Устройство формирования тактовых сигналов

 

Использование: в области цифровых систем связи, в вычислительных устройствах для обработки данных, где требуется высокая надежность. Сущность изобретения: устройство формирования тактовых сигналов содержит рабочий и резервный источник 1,2 тактовой частоты, преобразователи 3,4 входного сигнала в последовательность импульсов с частотой следования, равной или кратной тактовой частоте, сумматор 6, фильтр 7, преобразователь напряжения 9, преобразователь напряжения - ток 9. В изобретении решается задача исключения потерь информации при формировании резервного тактового сигнала простыми средствами. 8 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области цифровых систем связи и может быть использовано в вычислительных устройствах для обработки данных, где требуется высокая надежность.

Известны устройства для генерирования синхронизирующих сигналов, содержащие основной синхронизирующий генератор, два резервных синхронизирующих генератора, выходы которых соединены с входами первого сумматора непосредственно, с входами второго сумматора через преобразователи спектра (ограничители), третий сумматор, входы которого подключены к выходам первого и второго сумматоров, а также выходной формирователь синхронизирующих импульсов (1). В известном устройстве необходимы три тактовых сигнала.

В изобретении решается задача исключения потерь информации при деформировании резервного тактового сигнала простыми средствами.

На фиг.1 представлена схема суммирования тактовых сигналов.

На фиг. 2 представлена векторная диаграмма суммирования тактовых сигналов.

На фиг.3 представлена структурная электрическая схема устройства формирования тактовых сигналов.

На фиг.4 представлен пример принципиальной электрической схемы формирователя тактовых сигналов.

На фиг. 5 пример цифровой схемы устройства формирования тактовых сигналов.

Устройство формирования тактовых сигналов содержит рабочий источник 1 тактовой частоты, резервный источник 2 тактовой частоты (фиг.1, 3, 5), первый и второй и третий преобразователи 3, 4, 5 входного сигнала в последовательность импульсов с частотой следования, равной или кратной тактовой частоте, сумматор 6 (фиг.1, 3, 5), фильтр 7 (фиг.5), преобразователь напряжения 8 (фиг.3), преобразователь напряжения ток 9 (фиг.3).

Устройство формирования тактовых сигналов работает следующим образом. На первый преобразователь 3 поступает тактовый сигнал TS_b от рабочего источника 1 тактовой частоты, на вход второго преобразователя 4 поступает сигнал TS_e от резервного источника 2 тактовой частоты. Сигналы TS_b и TS_e преобразуются в первом и втором преобразователях 3, 4 в последовательности импульсов с частотой, равной или кратной тактовой частоте, которые суммируются в сумматоре 6, требуемые гармоники фильтруются фильтром 7 и подаются на третий преобразователь 5. После второго преобразователя 4 амплитуда выбранной гармоники может быть уменьшена, например, наполовину, как показано на фиг.2. Полученные рабочий и резервный спектральные сигналы S_e и S_b суммируются в сумматор 6, на выходе фильтра 7 получается результирующая выбранная гармоника S_r, которая подается на третий преобразователь 5, где снова преобразуется, например, в прямоугольный сигнал. На выходе имеет место результирующий тактовый сигнал TS_r. Представленная на фиг.2 векторная диаграмма действительна для соотношения амплитуд 2:1 рабочего S_b и резервного S_e спектрального сигнала. Разность фаз между упомянутыми спектральными сигналами в соответствии с разностью фаз между тактовыми сигналами может находиться в пределах 0^o 180^o. При одинаковости фаз оба сигнала суммируются в максимальный результирующий сигнал S_rmax, при противоположности фаз остается лишь минимальный результирующий сигнал S_rmin. Пока имеются в наличии оба спектральных сигнала, могут получаться лишь колебания фаз d_m 30^o. Чем меньше резервный спектральный сигнал S_e, тем меньше эти колебания фаз. При выпадении рабочего тактового сигнала TS_b и тем самым при выпадении рабочего спектрального сигнала остается резервный спектральный сигнал, однако он должен быть в состоянии отрегулировать третий преобразователь 5. Поэтому благоприятным является соотношение S_b S_e > 1,5. Очень благоприятно соотношение 2:1, потому что как при выпадении TS_b, так и при тактовых сигналах противоположных фаз, результирующий сигнал S_r одинаков. Как показано на фиг.4 преобразователи 3, 4 являются усилителями V₁ и V₂ которые работают как ограничители, а в случае необходимости могут служить преобразователями уровня.

