DE2727831A1

DE2727831A1 - Matrixverstaerkerschaltung, insbesondere fuer magnetische plattenspeicher

Info

Publication number: DE2727831A1
Application number: DE19772727831
Authority: DE
Inventors: William Archie Palm; Duane Arthur Young
Original assignee: Control Data Corp
Current assignee: Control Data Corp
Priority date: 1976-10-07
Filing date: 1977-06-21
Publication date: 1978-04-13
Also published as: AU2782677A; CA1081805A; NL170211B; NL170211C; JPS6016004B2; FR2367379B1; NL7707634A; US4085383A; AU511786B2; GB1536385A; DE2727831C2; JPS5345513A; FR2367379A1

Description

Matrixverstärkerschaltung, insbesondere für magnetische Plattenspeicher

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen, die für die Abnahme von Signalen von magnetischen Aufzeichnungsträgern benutzt werden. Im Fall von Magnetplattenvorrichtungen, bei denen mehrere Magnetköpfe an einem einzigen Magnetkopfarm vorgesehen sind und bei denen eine Wahl eines einzigen Magnetkopfes für die Auswahl eines einzigen Bereichs der Magnetplatte erforderlich ist, betrifft die Erfindung insbesondere eine Matrixverstärkervorrichtung zur Verwendung bei Magnetköpfen niedriger Impedanz in Verbindung mit hochfrequenter Wiedergewinnung von magnetisch aufgezeichneten Daten.

Eine Entwicklungsrichtung auf dem Gebiet der Magnetplattenaufzeichnung oder -speicherung sieht die Verwendung von magnetischen Abnahme- und Einschreibköpfen niedriger Impedanz mit nur einer Windung oder kleiner Zahl vor, die z„B.

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an einem geeigneten magnetischen Medium angeordnet sein können. Solche Einwindungs-Abnahmeköpfe besitzen die für hohe Abgriffgeschwindigkeiten bei magnetisch aufgezeichneten Daten nötigen niedrigen Impedanzeigenschaften. Bisher bestanden solche Magnetköpfe typischerweise aus zahlreichen Windungen eines feinen Drahts auf einem geeigneten Magnetkern. Diese, aus zahlreichen Windungen bestehenden Magnetköpfe besitzen im Vergleich zu Einwindung-Magnetköpfen eine höhere Impedanz. Diese bisherigen Magnetköpfe mit höherer Impedanz wurden bisher in der Weise eingesetzt, daß mehrere Magnetköpfe einem einzigen Magnetkopfarm zugeordnet wurden und ein bestimmter Magnetkopf mittels einer Diodenmatrixanordnung ausgewählt wurde, um einen vorgegebenen Bereich einer Magnetplatte zu wählen, an welchem eine Datenauslesung oder eine Dateneinschreibung erfolgen soll. Dioden besitzen jedoch eine vergleichsweise hohe Impedanz, und sie eignen sich nur für Magnetköpfe mit mehreren Windungen, die ebenfalls eine vergleichsweise höhere Impedanz besitzen. Dioden mit vergleichsweise höherer Impedanz arbeiten aber nicht zufriedenstellend in einer Matrixwählanordnung mit niedrige Impedanz besitzenden Einwindung-Magnetköpfen, deren Impedanz erheblich niedriger ist als diejenige der Diodenwählmatrix.

Die Entwicklung der Hochfrequenz-Einwicklungsmagnetköpfe.hängt daher von der Entwicklung einer geeigneten, niedrige Impedanz besitzenden Matrixwählschaltung ab, so daß derartige Magnetköpfe in einer Anordnung mit einem einzigen Magnetkopfarm verwendet werden können. Außerdem liefern diese Einwindung-Magnetköpfe ein ziemlich kleines Ausgangssignal, das vorteilhaft in Verbindung mit eine-r der Magnetkopfarmanordnung zugeordneten Verstärkerschaltung verwendet werden kann, so daß das von dieser

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Armanordnung zur restlichen Vorrichtung gelieferte Ausgangssignal eine ausreichend hohe Amplitude besitzt, um durch elektrisches Rauschen aus der Umgebung nicht beeinflußt zu werden.

