Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Einschreiben und Auslesen von Daten in bzw. aus einem
Aufzeichnungsträger mit einem Schreib-/Lesekopf und einem phasenfesten Oszillator, der Taktsignale mit einer
Frequenz abgibt, die von einem ihm zugeführten Bezugssignal abhängig ist, di-s der tatsächlichen
Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers entspricht.
Bei den Systemen zum Aufzeichnen von Daten müssen die eingeschriebenen Daten stets von einem
Taktsignal oder einem sonstigen Hilfsmittel zur Erzeugung einej Taktsignal während des Lesevorganges
begleitet sein, damit die 'nformationen richtig ausgewertet werden können. Folglich wird während der
Aufzeichnung der elektronischen e :hreibschaltung ein
Taktsignal zugeführt, das den Schreibvorgang regulieren soll. Bei den bisherigen Geräten wird dieses
Taktsignal von einer phasenstarren Schaltung geliefert, die einen Oszillator zur Erzeugung eines impulsförmigen
Signals aufweist.
In der Lesephase werden die aufgezeichneten Daten wahrgenommen, und es wird ein Taktsignal erzeugt, das
bezüglich seiner Frequenz und Phase mit den Daten synchronisiert werden muß, um die Daten bei ihrer
Bearbeitung entschlüsseln zu können. Zur Erzeugung eines einwandfreien Taktsignals während des Lesens
muß nämlich der Oszillator auf die genaue Frequenz eingestellt und außerdem hinsichtlich der Phasenbeziehung
mit den Daten korrigiert werden. Um dies zu erreichen, wird zu Beginn jeder Datenadresse eine
Folge von Taktpulsen aufgezeichnet, die dafür sorgen, daß zwischen den Daten und dem Signal des
Taktpulsgenerators eine Synchronisierung hinsichtlich der Frequenz und Phasenbeziehung vorgenommen
wird. Während dieser Synchronisierungszeitspanne können natürlich keine Daten ausgelesen werden,
nämlich wenn gerade das Taktsignal mit dem Datensignal synchronisiert wird. Somit ist stets eine zeitliche
Verzögerung zwischen dem Platz und der Feststellung der Adresse und dem Lesen der Daten vorhanden.
Außerdem nehmen diese Taktsignale an den aufgezeichneten Datenadressen einen gewissen Raum auf
dem Aufzeichnungsträger ein. Eine beschleunigte Synchronisierung des ausgewesenen Taktsignals mit den
Daten stellt also eine bemerkenswerte Verbesserung hinsichtlich der Zeit und des Raumes für die
Aufzeichnung auf dem Träger des Systems dar.
Ein deraniges System zum Speichern von Daten ist z.B. aus der USA-Patentschrift 35 77 132 vom 4. Mai
1971 bekannt. Wie man erkannt hat, kann die Geschwindigkeit der Aufzeichnungsträger während
ihrer Bewegung relativ zum Schreib- und Lesekopf Schwankungen unterliegen. Wenn als Aufzeichnungsträger
eine angetriebene Scheibe benutzt wird, kann sich ihre Drehzahl um 1—2% ändern, weswegen ein
Oszillator in der Schreib- oder Leseschaltung nicht auf eine konstante Frequenz eingestellt werden kinn; mit
ίο diesen Schwankungen der Drehzahl des Aufzeichnungsträgers
ändert sich nämüch die tatsächliche Frequenz oder Folge der Daten, so daß der Taktsignal-Generator
mit der relativen Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers in Synchronisatic η gehalten werden muß. Wie in
I-. der bezeichneten USA-Patentschrift angegeben ist, sind
bei dem einen Verfahren Hilfsmittel zur Erzeugung eines Bezugssignals vorgesehen, das die Winkelgeschwindigkeit
und die Phase des Speichers wiedergibt. Ein über die Spannung steuerbarer Oszillator, der zur
M Gewinnung des Taktsignals verwendet wird, wird in Abhängigkeit von diesem Bezugssignal nachgestellt, um
die Frequenz des Taktsignals mit der Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers relativ zum Lese-/Schreibkopf
in den passenden Zusammenhang zu bringen.
