DE1263842C2 - Schaltungsanordnung zum Regenerieren und Synchronisieren von Informationssignalen in einem Umlaufspeicher - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Int. Cl.

Gllc

Deutsche Kl.: 21 al - 37/58

Nummer: 1 263 842

Aktenzeichen: R 35020IX c/21 al Anmeldetag: 25. April 1963 Auslegetag: 21. März 1968 Ausgabetag: 10. Oktober 1968 Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Regenerieren und Synchronisieren von Informationssignalen in einem Umlaufspeicher mit vorzugsweise akustischer Verzögerungsleitung für die nullwertfreie Aufzeichnung, wobei die Informätionssignale zwei verschiedene Pegel annehmen können.

Bei Umlaufspeichern oder Umlaufregistern mit Verzögerungsleitung, sogenannten Laufzeitspeichern, wird dem Eingang der Verzögerungsleitung ein Wort oder eine Bitkombination zugeführt, und das am Ausgang der Verzögerungsleitung erscheinende Wort wird dann durch geeignete elektronische Schaltungen aufgearbeitet, um anschließend erneut dem Eingang der Verzögerungsleitung zugeführt zu werden. Im Rückführzweig wird das Informationssignal verstärkt, um die durch die Verzögerungsleitung eingeführte Dämpfung zu kompensieren, und anschließend wird das Informationssignal in seiner ursprünglichen Form wiederhergestellt oder regeneriert sowie synchronisiert. Eine eindeutige zeitliche Zuordnung des gespeicherten Wortes ist eine der wesentlichsten Anforderungen an ein solches System.

Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt bei solchen Laufzeitspeichern ist die maximale Speicherkapazität, d. h. die maximale Anzahl von Informationsbits, die in einer bestimmten UmIaufzeit gespeichert und im Umlauf gehalten werden können. Die Speicherkapazität eines Laufzeitspeichers hängt von der Art der Aufzeichnung der Information ab. Eine Möglichkeit, digitale Informationen aufzuzeichnen, ist das sogenannte »Zurück-auf-Null-Verfahren« (return-tozero- oder RZ-Verfahren)! bei dem die binären Einsen durch Stromimpulse bestimmter, z. B. positiver Polarität dargestellt werden, während binäre Nullen durch Stromimpulse der entgegengesetzten, in diesem Fall also negativen Polarität dargestellt werden, oder bei dem binäre Einsen durch Stromimpulse und binäre Nullen durch die Abwesenheit von Stromimpulsen dargestellt werden. In beiden Fällen kehrt der Strom nach der Aufzeichnung eines Bits auf den Wert Null zurück.

Eine andere Möglichkeit ist das sogenannte »nullwertfreie Verfahren« (non-return-to-zero- oder NRZ-Verfahren). Unter diesem Begriff werden eine Reihe von Aufzeichnungsverfahren zusammengefaßt, bei denen der Strom zum Aufzeichnen der Information in entsprechender Weise umgeschaltet wird, wobei die Stromamplitude jedoch keine nennenswerte Zeitspanne auf dem Wert Null verbleibt.

Nullwertfreie Verfahren sind im allgemeinen vorzuziehen, da die Kapazität der Verzögerungsleitung

Schaltungsanordnung zum Regenerieren und Synchronisieren von Informationssignalen in einem Umlaufspeicher

Patentiert für:

Radio Corporation of America, New York, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt, 8000 München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Robert Gong Moy, Haddonfield, N. J.; Morton Silverberg, Riverton, N. J. {V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 11. Mai 1962 (193 923)

darin größer, ist als bei Anwendung tines RZ-Aufzeichnungsverfiihrens.

Viele bekannte Laufzeitspeicher oder -registei arbeiten mit akustischen Verzögerungsleitungen. Dii Information wird dabei häufig als Bitfolgi gespeichert, in der Impulse Einsen und die Abwesenheit von Impulsen Nullen kennzeichnen. Bei jedem Impuls liefert ein Leitungstreiber für die Dauer eines Bruchteils einer Mikrosckiinde Hochfrequenzenergie an einen Wandler am senderseitigen Ende der Verzögerungsleitung. Nach einer der Gesamtverzögerung der Leitung entsprechenden Zeitspanne erreicht der so erzeugte akustische Imptl·» den Empfangs wandler, der daraufhin eine Spannung abgibt, die wahrgenommen und verstärkt werden kann. Der verstärkte Impuls wird dann mittels eines LJhrimpulses durch eine Tor- oder Gatterschaltung geschleust und geformt und erneut in die Ver zögerungsleitung eingespeist. Die gespeicherte Infoimation läuft auf diese Weise ununterbrochen um und kann jeweils beim Wiedereinführen herausgelccii werden.

Man hat bisher magnetostriktive Quecksilber- und Ultraschall-Verzögerungsleitungen in Laufzeit- od ι Umlaufregistcrn bzw. -speichern verwendet, die jedoch alle hinsichtlich der Tcmperalurstabilit.il sowie der Speicherkapazität zu wünschen übriglassen.

