SE515076C2 - Multiplexor-/demultiplexorkrets - Google Patents

Description

'S15 076 2 fig. 3a diagram visande en signalföljd i en del av kretsen enligt fig. 3, fig. 4 ett schematiskt blockschema av en andra utföringsform av demultiplexordelen av en multiplexor-/demultiplexorkrets enligt uppfinningen, fig. 5 ett schema över en utföringsform av en fasvarierings 515 076 3 krets ingående i utföringsformerna enligt fig. 3 och 4, fig. 6 och 7 delar av schemat enligt fig. 5 i närmare detalj, fig. 8a-d diagram över styrsignaler, som utvinns i fasvarie- ringsanordningen för att möjliggöra kontinuerlig variation av en återvunnen taktsignals fas, fig. 9 en tillståndsgraf, som åskådliggör fasvarierings- anordningens arbetssätt, fig. 10 ett vektordiagram, som åskådliggör variationen av den återvunna taktsignalens amplitud med fasförändringar, fig. 11 ett kopplingsschema av en första utföringsform av en faslåst fördröjningsledning med tillhörande styrkrets, fig. 12 ett diagram över signaler, som uppträder i fördröj- ningsledningen i fig. 11, fig. 13 ett kopplingsschema av en andra utföringsform av en faslåst fördröjningsledning med tillhörande styrkrets, fig. 14 ett diagram över signaler, som uppträder i fördröj- ningsledningen i fig. 13, fig. 15 ett kopplingsschema av en tredje utföringsform av en faslåst fördröjningsledning med tillhörande styrkrets, fig. 16 ett diagram över signaler, som uppträder i fördröj- ningsledningen i fig. 15, fig. 17 och 18 diagram över signaler, som uppträder i styr- kretsen i fig. 11, 13 och 15. fig. 19a-c schematiska blockscheman för att åskådliggöra an- vändning av en klockmultiplicerare enligt uppfinningen, fig. 20 ett schematiskt blockschema över en ytterligare utföringsform av en multiplexorkrets enligt uppfinningen, samt fig. 21 diagram över i multiplexorkretsen enligt fig. 20 uppträdande datasignaler.

Föredragna utförinqsformer Den i fig. 1 visade multiplexorkretsen innefattar på sin ingång en allmänt med 2 betecknad krets, som ur en referens- klocksignal CKin härleder ett antal relativt varandra noggrant fasförskjutna hjälpklocksignaler. Kretsen 2 innefattar två fasfördröjnings-och differentialsteg 4 och 6, vilkas snabbhet och bandbredd kan kontrolleras med en extern referensström, som. alstras på ett nedan närmare beskrivet sätt.

Fördröjningssteget 4 mottager på en ingång 8 klocksignalen CKín och fasfördröjer denna 90°, samt avger denna 90°-signal och 515 076 ä dess motfassignal, d.v.s. en med 270° relativt den inkommande klocksignalen CKin fasförskjuten signal, på var sin utgång. Den med 90° fasfördröjda signalen tilleds en ingång 10 hos fördröj- ningssteget 6, som i sin tur fasvrider denna signal ytterligare 90°, d.v.s. till 180° relativt den inkommande klocksignalen, och avger denna och dess motfassignal på 360° på var sin utgång.

I fig. 1 och i fortsättningen nedan anges de fyra sålunda er- hållna fasfördröjda signalerna med sitt respektive fasfördröj- ningsvärde i förhållande till klocksignalen CKin.

Klocksignalen CKin och 360°-signalen tillförs en plus- resp. en minusingång hos en integrator 12, vars bandbredd är så låg att utströmmen kan betraktas som en likström. Integratorn 12 har 4 en extra grindingång 14, som medför att integratorn är aktiv endast när en positiv signal ligger på denna ingång. På grind- ingången 14 hos integratorn tillförs 90°-signalen. Integratorn 12 är därmed anordnad att alstra den ovannämnda externa refe- renssignalen för fördröjningsstegen 4 och 6, och avger densamma på en utgång 16, vilken är återkopplad till styringångar 18 resp. 20 hos de båda fördröjningsstegen 4 och 6 och därmed medelst nämnda referenssignal styr de senare så att de ställer in sig på 90° fasfördröjning.

Fig. 2 a-d visar klocksignalen CK- 90°-signalen, 360°- ln' signalen, resp. integratorns 12 utsignal I 1 över varandra för int tre olika fall, som följer efter varandra i horisontell led.

Dessa är fasförskjutning med exakt 90°, mindre än 90°, resp. mer än 90° hos fördröjningsstegen. De senare två fallen innebär, såsom framgår vid en jämförelse av fig. 2a och 2c, en motsvaran- de fasförskjutning mellan klocksignalen CKin och 360°-signalen, och ger upphov till positiva resp. negativa strömpulser med en mot fasförskjutningen svarande bredd ut från integratorn 12, såsom framgår av fig. 2d. Fig. 2e visar integratorns medelström Iintl som funktion av vinkelfelet Q över ett fördröjningssteg.

Integratorns utström är alltså 0 vid 90°-fasförskjutning.

De enligt ovan såsom differentiella förstärkare utförda för- dröjningsstegens 4 och 6 liksom integratorns 16 utförande och arbetssätt i övrigt torde vara uppenbara för genomsnittsfack- mannen och behöver därför ej beskrivas närmare här.

Från kretsen 2 uttages 0°-signalen och 90°-signalen vid 22 resp. 24 och tillföres den nedan närmare beskrivna multiplex- 515 076 5 orkretsen. Själva multiplexorkretsen i fig. 1 betecknas allmänt med 26. Den innefattar på sin ingång 4 parallellt anordnade MS- Vippor 28, 30, 32, 34. Vippornas 28 och 30 utgångar är anslutna till ett multiplexorsteg 36. Vippornas 32 och 34 utgångar är anslutna till D-ingången hos vardera en ytterliga MS-vippa 38 resp. 40. Vippornas 38 och 40 utgångar är anslutna till ett multiplexorsteg 42. Multiplexorstegens 36 och 42 utgångar är anslutna till ett ytterligare multiplexorsteg 44.