К выходу второго преобразователя 4 подключен преобразователь напряжения 8 (фиг.4), к выходу сумматора 6 на фиг.3 подключен преобразователь напряжение-ток 9 (WU1). Спектральные сигналы S_b и S_e в виде прямоугольных сигналов суммируются и через преобразователь напряжение-ток 9 (WU1) поступают в фильтр 7 (F1), выполненный в виде колебательного контура, резонансная частота которого совпадает с выбранными гармониками, из которых получается результирующий тактовый сигнал. Таким образом реализуется суммирование прямоугольных сигналов и отфильтровывание желаемых гармоник. Согласно векторной диаграмме при выпадении рабочего тактового сигнала TS_b, как правило, можно придти к тому, что скачок фаз будет меньше 180^o. С помощью третьего преобразователя 3, который преобразует спектр, этот скачок фаз, однако, преобразуется в изменение фаз, протекающее непрерывно (при этом свойства колебательного контура и регулирование определяют скорость изменения). Кроме того, при большой неблагоприятной разнице фаз (при этом самой неблагоприятной является разница фаз 180^o, при которой происходит скачок фаз между рабочим спектральным сигналом и резервным рабочим сигналом) имеется возможность сдвинуть резервный сигнал на эту фазу.

Устройство формирования тактовых сигналов согласно фиг.4 содержит усилители-ограничители V₁, V₂ (10,11), трансформаторы 12, 13, резисторы 14, 15, транзистор 16, LC колебательный контур 17, трансформатор 18, усилитель-ограничитель V₃ (19), транзистор 20.

Рассмотрим работу принципиальной электрической схемы устройства формирования тактовых сигналов согласно фиг.4. К двум усилителям-ограничителям 10, 11 подводятся тактовые сигналы TS_b и TS_e через трансформаторы 12, 13. Выходы усилителей-ограничителей через соответствующие резисторы (14, 15) R₁ или R₂ (резистор R₂ 2R₁) соединены с эмиттером транзистора 16, который работает по схеме с общей базой. Коллектор транзистора управляет LC колебательным контуром (17), индуктивность которого образована третьим трансформатор 18. К вторичной обмотке этого трансформатора подключен третий усилитель-ограничитель 19, выходы которого управляют другим транзистором 20, который работает как преобразователь уровня и на своем коллекторе выдает результирующий тактовый сигнал TS_r. На фиг.5 показан пример выполнения устройства формирования тактовых сигналов, в котором первый и второй преобразователи входных сигналов в последовательность импульсов с частотой, равной или кратной тактовой частоте выполнены с возможностью регулирования ширины импульсов. На фиг. 5 показана возможность включения на выходе одного из усилителей-ограничителей V₁V₂ (21, 22) преобразователя ширины импульсов (23, 24).

На выходе усилителя-ограничителя V₂ (22) включен преобразователь ширины импульсов WI2 (24). Логический сумматор 6 выполнен в виде логического сумматора. При выше указанном выполнении преобразователей 3, 4 устройство формирования тактовых сигналов работает следующим образом.

