DD295440B5 - Schaltungsanordnung fuer einen steuerbaren Taktoszillator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Oszillatorschaltung mit in Stufen umsteuerbarer Frequenz, wie sie zur jitterarmen Taktrückgewinnung in Regeneratoren für digitale Signale, insbesondere PCM-Signale, bei der Übertragung auf Kabeln und anderen Übertragungsmedien mit geringem Nutz-/Stör-Abstand verwendet wird. Die Oszillatorschaltung ist dabei Bestandteil einer weitgehend aus digitalen Elementen bestehenden Phasenregelschleife, in welcher die mittlere Oszillatorfrequenz auf die Bittaktfrequenz des zu regenerierenden digitalen Signals nachgeregelt wird.

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Oszillatorschaltung mit in Stufen umsteuerbarer Frequenz, wie sie zur jitterarmen Taktruckgewinnung in Regeneratoren fur digitale Signale, insbesondere PCM-Signale, bei der Übertragung auf Kabeln und anderen Ubertragungsmedien mit geringem Nutz-/Stor-Abstand verwendet wird Die Oszillatorschaltung ist dabei Bestandteil einer weitgehend aus digitalen Elementen bestehenden Phasenregelschleife, in welcher die mittlere Oszillatorfrequenz auf die Bittaktfrequenz des zu regenerierenden digitalen Signals nachgeregelt wird

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Fur die Regenerierung digitaler Signale wird der Bittakt des bei der Übertragung verzerrten und gestörten Empfangssignals benotigt, um neben einer Amplitudenentscheidung auch eine Zeitentscheidung durchfuhren zu können und die regenerierten Impulse wieder möglichst phasenjitterfrei im ursprunglichen Zeitrahmen ruckzugewinnen Eine einfache Taktruckgewinnung besteht aus Gleichrichter, Taktfilter und Begrenzerverstärker, vgl Mayo, JSA Bipolar Repeater For Pulse Code Modulation Signals, The Bell System Technical Journal 41 (1962), Heft 1, Seite 25-97 Eine solche Anordnung hat aufgrund der nur geringen Gute der üblicherweise als Taktfilter verwendeten LC-Schwingkreise nur eine geringe Jitterunterdruckung und ist daher fur redundanzarme Leitungscodes mit theoretisch unbegrenzter Pausenlange im digitalen Signal ungeeignet Hierbei muß ein Verlust an zulassigem Nutz /Stor-Abstand und damit an maximal erreichbarer Regeneratorfeldlange in Kauf genommen werden

Hohe äquivalente Guten zur Überbrückung großer Pausenlangen bei redundanzarmen Leitungscodes sind mit Taktruckgewinnungsschaltungen erreichbar, die Phasenregelkreise, sogenannte PLL-Schaltungen, enthalten, vgl Kohlschmidt, R · Zum Einsatz von PLL-Schaltungen zur Taktruckgewinnung in PCM-Regeneratoren, Nachrichtentechnik Elektronik 30 (1980), Heft 7, Seiten 273-278 Mit dem Verfahren gemäß DD-WP 278 459 und der Schaltungsanordnung gemäß DD-WP 278 460 wird zur Unterdrückung der hierbei möglichen Jitterverstarkung bei der Kettenschaltung von Regeneratoren und der Pulsdichteabhangigkeit analog arbeitender PLL-Begelschleifen die Frequenz eines steuerbaren Oszillators in Abhängigkeit von einer festgestellten Taktvoreilung beziehungsweise Taktnacheilung erniedrigt beziehungsweise erhöht Bei ausreichend hoher Frequenzkonstanz kann der Oszillator auch in genügend kleinen diskreten Freqenzstufen im erforderlichen Bereich umgeschaltet werden.

