DE2210152C3

DE2210152C3 - In seiner Frequenz spannungssteuerbarer Sägezahngenerator

Info

Publication number: DE2210152C3
Application number: DE2210152A
Authority: DE
Inventors: Frank J. San Jose Calif. Sordello (V.St.A.)
Original assignee: Information Storage Systems Inc Cupertino Calif (vsta)
Current assignee: Information Storage Systems Inc Cupertino Calif (vsta)
Priority date: 1971-04-12
Filing date: 1972-03-02
Publication date: 1975-09-11
Also published as: GB1389723A; DE2210152B2; NL7204915A; DE2210152A1; JPS5143934B1; FR2136315A5; CA948718A; IT960559B; NL174206C; US3694772A; NL174206B

Description

40

Die Erfindung betrifft einen in seiner Frequenz spannungssteuerbaren Sägezahngenerator mit einem Ladungsspeicher, einem Ladestromschaltkreis und einem Entladestromschaltkreis Tür den Speicher, die wechselweise mit der OsziHatorfrequenz eingeschaltet sind, und mit einem dem Speicher zugeordneten Ladungspegeldetektor.

Ein derartiger Oszillator ist aus der Veröffentlichung »Electronic Engineering«, Vol. 39, H. 472, Juni 1967, bekannt. Bei dem bekannten Oszillator kann man zwar die Frequenz ändern, ohne daß das Verhältnis von Sägezahnanstiegs- und -abfalldauer sich ändert. Es ist aber erwünscht, auch umgekehrt dieses »Testverhältnis« ändern zu können, ohne daß die Frequenz sich ändert, wobei die erforderlichen Abgleicharbeiten möglichst einfach sein sollen. Eine solche Möglichkeit läßt sich der erwähnten Druckschrift nicht entnehmen, ebensowenig dem US-PS 3 376 518 oder der FR-PS 5?! 704. welche im übrigen ähnliche Schaltungen zeigen.

Aufgabe der Erfindung ist, einen Generator der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem Frequenz und Testverhältnis unabhängig und in einfachster Weise variiert werden können. Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die mit dem Gegenstand der Erfindung verbundenen Vorteile lassen sich am besten an Hand des nachfolgend erKutertea Anwendungsfalls erklären. Ein Generator mit diesen Eigenschaften wird bei Daten- ^efarbeituagsanlageB angesetzt, urn Schaltkreise ftü das Auslesen und Verarbeiten von datentrageadeu Signalen abzustimmen. Hier sollen verschieden« Gatterschaltkreise gesteuert werden, um Dan impulse von Taktgebersignalunpulsen in einem Datentrenner zu trennen, während verschiedene Datensignale übertragen und ausgelesen werdea.

Eine doppelte Frequenzkodierung der digitales Daten, wie sie beispielsweise in Scheibenantriebec verwendet wird, erfordert, daß die Daten getrennl werden (Taktgeberimpulse einerseits und Datenimpulse andererseits), damit die ausgelesenen Daten weiter durch ein Rechnersystem verarbeitet werden können. Die bit-Schiebereigenschaften der doppelfrequenten magnetischen Auslösung sind derart, daC Taktgeberimpulse um mehr als ±30% gegenübei Datenimpulsen bei einem gegebenen Auslesemustei verschoben sein können. Es ist daher die Funktion einer Datentiennvorrichtung, nicht nur die Taktgeberzellenzeiten und die Datenzellenzeiten zu trennen, sondern auch ein »Fenstergatter« zu erzeugen, welches eine größere wirksame Taktgeberzellenzeit als die wirksame Datenzeilenzeit erlaubt.

