DE1474508C3 - Anordnung zum Auslesen von Informationen aus Magnetschichtspeichern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Auslesen von nach Frequenz- oder Phasenmodulationsverfahren aufgezeichneten Informationen aus Magnetschichtspeichern mit einem jeweils in einer besonderen Spur aufgezeichneten Taktraster.

Zur Aufzeichnung von Binärinformationen in Magnetschichtspeichern (Band-, Platten, Trommelspeicher) stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Abhängig davon ist die unmittelbare Form des Lesesignals und seine Beziehung zur eingespeicherten Information. In verschiedenen Fällen sind die Lesesignale noch zu decodieren, um die primär vorhandene Information zu erhalten.

Am einfachsten sind Amplitudenmodulationsverfahren (Amplitudenmodulation des Lesesignals) zu realisieren. Solche Verfahren sind unter den Bezeichnungen NRZ-Verfahren (non return to zero) und RB-Verfahren (return to bias) bekanntgeworden. (A. S. Hoagland, CC. Bacon: High-Density Digital Magnetic Recording Techniques, Proceedings of the IRE, Vol. 49, Januar 1961, S. 258 bis 268). Ihre Anwendung setzt voraus, daß sich die einer Leseeinrichtung zugeführten Nutz- und Störsignale in ihren Amplituden ausreichend unterscheiden. Diese Forderung ist jedoch nicht immer in genügendem Maße erfüllt, vor allem dann, wenn die Schreibstromstärke beim Einschreiben der gerade gelesenen Information geringer als beim Einschreiben der vor dem gespeicherten Information war. Wird darüber hinaus eine Leseeinrichtung zur wahlweisen Verarbeitung der Lesesignale einer Vielzahl von Aufzeichnungsspuren verwendet, so kann es vorkommen, daß die Am- plitude der Störsignale mancher Spuren die kleinste Amplitude der Nutzsignale anderer Spuren überschreitet. Die Verwendung eines einfachen Amplitudenmodulationsverfahrens scheidet damit in solchen Fällen aus.
Bessere Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn auf jeder Spur in regelmäßigen Abständen sogenannte Kennbits eingeschrieben werden und die Amplituden-Ansprechschwelle durch Abtastung dieser Kennbits automatisch und individuell für jede Spur eingeregelt wird. Dazu sind jedoch sehr aufwendige Schaltungsan-Ordnungen erforderlich.

Im Gegensatz zu Amplituden-Bewertungsverfahren sind Frequenz- oder Phasenmodulationsverfahren naturgemäß weniger vom Absolutbetrag der Lesesignalamplitude abhängig und benötigen daher nur eine einfache Amplitudenregelung. Das Amplituden-Nutz-Störverhältnis ist zwar hier ebenfalls von Bedeutung, jedoch bezieht es sich nicht auf das kleinste Nutzsignal und das größte Störsignal aller von einer Leseeinrichtung erfaßten Spuren, sondern nur auf die gerade abgetastete Spur, da auf Grund der Modulationsart bei einem Spurenwechsel rasch und leicht auf die nunmehr gegebenen durchschnittlichen Amplituden eingeregelt werden kann. Dazu kommt, daß die Frequenz- oder Phasenbewertung lediglich durch Formveränderung des Lesesignals gestört werden kann.

Aus Gründen der Einfachheit soll im folgenden das Phasenmodulationsverfahren nicht weiter betrachtet werden. Wegen dessen naher Verwandschaft zum Frequenzmodulationsverfahren lassen sich alle Überlegungen, welche für dieses angestellt werden, leicht auf jenes übertragen.

Bei Frequenzmodulationsverfahren (Zwei-Frequenzen-Schrift) wird beispielsweise die logische "\" durch einen einzigen Magnetisierungswechsel und die logisehe "0" durch zwei Magnetisierungswechsel innerhalb eines Taktintervalls dargestellt. Dementsprechend ergibt sich im Lesesignal ein Spannungsverlauf, der während einer Taktzeit bei einer "l"ein Spannungsextrem und bei einer "0" zwei Spannungsextreme aufweist.

