DE2427225A1

DE2427225A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur demodulation digitaler information

Info

Publication number: DE2427225A1
Application number: DE19742427225
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kato; Tomoo Tamada
Original assignee: Tokyo Magnetic Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Infomedia Co Ltd
Priority date: 1973-11-27
Filing date: 1974-06-06
Publication date: 1975-06-05
Also published as: DE2427225C3; DE2427225B2; GB1467877A; US3949313A; JPS5085320A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Demodulation digitaler Information , die von einem phasenmodulierten (PM) oder frequenzmodulierten (FM) System auf einem magnetischen oder optischen Medium aufgezeichnet ist.

Die Verwendung des NRZ (non-return-to-zero, keine Rückkehr nach Null) Systems für Aufzeichnungssysteme digitaler Informationen ist bekannt. Je-

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doch hat das NRZ-System die folgenden Nachteile:

a) Die Veränderungen der Aufzeichnungsfrequenz sind groß wegen der Veränderung des Musters der aufgezeichneten Information;

b) Zur Demodulation der aufgezeichneten Information ist ein besonderer Torimpuls notwendig;

c) Die zulässige Verzerrung aufgrund seitlicher Schwingung des Aufzeichnungsmediums'** ist außerordentlich kritisch.

Um diese Nachteile zu überwinden wurde vor kurzem das Zwei-Frequenz-System mit kohärenter Phase, das heißt, das PM-System oder FM-Sj^stem vorgeschlagen und auf diesem Gebiet in großem Umfang verwendet. Insbesondere das letztere System ist weitverbreitet bei der Aufzeichnung von Bankkarten, da die American Bankers Association dieses System übernommen hat. Das FM- oder PM-System hat bezüglich der genannten Verzerrung kein Problem, da die selbstgetaktete Arbeitsweise im Aufzeichnungskanal automatisch ausgeübt wird. Diese Systeme haben viele Vorteile verglichen mit dem älteren NRZ-System.

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Das bekannte. Demodulationssystem für ein FM- oder PM-System hat jedoch insofern einen Nachteil, als die Geschwindigkeit der Längsbewegung des Aufzeichnungsmediums genau konstant gehalten werden sollte und ein komplizierter Mechanismus mit einem elektrischen Motor für die Bewegung einer magnetischen Karte benötigt wird.

Der allgemeine Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Demodulation digitaler Informationen zu schaffen, die stabil arbeiten, auch wenn die Bewegungsoder Gebegeschwindigkeit des Aufzeichnungsmediums verändert wird. Außerdem soll eine Schaltungsanordnung zur Demodulation digitaler Informationen geschaffen werden, die einen einfachen. Aufbau mit geringen Kosten besitzt.

Es ist also Ziel der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile und Beschränkungen der bekannten Demodulationssysteme zu überwinden, indem ein neues, verbessertes Verfahren zur Demodulation und ein neuer, verbesserter Demodulator geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 bis 6 beschriebene Erfindung gelöst.

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Eine vorteilhafte Weiterbildung findet sich im Anspruch 7.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben; es zeigen

Fig. 1 Wellenformen eines bekannten PM-Systems;

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines bekannten PM-Demodulators mit den Wellenformen von Fig. 1;

Fig. 3 Wellenformen eines bekannten FM-System;

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines bekannten FM-Demodulators mit den Wellenformen von Fig. 3;

Fig. 5 Wellenformen gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Demodulators gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit den Wellenformen nach Fig. 5;

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Fig. 7 Wellenforiaen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines Demodulators gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit den Wellenformen nach Fig. 7;

Fig. 9 ein Blockschaltbild des spannungsgesteuerten Oszillators 28 in Fig. 8;

Fig. 10 ein Blockschaltbild eines Demodulators gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 ein Blockschaltbild des spannungs- - gesteuerten Multi-Vibrators 40 in Fig. 10;

Fig. 12 ein Blockschaltbild eines Demodulators gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 ein Blockschaltbild eines Demodulators gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

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Fig. 14 ein Blockschaltbild des Frequenzteilers 52 in Fig. 13;

Fig. 15 ein Blockschaltbild eines Demodulators gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ;

Fig. 16 einige Beispiele optischer Codes.

