DE1449716A1

DE1449716A1 - Aufzeichnungssystem

Info

Publication number: DE1449716A1
Application number: DE19641449716
Authority: DE
Inventors: Young Ronald Eugene
Original assignee: Ampex Corp
Current assignee: Ampex Corp
Priority date: 1963-11-12
Filing date: 1964-11-04
Publication date: 1968-12-19
Also published as: US3303486A; GB1026468A; NL6413077A; DE1449716B2

Description

Dipl-Ing. F.Weickmann, Dr. Ing. A-Weickmann, Dipl^Ing-KWeickmann D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke Patentanwälte

S MÖNCHEN 27, möhlstrasä^rufnummer 483921/22

AMPEI CORPORATION

401 Broadway

Redwood City / California 94063

U . S . A

809813/0AA7

Aufzeichnungssystem

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf magnetisches Aufzeichnen und im besonderen auf ein Verfahren und eine Anordnung zum Aufzeichnen von digitalen Daten auf Magnetband.

Ein herkömmliches Verfahren, das für das Aufzeichnen von digitalen Daten bei analog arbeitenden Aufzeichnungsanordnungen verwendet wird, wird als NBZ-Verfahren bezeichnet und ist gekennzeichnet durch das Aufzeichnen einer Flußumkehr pro binärer Informationseinheit. Dieses Verfahren weist aber mindestens einige der folgenden Einschränkungen auf:

1) Wenn Sättigungsaufzeichnung angewandt wird, um die höchste Zuverlässigkeit für die Daten zu erreichen, dann verringert das Übersprechen die Leistungsfähigkeit des benachbarten Kanals.

2) Wenn Aufzeichnung unterhalb der Sättigung ohne Vormagnetisierung angewendet wird, dann wird das Signal-Stör-Verhältnis ein ernsthaftes Problem.

3) Weil nur ein Flußwechsel pro Bit aufgezeichnet wird, bewirkt ein Bandfehler oder das Kopf-Band-Kontaktproblem eine beachtliche Anzahl von Fehlern bei den wiedergegebenen Daten, was für eine annehmbare Zuverlässigkeit die an sich überflüssige Verwendung von zwei oder mehr Spuren erforderli ch macht.

4) Das begrenzte Miederfrequenzverhalten der allgemein für analoge Daten verwendeten Köpfe mit engem Spalt verursacht eine Grleichstromverschiebung, wenn diese Köpfe für digitale Aufzeichnung verwendet werden, und macht das Abtasten bei höheren Informationsgeschwindigkeiten noch viel schwieriger.

—2—

809813/0447 ^BAD

Im Hinblick auf die Einschränkungen dieses herkömmlichen Verfahrens für das Aufzeichnen von digitalen Daten auf analog arbeitenden Anordnungen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein magnetisches Aufzeichnungssystem zu schaffen, das eine Frequenzverschiebungstechnik anwendet, die im wesentlichen alle oben genannten Einschränkungen vermeidet.

Insbesondere weist die Verwendung des hier beschriebenen Aufzeichnungssystems mit Frequenzverschiebung jeden der folgenden Vorteile auf:

1) Die Aufzeichnung kann mit Vormagnetisierung und mit einem Pegel unterhalb der Sättigung durchgeführt werden, wodurch ohne wesentliches Übersprechen ein hoher Wiedergabeausgangspegel erzeugt wird.

2) Weil mehrere Schwinungen pro Bit aufgezeichnet werden können, ist die Wahrscheinlichkeit einer korrekten Abtastung eines bestimmten Bits wesentlich größer.

3) Weil die beiden einzigen Frequenzen, die bei dem System aufgezeichnet werden, an das obere Ende des Datenbandes gelegt werden können, gibt es keine großen Miederfrequenzprobleme. Insbesondere ist es zweckmäßig, das Frequenzband unterhalb der digitalen Daten zum Aufzeichnen anderer Informationen zu verwenden.

4) Das hier beschriebene System ist weniger der Impulszusaiiimendrängung unterworfen als die herkömmlichen Systeme.

