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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Systeme mit redundanten Timing-Signalen
und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum präzisen Umschalten
zwischen redundanten Mengen von Takt- und Synchronisationssignalen,
die verschiedene Phasenpositionen aufweisen, insbesondere zum Umschalten
zwischen redundanten Takt- und Synchronisationssignalen in Systemen
mit asynchronem Transfermodus (ATM).
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Allgemeiner Stand der Technik
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In
größeren ATM-Systemen
erfordern Standards der Telekommunikationsindustrie bezüglich Verfügbarkeit
im wesentlichen die Verwendung redundanter Mengen wichtiger Timing-Signale.
Für ATM-Systeme
sind diese wichtigen Signale das Datentaktsignal (im folgenden einfach
Takt) und das Synchronisationssignal (im folgenden Sync). Diese Signale
weisen nicht nur strenge Frequenz- und Tastverhältnis-Anforderung auf, sondern
auch eine enge zeitliche Beziehung zueinander. Ein Verstoß gegen diese
Timing-Anforderungen führt
zu einem Datenfehler oder Verfälschung
der Datenübertragung,
was in der Technik als eine „Störung" bezeichnet wird.
Bei Verwendung eines solchen Begriffs wäre eine perfekte Vermittlung
datenfehlerfrei oder „störungsfrei". Ein Beispiel für ein solches
System ist GCNS-2000, Release II der ATM-Vermittlung Globe View
2000® von Lucent
Technologies. Da die Versorgung mit störungsfreien Takt- und Sync-Signalen
für die
Funktion solcher Systeme entscheidend ist, muß während jedes Umschaltens zu
einer anderen Menge von Takt- und Sync-Signalen, das durch einen
Fehler oder routinemäßiges Online-Wartungsprüfen aufkommt,
eine störungsfreie
Versorgung mit Takt- und Sync-Signalen sichergestellt werden.
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In
Systemen mit solchen Redundanzen werden duale oder plurale Mengen
von Takt- und Sync-Signalen gewöhnlich über verschiedene
Routen in dem System verteilt. An zahlreichen Stellen in dem System
werden Querverbindungen bereitgestellt, so daß ein Umschalten zu einer der
anderen Mengen von Signalen im Fall eines Fehlers unmittelbar bewirkt
werden kann. Aufgrund der verschiedenen Routen weisen die Mengen
von Signalen verschiedene Transitzeiten auf. Ein einfaches Umschalten
zwischen Signalmengen würde
unweigerlich zu Phasensprüngen
führen,
die dann weiter zu Zähl- und/oder Transfer-Störung(en)
führen
würden.
Ein herkömmliches
Mittel zur präzisen
Verteilung von Timing-Signalen ist das Erzeugen des zu verteilenden Signals
in einem Phasenregelkreis (PLL), dessen Eingangssignal das gewählte zu
verteilende Signal ist. Der PLL wird durch individuelle kurze Fehler
etwas beeinträchtigt,
generiert aber dessen ungeachtet ein lückenfreies Ausgangssignal.
Wenn in dem PLL eine Umschaltung von einem Eingangssignal zu einem
anderen, ähnlichen
Eingangssignal erfolgt, dessen Frequenz identisch ist, das aber
eine andere Phasenposition aufweist, wird ein Phasensprung verhindert;
das Ergebnis ist statt dessen eine längere transiente Oszillation
der Phasenposition des neuen Eingangssignals. Diese Oszillation
dieser neuen Phasenposition kann günstige Datenaufbaubedingungen
anzeigen, und es können
Störungen
auftreten. Taktimpulsfolgen sind besonders empfindlich gegenüber diesen
Arten von Störungen
und diese Phasenänderungsarten
sind zu vermeiden.
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Eine
synchrone Art von Telekommunikationssystem wird in dem
US-Patent Nr. 5,475,719 für Gürtler et
al beschrieben. Die Timing-Anforderungen dieses Systems sind nicht
so anspruchsvoll wie die ATM-Anforderungen. Außerdem verwenden diese Systeme
eine einzige Verteilerleitung, die zu Konfigurationen führt, die
die Umschaltprobleme von ATM-Systemen nicht lösen.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Bereitstellung
einer zuverlässigen
störungsfreien
Verteilung von Takt- und Sync-Signalen während geplanter Umschaltungen
zwischen redundanten Mengen von Signalen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer zuverlässigen
störungsfreien
Verteilung von Takt- und Sync-Signalen während durch Fehler verursachter,
nicht eingeplanter Umschaltungen zwischen redundanten Mengen von
Signalen.
