DE2203154B2

DE2203154B2 - Schaltung zur wahrnehmung der einen binaerwert darstellenden spitzen eines analogen signals mit einem komparator

Info

Publication number: DE2203154B2
Application number: DE19722203154
Authority: DE
Inventors: Hanan Los Angeles Calif. Potash (V-StA.)
Original assignee: Sperry Rand Corp., New York, N.Y. (V-StA.)
Priority date: 1971-01-25
Filing date: 1972-01-24
Publication date: 1977-06-08
Also published as: JPS5331180A; US3668532A; JPS4736744A; DE2203154A1; JPS5423267B2; JPS5315384B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Wahrnehmung der einen Binärwert darstellenden Spitzen eines analogen Signals mit einem Komparator, der die Amplitude dieses Signals mit der Amplitude desselben, um die Zeitspanne Δ 7Ί verzögerten (oder vorauseilenden) Signals vergleicht und beim Übersteigen der Amplitude des ersten Signals über die des zweiten Signals sein Rechteckausgangssignal zum Pegel 0 hin und im umgekehrten Fall zum Pegel 1 hin umschaltet.

In vielen Fällen möchte man die Spitzen im Verlauf eines analogen Signals feststellen. Beim Auslesen eines digitalen Speichers, in dem ein sich bewegender magnetischer Aufzeichnungsträger zur Anwendung kommt, braucht man normalerweise z. B. nur die Spitzen im Verlauf des Ausgangssignals eines Magnetkopfes örtlich festzulegen, um die gespeicherten Daten richtig zu identifizieren. Bislang wird dieses Ausgan ?ssignal einer Differenzbildungsschaltung zugeleitet, die das Differenzsigmal abgibt, dessen Schnittpunkte mit der Nullitiie die Spitzen im Ausgangssignal des Magnetkopfes angeben. Wenn bei der Konstruktion der Differenzbildungsschaltung beispielsweise ein Delta-Differenz-Verfahren zur Anwendung kommen soll, wird gewöhnlich eine solche Zeitkonstante newählt, daß ein Kompromiß zwischen der Genauigkeit und der Störunempfindlichkeit erreicht wird. Eine Differenzbildungsschaltung mit einer kurzen /leitkonstante bringt eine größere Genauigkeit bei der Wahrnehmung der

40 Spitzen mit sich, sie kann aber unfähig sein, zwischen den Signalspitzen und spitzen Störimpulsen zu unterscheiden. Andererseits verschleiert eine Differenzbildungsschaltung mit einer langen Zeitkonstante die kurz andauernden Störimpulse, ist aber wegen ihres Aufbaus hinsichtlich der Lokalisierung der Signalspitzen weniger genau.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Detektor für die Spitzen im Amplitudenverlauf eines Signals anzugeben, der sowohl diese Spitzen mit größter Genauigkeit anzeigt als auch eine hohe Störunempfindlichkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein weiterer Komparator, der die Amplitude des einen dem ersten Komparator zugeführten Signals mit der Amplitude desselben um die Zeitspanne ΔΤ2 < 1/5 AT\ verzögerten (oder vorauseilenden) Signals vergleicht und beim Übersteigen der Amplitude des dem ersten Komparator zugeführten Signals über die

(<o Amplitude seines anderen Eingangssignal sein Rechteckausgangssignal zum Pegel 0 hin und im umgekehrten Fall zum Pegel 1 hin umschaltet, parallel zum ersten Komparator über logische Vei knüpfungsglieder derart an den beiden Eingängen eines bistabilen Gerätes

ι-·, angeschlossen ist, daß das bistabile Gerät beim gleichzeitigen Umschalten der Rechteckausgangssignale der beiden Komparatoren zum Pegel 0 hin in seinen einen Zustand und beim gleichzeitigen Umschal-

ten zum Pegel 1 hin in seinen anderen Zustand flberführbarist.