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Zudem konnte man Ultraschall-Verzögerungsleitungen bisher nur bei solchen Anlagen verwenden, die mit RZ- oder Zurück-auf-Null-Aufzeichnung arbeiten.

Die Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, einen Umlaufspeicher oder ein Umlaufregister mit vorzugsweise akustischer Verzögerungsleitung so auszubilden, daß er sich für die Speicherung von Information nach dem nullwertfreien Aufzeichnungsverfahren eignet.

Das hierbei auftretende Problem besteht darin, daß die Ausgangssignale der Verzögerungsleitung, die in Form von jeweils Sinusperioden oder Sinushalbperioden für jeden Übergang zwischen den beiden möglichen Pegeln des Eingangssignals auftreten, einmal auf die ursprüngliche Form der Eingangssignale zurückgebracht, d. h. regeneriert, und zum anderen mit, den Eingangssignalen in eine bestimmte zeitliche Beziehung gebracht, d.h. synchronisiert werden müssen.

Um diese Aufgabe zu lösen, sieht die Erfindung vor, daß der die nullwertfreien Informationssignale empfangenden Verzögerungsleitung, die an ihrem Ausgang für jeden Übergang zwischen den beiden Pegeln des Informationssignals mindestens eine Halbperiode einer Wechselschwingung mit einer der Richtung des Übergangs entsprechenden Polarität erzeugt, ein Schmitt-Trigger nachgeschaltet ist, der an seinem Ausgang die regenerierten Informationssignale liefert; daß an den Ausgang des Schmitt-Triggers die Hintereinanderschaltung zweier Dioden mit negativer Widerstandscharakteristik mit ihrer Kathoden-Anoden-Verbindung angekoppelt ist; daß über dieses Diodenpaar ein mit fester Kippfrequenz arbeitender Multivibrator geschaltet ist, der die Dioden mit Impulsen entgegengesetzter Polarität beliefert; und daß an der Kathoden-Anoden-Verbindung der beiden Dioden die synchronisierten Informationssignale in Form bipolarer Signalimpulse abgenommen werden, die nach erneuter Regenerierung dem Eingang des Umlaufspeichers wieder zugeleitet werden können.

Der Multivibrator wird dabei vorzugsweise durch eine im Megahertzbereich arbeitende frequenzkon-.tantc Impulsquelle synchronisiert. Als Dioden mit negativer Widerstandscharakteristik verwendet man vorzugsweise Tunneldioden, die nach Art eines symmetrischen Paares geschaltet und bistabil vorgespannt sind, so daß sie jeweils einen Niederspannungs- und einen Hochspannungszustand einnehmen können und beim Umschalten des Multivibrators mit dessen Kippfrequenz vom einen in den anderen stabilen Zustand geschaltet werden.

Ein Ausf ührungsbeispiel der Erfindung ist an Hand der Zeichnung nachstehend beschrieben. Es zeigt

F i g. I ein Blockschaltbild eines Umlaufregisters gemäß der Erfindung,

F i g. 2 ein Schaltbild einer Abfrage- und Synchronisierschaltung gemäß der Erfindung für den Umlauf eines nullwertfreien oder statischen Signals,

F i g. 3 eine graphische Darstellung des Verlaufes von Signalen, die im Betrieb des in F i g. 1 dargestellten Registers auftreten,

F i g. 4 ein Schaltbild eines anderen Triggerkreises, der an Stelle eines Teiles der in Fig. I dargestellten Rückführschleife verwendet werden kann und

F i g. 5 eine graphische Darstellung der Strom-Spannungs-Kennlinie des in F i g. 4 dargestellten Triggerkreises.

Das in F i g. 1 dargestellte Umlaufregister enthält eine Verzögerungsleitung 24, der ein nullwertfreies Informationssignal zugeführt wird. Die Verzögerungsleitung 24 kann eine Ultraschalleitung sein, beis spielsweise eine Leitung mit einem festen Medium, wie geschmolzenem Silicium oder geschmolzenem. Quarz (siehe beispielsweise »High Frequency Ultrasonic Delay Lines«, Solid State Journal, March 1961). Das nullwertfreie Signal (im folgenden kurz NRZ-Signal) kann beispielsweise von einem Magnetband stammen und einem Gatter 30 zugeführt werden, das Speicheradressierkreiseingänge besitzt. Das NRZ-InformationssignaI ist durch irgendwelche geeigneten Mittel, wie einen Oszillator 12, mit einer UhrimpuIs-

IS quelle synchronisiert, so daß die Information zeitlich richtig in das Register eingeschrieben und aus diesem herausgelesen werden kann. Das NRZ-Informationssignal umfaßt einen ersten PegeL der die Binärziffer 1 darstellt, einen zweiten Pegel, der eine

ίο binäre O darstellt und eine Übergangsflanke zwischen diesen beiden Pegeln. Fig.3, a zeigt ein statisches oder NRZ-Signal.