Bekannt ist eine Oszillatorschaltung, deren Frequenz zwischen einem oberen und einem unteren Wert variierbar ist, indem ein Ziehkondensator innerhalb einer Penodendauer, die sehr viel kleiner als die Zeitkonstante des als Frequenznormal verwendeten Schwingquarzes ist, zu- und abgeschaltet wird und das Tastverhältnis des Umschaltvorganges kontinuierlich geändert werden kann, vgl DE OS 3 036 785 Diese Erfindungsanmeldung enthalt jedoch keinen Hinweis zu einer Anwendung innerhalb einer Phasenregelschleife In der Praxis zeigte sich, daß beim Zu- und Abschalten des Ziehkondensators unzulässige

Phasensprunge auftreten Weiterhin wurden bei großen Pausenlangen im digitalen Empfangssignal die Umschaltzelten nicht mehr sehr viel kleiner als die Zeitkonstante des Schwingquarzes sein, so daß sich vorübergehend die Maximal- beziehungsweise Mimmalfrequenz und damit relativ große Phasenabweichungen einstellen Es ist weiterhin bekannt, den zurückgewonnenen Bittakt aus dem Takt eines nichtsynchronisierten, frei schwingenden Oszillators abzuleiten (DE-PS 3 604 834) Die Oszillatorfrequenz betragt hierbei ein Vielfaches des Nennwertes der Bitfrequenz und wird mit einer steuerbaren Tellerschaltung auf diesen herabgesetzt Mit einem Phasendiskriminator wird dessen Teilerverhältnis gesteuert Em derartiges Verfahren erfordert allerdings digitale Bauelemente, deren Arbeitsgeschwindigkeit ein Mehrfaches der zu übertragenden Bitrate entsprechen muß Darüber hinaus sind Phasensprunge unvermeidbar, die nur mit hohem Schaltungsaufwand reduziert werden können

Nach einem weiteren Verfahren (EP 0 275 406) liegt die Oszillatorfreqenz beim Nennwert der Bitfrequenz In Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines Phasendiskriminators wird der zurückgewonnene Bittakt durch Umschaltung zwischen verschiedenen parallel verfugbaren Phasenlagen der Oszillatorspannung abgeleitet Auch dieses Verfahren hat den Nachteil, daß Phasensprunge unvermeidbar sind

Ziel der Erfindung

Es wird eine Oszillatorschaltung angestrebt, deren Taktfrequenz exakt mit dem momentanen Mittelwert der Bitfrequenz des empfangenen digitalen Signals übereinstimmt, um eine weitgehend fehlerfreie Signalregenerierung zu gewährleisten

Wesen der Erfindung

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine Oszillatorschaltung mit in Abhängigkeit von Steuersignalen innerhalb vorgegebener Grenzen umsteuerbarer Oszillatorfrequenz zur Taktruckgewinnung in Regeneratoren fur digitale Signale anzugeben, die unter Verwendung eines Schwingquarzes als Frequenznormal eine hohe Eigenkonstanz der Momentanfrequenz aufweist Dabei sind durch die Umsteuervorgange hervorgerufene Phasensprunge innerhalb zulassiger Grenzen zu halten und bei fehlenden Steuersignalen die zuletzt eingestellte Momentanfrequenz möglichst genau beizubehalten

Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe dadurch gelost, daß im wesentlichen η einzeln aktivierbare, ausgangsseitig parallelgeschaltete Teilverstarker mit je einem Steuereingang und eine Steuerlogik vorgesehen sind Die Steuerlogik weist mindestens einen Steuereingang zur Erhöhung der Oszillatorfrequenz, einen Steuereingang zur Erniedrigung der Oszillatorfrequenz und η Ausgange auf Die Teilverstarker weisen einen gemeinsamen Ruckkopplungszweig auf, der aus einem Schwingquarz und einem Kondensatorblock aus maximal η Kondensatoren besteht Jeder Teilverstarker ist mit einem dieser Kondensatoren verbunden Der Steueranschluß jedes Teilverstarkers ist an jeweils einen Ausgang der Steuerlogik angeschlossen

In einer ersten Variante sind die Kondensatoren einseitig parallelgeschaltet und in einer zweiten Variante sind die Kondensatoren in Reihe geschaltet

Den Teilverstarkern ist ein Bandpaß nachgeschaltet

Mit der Steuerlogik wird jeweils nur ein Teilverstarker aktiviert Dieser bildet dann mit dem Schwingquarz und dem zugeordneten Kondensator eine selbstschwingende Oszillatorschaltung fur die jeweils gewünschte Frequenz Wird am Steuereingang zur Erhöhung der Oszillatorfrequenz eine Taktnacheilung signalisiert, wird mit der Steuerlogik derjenige Teilverstarker fur die nächsthöhere Oszillatorfrequenz aktiviert Wird am Steuereingang zur Erniedrigung der Oszillatorfrequenz eine Taktvoreilung signalisiert, wird mit der Steuerlogik derjenige Teilverstarker fur die nachstniedrigere Oszillatorfrequenz aktiviert