Zuerst werden die Arbeitsweisen von PM- und FM-Systemen, von den bekannten Demodulatoren und deren Nachteile kurz erläutert;

Fig. 1 zeigt erläuternde Wellenformen des PM-Systems, Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm eines bekannten PM-Demodulators. Es sei angenommen, daß die digitale Information "0011010001", wie in Fig. 1 gezeigt, auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium mit einem PM-System aufgezeichnet ist. Dann ist die von einem Magnetkopf abgelesene Wellenform dieser Information wie in Fig. 1 a) gezeigt. Wie aus Fig. 1 a) hervorgeht, ändert sich das Spannungsniveau des Signales in einem PM-System immer in der Mitte von jedem Bit-Rahmen (Einzelbild, "frame"). Die Richtung der Veränderung dieses Spannungsniveaus hängt von der aufgezeichneten information (0 oder 1) ab. Bei der vorliegenden Ausführungsform verändert sich das Spannungsniveau von tief nach hoch, wenn die aufgezeichnete Ziffer eine Null

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ist, und von hoch nach tief, wenn die aufgezeichnete Ziffer eine Eins ist. Das in Fig. 1 a) gezeigte Signal wird dem Differentiator 1 (Fig. 2) zugeführt, der zwei Ausgangssignale b und c, die in Fig. 1 b) und Fig. 1 c) gezeigt sind, liefert* Das Signal b erscheint, wenn das Spannungsniveau in Fig. 1 a) von tief nach hoch geht; das Signal c erscheint, wenn das Spannungsniveau von hoch nach tief geht. Die Signale b und c werden an die ersten Eingänge der UND-Tore 2 bzw. 3 angelegt. Die zweiten Eingänge UND-Tore 2 und 3 werden mit dem negativen Ausgangssignal Q des monostabilen Multivibrators versorgt. Das UND-Tor 3 liefert das in Fig. 1 f) gezeigte Ausgangssignal, welches das End-Ausgangssignal ist und den .aufgezeichneten Daten vom Demodulator entspricht. Die Ausgangssignale der UND-Tore 2 und 3 ergeben durch das ODER-Tor 4 das in Fig. 1 d) gezeigte Signal. Das in Fig. 1 d) gezeigte Signal triggert den monostabilen Multivibrator 5, welcher das positive Ausgangssignal Q, das in Fig. 1 e) gezeigt ist, und das dazu polaritätsvertauschte Signal Q liefert. Die Impulsbreite des in Fig. 1 e) gezeigten Signals beträgt 3/4 der Periode der aufgezeichneten Daten; das genannte Pulssignal arbeitet als Taktsignal zur Verarbeitung der Ausgangsdaten, die in Fig. 1 f) gezeigt sind, in den folgenden Stufen, ..

Fig. 3 zeigt Wellenformen eines.bekannten FM-Systems und Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines bekannten FM-Demodulators. Wenn die digitale Information

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"0011010001" auf einem Aufzeichn-ungsmedium mit einem FM-System aufgezeichnet ist, ist das Ausgangssignal eines magnetischen Kopfes, das dieser Information entspricht, dasjenige, das in Fig. 3 a) gezeigt ist. Es ist ein Kennzeichen von FM-Systemen, daß das Spannungsniveau der aufgezeichneten Daten immer an den Grenzpunkten der Bit-Rahmen (Einzelbilder "frames") sich verändert; es verändert sich in der Mitte von jedem Bit-Rahmen, wenn die aufgezeichnete Ziffer eine 1 ist, wie in Fig. 3 a) gezeigt. Deshalb ist die Frequenz der aufgezeichneten Daten doppelt so groß, wenn die Ziffer eine Eins ist, wie die Frequenz, wenn die aufgezeichnete Ziffer eine Null ist. Das Signal von Fig. 3 a) wird einem Differentiator 1 a) (Fig. 4) zugeführt. Dieser liefert das in Fig. 3 b) gezeigte Ausgangssignal und triggert einen monostabilen Multivibrator 5 a... Der monostabile Multivibrator 5a liefert das normale Ausgangssignal Q, das in Fig. 3c) gezeigt ist, als Taktimpuls und das dazu polaritätsumgekehrte Signal Q. Das in Fig. 3. b) gezeigte Signal b und das .in Fig. 3c) gezeigte Signal c werden an das UND-Tor 2a angelegt, dessen Ausgangssignal das flip-flop 6 setzt. Das flip-flop 6 wird vom Ausgangssignal des UND-Tors 3a zurückgestellt, das vom Umkehrausgang Q und dem Differentiator 1a mit Eingangssignalen versorgt wird. Die Impulsbreite des monostabilen Multivibrators 5a wird zuvor auf 3/4 der Periode der aufgezeichneten Daten oder eines Bit-Rahmens eingestellt, wie in Fig. 3c) gezeigt. Die Wellenform des End-Ausgangssignals des Demodulators wird vom flip-flop 6 als

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Ausgangs-Datensignal, wie in Fig. 3 d) gezeigt, geliefert. Der Hauptnachteil bekannter Demodulatoren nach Fig. 2 und Fig. 4 ist der, daß die Impulsbreite des Ausgangssignals der monostabilen Multivibratoren 5 und 5a so festgelegt ist,

sie
daßYje 3/4 der Periode der aufgezeichneten Daten oder eines Bit-Rahmens beträgt. Daher können die aufgezeichneten Da'ten und ein Taktimpuls nicht demoduliert werden, wenn die Veränderung der Bewegungs- oder Gebegeschwindigkeit des Aufzeichnungsmediums zu einer großen Veränderung der Periode der aufgezeichneten Daten führt.