Vippornas 28, 30, 32, 34 samt multiplexorstegets 36 klockin- gångar är anslutna för mottagning av 0°-signalen från utgången 22 hos kretsen 2. Vippornas 38 och 40 liksom multiplexorstegets 42 klockingångar är anslutna för mottagning av 90°-signalen från utgången 24 hos kretsen 2. Vidare är multiplexorstegets 44 klockingång ansluten till utgången från en exklusiv-ELLER-grind 46, vars båda ingångar är anslutna för mottagning av 0°-signalen resp. 90°-signalen från kretsen 2.

Den beskrivna multiplexorkretsen 26 kräver endast en låg- hastighetsklocka, samma klockhastighet som för indata, för att fungera.

För att skapa de nödvändiga olika klockfaser används kretsen 2, som ger noggranna tidsfördröjningar. Den erhållna flerfas- klockan används för att driva multiplexeringskretsarna.

Först görs en inläsning av alla databitar D1, D3, D2 samt D4, med 0°-klocksignalen i Vippornas 28, 30, 32 resp. 34 resp. dataingång. Härigenom blir alla indata upplinjerade mot rätt klocka. Databitarna D2 och D4 fördröjs 90° med hjälp av vipporna 38 resp. 40. Därefter sker parvis multiplexering av stort D1 och D3 å ena sidan, och D2 och D4 å andra sidan med hjälp av O°- resp. 90°-klocksignalerna i multiplexorstegen 36 resp. 42. I det sista multiplexorsteget 44 multiplexeras de bägge dataströmmarna ihop med hjälp av den från grinden 46 erhållna sammansatta klockan, som har halva bit-frekvensen.

Den klocka CKut, som man får ut från grinden 46 tillsammans med data Dut från multiplexorstegets 44 utgång, har således bara halva bit-frekvensen. Detta är ett led i att i princip inte ha högre hastighet någonstans än den maximala datahastigheten. Den stora fördelen med denna lösning är att den inte kräver någon extern klocka med den höga frekvensen för att kunna fungera, vilket annars är nödvändigt. 515 076 é Man kan tänka sig andra multiplexeringskvoter än vad som framgår av ovanstående beskrivning.

Den i fig. 3 visade demultiplexeringskretsen innefattar en ingångsfördröjningskrets 50, som exakt motsvarar fördröjnings- kretsen 2 i fig. 1. Vidare innefattar den en klockupplinjerings- krets 52 och en egentlig demultiplexor 54, vilka kommer att beskrivas närmare nedan.

Klockupplinjeringskretsen 52 innefattar en nedan närmare beskriven fasvarieringskrets 55 även benämnd "klockroterare". I korthet mottar denna klockroterare 0°-, 90°-, 180°-, samt 270°- utsignalerna på ingångar 56, 58, 60 resp. 62. Klockroterarens 55 utgång 64 är ansluten till en fördröjningskrets 66 av samma typ som fördröjningskretsen 50. Fördröjningskretsens 66 referens- ström, som styr fördröjningen, har samma källa som hos fördröj- ningskretsen 50, d.v.s. den i den senare ingående integratorn, från vilken referensströmmen tillföras kretsen 66 via en an- slutning 68.

Från fördröjningskretsens 66 första steg uttages och blandas 0°- och 90°-signalerna och tillföres klockingången hos en MS- vippa 70, d.v.s. flanktriggad D-vippa. Till Vippans 70 D-ingång tillförs inkommande data Din. Från fördröjningskretsens 66 andra steg uttages och blandas 90°- och 180°-signalerna och tillförs till en ytterligare MS-vippa 72, till vars D-ingång likaså inkommande data Din tillförs. Utgångarna från vipporna 70 och 72 är anslutna till ena ingången hos vardera en exklusiv-ELLER- grind 74 resp 76, vilkas andra ingångar på nedan närmare be- skrivet sätt är anslutna till demultiplexorn 54 via en anslut- ning 78. Grindarnas 74 och 76 utgångar är anslutna till ingång- arna hos ett digitalt filter 80, vars utgång 82 är ansluten till en styringång 84 hos klockroteraren 54.

Demultiplexorn 54 innehåller sju MS-vippor 86, 88, 90, 92, 94, 96 resp. 98. vipporna se, ss 90 och 92 erhåller inkommande data på sin respektive D-ingång och deras klockingångar är anslutna för mottagning av fördröjningskretsens 66 0°-signal, 90°-signal, 180°-signal resp. 270°-signal. Vippornas 88, 90 och 92 utgångar är anslutna till Vippornas 94, 96 resp. 98 D-in- gångar, varvid Vippornas 94, 96 och 98 klockingångar är anslutna för mottagning av 0°-signalen från fördröjningskretsen 66.

Vippans 92 utgång är även via anslutningen 78 ansluten till 515 076 1 grindarnas 74 och 76 ovannämnda andra ingång. Detta innebär således att dessa grindar 74, 76 på sin nämnda andra ingång mottager det i vippan 92 med 270°-signalen utklockade datat.

Den av elementen 70-80 bestående kretsen bildar en digital fasdetektor, visning till fig. 3a, som visar i kretsen uppträdande signaler. vars arbetssätt beskrivs nedan i korthet med hän- D-vippornas 70 och 72 utsignaler motvaras av A resp. C i fig. 3a, medan utsignalen från vippan 92 motvaras av B. Genom att göra dessa tre avläsningar och jämföra dem, är det möjligt att se hur avläsningspunkterna ligger i dataögat. Om avläsningen sker för tidigt kommer A att avvika från B, vilket resulterar i som innebär att klock- att grinden 74 ger i från sig en signal, fasen skall ökas. På motsvarande sätt avviker C vid sen avläs- ning, resulterande i att grinden som innebär att klockfasen skall De nämnda signalerna är till 76 ger i från sig en signal, minskas. sin natur digitala och innehål- ler ingen information om hur stor avvikelsen är. Därför är det lämligt att göra någon form av digital filtrering, eller med andra ord någon form av statistisk bedömning av den erhållna in- formationen, innan man fattar beslut att ändra fas. Nämnda digitala filtrering sker medelst filtret 82. Det vore även tänkbart med en enklare analog filtrering, vilket emellertid kan göra det svårare att påverka regleringens egenskaper.