Bei derartigem System ist es erforderlich, daß die Zeitsymmetrie in jedem Zyklus gehindert wird, da diese Zeiten dazu verwendet werdeu. um Daten und Taktgeberimpulse auszulösen. Der Steuerung dieser Gatter dient der Generator gemäß der Erfindung Da er mit Pegeldetektoren zusammenwirkt, müssen Einstellungen vorgenommen werden, und zwar sowohl hinsichtlich der Frequenz wie des Testverhältnisses. Bei den bekannten Generatoren sind diese Einrichtungen durch die Bedienungsperson oder den Wartungsingenieur schwierig und zeitraubend, weil jede derartige Einstellung mehrere Male durch eine andere Einstellung beeinflußt wird, da beispielsweise die Änderung des einen Pegeldetektors zur Änderung entweder der Anstiegszeitsymmetrie oder der Abstiegszeitsymmetrie oder zu einer Änderung der anderen Einstellung führt. Falls versucht wird, die tatsächliche Rampe des Anstiegs- oder Abstiegsteiles des Sägezahnsignals zu ändern, wird die Frequenz und möglicherweise auch die Amplitude des Signals geändert.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen erläutert; es stellt dar

Fig. 1 einen Datentrenner eines Typs, in welchem die Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 2 einen Typ von Ausgangssignalen, welche bei herkömmlichen Vorrichtungen erzeugt wurden,

I 1 g. 3 ein Blockschaltbild des Generators nach der Erfindung und

F i g. 4 die erfindungsgemiiß erzeugten Wellenformen, die in der dargestellten Weise verändert werden können.

In F i g. 1 ist ein Anwendungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei welchem ein Kingangsignal von einem ( omputer oder einer Regeleinheit aufgenommen wird welches eine Anzahl von Taktgeber- und Datenimpulsen aufweist. Das Eingangsignal besteht aus »rohen Lesedatenimpulsen« und wird in der Leitung IC einem Phasendiskriminator 11 zugeführt. Das Ausgangsignal vom Phasendiskriminator ist die analoge Regelspannung und wird einem Oscillator zugeführt welcher dadurch phasenstarr bezüglich des Eingangsignals gemacht wird. Der Oszillator ist Teil des

■Generators gemäß der Erfindung und gibt ein Sägezabnrückkopplungsignal auf der Leitung 13 an den Pnasendiskriminator weiter. Die Phasenregelschleife ist ähnlich denen, welche in Oszillatoren für die Horizontalablenkung von gewöhnlichen Fernsehgeräten verwendet wird und verriegelt phasenstarr gegenüber der durchschnittlichen Zeitposition (Phase der eintreffenden Impulse). Das Sägezahn&gnal wird dazu verwendet, um ein rechteckfönriges Ausgangsignal zu erzeugen, das als Gatter oder »Fenster« dient und die Zeiten öffnet in denen Daten oder Taktgeberimpulse empfangen werden sollen, so daf diese Impulse voneinander unterschieden werden können. Danach werden die Ausgangssignale über die Leitungen 14 und 23 an die Logikvorrichtung weitergegeben, welche die Daten- und Taktgeberinformation trennt.

Als ein Beispiel für den Stand der Technik wurde ein herkömmlicher Sägezahnwellengenerator verwendet, um die Wellenform 16 gemäß F i g. 2 zu erzeugen, die wiederum an den Phasendiskriminator zurück-' geführt wurde. Herkömmliche Pegeldetektoren wurden dazu verwendet, um zu erfassen, wenn die Signale Maximal- und Minimalamplituden haben, wie durch die unterbrochenen Linien 17 und 18 dargestellt ist. Daher könnten die Gatter entsprechend den Signalen b und c geöffnet werden, die jeweils erzeugt werden, wenn die Sägezahnwelle den durch die Impulse 19 dargestellten positiven Pegeldetektor überschreiten und wenn das Signal einen negativen Wert erreicht, der den unteren durch die Impulse 20 dargestellten Pegeldetektor überschreitet. Bei der logischen Verarbeitung der Signale b und c kann ein Gattersignal entwickelt werden, welches durch das Signal d dargestellt ist, so daß das Fenster während dem Abschnitt »auf« des Zyklus erfaßt wurde, welcher in dem Sägezahnzyklus erzeugt wurde.

