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Scheitel erkennende und Störamplituden eliminierende Schaltung Die
Erfindung beschäftigt sich mit einer Schaltung, welche elektrische wellenförmige
Signale in der Weise auswertet, daß sie Scheitel erkennt und Störatuplituden eliminiert.
Diese Aufgabe ergibt sich besonders bei der Verarbeitung der Signale eines Lesekopfes,
der Bitaufzeichnungen eines z.B. magnetischen Datenträgers liest. Beim Lesen selbsttaktender
Aufzeichnungen wie z.B~ der magnetischen t§Richtungstaktschrift dient die Scheitelerkennung
dazu, außer der Bitwerterkennung auch für jede Bitzelle einen Auswertungs-Taktimpuls
zu gewinnen. Irreguläre, durch Störeinflüsse erzeugte Amplitudenverläufe, die unterhalb
einer Schwelle bleiben oder größer aber nadelartig sind, sollen eliminiert werden.
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Es ist bekannt, in einer Schaltung zur Auswertung solcher Signale
einen Zweig zu bilden, in dem festgestellt wird, ob die jeweiligen
Lesesignalamplituden
eine Schwelle überschreiten, ferner einen zweiten Zweig, in dem eine Differenzierung
des Lesesignsals mit Meldung von Nulldurchgängen des differenzierten Signals stattfindet,
und beide Zweige in einer Konjunktionsschaltung zusammengeführt sind (Brit.Patent
924 352>.
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Ferner @t die zusätzliche Verwendung von Integrierglledern bekannt,
um schwellenwertüberschreitende Spitzen zu geringen Energieinhalts zu eliminieren.
Eine in der deutschen Auslegeschrift 1 289 873 angegebene Schaltung beispielsweise
weist ebenfalls zwei in einer Konjunktionsschaltung zusammengeführte Zweige auf,
deren einer einen Amplitudenbewerter der vorangegebenen Art enthält. Im anderen
Zweig werden die #leichgerichtoten ifalbwellen des Lesesignals differenziert - hier,
um nur Amplitudenänderungen genügend steilen Anstiegs zu erfassen ferner wird bei
genügender Steilheit der Anstieg bis zum Scheitelpunkt durch einen rechteckimpuls
ersetzt, und über diesen wird in einem nachgeschalteten Integrator integriert, um
nur Impulse genügenden Energieinhalts zu erfassen. Eine in IRE Wescon Convention
Record 1961 in dem Aufsatz 13/2 "High Density Digital Magnetic Tape Recording" angegebene
und in Fig. 10 dargestellte Schaltung enthält zwei parallele Auswertungsschaltungen
für jeweils eine Polarität des Lesesignais, in denen zunächst eine Selektion der
Amplituden stattfindet1 die eine Schwelle überschreiten. Das Ergebnissignal wird
in jeder Auswertungsschaltung zwei parallelen Zweigen zugeführt,
deren
einer einen Integrator enthält. Im anderen Zweig wird die Differenz des zugeführten
Signals mit demselben, aber verzserten Signal gebildet, was in etwa einer Differenzierung
entspricht, und ein verzögerter Scheitelzeit-Impuls gewonnen.
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In beiden Auswertungsschaltungen sind die genannten beiden Zweige
in einer Konjunktionsschaltung zusammengeführt.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine-Scheitel erkennende und Stc,--amplituden
eliminierende Schaltungsanordnung zur Auswertung von wellenförmigen elektrischen
Signalen wie insbesondere Magnetsciiriftlesesignalen mit einer Koinzidenzschaltung,
der Auswertungssignale einer Scheitelerkennungsschaltung und einer einen Integrator
enthaltenden energiebewertenden Schaltung zugeführt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Schaltung
dieser Art.