Die folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, welche die Nachteile des Standes der Technik überwinden, werden anhand des FM-Systems' erläutert. Selbstverständlich kann jedoch dasselbe Konzept wie in den folgenden Ausführungsformen auch für die Demodulation von PM-Systemen verwendet werden.

Fig. 5 zeigt Wellenformen gemäß der ersten Ausführungsform, dessen Blockschaltbild in Fig. 6 gezeigt ist. In Fig. 6 bezeichnet die Bezugszahl einen Eingangskreis, 12 ein Tor, 13 einen Takt-Ausgangskreis, 14 einen Daten-Ausgangskreis, 15 einen Sägezahn-Generator, 16 einen Analogspeicher, 17 einen Komparator und 18a und 18b UM)-Tore. Der Eingangsschaltkreis 11 empfängt das Signal i, dessen Wellenform dieselbe ist wie diejenige der

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aufgezeichneten Daten auf einem Aufzeichnungsmedium; die Wellenform von Fig. 3 a) ist ein Beispiel des Signales i. Fig. 5 zeigt die Wellenformen von jedem Punkt von Fig. 6, wenn die aufgezeichneten Daten "0010" sind. Der Eingangsschaltkreis 11 liefert Impulsfolgen, die in den Fig. 5 a), 5 Td) und 5 c) gezeigt sind, jedesmal, wenn das Spannungsniveau des Eingangssignales i sich verändert. Die Impulse in den Impulsfolgen von Fig. 5 a), 5 t>) und 5 c) erscheinen bei etwas verschiedenen Zeiten. Die Wellenformen von Fig. 5 a¹, 5 b¹ und 5 c¹ \irerden von den Impulsfolgen der Fig. 5 a), 5 b) und 5 c) durch ein Tor 12 erhalten. Dieses Tor 12 empfängt als Torsignal ein Signal mit umgekehrter Polarität zu dem Ausgangssignal, das in Figur 5 f) gezeigt ist und zwar vom Ausgang des Takt-Ausgangskreises 13. Der Sägezahn-Generator 15 liefert das in Fig. 5 d) gezeigte Ausgangssignal, dessen Spannungsniveau mit einer vorherbestimmten Geschwindigkeit, welche mit der Zeitkonstante des Generators verknüpft ist, anwächst. Es wird auf Null durch die Impulsfolge von Fig. 5 b¹ zurückgestellt. Der Analogspeicher 16 ist ein herkömmlicher "sampling hold"-Schaltkreis, der das Ausgangssignal des Generators 15 empfängt und eine Ausgangsspannung mit einem Niveau, das mit dem Eingangsniveau verknüpft ist, liefert, wenn ein Impuls nach Fig. 5 a¹ auftritt. Die Ausgangswellenform des Analog-Speichers 16 ist in Fig. 5 e) gezeigt. Mit anderen Worten: die Ausgangsspannung des Analog-Speichers 16 ist proportional zur Dauer eines vorhergehenden Bit-Rahmens. Der Komparator 17 liefert ein Aus-

