DE2148743A1

DE2148743A1 - Einrichtung zur Umformung von Datensignalen

Info

Publication number: DE2148743A1
Application number: DE19712148743
Authority: DE
Inventors: Heidecker Robert Fred; Laatt Richard George
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-12-07
Filing date: 1971-09-30
Publication date: 1972-06-08
Also published as: FR2117057A5; US3622894A; JPS5340085B1; GB1357949A

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket BO 970 015

Einrichtung zur Umformung von Datensignalen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umformung von digitalen, in Informationszellen unterteilten Datensignalen,

Digitale Informationen können in verschiedener Weise codiert werden, Beispiele sind die Phasencodierung, die frequenzmodulation, die Pulsbreitenmodulation und die NR2I {Non«Return-to-Zero)-Codierung. Solche Informationsdarstellung ergibt Signale mit verschieden langen Halbwellen, Wenn eine sehr kurze Halbwelle neben einer wesentlich längeren Halbwelle auftritt, so erfolgt oft eine Verschiebung des Überganges zwischen diesen in der Weise, daß die längere Halbwelle etwas verkürzt wird. Diese unerwünschte zeitliche Verschiebung beeinträchtigt natürlich die Datenerkennung, Auch verursachen die verschieden langen Halbwellen eine Verschiebung der Wechselspannungs-Basislinie, was sich ebenfalls störend bemerkbar macht. Die Kompensation solcher Störungen bringt jedoch häufig neue Fehlerursachen mit sich. So können beispielsweise die Methoden zur Impulsverkürzungj die zur Kompensation der zeitlichen Verschiebungen der Signalübergänge verwendet werden, Überschneidungen mit den Bezugslinien bewir-

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ken, die als Signalübergänge angesehen werden und somit die Information verfälschen. Diese Probleme machen sich um so stärker bemerkbar, je höher die Datendichte ist.

Beim Erkennen einer Information, die in einem informationstragenden Signal enthalten ist, spielt die Identifizierung der einzelnen Informationszellen eine bedeutende Rolle. Oftmals ist das Informationssignal selbsttaktierend, d. h., der Takt für die Datenerkennung wird aus dem Signal selbst abgeleitet. Entsprechende Erkennungseinrichtungen weisen zwei Signalkanäle auf, von denen der eine das Informationssignal verarbeitet und in dem ande-P ren das Taktsignal erzeugt wird, das zum Erkennen der Information benötigt wird.

Zur Aussonderung von Störungen in einem Datensignal ist es bekannt, aus dem Datensignal zwei Signale zu erzeugen, die in Abhängigkeit vom Auftreten einer Störung verschiedenartig miteinander kombiniert werden. Diese Methode ist vorteilhaft für das Entfernen von Störimpulsen; es ist jedoch nicht möglich, Übergangsverschiebungen bei vollständiger Vermeidung von Überschneidungen mit den Bezugslinien zu eliminieren. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Umformung von Datensignalen anzugeben, mit der eine Ausschaltung von Stöfc rungen vorgenommen werden kann, ohne daß dabei andersartige Störungen erzeugt werden. Weiterhin soll die Einrichtung Störungen verschiedener Art kompensieren, wie z. B. Übergangsverschiebungen, bereits im Signal enthaltene unerwünschte Überschneidungen mit den Bezugslinien sowie Verschiebungen dieser Bezugslinien. Diese Aufgabe wird bei der Einrichtung zur umformung von digitalen, in Informationszellen unterteilten Datensignalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Mittel zum gleichzeitigen Erzeugen eines ersten, ?ur Eliminierung bestimmter Störungen im Datensignal korrigierten Zwischensignals und eines zweiten, nicht korrigierten Zwischensignals , Mittel zum Vergleich der Amplituden des Datensignals von zwei verschiedenen Zeitpunkten sowie Mittel zur Auswahl eines der beiden Zwischensignale als Ausgangssignal in Abhängigkeit vom Er-

