DE1958617A1

DE1958617A1 - Vielfach-Zeitsignalgenerator

Info

Publication number: DE1958617A1
Application number: DE19691958617
Authority: DE
Inventors: Heimbigner Gary Lee
Original assignee: North American Rockwell Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1968-12-30
Filing date: 1969-11-21
Publication date: 1970-07-02
Also published as: JPS5012874B1; DE1958617B2; FR2027299A1; US3539938A; SE358523B; GB1257067A; DE1958617C3; NL6917609A

Description

■fir if'

NORTH AMERICAN ROCKWELL CORPORATION, El Segundo,

Calif./?.Sf. A.

Vielfach-Zeitsignalgenerator

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Vielfach-Zeitsignalgenerator zur Erzeugung von mehreren, phasenmäßig gegeneinander versetzten Zeitsignalen, bestehend aus einer Mehrzahl von durch Steuersignale angesteuerten Logikgattern.

Im allgemeinen werden Zeitsignale mithilfe eines Decodierlogikkreises an den Ausgängen eines Zählers erzeugt. Für die Erzeugung von Zeitsignalen mit gewünschter Symmetrie und gegenseitiger zeitlicher Beziehung werden die Zählungen des Zählers entsprechend der Anzahl der gewünschten Signale an Toren decodiert. So kann es beispielsweise wünschenswert sein, aufeinanderfolgende Zeitsignale mit einer Dauer von zwei Bit

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zu erzeugen. Bei anderen Systemen kann es hingegen notwendig sein, die Zeitsignale zu erzeugen, die durch Intervalle von Ein-Bit-Zeiten voneinander getrennt sind. Bei weiteren Systemen kann es schließlich gewünscht sein, aufeinanderfolgende Zeitsignale zu erzeugen, die sich zeitlich teilweise überlappen.

Die bisher bekannten Zähler mit Decodierlogikkreisen für die Erzeugung derartiger Zeitsignale erfordern hingegen eine Vielzahl von Logiktoren, so daß derartige Zähler einen relativ großen Raum benötigen und eine starke Leistungsaufnahme aufweisen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Zeitsignalgenerator zu schaffen, der diese oben genannten Nachteile nicht aufweist und der unter Verwendung einer sehr geringen Anzahl von Toren mehrere Zeitsignale erzeugt, wobei die Leistungsaufnahme relativ gering ist.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß die einzelnen Gatter zusätzliche Ausgänge aufweisen, die an die Eingänge der andereen Gatter geführt sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist· Es zeigen:

Pig. 1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Zeitsignalgeneratore gemäß der Erfindung zur Erzeugung von Zeitsignalen mit einer Phaaentren-

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_ 3—

nung von einem Bit, einer Zeitsignaldauer von drei Bit und einer zeitlichen Überlappung von einem Bit, und

Fig. 2 ein schemeüisches Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zeitsignalgenerators, zur Erzeugung von Zeitsignalen mit einer Phasentrennung von einem Bit, einer Zeitsignaldauer von sieben Bit und einer zeitlichen Überlappung von drei Bit.

Im folgenden soll auf die Figuren, insbesondere Fig. 1, Bezug genommen werden, in welcher ein Zähler 1 dargestellt ist, der zur Erzeugung von Zeitsignalen aus NOR-Gatter A-D und S besteht. Die mit demselben erzielbaren Zeitsignale sind durch die in der folgenden Tabelle I gegebene Bit-Muster- und Logikgleichungen gegeben:

Tabelle I

D CBA

10 0 1

0 0 0 1

0 0 11

0 0 I₄ 0

ο· ι. ι ο

0 10 0
110 0
10 0 0

Wie dies durch die Bit-Muster angezeigt ist, weist das Ausgangszeitsignal des NOR-Gatters A eine "An"-Zeit von drei Bit und eine "Aus"--Zeit von fünf Bit auf. Die A- und C^'An'^Zeiten bzw. die B- und D-"Arfi-Zeiten sind jeweils durch ein Bit voneinander getrennt. Die A- und B-,

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BAD ORIGINAL

B-und C-, C- und D- bzw.. D- und Α-Signale überlappen einander über einen Zeitraum von ein Bit.