Weitere Versuche, die zeitliche Differenz zwischen dem Platz der Adresse und der Synchronisation des
Taktsignals zu vermindern, führten zu günstigeren phasenstarren Oszillator-Schaltungen für die Erzeugung
des Taktsignals. Mit einer zunehmenden Bandbrei-
in te oder Verstärkung legt der Taktsignal-Generator
schneller die Frequenz und die Phase der Daten fest. Die
Festlegezeit ist für den Generator eine umgekehrte Funktion der Bandbreite der phasenstarren Schleife für
die Wiedergewinnung des Taktsignals.
f> Versuche, die Bandbreite zu vergrößern, führen
jedoch zu einem System, das für Störungen in der Phase des Lesesignals viel empfindlicher ist, was auf eine
Impuls- oder Rauschsignalhäufung zurückzuführen ist und unzuverlässige Taktsignale nach sich ziehen kann.
Andere Versuche, die Systeme zum Lesen der Daten zu verbessern, haben gemäß der USA-Patentschrift
37 19 896 vom 6. März 1973 zur Anwendung auf zwei Weisen arbeitender phasenstarrer Oszillator-Schaltungen
geführt, bei denen die Bandbreite der phasenstarren
■Ti Schleife während der Zeitspanne der Synchronisierung
mit dem Datensignal vergrößert und während des normalen Lesevorganges der Daten vermindert wird.
Derartige Schaltungen sind jedoch sehr kompliziert.
Bei allen bekannten Schreib- und Lesesystemen
Vt dieser Art dienen gesonderte phasenstarre Schaltungen
während des Schreibens der Erzeugung eines Taktsignals und während des Lesens der Daten der Erzeugung
ei.ies Taktsignals. Die Systeme zur Taktgabe beim Lesen sind typischen Übergangsverzögerungen des
M Servosystems hinsichtlich der Festlegezeit unterworfen,
die manchmal auch als Suchzeiten bezeichnet werden, da die Taktsignal-Generatoren jedesmal mit den Daten
synchronisiert werden müssen. Wegen dieser gesonderten Schaltungen sind auch derartige Systeme kompli-
M) ziert.
In der US-PS 39 00 890 ist eine Anordnung zum Aufzeichnen und Auslesen von Daten auf bzw. von
einem magnetischen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit laufenden Band beschrieben, in der zwei
br> phasenfeste Schleifen angewendet werden, von denen
die eine ein Schreibtaktsignal zum Einschreiben der Daten auf den Aufzeichnungsträger und die andere ein
Lesetaktsignal hervorruft, das hinsichtlich der Frequenz
und der Phase mit den gerade ausgelesenen Daten synchronisiert wird. Im Falle, daß der Aufzeichnungsträger
gerade mit einer etwas größeren Geschwindigkeit als einer optimal vorgegebenen bewegt wird, muß die
Frequenz des Schreibtaktsignals geringfügig gesteigert werden, damit die Anzahl der in die Spur eingeschriebenen
Bits trotz der geänderten Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers konstant bleibt. Das Signal zur
Anpassung des Taktsignals kann in der Weise abgeleitet werden, daß ein Durchlauf mehrerer Markierungen auf
dem Aufzeichnungsträger abgetastet wird, wodurch ein Signa) mit einer Frequenz entsteht, die der Geschwindigkeit
des Aufzeichnungsträgers entspricht. Da die zweite phasenfeste Schleife über die erste, das
Schreibtaktsignal hervorrufende Schleife beeinflußt wird, tritt eine Verzögerungszeitspanne adf, während
der das Lesetaktsignal hinsichtlich der Frequenz und
Phase so nachgestellt wird, daß es an die Frequenz und Phase der gerade ausgelesenen Daten angepaßt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den zweiten, phasenfesten Oszillator einzusparen und die
Verzögerungszeitspanne zur Umschaltung dieses Oscillators
auszunutzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit der Erregung des Schreib-/Lesekopfes zur
Auslesung der Daten vom Aufzeichnungsträger von einer Steuerschaltung der Oszillator kurzzeitig stillsetzbar
ist, und daß anschließend von einem Phasendetektor der Oszillator in Übereinstimmung mit der Phase der
Datensignale erneut in Gang setzbar ist.