Klockupplinjeringskretsen 52 bildar genom elementen 64 - 84 en faslåst slinga, som styrs av inkommande data Din, som av- klockas av vipporna 70, 72 och 92 medelst den inkommande två- fasklockan från fördröjningskretsens 66 båda steg. Genom att styra proportion och tecken på de två inkommande signalerna kan man blanda till en klocka med godtycklig fas i klockroteraren 55. I och med att sammanblandningen styrs kontinuerligt kan man sedan skjuta utsignalens fas obegränsat framåt eller bakåt och därigenom justera den klocka man har efter inkommande data, även om det glider iväg i tiden, utan att tappa information. Benäm- ningen digital klockupplinjeringskrets har att göra med att styrningen av klockroteringen, eller klockförskjutningen, på grund av det digitala filtret görs i diskreta steg för att kunna stå helt stilla då indata saknar information om fasläget, d.v.s. längre sekvenser med ettor eller nollor. Man kan mycket väl tänka sig att göra denna funktion analog, men detta kan dock 515 076 Y kräva externa avkopplingar av paracitkapacitanser vid 84 eller i kretsarna som föregår denna, beroende bl.a. på utseendet hos in- kommande data.

Genom att utsignalen från klockroteraren 55 kopplas till fördröjningskretsen 66 av samma typ som fördröjningskretsen 50 och styrs av samma referensströmmar, skapas de flerfasklockor som behövs för demultiplexeringskretsen 54.

Att klockornas fas ligger rätt sköts av klockupplinjerings- kretsen 52, och att de sinsemellan ligger på rätt avstånd styrs av kretsen 50.

Demultiplexeringen i demultiplexorn 54 sker således genom att de fyra första vipporna 86 - 92 med hjälp av respektive fler- fasklocka klockar av inkommande data. Vippan 86 och de tre sista vipporna 94 - 98 linjerar med hjälp av 0° -signalen upp utgående data Dl, D2, D3 resp. D4.

Demultiplexorkretsen enligt fig. 4 skiljer sig från den i fig. 3 genom att den senares fördröjningskrets 50 ersatts med en analog PLL-krets. Denna PLL består av en frisvängande strömstyrd oscillator 100, som styrs av insignalen via en återkopplingss- linga. Ãterkopplingsslingan innehåller en dividerare 102, som mottager en signal CKrate, vilken bestämmer delningsfaktorn hos divideraren. Dividerarens 102 utgång är ansluten till en ingång hos en fasdetektor 104, som på en andra ingång mottager CKin.

Slutligen är efter fasdetektorn 104 ett lågpassfilter 106 anord- nat. Denna återkopplingsslinga ger möjlighet att multiplicera upp utklockan ytterligare.

Fasvarieringskretsens 55 närmare utförande och funktion kommer nu att beskrivas närmare nedan med hänvisning till fig. 5-10.

De från fördröjningsstegen 4' och 6' erhållna 90°-, l80°-, 270°-, och 360°-utsignalerna tilleds varsitt kopplingselement 138, 140, 142, resp. 144, vilka ingår i fasvarieringskretsen 55.

Kopplingselementen 138-144 kan utgöras av någon form av styrbara impedanser, t.ex. FET-motstånd eller MOS-transistorer. Den återvunna taktsignalen CKut erhålls på nedan närmare beskrivet' sätt på kopplingselementens 138-144 utgångar, vilka är paral- lellanslutna till utgången 64 hos kretsen 55.

Styringången 84, som mottager styrsignalen från det digitala filtrets 82 utgång, bildar ingång till en analog väljarkrets 515 076 9 146, som via utgångar 148, 150, 152, 154 styr kopplingselemen- tens 138, 140, 142 resp. 144 genomsläpp av deras resp. fasför- dröjda signal.

Ett utföringsexempel av väljarkretsen 146 visas närmare i fig. 5. Strömsignalen till väljarkretsen 146 leds dels till en ingång 155 hos ett nedan närmare beskrivet logiskt styrnät 156, vilket innehåller digital logik, dels till en analog omkopplare 158, som mottager strömsignalen på en ingång 160 och, via en inverterande förstärkare 162, dess inverterade värde på en ingång 164. Omkopplaren 158 har en utgång ansluten till en analog väljare 166 med fyra utgångar 168, 170, 172, och 174, an- slutna till var sin av väljarkretsens 146 utgångar 148, 150, 152 resp. 154, samt till var sin av fyra ingångar 176, 178, 180 resp. 182 hos det logiska styrnätet 156. Det senare har två utgångar anslutna till en styringång 184 hos den analoga om- kopplaren 158 resp. en styringång 186 hos den analoga väljaren 166.

De med 188, 190, 192 och 194 betecknade kapacitanserna i fig. 5 på utgångarna 148-154 representerar parasitkapacitanser och eventuell extra kapacitans.

Utformningen av var och en av ingångarna 176, 178, 180, 182 framgår närmare av fig 6. Mellan varje ingång och den digitala logiken finnes två parallellt anordnade komparatorer 196 och 198. Komparatorn 196 mottager på sin plus-ingång en från styr- signalen vid 84 på nedan närmare beskrivet sätt härledd styr- spänning och på sin minus-ingång ett inställt första referen- svärde refl, och ger max. utsignal om nämnda styrspänning över- skrider detta referensvärde. Komparatorn 198 mottager på samma sätt på sin minus-ingång en från styrsignalen vid 84 på nedan närmare beskrivet sätt härledd styrspänning och på sin plus- ingång ett inställt andra referensvärde ref2, och ger min. ut- signal om denna styrspänning underskrider detta referensvärde.