Man könnte nun zur Bewertung das Lesesignal auf das Eintreffen des zweiten Spannungsextrems während eines Teils des Taktintervalls überprüfen. Damit wäre aber nur eine beiderseitige Verschiebung der Lesesignalextreme gegenüber dem Taktraster von etwas weniger als einem Viertel der Taktzeit zulässig. Anderenfalls könnte zwischen dem ersten und zweiten Extrem und infolgedessen zwischen "1" und "0" nicht mehr unterschieden werden.

Es hat sich insbesondere beim Betrieb von Plattenspeichern mit höherer Schreibdichte herausgestellt, daß dieser geringe Spielraum nicht mit Sicherheit eingehalten werden kann. So ergibt die Aufsummierung aller Störeinflüsse (z. B. Temperaturänderung, ungenaue Lage des Kopfes relativ zur Spur, wechselnder Abstand des Kopfes von der Magnetschicht, mangelhafte Löschung einer voher gespeicherten Information usw.) im ungünstigsten Fall ein Nutz-Störverhältnis der Amplitude von etwa 2 bis 3. Dadurch können schon recht

beachtliche Verschiebungen der Lesesignalextreme auftreten. Dazu kommt noch der Einfluß des Informationsmusters und die gegenseitige mechanische Verschiebung der Takt- und Informationsköpfe.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die geringe Anfälligkeit der frequenz- bzw. phasenmodulierten Nutzsignale gegenüber Störsignalen mit dem besonderen Vorteil der Amplitudenmodulation, nämlich mit der hohen Verschiebungstoleranz der Lesesignalextreme gegenüber dem Taktraster verbunden wird. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die an den Ausgängen eines Lesekopfes bzw. eines Leseverstärkers anliegenden Lesesignale differenziert und die differenzierten Lesesignale einer ersten bistabilen Kippschaltung (3) zugeführt werden, daß von den ansteigenden und abfallenden Flanken der Ausgangssignale der ersten Kippschaltung Impulse abgeleitet werden, deren zeitliche Abstände mit einer festen Meßzeit in einer Zeitvergleichseinrichtung (5) verglichen wird, die dann und nur dann einen eine logische "1" kennzeichnenden (Bewerter-)Impuls abgibt, wenn der zeitliche Abstand der Eingangsimpulse die Meßzeit übersteigt, daß eine zweite bistabile Kippschaltung (7) durch die Bewerterimpulse gesetzt und durch die Impulse des Taktrasters zurückgesetzt wird und daß eine dritte bistabile Kippschaltung (8) durch die Impulse des Taktrasters in Abhängigkeit von dem jeweils unmittelbar vorausgehenden Schaltzustand der zweiten Kippschaltung (7) gesetzt bzw. zurückgesetzt wird.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der offenbarten Anordnung an Hand der F i g. 1 und 2 näher erläutert. Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist in den F i g. 3 und 4 dargestellt. Insbesondere zeigt

F i g. 1 den zeitlichen Ablauf der verschiedenen Zwischenformen der Signale bei der Bewertung der Lesesignale,

F i g. 2 den zeitlichen Ablauf bei der Einordnung der Bewerterimpulse in das Taktraster,

F i g. 3 den Bewerterteil der Leseeinrichtung und

F i g. 4 den zur Einrastung dienenden Teil der Leseeinrichtung.