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gangssignal als Zeit-Referenzsignal, wenn das Verhältnis des Ausgangssignals des Analog-Speichers 16 zum Ausgangssignal des Sägezahngenerators 15 einen bestimmten Wert erreicht, das heißt, 4:3. Der Takt-Ausgangsschaltkreis 13 ist ein herkömmliches flip-flop, das von der Impulsfolge von Fig. 5 C gesetzt und auf Null vom Ausgangssignal des Komparators 17 zurückgestellt wird. Die Ausgangswellenform des Schaltkreises 13 ist in Fig. 5 f) gezeigt. Die Impulsbreite des Taktimpulses, der in Fig. 5 f) gezeigt ist, beträgt 3/4 der Dauer des vorhergehenden Bit-Rahmens bei der vorliegenden Ausführungsform. Der Daten-Ausgangskreis 14 ist ebenfalls ein herkömmliches flip-flop, das vom Aus-gang des UND-Tors 18a gesetzt und vom Ausgang des UND-Tors 18b zurückgestellt wird. Das UND-Tor 18a empfängt das Ausgangssignal des Takt-Ausgangskreises 13, das in Fig. 5 f) gezeigt ist, und die Impulsfolge von Fig. 5 a). Das UND-Tor 18b empfängt das zum Ausgangssignal des Takt-Ausgangskreises 13 polaritätsumgekehrte Signal und die Impulsfolge von Fig. 5 b). Die Ausgangs-Wellenform des Daten-Ausgangskreises 14 ist in Fig. 5 g) gezeigt. Die genannten zwei UND-Tore 18a und 18b arbeiten als Masken für ein Daten-Ausgangssignal. Deshalb sind die End-Ausgangssignale des Demodulators von Fig. 6 das Taktsignal von Fig. 5 f) und die demodulieften Daten von Fig. 5 g). Oben wurde zwar erläutert, daß der Komparator 17 ein Ausgangssignal liefert, wenn das Verhältnis zweier Eingangssignale an diesem Komparator 4 : 3 beträgt; dieses

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Verhältnis könnte jedoch zwischen o,5 und. 1 (=2:1 bzw. 1:1) gewählt werden. Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß die Impulsbreite der Taktsignale in Fig. 5 f) nicht festliegt, sondern ungefähr 3/4 der Dauer des vorhergehenden Bit-Rahmens beträgt. Demgemäß verändert sich diese Impulsbreite entsprechend der Veränderung der Bewegungs- oder Gebegeschwindigkeit eines Aufzeichnungsmediums. Deshalb können aufgezeichnete Daten unter Verwendung dieses Taktimpulses korrekt demoduliert und verarbeitet werden, auch wenn die Bewegungs- oder Gebegeschwindigkeit eines Aufzeichnungsmediums verändert wird. Alle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die im folgenden erläutert werden, haben ebenfalls diesen Vorteil.

Fig. 7 zeigt Wellenformen gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild eine Demodulators mit den Wellenformen von Fig. 7. In Fig. 8 bezeichnet 11 einen Eingangskreis, 12 ein Tor und 14 einen Daten-Ausgangskreis; diese Schaltkreise arbeiten ebenso wie diejenige in Fig. 6. Weiterhin bezeichnet 25 einen Sägezahn-Generator, 26 einen Analogspeicher, 28 einen spannungsgesteuerten Oszillator, dessen Ausgangsfrequenz durch seine Eingangsspannung geregelt wird, und 29 einen Zähler. An den Eingangskreis 11 wird ein Signal i gelegt, dessen Wellenform mit derjenigen übereinstimmt, die auf dem Aufzeichnungsmedium ist. Der Eingangskreis 11 liefert die drei Impulsfolgen

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a), b) und c) von Fig. 7, deren Impulse immer dann auftreten, wenn sich das Spannungsniveau des Eingangssignals i verändert. Die Augenblicke, in denen die Impulse in den Impulsfolgen a), b) oder c) auftreten, unterscheiden sich ein wenig voneinander, wie in den Fig. 7a), 7b) und 7 c) gezeigt. Ein Tor 12 liefert aus den Impulsfolgen a), b) und c) die Impulsfolgen a')» b') und c¹) von Fig.7, vorausgesetzt, daß der Taktausgang g in Fig. 7 auf Null liegt. Ein Sägezahn-Generator 25 liefert die Ausgangswellenform, die in Fig. 7 d) gezeigt ist. Er wird von einem Impuls b¹ getriggert. Seine Spannung verringert sich linear entsprechend der Zeitkonstante des Sägezahn-Generators 25. Ein Analogspeicher 26 speichert den Wert der Amplitude der Ausgangswellenform d zu der Zeit, in der ein Impuls in der Impulsfolge a¹ auftritt. Dem entspricht die Ausgangswellenform des Analogspeichers 26, welche in Fig. 7 e) gezeigt ist. Das Ausgangssignal des Analogspeichers 26 wird an den Eingang eines spannungsgesteuerten Oszillators 28 gelegt. Dieser liefert seinerseits Ausgangsimpulse f mit einer Frequenz, die proportional zur Amplitude der Eingangsspannung e ist. Beispielsweise sei angenommen, daß der spannungsgesteuerte Oszillator 28 so gebaut ist, daß er sechzehn Impulse während jedem Bit-Rahmen liefert. Dann liefert dieser Oszillator 28 immer sechzehn Impulse pro Bit-Rahmen, trotz einer evtl. Veränderung der Dauer eines Bit-Rahmens. Der Grund dafür liegt darin, daß die Amplitude der Wellenform e in Fig. 7 umgekehrt proportional zur Dauer