Wenn das Gatter 30 aufgetastet ist, gelangt das Informationssignal zu einer Treiberstufe 22, die ein Eingangssignal mit hohem Stromwert an die Verzögerungsleitung liefert. Die Treiberstufe 22 kann ein bekannter, ' komplementärer Emitterverstärker sein (siehe z. B. R. Hurley, »Jynction Transistor Electronics«, Chapter 9, p. 184, Fig. 9.10). Das Ausgangssignal der Treiberstufe 22 wird dem Eingang der Verzögerungsleitung 24 zugeführt. Das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung 24 enthält für jeden Übergang des in Fig. 3, b dargestelltenNRZ-SignaIs mindestens eine HaIbperiode einer Sinusschwingung.

3$ Das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung 24 wird einem Breitband- oder Videoverstärker 26 zugeführt, durch den die Dämpfung der Verzögerungsleitung, die etwa 60 db bei einer Frequenz voir 20 MHz beträgt, kompensiert wird und der eine Inversion des Ausgangssignals der Verzögerungsleitung bewirken kann. Als Breitbandverstärker kann ein rückgekoppelter, hochverstärkender Verstärker, wie er in der Fernsehtechnik üblich ist, verwendet werden (siehe z. B. R. Hurley, »Junction Tran-

*5 sistor Electronics«, Chapter 14, p. 269, Fig. 14-3). Das Ausgangssignal des Breitbandverstärkers wird einem Schmitt-Trigger 28 zugeführt. Der Schmitt-Trigger 28 kann in einem leitenden und in einem gesperrten Zustand arbeiten, was durch einen Leitungs- bzw. Sperrschwellwert bestimmt wird. Der Trigger 28 bleibt im leitenden Zustand, bis das Eingangssignal unter den Sperrschwellwert fällt.

Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 28 wird einer Synchronisierschaltung 10 zugeführt. Die Synchronisierschaltung umfaßt eine Uhrimpulsquelle, z. B. einen Oszillator 12, ferner einen durch den Oszillator 12 gesteuerten, frei schwingenden Multivibrator 14 und einen Diodenkreis 16 mit einem Paar gekoppelter Tunneldioden. Der Multivibrator 14 und der Diodenkreis 16 werden in Verbindung mit F i g. 2 'noch genauer erläutert. Der Oszillator kann in bekannter Weise geschaltet sein (siehez.B. R.Hurley, »Junction Transistor Electronics«, Chapter 17, p. 319).

Dem Diodenkreis 16 wird sowohl das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 28 als auch das des Multivibrators 14 zugeführt. Das Ausgangssignal des Diodenkreises ist eine Reihe von Impulsen, die beide

Polaritäten annehmen können, wie in Fig. 3/ dargestellt ist, und die Polarität der jeweiligen Impuls.-gruppen wird durch die Übergangsflanke des NRZ-Signals vom Schmitt-Trigger 28 bestimmt. Die von den Dioden gelieferten Impulse haben außerdem die gleiche Frequenz wie die Uhrimpulse.

Das Ausgangssignal des Diodenkreises wird über einen Gleichspannungsverstärker 18, der eine hohe Eingangsimpedanz hat, auf einen zweiten Schmitt-Trigger 20 gekoppelt. Dieser zweite Schmitt-Trigger arbeitet wie der oben beschriebene erste Schmitt-Trigger, und sein Ausgangssignal stellt ein regeneriertes oder wiederhergestelltes NRZ-Signal dar, das durch die dem Diodenkreis zugeführten Uhrimpulse erneut synchronisiert worden ist.

Das wiederhergestellte NRZ-SignaI vom zweiten Schmitt-Trigger 20 wird dem Gatter 30 zugeführt, das aufgetastet ist, so daß ein neuer Umlauf beginnt und so fort.

F i g. 2 zeigt den Aufbau des Schmitt-Triggers 28 und der Synchronisierschaltung 10 einschließlich Oszillator 12, Multivibrator 14 und Diodenkreis 16.

Der Schmitt-Trigger 28 enthält Transistoren 214, 216. Die Kollektorelektrode 130 des Transistors 214 ist über eine Versteilerungsspule 406 und einen Widerstand 86 an eine Klemme + V₁ einer Spannungsquelle und über einen mit einem Kondensator 54 parallelgeschalteten Widerstand 87 an die Basiselektrode 136 des Transistors 216 angeschlossen. Die Emitterelektrode 126 des Transistors 214 und die Emitterelektrode 134 des Transistors 216 sind über einen Widerstand 90 mit einem auf Bezugspotential liegenden Schaltungspunkt, der hier als Masse dargestellt ist, verbunden. Die Kollektorelektrode 132 des Transistors 216 ist über einen Widerstand 92 an die Klemme + V₁ der Spannungsquelle angeschlossen. Die Basiselektrode 136 des Transistors 216 liegt über einen Widerstand 88 an einer Klemme — V₁ einer Spannungsquelle.

Der Schmitt-Trigger wird an der Basiselektrode 128 des Transistors 214 durch das Potential an der Emitterelektrode 120 eines Transistors 212 gesteuert, die direkt an die Basiselektrode 128 angeschlossen und über einen Widerstand 82 mit der Klemme + V_x verbunden ist. Die Kollektorelektrode des Transistors 212 liegt über einen Widerstand 84 an der Klemme — V₁ der erwähnten Spannungsquelle.