Der sowohl das Schreibtaktsignal als auch das Lesetaktsignal hervorbringende phasenfeste Oszillator
gemäß der Erfindung wird normalerweise von der Bezugsspannung gesteuert, die in Abhängigkeit von der
Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers erzeugt wird. Zum Auslesen der Daten wird er zuerst bezüglich
der Frequenz eingestellt, dann kurzzeitig angehalten und danach in der Phase eingeschaltet, mit der die Daten
gerade ausgelesen werden.
Ein Ausfi'hrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden ausführlich
erläutert. Es zeigt
F i g. I ein Blockschaltbild einer Ausführungsfonn der
Erfindung,
F i g. 2 die phasenfeste Schleife aus der Schaltung der Fig. 1,
Fig. 3 das ausführliche Schaltbild des spannungsgesteuerten Oszillators aus der Schaltung der F i g. 2 und
Fig.4 den Verlauf verschiedener Signale, die am
Oszillator der F i g. 3 auf'reten.
Gemäß der Erfindung wird nur ein Taktsignal-Generator benötigt, der unter Anwendung eines entsprechend
der Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers erzeugten Bezugssignals in Synchronismus zur Bewegung
des Aufzeichnungsträgers gehalten wird. Beim Lesen oder Schreiben der Daten bleibt der Taktsignal-Generator
mit Hilfe des Bezugssignals stets auf die richtige Frequenz eingestellt. Wenn die Daten ausgelesen
werden sollen, wird der bereits durch ein Steuersignal auf die richtige Frequenz eingestellte
Taklsignal-Generator für einen kurzen Augenblick
angehalten und in Synchronismus mit den gerade ausgelesenen Daten erneut in Betrieb genommen, damit
das Taktsignal und die Daten bezüglich der Phasenbeziehung synchronisiert werden.
Ir. der F i g. I werden Magnetscheiben IO und 11, eine
Schaltung 19 zum Verschlüsseln, eine elektronische Servoschaltung 24, Schreib- und Leseschaltungen 27
und 29 und nur ein Taktsignal-Generator 36 verwendet, der das Taktsignal sowohl zum Lesen als auch zum
Schreiben der Daten an der Magnetscheibe 1C> hervorruft. Um seine Frequenz zu synchronisieren, führt
ί die Servoschaltung 24 ein Bezugssignal über einen
Leiter 37 heran. Der Taktsignal-Generator 36 liefert ein Schreibtaktsignal über Leiter 38 und 39 an die Schaltung
19 zum Verschlüsseln, damit die Zeiten zum Einschreiben der auf enem Leiter 18 empfangenen Daten
in festgelegt werden.
Zur Erzeugung der Lesetaktsignale werden die gerade ausgelesenen Daten durch die elektronische
Leseschaltuicg 29 und den Leiter 30 zum Taktsignal-Generator 36 herangeführt, der sie synchron zur
Γ) Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers, also zur
Drehzahl der Magnetscheibe 10 abgibt, da er auf das von der Servoschaltung 24 erzeugte Bezugssignal
anspricht. Somit wird der Taktsignal-Generator jederzeit zur Abgabe eines Signals eingestellt, dessen
M Frequenz auf die Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers
bezogen ist
Vor dem Auslesen der Daten aus der ,Magnetscheibe
10 wird das von der Leseschaltung 29 gelieferte Signal über den Leiter 30 zum Taktsignal-Generatcr 36
r> übertragen, der für einen Augenblick stillgesetzt und
danach oeim Empfang eines Zeitgabeimpulses aus dem Vorlaufsignal, das den Daten vorausläuft, wieder
eingeschaltet wird, um sicherzustellen, daß die erzeugten Taktpulse mit den auszulesenden Daten in
i» Synchronismus stehen. Während die Pnasc- der Taktsignale
auf diese Weise korrigiert wird, bedarf die Frequenz keiner Korrektur, da der Taktsignal-Generator
36 ständig in Abhängigkeit vom Bezugssignal nachgestellt wird, das die Geschwindigkeit des Auf-
)'> Zeichnungsträgers angibt. Somit muß die Frequenz des
Taktsignals nur dann nachgestellt werden, wenn sich die Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers zwischendurch
ändern sollte. Wie man annimmt, bleibt jedoch in den wenigen Nanosekunden, in denen der Taktsignal-
·»>> Generator stillgesetzt ist, damit er synchron mit den
Datensignalen erneut in Betrieb genommen wird, die Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers praktisch
ungeändert.