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Die er#'indungsgemäße Schaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß der
Amplitudenverlauf des Signalsin der Scheitelerkennungsschaltung einem Differenzierglied
und die Amplitudenverläufe gleicher Polarität in der energiebewertenden Schaltung
dem Integrator zugeführt werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das vollständige Signal mehreren
Auswertungsschaltungen zugeführt wird, von denen eine
erste den
Signalverlauf in dem Differenzierglied differenziert und in Abhängigkeit von der
Nulldurchgangsrichtung des differenzierten Signals einen Impuls auf einen ersten
oder zweiten Ausgang gibt, eine zweite den Signalverlauf in jedem Bereich positiver
Amplituden integriert und eine Schwellenwertüberschreitung des integrierten Signals
an ihrem Ausgang meldet, und eine dritte den Signalverlauf in jedem Bereich negativer
Amplituden integriert und eine Schwellenwertüberschreitung des integrierten Signals
an ihrem Ausgang meldet, und daß in zwei Koinzidenzschaltungen jeweils ein Ausgang
der ersten Auswertungsschaltung mit dem Ausgang einer der integrierenden Auswertungsschaltungen
verknüpft ist.
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Bei der vorstehend gekennzeichneten Schaltungsausführung kann erfindungsgemäß
weiterhin vorgesehen werden, daß die Koinzidenzschaltungen jeweils einen dritten
Eingang haben, der mit dem Ausgang eines Schwellenwert-Überschreitungen des auszuwertenden
Signals meldenden Amplitudendiskriminators verbundes ist.
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Zweckmäßig kann vorgesehen werden, daß von den Ausgangssignalen der
Koinzidenzschaltungen abgeleitete Impulse über eine ODER-Schaltung den Integratoren
als Normierimpulse zugeführt werden und ferner, daß auch Hilfstaktimpulse, die bei
Lesestörungen erzeugt werden, den Integratoren als Normierimpulse zugeführt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der
Zeichnungen näher beschrieben.
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Figur 1 zeigt die Schaltung, Figur 2 zeigt auftretende Signalverläufe.
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Mit einem Schreibstromverlauf wie in Fig. 2(a) können aufeinander
folgende Bitwerte (hier 100 110) in "Richtungstaktschrift auf einen magnetisierbaren
Aufzeichnungsträger aufgezeichnet werden. Die Aufzeichnung enthält zwischen zwei
nacheinander aufgezeicllneten Bits gleichen Wertes jeweils einen redundanten Nagnetisierungs-Richtungswechsel.
Die in einem Lesekopf 1 (Fi#. i) beim Lesen dieser Aufzeichnung induzierte, durch
einen Verstärker 2 verstärkte Lesespannunghn dessen Ausgang b hat dann etwa den
Verlauf nach Fig.2(b). Er enthält auch Scheite', die durch redundante Magnetisierungs-Richtungswechsel
erzeugt werden. Dieser Spannungsverlauf wird mehreren Auswertungszweigen zugeführt.
In einem ersten Zweig wird der Spannungsverlauf zur Erkennung aller Scheitel zunächst
in einer Differenzierschaltung 3 differenziert, was einen Signalverlauf nach Fig.
2(c) ergibt. Dieser Signalverlauf wird nach Verstärkung in einem Verstärker 4 in
einem Nulldurchgangsdetektor 5 in einen Signalverlauf nach Fig. 2(d) umgesetzt,
dessen Flnnkenden Nulldurchgängen in der einen und anderen ilichtung des differenzierten
Signalverlaufs entsprechen. In einer Trennstufe 6 werden aus den Flanken dieses
Signalverlaufs nach den Flankenrichtungen getrennt Logikspannungs-Impulse nach
Fig.
2(e) und (f) erzeugt und je nach der Flankenrichtung einem ersten Ausgang e oder
zweiten Ausgang f des Auswertungs zweiges zugeführt. Der erste Ausgang e ist an
eine Eingang eines UND-Gatters 7 und der zweite Ausgang f an einen Eingang eines
UND-Gatters 8 angeschlossen.
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Der Spannungsverlauf nach Fig. 2(b) wird ferner über einen Verstärker
9 einem zweiten Quswercungszweig zugefiihrt, ill tIcr er, durch einen Verstärker
10 nochmals verstärkt, an einen Gleichrichter 11 gelangt, der nur die positiven
llalbwellen weitergibt. Ein nachgeschalteter Integrator 12 integriert zur Ellergiebcwertungg
jede Halbwelle bis zum Eintreffen eines Normicrimpulses über eine #Leitung nl. Die
jeweili,Q;en Ausgangs-Signale des Integrators 12 sind in Fig. 2(i) gestrichelt dargestellt.
