DE2443394A1

DE2443394A1 - Schaltungsanordnung zur magnetischen aufzeichnung von binaeren informationswerten an einem magnetischen aufzeichnungstraeger

Info

Publication number: DE2443394A1
Application number: DE2443394A
Authority: DE
Inventors: Richard Crane Schneider
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-10-01
Filing date: 1974-09-11
Publication date: 1975-04-03
Also published as: US3855616A; JPS5062419A; FR2270656A1; GB1449412A; FR2270656B1

Description

Böbllngen, den 9. September 1974 Anmelderin: International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: BO 973 001

Schaltungsanordnung zur magnetischen Aufzeichnung von binären Informationswerten an einem magnetischen Aufzeichnungsträger.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur magnetischen Aufzeichnung von binären Informationswerten an einem magnetischen Aufzeichnungsträger, die innerhalb von vorgegebenen Taktperloden durch Änderungen der magnetischen Induktion dargestellt werden, durch ein Magnetisierungsmuster, das bei der magnetischen Abfühlung der Informationswerte Synchronisationsfehler der Abfühl signale mit den Induktionsänderungen berichtigt.

Es ist bekannt (DT-OS 1 774 004), die magnetische Aufzeichnung., von binären Informationswerten an einem magnetischen Aufzeichnungsträger derart durchzuführen* daß bei jeder Induktionsänderung des Magnetisierungsmusters, die einen Binärwert darstellt, nach einer vorgegebenen Zeit «ine weitere Induktionsänderung durchgeführt wird, deren Änderungsbetrag kleiner ist als der Anderungs-

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betrag der Magn®t±si®r«ngsänderung, die den Binärwert darstellt. Dadurch ergibt sich am magnetischen Aufzeichnungsträger ein abgestuftes Muster von Änderungen der magnetischen Induktion, durch dessen Abfühlung im Lesemagnatkopf Kontpensationssignale erzeugt werden, welche langauslaufenden Rückflanken der Leseimpulse verhindern. Dadurch erhalten die· positiven und die negativen Impulsanteile der Lesesignale eine symmetrische Form und die Synchronisation zwischen Aufzeichnungs- und den Lesesignalen wird verbessert.

Es ist ein Nachteil der bekannten Eichrichtung, daß bei hoher Datenfrequenz, d. ho bei einer hohen Frequenz der magnetischen Induktionsänderungen des Aufzeichnungsmusters ein Linear!sierungseffekt zustande kommt„ der eine unerwünschte Phasenverschiebung der Lesesignale gegenüber den Isduktionsänderungen des Magnetisierungsmusters bewirkt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur magnetischen Aufzeichnung von binären Informationswerten an einem magnetischen Aufzeichnungsträger so auszubilden, daß ohne erheblichen Aufwand für den Aufbau der Schaltungsanordnung bei der magnetischen Afofühlung der Informationswerte eine Synchronisation der im Magnetisierungsmuster des Aufzeichnungsträgers auftretendes» Induktionsänderungen mit den Lesesignalen erreicht werden kann.

Die genannte Aufgab® wird gemäß dar vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß d®r Magnetisi©r«ngswicklung des Aufzeichnungsraagnetkopfes ein® die lndarung der Magnetisierungsrichtung im Auf zeichnungsmagiietkopf steuernder Umschalter zugeordnet ist, durch den während einer Taktpariode für die Aufzeichnung des einen Binärwertes «in® ungerade Anzahl von Magnetislarungsänderungen und für die Aufzeichnung des anderen Binärwertes eine gerade Anzahl von Magnetisierusigsänderungen einschaltbar sind.

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Durch eine Schaltungsanordnung der genanntes Art ergibt sich am magnetischen Aufzeichnungsträger ein Magnetisierungsmuster, dessen Gleichstrom-Signalantelle ausgeglichen sind. Zu diesem Zweck werden die Magnetisierungsänderungen des Aufzeichnungsmusters vorzugsweise jeweils in der Mitte einer Taktperiode durchgeführt.