Die Erfindung ist in Verbindung mit niedrige Impedanz besitzenden Magnetköpfen veranschaulicht, die einem mit Mittelanzapfung versehenen hoch transformierenden Transformator zugeordnet sind, von denen mehrere in Matrixschaltungsanordnung vorgesehen sind. Die erfindungsgemäße Schaltung kann als integrierter Schaltkreis auf der eigentlichen Magnetkopfarmanordnung oder auf einem Substrat ausgebildet werden, das seinerseits an der Magnetkopfarmanordnung eines Magnetplattenantriebs montiert ist. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diese spezielle Ausbildung beschränkt, vielmehr kann sie mit getrennten Bauteilen ausgelegt und angewandt werden. Beim derzeitigen Stand der Technik liegt jedoch selbstverständlich die Anwendung von Techniken für integrierte Schaltkreise nahe. Die Schaltung besteht aus Transistorpaaren, die als Diffewitialverstärker wirken und eine Wähleinrichtung für die Matrixanordnung bilden. Das Ausgangssignal des gewählten Differentialverstärkers steuert einen in Kollektorschaltung vorliegenden Verstärker an, welcher den vorgesehenen Schaltungsausgangs bildet. Ein in Emitterschaltung aufgebauter Rückkopplungsverstärker liefert den Strom für die in Basisschaltung angeordneten Wähltransistoren. Diese Art der Rückkopplung gewährleistet eine Gleichtaktunterdrückung von Störsignalen, und sie ermöglicht einen Verstärker mit einer sehr niedrigen Eingangsimpedanz. Magnetkopf-Wählsignale werden an die Mittelanzapfung des Transformators angelegt, um die Auswahlfunktion zu bewirken. Einschreib-Eingangssignale werden über ein jedem Magnetkopf zugeordnetes Diodenpaar geliefert.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute, verbesserte Matrixauswahl-Verstärkerschaltung für Magnetköpfe wie obiger Impedanz zu schaffen.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Matrixverstärkerschaltung mit Merkmalen nach der Erfindung und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Magnetkopfkonfiguration, die mit der erfindungsgemäßen Schaltung gemäß Fig. 1 verbindbar ist.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Schaltung 1o zur Verwendung mit vier Datenquellen dargestellt. Letztere bestehen bei der dargestellten Ausführungsform aus drei Endstellen, weshalb vier Anschluß- oder Klemmensätze 12, 14, 16 und 18 mit jeweils drei Klemmen dargestellt sind, die mit jeweils einer Datenquelle (source device), die aus einer einzigen Windung eines leitfähigen Materials 2o bestehen kann, das in Form eines Einzeldrahts in Zuordnung zu einem passenden Magnetkernelement 22 unter Bildung eines Magnetkopfes gewickelt ist. Dem Leiterelement 2o ist ein Transformator zugeordnet, beispielsweise ein 4 : 1-Transformator 24 mit einem Ausgang in Form von zwei Anschlüssen 26 und einer Mittelanzapfung

Gemäß Fig. 1 ist jedem Klemmensatz 12, 14, 16 und 18 ein Paar in Basisschaltung angeordneter Transistoren 50, 52; 54, 56; 58, 4o bzw. 42, 44 zugeordnet. Diese Transistoren bilden in Basisschaltung angeordnete Verstärker, deren Eigenschaften

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vorzugsweise zur Gewährleistung bester Verstärkung und Gleichtaktunterdrückung angepaßt sein sollten. Diese Transistoren können z.B. monolithische Vorrichtungen sein. Jeder Transistor 30 - 44 ist mit seinem Emitter an eine zugeordnete Klemme angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren 30, 34, 38 und 42 sind mit einer Kollektorschaltungs-Sammelschiene 46 verbunden, während die Kollektoren der Transistoren 32, 36, 4o und 44 mit einer Kollektorschaltungs-Sammelschiene 48 verbunden sind. Wie erwähnt, sind die Basiselektroden der Transistoren 30 und 32, 34 und 36, 38 und 4o bzw. 42 und 44 zusammengeschaltet. Die Basiselektroden der eben genannten Transistorpaare sind sämtlich mit einer Sammelleitung 50 verbunden. Die Sammelschiene 46

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ist mit der Basis des Transistors 52 und die Sammelschiene 48 mit der Basis des Transistors 54 verbunden.

