CIRCUIT FOR TIMING SIGNAL RECOVERY IN DIGITAL SIGNAL TRANSMISSION

Abstract: 1. Arrangement for the clock signal recovery in the digital signal transmission comprising a phase discriminator (PD) which contains a control input (E) for the input signal and whose signal output (SA) is connected to the control input (RE1) of the first voltage-controlled oscillator (VCO1) by means of a first loop filter (LF1), characterized in that in the case of digital signals in the RZ-form the output of the first voltage-controlled oscillator (VCO1) is connected both to the signal input (SE) of the phase discriminator and to the signal input of a frequency-phase comparator (FPD), that the signal output of this frequency-phase comparator (FPD) is connected to the control input (RE2) of a second voltage-controlled oscillator (VCO2) by means of a second loop filter (LF2), and that the output of the second voltage-controlled oscillator is connected both to the clock signal input (VI) of frequency phase comparator (FPD) and to the output terminal (A) of the arrangement.

Description: TaktsignalrUckgewinnung bei di digitaler SignalUbertragung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Taktsignalrückgewinnung bei der digitalen Signaltibertragung, bei dem mittels Phasenvergleich zwischen dem empfangenen digitalen Eingangssignal und einem örtlich erzeugten Taktsignal dieses nachgeregelt wird. In den Stre ckenre generatoren von PCM-Übertragungs strecken und gegebenenfalls auch nach digitalen Schnittstellen in den Endgeräten ist die Rückgewinnung des Taktsignals aus dem übertragenen digitalen Signal erforderlich. Wegen der schnelleren Neusynchronisation im Übertragungssystem wird dabei einer aktiven Taktsignalerzeugung der Vorzug gegeben, bei der ein örtliches Taktsignal erzeugt wird und mittels Phasenvergleich zwischen diesem und dem empfangenen digitalen Eingangssignal das örtlich erzeugte Taktsignal nachgeregelt wird. Zur Nachregelung dieser Taktsignale sind Phasenregelschleifen bekannt, bei denen der Ausgang eines Phasendiskriminators über ein soge nanntes Schleifenfil-4er mit dem Steuereingang eine spannungsgesteuerten Oszillators verbunden ist. F < ne derartige Anordnung ist in der Fig. 1 dargestellt. Bei dem verwendeten Phasendiskriminator kann es sich im Falle, dass beide miteinander zu vergleichende Signale kontinuierlich vorliegen, um ein Exklusiv-ODER-Glied handeln. Bei der digitalen Signalübertragung ist das Eingangssignal in der Regel aber diskontinuierlich, so dass in diesem Falle der Phasendiskriminator durch einen vom Eingangssignal hinsichtlich seiner Schliesszeiten gesteuerten Schalter realisiert wird. Das Schleifenfilter besteht aus der Kombination eines Tiefpassfilters und eines Integrators zur Erzeugung der Steuerspannung für den spannungs gesteuerten Oszillator. Vom spannungsgesteuerten Oszillator wird das örtlich erzeugte Taktsignal sowohl an den Vergleichereingang als auch an den Taktsignalausgang abgegeben. Eine derartige Phasenregelschleife kann als Bandpass be stimmier Güte für das Taktsignal aufgefasst werden. Die Güte dieses Bandpasses ist von der Grenzfrequenz des Tiefpassfilters im Schleifenfilter unmittelbar abhängig. Eine sehr niedrige Grenzfrequenz des Schleifenfilters und damit eine hohe Güte des Bandpasses gestattet nur langsame Schwankungen des Steuersignals des spannungsge- steuerten Oszillators und damit auch nur langsame Schwankungen im örtlich erzeugten Taktsignal. Die erwünschte hohe Güte geht aber auf Kosten des Fangbereiches, in dem die Phasenregelschleife sich auf die Taktfrequenz der digitalen Signale einstellen kann. Die Forderung nach hoher Güte des Bandpasses und damit niedriger Grenzfrequenz der Phasenregelschleife entsprechend kleinem Fangbereich ist mit Hilfe eines spannungsgesteuerten Quarzoszillators realisierbar. In diesem Falle ergibt sich aber ein beträchtlicher Aufwana durch den teuren Quarz. Eine Möglichkeit zur Realisierung eines grossen Fangbereichs bei grosser Güte ergibt sich durch die Verwendung einer Fangschaltung, wie sie beispielsweise in der DE-AS 14 63 036 beschrieben ist. In diesem Falle ergibt sich aber neben dem Aufwand für die Fangschaltung eine relativ lange Synchronisierzeit der Kombination. Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, ein Verfahren der eingangs erwahnten Art und entsprechende Anordnungen zu entwickeln, bei dem mit einem möglichst geringen Aufwand kurze Synchronisierzeiten erreicht werden und neben einem grossen Fangbereich auch eine hohe Güte der entsprechend aufgebauten Phasenregelschleife gewährleistet ist. Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei Empfang von Einsimpulsen des im RZ-Format vorliegenden digitalen Eingangssignals zur Durchfühotng eines ersten Phasenvergleichs mit einer ersten örtlich erzeugten Schwingung für die Dauer der Einsimpulse ein erster Schalter geschlossen und die örtlich erzeugte Schwingung über ein erstes Schleifenfilter dem Regeleingang eines ersten spannungsgesteuerten Oszillators zugeführt wird, dass die erste örtlich erzeugte Schwingung weiterhin mit einer zweiten örtlich erzeugten Schwingung hinsichtlich Frequenz und Phase verglichen wird und das Vergleichsergebnis über ein zweites Schleifenfilter zur Nachregelung eines zweiten spannungsgesteuerten Oszillators dient und dass die zweite örtlich erzeugte Schwingung als Taktsignal abgegeben wird. Eine Variante der Erfindung ergibt sich dadurch, dass zur Verarbeitung von NRZ-Impulsen diese zunächst diffe renziert und anschliessend gleichgerichtet werden und sich dadurch RZ-Impulse ergeben. Eine Anordnung zur Durchführung der vorstehend geschil derten Verfahren, bei der ein Phasendiskriminator vorge sehen ist, an den das Eingangssignal geführt wird und dessen Signalausgang über ein erstes Schleifenfilter mit dem Regeleingang des spannungsgesteuerten Oszillators verbunden ist, ergibt sich dadurch, dass der Ausgang des ersten spannungsgesteuerten Oszillators sowohl mit dem Signaleingang des Phasendiskriminators als auch mit dem Signaleingang eines Fresuenz-Phasen-Vergleichers verbunden ist, dass der Signalausgang dieses Frequenz Phasen-Vergleichers über ein zweites Schleifenfilter mit dem Regeleingang eines zweiten spannungsgesteuerten Oszillators verbunden ist und dE.ss der Ausgang des zwei ten spannungsgesteuerten Oszillators sowohl mit dem Takt eingang des Frequenz-Phasen-Vergleichers als auch mit dem Ausgangsanschluss der Anordnung verbunden ist. Bei dieser erfindungsgemässen Anordnung lassen sich in vor teilhafter Weise zwar nicht besonders stabile, aber dafür vergleichsweise billigere astabile Multivibratoren als spannungs ge steuerte Generatoren verwenden. Zweckmässi- gerweise hat dabei das erste Schleifenfilter eine ver gleichsweise hohe Grenzfrequenz und das zweite Schlei fenfilter eine vergleichsweise niedrige Grenzfrequenz. Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung naher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Phasenregelschleife nach dem Stande der Technik, Fig. 2 eine Phasenregelschleife nach der Erfindung und Fig. 3 ein Phasendiagramm zur Fig. 2 Die Fig. 1 wurde bei der Darstellung des Standes der Technik bereits ausreichend erläutert, so dass auf weitere Ausführungen dazu verzichtet wird. Fig. 2 zeigt die erfindungsgemässe TakQregelschleife, die aus der Hintereinanderschaltung einer Phasenregelschleife und einer Frequenz- und Phasenregelschleife besteht. Die Phasenregelschleife entspricht weitgehend der nach dem Stande der Technik, sie weist also eingangsseitig einen Phasenvergleicher