Med hjälp av den ovan beskrivna funktionen av de båda komparato- rerna 196 och 198 sker en detektering av när utgångarna från väljaren 166 är fullt utstyrda till min- eller maxvärde, enligt vad som likaledes kommer att beskrivas närmare nedan.

Var och en av ingångarna 176-182 innefattar vidare två schematiskt antydda hållfunktioner i form av på visat sätt kopplade MOS-transistorer 200 resp. 202 av n- resp. p-typ, 515 D76 /Û vilka styrs av signaler från den digitala logiken för att hålla kvar motsvarande utgång från väljaren 166 när denna har ett sådant fasläge att den skall hålla en fast nivå 0 eller 1 (fig. 8), vilka nivåer definieras närmare nedan.

Med hänvisning till fig. 7 är ingången 155 till det logiska styrnätet 156 ansluten till den i det senare ingående digitala logiken via en komparator 204, närmare bestämt dess plus-ingång.

En jämförelse med ett referensvärde ref3 på komparatorns minus- ingång sker för att detektera om styrsignalen vid 84 har posi- tivt eller negativt tecken. Detta ger en detektering av om utsignalen vid 64 ligger före eller efter i fas, och sätter den digitala logiken i stånd att ändra fasen i rätt riktning.

Den digitala tekniken i det logiska styrnätet 156 ombesörjer att styrsignalen vid 84 enligt vad som kommer att beskrivas närmare nedan, periodiskt kopplas till utgångarna 168, 170, 172 och/eller 174 enligt ett förutbestämt schema med hjälp av den analoga väljaren 166 och att den får rätt tecken med hjälp av den analoga omkopplaren 158. Styrsignalen laddar upp respektive kapacitans 188, 190, 192 eller 194, vars resulterande laddnings- spänning anbringas på respektive kopplingselements 138, 140, 142 eller 144 styrelektrod.

Det i det nyss sagda omnämnda schemat åskådliggörs enklast med diagrammen i fig. 8a-d. Dessa diagram visar laddningsspän- ningarna ua, ub, uc, ud över kapacitanserna 188-194, varvid gradtalen på den nedre horisontella, gemensamma axeln represen- terar fasförskjutningen mellan CKin och utsignalen vid 64. Nivå- erna 0 och 1 i diagrammen motsvarar att resp. signal är helt från- resp. helt tillkopplad, vilket åstadkommes genom de med hänvisning till fig. 6 ovan beskrivna arrangemangen. Ramperna representerar respektive kapacitansers 188-194 upp- och urladd- ning, som möjliggör en kontinuerlig styrning av kopplingselemen- ten 138-144 och därmed av fasen hos utsignalen vid 64. Det senare åstadkoms närmare bestämt genom en sådan uppbyggnad av den digitala logiken att dess funktion kan beskrivas med den i fig. 9 visade tillståndsgrafen.

I tillståndsgrafen enligt fig. 9 representerar tillståndsringarna: de succesivt varierande tillstånden hos kopplingselementen 138, 140, 142 och 144, varvid gradtalet vid resp. ring anger startpunkt för tillståndet enligt denna ring 515 0.76 l/ sett utefter den horisontella axeln i fig. 8, bokstäverna a-d: respektive diagram a-d i fig. 8, varvid "=O" »och "=1" i anslutning till bokstaven anger tillståndet 0 resp. 1 hos resp. spänning ua-ud, "+" eller "-" i anslutning till bok- staven anger ett tillstånd på den positiva resp. negativa flan- ken i resp. diagram, samt "max" eller "min" i anslutning till bokstaven anger slutet av en positiv resp. negativ flank, +Styr84 och -Styr84: information om tecknet hos styrsignalen vid 84 är + resp. -, I ringen vid 0° i tillståndsgrafen innebär b=c=O, d=1 att logiken i det logiska styrnätet 156 via hållfunktionerna 200 och 202 håller ingångarna 178 och 180 på den fasta nivån 0, och in- gången 182 på den fasta nivån 1. Beträffande “a+" innebär "a" att logiken styr väljaren 166 att hålla utgången 168 öppen, och "+" att därvid omkopplaren 158, genom logikens detektering av tecknet hos Styr84 vid ingången 155 (fig. 7), styrs att hålla sin ingång 160 öppen, dvs Styr84 släpps igenom oinverterad av väljaren.

Som resultat hålls kopplingselementet 144 helt öppet för 360°(0°)-signalen, och kapacitansen 188 uppladdas av strömmen från utgången 168 så att kopplingselementet 148 succesivt öppnar för 90°-signalen. En blandning av de båda nämnda signalerna på den gemensamma utgången från kopplingselementen äger rum, och medför att den resulterande signalens (CKut) fas succesivt ökar från 0° allteftersom 90°-signalens amplitud ökar. Detta motsva- rar att man vandrar upp utefter den positiva flanken hos kurvan a i fig. 8.

Om nu styrsignalen vid 84 slutar att inkomma stannar logiken, och laddningen av kapacitansen 188 upphör. Detta resulterar dels i att kopplingselementet 144 fortsättningsvis hålls öppet på grund av att tillståndet på logikingången 182 hålls fast, och dels i att kapacitansen 188 håller sin uppnådda laddning, och dess spänning därvid upprätthåller kopplingselementets 138 uppnådda öppettillstånd. Man har bringat utsignalen vid 64 i fas med Dín_ Om emellertid styrsignalen vid 84 fortsätter att inkomma med positivt tecken, uppnås till slut ett tillstånd där båda kopp- lingselementen 138 och 144 är helt öppna, vilket innebär att fasen hos utsignalen vid 64 hamnat mitt emellan 0° och 90°, dvs 5-15 076 ll på 45°. Logiken känner nu av, via resp. komparatorpar 196,198 (fig. 5,6), att dess ingångar 176 har överskridit referensvärdet refl, och via sin ingång 155 (fig. 7) att styrsignalen har fortsatt positivt tecken. Detta tillstånd, som karakteriseras med den medurs från den övre tillståndscirkeln i fig. 9 pekande tillståndsändringspilen "+Styr84 & amax", föranleder logiken att fasthålla det uppnådda tillståndet på ingången 176, styra om styrsignalen till ingången 164 hos omkopplaren 158, och öppna utgången 174 för urladdning av kapacitansen 194 genom den ändra- de strömriktningen, jfr även "d-" i 45°-cirkeln i fig. 9. Det i tillståndsgrafens 45°-cirkel definierade tillståndet har nu uppnåtts. Den resulterande minskningen av 360°-signalens amp- litud medför att signalens vid 64 fas kontinuerligt ändras (utefter den negativa flanken hos d i fig. 8) i riktning mot 90°, som uppnås när kapacitansen 194 är helt urladdad, såvida styrsignalen vid 84 inte blir noll dessförinnan, i vilket fall fasen hos signalen vid 64 stannar på ett värde mellan 45° och 90°.

