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Die Erfindung betrifft eine Nachlaufregelvorrichtung zur Regelung der Drehphase eines um- laufenden Körpers, wobei Bezugssignale geliefert und Befehlssignale in einem vorgegebenen Phasen- verhältnis zur Drehphase des umlaufenden Körpers erzeugt werden, ein Phasenvergleicher die
Befehlssignale mit den Bezugssignalen vergleicht und ein binäres Fehlersignal liefert, das nur erste und zweite diskrete Werte besitzt, die ein voreilendes bzw.
nacheilendes Phasenverhältnis der Bezugssignale und der Befehlssignale anzeigt, eine Phasenregelstufe, die einen Eingang be- sitzt, um das binäre Fehlersignal zu empfangen, ein vorgegebenes Phasenverhältnis der Bezugs- signale und der Drehphase des umlaufenden Körpers errichtet und in Abhängigkeit von den beiden diskreten Werten des binären Fehlersignals aufeinanderfolgende Drehphasen-Beschleunigungs- und
Bremsignale liefert, und eine Ansteuerregelstufe auf diese Drehphasen-Beschleunigungs-und Brems- signale anspricht, um in der Drehphase des umlaufenden Körpers entsprechende schrittweise Änderungen zustande zu bringen, um das vorgegebene Phasenverhältnis zwischen der Drehphase des umlaufenden Körpers und den Bezugssignalen aufrecht zu erhalten.
Um die Rotationsphase einer umlaufenden Magnetkopftrommel bei einem Videobandaufnahme- gerät mit Hilfe einer Servovorrichtung zu regeln, kann man entweder eine analoge Servoschal- tung oder eine digitale Servoschaltung benutzen.
Eine typische analoge Phasensteuer-Servovorrichtung liefert ein analoges Signal, z. B. einen
Gleichspannungspegel, welcher der Phasendifferenz zwischen einem Bezugsimpuls und einem weiteren
Impuls entspricht, wobei der weitere Impuls der tatsächlichen Phase oder Winkelstellung der um- laufenden Aufnahme-oder Wiedergabeköpfe entspricht. Das analoge Signal wird seinerseits dazu benutzt, die Drehgeschwindigkeit oder Phase der umlaufenden Köpfe zu regeln.
Bei einer analogen Servoschaltung ist eine Phasenkompensationsschaltung vorhanden, um die mit geringeren Frequenzen auftretenden Phasenabweichungen anzuheben, damit die relativ langsamen Phasenänderungen ausgeglichen werden, welche auf die Drift der Gleichspannung zurück- zuführen sind. Zu einer solchen Schaltung gehört normalerweise eine Integrationsschaltung mit einer relativ langen Zeitkonstante, die dazu dient, trapezförmige Wellen mit relativ langen ge- neigten Abschnitten zu erzeugen, die mittels eines Bezugsimpulses abgetastet werden. Zwar ermöglicht es eine solche Schaltung, relativ langsame Änderungen auszugleichen, die durch die
Drift der Gleichspannung hervorgerufen werden, doch spricht sie auf Einschwingvorgänge nur schlecht an.
Somit ist eine analoge Servoschaltung für die relativ schnellen Phasenschwankungen unempfindlich, die zu Synchronisationsstörungen und einer Instabilität des Bildes führen. Allerdings sind analoge Servoschaltungen im allgemeinen ziemlich einfach aufgebaut und im Vergleich zu den typischen bekannten digitalen Phasenregelungs-Servovorrichtungen mit geringen Kosten herstellbar.
Zu einer typischen digitalen Phasenregelungs-Servoschaltung gehört eine Einrichtung zur digitalen Darstellung der Phasendifferenz zwischen einem Bezugsimpuls und einem Steuer- bzw.
Regelimpuls, der synchron mit der Drehung der rotierenden Magnetkopftrommel des Videobandaufnahmegeräts erzeugt wird. Das so gewonnene digitalisierte Signal wird verwendet, um die Drehgeschwindigkeit oder die Phase der drehbaren Magnetkopftrommel zu regeln. Eine solche digitale Servovorrichtung spricht auf langsame Phasenänderungen an, ohne dass es erforderlich ist, einen Phasenkompensator mit langer Zeitkonstante zu benutzen. Auch das Ansprechen auf Einschwingvorgänge ist im Vergleich zu einer analogen Servoschaltung erheblich besser.