Kurz gesagt umfaßt das System die Erzeugung eines Signals mit einer ersten Frequenz, die jeweils einer binären Ziffer "1" ent spricht, und eines Signals mit einer zweiten Frequenz, das je-

-3-609813/0447

weils einer binären Ziffer "O" entspricht^ Mehrere Schwingungen jedes der erzeugten Frequenzsignale werden zum Erzeugen von magnetischen Abbildungen der Signale auf dem Band einem Aufnahmekopf zugeführt. Bei der Wiedergabe werden die durch einen Wiedergabekopf von dem Band gelesenen Signale einem ersten und einem zwei-

d«8

ten Filter zugeführt, die entsprechend auf die Frequenz/aufgezeichneten ersten und zweiten Frequenzsignals abgestimmt sind. Eine binäre Anordnung, wie zum Beispiel ein Flip-Flop, wird durch den Ausgang der Filter angesteuert. Um die digitalen Daten richtig aufzuzeichnen, kann in der Aufnahmeschaltung ein Frequenzteiler verwendet werden, um die Frequenz des ersten und zweiten Frequenzsignals durch einen Wert zu teilen, der zu der Geschwindigkeit der Bandbewegung in Beziehung steht.

Diejenigen neuen Merkmale, die für die Erfindung als charakteristisch angesehen werden, werden in den Ansprüchen besonders angeführt. Die Erfindung selbst, sowohl ihr Aufbau als auch ihre Wirkungsweise, sowie weitere Aufgaben und Vorteile werden in Verbindung mit den Zeichnungen im Folgenden näher erläutert.

Figur 1 ist ein Blockdiagramm einer Anordnung zur Durchführung der hier beschriebenen Aufzeichnungstechnik mit Frequenzverschie— bung.

Figur 2 ist eine schematische Darstellung eines spannungsgesteuerten Oszillators, der in dem System nach Figur 1 verwendet werden kann.

• -4,

0 9813/0447

Es wird nunmehr auf Figur 1 Bezug genommen, die einen Bandtransportmechanismus zeigt, der zwei durch einen Motor 14 angetriebene Spulen 1o und 12 besitzt. Auf den Spulen ist eine gewisse Länge Magnetband 16 aufgewickelt, das an einem Aufnahmekopf 18 und einem Wialergabekopf 2o vorbeibewegt wird.

Wie oben ausgeführt, hat das System der Ji¹IgUr 1 die Aufgabe, Ton einer digitalen Eingabequelle 24 gelieferte digitale Daten auf das Band 16 aufzuzeichnen, und anschließend in der Lage zu sein, diese Daten wiederzugewinnen und sie an eine digitale Ausgabeeinrichtung 26, wie z. B. ein Flip-Flop, zu liefern.

Mit dem Ausgang der digitalen Eingabemittel 24, die ebenfalls ein Flip-Flop enthalten können, ist ein Eingangsverstärker 28 verbunden, der eine Verstärkung und Formung der von den Eingabemitteln 24 empfangenen und die Datenbit.s darstellenden. Spannungspegel bewirkt. Der Ausgang des Eingangsverstärkers 28 iert mit einem spannungsgesteuerten Oszillator verbunden, der abhängig vom Spannungspegel des ihm zugeführten Eingangssignals ein Ausgangssignal entweder mit einer ersten Frequenz (F-) oder mit einer zweiten Frequenz (Fp) erzeugt.

Der Auegang des Oszillators 3o ist mit dem Eingang einer Frequenssteilersohaltung 32 verbunden, die eine Herabsetzung der Frequenz des von dem Oszillator 3o gelieferten Signals um einen ganzaahligen Faktor bewirkt. Schaltmittel 34 verbinden den Ausgang der Prequenzteilerschaltung mit dem Eingang der Treiberschaltung 36 für den Aufnahmekopf. Die Schaltmittel 34 werden eum Auswählen einer bestimmten Ausgangsklemme des Frequenzteiler« 32 verwendet, um eine an die gewählte Bandgeschwindigkeit

ORIGINAL INSPECTEO

809813/0447

—5-.

angepaßte Frequenz zu liefern. Die Schaltmittel 34 können von Hand betätigt oder automatisch mit der Auswahl der Bandgeschwindigkeit umgeschaltet werden. Jede Ausgangsklemme des Frequenzteilers entspricht einem anderen ganzzahligen Teilungsfaktor. Der Ausgang des Treibers 36 für den Aufnahmekopf ist mit dem Aufnahmekopf 18 verbunden.