Det i anslutning till tillståndsändringspilen i medurs riktning mellan 45°- och 90°-tillståndscirklarna definierade tillståndet "+Styr84 & dmin" har nu uppnåtts och avkänns av logiken såsom att ingångarna 178, 180 och 182 intar samma till- stånd. Om tecknet på styrsignalen vid 84 dessutom fortsätter att vara positivt, är logiken nu inställd på att öppna ingången 160 hos omkopplaren 158 och utgången 170 hos väljaren 166 för Styr84 med positivt tecken, som laddar upp kapacitansen 190, följande förloppet hos den positiva flanken hos kurvan b i fig. 8, jfr även "b+" i 90°-cirkeln i fig. 9.

Så länge som styrsignalen vid 84 är skilld från noll fortsät- ter logiken att kontinuerligt arbeta sig igenom tillståndsgrafen enligt fig. 9 för kontinuerlig ändring av fasen hos utsignalen vid 64 på samma sätt som beskrivits ovan. Riktningen bestäms härvid av tecknet hos Styr84 dvs den är moturs i grafen vid negativ Styr84 följande de inre tillståndsändringspilarna.

Om Styr84 är liten, dvs ett litet fasfel föreligger, erhålles en relativt långsam omladdning vid resp. utgång 148-154, var- igenom man erhåller en relativt långsam fasändring via de styr- bara impedanserna 138-144. Resultatet blir emellertid en långsam förflyttning runt enligt fig. 8 och 9, och därmed en kontinuer- 515 076 13 lig fasförändring.

En större styrsignal vid 84 ger en snabbare omladdning av kapacitanserna vid utgångarna från den analoga väljaren 166 och därmed snabbare fasförändring.

Kapacitansernas 188-194 storlek påverkar även snabbheten, sålunda att vid ökande storlek processen blir långsammare.

Det ovan beskrivna kan även illustreras med vektordiagrammet enligt fig. 10, där storleken hos pilen ubland, som represente- rar den av blandningen av två signaler resulterande signalen, utsignalen vid 64, anger amplituden hos denna signal för en viss fasförskjutning 9 mellan fasen hos signalen vid 64 och CKin. Som synes har amplituden maximum vid fyra tillfällen, dvs när 90°-, 180°-, 270°- resp 360°-signalerna var för sig släpps fram oblan- dade. ' Det logiska styrnätets 156 utförande i praktiken, för att kunna genomföra det ovan med hänvisning till tillståndsgrafen beskrivna, inses lätt av fackmannen och behöver därför ej be- skrivas närmare här. I korthet kan det röra sig om en sekvens- krets av i och för sig konventionellt utförande, t.ex. uppbyggd av bland annat MOS-transistorer.

Omkopplarna 158 och 166 kan för var och en av ingångarna 160 och 164, resp utgångarna 168, 170, 172, 174 vara utrustade med lämpligt kopplade, digitalt från styrnätet 156 styrda MOS-tran- sistorer. De såsom var sin enda ingång i fig. 5 representerande ingångarna 184 och 186, skulle alltså därvid i praktiken motsva- ra två resp. fyra styringångar. Även här inser fackmannen hur utförandet skall vara i praktiken.

Den i fig. 1 visade kretsen 2 är den enklaste formen av en faslåst fördröjningsledning för extraktion av en fyrfasklocka eller, som bilden visar, en tvåfasklocka. Nackdelen med denna konstruktion är att den är känslig för den inkommande klockans CKin puls-paus-förhållande på grund av att den bara har två fördröjningselement och att man här använder både negativ och positiv flank av inkommande klocka. Är kraven stora på liten puls-paus distorsion i efterföljande steg måste man ta till en mer komplicerad lösning enligt vad som framgår av de följande utföringsexemplen.

I fig. 11 visas en allmänt med 300 betecknad, faslåst för- dröjningsledning som utvinner en noggrann fyrfasklocka ur en 515 ”A076 /7 referensklocka.

Denna fördröjningsledning består av fyra stycken fördröj- ningselement 301, 302, 304 resp. 306, plus ett extra i vardera änden, 308 resp. 310. Elementet 308 är avsett att öka noggrann- heten och elementet 310 att åstadkomma en puls som är fasför- skjuten 360 grader relativt den första pulsen till en fasdetek- tor, allmänt betecknad med 312, vilken kommer att beskrivas i närmare detalj nedan. Genom att använda enbart positiva flanker från fördröjningsledningen fås en fyrfasklocka som är oberoende av den inkommande klockans CKín puls-paus-förhållande och som på detta sätt får största möjliga noggrannhet för positionen av de positiva flankerna relativt varandra.

Den inkommande klockan fördröjs 90 grader per fördröjnings- steg 301-306. Genom att grinda ihop, med OCH-grindar 314-318, de olika klockfaserna parvis fås en noggrann fyrfasklocka, vars faser betecknas med A-D i fig. 11. Den sista klockfasen, be- tecknad med E, från en OCH-grind 320 vid steget 310, ligger normalt 360 grader efter A. A och E används av fasdetektorn 312 för att skapa en styrsignal dT-referens, som behövs för att styra fördröjningsledningen. En extra klockfas, C, behövs för att uppfylla randvillkoren för att fasdetektorn 312 inte skall hamna i något odefinierat tillstånd vid uppstart.

Genom att grinda ihop fyrfasklockorna A-D parvis, med ELLER- grindar 322 och 324, fås två stycken klockor X och Y med dubbla frekvensen relativt inklockan CKin. Den positiva flanken hos dessa bägge signaler har hög noggrannhet i sina positioner, den negativa kan däremot avvika något. Y är därför inte riktigt in- versen av X. Dessa två signaler får klocka varsin D-vippa 326 resp. 328, varigenom en tvåfasklocka, CkO och Ck90, erhålles, som har hög noggrannhet både på negativ och positiv flank.

Fig. 12 åskådliggör det ömsesidiga fasläget hos de ovan diskuterade signalerna.

I fig. 13 visas en faslåst fördröjningsledning, allmänt betecknad 330, som utvinner en noggrann åttfasklocka ur en referensklocka CKin. Den principiella uppbyggnaden av denna fördröjningsledning är den samma som vid den i fig. 11, men är förlängd med fyra steg så att den ger en åttafasklocka. Härige- nom kan man halvera den inkommande referensklockans CKin has- tighet och ändå få ut en fyrfasklocka med samma funktion som i 515_ 076 Ls föregående lösning.

Närmare bestämt innehåller fördröjningsledningen 330 åtta stycken fördröjningselement 332, 334, 336, 338, 340, 342, 344, 346. Ett extra fördröjningselement 348 resp. 350 finns i vardera änden, det första för att öka noggrannheten och det sista för att åstadkomma en puls som är fasförskjuten 360 grader relativt den första pulsen i fasdetektorn, såsom vid utförandet enligt fig. 12. Genom användning av enbart positiva flanker från för- dröjningsledníngen 330 fås en åttafasklocka, som är oberoende av den inkommande klockans CKin puls-paus-förhållande och som på detta sätt får största möjliga noggrannhet för positionen av de positiva flankerna relativt varandra.

Den inkommande klockan CKin fördröjs 45 grader per fördröj- ningssteg, vilket i tid motsvarar 90 grader med den snabbare klockan i föregående exempel. Genom att grinda ihop de olika klockfaserna parvis, med OCH-grindar 352, 354...366, fås den noggranna åttfasklockan, vars faser betecknas med A-H i fig. 13.

Den sista klockfasen I, från OCH-grind 368, ligger normalt 360 grader efter A. A och I används av fasdetektorn, allmänt beteck- nad 370, för att skapa en styrsignal dT-referens från utgång 372, som behövs för att styra fördröjningsledningen. Två extra klockfaser, C och E, behövs för att uppfylla randvillkoren för att fasdetektorn inte skall hamna i något odefinierat tillstånd vid uppstart.

Genom att grinda ihop fyrfasklockorna parvis, medelst ELLER- grindar 374, 376, 378, 380, 382, 384 fås två stycken klockor X och Y, med fyra gånger frekvensen relativt inklockan CKin. Den positiva flanken hos dessa bägge signaler har hög noggrannhet i sina positioner, den negativa kan däremot avvika något, det är därför som Y inte är riktigt inversen av X. Dessa två signaler får klocka varsin D-vippa 386 resp.388, varigenom en tvåfas- klocka, Ck0 och Ck90, erhålles, som har hög noggrannhet både vid negativ och positiv flank.

I fig. 14 åskådliggöres de ovan diskuterade signalernas relativa utseende och fasläge.

I fig. 15 visas en faslåst fördröjningsledning, allmänt betecknad 390, som utvinner en åttfasklocka ur en referensklocka CKin. Uppbyggnaden av denna fördröjningsledning är i princip densamma som hos den i fig. 13 ehuru den är förenklad på så sätt 515 076 /é att man endast använder den inverterade klocksignalen X som Y- signal. Samma hänvisningsbeteckningar som i fig. 13 har använts i fig. 15 för element med samma funktion. Utförandet enligt fig. 15 ger en enklare uppbyggnad, men har inte samma noggrannhet vad beträffar de positiva klockflankerna hos Y-signalen i och med att dessa är de negativa i X-signalen, men detta kan ändå ge tillräcklig noggrannhet i vissa applikationer och genom en optimerad konstruktion.

Utseende och fas hos de i fig. 15 uppträdande pulserna framgår av fig. 16.

Sammanfattningsvis och mera generellt kan fördröjningsled- ningskretsarna i fig. 11, 13 och 15 definieras såsom innefattan- de: fasförskjutningsorgan 301-310 resp 332-350 för att bibringa referensklockan succesivt tilltagande fasförskjutning, med ett antal utgångar för sådana succesivt fasförskjutna signaler, första kombinationsorgan 314-320 resp. 352-368 för att kombinera de fasförskjutna signalerna gruppvis till erhållande av ett antal pulser A-E resp. A-I med en längd, som motsvarar fasförskjutningen mellan motsvarande grupps utgångar och samma frekvens som hos referenssignalen, andra kombinationsorgan 322,324 resp. 374-384 för att kom- binera pulserna under vidmakthållande av pulslängden till er- hållande av ett antal pulssignaler X resp X,Y med en frekvens utgörande en multipel av referensklockan, en klocksignalskapandekrets 326,328 resp. 386,388 för att av pulssignalerna skapa de noggrannt relativt varandra tidsför- dröjda klocksignalerna CKO och CK90 i form av önskat antal klocksignaler med önskad ömsesidig fasförskjutning.

Här skall nu arbetssättet hos de ovan omnämnda fasdetektorer- na 312 resp. 370 beröras något närmare.

Det rör sig om två typer av styrkretsar. Grundkretsen är en tre-läges-fasdetektor modifierad med ett antal olika sättsigna- ler för att undvika olika falsklåsningsfall.

Fig. 17 och 18 visar hur det ser ut för 4-fasdetektorn 312 runt dess arbetspunkt som skall vara 360 grader. Fig. 17 visar en för kort tidsfördröjning. I och med att signalen C via en ELLER-grind 400 i fig. 11 alltid ger en återställningssignal åt två vippor, betecknade 402 resp. 404 i fig. 11, kommer man 515 076 1% alltid att befinna sig i ett definierat startläge. Vippan 404, vilken är den första vippan som blir satt, är den som påverkas av E, vilket resulterar i att en minus-ingång 406 hos integra- torn 408 får en längre puls än en plus-ingång 410, som i sin tur medför att integratorns utström eller utspänning dT-referens minskar för att tidsfördröjningen i fördröjningselementen 301- 310 skall öka. När fördröjningen ökar förkortas minus-pulsen för att slutligen bli lika kort som pluspulsen, vilket i sin tur skall vara integratorns rätta arbetspunkt. Är fördröjningstiden för lång, som åskådliggörs av fig. 18, gäller det motsatta resonemanget, pluspulserna är längre här vilket resulterar i en ökad ström eller spänning dT-referens, vilket leder till kortare fördröjningstid i fördröjningsstegen.

Ett liknande resonemang gäller för 8-fasdetektorn.

Den övre ingången C i 4-fasdetektorn 312, E i 8-fasdetektorn i fig. 13, är till för att detektorn skall få rätt sekvensord- ning på vipporna 402 och 404 när fördröjningen står i minläge, dvs strömmen i fördröjningsstegen är som störst och därmed fördröjningen som minst. Ingångssignalerna A och C till en OCH- grind 411 i 4-fasdetektorn är till för att ge en återställning av fasdetektorn, om man skulle hamna på 720 graders fördröjning, dvs dubbla normala fördröjningen. Återställningen görs genom att integratorn 408 styrs ut till att ge maximal ström eller spän- ning och därmed minsta tidsfördröjning genom att en ställingâng 412 påverkas. Skulle den totala fasfördröjningen bli större än 720 grader dör signalen E ut och ställer sig på något fast läge.

Därigenom verkar integratorn för att minska fördröjningen genom att A-signalen ligger kvar längre än E-signalen.

I 8-fasdetektorn 370 i fig. 13 görs en hopgrindning vid 414 av signalerna A och C eller A och E, vilket hindrar fasdetektorn 370 att falsklåsa på 720, 1080 och 1440 grader. Skulle den totala fasfördröjningen bli större än 1440 grader dör signalen I ut och ställer sig på något fast läge. Därigenom verkar integra- torn för att minska fördröjningen i och med att A-signalen finns kvar längre än I-signalen.

De olika klockmultipliceringsvarianter som beskrivs ovan med hänvisning till fig. 11-18 visar hur man ur en referensklocka kan skapa en 4-fas-eller en 8-fas-klocka. Om man i bägge fallen är intresserad av att ha en och samma hastighet på utklockan så 515 076 /K måste inklockan i 8-fasklocklösningen ha halva hastigheten av inklockan till 4-fasklocklösningen, det vill säga man får även en klockfördubbling med 8-fasklocklösningen.

Genom att exempelvis förlänga fördröjningsledningen med åtta steg ytterligare, så att en 16-fasklocka erhålles, sker en klockmultiplicering med 8. Detta medför att man kan använda en inklocka som bara har en fjärdedel av takten hos inklockan till 4-fasklocklösningen. Man kan även tänka sig andra multiplice- ringsfaktorer än 4, 8 eller 16. Multiplikation kan även ske med udda tal.

Det är även tänkbart att koppla ihop fler fristående klock- multipliceringslösningar med varandra med mellanliggande frek- vensdelare, som sinsemellan har olika multipliceringsfaktorer och på så sätt få fram godtyckliga klockfrekvenser på ett lik- nande sätt som man åstadkommer med hjälp av PLL-lösningar där man både kan dividera och multiplicera frekvenser samtidigt.

Exempel på det nyss sagda framgår av fig. 19.

Till att börja med representerar Fig. 19a symboliskt som exempel fördröjningsledningskretsen enligt fig. 15, med undantag av steget för att skapa klockorna CKO och CK90, varvid CKin är klockan in till fördröjningssteget 308 och CKut är signalen ut från grinden 382. Denna multiplicerare har en multiplikations- faktor 4.

Klockmultiplicerare med godtycklig önskad multiplikations- faktor kan byggas enligt denna princip, och användas tillsammans med dividerare för att erhålla andra frekvenser, som inte är en hel multipel av ingångsfrekvensen. Fig. 19b visar sålunda hur man medelst en dividerare 500 med delningsfaktorn 19 och en multiplicerare 502 med multiplikationsfaktorn 16 kan få t.ex. klockfrekvensen 155 MHz från en 184 MHz klocka. I fig. l9c uppnås det omvända med en dividerare 504 med delningsfaktorn 16 och en multiplicerare 506 med multiplikationsfaktorn 19. Del- ningsförhållandet mellan 155 och 184 är 16/19. En division är konventionellt mycket enkelt att åstadkomma med en räknare med önskad längd.

Det som sätter gränsen är kvaliteten på den inkommande klockan, dess jitter i tidsled överförs direkt utan dämpning till utklockan. Detta innebär att det relativa jitter som fås hos utklockan relativt inklockan är uppmultiplicerat med klock- 515 076 /9 multipliceringsfaktorn.

I de applikationer som tas upp i mux-demux-lösning med låghastighetsklocka kan med fördel dessa klockmultiplicerings- lösningar användas, antingen i sin helhet eller delar därav.

Till muxkretsen kan den flerfasklocka man erhåller användas för att multiplexera ihop de olika dataströmmarna.

En alternativ lösning till multiplexeringskretsen enligt fig. 1 är den som visas i fig. 20. Här utgår man som exempel från fördröjningsledningskretsen enligt fig. fig. 11, varvid dock skapandet av klockorna Y, CKO och CK90 utgår, och istället klockorna A-D, X och CKin används på det i fig. 20 visade sät- tet. Utseendet hos de senare klockorna framgår av fig. 12. I figur 20 har samma hänvisningsbeteckningar använts för samma eller likverkande element som i fig. 1.