Der Transistor 212 ist durch einen aus Widerständen 78, 80, die in Reihe zwischen die Klemme + V₁ und Masse geschaltet sind, bestehenden Spannungsteiler so vorgespannt, daß er normalerweise leitet. Über einen Kondensator 52 wird das Ausgangssignal des in F i g. 1 dargestellten Breitbandverstärkers 26 auf die Basiselektrode 122 des Transistors 212 gekoppelt, die an den Verbindungspunkt der Widerstände 78, 80 angeschlossen ist. Die Kollektorelektrode 132 des Transistors 216 stellt die Ausgangsklemme des Schmitt-Triggers 28 dar und ist über einen Widerstand 96 an eine SignaIkIemmea des Diodenkreises 16 in der Synchronisierschaltung 10 angeschlossen.

Der Ausgang des Oszillators 12 ist mit dem Multivibrator 14 über einen Kondensator 40 gekoppelt, der an die Basiselektrode 102 eines Transistors 200 angeschlossen ist. Ein Widerstand 60 verbindet die Basiselektrode 102 des Transistors 200 mit Masse. Die Emitterelektroden 104, 110 der Transistoren 200 bzw. 210 sind über einen Widerstand 66 mit der Klemme — V₁ der Vorspannungsquelle verbunden. Die Transistoren 200, 210 sind über Kreuz miteinander gekoppelt, indem die Basiselektrode 102 des Transistors 200 über einen Kondensator 46 mit der Kollektorelektrode 106 des Transistors 210 und die Basiselektrode 108 über einen Kondensator 42 mit der Kollektorelektrode 100 gekoppelt sind.

Die Kollektorelektrode 100 des Transistors 200, die die Ausgangsklemme d des Multivibrators darstellt, ist über einen Widerstand 62 an die Klemme + V₁ der Spannungsquelle und über einen mit einem Widerstand 70 in Reihe geschalteten Kondensator 48 an die Anode 103 einer Tunneldiode 300 angeschlossen. Die Kollektorelektrode 106 des Transistors 210,

is die eine Ausgangsklemme e des Multivibrators 14 bildet, ist über einen Widerstand 64 mit der Klemme + V₁ und über einen mit einem Widerstand 76 in Reihe geschalteten Kondensator 50 an die Kathode einer Tunneldiode 310 im Diodenkreis 16 verbunden.

Die Tunneldiode 300 ist durch einen ihre Anode 103 mit der SpannungsqueiIe + V₁ verbindenden Widerstand 72 bistabil vorgespannt, d. h., sie hat zwei bistabile Arbeitspunkte. Die Kathode 105 der Tunneldiode 300 ist mit Masse verbunden. Die Tunneldiode 310 ist bistabil vorgespannt, indem ihre Kathode 107 über einen Widerstand 74 mit der Spannungsquelle — V₁ verbunden ist. Die Anode 109 der Tunneldiode 310 liegt an Masse. Die Anode 103 der Tunneldiode 300 ist über einen mit einem Kondensator 55 in Reihe geschalteten Widerstand 97 mit einer Stromversorgungsklemme c verbunden, die durch die Anode 111 einer Tunneldiode 314 gebildet wird. Die Kathode 107 der Tunneldiode 310 ist über einen mit einem Widerstand 94 in Reihe geschalteten Kondensator 56 mit einer Klemme b einer Stromquelle verbunden, die durch die Kathode 117 der Tunneldiode 312 gebildet wird.

Die Tunneldioden 312, 314 sind nach Art eines verriegelten oder synchronisierten Paares in an sich bekannter Weise in Reihe geschaltet; die Anode 115 der Tunneldiode 312 ist dabei mit der Kathode 113 der Tunneldiode 314 verbunden. Tunneldiodenschaltungen dieser Art sind beispielsweise in der französischen Patentschrift 1 246 094 vom 27. 1. 1960 (Erfinder Arthur W. Lo.) beschrieben.

Die in der Mitte zwischen den Tunneldioden 312, 314 liegende Signalklemmeo erhält vom Schmitt-Trigger 28 ein Eingangsstromsignal und liefert ein Ausgangssignal in Form einer Reihe von bipolaren Impulsen. Die Klemme b ist mit Masse über einen Schwingkreis gekoppelt, der aus der Parallelschaltung einer Spule 400 mit einem Kondensator 58 besteht. Der Schwingkreis stellt eine Masseverbindung für die Tunneldiode 312 dar und ist auf die Frequenz der Verzögerungsleitung abgestimmt, er verhindert eine Belastung der Multivibrator-Tunneldioden-Schaltung. Die Klemme c ist über einen entsprechenden Parallelresonanzkreis, der eine Spule 402 und einen Kondensator 59 enthält und ebenfalls auf die Frequenz der Verzögerungsleitung abgestimmt ist, mit Masse verbunden.