Leiter treten jedoch bei einer digitalen Phasenservovorrichtung Quantisierungsfehler auf, da der Phasenfehler jeweils bis aus die nächste binäre Zahl quantisiert wird, und da Phasenkorrektursignale in Form einer abgestuften Spannung erzeugt werden. Solche Quantisierungsfehler treten auf, wenn die für eine Phasenkorrektur erforderliche Spannung zwischen zwei getrennten Spannungsstufen liegt. Quantisierungsfehler führen zu einem sogenannten Quantisierungsrauschen, das seinerseits Anlass zu Synchronisationsstörungen gibt, so dass sich die Qualität des durch das Videobandaufnahmegerät wiedergegebenen Bildes verschlechtert.
Um die durch das Quantisierungsrauschen hervorgerufenen Synchronisationsstörungen zu unterdrücken, war es bis jetzt erforderlich, die Spannungsabstufungen dadurch zu verkleinern, dass man die Anzahl der Bits in dem quantisierten Phasenkorrektursignal vergrössert. Beim Einsetzen der Drehbewegung oder jeweils dann, wenn der Aufnahmekopf einen nicht bespielten Teil des
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Magnetbandes überstrichen hat und dann beginnt, einen bespielten Teil des Bandes zu überstreichen, besteht die Gefahr, dass die Rotationsphase des Magnetkopfes weitgehend von der Phase des Bezugs- signals verschieden ist.
Um die drehbaren Magnetköpfe in die richtige Rotationsphase zu bringen, während die Anzahl der Spannungspegelabstufungen gering gehalten wird, ist es bis jetzt erforder- lich, eine weitere Vergrösserung der Anzahl der Bits vorzunehmen, um ein Ansprechen auf einen so grossen Phasenfehler zu ermöglichen.
Wenn z. B. eine schnelle Phasenkompensation ähnlich wie bei einer analogen Servoschaltung erreicht werden soll, muss die Digitierungseinrichtung mit 15 bis 20 Bits arbeiten, woraus sich eine erhebliche Verteuerung der Schaltung ergibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und mit geringen Kosten herstellbare
Servovorrichtung zum Regeln der Rotationsphase eines umlaufenden Körpers, z. B. der drehbaren
Aufnahme- und Wiedergabeköpfe eines Videobandaufnahmegeräts zu schaffen, die sowohl auf nieder- frequente Phasenfehler, z. B. die Gleichspannungsdrift, als auch auf hochfrequente Phasenfehler, z. B. Synchronisationsstörungen, anspricht. Ferner soll eine verbesserte digitale Phasenservovorrichtung der genannten Art geschaffen werden, bei der die Wirkungen des normalerweise bei digitalen Servovorrichtungen auftretenden Quantisierungsrauschens auf ein Minimum verringert werden, damit sich eine höhere Bildstabilität bei einem Videobandaufnahmegerät erzielen lässt.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Ansteuerregelstufe eine regelbare Stufe aufweist, die mit einer Koinzidenzstufe verbunden ist und der eines der Befehls- und Bezugssignale zugeführt wird, in Abhängigkeit von einem binären Steuerpegel, der an einem Steuereingang der Stufe anliegt, um ein abgeleitetes Signal zu liefern, das einer vorgegebenen Anzahl des einen der Befehlssignale und der Bezugssignale entspricht, sowie eine Betätigungsstufe aufweist, die auf die vorgegebene Anzahl von Änderungen des binären Fehlersignals zwischen ersten und zweiten Pegeln zum Vorsehen eines binären Steuerpegels anspricht, um das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Drehphasen-Beschleunigungs- oder Bremssignalen automatisch zu verlängern, das auf die vorgegebene Anzahl von Änderungen des binären Fehlersignals folgt.
Nachdem der umlaufende Körper in Phase mit dem Bezugssignal gebracht worden ist, wird ein stabiler phasenstarrer Zustand aufrecht erhalten. Sobald die richtige Phasenlage erreicht ist, tritt ein Frequenzteiler in Tätigkeit, um das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Phasenkorrekturen zu verlängern, so dass das bei der digitalen Servovorrichtung auftretende Quantisierungsrauschen möglichst weitgehend ausgeschaltet wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung steuert das digitale Zählergebnis des Zählers eines verstellbare Verzögerungseinrichtung, die auf Impulse eines Kippimpulsgenerators wirkt, welche die Rotationsphase der umlaufenden Aufnahme- und Wiedergabeköpfe eines Videobandaufnahmegeräts anzeigen, und die so verzögerten Impulse werden dazu verwendet, eine Steuerschaltung zu betätigen, welche die Drehzahl des die drehbaren Magnetköpfe antreibenden Motors regelt, so dass die Veränderungen der Verzögerung der Impulse die erforderliche Phasenkorrektur bezüglich der umlaufenden Magnetköpfe bewirken.
