DE2756740C2

DE2756740C2 - Ausgleichschaltung für einen Detektor von Datensignalen

Info

Publication number: DE2756740C2
Application number: DE2756740A
Authority: DE
Inventors: Arthur Philip Sunnyvale Calif. Geffon; George Victor Los Altos Calif. Jacoby; Robert Lexington Minn. Price
Original assignee: Sperry Corp
Current assignee: Unisys Corp
Priority date: 1976-12-30
Filing date: 1977-12-20
Publication date: 1983-11-03
Also published as: GB1590746A; SE416853B; FR2376582A1; CH628455A5; SE7714921L; JPS6228503B2; CA1097750A; FR2376582B1; JPS53107807A; ES465416A1; IT1143798B; US4081756A; DE2756740A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Ausgleichschaltung für einen Detektor von Datensignalen, die von einem magnetischen Aufzeichnungsträger ausgelesen und über einen Vorverstärker, eine verstärkende Steuerschaltung und zwei parallele Zweige zur Wahrnehmung der Signalspritzen bzw. -amplituden einem UND-Glied zuführbar sind, mit zwei von einem Eingangswiderstand ausgehenden, an den beiden Eingangsklemmen eines Differenzverstärkers angeschlossenen Zweigen, die eine Verzögerungsleitung oder einen Amplitudenteiler enthalten.

Aus der Zeitschrift: »IEEE Transactions on Magnetics«, Band MAG-12, Nr. 6, (November 1976), Seiten 746-748, ist eine einfache Cosinus-Ausgleichschaltung für magnetische Aufzeichnungen von digitalen Datensignalen bekannt, von der die Breite des eingehenden Impulses bei der halben Amplitude optimal auf etwa 0,6 vermindert und damit eine effektive Steigerung der Aufzeichnungsdichte um etwa 60% oder mehr erreicht wird. Bei dieser Ausgleichschaltung wird das Eingangssignal über einen festen Widerstand Z₀ einer Verzögerungsleitung und über diese der einen Eingangsklemme eines Differenzverstärkers zugeleitet und gleichzeitig parallel zur Verzögerungsleitung über einen Amplitudenteiler an dl; andere Eingangsklemme des Differenzverstärkers herangebracht. Da der Ausgang der Verzögerungsleitung ein offenes Ende darstellt, wird das Signal am Ausgang total reflektiert und die Signalamplitude verdoppelt.

Diese einendige (nicht abgeglichene) Ausgleichschaltung weist die Rauschsignale nur unzureichend zurück.

Wie an sich bekannt ist, erfolgt die magnetische Aufzeichnung digitaler Daten durch Binärwerte in der Weise, daß Änderungen der Polung oder Übergänge in einem magnetischen Aufzeichnungsträger hervorgerufen werden. In einem derartigen Datenspeicher sucht man die Packungsdichte, also die Anzahl der je Längeneinheit des Aufzeichnungsträgers eingeschriebenen Bits mit Hilfe von Codierverfahren zu steigern; bei diesen wird die Anzahl der Übergänge je Bit oder je Bitgrappe vermindert, während zugleich sichergestellt wird, daß der maximale Zwischenraum zwischen den Übergängen ausreichend, also derart kurz bleibt, daß beim Auslesen die Fähigkeit einer Wiedergewinnung der Taktpulse zum Auffinden der Daten erhalten bleibt.

Falls die Übergänge infolge einer unangemessen hohen Packungsdichte zu eng benachbart sind, tritt nichtsdestoweniger wegen der Eigentümlichkeit des magnetischen Schreib-/Lesevorgangs eine sog. Impulsanhäufung auf, die sich z. B. im Verlaufe des Lesens durch eine Störung unter den Leseimpulsen äußert, die an den benachbarten Übergängen hervorgerufen werden. Hierbei überlappen sich nämlich die Leseimpulse zeitlich bis zu einem gewissen Grad; erschwerend wirken dabei die Asymmetrie und die Phasenverzerrung der Leseimpulse, die sich aus Differenzen der Phasenverschiebung der sie aufbauenden Frequenzkomponenten ergibt, wodurch die einzelnen Impulse verbreitert werden. Wie aus der magnetischen Speichertechnik von Daten bekannt ist. weisen die von einem Lesekopf gelieferten Impulse jedoch in typischer Weise eine Verzerrung auf, die man zu kompensieren sucht. Gemäß der US-PS 34 05 403 vom 8. Dezember 1968 von Jacoby u. a. kann eine geeignete Phasenkompensation durch die Anwendung einer Phasenausgleichschaltung erreicht werden. Selbst in Abwesenheit einer solchen Verzerrung und Asymmetrie oder von ihrer Kompensation treten in jedem Fall bei einer Überlappung der Leseimpulse, die auf eine Impulsanhäufung zurückzuführen ist. Störungen zwischen den benachbarten Impulsen auf. die eine sich ändernde Amplitude und Verschiebung der Spitzen des Lesesignals, nämlich eine sog. Bitverschiebung bewirken, die Fehler entweder als Folge einer falschen Wahrnehmung eines ein Bit anzeigenden Übergangs oder durch eine falsche Auslegung des Rauschsignals innerhalb des Lesesignals nach sich ziehen, das ein Datenbit liefert.