Im Betrieb wird dem Eingang der Verzögerungsleitung 24 (Fig. 1) e 'si NRZ-Informationssignal zugeführt. Ein NRZ-Informationssignal ist beispielsweise in der Kurve a nach F i g. 3 dargestellt, es repräsentiert das Wort 11010001101, das in Umlauf gehalten werden soll. Das NRZ-Signal umfaßt einen Signalpegel m, der der Binärziffer 1 entspricht, einen

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Signalpegel η, der der Binärziffer O entspricht, Übergänge s vom Pegel η auf den Pegel m, also positiver Polarität, und Übergänge r der entgegengesetzten Polarität vom Pegel m zum Pegel n.

Das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung ist in der Kurvefe nach Fig. 3 dargestellt. Es enthält für jeden Übergang oder jede Impulsflanke des NRZ-Signals mindestens eine Halbperiode einer Sinusschwingung. Die Polarität der sinusförmigen Halbschwingung entspricht der Polarität des Über- j ο ganges oder Spannungssprunges, der die Verzögerungsleitung zum Ansprechen gebracht hatte. Die Kurve b nach F i g. 3 zeigt beispielsweise das Ansprechen auf ein Signal, das die Bits 1101 darstellt. Die Verzögerungsleitung spricht auf den Übergangs »5 in Form einer vollen Periode einer Sinusschwingung an, die eine positive Halbschwingung und eine negative Halbschwingung umfaßt, und sie spricht auf den Übergang r in Form einer vollen Periode einer Sinusschwingung an, die jedoch umgekehrte Polarität be- ao sitzt.

Die Frequenz der Informationssignale, die der Verzögerungsleitung zugeführt werden, beträgt bei dem vorliegenden Beispiel 20 MHz und ist gleich dem Reziproken der maximalen Periode T (Kurve a »5 in F i g. 3). Die maximale Periode ist gleich dem Doppelten der Breite einer Zelle. Die Breite einer Zelle ist gleich der minimalen Zeit, in der das Signal zur Darstellung einer Binärziffer auf einem Pegel verbleibt. Die Dämpfung des Ausgangssignals der Verzögerungsleitung hängt von der Frequenz ab und beträgt bei einer Arbeitsfrequenz von 20 MHz ungefähr 60 db.

Das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung wird dem Breitbandverstärker 26 zugeführt, der es auf einen Pegel verstärkt, der von den Schwe^-Ilwertpegeln des angeschlossenen Schmitt-Triggers 28 abhängt. Die Schwellwertpegel sind in der Kurve c nach Fig. 3 durch die strichpunktierten Linien x, y angedeutet. Der Breitbandverstärker kann eine Signal- umkehr bewirken, je nachdem, wieviel Stufen verwendet werden. Wie aus Fig. 3, c ersichtlich ist. liefert der Breitbandverstärker hier ein Ausgangssignal, das bezüglich des Eingangssignals um 180° in der Phase verschoben ist. Der Maßstab der Signalamplituden der Kurven h und c in Fig. 3 entspricht nicht der tatsächlichen Verstärkung des Breitbandverstärkers und hat auch keine Beziehung zu den Maßstäben der anderen Signale.

Das Ausgangssignal des Breitbandverstärkers wird dem in F i g. 2 genauer dargestellten Schmitt-Trigger 28 zugeführt. Der Transistor 212 ist als Emitterverstiirker geschaltet und dient zur Anpassung der verhältnismäßig hohen Ausgangsimpedanz des Breithandverstärkers an die verhältnismäßig kleine Ein- gangsimpedanz des Schmitt-Triggers 28.

Der Transistor 212 ist so vorgespannt, daß er normalerweise leitet. Die Transistoren 214, 216 bilden einen bistabilen Kreis. Dieser Kreis soll als »leitend« bezeichnet werden, wenn der Transistor 216 leitet und als »gesperrt«, wenn der Transistor 216 gesperrt ist. Der Tiansistor 214 befindet sich immer im entgegengesetzten Lcitungszustand wie der Transistor 216. Der Schmitt-Trigger hat einen Leitungsschwellwert entsprechend der strichpunktierten Geraden ν in F ι g. 3. c und einen Sperrschwellwert entsprechend der strichpunktierten Linie v. Die Schwellwerte des Triggers entsprechen Spaniuingspegeln am Emitter

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120 des Transistors 212, die sich mit der Amplitude und Polarität des der Basis 122 zugeführten Signals ändern.

Vor dem Zuführen des in F i g. 3, α graphisch dargestellten Wortes zur Verzögerungsleitung 24 wird der Schmitt-Trigger 28 in leitenden Zustand gebracht. Wenn das in F i g. 3, c dargestellte Signal der Basis 122 des Transistors 212 zugeführt wird, erhöht die erste Sinushalbschwingung, die dem Spannungssprung r entspricht, den Stromfluß im Transistor 212. Die Spannung am Emitter 120 dieses Transistors wird dadurch stärker negativ, der Transistor 214 wird infolgedessen noch weiter in den Sperrbereich ausgesteuert, und der Schmitt-Trigger 28 verbleibt im bisherigen Leitungszustand.

