DE2433370A1

DE2433370A1 - Anordnung zur demodulation einer winkelmodulierten traegerschwingung und verwendung dieser anordnung zum optischen lesen eines aufzeichnungstraegers

Info

Publication number: DE2433370A1
Application number: DE19742433370
Authority: DE
Inventors: Pierre Oprandi; Jean Paul Peltier; Rene Romeas
Original assignee: Thomson-Brandt SA
Current assignee: Thomson-Brandt SA
Priority date: 1973-07-13
Filing date: 1974-07-11
Publication date: 1975-02-20
Also published as: JPS5040063A; FR2237358B1; IT1017033B; FR2237358A1

Description

173» Bd. Haussmann
Paris /Frankreich

Unser Zeichen; T 1619

Anordnung zur Demodulation einer winkelmodulierten Trägerschwingung und Verwendung dieser Anordnung zum optischen Lesen eines Aufzeichnungsträgers.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Demodulation einer winkelmodulierten Trägerschwingung und ihrer Verwendung zum optischen Lesen von Informationen, die an der Oberfläche eines optisch lesbaren Aufzeichnungsträgers gespeichert sind.

Derartige Anordnungen werden insbesondere zur Demodulation einer winkelmodulierten Trägerschwingung verwendet, die in Form von aufeinanderfolgenden Übergängen einer physikalischen Größe zwischen zwei Nennwerten auftritt, d.h. vorbestimmten, theoretisch festen Werten, die aber praktisch im Verlauf eines Lesevorgangs großen Schwankungen unterworfen sein können. Im Fall eines Aufzeiche

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nungsträgers, der durch Pressung vervielfältigt werden kann, beispielsweise von Videoplatten, ist die Information in Form einer Folge von vertieften und erhabenen Beugungselementen gespeichert, die . die Beugungswirkung bemerkbar machen, die sie auf ein reflektiertes oder durchgelassenes Leselichtbündel ausüben.

Bei den bekannten Demodulatoren empfängt man ein von einem Abtaster stammendes elektrisches Rechteck3ignal mit zwei Signalwerten. Man vergleicht dieses Wechselsignal mit einem mittleren Signalwert, der beispielsweise durch die Detektorschwelle einer Schaltung dargestellt ist,bei der ein elektrisches Bezugssignal an einen der beiden Eingänge eines Differenzverstärkers angelegt wird, während der andere Eingang das Rechtecksignal mit zwei Signalwerten empfängt.

Diese Systeme weisen den folgenden Nachteil auf: wie bereits erwähnt wurde, sind die wirklichen Signalwerte der tatsächlich abgelesenen Signale von den theoretischen Werten über einen mehr oder weniger großen Teil der Aufzeichnung verschieden. Wenn der Unterschied einen bestimmten Grenzwert überschreitet, stellt man eine Unterbrechung der Feststellung der übergänge fest, die einen oder mehrere übergänge betreffen kann, was zur Folge hat, daß eine Trägerfrequenz festgestellt wird, die sehr viel niedriger als die in der aufgezeichneten Information vorhandene Trägerfrequenz ist.

Zur Behebung dieses Mangels ist es bekannt, das vom Abtaster gelieferte Signal mit Hilfe eines Hochpaßfliters, zu filtern. Im Fall des Videobandes liegt aber die höchste Modulationsfrequenz zu nahe bei der unteren Grenze

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der Augenblicksfrequenz (4 bis 7 MHz) des aufgezeichneten Signals, als daß es noch möglich wäre, das erhaltene Signal ohne starke Beeinträchtigung"der oberen Frequenz des Bandes des Modulationssignals zu filtern.

Nach der Erfindung ist eine Anordnung zur Demodulation einer winkelmodulierten Trägerschwingung mit elektrischen Wandlereinrichtungen, welche die Trägerschwingung in ein Rechtecksignal mit zwei Signalwerten umformen, elektrischen Differenziereinrichtungen, die das Signal empfangen und bei jedem Übergang zwischen den beiden Signalwerten Impulse liefern, monostabilen Multivibratoreinrichtungen, die den Impulsen eine vorbestimmte Amplitude und Dauer erteilen, und elektrischen Integriereinrichtungen, die mit den monostabilen Multivibratoreinrichtungen vferbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Wandlereinrichtungen einen Begrenzer-Differenzverstärker enthalten, der an einem ersten Eingang die Trägerschwingung und an einem zweiten Eingang einen um einen bestimmten Betrag zeitlich versetzten Teil der Trägerschwingung empfängtρ daß die übergänge des Rechtecksigna3s stattfinden» wenn die Abweichung zwischen dem Augenblickswert der Trägerschwingung und dem Äugenblickswert des zeitlich versetzten Teils eine vorbestimmte Spannungsschwelle überschreitet, und daß der vorbestimmte Betrag d^r zeitlichen Versetzung kleiner als die Periode der höchsten in der winkelmodulierten Trägerschwingung enthaltenen Frequenz ist«

