeicherten Pegels erst nach einer durch k Referenztakte festgelegten Zeit zugelassen wird und
der logische Pegel des gespeicherten Taktpulses geändert wird, falls sich der Pegel des Taktpulses nicht innerhalb einer maximalen Pulsdauer von m Referenztakten ändert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gespeicherte Pegel mit Hilfe des Referenzpulses in m Stufen verzögert wird, wobei eine Änderung des logischen Pegels des Taktpulses erst zugelassen wird, wenn die k-te Stufe den Pegel des gespeicherten Pulses erreicht hat, und der logische Pegel des gespeicherten Taktpulses geändert wird, wenn alle m Stufen den gleichen logischen Pegel aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Ausgangspulses der Taktpuls über ein D- Kippglied geführt wird, der Ausgangspuls nacheinanderfol­ gend in m Stufen je um eine Periode des Referenzpulses ver­ zögert wird, sämtliche m verzögerte Signale zur Bildung ei­ nes Rücksetzsignales für das D-Kippglied einer UND-Verknüp­ fung und zur Bildung eines Setzsignales einer NICHT-ODER Verknüpfung unterzogen werden, der Ausgangspuls und das k- te verzögerte Signal einer Äquivalenzverknüpfung unterzogen werden und dieses Signal dem D-Kippglied als Freigabesignal zugeführt wird.

4. Vorrichtung zum Regenerieren/Substituieren eines Taktpulses (CLK-IN) auf einen Ausgangspuls (CLK-OUT), dadurch gekennzeichnet, daß
der Taktpuls (CLK-IN) dem Dateneingang (D) eines D-Latch (DL) zugeführt ist, an dessen Ausgang (Q) der Ausgangspuls (CLK-OUT) abnehmbar ist,
der Ausgang (Q) des D-Latch (DL) mit dem Eingang eines m-stufigen, von einem Referenzpuls (REF-CLK) gesteuerten Schieberegisters (SR) verbunden ist, wobei die Frequenz des Referenzpulses ein Mehrfaches der Sollfrequenz des Takt­ pulses beträgt,
die Ausgänge aller Stufen des Schieberegisters (SR) einer­ seits mit den Eingängen eines UND-Gatters (UG) und anderer­ seits mit den Eingängen eines NOR-Gatters (NG) verbunden sind, wobei der Ausgang des UND-Gatters mit dem Rücksetz- und der Ausgang des NOR-Gatters mit dem Setzeingang des D-Latch verbunden ist, und
der Ausgang des D-Latch und der Ausgang der k-ten Stufe des Schieberegisters mit den Eingängen eines Äquivalenzgatters (AG) verbunden sind, dessen Ausgang an dem Steuereingang (G) des D-Latch liegt.

5. Vorrichtung zum Regenerieren/Substituieren eines Taktpulses (CLK-IN) auf einen Ausgangspuls (CLK-OUT), dadurch gekennzeichnet, daß
der Taktpuls (CLK-IN) dem Dateneingang (D) eines D-Latch (DL) zugeführt ist, an dessen Ausgang (Q) der Ausgangspuls (CLK-OUT) abnehmbar ist,
der Ausgang (Q) des D-Latch (DL) mit dem Eingang eines m-stufigen, von einem Referenzpuls (REF-CLK) gesteuerten Schieberegisters (SR) mit je nicht invertierenden und in­ vertierenden Ausgängen verbunden ist, wobei die Frequenz des Referenzpulses ein Mehrfaches der Sollfrequenz des Taktpulses beträgt,
die nicht invertierenden Ausgänge (Q) des Schieberegisters (SR) mit den Eingängen eines ersten UND-Gatters (UG 1) und die invertierenden Ausgänge (NQ) mit den Eingängen eines zweiten UND-Gatters (UG 1) verbunden sind, wobei der Aus­ gang des ersten UND-Gatters mit dem Rücksetz- und der Aus­ gang des zweiten UND-Gatters mit dem Setzeingang des D-Latch verbunden ist, und
der Ausgang des D-Latch und der Ausgang der k-ten Stufe des Schieberegisters mit den Eingängen eines Äquivalenzgatters (AG) verbunden sind, dessen Ausgang an dem Steuereingang (G) des D-Latch liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Referenzpulses (REF-CLK) das (k + m)-fa­ che der Sollfrequenz des Taktpulses (CLK-IN) beträgt, wobei die tolerierte maximale Pulsbreite des Taktpulses durch das m-fache, die tolerierte minimale Pulsbreite des Taktpulses durch das k-fache und die Periodendauer des Ausgangspulses (CLK-OUT) bei Ausfall des Taktpulses (CLK-IN) durch das (k + m)-fache der Periode des Referenzpulses (REF-IN) festge­ legt sind.