Der G-rad der von der Frequenzteilerschaltung 32 ausgewähltenFrequenzteilung wird der Bandgeschwindigkeit 16 so angepaßt, daß das Verhältnis von Bandgeschwindigkeit zu Trägerfrequenz konstant ist. Auf diese Weise kann durch Verwendung einer Frequenzteilerschaltung mit wählbarer Frequenzteilung die wirklich auf dem Band aufgezeichnete Information immer gleich gehalten werden, auch wenn die Geschwindigkeit der Bandbewegung vergrößert wird.

Der Wiedergabeteil des in Figur 1 dargestellten Systems bewirkt, daß das Signal von dem Band 16 mit Hilfe eines Wiedergabekopfes 2o, der mit dem Eingang eines Vorverstärkers 38 verbunden ist, wiedergewonnen wird. Der Ausgang des Vorverstärkers 38 ist über eine Begrenzerschaltung 4o, die eine Beseitigung von Amplitudenänderungen bewirkt, mit dem Eingang zweier Filter 42 und 44 verbunden. Die Filter 42 bzw. 44 sind so abgestimmt, daß Signale mit den Frequenzen F 1 und F 2 durchlaufen. Als Folge der Verwendung des Frequenzteilers 32 zur Kompensation von Zunahmen der Geschwindigkeit der Bandbewegung haben die Signale, die am Ausgang des Begrenzers 4o erscheinen, notwendigerweise eine Frequenz F 1 oder F 2. Die Ausgänge der Filter 42 und 44 sind, über einen Ausgangsverstärker 46 mit der oben erwähnten digitalen Ausgabeeinrichtung 26 verbunden. Auf diese Weise kann die Aus-

-6-809813/0447

gäbeeinrichtung 26 dann, wenn ein Signal durch das Filter 42 gelaufen ;j.st, in einen ersten Zustand und dann, wenn ein Signal durch das Filter 44 gelaufen ist, in einen zweiten Zustand gebracht werden.

Es wird nunmehr auf die Figur 2 verwiesen, die eine Schaltungsanordnung zeigt, welche vortrefflich als spannungsgesteuerter Oszillator 3o der Figur 1 arbeiten könnte. Die Schaltung nach Figur 2 besitzt einen Eingangsteil mit einer Parallelschaltung aus einem Widerstand R 1 und einem Kondensator G 1, der zwischen eine Eingangsklemme 5o und die Basis des Transistors Q 1 geschaltet ist. Der Emitter des Transistors Q 1 ist mit einer Bezugpotentialquelle verbunden, die in diesem Fall als Masse dargestellt ist. Der Kollektor des Transistors Q 1 ist über zwei Widerstände R 3 und R 4 mit einer positiven Potentialquelle, die mit +12 V bezeichnet ist, verbunden. Der Widerstand R 2 verbindet die Basis des Transistors Q 1 mit der positiven PotentialqueLle. Die Basis des Transistors Q 2 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R 3 und R 4 verbunden. Der Emitter des Transistors Q 2 ist mit der +12 V Potentialquelle und der Kollektor üher einen Widerstand R 5 mit Masse verbunden. Eine Zenerdiode SR 1 ist parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Q 2 geschaltet.