С выхода одного из усилителей-ограничителей сигнал поступает на логический сумматор 6, который может быть выполнен, например, в виде элемента ИЛИ, непосредственно, а с выхода другого усилителя-ограничителя сигнал на вход логического сумматора поступает через преобразователь ширины импульсов WI2 24, который сокращает, например, логическую "1" импульсов тактового сигнала TS_e. Если совпадают логические "единицы" обоих тактовых сигналов, то проходит только рабочий тактовый сигнал TS_e. Если же, наоборот, логическая "единица" несимметричного тактового сигнала TS_e совпадает с логическим "0" рабочего тактового сигнала, то соответственно получится измененный в соответствии с функцией элемента ИЛИ выходной сигнал. Должно быть обеспечено, что при выпадении такта, соответствующий вход логического сумматора поддерживается на логическом "0", чтобы избежать блокирование дугового такта. В фильтре 7 осуществляется отфильтрование основной гармоники, а в третьем преобразователе 5 сигнал спектрально преобразуется и формируется результирующий тактовый сигнал. Точно также можно отфильтровать высшую гармонику. Чтобы избираемые спектральные компоненты составляли бы максимальную составляющую часть, чтобы затраты на фильтр были незначительными, необходимо выбрать требуемое соотношение параметров схемы. Если желаемая спектральная составляющая не содержится в тактовых сигналах, то ее получают с помощью преобразователей ширины импульсов 23, 24.

Таким образом, результирующий тактовый сигнал обладает высокой степенью надежности, поскольку при формировании используется резервированный сигнал, при этом отсутствует скачок фазы при пропадании одного из входных сигналов. Такое устройство формирования тактовых сигналов может использоваться в устройствах синхронизации в системах связи.

Формула изобретения

1. Устройство формирования тактовых сигналов, содержащее последовательно соединенные рабочий источник тактовой частоты и первый преобразователь входного сигнала в последовательность импульсов с частотой следования, равной или кратной тактовой частоте, последовательно соединенные резервный источник тактовой частоты и второй преобразователь входного сигнала в последовательность импульсов с частотой следования, равной или кратной тактовой частоте, третий преобразователь входного сигнала в последовательность импульсов с частотой следования, равной или кратной тактовой частоте, и сумматор, при этом выходы первого и второго преобразователей входного сигнала в последовательность импульсов с частотой следования, равной или кратной тактовой частоте, подключены к соответствующим входам сумматора, отличающееся тем, что в него введен фильтр, вход которого подключен к выходу сумматора, при этом выход фильтра соединен с входом третьего преобразователя входного сигнала в последовательность импульсов с частотой следования, равной или кратной тактовой частоте, выход которого является выходом результирующего тактового сигнала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый и второй преобразователи входного сигнала в последовательность импульсов с частотой следования, равной или кратной тактовой частоте, выполнены каждый в виде усилителя-ограничителя.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый и второй преобразователи входного сигнала в последовательность импульсов с частотой следования, равной или кратной тактовой частоте, выполнены каждый в виде триггера.

4. Устройство по п.1, или 2, или 3, отличающееся тем, что выход первого преобразователя входного сигнала в последовательность импульсов с частотой следования, равной или кратной тактовой частоте, и(или) выход второго преобразователя входного сигнала в последовательность импульсов с частотой следования, равной или кратной тактовой частоте, подключены (подключен) к соответствующему входу сумматора через преобразователь напряжения.

5. Устройство по п. 1, или 2, или 3, отличающееся тем, что амплитуды выходных сигналов первого и второго преобразователей входного сигнала в последовательность импульсов с частотой следования, равной или кратной тактовой частоте, относятся соответственно как 2 1.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что амплитуды выходных сигналов одного из преобразователей входного сигнала в последовательность импульсов с частотой следования, равной или кратной тактовой частоте, и одного из преобразователей напряжения или амплитуды выходных сигналов двух преобразователей напряжения относятся как 2 1.

7. Устройство по одному из пп.1 6, отличающееся тем, что сумматор выполнен на транзисторе, который включен по схеме с общей базой, при этом к эмиттеру транзистора подключены первые выводы первого и второго резисторов, вторые выводы которых являются входами сумматора, а в цепь коллектора транзистора включен колебательный LC- контур.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый и второй преобразователи входного сигнала в последовательность импульсов с частотой следования, равной или кратной тактовой частоте, выполнены каждый в виде преобразователя входного сигнала в последовательность импульсов с частотой следования, равной или кратной тактовой частоте, с возможностью изменения ширины импульсов, а сумматор выполнен в виде логического сумматора.

9. Устройство по п.1 или 8, отличающееся тем, что фильтр выполнен в виде колебательного LC-контура.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5