Sie werden einem Amplitudendiskriminator 13 zugeführt, der einen in Fig. 2(i) mit
vollen Linien dargestellten Logikspannungs-Verlauf erzeugt, in dem der eine (hier
höhere) Wert für die Dauer der Zeiten erscheint, während der die Amplitude des Signals
des Integrators 12 größer als ein Schwellenwert ist. Diese Logikspannungen werden
einem zweiten Eingang des UND-Gatters 7 zugeführt.
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Der Spannungsverlauf nach Fig. 2(b) wird ferner über einen invertierenden
Verstärker 14 einem dritten Auswertungszweig zugeführt, der aufeinanderfolgend einen
Verstärker 15, Gleichrichter 16, Integrator 17 und Amplitudendiskriminator i8
enthält.
Diese Glieder sind den Gliedern 10, ll, 12, 13 des vorbeschriebenen Zweiges gleich
und führen eine Energieauswer tung in gleicher. Weise durch, jedoch für die negativen
Plalbweiler ~des Spannungsverlaufs nach Fig. 2(b). Die Normierung des Integrators
17 erfolgt über eine Leitung n2. Die Ausga@gssignale des Integrators 17 und des
Amplitudendiskriminat -s 18 sind, in gleicher Weise wie für den zweiten Zweig, in
Fi@. 2(k) dargestellt. Die Logikspannungs-Signale des Amplitudendiskriminators 18
werden einem zweiten Eingang des UND-Gatters 8 zugeführt.
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@@@ UND-Gatter 7 und 8 haben jeweils noch einen dritten Ein-@@@@.
Dem dritten Eingang des UND-Gatters 7 werden die Signal J#i eilles dem Verstärker
9 nadhgeschalteten vierten Auswertungs zweiges zu'#efüiirt, der einen Amplitudendiskriminator
19 enth't. Dieser gibt Logikspannungen aus, welche den höheren Wert während der
Zeiten haben, in denen die Amplituden der positiven ilalbwellen des Spannungsverlaufs
nach Fig. 2(b) größer als ein Schwellenwert sind und deren Verlauf in Fig.
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2(g) dargestellt ist. Dem dritten Eingang des UND-Gatters 8 werden
die Signale eines dem invertierenden Verstärker 14 nachgeschalteten fünften Auswertungszweiges
zugeführt, der einen ebenso wie der Diskriminator l9 ausgebildeten Amplitudendiskriminator
20 enthält. Dieser gibt Logikspannungen aus, welche den höheren Wert während der
Zeiten haben, in denen die Amplituden der negativen Halbwellen des Spannungsverlaufs
nach
Fig. 2(b) größer als ein Schwellenwert sind, ihr Verlauf ist in Fig. 2(h) dargestellt.
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Eine an den Ausgang des UND-Gatters 7 angeschlossene monostabile Kippschaltung
21 wird zwecks Ausgabe eines Impulses an eine Ausgangsleitung 1 dann und nur dann
in die instabile Lage gekippt, wenn die Leitung e einen positiven Impuls des Spannungsverlaufs
nach Fig. 2(e) an das UND-Gatter 21 liefert una gleichzeitig an dessen zweiten Eingang
das positivere Ausgangssignal (Fig. 2(i)) des Amplitudendiskriminators 13 und am
dritten Eingang das positivere Ausgangssignal (Fig. 2()) des Amplitudendiskriminators
19 liegt, also der Scheitel einer positiven Halbwelle des Lesesignais (Fig 2(b)),
die genügen den Energieinhalt und genügende Amplitude hat, gemeldet ist.
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Siria an das UND-Gatter 8 angeschlossene monostabile Kippschaltung
22 erbringt an einer Ausgangsleitung m das Ergebnis einer ebensolchen Auswertung
der negativen Halbwellen.
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Nach Unterdrückung der durch redundante Scheitel (dritter und sechster
Scheitel in Fig. 2(b)) auf die Leitungen l, m gegebenen Impulse in einer Ausblendschaltung
23, deren Aufbau hier nicht interessiert, entsteht so an den Ausgängen L, M eine
Folge von Impulsen, die einen Bit-Takt ergeben und gleichzeitig, durch Erscheinen
an dem einen oder anderen Ausgang, den Bitwert melden.