Dieselbe Aufgabe kann auch dadurch erfindurigsgemäß gelöst werden, daß das analoge Signal einem kurz andauernde Störimpulse aussiebenden Filter und dessen Ausgangssignal einem weiteren Komparator zuführbar ist, der die Amplitude dieses Ausgangssignals mit der Amplitude desselben, um die Zeitspanne AT_; verzögerten Ausgangssignals vergleicht und beim Übersteigen der Ampulle des Ausgangssignals über die Amplitude des anderen Eingangssignals sein Rechteckausgangssignal zum Pegel 0 hin und im umgekehrten Fall zum Pegel 1 hin umschaltet, und daß der weitere Komparator parallel zum ersten Komparator über logische Verknüpfungsglieder derart an den beiden Eingängen eines bistabilen Gerätes angeschlossen ist, liaß das bistabile Gerät beim gleichzeitigen Umschalten der Rechteckausgangssignale der beiden Komparatoren zum Pegel 0 hin in seinen einen Zustand und beim gleichzeitigen Umschalten zum Pegel 1 hin in seinen anderen Zustand überführbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Die Figuren geben die wichtigsten Merkmale der Erfindung wieder. Es stellt dar

Fig. 1 ein Blockschaltbild des magnetischen Aufzeichnungssystems, in dem die Schaltung zur Wahrnehmung der Spitzenamplituden gemäß der Erfindung angewendet werden kann,

Fig.2 ein Blockschaltbild eines bisherigen Spitzendetektors, der die Delta-Differenzbildung ausnutzt,

Fig.3 den Verlauf des analogen Signals (a), eines binären Differenzsignals (b) bei einer ziemlich großen zeitlichen Verzögerung, eines binären Differenzsignals (c) bei einer ziemlich kleinen zeitlichen Verzögerung und eines Ausgangssignals (d), das gemäß der Erfindung durch eine logische Verknüpfung der binären Differenzsignale (b)und fc> zustandekommt,

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt das System zur Wahrnehmung von Signalspitzen gemäß der Erfindung, in dem ein Magnetkopf 10 über eine Leitung 12 seine Signale an einen Spitzendetektor 14 abgibt. In einem Speichersystem werden die digitalen Daten auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger in einem leicht zugreifbaren Datencodeformat längs der einen oder anderen Richtung eingeschrieben. Das vom Magnetkopf 10 in der Leitung 12 abgegebene Signal hat beim Umschalten der magnetischen Polarisation aus der einen Richtung in die andere eine Spitze (Maximum); es ist ein analoges Signal, das den Schreibstrom wiedergibt, der den Aufzeichnungsträger magnetisierte. Die Amplitude des analogen Signals ändert sich als Funktion der Zeit, und üblicherweise sind Hilfsmittel vorgesehen, die die Spitzen dieses analogen Signals wahrnehmen, so daß die Übergänge im aufgezeichneten Signal festgelegt werden können, um eine Unterscheidung der relativen Schaltzeiten des ursprünglichen Schreibstroms zu ermöglichen. Die aus dem Magnetkopf austretende Leitung 12 ist normalerweise über Verstärkungsstufen (nicht gezeigt) an den Spitzendetektor 14 angeschlossen, der über eine Ausgangsleitung 16 ein binäres Signal liefert, dessen Übergänge die Spitzen des analogen Signals anzeigen. Die Ausgangsleitung 16 ist mit einem Diskriminator 18 verbunden, der das eintretende Binärsignal dann in die aufgezeichneten Daten auflöst

F i g. 2 veranschaulicht den bisherigen Spitzendetektor, der für das System der F i g. 1 brauchbar ist und ein Delta-Differenzbildungsverfahren ausnutzt, bei dem das z'igeführte analoge Signal ständig an zwei zeitlich getrennten Punkten geprüft wird Eine Signalspitze wird dann angezeigt, wenn die Differenz der beiden zur Prüfung abgenommenen Signale die Nullinie durchquert.

Im einzelnen enthält der bisherige Spitzendetektor der Fig.2 eine Signaleingangsklemme 20, an die das analoge Signal gelegt wird, dessen Amplitude mit X bezeichnet sei. Es läuft über eine Verzögerungsschaltung 22, vorzugsweise über eine Verzögerungsleitung zum ersten Eingang 24 eines Komparators 26. Die Signaleingangsklemme 20 ist außerdem über eine weitere Leitung 28 unmittelbar mit einem zweiten Eingang 30 des Komparators 26 verbunden. Wenn die durch die Verzögerungsschaltung 22 eingebrachte Verzögerung mit AT bezeichnet sei, habe die am Eingang 24 des Komparators auftretende Signalamplitude die Größe X₁, während die am Eingang 30 erscheinende Signalamplitude duTh den Ausdruck Χιλ j7 wiedergegeben sei. Der Komparator 26 liefert ein binäres Ausgangssignal, dessen Pegel 1 dann auftritt, wenn die Amplitude X+.irdie Amplitude X, übersteigt, und dessen Pegel 0 die Umkehrung anzeigt, wenn also die Signalamplitude X, größer als Χι+δτ ist. Das vom Komparator 26 gelieferte Signal durchquert bei einer Signalspitze eine zwischen den beiden Pegeln 1 und 0 verlaufende Nullinie.

