DE2637963C3 - Schaltungsanordnung in einer Vorrichtung zur Aufnahme digitaler Daten auf ein Magnetband - Google Patents

Description

Im allgemeinen wird kodierte Information in einem digitalen Computer durch ein elektrisches Signal dargestellt, welches periodisch einen von zwei binären Zuständen annimmt. Diese Information kann auf einem Magnetmedium, z. B. einem Magnetband gespeichert werden oder über eine Leitung übertragen werden. Diese binäre Information wird auf dem Magnetband durch ein Muster von magnetischen Flußänderungen dargestellt.

Wenn ein Magnetband benutzt wird, ist es im Interesse der Wirtschaftlichkeit und einer erhöhten Effizienz und Kapazität des Systems wünschenswert, so viele Informationsbits wie möglich pro Längeneinheit auf dem Magnetband unterzubringen. Die elektrischen und mechanischen Grenzwerte des Aufnahme und Wiedergabesystems begrenzen jedoch die erreichbare Flußänderungsdichte. Man hat daher viele Anstrengungen unternommen, Kodes zu schaffen, die eine maximale Anzahl digitaler Daten bei geringster Anzahl von Flußänderungen darstellen. Einige dieser Pulskode-Modulationsarten (PCM) werden weiter unten in ihrer ungefähren kronoiogischen Reihenfolge beschrieben. Kurvenformen einiger dieser Kodes sind in F i g. 1 dargestellt

Zusätzlich zur Maximierung der Bitdichte ist ej auch wünschenswert, ein System zu schaffen, welches über einen sehr weiten Bereich von Bandgeschwindigkeiten arbeiten kann. Während auf dem Gebiet der Datenverarbeitung allgemein versucht wird, sowohl die Dichte als auch die Geschwindigkeit zu maximieren, um eine möglichst hohe Datenübertragungsrate zu erreichen, gibt es viele Anwendungen auf Gebieten wie Datenaquisition, wo der Zwang besteht Daten bei sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten aufzunehmen und zu analysieren. Es sei beispielsweise ein Anwendungsgebiet angenommen, bei dem die Temperatur eines Ozeans überwacht wird. Es ist wünschenswert dabei eine sehr niedrige Aufnahmegeschwindigkeit bei hoher Datendichte vorzusehen, so daß Daten von mehreren Tagen auf einem einzigen Band aufgenommen werden können. Beim Analysieren der Daten ist es jedoch wünschenswert, die aufgenommene Information innerhalb von Minuten abzufragen. Umgekehrt erfordert die Analyse von Vorgängen wie z. B. Explosionen eine sehr hohe Aufnahmegeschwindigkeit jedoch eine wesentlich niedrigere Wiedergabegeschwindigkeit wenn die Daten analysiert werden sollen. Aus diesen Gründen ist ein System sehr wünschenswert, welches eine sehr hohe Aufnahmedichte und einen weiten Bereich von Bandgeschwindigkeiten hat. Es ist außerdem offensichtlich, daß die niedrigste Geschwindigkeit des Aufnahmesystems die maximale Aufnahmezeit für ein Band gegebener Länge festlegt.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Aufnahme digitaler Daten mit sehr hoher Dichte bei sehr niedrigen Bandgeschwindigkeiten. Ein bipolares Format wird benutzt, um die Gleichstromkomponente zu eliminieren und eine Aufnahme bei niedrigen Geschwindigkeiten erlauben. Im Gegensatz^ zu bekannten Lösungen ist