PD auf, mit dessen Signalausgang über ein erstes Tiefpassfilter LF1 der Steuereingang RE1 eines ersten spannungsgesteuerten Oszillators VCO1 verbunden ist. Als spannungsgesteuerter Oszillator wurde ein bekann- ter steuerbarer astabiler Multivibrator vorgesehen. Die Ausgangssignale des ersten Oszillators VC07 werden sowohl dem Signaleingang SE des Phasendiskriminators PD als auch dem Signaleingang SI eines Frequenz-Phasen-Verglei- chers zugeführt, der über ein zweites Schleifenfilter LF2 ein Ausgangssignal an den Steuereingang RE2 eines zweiten spannungsgesteuerten Oszillators abgibt. Der zweite spannungsgesteuerte Oszillator VC2 ist ebenfalls als astabiler Multivibrator ausgeführt und gibt das von ihm erzeugte örtliche Taktsignal sowohl an den Ausgangsanschluss A als auch an den Vergleichereingang VI des Frequenz-Phasen-Vergleichers ab. Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Phasenregelschleife nach der Fig. 2 sei das Impulsdiagramm nach der Fig. 3 herangezogen. In diesem Impulsdiagramm ist mit 1 das vom ersten spannungsgesteuerten Oszillator VC01 abgegebene Taktsignal bezeichnet. Mit 2 ist ein diskontinuierlich auftretendes Eingangssignal bezeichnet, dessen Impulse in Normlage auftreten. Als Normlage wird dabei eine Phasenverschiebung zwischen den Taktimpulsen und den Eingangssignalimpulsen von 900 bezeichnet. In diesem Falle ist während der Dauer der Eingangssignalimpulse nach Zeile 2 der Schalter im Phasenvergleicher PD geschlossen, so dass sich als Ausgangssignal dieses Pha senvergleichers die in der Zeile 3 dargestellte Impulsfolge ergibt. Es ist ersichtlich, dass der Gleichstrommittelwert der in Zeile 3 dargestellten Impulsfolge gleich 0 ist, also keine Verstimmung des ersten spannungsgesteuerten Oszillators VCO1 erfolgt. In der Zeile 4 ist erneut das Eingangssignal, hier aber ausserhalb der Normlage,in einer Phasenverschiebung von nur 450 der Signalimpulse zu den Taktimpulsen dargestellt. In diesem Falle ergibt sich als Ausgangssignal des Phasendiskriminators während dessen Schliessdauer das in Zeile 5 dargestellte Signal mit Impulsen, deren positiver Teil deutlich überwiegt. Der Gleichstrommittelwert dieser Impulse ergibt einen positiven Wert, der als Stellgrösse am ersten spannungsgesteuerten Oszillator VCO1 wirksam wird und zu einer Phasenverschiebung des örtlich erzeugten Taktsignals im gewünschten Sinne führt. In der Zeile 6 ist erneut das Eingangssignal ausserhalb der Normlage dargestellt, die Einzelimpulse sind gegen 0 über den Taktimpulsen um 135 verschoben. Dadurch ergibt sich das in Zeile 7 dargestellte Ausgangssignal des Phasenvergleichers mit einem deutlichen Uberwiegen des negativen Teils, so dass der im ersten Schleifenfilter LF1 enthaltene Integrator eine negative Nadistellspan- nung für den ersten spannungsgesteuerten Oszillator VCO1 erzeugt und dadurch eine entsprechende Phasenregelung bewirkt. Wegen der vergleichsweise hohen Grenzfrequenz dieses Schleifenfilters im Gegensatz zur herkömmlichen Anord nung kann sich starker Jitter bei dem vom Oszillator erzeugten Taktsignal ergeben. Das stark verjitterte, aber nunmehr kontinuierliche Taktsignal des ersten Oszillators VCO1 gelangt zum Signaleingang SI des Frequenz-Phasenvergleichers FPD. In diesem Vergleicher sind ein Frequenzdiskriminator und ein Phasendiskrimi- nator parallelgeschaltet. Wegen der vergleichsweise niedrigen Grenzfrequenz des zweiten Schleifenfilters LF2 wird während des Auftretens des stark verjitterten Eingangssignals das Ausgangssignal des im Frequenz-Phasenvergleichers angeordneten Phasendiskriminators vom Schleifenfilter gesperrt. Bei diesem Ausgangssignal handelt es sich um die Differenz zwischen dem im zweiten spannungs gesteuerten Oszillator VC02 erzeugten Taktsignal und dem Eingangssignal. Zu