Bei der tatsächlichen Ausführung einer Schaltung zur Wahrnehmung von Spitzen mit einer Delta-Differenzbildungsschaltung nach Fig. 2 muß natürlich ein numerischer Wert für die Größe Δ Τ gewählt werden. Bei einer sehr kleinen Größe AT von z.B. 5 nsec in einem Aufzeichnungssystem mit hoher Dichte können die Spitzen des analogen Signals sehr genau wahrgenommen werden. Bei Anwendung einer solch kleinen Größe AT können auch spitze Störimpulse innerhalb des Verlaufs des analogen Signals angezeigt werden. Falls andererseits ein großer Wert für die Größe Δ Γνοη z.B. 100 nsec gewählt und dasselbe Aufzeichnungssystem von hoher Dichte benutzt wird, werden die kurz andauernden, spitzen Stör- oder Rauschimpulse verschleiert, was aber einen Verlust an Genauigkeit bei der Identifizierung der Spitzen des analogen Signals mit sich bringt.

In F i g. 3 ist die Amplitude X, als Signal fa)dargestellt, das vom Magnetkopf 10 auf die Leitung 12 gelegt wird. Eine gestrichelte Linie gibt dasselbe analoge Signal wieder, das jedoch um eine Zeitspanne ΔΤ\ verzögert ist. Als Signal (ty ist in F i g. 3 das binäre Differenzsignal dargestellt, das am Ausgang des Komparators 26 der Fi g. 2 in dem Falle erscheint, wenn die Verzögerungsschaltung 22 die Verzögerungszeitspanne Δ Τ\ hervorruft. Das binäre Differenzsignal (b) weist einen ersten Übergang 30 vom Niveau 1 zum Niveau 0 auf, wenn die Signalamplitude X, die Signalamplitude Χ,+λτ übersteigt. Ein zweiter Übergang 32 vom Pegel 0 auf den Pegel 1 findet statt, wenn die Signalamplitude Χ,+δτ größer als die Signalamplitude X₁ wird. Wie man sieht, sind die Signalübergänge 30 und 32 etwas ungenau, weil sie zeitlich ein wenig gegenüber den tatsächlichen Signalspitzen 34 und 36 verschoben sind, die sie wiedergeben sollen Das Differenzsignal (b) spricht jedoch nicht auf kurz andauernde, spitze Störimpulse 40 an, die nämlich so klein sind, daß sie nicht den

verzögerten Amplitudenverlauf des Signals mit der Amplitude Χ,+drdurchqueren.

Bei einer Verzögerung Δ Tj in der Verzögerungsschaltung 22, die beträchtlich kürzer als die Verzögerung Δ 71 ist, verläßt ein Signal (c) den Komparator 26. Signalübergänge 44 und 46 legen die tatsächlichen Signalspitzen 34 und 36 viel genauer fest. Es spricht daher auf den Störimpuls 40 an, der wegen der kurzen Dauer der Verzögerung Δ T^ den Amplitudenverlauf des Signals mit der Amplitude Χ,+δτ schneidet. Der spitze Störimpuls 40 bringt daher zusätzliche Signalübergänge 48 und 49 im Signal (c)bervor.

Im Hinblick auf die vorangehenden Betrachtungen nutzen die bisherigen Spitzendetektoren eine ze<tliche Verzögerung ΔΤ aus, die so gewählt wird, daß ein Kompromiß zwischen einer hohen Genauigkeit und einer starken Zurückweisung von Rauschsignalen zustandekommt.

An Stelle der Auswahl einer einzigen Verzögerungszeit werden gemäß der Erfindung die beiden binären Differenzsignale (b)und fender F i g. 3 erzeugt und dann logisch miteinander verknüpft, um ein binäres Ausgangssignal von hoher Störunempfindlichkeit, die der lang andauernden Verzögerung zugeordnet ist, und von hoher Genauigkeit zu erhalten, die einer kurz andauernden Verzögerung zukommt. Das gemäß der Erfindung erzeugte, binäre Ausgangssignal ist als Signal (d) in F i g. 3 wiedergegeben. Es weist Signalübergänge 50 und 52 auf, die zeitlich mit den genauen Signalübergängen 44 und 46 zusammenfallen, und verdeckt, wie man erkennen kann, die Signalübergänge 48 und 49 des Differenzsignals (c).

In Fig.4 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltung zur Wahrnehmung von Signalspitzen zu sehen, die das Signal (d) der F i g. 3 abgibt; sie enthält zwei Komparatoren 60 und 62, die beide mit Signalen der Amplitude X, versorgt werden, die aus einer Verzögerungsschaltung 64 austreten. Das analoge Signal mit der Amplitude X wird über eine Eingangsleitung 66 der Verzögerungsschaltung 64 zugeführt und zusätzlich über eine Leitung 68 der einen Eingangsklemme des Komparators 60 aufgeprägt. Die zweite Eingangsklemme des Komparators 62 ist an eine Anzapfung 70 der Verzögerungsschaltung 64 angeschlossen. Der Komparator 60 nimmt ständig die zu prüfende Amplitude X,und eine um die Zeitspanne ΔΤ\ verzögerte Amplitude auf; am Komparator 62 liegen ständig die Amplitude X₁ und eine um das Zeitintervall ΔΤι verzögerte Amplitude. Bei dieser Anordnung schaltet der Komparator 60 stets in den nächsten 1- oder 0-Zustand, bevor der Komparator 62 eine einfache, logische Verknüpfung der Ausgangssignale der Komparatoren 60 und 62 ermöglicht damit das gewünschte Signal (d) der Fig.3 abgegeben wird. In einem typischen Aufzeichnungssystem von hoher Dichte kann die Verzögerungszeitspanne ΔΤ\ = lOOnsec und das Zeitintervall/! Ti = 20nsecsein.

Die Ausgangsklemmen der Komparatoren 60 und 62 der F i g. 4, die die binären Differenzsignale (b) und (c) der F ι g. 3 abgeben, sind unmittelbar mit dem Eingang eines UND-Gliedes 72 und über Negatoren 74 mit dem Eingang eines zweiten UND-Gliedes 76 verbunden. An

die Ausgangsklemmen der UND-Glieder 72 und 76 ist die Setz- und Rückstellklemme eines Flipflops 78 angeschlossen. Jedesmal, wenn die beiden Komparatoren 60 und 62 den Signalpegei I abgeben, wird das Flipflop 78 in den 1 -Zustand gebracht. Der Übergang 52 des Signals (d) der F i g. 3 tritt in Abhängigkeit vom Übergang 46 im Signal (c) auf. Wenn die Komparatoren 60 und 62 je ein 0-Signal abgeben, wird das Flipflop 78 zurückgestellt. Ein Beispiel hierfür ist der Übergang 50 des Signals (d) der Fig.3 in Abhängigkeit vom Übergang 44 des Signals ^cJL Die Übergänge 48, die im Signal (c^ auftreten, schalten das Flipflop 78 nicht.

Obgleich in F i g. 4 eine bevorzugte Ausführungsform zur Erzeugung des Signals (d) der F i g. 3 dargestellt ist, um eine hohe Genauigkeit und eine sehr gute Zurückweisung von Störsignalen zu erreichen, kann auch mit einer andersartigen Schaltung ein ähnliches Ergebnis erzielt werden.

Komparatoren 60' und 62' der F i g. 5 liefern praktisch dieselben binären Differenzsignale wie die Komparatoren 60 und 62 der F i g. 4. Die Eingangssignale des Komparators 60' entstehen jedoch dadurch, daß das analoge Eingangssignal mit der Amplitude X über ein Band- oder Tiefpaßfilter 90 geleitet wird, um irgendwelehe kurz andauernden Störimpulse zu beseitigen. Das Filter 90 unterdrückt folglich z. B. die spitzen Störimpulse 40. Seine Ausgangsklemme ist unmittelbar am Eingang des Komparators 60' und über eine Verzögerungsschaltung 92 am zweiten Eingang des Komparators 60' angeschlossen. Die Wirkung des Filters 90 besteht darin, die kurz andauernden, spitzen Störimpulse auszusieben; hierbei wird aber die Genauigkeit der Signalübergänge nachteilig beeinflußt, so daß der Verlauf des Differenzsignals (b) der F i g. 3 angenähert wird. Der Komparator 62' der Fig.5 empfängt das analoge Signal X an seiner einen Eingangsklemme und über eine Verzögerungsschaltung 94 an seiner zweiten Eingangsklemme. Bei der Ausführungsform der F i g. 5 können die von den Verzögerungsschaltungen 92 und 94 bewirkten Verzögerungen Δ Τ einander identisch sein. Die von den Komparatoren 60' und 62' abgegebenen Signale werden dann logisch verknüpft, um ähnlich, wie es in F i g. 4 gezeigt ist, das Signal (d) der F i g. 3 abzuleiten.

Wie man aus dem Vorstehenden erkennt, liefert die Schaltung bzw. das Verfahren zur Wahrnehmung der Signalspitzen ein äußerst genaues und gegen Störimpulse unempfindliches, auswertbares Signal.

Zusammenfassend betrachtet, wird in einem System zur Wahrnehmung der Spitzen eines analogen Signals dessen Amplitude sich bezüglich der Zeit ändert, ein Delta-Differenzbildungsverfahren benutzt, um zwei gesonderte, binäre Differenzsignale, nämlich ein äußerst genaues, konstantes, kurz andauerndes Differenzsignal und ein weiteres, gegen das Rauschen ziemlich unempfindliches, konstantes, lang andauerndes Differenzsignal hervorzurufen. Diese beiden Differenzsignale werden dann logisch verknüpft, damit ein geger Störungen ziemlich unempfindliches Ausgangssigna entsteht das die Spitzen innerhalb des analogen Signal; genau anzeigt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Wahrnehmung der einen Binärwert darstellenden Spitzen eines analogen Signals mit einem Komparator, der die Amplitude dieses Signals mit der Amplitude desselben, um die Zeitspanne Δ Ti verzögerten (oder vorauseilenden) Signals vergleicht und beim Obersteigen der Amplitude des ersten Signals über die des zweiten ι ο Signals sein Rechteckausgangssignal zum Pegel 0 hin und im umgekehrten Fall zum Pegel 1 hin umschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Komparator (62), der die Amplitude des einen dem ersten Komparator (60) zugefülirten Signals mit der Amplitude desselben um die Zeitspanne ΔTi< 1/54 7i verzögerten (oder vorauseilenden) Signals vergleicht und beim Übersteigen der Amplitude des dem ersten Komparator (60) zugeführten Signals über die Amplitude seines anderen Eingangssignals sein Rechteckausgangssignal zum Pegel 0 hin und im umgekehrten Fall zum Pegel 1 hin umschaltet, parallel zum ersten Komparator (60) über logische Verknüpfungsglieder (72, 74, 76) derart an den beiden Eingängen (S. R) eines bistabilen Gerätes (78) angeschlossen ist. daß das bistabile Gerät (78) beim gleichzeitigen Umschalten der Rechteckausgangssignale der beiden Komparatoren (60, 62) zum Pegel 0 hin in seinen einen Zustand und beim gleichzeitigen Umschalten zum Pegel 1 hin in seinen anderen Zustand überführbar ist.

2. Schaltung zur Wahrnehmung der einen Binärwert darstellenden Spitzen eines analogen Signals mit einem Komparator, der die Amplitude dieses Signals mit der Amplitude desselben, um die Zeitspanne Δ ΤΊ verzögerten Signals vergleicht und beim Übersteigen der Amplitude des ersten Signals über die des zweiten Signals sein Rechteckausgangssignal zum Pegel 0 und im umgekehrten Fall zum Pegel 1 hin umschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Signal (X) einem kurz andauernde Störimpulse aussiebenden Filter (90) und dessen Ausgangssignal einem weiteren Komparator (60') zuführbar ist, der die Amplitude dieses Ausgangssignals mit der Amplitude desselben, um die Zeitspanne ΔΤ\ verzögerten Ausgangssignals vergleicht und beim Übersteigen der Amplitude des Ausgangssignals über die Amplitude des anderen Eingangssignals sein Rechteckausgangssignal zum Pegel 0 hin und im umgekehrten Fall zum Pegel 1 hin umschaltet, und daß der weitere Komparator (60') parallel zum ersten Komparator (62') über logische Verknüpfungsglieder derart an den beiden Eingängen eines bistabilen Gerätes angeschlossen ist, daß das bistabile Gerät beim gleichzeitigen Umschalten der Rechteckausgangssignale der beiden Komparatoren (62', 60') zum Pegel 0 hin in seinen einen Zustand und beim gleichzeitigen Umschalten zum Pegel 1 hin in seinen anderen Zustand überführbar ist (F ig. 5).

3. Schaltung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne Δ Ti beträchtlich (um den Faktor 20) größer als die Zeitspanne Δ T₂ ist.

4. Schaltung nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem einen Komparator (60') ein Filter (90) vorgeschaltet ist, das die hohen Frequenzkomponenten (f> 2 ■ 10⁸ see-') aus dem in die Schaltung eintretenden Signal ^entfernt.