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung_o In der Eelchramg zeigern

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Fig. 1 das Übersichtsschema einer Anordnung bekannter Art,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Differenzverstärkers bekannter Art,

Fig. 3 und 4 Diagramme zur Erläuterung der bekannten

Anordnung, ' .

Fig. 5 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 6 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung von Fig. 5 und

Fig. 7 das Schaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung.

Fig. 1 zeigt schematisch das Prinzip einer bekannten Anordnung, die zum Lesen einer rechteckförmigen Videosignalaufzeichnung verwendet wird. Der Aufzeichnungsträger ist durch ein einfaches Rechteck 1 dargestellt, über dem ein Abtaster 2 gezeigt ist, der die rechteckförmige Aufzeichnung in ein elektrisches Signal veränderlicher Amplitude umwandelt. Der Aufzeichnungsträger ist beispielsweise eine Videoplatte, in die eine spiralförmige Spur eingraviert ist, die reliefartige Unebenheiten aufveist, die unter der Auftreffstelle eines Laserstrahls vorbeilaufen, der durch einen Lesekopf auf die Spur fokussiert ist. Der Lesekopf enthält nicht dargestellte fotoelektrische Einrichtungen, mit denen die reliefartigen Unebenheiten festgestellt werden können, beispielsweise infolge der Beugung·des Lichtes, das durch den die

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reliefartigen Unebenheiten tragenden lichtdurchlässigen Aufzeichnungsträger hindurchgeht.

Das vom Abtaster abgegebene elektrische Signal wird in einer Anordnung 10 verarbeitet, die zwischen ihrem Eingang 11 und ihrem Ausgang 12 die folgenden Bestandteile in Kaskade enthält:

- einen Begrenzer 13» der die vom Abtaster 2 gelieferte winkelmodulierte Trägerschwingung in ein Rechtecksignal konstanter Amplitude umformt, dessen Werte den positiven bzw. negativen Polaritäten entsprechen;

- eine Differenzierschaltung 14, welche die Übergänge zwischen den positiven und negativen Werten des Ausgangssignals des Begrenzers 13 in elektrische Impulse umsetzt;

- eine monostabile Kippschaltung 15, welche^ die von der Differenzierschaltung 14 abgegebenen Impulse in eine Folge von Rechteckiiupulsen konstanter Dauer und gleicher Polarität umformt;

- eine Integrierschaltung 16, welche die Winkelmodulation der TrägerschwingUxig in Form eines die Videoinformation enthaltenden Signals wiedergibt.

Die am Ausgang 12 abgegebenen Videosignale werden dann' in einem Empfänger 3 verwertet.

Der Begrenzer 13 wi:*d oft durch einen Begrenzer-Differenzverstärker 20 ersetzt, der schematisch in Fig.' 2 dargestellt ist !und die in Fig. 3 gezeigte Kennlinie hat. Dieser

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Differenzverstärker hat zwei Eingangskiemmen 21 und 22, eine Ausgangsklemme 23 und eine als Bezugspunkt dienende Masse 24. Zwischen der Klemme 21 und Masse wird eine Spannung u angelegt. Zwischen der Klemme 22 und Masse ist eine Spannungsquelle 25 angeschlossen, die eine Gleichspannung V₁ liefert. Man erhält dann zwischen der Klemme 23 und Masse eine Spannung w.

Aus der Kennlinie von Fig. 3 ist zu ersehen:

u < V₁
gilt:

w = Wg (konstante positive Spannung) und für:

u > V₁
gilt: - ,

w = W₁ (konstante negative Spannung)

In Fig. 4 sind auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die zwischen den Klemmen 21 bzw. 22 und Masse angelegten Spannungen aufgetragen.