In Fig. la ist ein Lesesignal dargestellt, das beispieisweise beim Auslesen der Information (l-)l-O-l an den Klemmen des Lesekopfes bzw. an den Ausgangsklemmen eines Leseverstärkers entsteht. Der Spannungsverlauf ist durch Störspannungen gegenüber einem ungestörten Verlauf verzerrt. In der Umgebung des Punktes Fs auf der Zeitachse t wurde ein sogenannter Sattelfehler angenommen, der für die Bewertung des Signals besonders kritisch ist, da zwei zusätzliche, wenn auch kleine Spannungsextreme aufgetreten sind. Das Lesesignal wird differenziert (F ig. Ib) und in dieser Form einer bistabilen Kippschaltung mit Schweilwert zugeführt. |edesmal, wenn die Momentanspannung des differenzierten Lesesignals von einer bestimmten Polarität ausgehend, den Nullwert durchläuft, und weiter den Ansprechschwellwert der bistabilen Kippschaltung mit der entgegengesetzten Polarität überschreitet, wird die Kippschaltung umgeschaltet. Die Ansprechschwellen sind in F i g. Ib durch zwei gestrichelte Linien oberhalb und unterhalb der Zeitachse U welche gleichzeitig den Nullwert der Signalspannung kennzeichnet, angedeutet. Alle die Schnittpunkte des Spannungsverlaufs des differenzierten Lesesignals mit den die Schwellwerte andeutenden Linien, bei denen eine Umschaltung der bistabilen Kippschaltung erfolgt, sind in F i g. Ib durch kleine Kreise besonders bezeichnet. In der darunter liegenden F i g. Ic ist der Verlauf der Ausgangsspannung der bistabilen Kippschaltung dargestellt.

Der in F i g. la in der Umgebung des Punktes Fs angenommene Sattelfehler des Lesesignals bewirkt, daß die differenzierte Spannung bis unter den Nullwert absinkt. Wie leicht zu sehen ist, entspricht dabei die Frequenz der Spannung etwa der doppelten Taktfrequenz, während vom Modulationsprinzip her nur die einfache Taktfrequenz auftritt. Daraus ergibt sich, daß derartige Sattelfehler weitgehend vermieden werden können, wenn der Übertragungsbereich der zwischen dem Lesekopf und der Differenziereinrichtung liegenden Schaltungsanordnung (Verstärker) nur knapp über die Taktfrequenz hinausgeht. Allerdings muß dabei die höchstzulässige Grundlaufzeit und Laufzeitverzerrung beachtet werden.

Um die Auswirkung von Sattelfehlern zu vermeiden, wird die Ansprechschwelle der bistabilen Kippschaltung zweckmäßig veränderlich gemacht, derart, daß die Schwelle selbsttätig nach der Größe der vorhergehenden Spannungsamplituden eingeregelt wird. Selbstverständlich kann bei fester Amplitudenschwelle die Anpassung an die unterschiedlichen mittleren Nutzsignalamplituden auch dadurch vorgenommen werden, daß der in fast allen Fällen notwendige Leseverstärker als Regelverstärker ausgebildet wird. Dabei werden im allgemeinen nur geringe Anforderungen an Regelvolumen und Regelgenauigkeit zu stellen sein.

Durch die vorher beschriebenen Maßnahmen wurde erreicht, daß die bistabile Kippschaltung immer dann umgeschaltet wird, wenn im Lesesignal ein zu berücksichtigendes Spannungsextrem auftritt. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren wird nun gemäß der Erfindung festgestellt, ob die Kippschaltung während einer Zeitdauer, die der Länge eines Taktintervalls entspricht, einmal oder zweimal umgeschaltet wurde. Diese Überprüfung ist nicht an das Taktraster selbst gebunden.

Zu diesem Zweck wird die Zeitdauer zwischen zwei Umschaltungen der Kippschaltung mit einer Zeitdauer r/77 verglichen, die vorzugsweise auf etwa 70% eines Taktintervalls eingestellt ist, um einen optimalen Spielraum für die durch Störspannungen hervorgerufene gegenseitige Verschiebung der Spannungsextreme des Lesesignals zu erreichen. Durch Differenzierung der Ausgangsspannung der bistabilen Kippschaltung v/erden von den Umschaltflanken Auslöseimpulse abgeleitet, welche den Ablauf der Meßzeit an jedesmal neu auslösen (Fig. Id). Die Zeitschaltung bewertet einen Abstand von zwei Auslöseimpulsen, der die Meßzeit tm überschreitet, als logische "]". Ist der Abstand von aufeinanderfolgenden Auslöseimpulsen kleiner als die Meßzeit tm, so wird die Schaltung ohne Abgabe eines Ausgangsimpulses in den Anfangszustand zurückgesetzt und beginnt erneut abzulaufen. Das Signal wurde als logische "0" erkannt.