In einem Regenerator kann bei der Übertragung statistischer Digitalsignale fur eine gewisse Zeit abhangig vom jeweiligen Impulsmuster weder ein Signal fur Taktvoreilung noch ein Signal fur Taktnacheilung gebildet werden Wahrend dieser Zeit wird mit der Steuerlogik der zuletzt aktivierte Teilverstarker im aktiven Zustand gehalten Die Oszillatorfrequenz bleibt konstant

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer Ausfuhrungsbeispiele naher erläutert Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen

Fig 1 eine Prmzipdarstellung der erfindungsgemaßen Oszillatorschaltung

Fig 1a eine Anordnung der Kondensatoren im Kondensatorblock

Fig 1 b. eine weitere Anordnung der Kondensatoren im Kondensatorblock

Fig 2 eine Darstellung einer zweckmäßigen steuerbaren Oszillatorschaltung mit den Bestandteilen

Fig 2 a eine Darstellung der Steuerlogik

Fig 2 b eine detaillierte Darstellung der Oszillatorschaltung

Gemäß Fig 1 sind im wesentlichen η einzeln aktivierbare, ausgangsseitig parallelgeschaltete Teilverstarker V 1 bis V η mit je einem Steuereingang und eine Steuerlogik SL vorgesehen Die Steuerlogik SL weist mindestens einen Steuereingang H zur Erhöhung der Oszillatorfrequenz, einen Steuereingang N zur Erniedrigung der Oszillatorfrequenz und η Ausgange auf Die Teilverstarker V 1 bis V η weisen einen gemeinsamen Ruckkopplungszweig auf, der aus einem Schwingquarz Q und einem Kondensatorblock C aus maximal η Kondensatoren C 1 bis C η besteht Jeder Teilverstarker V 1 bis V η ist mit einem dieser

Kondensatoren С 1 bis C η verbunden Der Steueranschluß jedes Teilverstarkers V 1 bis V η ist an jeweils einen Ausgang der Steuerlogik angeschlossen

In einer ersten Variante sind die Kondensatoren C 1 bis C η gemäß Fig 1 a einseitig parallelgeschaltet und in einer zweiten Variante sind die Kondensatoren C 1 bis C η gemäß Fig 1 b in Reihe geschaltet Mit der Steuerlogik SL wird jeweils nur einer der Teilverstarker V 1 bis V η aktiviert Dieser bildet dann mit dem Schwingquarz Q und dem zugeordneten Kondensator C 1 bis C η eine selbstschwingende Oszillatorschaltung fur die jeweils gewünschte Frequenz Wird am Steuereingang H eine Taktnacheilung signalisiert, wird mit der Steuerlogik SL derjenige Teilverstarker V bis V η fur die nächsthöhere Oszillatorfrequenz aktiviert Wird am Steuereingang N eine Taktvoreilung signalisiert, wird mit der Steuerlogik SL derjenige Teilverstarker V 1 bis V n-1 fur die nachstniedrigere Oszillatorfrequenz aktiviert In einem Regenerator kann bei der Übertragung statistischer Digitalsignale fur eine gewisse Zeit abhangig vom jeweiligen Impulsmuster weder ein Signal fur Taktvoreilung noch ein Signal fur Taktnacheilung gebildet werden Wahrend dieser Zeit wird mit der Steuerlogik SL der zuletzt aktivierte Teilverstarker V 1 bis V η im aktiven Zustand gehalten Die Oszillatorfrequenz bleibt konstant

Zur Vermeidung von Phasensprungen am Ausgang A der Oszillatorschaltung durch die Umsteuervorgange bei der Aktivierung der Teilverstarker V 1 bis V η ist es zweckmäßig, den Teilverstarkern V 1 bis V η einen schmalbandigen Bandpaß nachzuschalten Dessen Durchlaßbereich muß jedoch mindestens dem Bereich der umsteuerbaren Oszillatorfrequenzen entsprechen

