DE3022269A1

DE3022269A1 - Verfahren und vorrichtung zur magnetischen digitalen aufzeichnung mit hochfrequenzpolarisierung

Info

Publication number: DE3022269A1
Application number: DE19803022269
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Lesieur
Original assignee: Bull SA
Current assignee: Bull SA
Priority date: 1979-06-18
Filing date: 1980-06-13
Publication date: 1981-01-08
Also published as: NL8002355A; GB2054242A; DE3022269C2; GB2054242B; IT1131344B; JPS563419A; US4367496A; SE8004384L; FR2459529B1; IT8022852A0; FR2459529A1; SE445400B; US4412257A; GB2054249A

Description

Pater ιianwälte

Dipl.-Ing. Dipl.-Ghem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - Q. Leiser

Ernsbergerstrasse. Ϊ9

a Münche.n 60 - 4 _ .

13. Juni 1980

COMPAGNIE INTERNATIONALE POUR L'INFORMATIQUE CII-HONEYWELL BULL-9 4, Avenue Gambetta 75020 Paris / Frankreich

Unser Zeichen: CL 3271

Verfahren und Vorrichtung zur magnetischen digitalen Aufzeichnung mit Hochfrequenzpolarisierung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur magnetischen digitalen Aufzeichnung mit Hochfrequenzpolarisierung.

Die magnetische Aufzeichnung eines Informationssignals besteht im wesentlichen darin, daß in einem Magnetkopf ein elektrischer Strom erzeugt wird, der auf einer Oberfläche eines magnetischen Trägers, z.B. eines Magnetbandes, einer Magnetplatte oder einer Magnettrommel, eine remanente Magnetisierung erzeugt, welche die Anfangsinformation darstellt.

Wenn ein analoges elektrisches Informationssignal vorliegt, z.B-. ein Signal, dessen Amplitude eine Schallinformation darstellt, die aus einem Schallwandler stammt, so muß natürlich

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die durch den Aufzeichnungsstrom erzeugte remanente Magnetisierung die Amplitude des Informationssignals zeitlich getreu wiedergeben. Dies wird allgemein dadurch erhalten, daß dem Informationssignal ein Hochfrequenz-Weehselstromsignal konstanter Amplitude überlagert wird, die eine magnetische Polarisierung (Vormagnetisierung) erzeugt. Die Kurve der ersten Magnetisierung des Magnetmaterials auf dem Aufzeichnungsträger beginnt mit einem Teil quadratischen Verlaufs, wird durch einen linearen Teil fortgesetzt und endet mit einem zurückgekrümmten Teil, der in die Sättigung übergeht. Ohne den Strom zur magnetischen Polarisierung würde die Aufzeichnung des Informationssignals dem Zustand entsprechen, bei dem auf der Neukurve der Magnetisierung ausgehend von ihrem Ursprung an jedem Punkt des Aufzeichnungsträgers eine mehr oder weniger starke Auslenkung je nach dem Amplitudenpegel des Aufzeichnungssignals erfolgt. Der Teil quadratischen Verlaufs der Kurve würde stets störend in Erscheinung treten, so daß das aufgezeichnete Signal eine starke Verzerrung aufweisen würde. Durch überlagerung des Informationssignals mit einem Hochfrequenz-Wechselstromsignal konstanter Amplitude wird eine magnetische Polarisierung bzw.. Vorpolarisierung geschaffen, durch die erreicht wird, daß die Auslenkungen auf dem linearen Teil der Neukurve erfolgen können. Ferner wird durch die Hochfrequenz-Magnetisierung erreicht, daß der Aufzeichnungsträger bei fehlendem Informationssign&l unmagnetisiert bleibt, und zwar umso besser als die entsprechende Wellenlänge des Polarisierungsstromes kürzer ist als das Auflösungsvermögen des Wiedergabekopfes, wobei dieses Auflösungsvermögen im wesentlichen von der Größe des Wiedergabespaltes abhängt. Es ist zwar auch eine magnetische Polarisierung mit Gleichstrom möglich, diese würde jedoch den Aufzeichnungsträger bei fehlendem Informationssignal in einen permanenten Magnetzustand versetzen, der sich in dem Auslesesigaal bzw. Wiedergabesignal durch ein starkes Untergrundrauschen bemerkbar machen

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würde. Ein digitales, binärcodiertes Informationssignal gibt mit einer gegebenen Wiederholungsfrequenz den Wert "0" oder "T' eines Informationsbits an. Dieses Signal enthält also zwei in Korrelation stehende Komponenten, nämlich eine iterative Folge von Zeitpunkten und eine Folge von entsprechenden Binärwerten, welche die remanente Magnetisierung normalerweise getreu wiedergeben muß. Um dies zu erreichen, wird angestrebt, wenigstens einen dieser beiden Binärwerte in Abhängigkeit von einem gewählten Code durch einen bestimmten Übergang des Magnetflusses darzustellen, der zu einem genauen entsprechenden Zeitpunkt auftritt.