Bei einer andern Ausführungsform der Erfindung ist eine analoge Schleifenschaltung vorhan-
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werden, und dass sich die Phasenlage mit höherer Genauigkeit bestimmen lässt. Zu der analogen Schleifenschaltung, die als Servoeinrichtung eine grobe Phasenverriegelung bewirkt, gehört eine Phasenkomparatorschaltung, welche die Phasendifferenz zwischen dem Bezugssignal und einem Kippimpuls ermittelt, der die Rotationsphase der drehbaren Magnetköpfe anzeigt, und der durch die Verzögerungseinrichtung der digitalen Phasenservoeinrichtung verzögert worden ist.
Der Phasenunterschied zwischen dem Bezugssignal und dem auf variable Weise verzögerten Kippimpuls regelt dann die Ausgangsfrequenz eines Oszillators mit variabler Frequenz, der seinerseits das Phasensignal bestimmt, welches dazu dient, einen Dreiphasenmotor zu treiben, wodurch die Rotationsphase der drehbaren Magnetköpfe geregelt wird.
Bei dieser Ausführungsform hat die analoge Schleifenschaltung eine kürzere Integrationszeitkonstante, und sie spricht gut auf hochfrequente Phasenschwankungen an. Die analoge Schleifenschaltung kompensiert hochfrequente Phasenfehler, und die digitale Phasenservoeinrichtung ge-
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währleistet ein genaues Ansprechen auf niederfrequente Phasenfehler. Somit ist es zweckmässig, eine analoge Schleifenschaltung mit einer digitalen Phasenservoschaltung zu kombinieren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt : Fig. 1 das Blockschaltbild einer Ausführungsform einer digitalen Phasenservoschaltung nach der Erfindung ; die Fig. 2A bis 21 jeweils eine Wellenform zur Erläuterung der Wirkungsweise der Ausführungsform nach Fig. l ; und Fig. 3 das Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Servovorrichtung nach der Erfindung.
In Fig. l ist eine erfindungsgemässe digitale Phasenservoschaltung --100-- für ein Videobandaufnahmegerät dargestellt ; zu dem Gerät gehört ein Magnetband --T--, das durch drehbare Magnetköpfe --H1 und H2-- abgetastet wird, die durch einen Motor-l-angetrieben werden. Ein Impuls-
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der Phasenverschiebung, die durch die verstellbare Verzögerungseinrichtung --3-- herbeigeführt wird.
Einer Eingangsklemme --11-- der ditalen Phasenservorrichtung --100-- werden Bezugssignale Pa zugeführt, die zu einer Klemme --Cp-- einer Kippschaltung --21-- gelangen. Einer weiteren Eingangsklemme --12-- werden Befehlssignale Pb zugeführt, die über einen Verstärker --2-- zu einer Klemme --D-- der Kippschaltung --21-- sowie zu einem Frequenzteiler bzw. einer Abwärtszählschaltung--23--gelangen. Solange ein binäres Ausgangssignal Sd am Ausgang --Q-einer Kippschaltung --17-- schwach ist oder den Wert 0 hat, kommt die Frequenzteilerschaltung - nicht als Frequenzteiler zur Wirkung, und daher lässt sie bei jedem Auftreten eines Befehlssignals Pb abgeleitete Befehlssignale Pe zu einem ersten UND-Gatter --24-- und einem zweiten UND-Gatter --25-- gelangen.
Hat das Ausgangssignal Sd den Wert 1, tritt der Frequenz- teiler-23-in Tätigkeit, um abgeleitete Befehlssignale Pe in Intervallen zu liefern, die einer Folge entsprechen, welche eine vorbestimmte Anzahl von Befehlssignalen Pb enthält.
Gemäss Fig. l weist die Kippschaltung --21-- Ausgänge --Q und Q-- auf, die an zugehörige Eingänge der beiden UND-Gatter --24 und 25-- angeschlossen sind. Der Ausgang des ersten UND-
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an die Abwärtszählklemme des Zählers --15-- angeschlossen ist. Das digitale Zählergebnis des Zählers --15-- wird der verstellbaren Verzögerungseinrichtung --3-- zugeführt, welche die Signale des Impulsgenerators --P-- zum Treiben der Steuerschaltung --4-- um einen Betrag verzögert, der sich nach dem Zählergebnis des Zählers --15-- richtet.