Transistoren 52 und 54 sind in Kollektorschaltung angeordnet, bei welcher das Ausgangssignal über die an die Emitter angeschlossenen Klemmen 56 und 58 erhalten wird. Der Emitter des Transistors 52 ist über einen Widerstand 60 an Masse geschaltet, während der Emitter des Transistors 54 über einen Widerstand 62 an Masse liegt. Widerstände 64 und 66 bilden zudem zwischen den Emittern der Transistoren 52 und 54 einen Spannungsteiler, dessen Mittelanzapfung an die Basis des Transistors im Rückkopplungskreis angeschlossen ist. Der Vorspannstrom für die Basiselektroden der Transistoren 52 und 54 wird über Widerstände 70 bzw. 72 geliefert. Die zusammengeschalteten Kollektoren der Transistoren 52 und 54 erhalten ihre Eingangsspannung über einen Widerstand 74.

Ein Transistor 76 ist mit einem Transistor 68 in Emitterschaltung geschaltet. Die Transistoren 68 und 76 werden über einen Widerstand 78 mit Strom gespeist. Der Kollektor des Transistors 68 liegt an Masse, während der Kollektor des Transistors 76 über eine Diode 80 an die genannte Basisschaltungsleitung 50 angeschlossen ist. Widerstände 82 und 84 bilden ein Vorspannetz für den Transistor 76.

Die Transistoren 6 8 und 76 arbeiten als Stromrückkopplungskreis zur Lieferung des Basisstroms für die Transistoren 30 - 44. Diese Form eines Rückkopplungsnetzes ermöglicht eine Niedrigimpedanz-Eingangscharakteristik der Datenquellen. Wenn die Schaltung für das Einschreiben von Daten auf einer Magnetplatte benutzt wird, werden die Einschreib-Eingangssignale zu Klemmen 86 und 88 geliefert, die über Dioden 90, 92, 94, 96, 98 100, 102 und 104 mit den Klemmen oder Anschlüssen der Endstellen

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12, 14, 16 bzw. 18 verbunden sind. Magnetkopfauswahlsignale werden zu Klemmen 106, 108, 110 und 112 geliefert, die ihrerseits mit den Mittelanzapfungen der Endstellen 12, 14, 16 bzw. 18 verbunden sind, die bei der dargestellten Ausführungsform mit der Mittelanzapfung 28 des Transformators verbunden sind. Die erfindungsgemäße Schaltung kann auch für zwei Klemmen aufweisende Datenquellen ausgelegt werden, wobei die Magnetkopfauswahlendstelle mit einer der beiden Klemmen verbunden ist.

Wenn die Schaltung im Betrieb in der Einschreibbetriebsart eingesetzt wird, werden Einschreibeingangssignale zu Klemmen 86 und 88 geliefert und durch Betätigung eines zugeordneten Paars von Dioden 90, 92, z.B. durch Erdung einer entsprechenden Magnetkopfa.uswahlklemme 106, an den ausgewählten Magnetkopf angelegt. Während des Einschreibvorgangs werden die restlichen Magnetkopfauswahleingänge auf einer vorbestimmten Spannung von z.B. 2 - 3 V gehalten. Diese Spannung ist als Arbeitsspannung nicht kritisch, doch muß sie groß genug sein, um die zugeordneten Dioden und Transistoren zum Sperren rückwärts vorzuspannen, ohne den gesperrten Obergang durchzuschlagen.

Während des Auslesevorgangs sind die Einschreibeingangsklemmen und alle zugeordneten Dioden unwirksam. Die entsprechende Magnetkopfauswahl-Endstelle liegt an Masse, um die gewünschte Datenquelle zu aktivieren. Die restlichen Magnetkopfauswahl-Endstellen werden an einer vorbestimmten Spannung von z.B. 2 - 3 V gehalten, um die nicht ausgewählten Magnetköpfe unwirksam zu machen. Wie im Fall des Einschreibvorgangs ist die genaue Spannung nicht kritisch. Wenn die Endstelle bzw. der Anschluß 12 z.B. durch Erden der Magnetkopfauswahl-Endstelle

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für den gewünschten Datenquelleneingang gewählt ist, erhalten die Transistoren 30 und 32 die Eingangssignale über ihre Emitter, während die Kollektoren auf beschriebene Weise mit den Basiselektroden der Transistoren 52 bzw. 54 verbunden sind. Das Ausgangssignal des aus den Transistoren 52 und 54 bestehenden Kollektorschaltung-Verstärkers erscheint an den mit den Emittern der Transistoren 52 und 54 verbundenen Endstellen bzw. Anschlüssen 56 bzw. 58. Die Transistoren 30 und 32 nehmen den Basisstrom über die Basisstromleitung 50, die Diode 80 und den Kollektor des als Rückkopplungsstromquelle arbeitenden Transistors 76 ab. Der aus den Transistoren 68 und 76 bestehende Emitterschaltung-Verstärker wirkt als Rückkopplungsverstärker, der sein Eingangssignal über die Basis des Transistors 68 empfängt, der mit dem Mittelanschluß des aus den Widerständen 64 und 66 zwischen den Emittern der Transistoren 52 und 54 bestehenden Spannungsteilernetzes verbunden ist.