Die Fig. Ie zeig; den Verlauf einer charakteristischen Größe, vorzugsweise einer Spannung der Zeitvergleichseinrichtung, ausgelöst durch einen Umschaltimpuls der bistabilen Kippschaltung springt die Vergleichseinrichtung vom Ruhezustand auf der Zeitachse t in den Anfangszustand. Gleichzeitig wird von der Vergleichseinrichtung ein kurzer Ausgangsimpuls (Bewerterimpuls, Fig. If) abgegeben, der eine vorhergehende logische "1" kennzeichnet. Vom Anfangswert kehrt die Meßgröße allmählich (möglichst linear) wie-

der auf den Ruhewert zurück, den sie nach der Vergleichszeit tm wieder erreicht. Trifft nach Ablauf dieser Zeit ein nächster Auslöseimpuls ein, so springt die Vergleichseinrichtung erneut in den Anfangszustand. Wiederum wird ein Bewerterimpuls erzeugt und der Ablauf der Vergleichszeit gestartet. Durch den dritten Auslöseimpuls, der nach Fig. Id vor Ablauf der ganzen Vergleichszeit Im eintrifft, wird die Vergleichseinrichtung wieder in den Anfangszustand zurückversetzt, aber nunmehr ohne Abgabe eines Bewerterimpulses. Ein Bewerterimpuls darf also nur dann abgegeben werden, wenn der Start des Zeitablaufes aus dem Ruhezustand heraus erfolgt.

Die Bewerterimpulse werden gemäß der Erfindung erst jetzt in das in einer besonderen Taktspur fest aufgezeichnete Taktraster eingeordnet. Die F i g. 2g zeigt einige Impulse dieses Taktrasters. Jeder Bewerterimpuls (F i g. 21) wird in einer Speichereinrichtung (bistabile Kippschaltung) bis zum nachfolgenden Taktimpuls gespeichert. Wie die F i g. 2h zeigt, sind die Speicherzeiten infolge der zeitlichen Schwankungen der Bewerterimpulse relativ zum Taktraster sehr unterschiedlich. Soll das vermieden werden, so kann die Imformation nach Ablauf der ersten Speicherzeit in ein weiteres Speicherelement übernommen werden, wo sie dann jeweils während eines ganzen Taktintervalls zur Verfugung steht (F i g. 2i).

Wie aus F i g. 1 ohne weiteres ersichtlich ist, hängt die zeitliche Lage der Bewerterimptilse unmittelbar von der zeitlichen Lage der Spannungsextreme des Lesesignals ab. Tatsächlich ist nun zwischen beiden Kenngrößen, eine konstante, durch die zur Umformung notwendigen Schaltungsglieder bestimmte Laufzeit vorhanden. Auch bei der Aufzeichnung der Information entsteht eine gewisse Phasenverschiebung zwischen dem Signal, das von den elektronischen Schaltkreisen, beispielsweise von einem elektronischen Datenspeicher, abgegeben wird, und den entsprechenden Magnet'isierungszuständen der Magnetschicht. Man wird die Suinme aller konstanten Laufzeiten bzw. Phasenver-Schiebungen zweckmäßig so wählen, daß Bewerterimpulse, die von einem unverzerrten Lesesigna! abgeleitet sind, genau in die Mitte eines Taktintervalls fallen. Es ergibt sich dann der größtmögliche Spielraum, nämlich ± '/2 Taktintervall, für die durch die eingangs erwähnten Störeinflüsse entstehenden Schwankungen der Spannungsextreme der Lesesignale.

Die F i g. 3 und 4 zeigen ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer zum Auslesen geeigneten Schaltungsanordnung in Form eines zweiteiligen Blockschaltbildes. An den durch die Buchstaben a bis ; gekennzeichneten Verbindungen zwischen den einzelnen Schaltungsgiiedern treten Signalabläufe auf, die in den F i g. 1 und 2 durch die gleichen Buchstaben bezeichnet sind.