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des vorgehenden Bit-Rahmens ist und die Oszillationsfrequenz ihrerseits ebenfalls umgekehrt proportional zur Dauer des vorhergehenden Bit-Rahmens ist. Deshalb sollte ein Zähler 29 vorgesehen sein, der ein Ausgangssignal liefert, wenn zwölf Eingangsimpulse von dem Oszillator 28 nach jedem Impuls in der Impulsfolge c¹ von Fig. 7 empfangen wurden. Die Ausgangswellenform des Zählers 29 ist in Fig. 7 g) gezeigt. Aus der obigen Erläuterung wird deutlich, daß die Impulsbreite der Wellenform des Demodulations-Taktimpulses in Fig. 7g) 12/16 ( = 3/4 ) der Dauer des vorhergehenden Bit-Rahmens beträgt. Der Daten-Ausgangskreis 14 umfaßt ein flip-flop, ähnlich dem von Fig. 6, welches das Daten-Ausgangssignal, das in Fig. 7 h) gezeigt ist, liefert. Der spannungsgesteuerte Oszillator 28 kann aus einem handelsüblichen integrierten Schaltkreis bestehen, oder er kann von der Schaltungsanordnung in Fig. 9 gebildet werden. Beide Möglichkeiten sind dem Fachmann wohlbekannt.

Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild eine's Demodulators gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied zwischen den Ausführungsformen in Fig. 8 und Fig. 10 liegt darin, daß die Ausführungsform nach Fig. 10 einen Sägezahn-Generator 25 entsprechend dem in Fig. 8 und einen spannungsgesteuerten monostabilen Multivibrator 40 anstelle des spannungsgesteuerten Oszillators 28 und des Zählers 29 in Fig. 8 besitzt. Dieser Multivibrator 40 liefert einen Aus-

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gangsimpuls, dessen Dauer durch seine Eingangsspannung geregelt wird, und liefert die in Fig. 7 g) gezeigten Ausgangsimpulse direkt aus der Eingangswellenform von Fig. 7 e). In Fig. ist die Amplitude der Wellenform von Fig. 7 e), die an den Eingang des Multivibrators 40 gelegt wird, proportional zur Dauer des vorhergehenden Bit-Rahmens. Die Impulsbreite des Ausgangssignals des Multivibrators 40 ist demnach ebenfalls proportional zur Länge des vorhergehenden Bit-Rahmens. Diese Impulsbreite ist beispielsweise 3/4 der Länge des vorhergehenden Bit-Rahmens. Dieses Ausgangssignal des Multivibrators 40 wird als Takt-Ausgangssignal verwendet. Die Bauweise des spannungsgesteuerten monostabilen Multivibrators 40 ist dem Fachmann wohlbekannt; ein Beispiel dafür ist in Fig. 11 gezeigt.

Fig. 12 zeigt ein Blookschaltbild eines Demodulators gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied zwischen den Ausführungsformen von Fig. 10 und Fig. 12 besteht darin, wie die Spannung erhalten wird, deren Amplitude mit der Dauer des vorhergehenden Bit-Rahmens verknüpft ist. In Fig. 12 werden die Ausgangsimpulse eines selbsterregten Oszillators 44 zwischen jedem Bit-Rahmen (zwischen jedem Impuls in der Impulsfolge b¹) durch einen Zähler 43 gezählt. Der Inhalt dieses Zählers 43 wird im Augenblick der Impulse der Impulsfolge a¹ in einem "latch"-Schaltkreis 42 beibehalten. Der Ausgang dieses "latch"-

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Schaltkreises 42 liefert durch einen Digital-Analog-Konverter 41 eine Analogspannung, deren Amplitude mit der Dauer eines vorhergehenden Bit-Rahmens verknüpft ist. Diese Spannung liefert das Takt-Ausgangssignal, das in Fig. 7 g) gezeigt ist, in ähnlicher Weise wie in Fig. 8 oder Fig.

Fig. 13 zeigt ein Blockschaltbild eines Demodulators gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird die Impulsbreite des Takt-Ausgangssignals durch einen rein digitalen Schaltkreis gesteuert. In Fig. 13 bezeichnen die Referenzzahlen 11, 12 und 14 einen Eingangskreis, ein Tor bzw. einen Daten-Ausgangskreis. 51 bezeichnet einen selbsterregten Oszillator, 52 eine Teilstufe, 53 einen Rückwärts-Vorwärts-Zähler, 54 einen Zähler und 55 einen Tor-Steuerkreis. Die Teilstufe 52 liefert beispielsweise drei Impulse auf jeweils vier Eingangsimpulse. Ein solcher Zähler kann beispielsweise durch die flip-flops und UND-Tore, die in Fig. 14 gezeigt sind, gebaut werden. Der Zähler 53 ist ein Rückwärts-Vorwärts-Zähler, der den Datenanfall bewältigen kann und beispielsweise ein handelsüblicher integrierter Schaltkreis sein kann.