Das NOR-Gatter S wird zur Erzeugung der Ausgangsbedingungen an den NOR-Gattern B und C für die Erzeugung des gewünschten Bit-Musters verwendet. Nachdem die Anfangszustände eingestellt sind, arbeitet der Generator 3 als selbstschwingender Oszillator.

Wie gewöhnlich wird vor der Auslegung des Bit-Mustergenerators die geforderte Eigenschaft eines Satzes von Zeitsignalen festgelegt. Beispielsweise werden das oben angegebene Bit-Muster und die entsprechenden Logikkreise für ein Zweiphasen-Zeitschema entwickelt, bei welchen es gefordert war, daß bestimmte Signale mit einem Abstand von einem Bit auftreten. Um .derartige Signale mit einem Abstand von -einem Bit zu erzeugen, ist es entsprechend den obigen Ausführungen notwendig, die "Ari^LZeit zu vermindern bzw. um ein Bit zu reduzieren. Demzufolge sind die Zeitsignale während drei Bit eingeschaltet und während fünf Bit ausgeschaltet.

Gewöhnlich haben Vielfach-Zeitsignale für Mehrphasengatterlogikkreise eine Phasenbeziehung einschließlich einer Isolier- bzw. einer Trennperiode, um zu verhindern, daß Durchläufe auftreten können. Wenn ein Trennintervall nicht vorgesehen ist, ist es nämlich möglich, daß Signale durch eine bestimmte Kombination von Toren ohne den gewünschten Zeitabstand durchgeschleust werden können. Mit anderen Worten bedeutet das, daß Informationen an den Ausgangsklemmen der Vielfachlogikkreise bereits vorjsner Zeit auftreten können, bevor sie benötigt sind, was naturgemäß zu Fehlern führen würde.

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Die Phasenbeziehung zwischen Signalen sollte ebenfalls eine Überlappung zwischen nebeneinanderliegenden Phasen der Zeitsignale ermöglichen, so daß die in einem Logikkreis vorhandenen Kondensatoren mit relativ hoher Geschwindigkeit geladen bzw. entladen werden können.Ohne diese Überlappung würde zwischen der "An"-Zeit eines Zeitsignals und der "An"-Zeit eines daneben liegenden Zeitsignals für die Durchschaltung desselben Logikkreises Zeit verloren. Eine Ladung'steilung wird ebenfalls durch die Verwendung von überlappenden Zeitsignalen verhindert. Die Überlappungsperiode wird in gewisser Beziehung durch die Eigenschaften des zu schaltenden Kreises bestimmt. In manchen Kreisen ist eine relativ große Überlappung erforderlich, während in anderen kleinere Überlappungen annehmbar sind. Auf alle Fälle sollten die Zeitsignale symmetrische "An"-Zeiten und "Aus"-Zeiten aufweisen.

Nachdem die Anzahl von Zeitsignalen und ihre logische Beziehung zueinander festgelegt worden ist, können die zur Logik notwendigen Tore ausgelegt und in gewünschter Weise, miteinander verbunden werden. Die erzielbare Kombination der Tore erzeugt einen Oszillatorkreis, der Signale entsprechend dem Bit-Muster in Funktion der Anforderung der Ausgangszeitsignale erzeugt.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, sind vier NOR-Gatter zusätzlich einem Anlauf-NOR-Gatter notwendig, um das in Tabelle I dargestellte Logik- und Bit-Muster zu erzeugen. Die Ausgangssignale von Jedem der Gatter haben auf einanderfolgende Zeitintervalle entsprechend zwei logi- eehen Zuständen "An" oder "Aus", die in der Tabelle durch

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die Zustände "1" und "0" dargestellt sind. Entsprechende logische Zustände der Ausgangssignale weisen verschiedene Anfangs- und Endphasenzeiten auf, während die Intervalle der entsprechenden Logikzustände gleich sind.

Die Phasenbeziehung, d.h. der Abstand und die Überlappung der Ausgangssignale, wird durch die Eingangssignale bestimmt. Da beispielsweise der Ausgang des NOR-Gatters A nach einem Bit durchschaltet, nachdem die Ausgänge der NOR-Gatter C und B sperren, können diese Ausgangssignale dazu verwendet werden, um das NOR-Gatter A in den Zustand 1 zu bringen. Nachdem
die Ausgänge der NOR-Gatter D und B nicht mehr im
Zustand ¹¹O" sind, wird ein Bit später das Gatter A
in den Zustand "O" getrieben. Da in gleicher Weise
das Gatter B nach einem Bit in den Zustand "1" gelangt, nachdem sowohl die NOR-Gatter B und O in den Zustand ¹¹O" gelangen, können diese Ausgänge dazu verwendet werden, das NOR-Gatter B in den Zustand-"1"
zu treiben. Das NOR-Gatter B bleibt im Zustand "1", bis beide Signale nicht mehr im Zustand "0" sind, was drei Bit später der Fall ist. Andere Beziehungen ergeben sich anhand des Logik- und Bit-Musters gemäß
Tabelle I.