Zwei Transistoren Q 3 und Q 4 sind als freischwingender Multivibrator geschaltet. Die Kollektoren der Transistoren Q 3 bzw. Q 4 sind über Widerstände R 6 und R 13 mit der positiven Potentialquelle verbunden. Die Emitter der Transistoren Q 3 bzw. Q 4 sind mi"fc Masse verbunden. Die Basiselektroden der Transisto-

809813/0447

ren Q 3 und Q 4 sind über Widerstände R 9 und R 11 mit Masse verbunden. Der Kollektor des Transistors Q 4 ist über eine Parallelschaltung mit der Basis des Transistors Q 3 verbunden. Ein erster Zweig der Parallelschaltung umfaßt die Reihenschaltung eines Kondensators C 2 und einer Zenerdiode SR 2, während der zweite Zweig aus einem Kondensator G 3 besteht. Eine gleiche Parallelschaltung verbindet den Kollektor des Transistors Q 3 mit der Basis des Transistors Q. 4. Bin Kondensator C 4 und eine Zenerdiode SR 3 sind in Reihe und parallel zu einem Kondensator C 5 geschaltet.

Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondesnator C 2 und der Zenerdiode SR 2 ist über einen Widerstand R 7 und einen veränderbaren Widerstand 21 mit dem Kollektor des oben genannten Transistors Q 2 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator C und der Zenerdiode SR 3 ist über Widerstände R 8 und R 21 mit dem Kollektor des Transistors Q 2 verbunden. Die beiden Widerstände R 1o und R 21 sind veränderbar, so daß die Frequenz des Multivibrators etwas verändert werden kann.

Im Betrieb wird das binäre Spannungspegelsignal, das eine binäre Informationseinheit darstellt, von einem Eingangsverstärker 28 abgenommen und den Eingangsklemmen 5o und 52 zugeführt. Die Klemme 52 ist direkt mit Masse verbunden. Wie dargestellt, sei angenommen, daß eine binäre Information "1" durch ein Eingangssignal mit einem Spannungspegel von 0 Volt und eine binäre Information "0" durch ein Signal mit einem Spannungepegel von ungefähr -2 Volt dargestellt wird. Solange die Klemme 5o nicht.negativ wird, ist der Transistor Q 1 gesättigt, so daß der Verbin-

-8-

809813/0447

dungspunkt zwischen den Widerständen R 3 und R 4 auf einem relativ niedrige» Potential ist und bewirkt, daß der Transistor Q 2 ebenfalls leitend ist. Wenn der Transistor Q 2 leitend ist", dann liegt an seinem Kollektor ein Potential von ungefähr 12 Volt und wird über die Widerstände R 7, H β und R 21 an die Kondensatoren C 2 und C 4 gelegt.

Wenn an der Bingangsklemme 5o eine negative Spannung auftritt, dann hört der Transistor Q 1 auf leitend zu sein und-spannt dadurch den Transistor Q 2 so vor, daß dieser sperrt. Die Zenerdiode SR 1 wird dann gezwungen leitend zu sein und dadurch das Potential am Kollektor des Transistors Q 2 auf einen Wert wesentlich unterhalb von +12 Volt zu siebilisieren. Weil die Spannung am Widerstand R 5 die Spannung bestimmt, auf die die Kondensatoren C 2 und C 4 aufgeladen werden können, bestimmt das am Kollektor des Transistors Q 2 auftretende Potential die Frequenz, mit der der aus den Transistoren Q 3 und Q 4 bestehende freischwingende Multivibrator arbeitet. Wenn die Zenerdiode leitend ist, dann ist die frequenz des Multivibrators relativ gering, beispielsweise 8oo kHz. Diese Frequenz kann durch Einstellen des ▼eränderbaren Widerstandes Rio etwas verändert werden.