Der Zähler 54 wird durch die Impulsfolge b¹ von Figur 7 auf Null gestellt. Danach zählt er eine Anzahl Impulse von der Teilstufe 52. Wenn also angenommen wird, daß der Oszillator 51 beispiels-

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weise sechzehn Impulse während des vorhergehenden Bit-Rahmens erzeugt, wird der Inhalt des Zählers am Ende des vorhergehenden Bit-Rahmens 12 ( = 16 χ 3/4 ). Der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 53 wird mit dem Inhalt des Zählers 54 ( =12 ) zur Zeit von jedem Impuls in der Impulsfolge a¹ von Fig. 7 gespeist. Danach reduziert jeder Impuls vom Oszillator 51 den Inhalt des Zählers 53 um eins während des jeweiligen Bit-Rahmens. Der Inhalt des Zählers 53 erreicht Null, wenn er zwölf Impulse vom Oszillator 51 erhalten hat. Der Zähler 53 liefert einen Borg-Impuls (borrow-pulse), wenn er einen dreizehnten Impuls vom Oszillator 51 erhält. Dieser Borg-Impuls tritt bei einer Zeit auf, die 3/4 der Länge des Bit-Rahmens vom Anfangspunkt dieses Bit-Rahmens aus entspricht. Dieser Borg-Impuls kann direkt als Takt-Ausgangssignal verwendet werden.

Wenn in Fig. 13 die Zahl der Ausgangsimpulse des Oszillators 51 während jedem Bit-Rahmen nicht ein Vielfaches von 4 ist, verändert sich der Zeitpunkt, zu dem der Borg-Impuls auftritt, bei jedem Bit-Rahmen ein wenig. Um dieses Problem zu bewältigen, kann die Anzahl von Impulsen in jedem Impuls-Rahmen gemäß dem Gesetz der großen Zahl in der statistischen Theorie erhöht werden.

Fig. 15 zeigt ein Block-Schaltbild eines Demodulators einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 15 haben diejenigen Bauteile,

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die ebenso wie diejenigen von Fig. 13 arbeiten, dieselben Bezugszahlen wie die entsprechenden Elemente in Fig. 13; die Bezugszahlen 56 und 57 bezeichnen Teilstufen. Die Teilstufe 56 liefert Impulse in einer Anzahl, die beispielsweise gleich einem Drittel der Anzahl von Eingangsimpulsen ist. Die Impulsbreite der Ausgangssignale der Teilstufe 56 beträgt 50% der Periode des Impulses. Die Teilstufe 54 liefert Impulse in einer Anzahl, die gleich einem Viertel der Anzahl von Eingangsimpulsen ist. Im vorhergehenden Bit-Rahmen stellt der Impuls in der Impulsfolge b¹ von Fig. 7 den Zähler 54 und die Teilstufen 56 und 57 auf Null. Wenn angenommen wird, daß der Oszillator 51 120 Impulse während dieses Bit-Rahmens liefert, dann ist der Inhalt des Zählers 54 am Ende dieses Bit-Rahmens 30 ( = 120 χ 1/4 ). Dieser Inhalt (=30) wird auf den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 53 durch den nächsten Impuls der Impulsfolge a^! in Fig. 7 übertragen. Darauf reduziert jeder Ausgangsimpuls von der Teilstufe 56 den Inhalt des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 53 während des jeweiligen Bit-Rahmens. Da jedoch die Teilstufe 56 durch 3 teilt, liefert sie 40 Impulse während des Bit-Rahmens. Dementsprechend liefert der Zähler 53 einen Borg-Impuls, wenn die Teilstufe 56 den einunddreißigsten Impuls liefert. Dieser Borg-Impuls wird als Takt-Ausgangssignal verwendet. Dieser Borg-Impuls tritt bei ungefähr 3/4 ( = 31/40 ) eines Bit-Rahmens vom Anfangspunkt des Bit-Rahmens aus auf.