In der Schaltung der F i g. 2 empfängt der T.-ktsignal-
ii Generator über den Leiter 37 das Bezu^signal ?us der
Servoschaltung 24, über den Leiter 30 die Datensignale und über einen Leiter 40 ein Schallsteuersignal. Dieser
im Blockschaltbild der F i g. 2 dargestellte Taktsignal-Generator arbeitet in Abhängigkeit vom Bezugssignal,
in damit sich die Frequenz seiner abgegebenen Taktsignale
ändert, wenn die Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers Schwankungen unterliegt. Außerdem
ermöglicht der Taktsignal-Generator das Anhalten und
nr.chfulgende Wiedereinsetzen seines Ausgangssignals.
V' damit das letztere während des Lesevorganges mit den
Datensignalen in Phase kommt.
In dem Blockschaltbild der Fig. 2 erzeugt ein spannungsgesteuerter Oszillator 4il ein Taktsignal.
Gerade außerhalb des Lesevorganges der Daten wird
w das von der Servoschaltung über den Leiter 37 empfangene Bezugssignal durch einen Leiter 4.2 zu einer
logischen Steuerung 44 übertragen, von üer die verschiedenen Eingangssignale so geschaltet werden,
daß der Taktsignal-Generator während der Aufzeich-
'■'> nung und des Auslesens der Datrn und in den Perioden
der Untätigkeit richtig arbeitet. In den Perioden der
Untätigkeit oder beim Schreibvorgang wird das Bezugssignal aus der Servoschaltung durch eine
Verknüpfungsschaltung 45. einen (anharmonisch arbeilenden)
Phasendetektor 46 und einen Verstärker 47 mit Kompensator dem spannungsgesteuerlen Oszillator 41
zugeleitet, um ihn auf eine Frequenz entsprechend der Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers einzustellen.
Während des Schreibvorganges wird im Leiter 39 das Schreibtaktsignal hervorgerufen. Die logische
Steuerschaltung 44 reguliert einen programmierbaren Teiler 43, um die Frequenz des dem Phasendetektor 46
zugeleiteten Signals aufzuteilen. In Abhängigkeit davon,
ob das zum Synchronisieren der Frequenz des Systems benutzte Signal das Bezugssignal aus der Servosdiallung
oder das Datensignal ist. müssen nämlich unterschiedliche Teilungen erfolgen, um jene Signale
mit dem Taktsignal in Zusammenhang zu bringen.
Während des Lesevorganges arbeitel der Phasendclektor
46 harmonisch, der im einzelnen in der deutschen Offenlegungsschrift 26 59 468 rrliiutrrl ist Natürlich
wird der spannungsgestcucrte Oszillator 41 steis auf der
gewünschten Frequenz entsprechend der Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers gehalten und braucht nur
bei geringfügigen Phasen- oder Frequenzschwankungen nachgestellt zu werden, die dann auftreten, wenn er
beim Empfang eines Schaltsignals über einen Leiter 48 kurzzeitig unterbrochen wird. Dieses Schallsignal ergibt
sich aus dem Schaltsteuersignal, das /weeks Anzeige erzeugt wird, daß die Daten ausgelesen werden sollen.