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Die Impulse in den Leitungen 1, m werden außerdem über ein ODER-Gatter
24 den zwei Leitungen nl, n2 und über diese den Integratoren 10 und 16 zugeführt,
um dort als Normierungsimpulse wirksam zu werden, d.h. den Integrator, insbesondere
durch entladung des integrierenden Kondensators, in den Ruhezustand zurückzuführen.
Es wird also über die Anstiegszeit bis zum Scheitel der Halbwelle, oder kurz danach,
integriert.
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Das ODER-Gatter 24 kann zur Gewinnung einer längeren Norr; 2-rungszeit
auch an die Ausgänge der Ausblendschaltung 23 ar.xWcschlossen werden, wodurch dann
die Integrator-Rückstellung für die redundanten Scheitel unterbleibt und erst zur
Scheitelzeit der nachfolgenden Halbwelle entgegengesetzter Polaritat stattfindet.
Prinzipiell besteht andererseits die Möglichke@@, zur Einsparung der Ausblendschaltung
22 die Dauer des Normierimpulseslänger als eine halbe Bitperiode, zu machen, so
da er beim Erscheinen eines redundanten Scheitels noch am Integrator ansteht und
die Integration dieses Scheitels verhindert.
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Es ist vorgeschlagen worden, der Schaltung 23 Schaltmittel beizuordnen,
die jedesmal einen llilfs-Taktimpuls erzeugen, wenn ein regulärer Impuls, der an
einem der Ausgänge M, L zu einer bestimmten Zeit erscheinen müßte, durch eine Störung
nicht erscheint (deutsche Patentanmeldung P 20 64 255.1).
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Es ist vorgesehen, daß solche 1iilfs-Taktimpulse dem ODER-
Gatter
24 über einen Eingang 25 ebenfalls zugeführt werden, um die Integratoren 12, 17
zu normieren.
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Bei der in der Einleitung zuletzt genannten bekannten Schaltung wird
nur über die Teile der halbwellen des auszuwertenden Signals integriert, die eine
Amplitudenschwelle iiberschreiten. Da diese Integration für signifikante NaI':wellen,
deren Scheitel nur wenig über der Schwelle liegt, eilen kleinen Energieinhalt ergeben
würde, der von dem Energieinhalt eines Störimpulses größerer Amplitude leicht übertroffen
werd-en kaiin, muß man die Schwelle im Interesse der Integrator auswertung so wählen,
daß sie einen genügenden Abstand vc den niedrigsten vorkommenden Scheiteln der signifikanten
11albwellen hat. Diese Schwelle kann aber einen zu geringen Abstand von der Null-Linie
haben, um nicht signifikante Scheitel des Rauschbereichs auszuschließen, und es
ist bei der Festlegung der Schwelle ein Kompromiß zwischen sich widersprechenden
Forderungen zu schließen.
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Die bei der erfindungsgemäßen Schaltung stattfindende Integration
über den unbeschnittenen Amplituddnbereich der H.albwellen hat zur Folge, daß für
die Energiebewertung derjenigen Halbwellen,#deren Scheitel gemäß der Meldung der
Amplitudenbewerter (im Beispiel l9 und 20) außerhalb des nichtsignifilcanten Amplitudenbereiches
(Rauschbereichs) liegt, auch die innerhalb dieses Rauschbereichs stattfindenden
Integrationsanstiege
ihren anteiligen Beitrag liefern. Dieser Beitrag
wird umso größer, je größer der Rauschbereich im Verhältnis zu den ihn überschreitenden
Amplituden des auszuwertenden Signals ist.
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Die Grenzen des Rauschbereichs (im Beispiel also die Schwellenwerte
der Amplitudenseiektoren 19, 20) können dadurch allein nach den zu erwartenden auschverhältnissen
eingestellt werden.
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Es wird ferner möglich, auf Schaltungsglieder1 die, wie im Beispiel
die Amplitudenselektoren 19, 20, die Amplitudenbeträge des auszuwertenden Signals
prüfen, gegebenenfalls ganz zu vcrzicliten, weil ihr Auswertungsbeitrag durch die
Ergebnisse der Integrationen ausreichend ersetzt wird.