(Ein Auegangssignal von öoo kHz kann von dem Kollektor des Transistors Q 4 abgenommen werden, der über den Widerstand R 14 mit der Baeiβ dee Transistors Q 5 verbunden ist. Der Emitter des Transistors Q 5 ist mit Hasse und sein Kollektor über den Widerstand R 16 mit der positiven Potentialquelle verbunden. Die Basis des Transistors Q 5 ist über den Widerstand R 15 mit einer negativen Potentialquelle verbunden. Der Kollektor des Transistors Q 5 ist über eine Zenerdiode SR 4 mit den Basiselektroden

809813/0-U7 "⁹"

der beiden Transistoren Q 6 und Q 7 und über die Widerstände B. 17 und R 18 mit der positiven Potentialquelle verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R 17 und E 18 ist über den Widerstand R 19 mit dem Kollektor des Transistors Q 6 verbunden. Die Transistoren Q 6 bzw. Q 7 sind NPN bzw. PNP-Transistören und ihre Emitter sind miteinander und direkt ■mit der Ausgangsklemme 54 verbunden. Der Widerstand R 2o ist parallel zu der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Q 7 und der Kondensator C 6 von dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R 17 und R 18 gegen Masse geschaltet.

Das am Kollektor des Transistors Q 4 zur Verfügung stehende Ausgangssignal von 800 kHz wird durch den Transistor Q 5 verstärkt und begrenzt und über den aus den Transistoren Q 6 und Q 7 bestehenden Emitterfolger an die Ausgangsklemme 54 geliefert. Wie erwähnt, stellt das an der Klemme 54 zur Verfugung stehende 800 kHz-Ausgangssignal eine binäre Information "0" dar.

'Wenn sich der Eingangspegel von -2 Volt auf 0 Volt oder auf eine etwas positive Spannung ändert, dann kehrt der Transistor Q 1 wieder in die Sättigung zurück, was wiederum bewirkt, daß der Transistor Q 2 leitend wird. Demzufolge wird die Zenerdiode SR gesperrt und der Kollektor des Transistors Q 2 kehrt ungefähr auf +12 Volt zurück. Weil die Kondensatoren G 2 und C 4 nun eine effektiv höhere Spannung erhalten, steigt deren Aufladekurve an und vergrößert dadurch die Multivibratorfrequenz auf

einen relativ hohen Wert, beispielsweise, _:1-,2 MHz. Diese Frequenz kann durch Betätigendes veränderbaren Widerstandes R 21 eingestellt werden. Das am Kollektor des Transistors Q 4 zur Ver-·

-1ο-

809813/0447

fügung stehende 1,2 MHz-Signal wird in gleicher Weise durch den TransiAor Q 5 und den Emitterfolger auf die Ausgangsklemme 54 gekoppelt.

Somit dürfte das Verfahren der Erzeugung von Signalen verschiedener Frequenz, die verschiedenen binären Ziffern entsprechen, klar sein. Me Technik ist effektiv eine Frequenzverschieburigstechnik, weil die Frequenz des dem Aufnahmekopf 18 zugeführten Signals entsprechend dem Vorhandensein von binären Informationen "0^M und "1" zwischen 800 kHz und 1,2 MHz verschoben wird.

Die mit dem Wiedergabekopf verbundene Wiedergabeeinrichtung ist für die beiden aufgezeichneten Frequenzen empfindlich und liefert Auegangsspannungspegel durch Steuerung des Ausgangs-Flip-Flop 26. Um zu ermöglichen, daß die Bits auf dem Band 16 dicht gepackt sind, ist es erwünscht, daß die mit dem Wiedergabekopf 2o verbundene Einrichtung in der Lage ist, den Zustand eines Bits mit sowenig vollen Schwingungen des Frequenzsignals wie möglich abautasten. Insbesondere ist es erwünscht, nicht mehr vollständige Schwingungen der 80OkHz- und 1,2 MHz-bignale aufzuzeichnen, als durch die Wiedergabeeinrichtung zum Abtasten des Zustandes der Bits erforderlich ist. Eine Einrichtung, die einfach und billig und besonders gut für das Zusammenarbeiten mit dem Wiedergabekopf 2o der Figur 1 geeignet ist, ist in der U.S.Patentanmeldung Serial No. 313,482, vom 3. Oktober 1963, von Miroslav Swyryd und Rolf Hofstad unter dem Titel "Binärer Prequenzmodulationsdemodulator" beschrieben und auf den gleichen Rechtsnachfolger wie den der vorliegenden Anmeldung übertragen worden. In dieser Anmeldung werden die Einhüllenden der

-11-809813/0447

Amplituden der durch die Filter 42 und 44 laufenden Signal demoduliert und dem Eingang eines Differenzverstärkers zugeführt, so daß die Übergänge von einer binären Information "0" zu einer binären Information "1" und umgekehrt schnell wiedergegeben werden.