jedoch die Bit-Packungsdichte auf einem Maximum von einer Flußänderung pro Bit der aufgenommenen Information gehalten. Einige bekannte Aufnahmetechniken werden nachfolgend beschrieben.
Der NRZ-L-Kode wird einfach von dem normalen Fluß digitaler Daten iii einem System abgeleitet Er wird vielfach bevorzugt, da er sehr kompatibel mit verschiedenen Typen von digitalen Geräten ist und sich relativ leicht hohe Bit-Packungsdichten erreichen lassen. Die NRZ-L-Kode hat jedoch zwei größere Nachteile. Er ist kein selbsttaktgebender Kode, so daß eine separate Taktaufnahme erfolgen muß oder eine andere Synchronisationsmethode benutzt werden muß. Außerdem enthält das Leistungsspektrum des NRZ-L-Kodes sehr viele Komponenten niedriger Frequenz. Es können daher keine niedrigen Bandgeschwindigkeiten benutzt werden, da elektromagnetische Aufnahme- und Wiedergabeköpfe nicht das Gleichspannungsverhalten und die Bandbreite haben, die von den niederfrequenten Komponenten des Kodes bei niedrigen Bandgesohwindigkeiten benötigt werden. Dies gilt auch, wenn ein Gleichmachungsnetzwerk bei Reproduzierung des Signals benutzt wird.

Beim Manchester II- oder Bi-0-L-Verfahren wird eine

Ziffer »1« als einzelner Zyklus einer Rechteckwelle und eine Ziffer »0« als einzelner Zyklus einer um 180° gegenüberdei »!«-Rechteckwelle verschobenen Rechteckwelle aufgenommen. Eine Flußumkehr in einer Richtung wird zur Anzeige der Ziffer »1« benutzt, während eine Flußumkehr in entgegengesetzter Richtung zur Anzeige der Ziffer »0« benutzt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß eine Flußumkehr bei jeder Ziffer stattfindet, egal ob diese eine »0« oder eine »1« ist Das Manchester-Verfahren ist ein repräsen- ι ο tatives Mitglied der Gruppe von Kodes, weiche oft als Zweiphasen-Kodes bezeichnet werden. Einige andere Kodes aus dieser Gruppe werden Zweiphasen-S und Zweiphasen-M genannt Die Zweiphasen-Kodes enthalten weniger niederfrequente Komponenten, benötigen jedoch im Maximum zwei Obergänge pro Bit (statistischer Durchschnitt 1,5), was eine größere Aufnahme-Bandbreite erfordert Daher werden diese Kodes bis nur für Aufnahmen niedriger Datendichte benutzt

Eine andere Familie von Kodes sind die sogenannten »Doppeltdichte«-Kodes, die so bezeichnet werden, da sie theoretisch die doppelte Dichte der Zweiphesen-Kodes erreichen. Ein Kode dieser Art ist im US-Patent 31 08 261 beschrieben.

Kodes dieses Typs werden auch Verzögerungsmodulations-Kodes genannt (siehe z. B. US-Patent 34 14 894). Diese Kodes benutzen drei verschiedene Verzögerungsperioden, auch drei verschiedene Phasen genannt, um die kodierten Daten darzustellen und benötigen maximal eine magnetische Flußänderung zur Darstellung von einem Bit Andere doppelt dichte Kodes können aus den bekannten Zweiphasen-Kodes erzeugt werden, indem durch 2 dividiert wird oder indem ein Satz von Regeln benutzt wird, die ähnlich den in den obengenannten Patenten beschriebenen sind.

Diese doppelt dichten Kodes enthalten wesentliche Gleichspannungs- und Niederfrequenz-Komponenten, die ein Phänomen bewirken, welches als Basislinien-Weglaufen, Basislinienverschiebung und Basisband-Wandern bekannt ist Dies ist in F i g. 2 dargestellt, wo die gestrichelte Linie die ideale Nulldurchgangsschwelle darstellt, welche entsprechend der Gleichspannungs-Komponente für das durch den Kode repräsentierte Muster und der Niederfrequenz-Antwort des Aufnahmegerätes nach oben geschoben worden ist Verschiedene Bandaufnahme-Geräte und verschiedene Datenmuster erzeugen verschiedene Gleichspannungskomponenten, welche bei der Wiedergabe nicht erhalten bleiben. Bei früheren Lösungen ist versucht worden, den Effekt dieser Verschiebung dadurch zu mindern, daß die Aufnahmedichte verlängert wurde und eine Spannungsrückkopplung verwendet wurde, die sowohl auf das erfaßte Bitmuster als auch auf die Niederfrequenz-Antwort des Aufnahmegerätes bezogen war. Nichtsdestoweniger ist, wenn die Bandgeschwindigkeit unterhalb eines bestimmten Grenzwertes liegt, die Frequenzkompensation sehr schwierig, da das begrenzte Paßband des Aufnahmegerätes den unteren Frequenzbereich des Leistungsspektrums so stark dämpft, daß die Verzögerungsperioden verzerrt werden, welche die aufgenommene Information darstellen. Das untere Ende der Frequenzantwort liegt zum Beispiel bei 100 Hz für die meisten Bandaufnahmegeräte, die kompatibel mit den IRIG-Fernmeß-Standards der US-Navy und Air Force sind.

In der US-PS 33 63 025 wird ein Kode ohne Gleichspannungskomponente vorgeschlagen. Bei diesem Kode wird jedes Bit durch drei Flußänderungen dargestellt. Dieser Kode ist für die Datenaufnahme auf ein Magnetband nicht geeignet, da die Bit-Packungsdichte zu gering wäre. In der Praxis wird dieser Kodn auch nur für die Datenkommunikation benutzt.

In »The Bell System Technical Journal«, September 1965 ist ein mit T I bezeichneter Kode beschrieben, bei dem ein 1-Bit durch einen positiven bzw. negativen Impuls dargestellt ist wobei sich positive und negative Impulse abwechseln. Fehlende Impulse bedeuten O-Bits. Auch dieser Kode eignet sich nur für die Datenübertragung. Da kein Eigentakt vorhanden ist, eignet sich dieser Kode nicht für die Aufnahme auf ein Magnetband, speziell bei unterschiedlichen Bandgeschwindigkeiten für Aufnahme und Wiedergabe.

Der Erfindung gemäß Anspruch 1 liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung in einer Vorrichtung zur Aufnahme von digitalen Daten auf ein Magnetband zu schaffen, die eine Aufnahme mit Eigentakt, ohne Gleichspannungskomponenten und mit maximal einer Flußänderung pro Bit ermöglicht

Die Schaltung mit monostabilem K/^pverhalten sorgt dafür, daß die einzelnen abwechselnd positiven und negativen Impulse gleich lang sind. Daher kann keine Gleichspannungskomponente entstehen. Ein Informationsverlust tritt jedoch nicht auf.

Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mii der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 Kurvenformen für verschiedene Pulskode-Modulationsarten,

Fig.2 das als Basislinien-Verschiebung bekannte Phänomen und eine typische Korrekturschaltung dafür,

F i g. 3 ein Blockschaltbild eines digitalen Aufnahme- und Wiedergabesystems, in welchem die vorliegende Erfindung verwirklicht ist, und

F i g. 4 einige Signalkurvenformen des Systems nach Fig. 3.

In Fig.3 ist ein Aufnahme und Wiedergabesystem dargestellt, welches ein Eingangssignal auf einer Leitung 25 aufnimmt, welches digitale Daten repräsentiert. Das auf der Leitung 25 empfangene Signal wird durch einen dreiphasigen Kodierer 1 kodiert und dann in ein bipolares digitales Signal konstanter Impulsbreite umgewandelt, und zwar mittels eines Übergangsdetektors 3, einer Teilerschaltung 2, einer Pegeleinstellschaltung 28, eines Logikgliedes 10 und eines Verstärkers 9. Das erzeugte bipolare Signal wird einem Aufnahmekopf 11 zugeführt, von dem es auf ein Magnetmedium 12 gegeben werden kann.

Der dreiphasige Kodierer 1 empfängt sowohl das D'gitdüi^nal auf Leitung 25 als auch ein Taktsignal auf einer Leitung 26, welches in Phase mit der Basistakt-Periode des Digitalsignals auf Leitung 25 ist, aber die doppelte Frequenz hat. Das Taktsignal auf Leitung 26 wird der Teilcrschaltung 2 zugeführt, welche zwei durch Anstiegsflanken getriggerte Flip-Flops aufweist, in denen das RücKstellsignal den Takteingang überwiegt. Ein Potentiometer 4 und ein Verstärker 5 dienen zur Einstellung der Amplitude des dem Verstärker 9 über Wiederstände 6 und 8 zugeführien Signals. Die Werte der Wiederstände 6, 7 und 8 sind gleich. Der Verstärker 5 arbeite· auch als Impedanz-Wandler, um eine Überlastung der! einschaltung 2 zu vermeiden.

Auf das Taktsignal auf Leitung 26 und das

Digitalsignal auf Leitung 25 hin, erzeugt der dreiphasige Kodierer 1, ein dreiphasig verzögerungsmoduliertes Signal auf Leitung 29, welches einem Übergangsdetektor 3 und einem Logikglied 10 zugeführt wird. Der Übergangsdetektor 3 erzeugt einen schmalen Ausgangsimpuls, wenn das Signal auf Leitung 29 seinen Zustand ändert. Mit anderen Worten, der Übergangsdetektor 3 trigger! bidirektional. Die Teilerschaltung 2 wird jedesmal zurückgestellt, wenn der Übergangsdetektor 3 einen Impuls auf eine Leitung d abgibt. Verschiedene Kurvenformen der oben beschriebenen Schaltung sind in F i g. 4 dargestellt.

Das Ausgangssignal des dreiphasigen Kodierers 1 wird über das Logikglied dem Verstärker 9 zugeführt. Das Logikglied 10 hat einen offenen Kollektor oder einen offenen Drain-Ausgang und ist mit dem nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 9 verbunden. Das Logikglied 10 steuert die Verstärkung des ""!Ear.SSSisP"!' -=

pntu/prlpr

+ I oder — 1 ist. Wenn das Signal auf Leitung 29 eine niedrige Spannung hat (logisch »0«), erzeugt der Ausgang des Logikgliedes 10 einen Kurzschluß nach Masse auf einer Leitung 20, wodurch das Ausgangssignal des Verstärkers 9 eine negative Spannung ist. Wenn das Signal auf Leitung 29 einen hohen Spannungspegel hat (logisch »I«), erzeugt das Logikglied 10 eine hohe Impedanz auf Leitung 20, und das Ausgangssignal des Verstärkers 9 ist dementsprechend eine positive Spannung. Wann immer jedoch das Ausgangssignal des Verstärkers 5 die Spannung 0 hat, ist das Ausgangssignal des Verstärkers 9 auch 0, ohne Rücksicht auf den Zustand des Signals auf Leitung 20.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 9 wird einem geeigneten Aufnahmekopf zur Aufgabe auf das Magnetband 12 zugeführt. Statt dem Aufnahmekopf 11 könnte das Ausgangssignal des Verstärkers 9 jedoch auch einer Übertragungsleitung mit begrenzter Bandbreite zugeführt werden.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Wiedergabekopf 13 benutzt, um die auf dem Magnetband 12 aufgenommene digitale Information zu lesen. Das Signal vom Wiedergabekopf 13 wird durch eine Schaltung 14 verarbeitet, welche einen Vorverstärker und einen Entzerrer enthält. Das Ausgangssignal der Schaltung 14 wird einem Differenzierglied 16 zugeführt, das das Ausgangssignal der Schaltung 14 in ein rechteckförmiges Signal umformt. Das Ausgangssignal des Differenziergliedes 16 wird einem Null-Durchgangs-Detektor 17 zugeführt, der dieses Signal zurückformt und das reproduzierte unipolare Digitalsignal einem dreiphasigen Dekoder 18 für die weitere Dekodierung zuführt. Kurvenformen der Signale auf ■ den mit Buchstaben bezeichneten Leitungen sind in Fig.4 dargestellt. Es ist zu beachten, daß die vorliegende Erfindung nicht auf spezielle dreiphasige Kodierer bzw. dreiphasige Dekoder beschränkt ist. Bei einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel wird der

in Miller-Kode benutzt, jedoch ist die Auswahl spezieller Schaltungen für die Kodierung und Dekodierung und die Auswahl eines speziellen Kodes für die anfängliche Kodierung nicht Teil der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 4 ist für Leitung c die dreiphasig kodierte