Der Ausgang --Q-- der Kippschaltung --21-- liefert ein binäres Signal Sc für eine Differenzierstufe --18--, die in Abhängigkeit von Änderungen des Pegels des Signals Sc einen Impuls Ph an einen Aufwärtszähler --16-- abgibt, welcher ein Signal einem Setzeingang --S-der Kippschaltung --17-- zuführt, um diese immer dann zu setzen, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Änderungen des binären Pegels --Sc-- stattgefunden hat. Wird die Kippschaltung --17- gesetzt, erscheint an ihrem Ausgang --Q-- das Signal Sd für den Frequenzteiler 23.
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Folge, die eine vorbestimmte Anzahl von Befehlsimpulsen --Pb-- enthält.
Nachstehend ist die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 näher erläutert.
Wenn ein Aufnahmevorgang dadurch begonnen wird, dass ein nicht dargestellter Aufnahme-
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köpfe liefert, und die über einen Verstärker --2-- zu der verstellbaren Verzögerungseinrichtung --3-- der digitalen Phasenservoeinrichtung--100--gelangen ; auf der Basis dieses Vergleichs wird ein Phasenkorrektursignal einer Antriebssteuerschaltung --45-- zugeführt, bei der es sich um einen dreiphasigen Motorantrieb handeln kann.
Gemäss Fig. 3 werden die Bezugssignale Pa einer Schaltung--30--zum Erzeugen von Trapez- wellen zugeführt, die an eine Abfrage- und Halteschaltung --41-- eine Folge von entsprechenden geneigten Wellenformen abgibt. Der Impuls bzw. das Signal des Impulsgenerators --P--, das durch die verstellbare Verzögerungseinrichtung --3-- um einen Betrag verzögert wird, der sich nach dem Zählergebnis des Aufwärts/Abwärts-Zählers--15--richtet, wird der Abfrage- und Halte- schaltung --41-- als Abfrageimpuls zugeführt. In Abhängigkeit von dem der Verzögerungsein- richtung --3-- entnommenen Signal oder Impuls hält die Schaltung --41-- einen Abschnitt des geneigten Teils der durch die Schaltung --30-- erzeugten Wellenform fest.
Durch die Schaltung --41-- wird dieser Abschnitt der geneigten Wellenform einem Integrator--42-- zugeführt, der seinerseits einen Spannungspegel liefert, welcher einem verstellbaren Oszillator --43-- zugeführt wird, dessen Ausgangsfrequenz sich nach der zugeführten Gleichspannung richtet. Das Ausgangs- signal des verstellbaren Oszillators --43-- wird dann einem Phasenmodulator--44--zugeführt, um dessen Ausgangsphase zu regeln, welche der Antriebssteuerschaltung --45-- zugeführt wird, um die Phase des Motors --46-- zu regeln. Es ist ersichtlich, dass die Wellenformungsschaltung - und die Abfrage- und Halteschaltung --41-- praktisch als Phasenkomparator arbeiten, um die Phase des Bezugssignals Pa mit der Phase des Signals aus der Verzögerungseinrichtung --3-- zu vergleichen.
Zwar ist bei der Ausführungsform nach Fig. 3 die Antriebssteuerschaltung--45--für einen
Dreiphasenmotor bestimmt, und der Motor --46-- ist ein Dreiphasenmotor, doch liegt es auf der Hand, dass man an Stelle der Elemente --45 und 46--auch eine andere Steuereinrichtung und einen andern Antrieb verwenden könnte, z. B. eine Gleichspannungsregeleinrichtung und einen Gleichstrommotor. Es ist ersichtlich, dass die in Verbindung mit der digitalen Phasenservoeinrich- tung --100-- verwendete analoge Schleifenschaltung --200-- ausserdem die Synchronisationsstörungen und andere Schwankungen auf ein Minimum verringert, die durch das Quantisierungsrauschen der digitalen Phasenservoeinrichtung --100-- verursacht werden.
Die Verwendbarkeit der vorstehend beschriebenen digitalen Servovorrichtungen beschränkt sich nicht auf die Regelung der Rotationsphase der umlaufenden Magnetköpfe eines Videobandaufnahmegeräts, sondern die Erfindung lässt sich auch bei verschiedenen andern Servosteuerschaltungen anwenden.
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