Bei einer derartigen Schaltung ergeben sich jedoch die erwähnten Nachteile dadurch, daß die Einstellung der Pegelwcrte 17 und 18 des Pegeldetektors durch zwei getrennte Einstellungen erfolgen muß. Wenn man daher die Fensterimpuls-Erfassungszeit der Schaltung d einstellt, müssen zwei Einstellungen vorgenommen werden, wodurch die Bedienungszeit erhöht und die Schwierigkeiten für die einstellende Person vermehrt werden. Auch muß der Rücklauf so schnell wie möglich erfolgen, um zu verhindern, daß Zwischenräume während der Rücklaufzeit zwischen den Schwellwertoegeln auftreten. Da ein großer Betrag an Energie während der Periode abgegeben werden muß, sind derartige Generatoren extrem rauscherregend und können daher das gerade ausgelesene Datensignal beeinträchtigen. Zusätzlich zum Auftreten verschobener Bits nahe dem Fensterrand hat die Sägezahnwelle einen Maximalwe.1, so daß sie dazu neigt, das Bit für den Phasenregelkreis als fehlerhaftes Bit. was oft der Fall ist, zu betonen anstatt es zu unterdrücken.

Die Ausführungsform gemäß der Erfindung ist in F i g. 3 erläutert und weist allgemein eine Ladungsspeichereinrichtung oder einen Kondensator C auf, der einen Anstiegs-Ladestrom I₁ durch den Transistor T₃ aufnimmt und durch den Strom /₀ durch die Schaltung mit der Diode D₁ entladen wird. Der Zyklus der Anstiegs- und Abstiegsströme wird durch den Schmitt-Trigger 25 geregelt, welcher derart arbeitet, daß, wenn die Spannung V_c des Kondensators 4- 5 V erreicht, der Schmitt-Trigger den Transistor T₄ ausschaltet Die Kondensatorspannung K_r nimmt dann mit dem Stromfluß durch den Transistor T₃ zu, bis sie einen Wert von +1OV erreicht. An diesem Punkt ändert der Schmitt-Trigger den Schaltzustand, und dies führt zur Einschaltung des Transistors T^ und zur Abschaltung des Transistors T₃. Während dieser Zeitperiode wird der Kondensator C durch den Stromfluß J₀ durch die Diode D₁ und den Transistor T₂ entladen. Wenn der Transistor T₃ eingeschaltet ist, ist die Diode D₁ über die Leitung 39 durch den Schmitt-Trigger gesperrt.

Daher wird ein Fenstersignal an der Klemme 26 entsprechend dem Signal in F i g. 4b erzeugt Dieses Signal stellt den Stromfluß durch den Transistor T₄

is dar, welcher mit dem Schmitt-Trigger ein- und ausgeschaltet wird. Das Fenstersignal ist auch mit dem Sägezahnzyklus zentriert. Das Fenstersignal in F i g. 4 b wird von der in einer durchgezogenen Linie dargestellten Sägezahnwellenfonn der F i g. 4a abgeleitet.

Bei der in einer unterbrochenen Linie in Fig. 4a dargestellten Wellenform wird das Fenstersignal in F i g. 4 c erzeugt Daher werden durch Änderung der Anstiegs- und Abstiegszeiten der Sägezahnwelle die Fenstersignale proportional verändert

Ernndungsgemäß wird die Frequenz der Wellenform des Oszillators durch die Änderung eines einzigen Eingangsignals für den Generator verändert. Die Neigungen des Rampensignals werden durch Regelung des Pegels der Spannung V_in am Anschluß 27 verändert. Diese Spannung wird dem Basisanschluß der Transistoren T₁ und T₂ zugeführt. Der Transistor T₁ regelt den Strom /,, der von der Klemme 23 für +20V fließt und regelt daher den Spannungsabfall am Widerstand R_L. Je größer der Strom I₁ ist, desto größer ist entsprechend der Spannungsabfall am Widerstand R_L und um so niedriger ist die Spannung am Basisanschluß des Transistors T₃, die daher die Neigung hat, den Transistor weiter aufzuschalten. Mit der Zunahnu des Stroms durch den Transistor T₃ nimmt der Strom l_t betragsmäßig zu, und der Kondensator C" wird schneller aufgeladen. Auch wird durch die Regelung der Basisspannung des Transistors T₂ die Amplitude des Stromes /„ in ähnlicher Weise durch den Wert der Spannung V_1n geregelt. Daher wird Tür eine ausgewählte Frequenz des Oszillators die Amplitude der Ströme I_f und /₀ durch Einstellung der Spannung V_in geregelt. Die Amplitude der Sägezahnspannung ist konstant und durch die 5-V-Hysterese des Schmitt-Triggers geregelt.

Die Erzeugung der fenstererzeugenden Sägezahnwellenform in der erläuterten Weise an Stelle der in Fig. 2 gemäß dem Stande der Technik erläuterten Art gestattet es. daß der Phasendiskriminator Bits unterdrückt, welche innerhalb des Eingangssignals wesentlich verschoben sind. Dieses Ergebnis kommt daher, daß die Sägezahn wellenform sich in der Amplitude zu den Fensterflanken dann verringert, wogegen bei herkömmlichen Vorrichtungen die Wellenform sich in einem extremen Wert hinter den Fensterflanken befand.

Die Position des Schleifers 29 des Einstellwiderstandes 28 steuert die relativen Werte der Ströme I₁ und /₀, wodurch wiederum die Steigung der Flanken bestimmt wird, die als Anstiegs- und Abstiegsspannungen des Kondensators dargestellt sind. Außerdem beeinträchtigt die Steuerung dtfs Verhältnisses der Anstiegs- und Abstiegsströme/dicht die Oszillatorfrequenz, wie nachfolgend erläutert wird. Die Steue-

rung des Schleifers 29 reguliert die relativen Größen _ B₃

des Widerstandes R_x bezüglich des Gesamtwider- 'f — 'i' _ßj ₊ Standes R₂ des Widerstandes 28. Ebenfalls sind Festwiderstände R_A und R_B in Reihe zwischen den und Emitteranschlüssen der Transistoren T₁ und T₂ geschaltet und für einen groben Bereich des Verhältnisses von If zu Z₀ ausgewählt. Daher führt eine Zunahme der Basisspannung des Transistors T₁ zu einer Zunahme des Emitterstromes des Transistors T₃, da der Strom I_x zunimmt, wodurch wiederum ein größerer Anstiegsstrom I₅ fließt. Gleichzeitig führt die erhöhte Spannung an der Basis T₂ zu einem größeren Abstiegsstrom /₀ während des gleichen Zyklus des Oszillators.

Wie sich aus der folgenden elektrischen Ableitung der Schaltkreisgleichungen ergibt, wird die Oszillator- 15 dann gilt frequenz nicht durch die relativen Größen der Widerstände R_x + R_B zu den Widerständen R₂ - R_x + R_A beeinflußt, sondern lediglich durch die Spannung V_im während das Verhältnis der Fenstersignal- oder und Anstiegs- und Abstiegsstromzeiten von dem Wert der Widerstände R_x + R_B gegenüber den Widerständen R₂ - R_x + R_A und nicht von der Spannung V_1n abhängt.

Es ist daher ersichtlich, daß die Spannung am Kondensator am Eingang des Schmitt-Triggers ein sich stets wiederholendes Sägezahnsignal gemäß Fi g. 4a ist.

V,

in ' «1

Ra

B₃ + 2 R_K

Rb x

U₂ = Alphawert des Transistors 2, wenn

B₃

■ = It₂ = K ,

R_I: B₃+ 2

K = Konstante,

, ₌ ViJL _

^J R, +Ri-Ry

^{Io =} ~r7+r1·

Definiere: R = R_A + R₂ + R_B = Gesamtwiderstand zwischen den Emittern von T₁ und T₂. Dann

Ra + Rt. — R — Rb,

Definiere: / durch Kondensator — C ·

I V ä: 5 V -Hysterese des Schmitt-Triggers,
Ii/ 4 Anstiegszeit von V_c = γ— ,

If = Anstiegsstrom in C,
C = Kapazitätswert,

1 td = Abstiegszeit von V₁ =

I₀ S: Abstiegsstrom aus C,
T = Schwingungsdauer,
Ts= Uf+ Ud,

CW

30

35

40

^! R-R₀ - R_x ' Durch Einsetzen in Gleichung (I) ergibt sich

³ -c

R — Rß — R_x Rg + R_x

R-Rg-R_x Rg +R_x

R — Rb — Rx V₁-K 1

j = Oszillatorfrequenz = -= ,
_

W ClF

I₀

bei dieser Anordnung: W = SV,

1 T/ · Jf

^J ⁼ T⁷V R~_B+~R_x~tR^R_B^R_x ⁼ C- IV R '""

Gleichung (II) zeigt, daß die Frequenz durch V_in geregelt wird und nicht von dem Anteil der Werte mit R abhängt. Wenn T₄ eingeschaltet wird, erscheint das + Fenstersignal am 300-Widerstand. Daher ist das + Fenstersignal während der Zeitdauer td »auf«.

Das Fenstersignal dauert Iid innerhalb der Zeit-

50 dauer T % Fenster =-£ = —~- —
T Atf+Md

C-AV

55

C- AV

(D C- W C- W

■m ~T~ ~ϊ"

Aas der Schaltung gemäß F i g. 3 ergibt sich, daß ... Fafls V₍„ gegenüber - 12V gemessen wird ...

i, =

+ R₂-

V_iHK

O₁ = Alphawert des Transistors 1,
B₃ = Betawert des Transistors 3.

R-R_n-R_x

R-R_n-B_x

% Fenster = ^JjL ₌ *j **

% Fenster = **±*JL .

(Ml)

Gleichung (III) zeigt, daß der Prozentsatz des Zyklus, den das Fenster gegenüber der gesamten Zeitdauer darstellt, eingestellt werden kann, indem der Widerstandswert R_x eingestellt wird, und nicht von der Spannung V_ia abhängt. Zusammengefaßt ergeben sich die folgenden Hauptvorteile:

1. Die Frequenz des Oszillators hängt von dei Amplitude der Spannung V_in und nicht von derr Anteil von R ab.

2. Das Fenstersignal hängt von dem Anteil von F und nicht von der Spannung V_1n ab. Die Frequen; kann verändert werden, indem V_1n ohne Änderunj des Fensters geändert wird, und das Fenster kanr verändert werden, indem R_x ohne Verschiebun; der Frequenz des Oszillators geändert wird.

3. Die langsame Ansticgsflanke der erfindungsgemäi erzeugten Sägezahnwelle ist weniger verrausch als die schnelle Anstiegsflanke bei dem herkömm liehen Sägezahngenerator gemäß F i g. 2A. Die; ist ein sehr wesentlicher praktischer Vorteil.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

509637/1»

1684

Claims

Patentansprüche:

%. In seiner Frequenz spannungssteuerbarer Sägezahngenerator mit einem Ladungsspeicher, s SUSIS Ladestromschaltkreis and einem Entlade-9tromschaltkreis für den Speicher, die wechselweise mit der OsziHatorfrequenz eingeschaltet sind, und mit einem dem Speicher zugeordnetem Ladungspegeldetektor, gekennzeichnet d u r c h eine StroaisteuereiDrichtung (T₁, T₁,28,29) für die komplementäre Änderung von Lade- und Entladestrom bei gleichbleibender Oszillatorfrequenz.
2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ι s zeichnet, daß die Stromsteuereinrichtung je einen Tfanastor{7„ T₂) im Lade- und Entladeschaltkreis mit einer einstellbaren Sperrspannungseinrichtung aufweist.
3. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Transistoren (Tj, T₂) ein Widerstand (28) zwischen den jeweiligen Emitteranschlüssen zusammengeschaltet ist und dieser einen MittelabgrüT (29) aufweist, welcher derart einstellbar ist, daß die Widerstandszunahme zwisehen dem Mittelabgriff und einem Kollektor den Widerstandswert zwischen dem Abgriff und dem anderen Kollektor um einen vergleichbaren Betrag verringert.
4. Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren an einen gemeinsamen Basisanschluß gelegt sind.
5. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisspannung der Transistoren gemeinsam veränderbar ist zur Änderung der Frequenz des Generators.