Die Art und Weise, in der die Amplitudenschwankung der wirklichen Impulse die Fähigkeit zur Wahrnehmung der Signale beeinflussen kann, sei noch spä-

ter erörtert; an dieser Stelle sei nur die Verschiebung der Spitzen als unerwünscht betrachtet, insofern diese Spitzen Daten als in den Aufzeichnungsträger eingeschriebene Übergänge wiedergeben. Für eine genaue Wahrnehmung der Signale muß folglich ihr relatives zeitliches Auftreten bewahrt werden, um die Daten wiedergewinnen zu können. Daher ist es in der Praxis üblich, bei der magnetischen Datenspeicherung eine Art Kompensation oder Ausgleich vorzunehmen, bei dem die Breite der einzelnen Leseimpulse eingeengt wird, damit sie sich nicht merklich überlappen und somit keine unzulässige Verschiebung der Spitzen oder Amplitudenschwankungen des Lesesignals verursachen. Dieser Ausgleich kann, wie bereits in Verbindung mit der US-PS 35 03 059 vom 24. März 1970 erwähnt ist, beim Einschreiben der Daten in den Aufzeichnungsträger durch eine Wirkung auf das Schreibsignal, nämlich durch eine sog. Schreibkompensation vorgenommen werden. Andererseits können die Leseimpulse im Verlaufe des Lesevorganges dadurch eingeengt werden, daß auf sie unmittelbar im sog. Leseausgleich eingewirkt wird, wie in der US-PS 35 16 066 vom 2. Juni 1970 von G. V. Jacohy erläutert ist.

Wie bereits erwähnt, erfolgt die Wiedergewinnung der Daten im Gefolge des Auslesens aus einem Aufzeichnungsträger in typischer Weise durch die Abtastung der Spitzen des Lesesignals, und aus diesem Grunde werden die Leseimpulse eingeengt, nämlich um gegenseitigen Störungen vorzubeugen, die sonst die Spitzen in unzulässiger Weise verschieben könnten. Jedoch müssen noch zusätzliche, mit der Impulseinengung einhergehende Faktoren, die die Wiedergewinnung der Daten beeinflussen, auch in Betracht gezogen werden. Je mehr ein Impuls beispielsweise eingeengt wird, desto größer wird seine Bandbreite, so daß eine entsprechende Zunahme der Bandbreite der Leseschaltung mit einer sie begleitenden Steigerung des Rauschens erforderlich ist. Dies ist jedoch wiederum nicht erwünscht, da das Rauschen an oder nahe bei der Spitze des Leseimpulses eine Verschiebung dieser Spitze bewirken kann, was sog. rauschinduzierte Spitzen Verschiebung bezeichnet wird. Deshalb ist ein an ziemlich breiten Leseimpulsen vorzunehmender Ausgleich von Bedeutung, damit eine Impulseinengung zustandekommt, die zur Ausschaltung oder zumindest für eine beträchtliche Verminderung der gegenseitigen Störungen zwischen den Impulsen ausreichend ist; hierbei werden die Amplitudenschwankungen und Bitverschiebungen zufriedenstellend vermieden, aber die Einengung der Impulse darf nicht so weit gehen, daß die erforderliche Bandbreite des Systeme wesentlich vergrößert wird, weil hiermit das Rauschen im System in unangemessener Weise zunehmen würde. Zur Erreichung dieses Ergebnisses sollten die einzelnen Leseimpulse derart eingeengt werden, daß sie ein gebundenes Amplitudenspektrum, nämlich ein Spektrum eines begrenzten Frequenzbereichs aufweisen. Da ja die Bitverschiebung sowohl durch gegenseitige Störungen unter den Impulsen als auch durch Rauschsignale verursacht werden kann, sollte im Hinblick auf die Impuiseinengung eine Wegnahme erfolgen, wodurch die Störungen unter den Impulsen vorteilhaft vermindert werden, aber sich unglücklicherweise zugleich dai Rauschen verstärkt. Obgleich dieses Rauschen in einem gewissen Maß aufgehoben werden kann, falls infolge des Auspleichens die eingeengte λ Impulse ein Amplitudenspektrum mit einer reduzierten Amplitudenerhöhung aufweisen, kann das verstärkte Rauschen dennoch andere schädigende Wirkungen ausüben, die noch in Verbindung mit der Detektorschaltung erläutert werden.

Als Ausganspunkt der Erfindung sei der Signaldetektor mit zwei Kanälen nach der US-PS 36 31 263 vom 28. Dezember 1971 von I. H. Graham u. a. betrachtet, in dem zum Empfang des Lesesignals paral-IeI verlaufende Kanäle zur Wahrnehmung der Spitzen und zur Erzeugung von Umschaltungen vorgesehen sind. Vom ersten Kanal werden die Spitzen des Lesesignals in üblicher Weise abgetastet, um entsprechende Datenimpulse hervorzurufen; aber die gleichzeitig mit den Leseimpulsen auftretenden Rauschsignale bewirken eine Verschiebung der Leseimpulse aus ihren passenden zeitlichen Lagen heraus, wodurch Fehler entstehen, die als Folge der rauschinduzierten Bitverschiebung in Erscheinung treten. Der andere Kanal spricht ebenfalls auf Spitzen des Rauschsignals an, die im basisteil des Lesesignals zwischen den einzelnen Leseimpulsen auftreten, um.* bringt unechte, mit den Daten zu verwechselnde Impulse hervor, die gemeinsam mit den Datenimpulsen diese Rauscnsignale wiedergeben. Diese rufen jedoch in einer Zweikanalschahung keine Fehler hervor, da der Kanal zur Erzeugung der Umschaltung auf das Lesesignal anspricht und aufeinanderfolgende Umschaltimpulse hervorbringt, die nur den einzelnen Leseimpulsen entsprechen. Diese am Ausgang der Zweikanalschaltung erscheinenden Impulse werden dann einem UND-Glied zugeleitet, damit dieses unter Ausschaltung der Rauschimpulse nur die Datenimpulse hindurchtreten läßt. Wie beachtet sei, könnte das in den Basisbereichen des Signals vorhandene Rauschsignal unechte Umschaltimpulse hervorrufen, die die mit den Datensignalen zu verwechselnden Rauschsignale am Ausgang des betreffenden Kanals durch das UND-Glied hindurchgehen lassen, die dann eine falsche Auslegung als Daten ergeben. Aus diesen Gründen ist es von Bedeutung, daß die Bandbreite der Leseschaltung eingeschränkt wird, um sowohl der rauschinduzierten Spitzenverschiebung als auch der Erzeugung unechter, mit den Daten zu verwechselnder Impulse im Kanal zur Wahrnehmung der Spitzen vorzubeugen oder diese zumindest zu vermindern, und um unecht« Umschaltsignale im Kanal zur Erzeugung der Umschaltung zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ausgleichschaltung für einen Signaldetektor mit zwei Kanälen anzugeben, von der das dem magnetischen Aufzeichnungsträger entnommene und einer Vorverstärkung und Phasenkompensation unterworfene Le sesign.il derart umgewandelt wird, daß der Signaldetekior die Datensignale möglichst günstig von Störsi ■ gnalen und »unechten« Datensignalen befreit.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das von den beiden Klemmen des Vorverstärkers oder der verstärkenden Steuerschaltung über den jeweiligen Eing-.ngswiderstand abgegebene, zweifache Signal zwei parallelen, sowohl die Verzögerungsleitung als auch den Widerstand des Amplitudenteilers enthaltenden Schleifen zuführbar ist, die über den Abgriff des jeweiligen Amplitudenteilers an den beiden Eingangsklemmen des Differenzverstärkers angeschlossen si.'.d.