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Der Torsteuerkreis 55 in den Fig. 13 und 15 liefert die in Fig. 5 f) gezeigte Wellenform aus dem Ausgangssignal des Zählers 53. Die Arbeitsweise und der Aufbau des Daten-Ausgangskreises 14 und seiner zugehörigen Schaltkreise entsprechen derjenigen von Fig. 6, 8, 10 und 12. Weiterhin könnte in den Fig. 13 und 15 der Zähler 53 durch einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler ersetzt werden. In diesem Falle würde das Komplement des Ausgangssignals des Zählers 54 zum Zähler 53 (Vorwärts-Rückwärts-Zähler) übertragen, dessen Übertrag-Ausgangssignal anstelle eines Borg-Ausgangssignals als Takt-Ausgangssignal verwendet würde.

Die Ausführungsformen von Fig. 13 und Fig. 15 können auch einen Betriebsfehler entdecken und anzeigen. Wenn die Geschwindigkeit des Aufzeichnungsmediums zu gering ist, ist der Inhalt des Zählers 53 zum Zeitpunkt von a' kleiner als ein vorherbestimmter Wert. Wenn die Geschwindigkeit des Aufzeichnungsmediums zu groß ist, fließt der Zähler 54 über. Natürlich tritt ein Betriebsfehler auf, wenn die Geschwindigkeit des Aufzeichnungsmediums nicht richtig ist. Indem also die Inhalte der Zähler 53 und 54 überwacht werden, kann ein Betriebsalarm, der den Betriebsfehler anzeigt, geschaffen werden.

Die obenerwähnten Ausführungsformen sind für einen Demodulator in einem FM-System erklärt worden. Es sollte jedoch festgehalten werden,

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daß ein Demodulator in einem PM-System nahezu dieselbe Struktur wie die obenerwähnten Ausführungsformen haben kann.

Ein Demodulator-System gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich zur Demodulation von FM- oder PM-Signalen verwenden, die auf verschiedenen Arten des Aufzeichnungsmediums, wie beispielsweise auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium oder einem optischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet sind. Bei einem optischen Aufzeichnungssystem wird die digitale Information auf dem Medium durch optische Streifen-Codes in einem FM-System aufgezeichnet, wie in Fig. 16 gezeigt. Diese optischen Streifen-Codes werden durch ein fotoelektrisches Element in ein elektrisches Signal übergeführt, Dieses elektrische Signal liefert ein Daten-Ausgangssignal und ein Takt-Ausgangssignal durch einen der oben beschriebenen Demodulatoren. Fig. 16 gibt ein Beispiel für Streifen-Codes in einem FM-System, das der numerischen Information von ο bis 9 entspricht. Jede numerische Information hat vier Bits (1, 2, 3 und 4) einer binär-dezimalen Zahl und ein ungerades Paritäts-Bit (P).

Wie oben erwähnt, kann ein Demodulator gemäß der vorliegenden Erfindung ein stabiles, demoduliertes Ausgangssignal liefern, auch wenn die Eingangsfrequenz eines FM- oder PM-Signals sich verändert oder abweicht. Wenn deshalb der vorliegende Demo-

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dulator in einem Magnetkartenleser verwendet wird, kann ein einziger Demodulator zur Demodulation der Signale mit beiden gebräuchlichen Geschwindigkeiten, nämlich 210 BPI (Bit pro inch) und 75 BPI, verwendet werden. Der vorliegende Demodulator hat die Vorteile, daß die Einstellung der mechanischen Teile einfach, die Betriebsverläßlichkeit verbessert ist gegenüber dem Stande der Technik und daß die Herstellungskosten gering sind. Da^ der vorliegende Demodulator in einem System mit variabler Geschwindigkeit des Aufzeichnungsmediums verwendet werden kann, ist er sogar anwendbar bei Demodulations-Systemen, bei denen das Aufzeichnungsmedium von Hand bewegt oder eingegeben wird.

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Claims

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Ansprüche

Verfahren zur Demodulation digitaler Information, die von einem PM- oder FM-System auf einem magnetischen oder optischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

Erzeugen eines Analogsignals, dessen Amplitude mit der Dauer des vorhergehenden Bit-Rahmens verknüpft ist;

Erzeugen eines Takt-Ausgangssignals, dessen Anfangspunkt beim Beginn des jeweiligen Bit-Rahmens liegt und dessen Dauer von seinem genannten Anfangspunkt bis -zu seinem Endpunkt mit der Amplitude des genannten analogen Signales verknüpft ist;

Demodulieren des Daten-Ausgangssignals, indem das zu demodulierende Signal durch den genannten Takt-Ausgangsimpuls maskiert wird.