Die in Pig. 1 dargestellte Schaltanordnung könnte für ein 40Schema verwendet werden, obwohl dieselbe wegen der kleinen Überlappung zwischen den Signalen nicht so nützlich ist.

Ein praktischer Mehrfachzeitsignalgenerator für Durchschaltung mit hoher Geschwindigkeit ist in Fig. 2 dar-

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gestellt. Das Bit-Muster, das durch die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform.erzeugt wird, ist in der folgenden Tabelle II dargestellt, wobei NOR-Gatter A₇ Tl₁, G₁, D₁, S₁, 0₁₂, 0₂₃, 0₃₄, und 0^₁ verwendet sind.

041

1

0

^Bl

P₂₃

^Al

J ,' I

Tabelle

II

= 034

+ 04i ^H

.S₁

₁

ο ο ο ο ο

0
0
0
0
0

ρ

0

Vl₁

012
^Al

= ^cl

+ D₁ π

^hSl

HHOOO

HOOOO

HHHOO

O O O O O

HHOOO

HHHHO

1 '

23

= 041

⁺ 012^H

^hSi

1

O O O O O

HHHH

OHHH

HHHHH

O.H H H H

HHHOO

HHHHH

^Cl

^{= D}l

^{+ A}1

^hSi

H H H.H Q

HHHH

•
O O O H

. CP
0

O O O O

1
0
0
0
0

"012

+ P₂₃

O O O O O

O O O O

^Sl

-A₁

+ B₁

HHOO

0i

= 023

+ A +

02

= 012

⁺ hk

P₂₃ ^{+ B} ■+ P34

= ^Λ1

⁺ Ρ1Λ

-Bl

Wie dies oben angezeigt ist, ist die Phasentrennung zwischen Zeitsignalen 0₁₂ und 0^ bzw. 0₂₃ und 0^^ ein Bit. Der Zustand "1" bzw. die "An"-Zeit ,jedes Zeitsignals beträgt sieben Bit, während die"Überlappungsdauer

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zwischen den Zeitsignalen 0^₂, 0₂3» Bit beträgt. Me Indices entsprechen benachbarten Intervallen, während welchen die Ausgangszeitsignale der Gatter im Zustand "1" sind. So entspricht beispielsweise 0^2 dem Signal, das während der Phasenzeiten 1 und 2 wahr ist. Demzufolge ist ein Signal, das während den Phasenzeiten 2 und 3 ebenfalls wahr ist, überlappend mit dem Signal, das während der Phasenzeiten 1 und 2 im Zustand "1" ist. Die Zeitsignale von den Toren A^ bis D^ sind notwendige Eingänge für die anderen Gatter, damit Ausgangszeitsignale mit .der gewünschten Beziehung, d.h. eine Trennung von einem Bit und eine Überlappung von drei Bit, erzeugt werden.

Nachdem die Eigenschaften der gewünschten Zeitsignale festgelegt worden sind, wie dies zuvor beschrieben worden ist, kann es notwendig erscheinen, zusätzliche Gatter zu den die notwendigen Zeitsignale erzeugenden Gattern hinzuzufügen, damit der Generator die Fähigkeit erhält, Signale mit der notwendigen Bit-Muster-Beziehung zu erzeugen. Die Gatter A^ bis D,, müssen somit hinzugefügt werden, damit sich die gewünschte Bit-Konfiguration für die Erzeugung der Zeitsignale 0X]₂I #23» ^34- ^und ^41 ^er6^itrfc;· Beispielsweise weisen die Signale 0^₂ ^un<a· 0Xz₁. "An"-Zeiten auf, die durch ein Bit voneinander getrennt sind. Um die gewünschte Trennung von einem Bit zu erzeugen, ist es notwendig, daß die Zeitsignale eine Bit-Muster-Dif ferenz von 2 Bit aufweisen. Dies bedeutet, daß die Gatter 0^₂ und A logische Intervalle aufweisen, die eine Phasenverschiebung von zwei logischen Zuständen haben. Durch Untersuchung des Bit-Musters kann man er-