Beim Empfang eines phasenkompensierten Lesesignals, dessen Spitzen die Daten darstellen, und das als

Eingangssignal mit einer veränderlichen Amplitude betrachtet sei, überführt die Ausgleichschaltung, gemäß der Erfindung dieses Signal in ein Ausgangssignal mit einer konstanten Spitzenamplitude, in dem einer zugeordneten Spitze des Eingangssignals je ein Impuls entspricht, der eines der Daten wiedergibt; darin ist jeder Impuls passend zeitlich begrenzt und auf dem Niveau Null nahezu eben an beiden Seiten, wobei das Amplitudenspektrum und das zugehörige lineare Phasenspektrum innerhalb eines vorgeschriebenen Frequenzbandes festgelegt sind. Der Ausgang der Ausgleichschaltung ist bei der einen Ausrührungsform der Erfindung mit dem Eingang der beiden Kanäle, nämlich dem zur Wahrnehmung der Spitzen und dem zur Erzeugung des Schaltvorgangs in der Detektorschaltung verbunden. Bei den anderen Ausführungsformen braucht nur der eine Kanal angeschlossen zu sein; man zieht in jedem Fall den zur Erzeugung der Umschaltung vorgesehenen Kanal vor. Im Falle, daß die Ausgieichschaitung beispicisweisc nur am letzteren liegt, kann eine unterschiedliche Ausgleichfunktion in den Kanal zur Wahrnehmung der Spitzen eingebracht werden. Unabhängig davon, in welchem der beiden Kanäle des Detektors die Ausgleichschaltung vorgesehen ist, liefert die bevorzugte Form eine Gestalt des Amplitudenspektrums in einer geradzahligen Potenz, vorzugsweise etwa in der vierten Cosinuspotenz; die Ausgleichschaltung reagiert demnach auf einen zeitlich isolierten Domänen-Eingangsimpuls, der ein Amplitudenspektrum etwa von der vierten Cosinuspotenz in der Frequenzdomäne aufweist. Diese Gestalt ist besonders gut für den 3PM-Code geeignet, wie aus der US-PS 43 23 931 hervorgeht. Natürlich kann statt dessen auch ein Code in der Richtungsschrift oder allgemein ein Code mit einer begrenzten Lauflänge hier angewendet werden.

Mit Hilfe der Gestalt des Amplitudenspektrums in der vierten Cosinuspotenz werden die veränderlichen Spitzenamplituden im Eingangssignal von der Ausgleichsschaltung in vorteilhafter Weise kompensiert, um es in ein Ausgangssignal mit einer konstanten Spitzenamplitude zu überführen, in dem eingeengte Impulse mit einem vorgeschriebenen Amplitudenspektrum eines begrenzten Frequenzbereiches enthalten sind. Auf Grund dieser Merkmale werden nahezu die Bitverschiebung infolge von gegenseitigen Impulsstörungen und die sog. rauschinduzierte Bitverschiebung ausgeschaltet, wodurch eine genaue Zeitlage der aus dem Kanal für die Wahrnehmung der Spitzen abgeleiteten Datenimpulse erhalten wird. Die bevorzugte Gestalt des Amplitudenspektrums wirkt auch dahingehend, daß das Eingangssignal mit der veränderlichen Spitzenamplitude derart transformiert wird, daß auf ihren beiden Seiten die Impulse, die das Ausgangssignal der Ausgangsschaltung bilden, auf dem Niveau Null im wesentlichen eben sind. Auf Grund dieses Merkmals der Ebenheit zwischen den Impulsen wird die Erzeugung von Impulsen, die keine Datenimpulse sind, und von unechten Umschaltimpulsen in den beiden Kanälen behindert. Das Signal mit einer konstanten Spitzenamplitude, das von der Ausgleichschaltung abgeben wird, setzt den Kanal zur Erzeugxing von Schaltvorgängen (der auch ein Kanal zur Wahrnehmung der Amplituden ist), instand, mit einer einfachen Technik der Anzeige eines Amplituden-Scimcllenwerts zu arbeiten, bei der zur Wiedergabe de:r abwechselnd positiven und negativen, die Daten darstellenden Impulse als Ausgangssignal der Ausgleichschaltung eine Auslösung zwischen den positiven und negativen Bezugsniveaus des Amplituden-Schwellenwerts erfolgt.