ti digitale Signalkurvenform vom Teiler 2 dargestellt. Die Kurvenform des Ausgangssignals vom Übergangsdetektor 3 ist mit d bezeichnet. Das Ausgangssignal des Teilers 2 ist mit e bezeichnet. Der Verstärker 9 ernofiiP^i das Si⁰Ha! auf der ! pininir rvnm Hreinhasipen Kodierer 1 über das Logikglied 10. Es wird am nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 9 empfangen. Der Verstärker 9 empfängt das Signal auf der Leitung e über die Pegeleinstell-Schaltung 28 und die Wiederstände 6 und 8. Die Signale der Leitung cund e bewirken, daß der Verstärker 9 auf Leitung ( das bipolare Digitalsignal erzeugt.

Wenn das System die aufgenommenen Daten wiedergibt, wird am Ausgang der Schaltung 14 ein analoges Signal erzeugt, das dem mit g bezeichneten ähnlich ist. Dieses Signal auf Leitung g wird durch das Differenzierglied 16 in das rechteckförmige Signal auf Leitung h umgeformt. Typischerweise enthält dieses Signal einige Wechselspannungskomponenten. Diese Wechselspannungskomponenten werden durch den Null-Durchgangsdetektor 17 entfernt, welcher das Signal j erzeugt.

Zusammengefaßt werden bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung digitale Daten, die in einem doppelt dichten oder dreiphasigen Kode kodiert sind, folgendermaßen umgewandelt:

Alle positiven und negativen Impulse haben eine konstante Zeitdauer, 2T, wobei Tdie Hälfte der vollen Taktperiode der Originaldaten darstellt. Die positiven Impulse werden an die Anstiegsflanken der Impulse des doppelt dichten Kodesignals gesetzt, während die negativen Impulse an die Abfallflanken der Signalimpulse gesetzt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung in einer Vorrichtung zur Aufnahme von digitalen Daten auf ein Magnetband derart, daß abwechselnd Fluöpegel gleicher Länge und bezüglich eines Bezugspegels entgegengesetzter Polarität erzeugt werden, wobei eine erste Schaltung zunächst ein unipolares Signal erzeugt, bei dem die Daten durch die Phasenlage je eines Pegelübergangs pro Bit dargestellt werden, gekennzeichnet durch eine zwischen der ersten Schaltung (t) und einem Aufnahmeverstärker (9) angeordnete zweite Schaltung (2, 3, 4, 5) mit monostabilem KJppverhalten, die das unipolare Signal in ein bipolares Signal derart umwandelt, daß ausgehend vom Bezugspegel abwechselnd positive und negative Impulse von jeweils im wesentlichen gleicher Länge erzeugt werden, deren gegenseitiger Abstand der Phasenlage der Übergänge des unipolaren Signals entspricht, und die das bipolare Signal auf dem Bezugspegel hält, wenn sie keinen positiven oder negativen Impuls erzeugt

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Steuereinrichtung (2,4, 5) enthält, die das Auftreten und die Dauer des Bezugspegels auf ein Zeitgabesignal hin festlegt, welches die zeitliche Lage der Pegelübergänge des unipolaren digitalen Signals darstellt

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (3) zum Feststellen der Pegelübergänge im unipolaren Signal und zur Erzeugung eines Ausgangssignals bei Feststellung eines solchen Obergangs, sowie -ςιηβ Teilerschaltung (2), die mit der Einrichtung zum Feststellen der Pegelübergänge verbunden ist nd ein digitales Ansteuersignal für den Aufnahmeverstärker (9) erzeugt

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeverstärker (9) das bipolare Signal auf das unipolare Signal und das digitale Ansteuersignal hin erzeugt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeverstärker (9) die positiven und negativen Impulse des bipolaren Signals auf das unipolare Signal hin und den Bezugspegel auf das digitale Ansteuersignal hin ohne Rücksicht auf den Zustand des unipolaren Digitalsignals erzeugt.