Die Erfindung wird anhand von Abbildungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Diagramme der magnetischen Induktion, die in

Form.von Magnetisierungsänderungen an einem magnetischen Aufzeichnungsträger aufgezeichnet sind,

Fig. 2 die Gegenüberstellung einer magnetischen

NRZI-Aufzeichnung und das davon abgeleitete Lesesignal zu einer magnetischen Aufzeichnung nach der vorliegenden Erfindung und das davon abgeleitete Lesesignal,

Fig. 3 die Gegenüberstellung einer magnetischen

FM-Aufzeichnung und das davon abgeleitete Lesesignal zu einer magnetischen Aufzeichnung gemäß der vorliegenden Erfindung und das davon abgeleitete Lesesignal,

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zur magnetischen Aufzeichnung von binären Informationswerten nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 Zeitdiagramme der an Schaltelementen der in

Fig. 4'dargestellten Schaltungsanordnung auftretenden Signale,

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Fign. 6, und 6A ein© Schaltungsanordnung für das magnetische

Lesen von binaren Inf orinationswerten gemäß der vorliegendes! Erfindung,

Flg. 7 Zeitcliagramine dar am den Schaltelementen der

in Fig. β dargestellte» Schaltungsanordnung auftretenden Signale.

Die in Fig. 1 gezeigten Sig&alforaeB Ά, B umä C neigen das gemäß der Erfindung benutzte Magn®tisl@rustgsmst@r für die magnetisch© Aufzeichnung. Die Signalforaea A nad B haben ainen Wellenlängenbereich im Verhältnis 3si,, unü die bevorzugt© Signalform C hat einen Wellenlängenbar@lch Im Verhältnis 2,5:1« Alle drei Signalforiasm ergeben für jede Bitzeil® eine durchschnittlich© Gleichstromkomponente Im Wert von Hull.

Bel allen drei Signalf orsaesi wird @in@ blt&äre Eins durch eine Magnetlslerungsänderung IO dargestellt, die am Aufzeichnungsträger genau in der Mitte ®in@ir Bitsall© angeordnet 1st, nnä die ein Leeesignal genau in der Mitte einer Taktperiod© erzeugt. Die Abgrenzungen der Bltz@ll®n sind im obtarea Tail der Flg. 1 durch Dreieckmarkierungen angegeben. Aus ämr gignalform_f welche eine binäre Eine in einer Bitz©Il@ darstellt, geht hervor, daß in einer Bitzelle der Magsietlssleningeztistasid ü und der Magnetlsienmgezustand D jeweils die gleiche Zeitdauer aufweisen» Dadurch ergibt sich in jeder Bitseil© ein Ausgleich der Gleichstromkomponenten. Ferner ergeben sich durch das Magnetislorusigsmuster für •ine Bitzelle, welche die binäre Eins darstellt, drei Magneti-■lerungsänderungen, d. h. eine ungerade Anzahl von Magnetisierungsänderungen .

In der Signalform A wird eine binäre £iull in jeder Bitzelle durch vier Magnetisierungßänderungen dargestellt. Di® erst® Magnetisierungsänderung HA 1st vom Anfang einer Bitzelle in einem Zeitabstand von einem Viertel einer Taktperiode angeordnet. Ebenso

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sind die folgenden Magnetisierung^änderungen 12A, 13A und 14Ά in Zeitabständen von jeweils einem Viertel der Taktperiode hintereinander angeordnet. Die letzte Magnetisierungsänderung 14A ist genau am Endpunkt einer Bitzelle angeordnet. Aus der Signalform A geht hervor, daß auch in der Bitzelle, durch welche eine binäre Null dargestellt wird, eine Netto-Glelchstromkomponente nicht vorhanden ist. Anfang und Ende einer Bitnzelle, welche eine binäre Null darstellt, haben den gleichen Magnetisierungszustand.

Bei der Signalform B wird die binäre Eins ebenso wie bei der Signalform A dargestellt. Die binäre Null ergibt sich durch die vier Magnetisierungsänderungen HB bis 14B, die jeweils am Anfang einer Taktperiode beginnen. Die Magnetisierungsänderung HB befindet sich immer genau am Anfang einer Taktperiode, und die folgenden Magnetisierungsänderungen 12B, 13B und 14B folgen jeweils in Zeitabständen von 1/4 Taktperiode. Die letzte Magnetisierungsänderung 14B ist in einem Zeitabstand von 1/4 Taktperiode vor dem Ende der Bitzelle angeordnet.