Die Ausgleichschaltung der Erfindung wirkt also auf das mit einer veränderlichen Spitzenamplitude eingehende Datensignal derart ein, daß unabhängig von der Verteilung der eingehenden Daten ein Ausgangssignal mit einer im wesentlichen konstanten Spitzenamplitude zustande kommt: dieses Signal ist ίο für gesonderte Kanäle zur Wahrnehmung der Spitzen bzw. Amplituden bestimmt, damit das relative zeitliche Auftreten der die Daten darstellenden Spitzen des Eingangssignals genauer in dem Kanal für deren Wahrnehmung festgelegt werden kann, während der Amplitudenkanal auf der Basis der einfachen Wahrnehmung eines Amplituden-Schwellenwerts das im Eingangssignal vorhandene Rauschen bei der Übertragung zum Kanalausgang ausschaltet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der 2" Zeichnung dargesielii und wird im folgenden nüiici erläutert. Es zeigt

Fig. 1 und 2 je ein Blockschaltbild eines Signaldetektors, in dem die Ausgleichschaltung gemäß der Erfindung angewendet wird,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf von Spannungen, die an Punkten A und B in der Schaltung der F i g. 2 auftreten.

Fig. 4 das Amplitudenspektrum der durch die Ausglt.ciischaltung gemäß der Erfindung eingeengten Impulse als Funktion der vierten Potenz des Cosinus im Vergleich mit dem Cosinusquadrat aus bekannten Ausgleichschaltungen, sowie cias Amplitudenspektrum der differenzierten Impulse, das am Punkt A bzw. B der F i g. 2 erscheint,

Fig. 5 und 6 den Amplitudenveriauf eines Domänen-Impulses über der Zeit nach dem Verlassen der Ausgleichschaltung gemäß der Erfindung und die zugehörige Ableitung nach der Zeit,

Fig. 7 den Amplitudenverlauf der Fig. 5 im Ver- *> gleich mit dem des in die Ausgleichschaltung eintretenden Domänen-Impulses.

Fig. 8 die Amplitudenspektren der Domänen-Impulse nach der Fig. 7, sowie der mit ihnen in Beziehung stehenden Ausgleichfunktion, die theoretisch er-•*5 wünscht ist,

Fig. 9 mit Filtern erzielbare Amplituden-Übertragungsfunktionen, sowie die tatsächliche Ausgleichfunktion, die durch eine Kombination solcher Filter im Vergleich mit der theoretischen Ausgleichfunktion (Fig. 8) erreicht wird.

Fig. 10 ein Blockschaltbild der abgeglichenen Ausgleichschaltung gemäß der Erfindung, von der die tatsächliche Ausgleichfunktion der F i g. 9 erstellt wird,

F i g. 11 einen aus der Ausgleichschaltung der Fig. 10 herausgezeichneten Abschnitt und

Fig. 12 ein ausführliches Schaltbild des bevorzugt angewendeten Generators 4Ä für die Umschaltsignale.

Die Rauschsignale, die im Aufzeichnungsträger oder an anderer Stelle in der Leseschaltung entstehen, können Fehler in die auf die Lauflänge beschränkten Datencodierverfahren hineinbringen; statistisch gesehen, werden diese Rauschsignale als Fehler in solche Codes, wie der 3PM-Code, eingeführt, bej denen der größte Zwischenraum zwischen den Übergängen ziemlich lang, aber dennoch zur Aufrechterhaltung der Eigentaktgebung ausreichend kurz ist. Als Folge

dieser Einflüsse sieht es so aus, als ob ein Kanal, in dem infolge der Wahrnehmung eines Amplitudenschwellenwerts ein Umschaltimpuls erzeugt wird, keine zuverlässige Anzeige liefern könnte. Wie sich jedoch herausgestellt hat, werden die Umschaltimpulse doch einwandfrei erzeugt, wenn das Lesesignal in passender Weise umgewandelt wird, wobei ein nachteiliger Einfluß der vom Aufzeichnungsträger hervorgerufenen F^uschsignale und einer in der Schaltung herbeigeführlen Verzerrung auf das transformierte Signal ausgeschaltet wird. Im Laufe einer solchen Transformation werden die Leseimpulse eingeengt. i.':m die gegenseitigen Störungen zwischen ihnen zu vermindern.

Wie aus den F i g. 1 und 2 zu ersehen ist, gibt ein Lesekopf 34 die Lesesignale über einen Vorverstärker 36, einen (nicht gezeigten) Phasenkompensator und eine verstärkende Steuerschaltung 40 an zwei gesonderte Kanäle, nämlich einen zur Wahrnehmung der Signalspitzeri und einen zur Wahrnehmung d^pr Signalamplituden ab, die am anderen Ende an einem UND-Glied 50 zusammengeschlossen sind. Der erste Kanal weist einen Differentiator 42, einen Spitzendelektor 44 und ein Verzögerungsglied 46 auf, um in zeitlicher Koinzidenz mit den Spitzen der Lesesignale Dalenimpulse hervorzubringen, !m zweiten Kanal erzeugt ein Generator 48 Umschaltimpulse, um »unechte« Datenimpulse auszuschalten, die auf Rauschsignale in den Basisteilen zwischen den Lesesignalen zurückzuführen sind. Diese Umschaltimpulse werden gemeinsam mit den Datenimpulsen aus dem ersten Kanal iem UND-Glied 50 zugeleitet, das die »echten« Datenimpulse, die die auf dem Aufzeichnungsträger eingeschriebenen Übergänge wiedergeben, zur weiteren Auswertung hindurchtreten läßt.

Daß der Generator 48 als Detektor von Amplitudenschwellenwerten zu arbeiten imstande ist, beruht auf der Anwendung einer Ausgleichschaltung 38 gemäß der Erfindung, die aus ihrem Eingangssignal ein Signal mit konstanten Spitzenamplituden entwickelt, das unabhängig von den Impulsabständen innerhalb des Lesesignals gleiche positive und negative Spitzen 52 (Fig. 3) von konstanter Amplitude enthält. Infolgedessen kann der Schwellenwert zur Amplitudenwahrnehmung auf 45% der Spitzenamplitude eingestellt werden, um noch die Auslösung des Generators 48 zu gewährleisten und Ausfälle durch Störungen, die die Spitzenamplitude auf etwa 50% vermindern könnten, zu vermeiden. Darüber hinaus schützt der den Generator 48 auslösende Schwellenwert von 45% der normalen Spitzenamplitude ausreichend gegen innere Fehler, die durch Rauschsignale oder Verzerrungen innerhalb der Basisteile 54 (F i g. 3) der von der Ausgleichschaltung 38 abgegebenen Signale herbeigeführt werden. Die konstanten Spitzenamplituden 52 und die Ebenheit der Basisteile 54 sind für die richtige Erzeugung der Umschaltsignale von wesentlicher Bedeutung.