Die Rückkopplungsschaltung, die durch den aus den Transistoren 68 und 76 bestehenden Emitterschaltung-Verstärker gebildet ist, gewährleistet eine ausgezeichnete Gleichtaktunterdrückung von Stör- oder Rauschsignalen, so daß das Ausgangssignal an den Klemmen 56 und 58 ein ausgezeichnetes Signal/Rauschen-Verhältnis erhält. Die z.B. monolithischen Transistoren 64 und werden mit einander ähnlichen Eigenschaften gewählt. Die in gleicher Weise an den Emittern der Transistoren 52 und 54 erscheinenden Gleichtaktsignale beeinflussen die Emitterspannungen in gleicher Weise und beeinflussen daher die Basisspannung des Transistors 68, wodurch eine Gegenkopplung zur Unterdrückung des unerwünschten Signals hervorgerufen wird. Die an den Basiselektroden der Transistoren 52 und 54 erscheinenden bipolaren Signale der gewünschten Art beeinflussen die Emitterspannungen

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dieser Transistoren in ungleicher Weise und einander entgegengesetzt, so daß sie bestrebt sind, jegliche Änderung der Basisspannung des Transistors 68 zu unterdrücken bzw. aufzuheben. Infolgedessen werden die bipolaren Signale nicht rückgekoppelt, so daß sie verstärkt werden können.

Unter Verwendung von in Basisschaltung angeordneten Emittereingang-Transistoren der beschriebenen Art kann eine Eingangsimpedanz der Schaltung von nur 5 Ohm gewährleistet werden. Gewünschtenfalls kann die Eingangsimpedanz nach oben in einem Bereich von bis zu etwa 50 Ohm liegen. Datenquellengeräte der beschriebenen Art können eine Impedanz in der Größenordnung von 1 Ohm und einen Signalpegel von etwa 100 μν besitzen.

Bei der dargestellten Ausführungsform können die Transistoren 68 und 76 vom Typ 2N4258 und die anderen Transistoren vom Typ 2N3646 sein. Die Widerstände 60, 62, 64 und 66 können einen Wert von 1000 0hm besitzen. Die Speisespannung kann 5 V betragen, und der Widerstand 74 kann einen Wert von 100 0hm besitzen. Die Widerstände 78, 82 und 84 können Werte von 4300, 3400 bzw. 1700 0hm besitzen.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung somit eine Matrix- bzw. Transistorverstärkerschaltung geschaffen, die in Matrixschaltungsanordnung zur selektiven Verstärkung von auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger mittels eines Magnetkopfes mit niedriger Impedanz abgenommener Signale arbeitet. Diese Schaltung verwendet einen Basisschaltung-Vorverstärkerkreis für Signalauswahl mit Kollektorschaltung-Verstärker und Rückkopplungsnetz in Emitterfolgeschaltung.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Matrixverstärkerschaltung zur Zuordnung zu einer Anzahl von Datenquellen sowie zur Abnahme und Verstärkung der Signale von nur einer ausgewählten Datenquelle, gekennzeichnet durch eine
Anzahl von Endstellen bzw. Anschlüssen für die Datenquellen, durch eine Anzahl von in Basisschaltung angeordneten, emittergekoppelten und an die Endstellen bzw. Anschlüsse angeschlossenen Eingangstransistorverstärkern, die jeweils zwei Transistoren umfassen, durch einen Transistorverstärker in Kollektorschaltung, bei dem die Basis seines einen Eingangstransistors mit allen Kollektoren jeweils eines Transistors jedes
Paars von Basisschaltung-Transistorverstärkern verbunden ist, während die Basis seines anderen Eingangstransistors mit allen Kollektoren jedes anderen Transistors der genannten Transistorvertärkerpaare verbunden ist, durch eine Basisstromquelle für alle Transistorverstärker in Basisschaltung, durch eine Einrichtung zur Auswahl