Durch die in voller Li.aie gezeichnete Kurve &1 ist die Spannung u des Ausgangssignals des Abtasters dargestellt, der somit an die Klemme 21 angeschlossen ist. Diese Kurve schneidet an den Punkten A, B, C, D und E die Gerade 42, die folgender Gleichung entspricht:

An diesen Schnittpunkten beobachtet man somit das Umkippen der Ausgangsspannung w des Differenzverstärkers 20,

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Wie bereits zuvor erwähnt wurde, kommt es oft vor, daß die oberen und unteren Signalwerte der abgetasteten Signale anormale Vierte aufweisen. Diese Erscheinung ist in Fig. 4 dadurch dargestellt, daß die Kurve 41 zwischen den Punkten C und D oberhalb der Geraden 42 bleibt. Eine bestimmte Anzahl von übergängen wird somit nicht erkannt, und an diesen Stellen tritt kein Umkippen der Spannung w auf.

Wenn die anormalen Signalwerte nur den unteren Signalwert beträfen, könnte man dieser Erscheinung dadurch abhelfen, daß die Spannung V₁ durch eine Spannung Vg ersetzt wird, die der Geraden 43 entspricht: u = V₂» und die von der Kurve 41 an den Punkten M, N, P, Q, R, 3, T usw. geschnitten wird,.

Dieser Ersatz der Spannung V₁ durch die Spannung Vp entspricht einer Änderung der Kippschwelle. Sie ermöglicht es, dem eiivahnten Mangel im Fall von Fig. 4 abzuhelfen, jedoch nicht im allgemeinen Fall.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung behält man den Differenzverstärker 20 bei, doch wird die an die Klemme 22 angelegte Spannung durch ein Signal ν ersetzt, das dadurch erhalten wirdj daß das Signal u in einer Verzögerungsleitung 53 um eine feste Phasenverschiebung τ phasenverschoben wird; der Wert τ der Phasenverschiebung ist so berechnet, daß die Feststellung der Übergänge des Signals u verbessert wird, wie später genauer angegeben wird. Zu diesem Zweck wird von einem Abzweigpunkt 51 an der zur Klemme 21 führenden Verbindung eine Verbindung 52 zum Eingang 531 der Verzögerungsleitung 53

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hergestellt, deren Ausgang mit der Klemme 22 verbunden 1st.

Das Diagramm (a) von Fig. 6 zeigt wieder die Kurve 41 von Fig. 4. Bei der Schaltung von Fig. 5 leitet sich die Kurve 61 _r welche die an die Klemme 22 angelegte Spannung darstellt, aus der Kurve 41 durch eine Verschiebung um τ parallel zur Abszissenachse ab. Die tJberschneidungen der beiden Kurven entstehen an Punkten, die den Zeitpunkten t^, -t^t t,..... tg entsprechen. Wie im Diagramm (b) von Fig. 6 dargestellt ist, das die Spannung w als Funktion der Zeit t zeigt, entsprechen diesen Schnittpunkten plötzliche Übergänge der Spannung w vom Wert W^ zum Wert Wg bzw. vom Wert Wp zum Wert W^.

Eine einfache Analyse der Erscheinung zeigt, daß die Feststellung der Rechteckimpulse bei Mangeln der in Fig. 4 dargestellten Art durch eine Verzögerung um einen Bruchteil einer Rechteckhalbwelle offensichtlich verbessert wird. Zwar können noch Fehlerkennungen stattfinden, wenn sich die Länge der Rechteckhalbwellen plötzlich um einen beträchtlichen Wert ändert, doch ist dies In der Praxis nur ein Ausnahmefall.

Im Fall von Videoplatten, bei denen die kürzeste Rechteckhalbwelle einer Dauer von etwa 70 NanoSekunden entspricht (Halbperiode bei einer Frequenz von 7 MHz), ergibt eine Verzögerung um 20 bis 30 NanoSekunden eine sehr deutliche Verbesserung des demodulierten Signals.

Bei einer in Fig. 7 dargestellten anderen Ausführungsform wird wieder der Differenzverstärker 20 beibehalten,

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sowie auch die Verzögerungsleitung 53» die in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Zwischen dem Abzweigpunkt 51 und der Klemme 22 ist eine Spannungsaddierschaltung 81 eingefügt, die zwei Eingänge 811 (mit dem Punkt 51 verbunden) und 812 sowie einen mit der Klemme 22 verbundenen Ausgang hat. Eine Spannungsteilerschaltung aus Widerständen 82 und 84 ist zwischen einem Abzweigpunkt 231 an der zur Klemme führenden Verbindung und Masse angeschlossen. Ein Abgriffspunkt 83 der Spamungste£Lerschaltung ist mit dem Eingang 812 verbunden. Die Widerstände sind so berechnet, daß zwischen der Klemme 22 und Masse die folgende Spannung erhalten wird:

ν = u - kw

wobei k kleiner als 1 ist. Das Vorzeichen + gilt, wenn W₁ negativ ist (Fall von Fig. 3); im entgegengesetzten Fall würde das Vorzeichen - gelten.