Die von der Ausgleichschaltung 38 gelieferten eingeengten Impulse weisen ein Amplitudenspektrum in der vierten Potenz des Cosinus auf, das an ein begrenztes Tiefpaß-Frequenzband mit einer Sperrfrequenz f_c = 1/Γ gebunden ist, wie die Kurve cos⁴ (jr/T/2) in der Fig. 4 zeigt. Ein eingeengter, isolierter Domänenimpuls, der sich auf dieses Amplitudenspektrum bezieht, ist über der Zeit in der Fig. 5 aufgetragen und berührt die Grundlinie in den Zeiten ± 3Γ/2, von denen aus er im wesentlichen auf Null verbleibt.

Die Ableitung dieses Impulses ist in der Fig. 6 wiedergegeben, und das Amplitudenspektrum des differenzierten Signalverlaufs ist in der F i g. 4 als Kurve cos⁴ (n/T/2).2.sin(n/T) gezeichnet. Wie in der US-PS 35 16 066 beschrieben ist, wird diese Funktion durch eine Differentiation mit einer Verzögerungsleitung erhalten. In der Fig. 7 sind die isolierten Domänenimpulse vor und nach dem Ausgleich über derselben Zeiteinteilung aufgetragen, von denen der erste Impuls das Eingangssignal der Ausgleichschaltung 38 bildet und der zweite als Ausgangssignal dem Impuls in der Fig. 5 entspricht. Nach dem Ausgleich hat der Impuls bei der halben Amplitude etwa die ²/t Breite von dem vor dem Ausgleich, wodurch eine übermäßige Steigerung der Bandbreite vermieden wird, welche auftreten würde, wenn das Maß der Einengung wesentlich größer gemacht wird. In jedem Fall reicht dennoch das Maß an Impulseinengung durch die Ausgleichschaltung aus, um die einzelnen Impulse im wesentlichen voneinander vollständig auflösbar zu machen. Wie beachtet sei, sind die Impulse vor und nach dem Ausgleich zu ihren Spitzen symmetrisch, womit das Ausbleiben einer Phasenverzerrung und die gewünschte Einengung ohne Störung des linearen Phasenspektrums gezeigt sind. Da das vom Lesekopf gelieferte Signal asymmetrisch und phasenverzerrt ist, stellt der Impuls vor dem Ausgleich in der Fig. 7 einen phasenkompensierten Leseimpuls dar, der wegen seiner Symmetrie ein lineares Phasenspektrum besitzt.

Diese Kompensation kann von einer Phasenausgleichschaltung nach der US-PS 34 05 403 vorgenommen werden, die im Schaltbild der F i g. 1 oder 2 dem Vorverstärker 36 nachgeschaltet oder als Abschnitt in die Ausgleichschaltung 38 eingefügt wird.

Das Amplitudenspektrum der quadrierten Cosinusfunktion ist zum Vergleich mit dem der vierten Potenz des Cosinus in der Fig.4 ebenfalls gezeigt. Die beiden Funktionen besitzen zwar dieselbe Sperrfrequenz/,. = 1/Γ, aber die Cosinusfunktion der vierten Potenz hat eine geringere Amplituden-Erhöhung über dem Paßband und steigert daher das Rauschen in geringerem Maß; somit werden die Rauschsignale, die im Paßband als Folge der Einengung der Eingangsimpulse vorhanden sein können, weniger verstärkt.

Auf Grund des Amplitudenspektrums für die Cosinusfunktion in der vierten Potenz kommt ein Impuls nahezu ohne einen ausschwingenden Endabschnitt zustande, wodurch die erwünschte Ebenheit im Nullniveau zwischen den Impulsen, also in den Bereichen

so hinter den die Grundlinie berührenden Punkten von ±3772 herbeigeführt wird und der Kanal bei Wahrnehmung der Amplituden zuverlässig arbeiten kann. In W irklichkeit besitzt der Impuls der F i g. 5 ein ausschwingendes Endstück, dessen Spitzen jedoch nur etwa ein Sechstel der Größe der Spitzen erreichen, die zu einen Impuls mit dem Amplitudenspektrum der quadrierten Cosinusfunktion gehören. Die Gestalt des Amplitudenspektrums für die Cosinusfunktion in der fünften Potenz hat eine etwas geringere Amplitudenerhöhung als das der vierten Potenz; das ausschwingende Endstück des zugehörigen Impulses weist dabei sogar noch kleinere Spitzen auf. Obgleich die Gestalt des Amplitudenspektrums bei der Cosinusfunktion in der fünften Potenz einen einwandfreien Ausgleich bedingt, ist sie aber nicht so geeignet wie die Cosinusfunktion in der vierten Potenz, da der entsprechende Domänenimpuls über der Zeit nicht gar so stark eingeengt wird und die Arbeitsweise der

Kanäle zur Wahrnehmung der Signalspitzen bzw. -amplituden ungünstiger ist. Abgesehen von anderen Eigenschaften ist die Ausgleichschaltung gemäß der Erfindung, die ein Amplitudenspektrum in der vierten Potenz des Cosinus bewirkt, dem ein Impuls entspricht, der die Grundlinie in den Punkten ± 37/2 berührt, in einzigartiger Weise zur Wahrnehmung des 3PM-Code mi' einem minimalen Abstand der übergänge von 3Γ/2 geeignet.

In Verbindung mit der Fig. 6 ist von weiterem Interesse zu bemerken, daß der nach dem Ausgleich differenzierte Impuls nicht vor den Punkten ± 27 die Grundlinie berührt und sich trotz des Ausgleichs in den Punkten ±37"/2 auf einem endlichen Siginalniveau befindet. Infolgedessen kann die gegenseitige Störung der Impulse im Kanal zur Wahrnehmung der Spitzen im Falle des 3PM-Code auftreten, für den der minimale Abstand der Übergänge l,57_e beträgt, wobei T. die Rate der Datenbits ist. Durch eine Vergrößerung der Bandbreite kann diese Störung vermieden werden. Gemäß der Fig. 6 erreicht der differenzierte Impuls das Niveau 0 ungefähr bei ±1,887. Somit braucht der erforderliche minimale Abstand zwischen den Übergängen oder Leseimpulsen zur Vermeidung der genannten Störung nicht 2 Γ zu betragen, sondern könnte auf die Größe von 1,887 vermindert werden. Hiervon ausgehend, sollte der minimale Abstand T_WN im Bereich von l,887bis 271iegen, wobei 7die reziproke Sperrfrequenz F_c bedeutet. Um dieser Bedingung für den 3PM-Code zu genügen, für den T_Mm = l,57_e gilt, sollte die Sperrfrequenz/ = 1/7 im Bereich von 1,25/7, bis l,33/7_e liegen. Mit anderen Worten ausgedruckt, sollte für den 3PM-Code die Sperrfrequenz 25 bis 33% höher als die Datenbitfolge biegen, damit im Kanal zur Wahrnehmung der Spitzen keine gegenseitigen Störungen unter den Impulsen stattfinden. Diese Störung kann leicht kompensiert oder sogar vermieden werden, ohne daß die Bandbreite durch eine sog. Vorschreibkompensation gesteigert zu werden braucht, also durch ein Verfahren rur Kompensierung der Bitverschiebung, bei dem während des Verlaufs der Aufzeichnung um ein kleines Stück entgegen der Richtung der Verschiebung, die die Störungen unter den Impulsen hervorruft, alle Übergänge versetzt werden. Nach der Fig. 5 sind die von der Ausgleichschaltung gelieferten Impulse in der Nachbarschaft der Nullberührungen bei ±37/2 ziemlich eben. Daher bringt eine kleine Verschiebung der Spitze eines bei diesen Berührungspunkten liegenden, benachbarten Impulses nur eine vernachlässigbare Störung unter den Impulsen mit sich. Wenn somit der Ausgleich durch das Amplitudenspektrum in der vierten Potenz des Cosinus mit einer Vorschreibkompensation kombiniert wird, ist der minimale Abstand zwischen den Impulsen vorzugsweise mit 1,57 zu wählen; da für den 3PM-Code T^_1n = l,57_e ist, kann die Spenfrequenz gleich der reziproken Datenbitrate gemacht werden, was eine beträchtliche Verminderung der Bandbreite ergibt, ohne das die unzulässigen gegenseitigen Störungen unter den Impulsen weder im Kanal noch in der Schaltung auftreten.

Natürlich ist die Anwendung der Ausgleichschaltung nicht nur auf den 3PM-Code beschränkt, für den entsprechend den Berührungspunkten des von der Ausgleichschaltung abgegebenen Signals der minimale Abstand zwischen den Übergängen oder Impulsen ±37/2 beträgt, sondern auch für die MFM- und M²FM-Codes, sowie tatsächlich auch für die Richtungsschrift oder sonstigen Codes mit einer begrenzten Lauflänge brauchbar, da das Ansprechen auf die Domäne mit der Zeit jenseits der Nullberührungspunkte gleichmäßig ist und diese Punkte bei ±37/2 so gelegt werden können, daß sie einem minimalen Abstand zwischen den Übergängen in der Richtungsschrift oder des sonstigen Code mit einer begrenzten Lauflänge entsprechen. Die Lagen, in denen andere Impulse oder Übergänge bei Abständen auftreten, die über den minimalen Abstand bei einem beliebigen Code hinausgehen, sind bedeutungslos, weil die von der Ausgleichschaltung abgegebenen Impulse auf dem Niveau 0 nahezu eben sind und jenseits des minimalen Abstandes liegen.

In Verbindung mit den Fig. 8-11 sei eine Ausführungsform der Erfindung ausführlich erläutert, von der die Gestalt des Amplitudenspektrums in der vierten Potenz des Cosinus hergestellt wird. Der isolierte Eingangsimpuls der Ausgleichschaltung (Fig. 7) hat in einem magnetischen Lesesystem die typische Form nach Lorentz, die mathematisch durch die Funktion 1/(1 + 7²) angegeben werden kann, in der 7 die normierte Zeit bedeutet, und ein Amplitudenspektrum, das in der Fig. 8 durch die Kurve L(f) dargestellt ist. Die weitere Kurve R(f) zeigt das Amplitudenspektrum, wie es nach dem Ausgleich für den isolierten Impuls erwünscht ist. Die Kurven Uf) und R(f) kann man durch die Gleichungen mathematisch definieren:

Uf) = R(f) =

in denen / die Frequenz, f_c die Sperrfrequenz oder Bandbreite des Systems. 7 die reziproke Sperrfrequenz und 7jo die Zeitdauer bei den halben Amplitudenwerten des Impulses vor dem Ausgleich bedeuten.

Um das Amplitudenspektrum gemäß der Kurve L(f) in das der Kurve R(f) zu transformieren, ist eine Ausgleichfunktion E_D(f) von der Art erwünscht:

Uf) ■ E_D(f) = R(f)

die als Kurve E(f)jKe in der F i g. 8. nämlich als mit dem Wert Ke normierte Ausgleichfunktion aufgetragen ist. Mit Hilfe einer numerischen Analyse läßt sich festlegen, daß die gewünschte Ausgleichfunktion E_D(f) mathematisch angenähert durch die Gleichungen dargestellt werden kann:

Eo(f) =1

- Λ, CO:

B(f)

= V_C-B(f)

E_D(f) = V_E, in denen/die Frequenz bedeutet, K₁ und K₁ Konstanten sind und/, diejenige Frequenz ist, bei der der Term einschließlich des Cosinus Null ist; ferner bedeutet B(f) ein Bessel-Filter vierter Ordnung, vorzugsweise ein Bessel-Unbehauen-Filter.

Aus der F i g. 9 geht hervor, wie das Produkt der Größen V_c und B(f) als Funktionen der spektralen Dichte die Funktion EJf) des tatsächlichen Ausgleichs liefert, die sich im gesamten Bandpaß des Systems der gewünschten Ausgleichfunktion E_D(f) annähert. Wenn anstelle des bevorzugten Bessel-Unbehauen-Filters ein gewöhnliches Bessel-Filter benutzt

wird, vermindert, sich die Kurve von B(f) beim Wert 1, T nielli auf Null, und die Funktion EJf) des tatsächlichen Ausgleichs nimmt ebenfalls nicht bis Null ab, sondern weicht statt dessen von der angezeigten Curve in einem schmalen Frequenzbereich unmittelbar unter der Sperrfrequenz ab.

Nun sei die Arbeitsweise der abgeglichenen Cosinus-Ausgleichschaltung in Verbindung mit der Fig. 10 erläutert. In diesem Fall werden eine Spannung + V₄ einer Klemme 70 und eine Spannung

- V₄ einer Klemme 72 vom Vorverstärker 36 her zugeleitet. Der von gestrichelten Linien eingerahmte Abschnitt der Cosinus-Ausgleichschaltung ist aus der Fig. 10 zwecks Erleichterung des Verständnisses in die Fig. 11 übertragen. Das der Klemme70 aufgeprägte Signal, nämlich die Spannung + V_λ geht durch eine Verzögerungsleitung 72 hindurch, die die konstante Spannung V_B abgibt, die ihrerseits über eine Emitter-Folgeschaltung 76 dem einen Ende eines Potentiometers 78 mit dem Widerstand R₁ zugeleitet wird. Die an der Klemme 72 auttretende Spannung

- V₄ geht du-nh eine Emitter-Folgeschaltung 80 hindurch, die mit dem anderen Ende des Potentiometers 78 verbunden ist. Wenn somit der Potentiometerarm derart eingestellt ist, daß ein Teil (X-K₁) der Spannung V₈ und ein Teil K₁ der Spannung V₄ abgenommen wird, ergibt sich die an ihm liegende Spannung V₄₈ durch die Gleichungen:

sind.

= O-K₂)-(v„- -£r±

= k(V_B- K₂V₄),

in denen k = (1 -K,) und K-, = -j—²^-

i — λ₂

Im Falle der abgeglichenen Cosinus-Ausgleichschaltung gemäß der Fig. 10 wird das zweifache Signal aus dem Vorverstärker 36 an Klemmen 82 und 84 angelegt, von denen die eine über einen Widerstand 86 an den Eingang der Verzögerungsleitung 74 und der Emitter-Folgeschaltung 88 geführt ist, deren Ausgang mit dem einen Ende eines Potentiometers 90 verbunden ist, während die andere Klemme 84 durch einen Wiederstand 92 an einer Emitter-Folgeschaltung 80 und an einer Verzögerungsleitung 94 angeschlossen ist, die über eine Emitter-Folgeschaltung 96 am anderen Ende des Potentiometers 90 liegt. Sobald die Arme der Potentiometer 78 und 90 in eine identische Lage gebracht sind, wird eine Spannung von 2V_AB = 2k(V_B — K₁V₈) den Eingangsklemmen eines Differenz-Verstärkers 98 zugeleitet, der die Spannung V_c = K_r 2 V_AB abgibt.

Die Spannung V_c wird dann in ein Bessel-Tiefpaßfilter 100 eingeführt, das das Ausgangssignal V_E der Ausgleichschaltung erzeugt.

Die Verzögerungsleitung in den Schaltungen der Fig. 10 und 11 bewirken eine Verzögerungszeii von

T_D = -j-, die aus der F i g. 9 und den Spannungen

Jn

den Spannungen V_c und V_E bestimmt werden kann und erforderlich ist, damit der erwünschte Ausgleich erreicht wird oder zumindest eine Annäherung an ihn erfolgt.

Der abgeglichene Generator 48 für die Umschalisignale, der im Kanal zur Wahrnehmung der Amplituden (Fig. 2) eingefügt ist, ist ausführlich in de¹.' Fig. 12 wiedergegeben. Die von der Ausgleichschaltung 38 bewirkte Spannung V_E läuft durch die verstärkende Steuerschaltung 40 zu den Klemmen 102 und 104 des Generators 48. Wenn ein sich ins Positive erstreckender Impuls der Spannung V_E an der Klemme 102 erscheint, der eine vorgegeben; Schwellenwertspannung V_THK übersteigt, auf die ein Potentiometer 110 eingestellt ist, entsteht an der Ausgangsklemme eines Komparators 106 ein Stufensignal von Hoch nach Tief, das der Taktklemme eines Flipflop 112 zugeleitet wird, damit an einer Klemme Q das Niveau hinabgeschaltet wird. Dieses Signal auf tiefem Niveau läuft in ein Exclusiv-ODER-Glied 116 hinein, das mit Hilfe eines Signals auf hohem Niveau ein Exclusiv-ODER-Glied 118 zur Abgabe eines Signals auf tiefem Niveau und ein Exclusiv-ODER-Glied 120 zur Abgabe eines Signals auf hohem Niveau veranlaßt. Dieses das Exclusiv-ODER-Glied 118 verlassende Signal, das das tiefe Niveau annimmt, löst einen monostabilen Multivibrator 122 aus, der einen Impuls von vorgegebener Dauer als Schaltimpuls über ein ODER-Glied 126 zum UND-Glied 50 (Fig. 2) liefert, dem er gemeinsam mit den Impulsen aus dem Kanal Wahrnehmung der Spitzen zugeführt wird. Das Signal aus dem Exclusiv-ODER-Glied 118 auf tiefem Niveau wird außerdem zu Klemmen J und Kdes Flipflop 112 zurückgeführt, damit es der Erzeugung eines weiteren Schaltimpulses in Abhängigkeit von einem unmittelbar nachfolgenden, ins Positive gehenden Impuls vorbeugt, der an der Klemme 102 auftritt. Wenn jedoch ein ins Negative gehender Impuls der Spannung V_E an der Klemme 104 erscheint, die einen gegebenen negativen Wert der Schwellenwertspannung V_THR übersteigt, die am Potentiometer 110 eingestellt ist, wird ein Stufensignal vom hohen zum tiefen Niveau von einem Komparator 108 der Taktklemme eines Flipflop 114 zugeleitet, so daß das Signal an seiner Klemme Q auf das tiefe Niveau fallt. Das letztere gelangt über das Exclusiv-ODER-Glied 116 zum Exclusiv-ODER-Glied 120, dessen Ausgangssignal auf das tiefe Niveau getrieben wird, und zum Exclusiv-ODER-Glied 113, das ein Signal auf hohem Niveau erzeugt. Von dem