Wenn sich die Polarität des in Fig. 3, c dargestellten Signals ändert, nimmt der Stromfluß im Transistor 212 ab, und wenn er den Sperrschwellwert χ unterschreitet, wird der Transistor 214 leitend, so daß der Transistor 216 gesperrt wird. Die Ausgangsspannung am Kollektor 132 des Transistors 216 entspricht der Binärziffer 1, wenn der Transistor 216 gesperrt ist und der Binärziffer 0, wenn der Transistor 216 leitet.

Das in F i g. 3, c dargestellte Signal erreicht nach Überschreiten des Schwellwertes .r ein positives Maximum und wird dann wieder negativer, bevor es jedoch den Schwellwert y erreicht, erzeugt ein Spannungssprung r eine neue Sinushalbschwingung derselben Polarität, so daß das in F i g. 3, c dargestellte Signal wieder positiver wird und erneut über den Schwellwert χ ansteigt. Der Schmitt-Trigger 28 arbeitet im Sperrzustand und spricht daher nicht auf diese Sinushalbschwingung an, so daß das Ausgangssignal an der Kollektorelektrode 132 weiterhin einer binären 1 entspricht.

Das in Fig. 3, c dargestellte Signal wird dann negativer, und wenn es den Leitungsschwellwert y überschreitet, wird die Spannung am Emitter 120 des Transistors 212 negativ genug, um den Transistor 214 sperren zu können, wodurch der Transistor 216 leitend wird. Die Ausgangsspannung am Kollektor 132 entspricht dann einer binären 0. In entsprechender Weise spricht der Schmitt-Trigger 28 auf den Rest des Wortes an und stellt das der Verzögerungsleitung 24 zugeführte statische NRZ-InformationssignaI wieder her. Wie aus der in Fig. 3, c dargestellten Kurve ersichtlich ist, bleibt oder wird der Schmitt-Trigger 28 am Ende des der Verzögerungsleitung zugeführten Wortes leitend und bleibt in diesem Zustand, bis ihm das nächste Wort von der Verzögerungsleitung zugeführt wird.

Die ausgezogene Kurve in F i g. 3, e stellt die Uhrimpulse dar. die der Klemme c des Diodenkreises 16 von der Anode 103 der Tunneldiode 300 zugeführt werden.

Der Oszillator 12 steuert den Multivibrator 14 mit einer Frequenz' von 40 MHz, dem Doppelten der normalen Wiederholungsfrequenz der Verzögerungsleitung. Der Multivibrator 14 schwingt frei und liefert komplementäre Ausgangssignale an den Klemmen d und e. Die Ausgangssignale werden von den Klemmen d und e auf die Tunneldioden 300 bzw. 310 gekoppelt. Die Vorspannung der Tunneldioden 300. 310 ist so gewählt, daß in beiden Bereichen positiven Widerstandes der Kennlinie stabile Arbeitspunkte möglich sind, so daß die Tunneldioden bistabil arbeiten. Die Tunneldiode 300 erhält eine

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positive Vorspannung -f V₁ und die Tunneldiode 310 eine negative Vorspannung — V_v Die Ausgangssignale von den Klemmen d und e schalten die Tunneldioden 300 und 310 vom stabilen Arbeitspunkt im Niederspannungsbereich in den stabilen Arbeitspunkt im Hochspannungsbereich und zurück mit der Frequenz des Oszillators 12. Die der Klemme c zugeführten Signale sind also die Impulse, die in Fig. 3,e ausgezogen dargestellt sind, und stellen die Umschaltung des Leitfahigkeitszustandes der Tunneldiode 300 dar. Die Signale, die der der Klemme b als Ergebnis der Umschaltung des Leitungszustandes der Tunneldiode 310 zugeführt werden, besitzen die entgegengesetzte Polarität der in Fig.3, e dargestellten Signale. Die den Klemmen b und c zugeführten Signale stellen gegenphasige Treibetsignale der Frequenz des Oszillators 12 dar.

Die Tunneldioden 312, 314 bilden ein symmetrisches, miteinander starr gekoppeltes Paar. Wenn an der Signalklemme a kein Eingangssignal anliegt, ist die Spannung an der Klemme a niedrig, und der durch die Dioden fließende Strom hängt von den den unteren Klemmen b, c zugeführten Spannungen ab. Die Spannungen an den Klemmen b, c sind gegenphasig und besitzen gleiche Amplitude, so daß das Paar im Idealfall symmetrisch ist; die Amplitude der Spannung ist so bemessen, daß beide Dioden im Niederspannungsbereich positiven Widerstandes der Kennlinie arbeiten.

Wenn der Signalklemmee ein Signalstrom zugeführt wird, wird das Diodenpaar unsymmetrisch, d. h., der Arbeitspunkt einer der Dioden rückt näher an den -Kennlinienhöcker. Wenn der Strom in die Klemmee hineinfließt, nähert sich der Arbeitspunkt der Diode 312 dem Höcker. Wird nun ,dem Diodenpaar ein Uhrimpuls zugeführt, so schaltet die Diode, deren Arbeitspunkt näher am Höcker liegt, in den Hochspannungsbereich positiven Widerstandes. Das an der Klemmea abnehmbare Ausgangssignal ist in Fig. 3,/ dargestellt. Das Signal ist bipolar, und die Polarität der einzelnen Impulse hängt von der Polarität des der SignaIklemmee zugeführten Signals ab, wie bereits erläutert wurde, und die Signalfrequenz ist die gleiche wie die Uhrfrequenz.