Von diesem Schaltsteuersignal wird über die logische Steuerung 44 der PhasendiMektor 46 in seinen
harmonischen Betrieb gebracht und kurz/eilig der spannungsgesteuerte Oszillator 41 unterbrochen. Danach
läuft der letztere in der richtigen Phasenbeziehung zu den empfangenen Daten wieder an
In der F i g. 3 ist ein ausführliches Schaltbild des
spannungsgesteuerten Oszillators wiedergegeben, während die F i g. 4 den Verlauf verschiedener Signale fur
ihn zeigt. Im allgemeinen stellt dieser Oszillator eine Schaltung mit Emitterkopplung dar und weist ein
UND-Glied 50 auf. dessen AuMMngssignal zwei
Spannungskomparatoren 51 und 52 als Leitungsempfängern zugeführt wird. Zu den an den spannungsgesteuerten
Oszillator 41 gestellten Gesamtanforderungen gehört außer der Erzeugung eines Taktsignals auch
die Funktion, daß er unmittelbar anhalten kann, um in
Phase mit einem Steuersignal erneut anzulaufen. Allgemein betrachtet, arbeitet dieser Oszillator in der
Weise, daß ein Dreieckspannungssignal an Kondensatoren zur Wahrnehmung ihrer Nulldurchgänge unter
Mithilfe von Differenzverstärkern erzeugt wird. Jeder Differenzverstärker liefert eine Phasenverschiebung
von 90c. so daß die Umkehrung des Rückkopplungssignals für die restliche Phasenverschiebung von 180"
sorgt.
Vom Verstärker 47 aus wird über den Leiter 54 die Steuerspannung herangeführt. Die Eingänge der Spannungskomparatoren
51 und 52 bilden offene Emitter-Emitter-Folgeschaltungen, bei denen das ins Positive
übergehende Signal des einen Emitters mit Hilfe von Kondensatoren 55 ober 60 den anderen Emitter
abzuschalten sucht und den angeschlossenen Kondensatoren die Möglichkeit gibt, über den Strom abzufallen,
der in Abhängigkeit von der Steuerspannung am Leiter 54 durch den entsprechend bemessenen Widerstand
abgeführt wird.
Die Verknüpfungsschaltung 50 vergleicht als UND-Glied unmittelbar das Rückkopplungssignal mit dem aus
der logischen Steuerung 44 über den Leiter 48 herankommenden Schaltsignal. Wenn der spannungsge-
sleuerie Oszillator mil dem Empfang des Schaltsignals
auf dem tiefen Niveau abgeschaltet wird, bleiben die Endbedingungen exakt dieselben wie die zu Beginn
eines Zyklus, (-'olglich kann der spannungsgestcucrte
Oszillator 41 ohne zeilliche Verzögerung erneut seinen Betrieb wieder aufnehmen.
Zur Erklärung der Arbeitsweise des Oszillators sei vorausgesetzt, daß das Schallsignal für die Erzeugung
eines Taktsignals auf einem tiefen Niveau gehalten wird. Das Rückkopplungssignal des Oszillators wird aus
einem Leiter 65 an der anderen Eingangsklemme 50/i der Verknüpfungsschaltung 50 aufgenommen. Hei
einem tiefen Potential an beiden Eingängen hai eine Ausgangsklcmme A\ ein hohes Potential und eine
Ausgangsklemme Ai ein tiefes Potential. Wenn das
.Schaltsignal, wie aus dem .Signalverlauf der F i g. r>
hervorgeht, an einem Punkt P abfällt, nimmt die
Aii««.in»klrmiiip A, rl;is hnhr Niveau rinrr Inpki lii'n
Eins ein. und die Spannung an der Ausgangsklemme .Λ)
vergrößert sich um einen Betrag, der der Differenz
zwischen dem Niveau der logischen Null und Eins entspricht, da sich die Spannung am Kondensator 55
nicht augenblicklich ändern kann und danach wegen des Stromfhisses durch den Widerstand 57 abfällt.