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In
dem US-Patent
US-A-5473610 wird
die Wiedergewinnung von Taktsignalen und Synchronisation in einem
ATM-Netzwerk durch
eine Einrichtung bereitgestellt, die Proben von Eingangssignalabtastwerten
verwendet, die von einer Verzögerungsleitung
erzeugt werden. Ein lokales Taktsignal mit derselben Frequenz wie
die Frequenz der Übertragung
der Daten wird verwendet, um ein Abtastregister zum Erhalten der
Signalabtastwerte zu takten. Es wird eine Reihe von Flipflops verwendet,
um eine Flankendetektionsschaltung zu konstruieren, mit der das
korrekte Takt-Timing bestimmt wird.
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Kurzfassung der Erfindung
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
werden in den unabhängigen
Ansprüchen
definiert, auf die der Leser nun verwiesen wird. Bevorzugte Merkmale
werden in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Kurz
gefaßt
werden gemäß einem
Aspekt der Erfindung die obigen Ziele erreicht durch Bereitstellung
einer Phasenregelkreisschaltung mit einem Multiplexer, der das Umschalten
zwischen Referenz-Taktfolgen ermöglicht.
Die Phasenregelkreis-Kenngrößen werden
so ausgewählt,
daß der gesteuerte
Oszillator sehr langsam auf Änderungen seiner
Referenzeingangsimpulsfolge reagiert. Dieses langsame Ansprechverhalten
ermöglicht
eine sehr stabile Taktimpulsausgabe, die sich aber gegenüber einer
zweiten Referenzeingangsimpulsfolge nicht schnell ändert. Um
das Ansprechen des Phasenregelkreises der vorliegenden Erfindung
zu verbessern, wird ein Impulssynchronisationsdetektor hinzugefügt, um die
Synchronisation der Referenzeingangsimpulsfolgen und der geregelten
Oszillatortaktausgangsimpulsfolge zu prüfen. Wenn die Eingangs- und
Ausgangsimpulsfolgen um mehr als einen Zyklus unsynchronisiert sind,
werden Impulsblockierer verwendet, um den durch den Phasendetektor
erfaßten
Fehler zu überziehen,
indem entweder ein oder mehrere Referenzeingangsimpulse abgeworfen
werden, um die Fehlerspannung zu überziehen, um die geregelte
Oszillatorfrequenz zu verlangsamen, oder indem ein oder mehrere
Oszillatorausgangssignalimpulse abgeworfen werden, um die Fehlerspannung
zu überziehen,
um die geregelte Oszillatorfrequenz zu beschleunigen. Sobald die Synchronisation
innerhalb eines Zyklus liegt, werden beide Impulsblockierer deaktiviert,
so daß alle
Impulse durchgelassen werden und ein normaler Phasenregelkreisbetrieb
bewirkt wird. Somit wird ein Phasenregelkreis erzielt, der auf Änderungen
anspricht, sich aber auch langsam ändert. Die störungsfreie Umschalteinrichtung
nutzt diese ansprechende und doch stabile Phasenregelkreisschaltung
voll aus, indem Umschaltungen zwischen Referenzimpulsfolgen bis
zu dem Zustand des nächsten
Sync-Impulses gesperrt werden. Auf diese Weise wird eine stabile Taktimpulsfolge
realisiert, eine stabile Sync-Folge aus der stabilen Taktfolge realisiert
und die Sperrschaltung garantiert eine feste Anzahl stabiler Taktimpulse
zwischen Sync-Impulsen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockschaltbild der Timing-Architektur eines ATM-Systems.
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2 ist
ein Funktionsblockschaltbild einer der störungsfreien Umschalteinrichtungen.
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3 ist
ein Logikdiagramm einer in 2 gezeigten
gesteuerten Impulsblockiereinrichtung.
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4 ist
eine Signalformkurve der Funktionsweise der Impulsblockiereinrichtung
von 3.
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5 ist
ein Logikdiagramm eines Vorderimpulsdetektors, der Teil der in 2 gezeigten
Impulssynchronisationsvorrichtung ist.
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6 sind
Signalformkurven der Funktionsweise des in 5 gezeigten
Vorderimpulsdetektors.
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7 ist
ein Logikdiagramm einer Zyklus-Slip-Steuerung, die auch Teil der in 2 gezeigten
Impulssynchronisationsvorrichtung ist.
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8 sind
Signalformkurven der Funktionsweise der in 7 gezeigten
Zyklus-Slip-Steuerung.
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9A und 9B bilden,
wenn sie wie in 10 gezeigt verbunden werden,
ein detailliertes Logikdiagramm der in 2 gezeigten
störungsfreien
Umschalteinrichtung.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Mit
Bezug auf 1 ist ein ATM-System 100 gezeigt.
Das ATM-System 100 ist dual redundant. Es besitzt zwei
Seiten, die äquivalent
sind: Seite 0 und Seite 1. Das ATM-System 100 ist ein Beispiel
für eine Hot-Spare-Anordnung, das heißt, daß jede Seite
und jedes Modul jeder Seite bestromt und bereit zur Durchführung der
erforderlichen Systemfunktion ist. Für die vorliegende Erfindung
ist die interessierende Systemfunktion die Timing-Funktion während einer normalen
eingeplanten Wartung oder Fehlervermeidungsoperation.
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Jede
Seite des ATM-Systems 100 besitzt ein Taktwiedergewinnungsmodul 110, 111.
Das Taktwiedergewinnungsmodul 110 ist mit dem Taktverteilungsmodul 120 der
Seite 0 und außerdem
mit dem Taktverteilungsmodul 121 der Seite 1 verbunden. Ähnlich ist
das Taktwiedergewinnungsmodul 111 mit dem Taktverteilungsmodul 120 der
Seite 1 und außerdem
mit dem Taktverteilungsmodul 121 der Seite 0 verbunden.
Dies ist eine Form der zuvor mit Bezug auf redundante Systeme erwähnten Querverbindungen.
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Das
Taktverteilungsmodul 120 ist mit der störungsfreien Umschalteinrichtung 130 der
Seite 0 und außerdem
mit der störungsfreien
Umschalteinrichtung 131 der Seite 1 verbunden. Ähnlich ist
das Taktverteilungsmodul 121 mit der störungsfreien Umschalteinrichtung 130 der
Seite 1 und außerdem
mit der störungsfreien
Umschalteinrichtung 131 der Seite 0 verbunden. Die störungsfreie
Umschalteinrichtung 130 ist mit Basishardware 140 verbunden. Ähnlich ist
der störungsfreie
Umschalter 131 mit Basishardware 141 verbunden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
sind die störungsfreien
Umschalteinrichtungen 130 und 131 Teil von Basishardwaremodulen 140 bzw. 141.
Die Basishardwareeinheiten 140 und 141 können Koppelfeldschnittstellen,
langsame Datenschnittstellen, Leitungskarten oder andere Vermittlungsschaltungs-Paks
(nicht gezeigt) sein.
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Jede
störungsfreie
Umschalteinrichtung 130, 131 stellt störungsfreies
Umschalten der Timing-Signale für
ihre jeweilige Basishardware 140, 141 entweder
der Seite 0 oder der Seite 1 bereit. Jeder störungsfreie Umschalter 130, 131 kann
ein Umschalten zwischen Mengen von Takt- und Sync-Signalen der Taktverteilungsmodule 120 und 121 bereitstellen, während gleichzeitig
eine nahtlose Menge von Takt- und Sync-Ausgangssignalen für die Basishardware 140 bzw. 141 bereitgestellt
wird.
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Die
ATM-Basishardware 140 und die ATM-Basishardware 141 erfordern
präzise
Timing- und Synchronisationsinformationen. Diese Informationen werden
dem ATM-System 100 als
stabile und verfolgbare externe Referenzen zugeführt. Die Taktwiedergewinnungsschaltungen 110, 111 liefern
die Schnittstelle zu (nicht gezeigten) redundanten externen Quellen
und extrahieren Timing-Informationen daraus. Die Taktwiedergewinnungsschaltungen 110, 111 arbeiten
konzertiert, und sie wählen
eines der externen Eingangssignale als aktive Referenz und das andere
als Standby-Referenz. Timing- und
Steuerinformationen werden zwischen den Taktwiedergewinnungsschaltungen 110, 111 gemeinsam
benutzt, um redundanten Betrieb bereitzustellen.
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Die
Ausgangssignale der Taktwiedergewinnungsschaltungen 110, 111 werden
mit Taktverteilungsschaltungen 120, 121 verbunden. über die mehreren
Schaltanlagen des Systems 100 hinweg können mehr als zwei Taktverteilungsschaltungen verteilt
sein, für
die beispielhafte Ausführungsform von 1 sind
jedoch nur zwei gezeigt. Timing-Informationen aus beiden Taktwiedergewinnungsschaltungen 110, 111 werden
mit jeder Taktverteilungsschaltung 120, 121 verbunden.
Jede der Taktverteilungsschaltungen 120, 121 transformiert
diese Timing-Informationen und gewährt letztendlich ihre Verteilung
zu allen Leitungskarten- und Koppelschnittstellenschaltungs-Paks
auf allen Anlagen des Systems 100. Normalerweise werden
pro Anlage zwei Taktverteilungsschaltungen verwendet, die an jede
Leitungskarte oder Koppelschnittstelle auf dieser Anlage angeschlossen
sind.
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Redundante
Verbindungen sind integral in der Synchronisationsarchitektur des
ATM-Systems 100. Diese Redundanz erfordert die Möglichkeit,
Timing-Referenzen umzuschreiben, ohne Datenfehler zu verursachen.
Eine solche Umschaltung zwischen Referenzen ist eine störungsfreie
Umschaltung. Umschaltungen zwischen Referenzen können aufgrund von diagnostischen
Prüfungen
auftreten (Wartungsumschaltung), oder aufgrund des Ausfalls einer
signalaufwärts
gelegenen Stufe (Fehlerschutzumschaltung). In jedem Fall treffen
die störungsfreien
Umschalteinrichtungen 130, 131 Vorkehrungen zum Steuern
solcher Umschaltoperationen und ermöglichen einen nahtlosen Phasenübergang
zwischen beiden Eingangsreferenzen.
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Nunmehr
mit Bezug auf 2 ist die störungsfreie Umschalteinrichtung 130 der
Seite 0 gezeigt. Die andere störungsfreie
Umschalteinrichtung 131 und etwaige (nicht gezeigte) andere
weisen einen identischen Entwurf und eine identische Funktionsweise
wie die beschriebene repräsentative
störungsfreie
Umschalteinrichtung 130 auf, so daß sie der Kürze halber nicht separat beschrieben
werden. Die störungsfreie
Umschalteinrichtung 130 schaltet zwischen den Takt- und
Sync-Signalen gleicher mittlerer Frequenz um, während die Timing-Beschaffenheit
dieser beiden Signale erhalten wird. Die erforderliche Timing-Beziehung zwischen
den Takt- und Sync-Signalen besteht darin, daß die ansteigende Flanke der
Sync-Signale mit der ansteigenden Flanke des entsprechenden Taktsignals,
die zum selben Zeitpunkt auftreten, getaktet wird.
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Aufgrund
von Verzögerungen
von Einrichtungen und Kabelausbreitung in dem System 100 kann
ein Timing-Versatz von mehreren Nanosekunden auftreten. In bezug
auf die Standard-ATM-Taktraten von 155,52 MHz (6,43 ns) oder 92,16
MHz (10,85 ns) betragen diese Verzögerungen weniger als einen Zyklus.
Wenn zur Auswahl zwischen den Mengen von Taktsignalen und Sync-Signalen
eine einfache Einrichtung des Multiplexertyps verwendet würde, können die
resultierenden Ausgangs-Timing-Signale zu variierenden Taktverhältnissen,
Doppelimpulsen oder Zwergimpulsen führen. Jede Variation der Tastverhältnisbreite
von mehr als ungefähr
200 ps verursacht eine Timing-Störung.
Timing-Störungen
treten auch auf, wenn die Anzahl der Taktzyklen zwischen den Sync-Impulsen
während
eines Umschaltens und nach einem Umschalten nicht konstant-bleibt.
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Die
störungsfreie
Umschalteinrichtung 130 leitet unter Verwendung eines einfachen
Einheitsmultiplikations-PLL und eines Impulsgenerators sowohl Ausgangstakt-
als auch -Sync-Signale aus den Referenzsignalen ab. Zyklusdetektionsschaltkreise
stellen eine „grobe" Phaseneinstellung
bereit, um das Eingangs-Sync-Signal mit dem Ausgangs-Sync-Signal
zu synchronisieren. Diese „grobe" Einstellung wird
durchgeführt,
indem bewirkt wird, daß der
PLL einer Reihe gesteuerter Zyklus-Slips unterzogen wird, bis die
Sync-Signale bis auf weniger als einen Taktzyklus synchronisiert
sind. Sobald die Phaseneinstellung so nahe ist, wird dann eine „feine" Phaseneinstellung
durchgeführt,
wobei der flankengetriggerte Phasendetektor des PLL sowohl die Takt-
als auch die Sync-Signale innerhalb einiger weniger hundert Picosekunden
synchronisiert.
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Die
störungsfreie
Umschalteinrichtung 130 besitzt einen Eingangsmultiplexer 202,
der mit Taktverteilungsschaltungen 120, 121 verbunden
ist und eine Menge von Takt- und Sync-Signalen der Seite 0 und eine
Menge von Takt- und Sync-Signalen der Seite 1 daraus empfangen kann.
Der Eingangsmultiplexer 202 wählt zwischen diesen Mengen
von Takt- und Sync-Signalen aus der Seite 0 oder Seite 1 aus. Die
Umschaltauswahl wird entweder durch Eingangs auswahlüberwachungsvorrichtungen
oder durch einen manuellen Befehl (nicht gezeigt) gesteuert.
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Wenn
sie freigegeben sind, blockieren oder löschen die Impulsblockierungsschaltungen 204, 206 jeden
abwechselnden Impuls. Die Impulsblockiererschaltungen 204, 206 dienen
zum Verkleinern der Frequenz des Eingangstakts oder des Ausgangstakts
jeweils um einen Faktor zwei. Solche Löschungen können den Fehlerbetrag in dem
PLL ändern
und den gesteuerten Oszillator 212 in dem Regelkreis stimulieren,
um schneller oder langsamer zu werden.
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Nunmehr
mit Bezug auf 3 ist eine Ausführungsform
der Impulsblockierungsschaltung 204 gezeigt. Die Impulsblockierungsschaltung
besitzt ein D-Flipflop 302, dessen Dateneingang (D) mit
seinem invertierten Ausgang (NOTQ) verbunden ist. Mit dem asynchronen
Reset (R) des D-Flipflops 302 ist ein Steuersignal verbunden.
Das Timing-Eingangssignal wird mit dem Eingang eines Inverters 304 und
mit einem Eingang eines AND-Gatters 306 verbunden. Der
Ausgang des Inverters 304 wird mit dem Takteingang des
D-Flipflops 302 verbunden. Der invertierte Ausgang (NOTQ)
des D-Flipflops 302 wird mit einem zweiten Eingang des
AND-Gatters 306 verbunden. Der Ausgang der Impulsblockierungsschaltung 204 ist
der Ausgang des AND-Gatters 306. Wenn das Steuersignal
für den
Rücksetzeingang
des Flipflops 302 eine logische 1 ist, sind die Signale
Clock Out und Clock In identisch. Denn dieses Steuersignal eine
logische 0 ist, werden abwechselnde Eingangsimpulse des Eingangsimpulsfolgensignals
gelöscht, was
zu einem Ausgangssignal der Impulsblockierungsschaltung 204 führt, das
weniger Impulse als ihr Eingangssignal aufweist. Die Funktionsweise
der Impulsblockierungsschaltung und ihre Signalformen sind in 5 gezeigt.
Die Impulsblockierungsschaltung 206 ist in bezug auf logische
und Impulsblockierungsfunktionsweise mit der Impulsblockierungsschaltung 204 identisch.
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Wieder
mit Bezug auf 2 ist der Phasendetektor 208 ein
flankengetriggerter Phasendetektor, wovon in der PLL-Technik viele
bekannt sind. Der Phasendetektor 208 besitzt einen ersten
Eingang, der mit dem Ausgang der Impulsblockierungsschaltung 204 verbunden
ist, und einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang der Impuls blockierungs-(Abwerf-)Schaltung 206 verbunden
ist. Die Ausgabe des Phasendetektors 208 repräsentiert
die Differenz zwischen den beiden Signalen an seinen Eingängen. Dies
ist eine Art von Fehlersignal, die von dem PLL zur Durchführung von
Frequenz- und/oder Phaseneinstellungen verwendet wird.
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Der
Ausgang des Phasendetektors 208 ist mit einem Eingang des
Filters 210 verbunden, das bei einer bevorzugten Ausführungsform
ein aktives Tiefpaßfilter
einer zweiten Ordnung ist. Das Filter 210 wird speziell
so abgestimmt, daß es
die gewünschte Schleifendynamik-Funktionsweise bereitstellt.
Eine etwaige für
den Schleifenbetrieb erforderliche Verstärkung kann als Teil des Filters 210 bereitgestellt werden.
Wichtige Schleifenparameter, die in der Regel beim Entwurf eines
Filters wie etwa des Filters 210 berücksichtigt werden, sind die
Phasendetektor-Verstärkungskonstante,
die VCO-Verstärkungskonstante,
der Rückkopplungsteiler,
Eigenfrequenz und Dämpfungskonstante
(Zeta). Solche PLL-Parameter
sind in der Technik wohlbekannt.
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Der
Ausgang des Filters 210 wird mit einem Steueranschluß eines
gesteuerten Oszillators 212 verbunden. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform ist
der gesteuerte Oszillator 210 ein spannungsgesteuerter
Oszillator, der auf eine Mittenfrequenz (z.B. 155,52 MHz oder 92,16
MHz) abstimmbar ist und einen minimalen Einfangbereich von ±20 ppm
aufweist. Der Ausgang des gesteuerten Oszillators 212 ist
der Taktausgang der störungsfreien
Umschalteinrichtung 130.
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Der
Ausgang des gesteuerten Oszillators 212 wird außerdem durch
die Impulsblockierungsschaltung 206 an den zweiten Eingang
des Phasendetektors 208 rückgekoppelt. Dadurch wird die Schleife
des PLL geschlossen. Dieser PLL unterscheidet sich aufgrund der
Funktionsweise der Impulsblockierungsschaltungen 204 und 206 und
der Steuerschaltungen der Impulsblockie rungsschaltungen 204 und 206,
die Teil der Impulssynchronisationsvorrichtung 216 sind,
von Standard-PLL.
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Außerdem ist
mit dem Ausgang des gesteuerten Oszillators 212 ein Eingang
einer 1/N-Impulsschaltung 214 verbunden. Die 1/N-Impulsschaltung 214 gibt
nach N Zyklen des Ausgangssignals des gesteuerten Oszillators einen
Sync-Impuls aus. N wird so gewählt,
daß die
1/N-Impulsschaltung 214 an
ihrem Ausgang ein 8-kHz-Sync-Impulssignal
produziert. Somit ist für
eine Taktrate von 155,52 MHz N = 19.440 und für eine Taktrate von 91,16 MHz
N = 11.520. Würde
eine andere Sync-Impulsrate,
wie zum Beispiel 2 kHz, verwendet, wäre N für einen solchen Fall für eine Taktrate
für 155,52
MHz 77.760 und für
eine Taktrate von 93,16 MHz 46.080. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
enthält
die 1/N-Impulsschaltung
einen Zähler
zum Bereitstellen der Funktion des Teilens durch N. Es könnte entweder
ein Aufwärts-
oder ein Abwärtszähler verwendet werden.
Die Breite des von der 1/N-Impulsschaltung produzierten Sync-Impulses
wird so gesteuert, daß sie
gleich einer Taktperiode der entsprechenden Taktfrequenz ist. Zusätzlich soll
der Impuls auf die Ausgabe der 1/N-Impulsschaltung 214 mit dem
Ausgangstaktsignal aus dem gesteuerten Oszillator 212 für präzises Takt-
und Sync-Timing
getaktet werden.
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Der
Ausgang der 1/N-Impulsschaltung 214 ist neben dem Umstand,
daß er
der Sync-Impulsausgang ist, auch mit einem Eingang der Impulssynchronisationsvorrichtung 216 verbunden.
Die Impulssynchronisationsvorrichtung 216 erfaßt die Phasendifferenz
zwischen dem Eingangs-Sync-Signal
der Impulssynchronisationsvorrichtung 216 und dem Sync-Ausgangssignal
der 1/N-Impulsschaltung 214 und stellt die Frequenz des
PLL so ein, daß eine
Phasendifferenz von weniger als 1 Taktzyklus zwischen ihnen besteht.
Die Phasendifferenz wird durch die in 5 gezeigte
Meßschaltung 500 erfaßt. Dies
Meß schaltung 500 ist
Teil der Impulssynchronisationsvorrichtung 216.
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Die
1/N-Impulsschaltung besitzt einen zweiten Ausgang, der durch die
Leitung 215 zurück
mit dem Multiplexer 202 verbunden ist. Das Signal auf der
Leitung 215 ist ein Steuersignal, das den Multiplexer 202 davon
abhält,
zwischen Referenzsignalmengen umzuschalten, bis die derzeitige Division durch
N abgeschlossen ist. Dies soll verhindern, daß etwaige Störungen während einer
Wartungsumschaltung zwischen Signalmengen auftreten, indem die Umschaltung
zwischen zwei Sync-Impulsen und die Probleme, die auftreten können, verhindert
werden. Das Sperrsignal auf der Leitung 215 wirkt sich
nicht auf die Umschaltung des Multiplexers im Fall eines Fehlers
aus, die asynchron und so schnell wie möglich ist. Der Grund für ein schnelles
Umschalten aufgrund eines Fehlers besteht darin, die Wahrscheinlichkeit
einer Verfälschung
von Daten soweit wie möglich
zu reduzieren.
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Nunmehr
mit Bezug auf 2 und 5 wird die
Funktionsweise der Meßschaltung 500 erläutert. Die
Meßschaltung 500 liefert
ein Signal an die Ausgänge
A' oder B' abhängig davon,
welches Sync-Signal vor dem anderen Sync-Signal kommt. Wenn das
Eingangs-Sync-Signal aus dem Multiplexer 202 vor dem Ausgangs-Sync-Signal
der 1/N-Impulsschaltung 214 kommt, muß die gesteuerte Oszillatorfrequenz
zunehmen, was bedeutet, daß eine PLL-Beschleunigung
erforderlich ist. Wenn das Eingangs-Sync-Signal aus dem Multiplexer 202 dem Ausgangs-Sync-Signal der 1/N-Impulsschaltung
hinterherhinkt, muß ähnlich die
Frequenz des gesteuerten Oszillators 212 abnehmen, was
bedeutet, daß eine
PLL-Verlangsamung erforderlich ist. Das Signal auf dem Ausgangs
A' oder B' bleibt für die Dauer
der Phasendifferenz aktiv. Diese Funktionsweise der Schaltung 500 ist
durch die Signalformkurven von 6 dargestellt.
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7 zeigt
eine zweite Meßschaltung 700. Die
Meßschaltung 700,
die der zweite Teil der Impulssynchronisationsvorrichtung 216 ist,
ist mit den Signalen A' und
B' aus der Meßschaltung 500 von 5 verbunden
und verwendet diese und stellt Steuerung für die Impulsblockierungsschaltungen 204, 206 bereit.
Eine Aktivierung der Impulsblockierung in der Vorwärtskopplungsrichtung
des PLL, d.h. des Impulsblockierers 204, bewirkt, daß die Frequenz
des PLL abnimmt. Ähnlich
bewirkt eine Aktivierung der Impulsblockierung in der Rückkopplungsrichtung
des PLL, d.h. des Impulsblockierers 206, daß die Frequenz
des PLL zunimmt. Durch diese Funktionsweise kann der PLL der störungsfreien
Umschalteinrichtung 130 seine Frequenz auf eine erste Weise
so einstellen, daß sie
mit jeglichen Referenztakt- und -Sync-Signalen, mit denen sie verbunden
ist, phasengleich ist.
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Die
Meßschaltung 700 überwacht
außerdem die
relative Phase des Eingangstaktsignals aus dem Multiplexer 202 und
des Ausgangstaktsignals des gesteuerten Oszillators 212.
Sollte die Beschleunigungs- oder Verlangsamungssteuerung aktiv werden,
wird die entsprechende Steuerung an die Ausgänge A'' oder
B'' angelegt, bis entweder
ein Zyklus-Slip zwischen dem Eingangstaktsignal aus dem Multiplexer 202 und
dem Ausgangstaktsignal des gesteuerten Oszillators 212 auftritt
oder entweder die Beschleunigungs- oder Verlangsamungssteuerung inaktiv
wird (ANMERKUNG: Beschleunigung und Verlangsamung sind bei Aktivierung
binäre
Komplemente und können
wenn überhaupt
nur für
kurze Übergangszeiten
beide aktiv sein). Ein Beispiel für die Funktionsweise der Meßschaltung 700 ist
in den Signalformkurven von 8 dargestellt.
Somit kann der PLL der störungsfreien
Umschalteinrichtung 130 seine Frequenz auf eine zweite
Weise einstellen, um mit jeglichen Referenztakt- und -Sync-Signalen,
mit denen er verbunden ist, phasengleich zu sein. Die Funktionsweise
der Impulssynchronisationsvorrichtung 216 verwendet beide
Meßschaltungen 500 und 700,
um Phasendifferenzen zwischen der aktiven Menge von Referenztakt-
und -Sync-Signalen und der Menge von Takt- und Sync-Signalen, die
von der störungsfreien
Umschalteinrichtung 130 ausgegeben wird, zu messen und
zu korrigieren.
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9A und 9B zeigen
in einem ausführlichen
Logikdiagramm eine Ausführungsform
der störungsfreien
Umschalteinrichtung 130. Mit Ausnahme der Details des Multiplexers 202 und
der 1/N-Impulsschaltung 214 wurden alle diese Details oben
beschrieben. Somit zeigen 9A und 9B die
Integration aller zuvor beschriebenen Schaltungen, um die Funktionen
der störungsfreien
Umschalteinrichtung bereitzustellen.
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Systembetrieb:
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Der
störungsfreie
Umschalter besitzt zwei definierte Betriebsarten: den Zyklusakquisitionsmodus
und den stationären
Modus.
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Während des
Zyklusakquisitionsmodus wird die Phase des Ausgangs-Sync-Signals
eingestellt, bis sie mit dem Eingangs-Sync-Signal bis auf einen Taktzyklus
synchronisiert ist. Der Zyklusakquisitionsmodus tritt für ein anfängliches
Schleifenherauffahren auf, oder nach einem Umschaltübergang,
wenn sich das Eingangs-Sync-Signal
und das Ausgangs-Sync-Signal um mehr als einen Taktzyklus unterscheiden.
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Die
Phaseneinstellung wird hauptsächlich durch
die Impulssynchronisationsvorrichtung 216 gesteuert und
durch die Impulsblockiererschaltungen 204, 206 ausgeführt. Wie
bereits beschrieben, aktiviert die Impulssynchronisationsvorrichtung 216 den entsprechenden
Impulsblockierer. 204, 206 für die Dauer der Phasendifferenz
zwischen dem Eingangs-Sync und dem Ausgangs-Sync für mindestens einen
Zyklus-Slip zwischen den Eingangstakt- und den Ausgangstaktsignalen.
Die Impulsblockierung löscht
abwechselnde Taktimpulse entweder in dem Rückkopplungs- oder in dem Vorwärtskopplungsweg des
PLL und bewirkt effektiv, daß die
Frequenz des gesteuerten Oszillators des PLL zunimmt oder abnimmt.
Sobald die Phasendifferenz zwischen dem Eingangs-Sync-Signal und
dem Ausgangs-Sync-Signal innerhalb eines Taktzyklus liegt, hört der Impulsblockierer
mit dem Blockieren oder Löschen
abwechselnder Impulse auf und erlaubt, daß sich der PLL stabilisiert.
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Der
stationäre
Modus tritt auf, wenn das Eingangs-Sync-Signal und das Ausgangs-Sync bis auf einen
Taktzyklus synchronisiert sind. Sobald der stationäre Modus
besteht, wird die gesamte Schleifensteuerung durch den flankengetriggerten
Phasendetektor bereitgestellt. Die Impulsblockiererschaltungen 204, 206 löschen in
diesem Modus keine abwechselnden Impulse. Während des stationären Modus verhält sich
deshalb die PLL-Schleife im klassischen Sinne ohne Effekt aus den
Impulsblockierern 204, 206 oder der Impulssynchronisationsvorrichtung 216. Wie
bereits erwähnt,
ist ein Filter zweiter Ordnung ein Beispiel für ein geeignetes Filter.
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Es
versteht sich nun, daß ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines störungsfreien
Umschaltens zwischen redundanten Timing-Signalen offenbart wurden.
Obwohl die Erfindung insbesondere mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen
dargestellt und beschrieben wurde, versteht sich für Fachleute,
daß verschiedene Änderungen
der Form, Details und Anwendungen daran vorgenommen werden können. Zum
Beispiel können Filter
verschiedener Ordnung verwendet werden, und es können auch stromgesteuerte Oszillatoren verwendet
werden.