Die Signalform C unterscheidet sich von den Signalformen A und B dadurch, daß die erste Magnetisierangsänderung HC einer Bitzelle, durch welche eine binäre Null dargestellt wird, vom Anfang der Bitzelle einen Zeitabstand von 1/8 Taktperiode aufweist. Die folgenden Magnetisierungsänderung 12C, 13C und 14C folgen einander in Zeitabständen von jeweils 1/4 Taktperiode. Die letzte Magnetisierungsänderung 14C ist vom Ende einer Bitzelle in einem Zeitabstand von 1/8 Taktperiode angeordnet. Die größte Phasengenauigkeit der Signalwiedergabe wird erreicht durch die Signalform C, deren Anwendung und Auswertung ergeben sich durch Schaltungsan- .· Ordnungen gemäß den Darstellungen 4, 5, S und 7.

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Bekannte Signalformen für die magnetische Aufzeichnung

Die in Fig. 1 dargestellt© Signalforiti PE, eine Form der magnetischen Aufzeichnung durch Phasencodierung, zeigt daß nach einst ^ng®rad@B Amdahl von Datenänderungen eine ungerade Anzahl. von langaiadauerstdea Signalperioden, folgt. Es wird angenommen, daß diese Folge von Sigaalperioden langer Dauer bei dieser Art der magnetischen Aufzeichnung Phasenänderungen zur Folge hat, obwohl'das Verhältnis der"'Wellenlängen nur 2:1 beträgt. Bei der magnetischen Aufz®±cimuag durch Phasencodierung waren deshalb besondere Mittel notwendig um die erwähnten Phasenverschiebungen auszugleichen. Solche Mittel sind nicht erforderlich, wenn die magnetische Aufzeichnung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird» Deshalb kasin In der sieh mehrere Bitzellen erstreckenden Signalform ©ine Sietto-Gleichstromkomponente auftreten, obwohl eine solche In jeder ©±az@ln©35. Bitzelle nicht vorhanden ist. In den Signalformeii A, B and C kanu sich auch In der über mehrere Bitzellen sich erstreckenden Eignalforra kein® Netto-Gleichstromkomponente ergeben.

Eine ander® bekannte Form der magnetischen'Aufzeichnung ist die Doppelfrequenz-Codlerung oder die FM-Codier.ung. Für diese Art der Aufzeichnung ergibt sich ©ine Signalform, die der PE-Signalform sehr ähnlich-ist» Jedoeh ergibt sich für die binäre Eins, für welche in d@r Mitte der Bitzelle keine Magnetisierungsänderung vorhanden ist, wie s. B. te! IOD in der Signalform DFE eine Gleichstromkomponente.

Eine andere Art der magnetisch.« Aufzeichnung ergibt sich durch die Vier-Frequeiis-Codierung "QFE", Die QFE-Signalform ist der DFE-Signalfom insofern ähnlieh, als daß-die binäre Eins ohne Magnetisierungsänderung In der Mitte der Bitzelle dargestellt wird. Es kann auch gesagt werden, daß dl© binäre Eins durch eine Magnetisierungsilnaernng_? wie z. B. 1OL, am Anfang der Bitzelle

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dargestellt wird. Die binäre Null wird durch eine Reihe von Magnetisierungsänderungen HQ, 12Q, 13Q und 14Q dargestellt. Die letzte Magnetisierungsänderung 1OL ergibt die Darstellung einer binären Eins in der nächstfolgenden Bitzelle. Während die Hochfrequenzkomponenten, die durch die MagnetisIerungsänderungen HQ bis 14Q dargestellt werden, einen Kanal für die Verbesserung der Phasenverschiebungen linearisieren können, ergibt sich in der Signalform durch eine ungerade Anzahl von aufeinanderfolgenden Eins-Binärwerten eine Gleichstrimkomponente. Die QFE-SignaIform ist aus den genannten Gründen für Zweck© der Wechselstromkopplung wie z. B. durch Magnetköpfe ungünstig im Hinblick auf Phasenverschiebungen der Signalspitzen, wie das ebenso für PE- und DFE-Signalformen gefunden wurde. Es besteht auch ein Wellenlängenverhältnis von 4:1, daß größte Verhältnis der diskutierten Signalformen. Dadurch ergibt sich die Notwendigkeit eine größe Bandbreite für die Aufzeichnungskanäle zu verwenden.

Es scheint das drei QFE-Signalformen den Signalformen gemäß der Erfindung sehr ähnlich sind. Es besteht jedoch der Nachteil, daß infolge der größeren Wellenlänge bei sehr dichter Spuraufzeichnung, wie z. B. bei Magnetplattenspeichern, eine Kopplung zwischen nebeneinanderliegenden Spuren stattfinden kann. Infolge des großen Verhältnis der Wellenlängen (4si'} ist es außerdem erforderlich eine frühere magnetische Aufzeichnung zu löschen, bevor in der gleichen Spur eine Neuaufzeichnung stattfindet. Nachteile dieser Art können durch die Signalaufzeichnung gemäß der Erfindung vermieden werden.

Bei einer magnetischen Aufzeichnungsdichte von 16 000 Bits/cm konnte bei der Signalaufzeichnung gemäß der vorliegenden Erfindung keine meßbare Phasenverschiebung der Signalspitzen festgestellt werden. Dies entspricht einer Änderungsfrequenz der Magnetisierungswechsel im Aufzeichnungsmuster von 64 000. Eine Wechselstromlöschung am Aufzeichnungsträger wurde nicht durchgeführt. Es konnte auch festgestellt werden, daß für das Lese-

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signal ©tee Gleichstxom-Wledereinführung nickt erforderlich war, auch dann nicht, wean transformatorisch eine Signalübertragung durchgeführt werde.

NRZ!-Datenaufzeichnung gemäß der Erfindung

In Fig. 2 ist eine NRZ!-Magnetisierung dargestellt, mit der Aufzeichnung von binären Eins-Werten bei den Magaetisierungsänderungen 20 «ad binären Mull-Warten* wen» in den zugeordneten Bitzellen keiß® Magaetisierungsänderungen vorhanden sind. Das Lesesignal ist direkt unterhalb d©s Schreibsignals angegeben. Die Form des Lesesignais ist sehr wesentlich abhängig von den Abständen der Magnetisierimgsänderuiigen Im Schreibsignal. Die Signalspitz@n zwischen zwei aufeinanderfolgenden binären Eins-Werten Bind viel schärfer als eil® Signalspitzen zwischen zwei aufeinanderfolgenden verschiedenen Binärwerten.

Dl© B-Signalform ©iner magnetischen Aufzeichnung gemäß der Erfindung ergibt sich durch Magneticierungsänderungen 20 für die Darstellung der Eins-Binärwort® und durch Magnetisierungsänderungen 21B, 22B, 23B und 24B für die Darstelimg der Null-Binärwerte. Das von dieser Aufzeichnung abgeleitet© Lesesignal ergibt sich durch die Kurve 25, bei welcher jede Signalspitze einen Eins-Binärwert und die Null-Basis ^ull-Binärwerte darstellen. Eine Gegenüberstellung des MR^I-Lesesignals *mä des Lesesignals 25 ergibt eine deutliche Erhöhung der Flankensteilheit an übergängen, welch© die binären Eins-Wert® darstellen. Durch diese Erhöhung der'Flankensteilheit 1st ©s möglich, Phasenverschiebungen der Signalspitzen zu unterdrücken und die Signalwiedergabe bei hohen Aufzeichnungsdichten zu erleichtern.

Ein Vergleich der Lesesignale gemäß der vorliegenden Erfindung mit den QFE-Lesesignalen zeigte, daß bei den Null-Blnärwerte enthaltenden Bitzellen ein® geringe Phasenverschiebung auftritt.

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Es wird angenommen, daß diese Phasenverschiebung durch Gleichstromkomponente!* des QFE-Signals hervorgerufen wird. Eine solche Gleichstromkomponente wird durch die magnetische Aufzeichnung der vorliegenden Erfindung vermieden*

MFM-Datenaufzeichnung mit Benützung der vorliegenden Erfindung

Bei der in Fig. 3 dargestellten MFM-Signalform folgt den Magnetisierungsänderungen 30, welche Eins-Binärwert© darstellen, eine Magnetisierungsänderung 31M, welche ein Taktsignal darstellt. Das Lesesignal 32 zeigt gegenüber dem Lesesignal der Fig. 2 Vorteile. Sie bestehen darin, daß Phasenverschiebungen von 25% auftreten, weniger als bei dem Lesesignal der NRZ!-Aufzeichnung, bei der die Phasenverschiebungen 50% betragen. Das MFM-Signal erleichtert die Selbsttaktgebuisg für das Ablesen einer magnetischen Aufzeichnung. Das MFM-Signal kann als NRZ!-Signal hoher Aufzeichnungsdichte betrachtet werden, wie dies in Fig. 3 durch ¹¹NRZI und MFM-Daten" bezeichnet wird. Die NRZI-Daten für das MFM-Schreibsignal sind oberhalb dessen Signalform angegeben. Die Ziffern 32 bezeichnen binäre Null-Werte, um diese in kleineren NRZI-Bitseilen darzustellen« Durch die Benutzung der Erfindung ergibt sich eine Abfühlusig ä®a MFM-Signalmusters durch das Lesesignal 45.

Die magnetische Aufzeichnung nach der B-Signalform wird erläutert durch MFM-Daten. Die Ziffer 40 bezeichnet eine Magnetisierungsänderung für den binären Eins-Wert, der den Magnetisierungsänderungen 3O und 31M des MFM-Signals entspricht. Die Ziffern 41, 42, 43 und 44 zeigen Magnetlslerungsänderungen zur Darstellung der binären Null-Wert® wie diese als ©in HRZX-Signal erläutert wurden, das eine größer® Bifczellenclichte aufweist. Das Lesesignal 45 ist vergleichbar mit dem Lesesignäl 32, insofern als die Signalspitzen theoretisch gleichzeitig auftreten. In ' der Praxis jedoch erhalten die Signale 32 eine Phasenverschiebung und die Impulsflanken sind verflachtj so daß di© Abfühltmg

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Schaltungsanordnung zur magnetischen Aufzeichnung von binären

Informatipnswerten durch die C-Signalform.

Di© Schaltungs&iäorämmg nach Fig. 4 und das Impulsdiagraffim nach Fig. 5 beziehen sich auf die magnetische Aufzeichnung von binären Informationswerten durch ©ine C-Signalform wie sie in Fig. 1 gezeigt ist« Von einer Datenquelle 50 werde» durch Datenkanäle 51 und 52 Bytes, di® %_a B. durch acht Parallelbits dargestellt werden, zu dem Vielspur-Magnetkopf 53 übertragen, der die Bytes am Magnetband 54 in Paralleldarstellung aufzeichnet« Alle Datenkanäle werden gesteigert durch den Ossiilator 55, dessen Signalfrequenz viermal so hoch ist wie die Datenfrequeaz. In dieser Weise kann d@r Null-Informationswert iß ©iß@r Bitzelle durch vier Magnetisieru&gsänderungen aufgezeichnet werden« Im Datenkaaal 51 wird die Signalfr@qu@nz des Oszillator 55 durch den Frequenzteiler 60 auf 1/4 terafogesetst. Jeder Frequenzteller liefert ©jjsöEi Iffitpnia aa di® Leitung 61 und @in weiteres Datenbit wird durch äem. Äufseiehnusigskanal übertragen. Die Datenquelle 50 steaert in diesem Zeitpunkt-das Signalmuster der Aufzeichnung am Anfang ©iaar jede» BÜ2@11®. Dssr Informationswert wird durch die Leituag 62 zwia Datenkanal 51 übertragen. Die UND-Schaltung 63 üisarträgt dea jeweiligen Datenwert (1/0) durch den in der Mitte einer Bitgell© auftretend® Impuls an der Leitung 65, der ^KZ§iil£aipuls 65" genannt wird» Dieser steuert die übertragung a@r ÜMO-Sehaltrag 63 „ damit ein Signal über die ODER-Schaltung 64 zu dmrn Verstärker 56 übertragen wird.