Wenn in einem Zei'.punkt Q die Spannung an der Ausgangsklemme 4>
mit der an der Ausgangsklemme Af übc-einstimmt, nimmt eine Klemme B\ das Niveau
der logischen F.ins ein. und eine Klemme B; vergrößert ihre Spannung um einen Betrag zwischen den Niveaus
der logischen Null und Fms. Der Spannungskomparalor 51 arbeitet eigentlich als Lcitunj^empfa'ngcr. Falls ζ. Β
die Spannung an einer F.ingangsklemme 5Ι.Λ positiver
als die an einer Eingangsklcmme 51B ist. ist die
Ausgangsklemme 51D auf einem hohen Niveau,
während die Spannung an einer Ausgangsklemme 51C
abfallen kann. Wenn umgekehrt die Spannung an der Eingangsklemme 51/? positiver als die an der F.ingangsklemme
51.4 ist. k.inn die Spannung an der Ausgangsklemme 51 D abfallen, wahrend die Spannung an der
Ausgangsklcmme 5IC hoch sein muß. Wegen des offenen Emitter- und Zwischenemitter-Kondensators
werden durch die Ausgangsklemmen der Spannungskomparatoren nur die hohen .Spannungsniveaus übertragen.
Wenn im Zeitpunk'. Q die Spannung an der
Ausgangsklemme A; mit der an der Ausgangsklemme
A) übereinstimmt, nimmt die Klemme Si das Niveau der
logischen Eins an. und die Klemme Bi erhält eine um
einen vorgegebenen Betrag vergrößerte Spannung, und ihre Spannung beginnt zu sinken, wie an jenem Pu7-1U im
Signalverlauf für die Klemme Bi dargestellt ist. In der
Zwischenzeit fällt die Spannung an der Ausgangsklemme A2 weiterhin ab. bis sie das Niveau 0 erreicht: in
diesem Zeitpunkt schwingt die Spannung an der Klemme B: an dem Niveau der Spannung an der
Klemme S1 vorbei, wodurch die Spannungen an den
Ausgangsklemmen G und G ihre Polung und damit ihre logische Bedeutung umkehren. Das Rückkopplungssignal,
das nun durch den Leiter 65 hindurchgeht, bewirkt, daß die Ausgangsklemme Ai auf das Niveau der
logischen Eins ansteigt und die Ausgangsklemme A\ eine verstärkte Spannung Verhält, weil die Ausgangsklemme
Ai um einen halben Zyklus früher auf die erhöhte Spannung anstieg.
Somit setzt der spannungsgesteuerte Oszillator seine
Funktion in der erläuterten Weise fort, bis das negative
Verknüpfungsglied in einen inaktiven Zustand zurückkehrt. Danach werden die Kondensatoren innerhalb
einer Zeitspanne von 'm Zyklus aiii iliren sietigen
Zustand aufgeladen, und der Oszillator ist bereu, dall er
wieder in l'hase in Beirieb gesetzt wird. Lr liefert also
ein Ausgangssignal, dessen l;rc(|iieti/ von der (Wölk· der
Steiierspannung im Leiter 54 abhängig ist. die die
Spannung an den Widerstanden 56 bis 59 reguliert.
Gemäß der soweit gegebenen Beschreibung arbeilet
die .Schaltung der F-' i g. I dahingehend, dal! vom
Taktsignal-Generator 36 für das Lesen und Sehreiben der Daten die Taktsignale C) und G geliefert werden.
Dieselben Taktsignale werden in Synchronismus mit der
Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers mn Hilfe des Ikviigssignals aus der Servoschaltung gehalten, tlas
diese Geschwindigkeit angibt. Wenn die Daten ausgelesen
werden sollen, ist der spanniingsgesleuerte Oszillator
bereits auf die richtige Lre<|uenz eingestellt, da er von einem konstanten Ikviigssignal richtig bei der
Geschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers festgehalten
wird und nur beim Lmpfang eines Schalisignals ι abgeschaltet /u werden braucht, wonach er in die
richtige Phasenbeziehung zum Datensignal zurückgebracht wird. Wenn der Oszillator erneut erregt wird, ist
die l;requen/. des Taktsignals dieselbe wie vor tier
Abschaltung, da die Größe der Sleuerspannung in der
in Leitung 54 während der Abschaltperiode konstant bleibt l'oh'lich braucht zum I .esen und Aufzeichnen der
Daten nur ein Oszillator angewendet zu werden, der nahezu augenblicklich zur wirksamen Abscheidung des
laktsignals und zur Datenbearbeitung in die richtige
ι . l'hase gebracht wird.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen