DE2350713A1

DE2350713A1 - Vorrichtung zur wiedergewinnung digitaler daten

Info

Publication number: DE2350713A1
Application number: DE19732350713
Authority: DE
Inventors: Joseph John Bauer; Martin Frank Davis
Original assignee: Burroughs Corp
Current assignee: Unisys Corp
Priority date: 1972-11-01
Filing date: 1973-10-10
Publication date: 1974-05-09
Also published as: FR2205232A5; GB1424268A; US3827078A; CA1001297A; JPS4978525A; BR7307685D0; NL182033B; NL182033C; NL7314046A; BE806099A; SE396664B; IT995934B

Description

PaieijlanwSte

Dr.-Ing. Wilhelm Reichel
Dipl-Ing. Wolfgang Eeicliel

6 Frankiurl a. M. 1 7479

Parksiraße 13 ====

3UHROIiGHS ΟΟΗΪγΌΡ-ίΤΪΟϊΓ, Detroit, V.St.A.

Vorrichtung zur Wiedergewinnung digitaler Daten.

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Verbesserung "von Vorrichtungen zur Wiedergewinnung digitaler Daten und betrifft speziell neue und veroesserte Vorrichtungen zur Wiedergewinnung digitaler Daten,in denen die Daten von einem elektro-magnetischen Speic/iermedium mittels eines Wandlers wiedergewonnen werden.

Auf dem Gebiet der Datenspeicher- und Datenwiedergewinnungssysteme, die magnetische Speicnermedien und rnit Taktsignalen kodierte, digitale Daten oenutzen, wird an der Entwicklung von Schaltungen zur Daten-Wiederge.vinnung gearbeitet, die es gestatten, eine höhere Dichte .gespeicherter Daten aus den Speicxiermedium wiederzugewinnen, mit deaselaen oder einem ,Kleineren Signal-Störverhältnis, als Systeme mit einer geringeren Packungsdichte der Daten auf den Speichermedium besitzen. Durch frühere Untersuchungen ist bekannt, daß der Gebrauch von Speicriercod^es mit eigenem Taktsignal, wie z.B. der modifizierte frequenzaodulierte Code £ίΡΜ),die Speicherung digitaler Daten, repräsentiert durch Fluß-Sprünge, in engerem Abstand auf dem Speichermedium erlaubt, und daß während der

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v'ieiergewinnung diese Flußsprünge eine im Englischen "Feak Shift" genannte Verschiebung zeigen und hierbei ein hohes Störverhältnis besitzen, us diesen "peak shiff-Effekt zu kompensieren, wurde in früheren Untersuchungen auf verschiedene komplizierte und unkomplizierte Wege versucht, das Taktgeoer-Signal, welches aus dem Speichermedium zurückgewonnen wird, nit den Daten zu synchronisieren, .die vom Speictiermediuji zurückgewonnen werden. In einer bekannten Realisierung wird eine phasenstarre"Schleifen-Schaltung verwendet, in der die Frequenz des Ausgangs-Pulssignals eines spannungsgesteuerten Oszillators ständig entsprechend der Phasendifferenz zwischen den Hondaten, dxe vom Speichermedium gewonnen werden,und der Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators im Vergleichszeitpunkt variiert wird. Das Ausgangs-Pulssignal des spannungsgesteuerten Oszillators v/ird dann zur Dekodierung der aus dem magnetischen Medium wiedergewonnen Daten verwendet, d,h, es werden die binären "Eins"-Datensignale von den binären "HuIl"-Datensignalen dadurch getrennt, daß dxeses Ausgangs—Pulssignal eine Serial— tung zur Erzeugung der Datenfenster steuert.