auf das tiefe Niveau abfallenden Signal des Ex;'usiv-ODER-Glieds 120 wird ein monostabiler Multivibrator 124 ausgelöst, dessen Ausgangsimpuls von vorgegebener Dauer über das ODER-Glied 126 als weiterer Schaltimpuls dem UND-Glied 50 zugeleitet

wird. Das Signal auf tiefem Niveau aus dem Exclusiv-ODER-Glied 120 wird auch zu den Klemmen J und K des Flipflop 114 zurückgeleitet, damit der Erzeugung eines weiteren Schaltimpulses in Abhängigkeit von einem unmittelbar nachfolgenden, ins Negative gehenden Impulses vorgebeugt wird, der an der Klemme 104 erscheint. Im Hinblick auf das den Klemmen J und tfdes Flipflop 112 aus dem Exclusiv-ODER-Glied 118 zugeführte Signal kann die Schaltung auf einen ins Positive ansteigenden Impuls der

erforderlichen Amplitude an der Klemme 102 ansprechen, wonach sie wieder imstande ist, auf einen weiteren, ins Negative gehenden Impuls der erforderlichen Amplitude zu reagieren, der an der Klemme 104 erscheint. Somit arbeiten die Schaltungen durch Auslösungen mit abwechselnd positiven und negativen Eingangsimpulsen, denen die abwechselnden ins Positive und Negative gehenden Übergänge auf dem Aufzeichnungsträger zugeordnet sind.

Obgleich die Erfindung speziell für die Gestalt des Spektrums in der vierten Potenz des Cosinus beschrieben ist, kann sie auch auf Funktionen gerichtet werden, die sich dieser inerten Potenz des Cosinus annähern, insofern sie die Eigenschaften liefern, die für das Signal erwünscht sind, das den Kanälen zur Wahrnehmung der Spitzen und Amplituden zugeleitet wird.

Zusammenfassend betrachtet, soll die Ausgleichschaltung des Signaldetektors auf ein Eingangssignal mit einer veränderlichen Spitzenamplitude ansprechen, wobei die Spitzen die Daten wiedergeben, und ein Signal mit einer nahezu konstanten Spitzenamplitude abgeben, dessen Impulse als gesonderte Daten längs einer Grundlinie getrennt angeordnet sind.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ausgleichschaltung für einen Detektor von Datensignalen, die von einem magnetischen Aufzeichnungsträger ausgelesen und über einen Vorverstärker, eine verstärkende Steuerschaltung und zwei parallele Zweige zur Wahrnehmung der Signalspitzen bzw. -amplituden einem UND-Glied zuführbar sind, mit zwei von einem Eingangswiderstand ausgehenden, an den beiden Eingangsklemmen eines Differenzverstärkers angeschlossenen Zweigen, die eine Verzögerungsleitung oder einen Amplitudenteiler enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß das von den beiden Klemmen (82,84) des Vorverstärkers (36) oder der verstärkenden Steuerschaltung (40) über den jeweiligen Eingangswiderstand (86, 92) abgegebene zweifache Signal (V_A,— V_A) zwei parallelen, sowohl die Verzögerungsleitung (74 bzw. 94) als auch den Widerstand (78 bzw. 90) des Amplitudenteilers enthaltenden Schleifen zuführbar ist, die über den Abgriff des jeweiligen Amplitudenteilers an den beiden Eingangsklemmen (+, —) des Differenzverstärkers (98) angeschlossen sind.

2. Ausgleichschaltung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Ausgleichschaltung (38) umgewandelten Datenimpulse das Amplitudenspektrum einer Cosinusfunktion in der vierten Potenz aufweisen, und daß unter der Frstlegung einer Spenfrequenz/. = l/T die Berührungspunkte mit der Nullinie zu beiden Seiten dei im Zeitpunkt 7 = 0 auftretenden Impulsspitze durch die Zeiten ±37/2 bestimmt sind.

3. Ausgleichschaltung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ausgleichschaltung (38) zwei Komparatoren (106, 108) angeschlossen sind, die auf die Folge der sie (38) verlassenden, symmetrischen Datenimpulse ansprechen, falls ihre Amplituden einen vorgegebenen Schwellenwert (V_THR) übersteigen, und daß den Komparatoren (106, 108) eine Sperrvorrichtung (112, 114, 116, 118, 120) nachgeschaltet ist, von der ein nachfolgender, zweiter Datenimpuls von derselben Polung wie der erste unterdrückbar ist, so daß nur abwechselnd positive und negative Datenimpulse von ihr (38) abgebbar sind.