Die F i g. 3 stellt die sogenannte Bewertereinrichtung dar. Es wird vorausgesetzt, daß an den Eingangsklemmen des Übertragers 1 die in einem Leseverstärker hinreichend verstärkten, bandbegrenzten Lesesignale zur Verfugung stehen. In der symmetrischen Differenzierschaltung 2 werden die Lesesignale differenziert und den Eingängen der bistabilen Kippschaltung 3 zugeführt. Diese Kippschaltung ist so ausgelegt, daß der Ansprechschwellwert von der mittleren Signalamplitude abhängt (Wenn keine Amplitudenregelung im Leseverstärker erfolgt). Beide Ausgänge der Kippschaltung 3 sind mit dem differenzierenden Mischgatter 4 verbunden, das sich von einer normalen Oder-Schaltung nur dadurch unterscheidet, daß die beiden Eingangssignale vor der Mischung erst differenziert werden. Die Ausgangsimpulse des Mischgatters 4 lösen den Ablauf der Meßzeit in der Zeitvergleichseinrichtung 5 aus. Jedesmal, wenn die Zeitvergleichseinrichtung 5 aus dem Ruhezustand heraus also nach dem vollständigen Ablauf der Meßzeit gestartet wird, wird der Schwellwertdetektor 6 angeregt und sendet am Ausgang /einen Bewerterimpuls aus, der eine logische "1" kennzeichnet.

Die Einordnung des Bewerterimpulses /b in das Raster des Taktes Terfolgt in dem in F i g. 4 dargestellten Teil der Leseeinrichtung. Jeder Bewerterimpuls am Eingang f der bistabilen Kippschaltung 7 setzt die Kippschaltung; durch den nächstfolgenden Taktimpuls wird sie wieder zurückgeschaltet. Damit ist bereits das Ende eines jeden Informationsschritts durch das Taktraster festgelegt. Um die informaiionsschritte jeweils für die ganze Dauer eines Taktintervalls zur Verfügung zu stellen, werden die Ausgänge der Kippschaltung 7 mit den Vorbereitungseingängen einer weiteren, durch den Taktpuls Γ geschalteten Kippschaltung 8 verbunden. An den Ausgängen der Kippschaltung 8 kann die Information direkt bzw. invers abgenommen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Auslesen von nach Frequenzoder Phasenmodulationsverfahren aufgezeichneten Informationen aus Magnetschichtspeichern mit einem jeweils in einer besonderen Spur aufgezeichneten Taktraster, dadurch gekennzeichnet, die an den Ausgängen eines Lesekopfs bzw. eines Leseverstärkers anliegenden Lesesignale differenziert und die differenzierten Lesesignale einer ersten bistabilen Kippschaltung (3) zugeführt werden, daß von den ansteigenden und abfallenden Flanken der Ausgangssignale der ersten Kippschaltung Impulse abgeleitet werden, deren zeitliche Abstände mit einer festen Meßzeit in einer Zeitvergleichseinrichtung (5) verglichen wird, die dann und nur dann einen eine logische "1" kennzeichnenden (Bewerter-)Impuls abgibt, wenn der zeitliche Abstand der Eingangsimpulse die Meßzeit übersteigt, daß eine zweite bistabile Kippschaltung (7) durch die Bewerterimpulse gesetzt und durch die Impulse des Taktrasters zurückgesetzt wird und daß eine dritte bistabile Kippschaltung (8) durch die Impulse des Taktrasters in Abhängigkeit von dem jeweils unmittelbar vorausgehenden Schaltzustand der zweiten Kippschaltung (7) gesetzt bzw. zurückgesetzt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Meßzeit etwa 70% des zeitlichen Abstandes zweier Taktimpulse beträgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechschwelle der ersten bistabilen Kippschaltung (3) nach Maßgabe der mittleren Lesesignalamplituden von Hand einstellbar ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechschwelle der ersten bistabilen Kippschaltung (3) abhängig von den Amplituden jeweils einer Anzahl von vorhergehenden Lesesignalamplituden selbsttätig veränderbar ist.