Närmare bestämt är utgångarna hos vipporna 28-34 och vipporna 38,40 anslutna för att tilleda de upplinjerade resp. fördröjda databitarna till en väljares 600 dataingångar 602-608, vilken väljare även har ett antal styringångar 610-616 och en dataut- gång 618. Utgångarna från OCH-grindarna 314-318 är anslutna för att tilleda klockfaserna A-D till styringångarna hos väljaren.

Via styringångarna styr klockfaserna A-D väljaren 600 så att en dataingång i taget kopplas till väljarens datautgång, varvid klocksignalen X, jfr även fig. 11. bildar den utgående data- strömmens klocka.

Upplinjeringen av data samt fördröjning sker precis som i fig. 1, även om ordningen är något omkastad. Med hänvisning även till fig. 21 betecknar D1'-D4', DX'i fig. 21, de upplinjerade databitarna eller dataströmmarna, och D3" och D4" , DX" i fig. 21, betecknar de fördröjda databitarna.

I stället för den enkla fördröjningskretsen enligt fig. 1 har således den mer förfinade varianten med 4-fasklocka valts. De fyra klockfaserna A-D får direkt styra en enkel multiplexor 600, eller, mera korrekt, en fyrvägsväljare. De fyra klockfaserna styr väljaren så att en datakanal i taget kopplas till utgången.

Till demuxkretsen kan den sammansatta tvåfasklockan, CkO resp. Ck90, användas av klockroteringskretsen samtidigt som fördröjningstidsreferensen, dTref, kan användas för att kontrol- lera klockroterarens 55 bandbredd och den efterföljande för- dröjningsledningens 66 fördröjningar. 515 076 lb Vill man ytterligare förfina lösningen kan den andra fördröj- ningsledningen 66 få ett eget styrsteg för att ytterligare minska eventuella fasfel hos denna. Man kan även tänka sig att ändra klockmultipliceringsfaktorn för att kunna använda en annan inklocka, detta kan i sig medföra att den andra fördröjnings- ledningen 66 måste ha ett eget styrsteg.

Den stora fördelen med denna teknik är att man externt kan använda sig av en klocka med betydligt lägre hastighet än den hastighet som man behöver internt inne på kretsen. Det man använder sig av annars är att med olika PLL-lösningar växla sig upp till den högsta hastigheten man behöver. Den frekvensen blir i regel dubbelt så hög jämfört med den i föregående lösning.

Dessutom blir detta i regel större lösningar som tar mer plats och drar mer effekt.

Claims (4)

515 076 M Patentkrav.

1. Bitmultiplexorkrets, innefattande en intern klockgenerator (2,300,330,390), som med hjälp av en referensklocka (CKin) alstrar ett antal noggrannt relativt varandra tidsfördröjda klocksignaler (Ck0,CK90,CKin,A,B,C,D), upplinjeringsorgan (28,34)_anordnade att med hjälp av en (CKO;CKin) av dessa klocksignaler upplinjera alla inkommande parallella databitar (D1-D4) mot samma klocka, fördröjningsorgan (38,40) för att med hjälp av en annan (CK90;invCKin) av av klocksignalerna fördröja ett antal (D2,D4;D3,D4) av databitarna, kännetecknad av att klockgeneratorn innefattar fasförskjutningsorgan (301-310) för att bibringa en referens- klocka (CKin) succesivt tilltagande fasförskjutning, med ett antal utgångar för sådana succesivt fasförskjutna signaler, första kombinationsorgan (314-320) för att kombinera de fasförskjutna signalerna gruppvis till erhållande av ett antal klockfaser (A-D) med en längd, som motsvarar fasförskjutningen mellan motsvarande grupps utgångar och samma frekvens som hos referensklockan, andra kombinationsorgan (322) för att kombinera klockfaserna under vidmakthållande av pulslängden till erhållande av en utgående klocksignal (X) med en frekvens utgörande en multipel av referensklockan, och att A utgångarna hos nämnda upplinjeringsorgan (28-34) och för- dröjningsorgan (38,40) är anslutna för att tilleda de upplin- jerade och fördröjda databitarna till en väljares (600) dataing- ångar (602-608), vilken väljare även har ett antal styringångar (610-616) och en datautgång (618), utgångarna från nämnda första kombinationsorgan (314-320) är anslutna för att tilleda nämnda klockfaser (A-D) till styring- ångarna hos väljaren, via vilka klockfaserna (A-D) styr väljaren (600) så att en dataingång i taget kopplas till väljarens data- utgång, varvid nämnda utgående klocksignal (X) bildar den utgå- ende dataströmmens klocka. V _

2. Krets enligt krav 1, kännetecknad av att den interna klockgeneratorn innefattar minst en faslåst fördröjningsled- ningskrets (300;330;390) med organ för klockmultiplicering. 515 076 ïl

3. Krets enligt något av krav 1 eller 2, kännetecknad av att den interna klockgeneratorn och/eller fördröjningskretsen hos nämnda klockupplinjeringsorgan (52) innefattar minst en faslåst íördröjningsledningskrets (300;330;390) med organ för klock- multiplicering. _

4. Krets enligt krav 2 eller 3, kännetecknad av att fördröj- ningsledningskretsen innefattar fasförskjutningsorgan (301-310;332-350) för att bibringa referensklockan succesivt tilltagande fasförskjutning, med ett antal utgångar för sådana succesivt fasförskjutna signaler, första kombinationsorgan (314-320;352-368) för att kombinera de fasförskjutna signalerna gruppvis till erhållande av ett antal pulser (A-I) med en längd, som motsvarar fasförskjutningen mellan motsvarande grupps utgångar och samma frekvens som hos referenssignalen, andra kombinationsorgan (322,324;374-384) för att kombinera pulserna under vidmakthållande av pulslängden till erhållande av ett antal pulssignaler (X;X,Y) med en frekvens utgörande en multipel av referensklockan, 4 en klocksignalskapande krets (326,328;386,388) för att av pulssignalerna skapa nämnda noggrannt relativt varandra tidsför- dröjda klocksignaler (CKO,CK90) i form av önskat antal klocksig- naler med önskad ömsesidig fasförskjutning.