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gebnis des Vergleichs vorgesehen sind. Vorzugsweise sind Mittel zum Vergleich der Amplituden des Datensignals von zwei um eine Informationszelle auseinanderliegenden Zeitpunkten vorgesehen. Es sind weiterhin vorteilhaft Mittel zur Auswahl des ersten Zwischensignals bei beim Vergleich unterschiedlichen Amplituden des Datensignals und zur Auswahl des zweiten Zwischensignals bei gleichen Amplituden vorgesehen. Die im ersten Zwischensignal eliminierten Störungen den Datensignals können zeitliche Verschiebungen von Übergängen sein. Zum Eliminieren dieser Störungen kann ein analoges Subtraktionsglied, in dem jeweils ein bestimmter Teil des Datensignals und des um eine Informationszelle verzögerten Datensignals von dem um eine halbe Informationszelle verzögerten Datensignal subtrahiert werden, verwendet werden. Das Datensignal ist vorzugsweise ein aus dem Abfühlen einer magnetischen Aufzeichnung erhaltenes und differenziertes Signal, in dem die Daten durch die Übergänge zwischen verschiedenen Signalzuständen bestimmt sind. Es sind vorteilhaft Vorrichtungen zur Amplitudenbegrenzung der Zwischensignale und der den Mitteln zum Vergleich zugeftihrten Signale vorgesehen. Die Mittel zum Vergleich können aus einer Exklusiv-ODER-Schaltung bestehen, deren beiden Eingängen das Datensignal verschieden stark verzögert zugeführt wird. Den Mitteln zum Vergleich der Amplituden können Torschaltungen für die Zwischensignale nachgeschaltet sein, wobei zwischen den Ausgang der Mittel zum Vergleich und eine Torschaltung ein Inverter gelegt ist. Es können weiterhin vor den Mitteln zur Auswahl eines der beiden Zwischensignale Verzögerungsglieder in der Weise angeordnet sein, daß sich die Signale bei ihrem Wechsel etwas überlappen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Einrichtung zur Umformung von Datensignalen sowie 209824/0 9(U

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Fign. 2 und 3 idealisierte Kurvenformen der in der einen Einrichtung nach Fig» I auftretenden Signale.

Auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium IO sind mit hoher Dichte selbsttaktierende Datensignale gespeichert. Infolge der Eigenschaften des Aufzeichnungsmediums 10 besitzt das aufgezeichnete Signal 11 in Fig. 2, in dem die Daten durch die übergänge zwischen den verschiedenen Signalzuständen dargestellt sind, bei der Wiedergabe zeitliche Verschiebungen der übergänge. Die Verschiebung ist durch die zeitliche Differenz zwischen einem übergang im Signal 11 und dem zugeordneten Spitzenwert im Wiedergabesignal 12, das in idealisierter Form dem differenzierten Signal

11 entspricht, gegeben. Das Wiedergabesignal 12 zeigt, daß die Verschiebung der Spitzen dieses Signals in bezug auf die Übergänge im Signal 11 in bekannter Weise so erfolgt, daß eine Verlängerung der kürzeren Halbwellen stattfindet. Der Magnetkopf 13 fühlt den aufgezeichneten Magnetfluß auf dem Aufzeichnungsmedium 10 ab und liefert das Wiedergabesignal 12 an ein Differenzierglied 15. Von diesem wird über eine Leitung 26 das Signal 12D an einen Schaltkreis 16 geführt. Dieser analysiert die gerade anliegende Halbwelle des Signals 12 und liefert weiterhin Signale an einen Kompensationskreis 17, in dem die Verschiebungen der übergänge kompensiert werden, sowie an einen Bezugslinienkreis In Abhängigkeit vom Ergebnis der Analyse der Halbwelle des Signals

12 wird entweder das vom Kompensationskreis 17 gelieferte erste Zwischensignal oder das vom Bezugsiinienkreis 18 gelieferte zweite Zwischensignal über einen Torkreis 19 zum Datendetektor 20 durchgelassen.

Bei vielen Verfahren zur Kompensation von Übergangsverschiebungen, wie z. B. bei der Impulsverkürzung, werden die Signale gegenüber der Bezugslinie so stark geändert, daß bei langen Halbwellen der Signale die Bezugslinie gekreuzt wird, wodurch fälschlicherweise ein Signalübergang angezeigt wird. Es die Aufgabe der dargestellten Einrichtung, eine höchst wirksame Kompensation von Übergangsverschiebungen bei gleichzeitiger Unterdrückung der Weitergabe

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unerwünschter Überschneidungen der Bezugslinien durchzuführen, so daß das von ihr erzeugte Ausgangssignal eine genaue Nachbildung des aufgezeichneten Signals 11 ist.

Die Datensignale sind im vorliegenden Beispiel als NRZI-Signale dargestellt. Die Grenzen der Informationszellen werden durch die dreieckförmigen Markierungen in der ersten Zeile der Fig. 2 angezeigt. Die Änderungen im Signal 11 finden jeweils in einer Zellenmitte statt. Der Datendetektor 20 kann nach irgend einem der bekannten Verfahren arbeiten, so beispielsweise mit Hilfe der Integration, der abschnittsweisen Erkennung oder der Differentiation.

Der Schaltkreis 16 enthält einen Verzögerungskreis 25 mit zwei Verzögerungsschaltungen 27 und 28. Das differenzierte Wiedergabesignal 12D auf der Leitung 26 wird in der ersten Verzögerungsschaltung 27 und dann in der sich anschließenden Verzögerungsschaltung 28 um jeweils eine halbe Informationszelle verzögert. Das Signal 12D, das Ausgangssignal 12E der Verzögerungsschaltung 27 und das Ausgangssignal 12F der Verzögerungsschaltung 28 stellen somit drei gleiche, jeweils gegenseitig um eine halbe Informationszeiie verschobene Signale dar. Die Dauer einer Informationszelle selbst ist abhängig von der Geschwindigkeit des Aufzeichnungsn^äiums 10 gegenüber dem Magnetkopf 13. Die Dauer einer Informationszelle entspricht dem Zeitabschnitt, in dem das Aufzeichnungsmedium 10 einen Weg zurücklegt, der zwischen zwei Zellengrenzen liegt. Es werden daher vorteilhaft Verzögerungsschaltungen mit an die Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers 10 angepaßter Verzögerung verwendet.

Die durch die Verzögerung erhaltenen Signale werden nicht nur zur Auswahl der Zwischensignale benutzt, sondern auch zur Kompensation der ubergangsverschiebungen im Datensignal verwendet. Das um eine halbe Informationszelle verzögerte Signal wird auf einer Leitung 30 dem positiven Eingang einer analogen Addierschaltung 31 im Kompensationskreis 17 zugeführt. Das um eine

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Informationszelle verzögerte Signal 12F wird auf einer Leitung 32 an den einen subtrahierenden Eingang der Addierschaltung 31 gegeben. Das unverzögerte Wiedergabesignal auf der Leitung 26 wird dem zweiten subtrahierenden Eingang der Addierschaltung 31 zugeführt. Bevor eine Subtraktion stattfindet, werden die zu subtrahierenden Signale in ihrer Amplitude verkleinert. Die Fig. 3 zeigt die Arbeitsweise der Addierschaltung 31, in der durch eine ImpulsVerkürzung die Übergangsverschiebungen eliminiert werden. Die Amplituden der an die subtrahierenden Eingänge angelegten Signale werden beispielsweise auf den 0,4-fachen Wert reduziert. Das Hauptsignal 35 in Fig. 3 wird über die Leitung 30 in die fc Addier schaltung gegeben und dort mit dem Signal 36 von der Leitung 32 und dem Signal 37 von der Leitung 26 verglichen. Die analoge Summe dieser drei Signale ist ein gegenüber dem Impuls 35 in Höhe und Breite reduzierter Impuls 38, der auf die Ausgangsleitung 40 gegeben wird. Die Arbeitsweise der Addierschaltung 31 wird als bekannt vorausgesetzt und daher hier nicht näher beschrieben.

Der in seiner Breite eingeschränkte Impuls 38 wird in einer Begrenzerschaltung 41 stark in seiner Amplitude begrenzt, so daß angenähert ein Rechteckimpuls entsteht, über eine Verzögerungsschältung 42 wird dieser dann dem Torkreis 19 zugeleitet. Durch die Verzögerungsschaltung 42 werden alle Schaltkreisver-P zögerungen kompensiert, so daß das Ausgangssignal des Kompensationskreises 17 in richtiger zeitlicher Beziehung zu den Torsignalen und dem Ausgangssignal des Bezugslinienkreises 18 steht. Vorzugsweise wird die Verzögerungsschaltung 42 so gewählt, daß sie die Temperaturabhängigkeiten der anderen Schaltungselemente kompensiert.

Das nicht korrigierte, zweite Zwischensignal wird erzeugt durch Begrenzen des um eine halbe Informationszelle gegenüber dem Datensignal verzögerten Signals 12E in einer Begrenzerschaltung 43 und durch eine entsprechende Verzögerung im Bezugslinienkreis 18, so daß seine zeitliche Lage in bezug auf das erste

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Zwischensignal aus dem Kompensationskreis festgelegt ist» Durch die Begrenzerschaltung 43 wird es in ein Rechtecksignal mit zwei verschiedenen Signalzuständen umgewandelt.

Die Signale auf den Leitungen 26 und 32 sind zeitlich um eine Informationszelle gegeneinander verschoben. Diese beiden Signale werden ständig in einem Torsignalgenerator 50 miteinander verglichen. In Abhängigkeit von diesem Vergleich wird entweder das kompensierte Zwischensignal oder das zweite Zwischensignal vom Torkreis 19 durchgelassen. Bevor die beiden Signale auf eine Exklusiv-ODER-Schaltung 51 im Generator 50 gelangen, werden sie in Begrenzerschaltungen 54 und 55 in ihrer Amplitude derart begrenzt, daß die Rechtecksignale 52 und 53 entstehen. Das Ausgangssignal der Exklusiv-ODER-Schaltung 51 ist in Fig« 2 als Signal 56 dargestellt. Dieses Signal wird in hintereinanderllegenden Verzögerungsschaltungen 57 und 58 verzögert, so daß das Signal 66 entsteht, das auf den einen Eingang einer UND-Schaltung 59 im Torkreis 19 gegeben wird. Die Verzögerungsschaltungen 57 und 58 dienen ebenfalls zur Kompensation von SchaltkreisVerzögerungen. Dem zweiten Eingang der UND-Schaltung 59 wird das erste Zwischensignal aus dem Kompensationskreis 17 zugeleitet.

Es ist wünschenswert, einen etwas größeren Anteil des zweiten Zwischensignals durch die zugehörige UND-Schaltung 60 im Torkreis 19 hindurchzulassen, als es nötig wäre. Hierdurch wird verhindert, daß beim Wechsel zwischen den beiden Zwischensignalen eine unerwünschte Amplitudenänderung des Ausgangssignals stattfindet. Obwohl kompensierende Verzögerungen vorgesehen sind, könnte ds doch geschehen, daß die zu den beiden UND-Schaltungen 59 und 60 geführten Torsignale zeitlich etwas getrennt und somit beide UMD-Schalttmgen kurzzeitig gesperrt sind. Aus diesem Grund sind die Ausgänge der Verzögerungsschaltungen 57 und 58 in einer ODER-Schaltung 62 zusammengefaßt. Das Ausgangssignal dieser ODER-Schaltung wird über eine VerzÖgerungsschaltung 64 und eine In- · verterschaltung auf den einen Eingang der UND-Schaltung 60 gegeben. Das an diesem Eingang anliegende Torsignal ist in Fig. 2

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mit 63 bezeichnet. Die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 64 entspricht etwa der halben Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 58. Diese Verzögerung bewirkt den unterbrechungsfreien Übergang zwischen den Torsignalen der UND-Schaltungen 59 und 60. Die beiden Torsignale 66 und 63 sind im wesentlichen komplementär, wobei die positiven Anteile des Signals 63 gegenüber den negativen Anteilen des Signals 66 verlängert sind.

Die verwendeten Anteile des Ausgangssignals der UND-Schaltung sind die stark ausgezogenen Anteile des Signals 70 in Fig. 2. Diese sind durch das gleichzeitige Auftreten der positiven Anteile im Torsignal 66 gekennzeichnet und entsprechen dem Ausgangssignal 71 des Kompensationskreise 17. In gleicher Weise entsprechen die zum Ausgang durchgelassenen Anteile des zweiten Zwischensignals den stark ausgezogen dargestellten Anteilen des Signals 72. Diese sind durch das gleichzeitige Auftreten der positiven Anteile des Torsignals 63 gekennzeichnet. Die Ausgangssignale der UND-Schaltungen 59 und 60 werden in einer ODER-Schaltung 75 zusammengefaßt. Sie ergeben das Ausgangssignal 76, das dem Datendetektor 20 zugeleitet wird. Das Signal 76 ist eine Nachbildung des aufgezeichneten Signals 11.

Ein Vergleich des kompensierten Zwischensignals 71 mit dem Ausgangssignal 76 zeigt, daß die Bezugslinienfehler, die durch das Eliminieren der Übergangsverschiebungen in der Addierschaltung 31 entstanden waren, im Ausgangssignal nicht mehr enthalten sind. Die in die richtige zeitliche Lage gebrachten, im Signal 71 stärker dargestellten Übergänge sind auch im Ausgangssignal 76 enthalten. Die gewünschten Eigenschaften des um eine halbe Informationszelle verzögerten und begrenzten Signals 73 hinsichtlich der Bezugslinienfehler sind ebenfalls im Ausgangssignal 76 enthalten. Diese Kombination ergibt somit eine verbesserte Wiedergabe und eine größere Zuverlässigkeit für die Datenerkennung.

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Claims

PATE-NTAN S P- RÜCHE

Einrichtung zur Umformung von digitalen, in Informationszellen unterteilten Datensignalen, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum gleichzeitigen Erzeugen eines ersten, zur Eliminierung bestimmter Störungen im Datensignal korriierten Zwischensignals und eines zweiten, nicht korrigierten Zwischensignals, Mittel zum Vergleich der Amplituden des Datensignals von zwei verschiedenen Zeitpunkten sowie Mittel zur Auswahl eines der beiden Zwischensignale als Ausgangssignal in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs vorgesehen sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Vergleich der Amplituden des Datensignals von zwei um eine Informationszelle auseinanderliegenden Zeitpunkten vorgesehen sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Auswahl des ersten Zwischensignals bei beim Vergleich unterschiedlichen Amplituden des Datensignals und zur Auswahl des zweiten Zwischensignals bei gle|§&hen Amplituden vorgesehen sind.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Eliminieren von Störungen, die als zeitliche Verschiebungen von Obergängen im Datensignal auftreten, vorgesehen sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Eliminieren der Störungen ein analoges Subtraktionsglied, in dem jeweils ein bestimmter Teil des Datensignals und des um eine Informationszelle verzögerten Datensignals von dem um eine halbe Informationszelle verzögerten Datensignal subtrahiert werden, vorgesehen ist.

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6. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß das Datensignal ein aus dem Abfühlen
einer magnetischen Aufzeichnung erhaltenes und differenziertes Signal ist, in dem die Daten durch die über*
gänge zwischen verschiedenen Signalzuständen bestimmt sind.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen zur Amplitudenbegrenzung
der Zwischensignale und der den Mitteln zum Vergleich zugeführten Signale vorgesehen* sind. .
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Vergleich aus einer Exklusiv-ODER-Schaltung bestehen, deren beiden Eingängen
das Datensignal verschieden stark verzögert zugeführt
wird,- . - ..- .....-..■-■-../ _...- '■<-■._.-· .. ■-: ■
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Mitteln zum Vergleich der¹Amplituden Torschaltungen für die Zwischensignale nachgeschaltet sind und daß zwischen den Ausgang der Mittel zum Vergleich und eine Torschaltung ein Inverter gelegt ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Verzögerungsglieder vor den Mitteln zur Auswahl eines der beiden Zwischensignale in der Weise angeordnet sind, daß sich diese Signale bei ihrem Wechsel
etwas überlappen.

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