Aus dem vorstehenden sollte es nunmehr deutlich geworden sein, daß hiermit ein verbessertes Verfahren und eine Einrichtung zum Aufzeichnen von digitalen Daten auf einem analog arbeitenden Magnetbandsystem beschrieben worden ist. Im wesentlichen beruht das Aufzeichnen und Wiedergeben auf der Erzeugung, Aufzeichnen und Abtasten erster und zweiter Frequenzsignale, die ersten und zweiten binären Ziffern entsprechen.

-12-

809813/0447

Claims

Patentansprüche

" 1.) Verfahren zum Aufzeichnen und Wiedergeben von Daten, die aus einer Vielzahl von binären Informationseinheiten bestehen, von denen jede durch einen ersten oder einen zweiten Spannun^spegel dargestellt ist, insbesondere mit einem Magnetband, daduroh gekennzeichnet, daß für jede durch den ersten Spannungs- pegel dargestellte binäre Informationseinheit ein Signal mit einer ersten Frequenz und für jede durch den zweiten Spannungs- pegel dargestellte binäre Information ein Signal mit einer zweiten Frequenz erzeugt wLrd, daß für jede binäre Informationseinheit mindestens eine Schwingung entweder des Signals mit der ersten oder des Signals mit der zweiten .frequenz aufgezeichnet wird und daß die aufgezeichneten Signale abgetastet und gefiltert werden und entsprechende erste und zweite Ausgangssignale erzeugt werden.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugten Signale einem Aufnahmekopf zugeführt werden, daß das Band mit einer bestimmten Geschwindigkeit über den Aufnahmekopf hinweggezogen wird, um magnetische Abbildungen der Signale darauf aufzuzeichnen und daß die Frequenz der Signale durch einen Faktor geteilt wird, der zu der Geschwindigkeit des Bandes in bestimmter Beziehung steht.
3.) Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit Aufnahme- und Wiedergabeköpfen (18,2o), einem Transportmechanisaue (1o,12,H) zum Bewegen des Bandes über diese Köpfe, und Mitteln zua Aufzeichnen der digitalen Daten auf dem Hagnetband, gekennaeichnet durch einen spannungsgesteuerten

BADORiGINAL _₁₃_

809013/0447

Oscillator (3o ), der entsprechend einem Signal mit einem ersten Spannungspegel ein Ausgangssignal mit einer ersten Frequenz und entsprechend einem Signal mit einem zweiten Spannungspegel ein Ausgangssignal mit einer zweiten Frequenz erzeugt, und durch Mittel (36), die für jede der aufeinanderfolgenden binären

Informationseinheiten mindestens eine Schwingung des von dem spannungsgesteuerten Oszillator (3o) gelieferten Ausgangssignals dem Aufnahmekopf (18) zuführen.
4.) Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Band (16) mit einer von einer Vielzahl verschiedener Geschwindigkeiten bewegt werden kann und daß ein mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators (3o) verbundener Frequenzteiler (32) vorgesehen ist, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Frequenz ein bestimmter, von der Geschwindigkeit der Bandbewegung abhängiger Teil der Frequenz des von dem spannungsgesteuerten Oszillator (30) erzeugten Ausgangssignals ist.
,5.) Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch Filter (42,44)» die so abgestimmt sind, daß die in dem Wiedergabekopf (2o) induzierten Signale durchlaufen können, und eine damit verbundene binäre Einrichtung (26), die auf die durch die Filter (42,44) gelaufenen Signale anspricht.
6.) Anordnung nach einem der Ansprüche 3 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wiedergabekopf (2o) und die Filter (42,44) ein Begrenzer (4o) geschaltet ist.

SOIS 13/0