Zusätzlich bestellt <ä±© Aufgabe, Magnetisierongsänderungen zu erzeugen, welche die Itell-Iaformationswerte darsteller*. Zu diesem Zweck werden die in der Mitta nmä di© am Eaad ®Am& Bifc^elle auftretenden Impuls© sw dm Versögerungs se haltung 66 übertragen, welehe di® Signal® am 1/8 Bitperiod© verzögert. Dadurch können

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durch die UND-Schaltung 68 wahlweise Signale für die Darstellung von Null-Informationswerten übertragen werden. Der aus bistabilen Schaltelementen bestehende Verstärker 56 bewirkt die Aufzeichnung der am Ausgang der ODER-Schaltung 64 auftretenden Signale, gemäß der Darstellung des Signaldiagramms nach Fig. 5, das der C-Signalform der Fig. 1 entspricht. Die Abfühlung der am Magnetband 54 aufgezeichneten binären Informationswerte erfolgt durch eine Schaltungsanordnung gemäß der Darstellung nach der Fig. 6 oder der Fig. 6A in Verbindung mit dem in Fig. 7 dargestellten Signaldiagramm. Der Magnetkopf 53 überträgt Lesesignale zu dem Verstärker 70 eines Datenkanals, dessen Schaltelemente im einzelnen angegeben sind, und zu den anderen Datenkanälen 71. Von dem Verstärker 70 wird ein Lesesignal durch Begrenzer 72 und 73 zu dem Taktgenerator 74 veränderlicher Frequenz übertragen, der die dem Eingang des Detektors 79 zugeführten Datensignale in der Phasenlage korrigiert, damit sie über die Ausgangsleitung 75 abgeleitet werden können. In Fig. 7 sind die Signalspitzen 76 der Null-Lesesignale vergrößert dargestellt.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig., 6A wird der Taktgenerator 74 veränderlicher Frequenz sowohl für die Steuerung der gelesenen Eins-Informationswerte als auch für die-Steuerung der gelesenen Null-Informationswerte verwendet. Ein entsprechendes Steuersignal wird am Ausgang des Verstärkers 70 dem Eingang des Filters 78 zugeführt. Der Impulsformer 80 erzeugt den Null-Informationswerten entsprechende Signale. Der Frequenzteiler 81, an dessen Ausgang Signale von 1/4 der Eingangsfrequenz abgeleitet werden, sendet Signale über die VerzögerungsschaItung 82 zu der ODER-Schaltung 84, um ein Taktsignal zu erzeugen. Die Ausgangssignale des Begrenzers 72 steuern den Impulsformer 83, damit dieser Taktsignale, die den Eins-Informationswerten entsprechen, zu der ODER-Schaltung 84 übertagt, immer dann, wenn ein Eins-Informationswert gelesen wurde.

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Der Frequenzteiler 81 liefert ein Taktsignal für das zweite Signal .das einen Null-Infornationawert in einer Reihe darstellt. Die Auswahl dieses zweiten Signals vermeidet eine Phasenverschiebung, die beim ersten Signal auftreten könnte. Magnetisierungsänderungen, welche die Eins-Informationswerte darstellen, werden nicht phasenverschoben»

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Claims

PATENTANSPRUCH

Schaltungsanordnung zur magnetischen Aufzeichnung von binären Informationswerten an einem magnetischen Aufzeichnungsträger, die innerhalb von vorgegebenen Taktperioden durch Änderungen der magnetischen Induktion dargestellt werden, durch ein Magnetisierungsmuster, das bei der magnetischen Abfühlung der Informationswerte Synchronisationsfehler der Abfühlsignale mit den Induktionsänderungen berichtigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetisierungswicklung des Aufzeichnungsmagnetkopfes (53) eine die Änderung der Magnetisierungsrichtung im Aufzeichnungsmagnetkopf steuernder Umschalter (51) zugeordnet ist, durch den während einer Taktperiode für die Aufzeichnung des einen Binärwertes eine ungerade Anzahl von Magnetisierungsänderungen und für die Aufzeichnung des anderen Binärwertes eine gerade Anzahl von Magnetisierungsänderungen einschaltbar sind.

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