diesem Zeitpunkt ist aber der Frequenzdiskriminator wirksam, der nur eine schwankende Gleichspannung an das zweite Schleifenfilter LF2 abgibt, die nach entsprechender Integrierung dem zweiten Steuereingang RE2 des zweiten spannungsgesteuerten Oszillators VC02 zugeführt wird und eine entsprechende Nachregelung dieses Oszillators bewirkt. Ist durch diese Nachregelung der Frequenzversatz zwischen dem vom zweiten spannungsgesteuerten Oszillator erzeugten Taktsignal und den Eingangssignalen bis auf eine Phasenabweichung verschwunden, dann ist auch das Ausgangs signal des Frequenzdiskriminators gleich Null geworden. In diesem Bereich wird aber der Phasendiskriminator wirksam und bewirkt eine weitere Nachregelung des zweiten spannungsgesteuerten Oszillators VC02, nunmehr aber nur noch hinsichtlich dessen Phase. Nach erfolgter Synchronisierung ist am Ausgangsanschluss A ein örtlich erzeugtes Taktsignal entnehmbar, das mit dem Takt der Eingangssignale frequenz- und phasensynchron ist. 5 Patentansprüche 3 Figuren

Claims: Patentanstrüche 1. Verfahren zur Taktsignalrückgewinnung bei der digitalen Signalübertragung, bei dem mittels Phasenvergleich zwischen dem empfangenen digitalen Eingangssignal und einem örtlich erzeugten Taktsignal dieses nachgeregelt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass bei Empfang von Einsimpulsen des im RZ-Format vorliegenden digitalen Eingangssignals zur Durchführung eines ersten Phasenvergleichs mit einer ersten örtlich erzeugten Schwingung für die Dauer der Einsimpulse ein erster Schalter (PD) geschlossen und die örtlich erzeugte Schwingung über ein erstes Schleifenfilter (elf1) dem Regeleingang eines ersten spannungsgesteuerten Oszillators (VC07) zugeführt wird, dass die erste örtlich erzeugte Schwingung weiterhin mit einer zweiten örtlich erzeugten Schwingung hinsichtlich Frequenz und Phase verglichen wird und das Vergleichsergebnis über ein zweites Si leifenfilter (LF1) zur Nachregelung eines zweiten spannungsgesteuerten Oszillators (VC02) dient und dass die zweite örtlich erzeugte Schwingung als Taktsignal abgegeben wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Verarbeitung von NRZ-Impulsen diese zunächst differenziert und anschlie ssend gleichgerichtet werden und sich dadurch RZ-Impulse ergeben. 3. Anordnung zur Durchführung der Verfahren nach Patentansprüchen 1 oder 2, bei der ein Phasendiskriminator vorgesehen ist, an dessen Steuereingang das Eingangssignal geführt wird und dessen Signalausgang über ein erstes Schleifenfilter mit dem Regeleingang des ersten spannungsgesteuerten Oszillators verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ausgang des ersten spannungsgesteuerten Oszillators sowohl mit dem Signaleingang (SE) des Phasendiskriminators als auch mit dem Signaleingang eines Frequenz Phasen-Vergleichers (FPD) verbunden ist, dass der Signalausgang dieses Frequenz-Phasen-Vergleichers über ein zweites Schleifenfilter (LF2) mit dem Regeleingang (RE2) eines zweiten spannungsgesteuerten Oszillators (VC02) verbunden ist und dass der Ausgang des zweiten spannungsgesteuerten Oszillators sowohl mit dem Takteingang des Preouen2-Phasen-Vergleichers (FPD) als auch mit dem Ausgangsanschluss der Anordnung verbunden ist. 4. Anordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h r e t , dass es sich bei wenigstens einem der spannungsgesteuerten Oszillatoren um einen astabilen Multivibrator handelt. 5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das erste Schleifenfilter (elf1) eine vergleichsweise hohe Grenzfrequenz und das zweite Schleifenfilter (LF2) eine vergleichsweise niedrige Grenzfrequenz aufweist.

Inventors: RINGELHAAN, OTMAR, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1979
Main classification: H04L7
IPC codes: H04L25, H04L7