Die bisheri .en Untersuchungen genen nicht über diesen Stand hinaus, offensichtlich weil entweder eine VerwirKlichung mißlingt oder weil man sich die Tatsache eingesteht, daß dieses mit den Daten synchronisierte Taktsignal gegenüber den aus dem Speichermedium gewonnen Daten immer noch eine Phasendifferenz besitzt. Diese Differenz oder dieser Fehler kann dadurch hervorgerufen «-erden, daß es mit dan bisher bekannten phasenstarren Schleifer. 3cnal,tun_äen nicht gelingt, das Taktsignal mit den wiedergewonnen Daten zu synchronisieren. Worin immer auch die Gründe für diesen Phasenfehler zwisonen d-m auf die beschriebene Art iiit den Daten gekoppelten Taktsignal und den .viedergewOnnenaiDaten bestehen, Seine Gegenwart ruft auf jeden Fall ?eh-. ler in dea Prozeß der Daten-Wiedergewinnung hervor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur //iedergewinnung· dxgitaler Daten zu ervwicKeln, Vielehe w ni_oar Fehler jei der Daten-Rückgewinnung auf v/eist, als bisher bekannte Vorrichtung;}., Dabei soll die Vorrichtung zur Wiedergewinnung digitaler Dat;n ein kleineres Signal-

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Storvernältnis fur rucKgewonnene Daten besitzen als bisher bekannte Vor- ' ricatungen und einfacher und mit entsprechend geringerem Preis herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Phasenfehler zwischen den von dera Speichermedium zurückgewonnenaiRohdaten und dem zur Erzeugung dsr Datenfenster benutzten Taktsignals ermittelt wird, und daß dieser Phasenfehler anschließend zur dynamischen Verschiebung der Datenfenster ver.-fcnd.it wird. Der Phasenfehler zwischen den rückgewonneisnRohdaten und dem Taktsignal der Daten wird durch zwei Flip-Flops und einen. Differenzverstärker ermittelt, die zusammen ein Signal zur Verschiebung des Datenfensters erzeugen,welches im Schaltkreis des Fenstergenerators reiter verarbeitet wird.

Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung v/erden anhand der Beschreibung der Zeicnnun=piverdeutlic.i)t.

Fig. 1 stellt ein Blockschaltbild einer Vorricntung zur '/iedergeWinnung digitaler Daten, gemäß der Erfindung dar.

rig. 2 stellt ein ülockschaltoild eines bevorzugten Phasen«*fehler-Detektors dar, wie er in Fig. 1 verwendet werden kann.

g. 3 stellt ein Impulsdiagramri zwischen den Impulsen der in Fig. 1 verwendeten Schaltkreisen dar.

Fig. 4 stel_t ein Impuisdiagraian zwisctien den Signalen derjenigen Schaltkreise Jar, die in Fig. 1 und Fig. 2 der Erfindung ang.-geben sind.

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Fig. 1 stellt eine bevorzugte Ausführung der Vorrichtung für die wiedergewinnung digitaler Eaten dar und zeigt ein magnetisches Medium 1Ϊ, von dem. die gespeicherten Daten durcix einen Wandler 13 wiedergewonnen werden, dessen Ausgang über Leitungen 15 zu einer Signalleseeinheit 17 geführt werden. Der Ausgang der Signalleseeinheit 17 wird einer phasenstarr gekoppelten Schleifenschaltung; zugeführt, die einen Phasendetektor 21, ein filter 25» und einen spannungsgesteuerten Oszillator 25 enthält, der seinerseits aus einem Stromverstärker 27 ^d einem, Sägezahngenerator 29 besteht.

Die Ausgangs signale der Leitung %%■ der Signalleseeinheit 17 werden einem Phasenfenler-Betektor 53 zugeführt, der zusätzlich zu den Rohdaten das digitale Taictgeber-Ausgangssignai des spannungsgesteuerten Oszillators- 25 über die Leitung 52 erhält, In der bevorzugten Ausführung besitzt der über die Leitung 32 geführte Taktgeberpuls die doppelte Frequenz- der auf dem elektromagnet-isanen Kediuza. 11 gespeicherten Daten. Deshalb.wird ein Flip—Flop, z.B. ein JE—Flip-Flop. 35 > r verwendet, um auf der Leitung 36 ein Taktsignal zu erzeugen, dessen Frequenz mit der Frequenz der gespeicherten. Daten übereinstimmt. JJieses heruntergeteilte Taktsignal wird dem Schaltkreis 57 zur Erzeu-spng- der'jJatenfenster dea* Dekodierongsschaltkreis 4Ί und über die Leitung 51 einem hier nicht dargestellten Schaltkreis zur Batenanwendung zugeführt«

Der das Fenster erzeugende Schaltkreis 37, ^-^m folgenden als Fenstergenerator bezeichnet, enthält einen monostabil en MuI tiviteator 38> d&x den Beginn, des Fensters bestimmt, und einen zweiten monostabilen Mttltivibrator 59» äer das Ende des Fensters, bestimmt* Das auf die-se -Veise vom: Fensterg^nerator 57 ®J?* zeugte Fenstersijjaal wird über eine Leitung: 45 cEem Schaltkreis 41 zur Dekodierurg zugeführt, der drei Flip-Flops 45, 4? und /fy vont D-Uyp enthält. Das Ausgangssignal dös Bekodiersehaltlareises 4f auf der Leitung 55 teste-farfe aus den dekodierten Daten, -die einem Hier nicht gezeigten Schaltkreis zur weiteres VeEarbeitunsg- zugeführt werden»

Pig. 2 stellt eine bevorzugte Ausführung des. Phasenfehler-Detektors 33 aus Fig. 1 dar. -Ein Flip-Flop 55 erhält ^ohdaten über die Leitung 19 an seinem Taktsignaleingang G und wird eine halbe Taktperiode nach Eingang des Datenimpulses durch ein Signal wieder in den ursprünglichen Zustand versetzt. Ein zweites Flip-Flop 59 empfängt genauso die Rohdaten an seinem Taktsignaleingang C, aber- es wird durch das mit' den Daten synchronisierte Taktsignal aus dem spannungsgesteuerten Generator 25 (Fig. 1) über Leitung 32 wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt. Die Ausgangssignale des zweiten Flip-Flops 59 und des ersten Flip-Flops 55 werden einem Differenzverstärker 61 zugeführt, der ein der Differenz" der beiden Eingangssignale analoges Spannungssignal einem Filter 63, z.B. eiriem RC-Filter, zuführt, um die Schwankungen des Ausgangssignals des Differenzverstärkers 61 zu glätten. Das Ausgangssignal des Filters 63 wird über die Leitung 34 dem Fenstergenerator 37 zugeführt (Fig. i).Das analoge Spannungs-". signal auf der Leitung 34 wird demjenigen Eingang des ersten monostabilen Multivibrators 38 in.Fenster-Generator 37 (Fig. 1) zugeführt, der die Zeitkonstanten festlegt. Dabei wird der angeregte Zustand des monostabilen Multivibrators 38 (Fig· Ό je nach Amplitude der angelegten Spannung mit einer größeren oder kleineren Zeitkonstante als seiner normalen Periodendauer entspricht^ versehen. "

Fig. 3 zeigt die Arbeitsweise des Fenstergeneratörs 37» zuerst ohne Phasenfehlerdetektor 33 und dann mit Phasenfehlerdetektor 33· Es wird angenommen, daß die gezeigte Datenfolge 1 101 1 100 von dem. elektromagnetischen Medium 11 (Fig. 1) wiedergewonnen wurde. Die Folge der Taktimpulse 65, Teil (a) der Fig. 3* besitzt die doppelte Frequenz der gespeicherten Daten. Die wiedergewonnen Rondaten 67, Teil (b) der Fig. 3» sollen im modifizierten frequenzmodulierten Code (MFM) kodiert sein. Jeder der etwa in der Mitte einer Bit-Zelle auftretenden Flußsprünge 67 stellt ein binäres Bit dar. Offensichtlich sind alle Flußsprünge bis auf einen in ihrem zeitlichen Abstand verschoben, sie rufen damit einen Phasenfehler (0E) hervor. Die Taktpulse 65 sind z.B. durch ein JK-Flip-Fiop '35 in ihrer Faquenz heruntergesetzt, so daß die Taktfrequenz der Frequenz der gespeicherten Daten.entspricht. Diese reduzierte Frquenz wird über die Leitung 36 dem Fenstergenerator 37 und insbesondere dem monostaoilen I'.uitivibrator 33 innerhalb des

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Fenstergenerators zugeführt.

Der monostabile Multivibrator 38 besitzt eine bestimmte Schalt zeit, die . durch seine Schaltelemente vorgegeben ist. Aus Darstellungsgründen soll angenommen werden, daß diese Schaltzeit des monostabilen. Multivibrators (Fig. 1) 1/4 der Periodendauer des Taktsignals betragt, das dem monostabilen Multivibrator zugeführt wird. Das Ausgangs signal des monostabilen !Multivibrators 38 (Fig. 1) besteht also aus einer Pulsfolge 81, .wie in Teil (c) der Fig 3 dargestellt ist.

Der monostabile Multivibrator 39 (Fig. 1) spricht auf die negative Flanke des Ausgangssignals von dem monostabilen Multivibrator 38 an und geilt dann in seinen unstabilen Zustand über» Der monostabile Multivibrator 39 besitzt ebenso eine spezielle Schaltzeit„ Aus Darsteliungsgrünien soll diese Schaltzeit des monostabil en Multivibrators 39 &i-^e ⁿ³-!bs Periodendauer des Taktsignals betragen, welches dein Fenstergenerator 57 z'-ijeführt wurde· .Das Ausgangssignal des Eionostabilen Multivibrators 39 besteht deshalb aus der in Teil (d) der Fig. 3 dargestellten Folge 83 der Fenster-Impulse. Diese Folge der Fenster-Impulse 83» Teil (d) der Fig. 3» die die Datenimpulse Sf ausblenden soll, hat ihre Impulsmitte gegenüber-der Mitte der Dateniapulse 6f verschoben, außer in dem einen Fall, in dem der Datenispuls keinen Phasenfehler Desitzt. Dieser Zustand ist solange vorhanden, wie die Impulsfolge S3 der Datenfenster nicht entsprechend dem Phasenfehler _der Rohdaten dynamisch zeitlich verscnoben wird und deshalb der Phasenfehler auch nicht korrigiert wird.

Die Impulsfolge 85, Teil (i) dar Fig. 3, zeigt uatenfenster, die zeitlich, so verschoben sind, daß sie den Phasenfehler kompensieren. Es ist unmittelbar ersiontlieft, daß die Mitten der Impulse der Satenfenster ^enau nit den Kitten der Hohdaten üoereinstimineri, und daß dabei die v/ahrs^heinlicnkeit eines Verlustes von Daten oder die fehlerhafte R\i2kge„i.rji-s.ng von Daten wän-

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rend der Daten-Rückgewinnung: erheblich vermindert wird. Es wird nun anhand "Fig. 2 und Fig. 4 erläutert, in welcher Weise die' Datenfenster dynamisch so verscnoben werden, daß sie den Phasenfehler, der bei der Rückgewinnung von Daten auftritt, kompensieren.

Es wird wiederum angenommen, daß als Datenfolge eine oerie binärer Bits mit der Bedeutung 1 10 1 1 1 0 0 geschrieben wird, Teil (a) in Fig. 4,. und daß die modifizierte frquenzmodulierte Codierung verwendet wird» daß das Taktsignal 65, Teil (a) der Fig. 4, auf der Seitung J2 (Fig. 1) erscheint und daß die MFM-kodierten Rohdaten 67, Teil (b) der Fig. 4, auf Leitung (Fig. 1) erscheinen. Beide Signalewerden dem Phasenfehler-Detektor 35 zugeführt* Das Flip-Flop 55, ein übliches D-Typ Flip-Flop, empfängt die Umkodierten Rohdaten an seinem Taktsignal-Eingang C und verursacht dadurch am Ausgang -Q'beim Auftreten eines Bits eine Änderung des Zustande, wie in Teil (c) der Fig. 4 anaand der Impulsfolge 69 dargestellt ist. Das Flip-Flop ίο wird eine gewisse Zeit nach dem Auftreten des Bit-Signals an seinem Taktsignal-Eingang G in seinen ursprünglichen Zustand versetzt,, in dea es vor Auftreten des 3its an dem Taktsignal-Eingang war. Diese Schaltzeit entspricht genau einer halben Periodendauer des Taktsignals, das am Phasenfehler-Detektor 55 empfangen wird, sie wird durch ein Verzögerungsele— ment 57erzeugt, welches den Q-Ausgang mit dem Cl-Eingang; d~s 51ip-?lops 55 veröindet, an dem das Flip-Flop in seinen Ruhestand zurückgeschaltet werden kann.

Aucfc das Flip-Flop 59 empfängt· auch die HEtf-«kQdierte- Eohdatea V$ an seinem Taktsignal— Eingang G und zusätzlich über die Leitung J2 an seinem Cl-rSia— gang die Taktimpulse. Der QrAusgang des Flip-Flops 59^! ^trd" feshalb; beim Auftreten: eines Bit-Signais an seinem. Takt signal-Eingang. umgeschaltet und wird während einer negativen Flanke des über IJeitangr 52 empfangenen; Takt— signals .iieder zurücKgeschaltet.: Das Ausgangssignal des Qh&iSgaaigs: des Flip· Flops 5?» Ebenso ein. Di-Typ Flip-Flop^ ist darch die Impttlsfisilge ff,, Teil der ?ig. 4»

Die beiden digitalen Pulsfolgen 69 und 71 vom Flip-Flop 55 und vom Flip- · Flop 59 werden gleichzeitig einem Differenzverstärker 61 zugeführt* Dieser Verstärker ist in bekannter Weise aufgebaut, er bewirkt, daß die Amplitude des Ausgangssignals der Differenz der Amplituden der beiden EingangsBignale entspricht. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 61 besitzt deshalb etwa die in Teil (e) der Fig. 4 dargestellte Gestalt 73· Wie ersichtlich, nimmt das Ausgangs Signal des Differenzverstärkers 61 in seiner Amplitude ab, wenn die impulsweite des Signals des Flip-Flops 59 größer ist als die Impulsweite des Flip-Flops 55· Im umgekehrten Fall, wenn das Aus- α gangssignal des FlipTFlops 55 eine größere Impulsweite als das Ausgangssignäl des Flip-Flops 59 besitzt, nimmt die Amplitude des Ausgangssignals des Differenzverstärkers 6l entsprechend zu. Das Ansteigen und Abnehmen der Amplitude dieses Ausgangs signals kann natürlich, sofern gewünscht, bezüglich der beiden Eingangssignale auch genau in umgekehrter Weise erfolgen» Wird das Ausgangs Signal 73 des Differenzverstärkers 61 einem Filter 63, z.B. einem RC-Tiefpaß, zugeführt, daß das Eingangssignal zeitlich über mehrere Bit-Zellen mittelt, so wird ein Ausgangssigsal 75 erzeugt, welches etwa die in Teil (f) der Fig. 4 dargestellte Form besitzt. Dieses Signal 75 erscheint auf der Leitung 34 und wird dem Fenstergenerator 57 (Fig. 1) zugeführt.

Dieses analoge Spannungssignal 75 wird dem monostabilen Multivibrator 38 zugeführt und ruft dort eine Veränderung der Zeitkonstanten hervor, wie die Impulsfolge 77 in Teil (g) der Fig. 4 zeigt, die das Ausgangs— signal des monostabilen Multivibrators 38 in dem Fenstergenerator 37 (Fig. 1) darstellt. Wie aus dieser Impulsfolge 77 gesehen werden kann, wächst die Zeitkonstante des Multivibrators 38 an, wenn die Amplitude des dem monostabilen Multivibrator 38 zugeführten Signale anwächst, die Zeitkonstante nimmt ab, wenn die Signalamplitude abnimmt. Auf diese Veise wird tatsächlich die Anfangsflanke des erzeugten Datenfensters je nach. dem ankommenden Signal 75 zeitlich vor- oder zurückverlegt.

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Wie schon früher erwähnt, wird der monostabile Multivibrator 39 durch, die negative Planke desjenigen Signals ge^triggert, welches von dem mönostabi-1en Multivibrator 38 geliefert wird. Die Zeitkonstaute des monostabilen Multivibrators 39 ist konstant. Deshalb wird das Fenster-Signal 79» Teil (h) der Fig. A tatsächlich, nach links oder nach rechts verschoben,, entsprechend dem Analogsignal 75» welches dem monostabilen Multivibrator 38 zugeführt ist. Dieses Analogsignal gibt aber gerad© den Phasenfehler zwischen den zurückgewonnenen MFM-kodierten Rondaten und dem zurückgewonnenen Taktsignal wieder. - ■" . . - , "..--."