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2. Schaltungsanordnung zur Demodulation digitaler Information, die durch ein PM- oder FM-System auf einem magnetischen oder optischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß sie umfaßt

eine Schaltungsanordnung, die eine Analogspannung erzeugt, deren Amplitude mit der Dauer des vorhergehenden Bit-Rahmens verknüpft ist,

eine Schaltungsanordnung, welche einen Zeit-Referenz-Impuls erzeugt, wenn die Amplitude eines Sägezahnsignals, das mit dem jeweiligen Bit-Rahmen verknüpft ist, ein vorherbestimmtes Verhältnis zur Amplitude der genannten Analogspannung erreicht,

ein flip-flop, das ein Takt-Ausgangssignal liefert und am Anfangspunkt des jeweiligen Bit-Rahmens gesetzt und durch den genannten Zeit-Referenzimpuls zurückgestellt wird,

eine Schaltungsanordnung, die ein Daten-Ausgangssignal liefert, indem sie das zu demodulierende Signal mit dem genannten Takt-Ausgangsimpuls maskiert.

3. Schaltungsanordnung zur Demodulation digitaler Information, die von einem PM- oder FM-System auf einem magnetischen oder optischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet ist, dadurch g e -

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kennzeichnet , daß sie umfaßt

eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Analogspannung, deren Amplitude umgekehrt mit der Dauer des vorhergehenden Bit-Rahmens verknüpft ist;

einen spannungsgesteuerten Oszillatior, dessen Ausgangsfrequenz mit der Amplitude der genannten Analogspannung verknüpft ist;

einen Zähler, der die Ausgangsfrequenz empfängt und ein Ausgangssignal als Takt-Ausgangssignal liefert, wenn der Inhalt des Zählers einen vorherbestimmten Wert erreicht;

eine Schaltungsanordnung, die ein Daten-Ausgangssignal liefert, indem sie das zu demodulierende Signal mit dem Takt-Ausgangsimpuls maskiert*

4. Schaltungsanordnung zur Demodulation digitaler Informationen, die von einem FM- oder PM-System auf einem magnetischen oder optischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß sie umfaßt

eine Schaltungsanordnung, die eine Analogspannung erzeugt, deren Spannung mit der Dauer des vorhergehenden Bit-Rahmens verknüpft ist;

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einen spannungsgesteuerten monostabilen Multivibrator, der einen Takt-Ausgangsimpuls liefert, dessen Impulsbreite durch die genannte Analogspannung gesteuert wird;

eine Schaltungsanordnung, die ein Daten-Ausgangssignal liefert, indem sie das zu demodulierende Signal mit dem Takt-Ausgangsimpuls maskiert.

Verfahren zur Demodulation digitaler Information, die von einem FM- oder PM-System auf einem magnetischen oder optischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß es die folgenden Schritte umfaßt

Speichern einer Zahl von Zeitimpulsen in einem ersten Zähler während des vorhergehenden Bit-Rahmens ;

Übertragen des Inhalts des ersten Zählers auf einen zweiten Zähler zur Anfangszeit des jeweiligen Bit-Rahmens;

Zählen der Anzahl der Zeitimpulse durch den zweiten Zähler, um ein Takt-Ausgangssignal zu liefern, das eine signifikante Information trägt, wenn der zweite Zähler überfließt;

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Demodulation eines Daten-Ausgangssignals, indem das zu demodulierende Signal durch den Takt-Ausgangsimpuls maskiert wird.

6. Schaltungsanordnung zur Demodulation digitaler Information, die von einem FM-System oder PM-System auf einem magnetischen oder optischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt

einen Oszillator, der Zeitimpulse liefert;

eine erste Teilstufe, die mit dem Ausgang des Oszillators verbunden ist und den m-ten Teil der Zeitimpulse liefert;

einen ersten Zähler, der mit dem Ausgang der ersten Teilstufe verbunden ist und die Anzahl der geteilten Impulse während des vorhergehenden Bit-Rahmens zählt;

eine zweite Teilstufe, die mit dem Ausgang des Oszillators verbunden ist und den n-ten Teil der Zeitimpulse liefert;

einen zweiten Zähler, der mit den Ausgängen sowohl der zweiten Teilstufe als auch des ersten Zählers verbunden ist und den Inhalt des ersten Zählers zur Anfangszeit des jeweiligen Bit-Rahmens aufnimmt und die Anzahl der

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Ausgangsimpulse des zweiten Zählers zählt und ein Takt-Ausgangssignal liefert, das signifikante Information trägt, wenn der zweite Zähler überfließt;

eine Schaltungsanordnung, die ein Daten-Ausgangssignal liefert, indem das zu demodulierende Signal mit dem Takt-Ausgangsimpuls maskiert wird,

wobei das Verhältnis ~ der Beziehung _ *^J - m \

7. Demodulationssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Wert von m 4 und der Wert von η 3 beträgt.

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