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kennen, daß das Gatter 0^p nach einem Bit in den Zustand "1" gelangt, nachdem die Gatter 0-zn_ und B_x, in den Zustand "O" gelangt sind, und daß es über ein Bit hinweg in dem Zustand "1" verbleibt, nachdem das Gatter B in den Zustand "1" gelangt ist. Demzufolge können die Gatter 0^ und B^ als Eingänge für das Gatter 0^2 verwendet werden, damit ein Signal erzeugt wird, welches zur Erzeugung der gewünschten Trennung bereits ein Bit vorzeitig in den Zustand "0" gelangt, bevor das Gatter 0^₁, in den Zustand "1" gelangt. Wenn dem- I

zufolge beide Eingänge an dem Gatter 0,^ im Zustand ¹¹O" sind, wird der Ausgang des Gatters 0^ ein Bit später in den Zustand "1" gebracht und bleibt dort, bis beide Eingänge nicht im Zustand "0" sind. Sobald dies eintritt, wird das Aus gangs signal des Gatters 0,,^ in den Zustand "0" gebracht.

Das AusgangssignalVO.es Gatters S^ ist notwendig, um die Anfangsbedingungen des Zeitgenerators festzulegen. Der Generator erzeugt daraufhin Signale, die ein periodisches Bit-Muster erzeugen, deren Konfiguration eine Funktion der gewünschten Zeitsignale ist. Das Gatter I

Sy, empfängt Eingänge der Gatter 0/ip> ■*·» B₁ 0ox und ! wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Obwohl die NOR-Gatter 0^n bis 0^ notwendige Gatter für ein bestimmtes Gattersystem sind, ist es möglich, das durch die Ausgangssignale sich ergebende Bit-Muster zu decodieren, um andere Zeitsignale zu erzeugen. Beispiele von Decodiergattern sind durch die NOR-Gatter 0^ und 0^ dargestellt. Es soll jedoch hervorgehoben werden, daß die wesentlichen Zeitsignale 0^₂ bis 0^ ohne das Vorsehen von Decodierlogikelementen erzeugt werden können.

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-1ο-

Obwohl das in Fig. 2 dargestellte System eine besonders vorteilhafte Ausführungsform zeigt, können Oszillatorkreise für die Erzeugung von Signalen entsprechend zusätzlichen Mustern ebenfalls verwendet werden. Für die Erzeugung von Überlappungen, die größer als 3 sind,ist die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform ziemlich ungeeignet. EinBeispiel eines Bit-Musters, das von einem Generator mit vier Hauptgattern
mit "An"-Zeiten von elf Bit und einer Trennung von einem Bit erzeugt wird, ist in der folgenden Tabelle III darge- ' stellt. Die Decodierlogik für die Zeitsignale der untergeordneten Tore 0^_1n, 02J₁₁, 0*_m und 0^ ist ebenfalls dargestellt

Tabelle III

TT. Ct rf. v_n v. 'eLi,. η- τ ßL-.. u λ <*,-

u , fci ·'txn χ ö /jMw u. u · oln ~υ· "U ' \U£M

^Dd

ill 116 ooo ooi

111 100 000 0 01

111. 100 000.011

ill oo o; ooo oil

111 0 0O₁ 000 111"

110 0 0 0'. 0 0 0.111

iio ooo; ooiiii

100 000· 001 1-11

ioo ooo; oil ill·

0 0 0.. O O O 1 O 1 . 1 "· l' 1 1

000 000 i 111111

000 000 111 110

000 001:111 110

000 0 0 11 1 1 Ί 100 EU

O' O O O .1 1 ; 1 1 1 10 0

O O O O 1 1 I,. 1 1 1' 0 0 0 -F_r

00 0 llljlll 000

000 lllill· O 000 Ph₁W

00 1 1 1 1 I 1 1 O 000
001111 ! 100 000 « Oil 1111000 000 β

¹ 11 110 \ 000000 ir» η-+Ti

	⁺ e_c ⁺ s_a
V ⁺	^Ff ^{+ ί3}α
F_{f +}	^1M ^{+ s}e
&IM	+Gg⁺ S₈
^Ge ⁺	% ^{+ S}s
Hh ⁺	^12M ^{+ S}o
^12M	⁺ A_a
^a ⁺
^ ⁺
^₃M	⁺ c_c