Entsprechend dieser Erfindung wird für eine Vorrichtung zur Wiedergewinnung digitaler Daten ein Datenfenster erzeugt, welches zeitlich dynamisch, verschoben werden kann, um den Phasenfehler, der zwischen wiedergewonnenem Taktsignal und wiedergewonnenen Daten besteht, zu kompensieren, und welches dadurch das Signal-Störverhältnis während der Da-ten-Bückgewinnung erheblich reduziert. """.".'""■

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Claims

Poienianwalfe

■ . Dr.-Ing. Wilhelm Heiohel

. Patentansprüche KpL-Ißg. Wolfgang BeiCM

„_===M=MM==ra 6 Frankfurt α. Μ. 1

■ Paiksfraß© 13

Vorrichtung zur Wiedergewinnung digitaler Daten aus einem Speichermedium, bei dei die Wiedergewonnen Daten mittels mit dem Taktsignal synchronisierten Datenfenster dekodiert werden und die Batenfenster zeitlich dynamisch verschoben werden,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal eines Phasenfehler-Detektors (33) die Phasendifferenz zwischen den wiedergewonnenen Daten und dem Taktsignal wiedergibt, und daß die im Fenstergenerator (37) erzeugten Datenfenster als Folge der Phasenfehlersignale aus dem Phasenfehler-Detektor (33) in einer durch das Taktsignal bestimmten Weise zeitlich aus ihrer Normallage verschoben werden.

2. Vorrichtung zur Wiedergewinnung digitaler Daten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenfehler-Detektor (33) eine Vorrichtung (57) enthält, die als Antwort auf jedes wiedergewonnene Bit einen Puls vorbestimmter Breite abgibt, eine weitere Vorrichtung (59) enthält, die einen Puls mit einer zur Phasendifferenz zwischen empfangenen Datenimpulsen und empfangenen Taktimpulsen proportionalen Veite abgibt, und eine dritte Vorrichtung (6i) enthält, die aus der Differenz der Augenblickswerte der beiden genannten Ausgangssignale 'ein in seiner Amplitude veränderliches Signal erzeugt.

3· Vorrichtung zur Wiedergewinnung digitaler Daten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (61) ein in seiner Amplitude veränderliches, zeitlich gemitteltes Signal abgibt.

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Vorrichtung zur Wiedergewinnung digitaler Daten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeiu-h-.net« daß die Vorrichtung (57) ein Flip-Flop mit symetrischem Ausgang ent* l hält, welches von jedem empfangenen Bit angeregt und eine halbe Periodehdauer des Taktsignals später wieder in seinen ursprünglichen Zustand versetzt wird. .

Vorrichtung zur v/iedergewinnung digitaler Daten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daii die Vorrichtung (59) ein Flip-Flop mit symmetrischem Ausgang enthält, welches durch jedes empfangene Bit angeregt und durch jeden empfangenen Taktimpuls wieder in seinen ursprünglichen Zustand gebracht wird.

6. Vorrichtung zu .-.'iedergewinnung digitaler Daten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeicgnetj daß die Vorrichtung (61) einen Differenzverstärker enthält*

7. Vorrichtung zur Wiedergewinnung digitaler Daten nach Anspruch. 1, 2 und 3, · „

dadurch" gekennzeichnet, daü die zeitliche Mittelung_vdes in seiner Amplitude veränderlichen Signals durch ein RC-FiIternetζwerk (65) durchgeführt wird.

8. Vorrichtung zur Wiedergewinnung digitaler .uaten nach Anspruch 1, gekennzeichnet durchs eine Vorrichtung (17)· zur Wiedergewinnung gespeicherter Daten und gespeicherter Taktsignale, und durch eine Vorricntung (25) zur Erzeugung von nut den Bit-Zellen synchronen Taktsignalen.■

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