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eines einer ausgewählten Datenquelle zugeordneten Eingangstransitorverstärkers mit Mitteln zum Vorspannen nicht ausgewählter Transistoren in einen Sperrzustand und durch eine Einrichtung zur Lieferung von Gleichtaktunterdrückung-Rückkopplungssignalen zu den Basiselektroden der in Basisschaltung angeordneten Eingangstransistorverstärker.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rückkopplungs-Einrichtung zwei als Emitterschaltung-Rückkopplungsverstärker arbeitende Transistoren aufweist, wobei das Ausgngssignal vom Kollektor des einen Transistors mit Kopplungsmitteln zu den Basiselektroden aller Eingangstransitorverstärker abenommen und das Eingangssignal an die Basis des anderen Transistors angelegt wird.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Eingangssignal zum Rückkopplungsverstärker von einer Verbindung mit einem Spannungsteilernetz abgenommen wird, das zwischen die Emitter der den Kollektorschaltung-VErstärker bildenden Transistoren eingeschaltet ist.

U. Vorrichtung zum Auswählen und Verstärken eines Signals von einer ausgewählten Datenquelle einer Anzahl solcher Geräte, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Einrichtungen zur Verbindung mit den Datenquellen, durch eine Anzahl von Verstärkern, von

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denen jeder mit einer der Verbindungseinrichtungen verbunden ist und zwei in Basisschaltung vorliegende, emittergekoppelte Transistoren aufweist, durch eine Einrichtung zur Verstärkung des Ausgangssignals eines der Verstärker, mit einer Verbindungseinrichtung zur Verbindung mit jedem Verstärker und mit einem ein Ausgangssignal liefernden Ausgang, und durch eine Einrichtung zum Deaktivieren aller Verstärker mit Ausnahme eines ausgewählten Verstärkers.

5. Vorrichtung nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstärkereinrichtung zwei als in Kollektorschaltung angeordneter Verstärker wirkende Transistoren aufweist, wobei die Basis des einen der beider/Transistoren mit dem Kollektor je eines Transistors jedes der die Verstärker bildenden Transistorpaaxe verbunden ist, während die Basis des anderen der beiden Transistoren mit dem Kollektor des jeweils anderen Transistors jedes Transistorpaars der Verstärker verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zur Lieferung des Basisstroms an die Basiselektroden aller in Basisschaltung angeordneter Transistoren vorgesehen ist und daß diese Einrichtung Mittel zur Herstellung einer Rückkopplung vom Ausgang der Verstärkereinrichtung zu diesen Basiselektroden aufweist.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Lieferung des Baisstroms zwei als in Emitterschaltung angeordneter Verstärker arbeitende Transistoren aufweist, bei denen das Ausgangssignal vom Kollektor des einen Transistors durch Kopplungsmittel zu den Basiselektroden aller in Basisschaltung angeordneter Transistoren abnehmbar ist und das Eingangssignal an die Basiselektrode des anderen Transistors von einer Verbindung mit einem Spannungsteilernetz her anlegbar ist, welches seinerseits zwischen die Emitter der die Verstärkereinrichtung bildenden Transistoren eingeschaltet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Deaktiviereinrichtung eine Spannungsquelle, um alle Transistoren der verschiedenen Verstärker in den Sperrzustand vorzuspannen, und Mittel zur Anlegung dieser Spannung an alle Verstärker mit Ausnahme eines ausgewählten Verstärkers aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeichne.t , daß eine Einrichtung zur Lieferung des Basisstroms an die Basiselektroden aller in Basisschaltung angeordneter Transistoren vorgesehen ist und daß diese Einrichtung Mittel zur Herstellung einer Rückkopplung vom Ausgang der Verstärkereinrichtung zu diesen Basiselektroden aufweist.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zur Lieferung des Basisstroms zwei als in Emitterschaltung angeordneter Verstärker arbeitende Transistoren aufweist, bei denen das Ausgangssignal vom Kollektor des einen Transistors durch Kopplungsmittel zu den Basiselektroden aller in Basisschaltung angeordneter Transistoren abnehmbar ist und das Eingangssignal an die Basiselektrode des anderen Transistors vom Ausgang der Verstärkereinrichtung her anlegbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Deaktiviereinrichtung eine Spannungsquelle, um alle Transistoren der verschiedenen Verstärker in den Sperrzustand vorzuspannen, und Mittel zur Anlegung dieser Spannung an alle Verstärker mit Ausnahme eines ausgewählten Verstärkers aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zur Lieferung von Gl-eichtaktunterdrückung-Rückköpplungssignalen zu den Basiselektroden der in Basisschaltung angeordneten Transistoren vorgesehen isi-.

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