Wenn der Schmitt-Trigger 28 gesetzt ist, was vor dem Eintreffen des in F i g. 3, a graphisch dargestellten Wortes von der Verzögerungsleitung 24 der Fall ist, wird das Diodenpaar von dem Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 28 so vorgespannt, daß sich der Arbeitspunkt der Tunneldiode 314 näher am Höcker befindet. Die den Klemmen fc, c zugeführten Uhrimpulse bewirken, daß die Tunneldiode 314 vom Niederspannungsbereich positiven Widerstandes in den Hochspannungsfjereich positiven Widerstandes schaltet und eine Reihe von negativen ImpulsenZ liefert, die in F i g. 3, / dargestellt sind.

Die Signalklemme a ist über einen Verstärker 18 mit dem zweiten Schmitt-Trigger 20 verbunden, der in gleicher Weise aufgebaut sein kann, wie der Schmitt-Trigger 28. Wie Fig. 3, g zeigt, wird das Ausgangssignal des Diodenpaares 16 durch den Verstärker 18 invertiert. Die Amplituden der in F i g. 3, / und 3, g dargestellten Signale sind nur der Einfachheit halber gleich groß dargestellt.

Die Impulsgruppe Z (Fig. 3, f) wird durch den Verstärker 18 invertiert und schaltet den Schmitt-Trigger 20 in den gesperrten Zustand, so daß das

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Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 20 einer binären 1 entspricht.

Wenn das in Fig. 3, g dargestellte Signal dem Schmitt-Trigger 20 zugeführt wird, bleibt das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 20 so lange auf einem einer binären 1 entsprechenden Wert, bis der Leitungsschwellwert y (in. der negativen Richtung) überschritten wird. Fig.3,A zeigt, wie der Schmitt-Trigger 20 auf die vom Verstärker 18 gelieferten bipolaren Signale anspricht. Das in Fig. 3, A darge stellte Signal ist ein wiederhergestelltes Abbild des NRZ-Signals der Fig.3,a. Wegen der hohen Arbeitsgeschwindigkeit der Tunneldioden spricht das Diodenpaar auf die Eingangsschwingung sehr rasch an und bewirkt eine Synchronisation des NRZ-Signals, indem es bipolare Signale der Uhrfrequenz erzeugt. Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 20 wird über das Gatter 30 und die Treiberstufe 22 wieder dem Eingang der Verzögerungsleitung 24- zuao geführt.

Die Treiberstufe 22 oder das Gatter 30 invertieren das Signal erneut, so daß das zurückgeführte und am Eingang der Verzögerungsleitung 24 liegende Signal genau dem ursprünglichen NRZ-Signal, das der Lei tung zugeführt wurde, entspricht. Die Verzögerungs leitung kann jedoch auch auf das NRZ-Signal ansprechen, das die entgegengesetzte Polarität wie das beschriebene Signal hat, diese Polarität wurde nur beispielsweise gewählt.

Fig.4 zeigt ein Schaltbild eines anderen Kreises, der den Verstärker 18 und den Schmitt-Trigger 20 der in F i g. 1 dargestellten Schaltung bei der Wiederherstellung des NRZ-Signals ersetzen kann. Dieser alternativ verwendbare Kreis enthält einen Gleichspannungsverstärker in Kombination mit einem hybriden Tunneldioden-Transistor-Triggerkreis. Der Gleichspannungsverstärker enthält einen Transistor 13, dessen Kollektorelektrode 15 über einen Widerstand 21 an eine Spannungsquelle — V_i angeschlossen

.40 ist, während der Emitter 17 über einen Widerstand 23 an einer Spannungsquelle + V_s liegt.

Der Kollektor 15 des Transistors 13 ist mit der Anode 35 einer mit ihrer Kathode 37 an Masse liegenden Tunneldiode 25 und der Basis 39 eines Tran- sistors 27 direkt gekoppelt. Der Kollektor 29 des Transistors 27 ist über einen Widerstand 31 an eine Spannungsquelle + V_t angeschlossen. Der Emitter 33 des Transistors 27 liegt an Masse. Das Ausgar ;ssignal des Kreises 19 wird von Kollektor 29 <ies

:,o Transistors 27 abgenommen und einer der Eingan_iS-klemmen des Gatters 30 zugeführt.

Die Arbeitsweise der in Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung läßt sich am besten in Verbindung mit F i g. 5 verstehen, die die Strom-Spannungs- Kennlinien 24' und 27' der Tunneldiode 25 bzw. des Transistors 27 und die kombinierte Kennlinie 38 der Parallelschaltung aus Transistor 27 und Tunneldiode 25 zeigen. Der Transistor 13, der den Gleichspannungsverstärker des Kreises 19 bildet, arbeitet als A-Verstärker und liefert die Vorspannung für die Tunneldiode 25. Im Ruhezustand arbeitet die Tunneldiode 25 im Arbeitspunkt A, der im AstD posi tiven Widerstandes der Strom-Spannungs-Kennlinic der Tunneldiode liegt. Die Strom-Spannungs-Kenii linie der Tunneldiode 25 und die kombinierte Kenn linie des Transistors 27 und der Tunneldiode 25 bcsitzen den gleichen Ast D, der einem positiven Widerstand entspricht.