Die Fig 2 zeigt eine zweckmäßige Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Schaltungsanordnung fur η = 3 Oszillatorfrequenzen Gemäß Fig 2 a besteht die Steuerschaltung SL aus den NAND-Gattern G 1 bis G 10 und den mit dem Bittakt getakteten Fhpflops FF 1 bis FF 4 In Abhängigkeit von den Signalen an den Steuereingangen zur Erhöhung H und Erniedrigung N der Oszillatorfrequenz werden mit Hilfe interner Rückführungen die Aktivierungssignale K 1 bis K 3 gebildet In Fig 2 b ist ein detailliertes Schaltbild des erfindungsgemaßen Oszillators mit symmetrischem Aufbau dargestellt Die Transistoren T 4 und T 4' stellen mit den Widerstanden R 7 und R 7' sowie mit der Z-Diode D 4 und dem Widerstand R 4 eine fur sich bekannte Stromspiegelschaltung dar Mit jeweils einem Transistorpaar T 21Д 2V, T 22Я 22' ипаТ23Д 23' ist ein Teilverstarker V 1 bis V 3 gebildet Die Widerstände R 5 und R 5' sind gemeinsame Arbeitswiderstande fur alle drei Teilverstarker V 1 bis V 3 und bilden mit den Kondensatoren C 3 und C 3' sowie der Induktivität L einen definiert bedampften, auf die Oszillatorfrequenz abgestimmten Schwingkreis im Ausgangskreis der Oszillatorschaltung als Realisierung des Bandpasses BP Die paarweise angeordneten Transistoren T31/T 31',Т32Д 32' und T33/T 33' bilden die Steuereingange der Teilverstarker V 1 bis V 3, die mit den Widerstanden R 1, R 2 und R 3 sowie den Dioden D 1, D 2 und D 3 an die Ausgange der Steuerlogik SL angepaßt sind und die Aktivierungssignale K 1, K 2 und K 3 fuhren Der Ruckkopplungskreis der symmetrisch aufgebauten Oszillatorschaltung wird über die Transistoren T 1 und T V mit den ihnen zugeordneten Widerstanden R 6 und R 6' gefuhrt, die als Emitterfolger die Ausgangsspannung an den Ausgangen A und /A bereitstellen Der frequenzbestimmende Schwingquarz Q ist unmittelbar zwischen den Emittern der Transistoren T 21 und T 21' angeordnet Die Kondensatoren C 1, C T, C 2 und C 2' sind die Kondensatoren des Kondensatorblocks C gemäß Fig 1, die gemäß Fig 1 а einseitig parallelgeschaltet sind Sie sind jeweils mit dem Emitter des zugeordneten Transistors T 22, T 22', T 23 und T 23' verbunden Die Oszillatorschaltung wird mit einer positiven Betriebsspannung UB versorgt

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung für einen steuerbaren Taktoszillator, insbesondere einen Quarzoszillator, der Bestandteil einer Phasenregelschleife zur Taktruckgewinnung in Regeneratoren fur digitale Signale ist, wobei die Oszillatorfrequenz wiederholt in Stufen derart zwischen höheren und niederen Werten umgeschaltet wird, daß ihr langzeitiger Mittelwert über eine große Anzahl von Bits exakt mit der Bitfrequenz des digitalen Signals übereinstimmt und die Umschaltung der Frequenz jeweils dann erfolgt, wenn eine positive oder negative Phasenabweichung festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

- im wesentlichen η einzeln aktivierbare, ausgangsseitig parallelgeschaltete Teilverstarker (V 1 bis V n) mit je einem Steuereingang und eine Steuerlogik (SL) mit mindestens einem Steuereingang (H) zur Erhöhung der Oszillatorfrequenz einem Steuereingang (N) zur Erniedrigung der Oszillatorfrequenz und η Ausgangen vorgesehen sind,

- die Teilverstärker (V 1 bis V n) einen gemeinsamen Ruckkopplungszweig, bestehend aus einem Schwingquarz (Q) und einem Kondensatorblock (C), aufweisen,

- der Kondensatorblock (C) aus maximal η Kondensatoren (C 1 bis C n) besteht,

- jeder Teilverstarker (V 1 bis V n) mit einem Kondensator (C 1 bis C n) verbunden ist und

- der Steueranschluß jedes Teilverstarkers (V 1 bis V n) an jeweils einen Ausgang der Steuerlogik (SL) angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (C 1 bis C n) einseitig parallelgeschaltet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (C 1 bis C n) in Reihe geschaltet sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Teilverstarkern (V 1 bis V n) ein Bandpaß (BP) nachgeschaltet ist.