Die Schaltung von Fig. 7 ist vorteilhaft, wenn die Spannung u eine Folge von Rechtecksignalen ist, wie es dann der Fall ist, wenn die Bandbreite des Abtasters so groß ist, daß die ursprüngliche Form der Rechtecksignale aufrechterhalten wird und die Aufzeichnung ihrerseits so wiedergabetreu ist, daß der Aufzeichnungsträger mit plötzlichen übergängen geprägt wird.

Auf diese Weise vermeidet man die Zweideutigkeit hinsichtlich! der Zeitpunkte, an denen die verzögerte Kurve die nichtverzögerte Kurve kreuzt. Die Verformung, die eine der beiden Kurven 41 und 61 erleidet, genügt, um die Unbestimmtheit hinsichtlich der Kreuzungen-zu beheben.

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Um diese.Schwierigkeit zu vermeiden, genügt es im allgemeinen Fall, eine nicht rechteckige Kurvenform zu wählen, oder die Kurvenform entsprechend zu ändern, bevor sie der Schaltung von Fig. 5 zugeführt wird.

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Claims

Patenten© η r Ü c h e

Anordnung zur Demodulation einer wihfcelmödulierten Trägerschwingung mit elektrischen Wandlereinrichtungen, welche die Trägerschwingung in ein Rechtecksignal mit zwei Signalwerten umformen, elektrischen Differenziereinrichtungen, die das Signal empfangen und bei federn Übergang zwischen den beiden Signalwerten Impulse liefern, monostabilen Multivibratoreinrichtungen, die den Impulsen eine vorbestimmte Amplitude und Dauer erteilen» und elektrischen Integriereinrichtungen, die mit den monostabilen Multivibratoreinrichtungen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Wandlereinrichtungen einen Begrenzer-Differenzverstärker enthalten, der an einem ersten Eingang die Trägerschwingung und an einem zweiten Eingang einen um einen bestimmten Betrag zeitlich versetzten.Teil der Trägerschwingung empfängt, daß die übergänge des Rechtecksignalp stattfinden," venn die Abweichung zwischen dem Augenblickswert der Trägerschwingung und dem Augenblickswert des zeitlich versetzten Teils eine vorbestimmte Spannungsschwelle überschreitet,- und daß der vorbestimmte Betrag der zeifL ichen Versetzung kleiner als die Periode der höchsten in der winkelmodulierten Trägerschwingung enthaltenen Frequenz ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitlich zu versetzende Teil der Trägerschwingung über eine Verzögerungsleitung übertragen wird, deren Eingang mit dem ersten Eingang des Begrenzer-Differenzverstärkers verbunden ist.

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3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Verzögerungsleitung erzeugte Verzögerung kleiner als die halbe Periode der höchsten Frequenz ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen,die wenigstens eines der den Eingängen des Differenzverstärkers zugeführten Signale verformen, wenn die Trägerschwingung eine Rechteckform hat.
5. Optischer Leser, der eine winkelmodulierte Trägerschwingung liefert, dadurch gekennzeichnet, daß das die Trägerschwingung liefernde fotoelektrische Element mit.einer Anordnung; nach einem der Ansprüche bis 4 verbunden ist.
6. Optischer Leser für Informationen, die auf einem Aufzeichnungsträger durch eine Spur von im wesentlichen konstanter Breite aufgezeichnet sind, die eine Folge von Beugungselementen enthält, deren Länge und Abstand eine mit der Information winkelmodulierte Rechteckwellenform ausdrücken, wobei der-Leser Beleuchtungseinrichtungen enthält, die auf die Spur konzentriert sind_f fotoelektrische Einrichtungen, die einen Teil der Strahlung empfangen, die durch den beleuchteten Abschnitt der Spur gebeugt ist, und eine elektrische Demodulationsanordnung, die an den Ausgang der fotoelektrischen Einrichtungen angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Demodulationsanordnung eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ist.

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