Claims (7)

Im Betrieb der in F i g. 4 dargestellten Schaltungsanordnung erzeugt ein negativer Eingangsimpuls an der Basis 11 des Transistors 13 einen Stromzuwachs, der. den HockerstromZir der Tunneldioden-Kennlinie um einen Betrag J / übersteigt, so daß der Arbeits- s punkt der Tunneldiode zum Punkt B auf dem Ast E positiven Widerstandes der kombinierten Kennlinie springt In die Basis 39 des Transistors 27 fließt dann der StromZkr so daß der Transistor 27 voll aufgetastet wird. Der Transistor 27 bleibt im voll leiten- den Zustand, bis zum nächstfolgenden negativen Eingangsimpuls, der den Arbeitspunkt von B zurück nach A schaltet und den Transistor 27 sperrt Der Transistor 27 liefert also einen positiven Spannungspegel für jede Gruppe positiver Impulse des Impuls- zuges£ in Fig. 3 und einen negativen Spannungspegel für jede Gruppe negativer Impulse, so daß das gewünschte NRZ-Signal wiederhergestellt wird. Patentansprüche: M

1. Schaltungsanordnung zum Regenerieren und Synchronisieren von Informationssignalen in einem Umlaufspeicher mit vorzugsweise akustischer Verzögerungsleitung für die nullwertfreie Aufzeichnung, wobei die Infonnationssignale »5 zwei verschiedene Pegel annehmen können, dadurch gekennzeichnet, daß der die nullwertfreien Informationssignale empfangenden Verzögerungsleitung (24), die an ihrem Ausgang für jeden Übergang zwischen den beiden Pegeln des Informationssignals mindestens eine Halbperiode einer Wechselschwingung mit einer der Richtung des Ubergangs entsprechenden Polarität erzeugt, ein Schmitt-Trigger (28) nachgeschaltet ist, der an seinem Ausgang die regenerierten Informationssignale liefert; daß an den Ausgang des Schmitt-Triggers die Hintereinanderschaltung (16) zweier Dioden (312,314) mit negativer Widerstandscharakteristik mit einer Kathoden-Anoden-Verbindung (a) angekoppelt ist; daß über dieses Diodenpaar ein mit fester Kippfrequenz arbeitender Multivibrator (14) geschaltet ist, der die Dioden mit Impulsen entgegengesetzter Polarität beliefert; und daß an der Kathoden-Anoden-Verbindung (a) der beiden Dioden die synchronisierten Informationssignale in Form bipolarer Signalimpulse abgenommen werden, die nach erneuter Regenerierung (18,20) dem Eingang (30,22) des Umlaufspeichers wieder zugeleitet werden können.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Multivibrator (14) durch eine im Megahertzbereich arbeitende frequenzkonstante ImpulsqueÜe (12) synchronisiert wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dioden als symmetrisches Paar geschaltete Tunneldioden (312,314) sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tunneldioden bistabil vorgespannt sind, derart, daß sie jeweils einen stabilen Niederspannungszustand und einen stabilen Hochspannungszustand annehmen können und beim Umkippen des Multivibrators (14) mit dessen Kippfrequenz vom einen stabilen Zustand in den anderen schalten.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, daß eine dritte Diode mit negativer Widerstandscharakteristik (300), die so vorgespannt ist, daß stabile Arbeitspunkte sowohl in einem positiven Niederspannungszustand als auch in einem positiven Hochspannungszustand möglich sind, mit der der Kathoden-Anoden-Verbindung (a) entgegengesetzten Klemme (c) der einen Diode (314) des Paares (16) gekoppelt ist und eine vierte Diode mit negativer Widerstandscharakteristik (310), die so vorgespannt ist, daß stabile Arbeitspunkte sowohl in einem negativen Niederspannungszustand als auch in einem negativen Hochspannungszustand möglich sind, mit der der Kathoden-Anoden-Verbindung (a) entgegengesetzten Klemme (b) der anderen Diode (312) des Paares (16) gekoppelt ist, und daß der Multivibrator (14) mit seinen Ausgängen an die dritte bzw. die vierte Diode (300 bzw. 310) angekoppelt ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Klemmen (c bzw. d) der Dioden (314 bzw. 312) des Paares, mit denen die dritte bzw. die vierte Diode (300 bzw. 310) gekoppelt ist, auf die gleiche Frequenz abgestimmte Parallelresonanzkreise (59, 402 bzw. 58, 400) angeschlossen sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Parallelresonanzkreise (59, 402; 58, 400) jeweils auf die halbe Betriebsfrequenz des Multivibrators (14) abgestimmt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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