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Wie oben angezeigt ist, steigt mit zunehmender Überlappungszeit die Anzahl der notwendigen Gatter des Zeitgenerators. Abgesehen von dem Gatter S werden gemäß Fig. 2 für die Überlappung von drei Bit acht Gatter benötigt. Für eine Überlappung von fünf Bit hingen sind zwölf Gatter erforderlich, wie dies in Tabelle III dargestellt ist. Für eine Überlappung von sieben Bit hingegen sind sechzehn Gatter notwendig. Mit zunehmender Erhöhung der Überlappung zwischen Signalen steigt demzufolge die Anzahl der Gatter bis zu einem Punkt an, in welchem ein derartiges System unwirtschaftlich ist.

Der Vielfach-Zeitgenerator gemäß der Erfindung genügt ganz allgemein den folgenden Bedingungen:

a) Anzahl der erforderlichen Gatter ausschließlich dem Gatter S: 4_n;

b) Anzahl der Oszillatorstofen: 8 ■;·

c) Anzahl der Stufen im "Ein"-Zustand: 4-n-1;

d) Anzahl der Stufen in Überlappung zwischen benachbarten Signalen: 2n-1;

e) Anzahl der Stufen in Trennung zwischen abwechselnden Signalen: 1;

f) Anzahl der Stufen in einer untergeordneten Phase, falls decodiert: 2n-1;

wobei η eine beliebige geradzahlige Zahl ist.

Wie oben angedeutet ist, sind bei n=2 acht Gatter mit sechzehn logischen Zuständen, d.h. sieben "An"-Zustän-

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den, und neuen "Aus"-Zuständen, notwendig; ferner ergeben sich drei Überlappungsintervalle zwischen benachbarten Signalen und ein Intervall von Trennung zwischen abwechselnden Signalen. Anhand dieser Informationen kann ein Bit-Muster für Haupt-Zeitsignale abgeleitet werden, wobei eine Anzahl von zusätzlichen Gattern zur Erzeugung von Signalen mit ähnlichen Eigenschaften hinzugefügt werden kann, um dieses Bit-Muster des Generators zu vervollständigen.

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Claims

-13-Patentansprüche

1. Vielfaeh-Zeitsignalgenerator zur Erzeugung von mehreren, phasenmäßig gegeneinander versetzten Zeitsignalen, bestehend aus einer Mehrzahl von durch Steuersignale angesteuerten Logikgattern, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Gatter zusätzliche Ausgänge aufweisen, die an die Eingänge der anderen Gatter geführt sind.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangssignale eine logische Beziehung aufweisen, um eine Veränderung des logischen Zustan-'des der Signale der diese Eingangssignale empfangenden Gatter nach einem Zeitintervall zu bewirken, nachdem die logische Beziehung der Eingangssignale sich geändert hat·

3. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangssignale eine Veränderung des logischen Zustandes der Gatter erzeugen, nachdem die logischen Zustände der Signale von bestimmten ausgewähltem Gattern überlappende Intervalle aufweisen und nachdem die logischen Zustände der Signale durch die übrigen gewählten Gatter ein Trennintervall aufweisen.

4-, Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Gatter des Generators eine Funktion der überlappenden Intervalle der Signale von den gewählten Gattern ist.

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5. Generator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der durch bestimmte gewählte Gatter erzeugten Signale in einem ersten logischen Zustand für wenigstens zwei Intervalle verbleibt, und daß die Überlappung zwischen den Signalen für wenigstens ein Intervall andauert. '

6. Generator nach einem der Ansprüche 3 his 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Trennintervall wenigstens ein Bit beträgt.

7. Generator nach einem der Ansprüche 3 "bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappung eine ganze Zahl ist, die gleich 2n-1 ist, wobei η eine beliebige ganze Zahl ist.

8. Generator nach einem der Ansprüche 3 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die gesamten "1"- und "0"-Logikzustände jedes Signals 8n ist, und daß die Anzahl der Logikzustände "1" gleich 4n-1 ist, wobei η eine beliebige positive Zahl ist.

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1ff

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