Gemäß der derzeitigen Technik sind die magnetischen Übergänge zweckmäßig Umkehrungen der Polarität des remanenten Magnetfeldes, die so ausgelegt sind, daß dieses Feld zwischen zwei vorbestimmten Polarisationspegeln_T einem positiven und einem negativen, des magnetischen Materials des Aufzeichnungsträgers hin- und iierkippt. Dadurch wird in dem Träger eine Aufeinanderfolge von Ende an Ende nebeneinander liegenden Magneten geschaffen, die benachbarte Pole gleicher Bezeichnung aufweisen und deren Länge dem Zeitintervall entspricht, das zwei Übergänge gemäß der gewählten Codeform voneinander trennt. Im folgenden wird als "positiver Übergang" -eine Umkehrung des remanenten Magnetfeldes von einem negativen zu einem positiven Polarisationswert bzw. Vormagnetisierungswert bezeichnet, während die Umkehrung im entgegengesetzten Sinne als "negativer Übergang" bezeichnet wird. Zu den am häufigsten angewandten Codeformen gehört z.B. der Code NRZ1 (keine Rückkehr auf Null für Bits des Wertes "1"), wonach nur die Bits des Wertes "1" durch magnetische Übergänge dargestellt werden, unabhängig von der Richtung dieser Übergänge, sowie die Codeform, die als "mit codierter Phase" bezeichnet wird, wonach die zwei Binärwerte "jeweils einem positiven bzw. einem negativen Übergang entsprechen. Wie weiter unten ersichtlich wird,

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ist die Erfindung unabhängig von der gewählten Codeform.

Die Erfindung befaßt sich mit der anderen Komponente des digitalen Informationssignals, die die Zeitpunkte betrifft, zu denen die übergänge erfolgen sollen. Es treten nämlich verschiedene Probleme im Zusammenhang mit der Aufzeichnungsund Wiedergabegüte dieser Komponente auf.

Es wurde bereits erwähnt, daß die Binärinformation auf dem Aufzeichnungsträger durch eine Aufeinanderfolge von nebeneinander Ende an Ende angeordneten Magneten wiedergegeben wird, deren benachbarte Pole die gleiche Bezeichnung haben und das Vorhandensein eines Übergangs bedeuten. Der von dem Lesekopf bzw. Wiedergabekopf beim Vorbeilaufen. zweier benachbarter Halbmagnete erzeugte Lesestrom hat also die Form einer Glockenkurve, deren Spitze dem Übergang entspricht, da die Änderung des Magnetflusses in der Wiedergabespule beim Durchgang der beiden benachbarten Pole der zwei Magneten vor dem Spalt des Auslesekopfes maximal ist. Wenn zwei übergänge aber sehr nahe nebeneinander liegen (bei hohen Aufzeichnungsdichten), werden die aufeinanderfolgenden Kurven derart kombiniert, daß die Stromspitzen gegenüber den tatsächlichen übergängen versetzt sind. Dieses Phänomen, das allgemein unter der angelsächsischen Bezeichnung "peak shift" (Spitzenwertverschiebung) bekannt ist, nimmt mit der Frequenz dieser übergänge zu, so daß für hohe Aufzeichnungsdichten diese Spitzenwerte um bis zu etwa einem Drittel des kleinsten Intervalls zwischen zwei Übergängen verschoben werden können. Die Decodierschaltungen müssen also sehr leistungsfähig sein, und zwar umso mehr, als zu dieser Verschiebung Schwankungen der Durchlaufgeschwindigkeit des Aufzeichnungsträgers hinzukommen. Es wurden bereits verschiedene Versuche unternommen, um die Stärke der Verschiebung der Spitzenwerte zu vermindern.

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Gewisse Ergebnisse wurden bereits erreicht, indem ein digitales Aufzeichnungssignal verwendet wurde, das einem analogen Aufzeichnungssignal gleicht. Die Erfahrung hat nämlich eine Verminderung der Spitzenwertverschiebung für hohe Schreibdichten von mehr als etwa 200 Flußumkehrungen pro Millimeter ergeben, wenn ein zusammengesetztes Aufzeicrhnungssignal verwendet wird, das gebildet ist durch Überlagerung eines Hochfrequenz-Wechselstromsignals konstanter Amplitude zur magnetischen Polarisierung mit dem codierten digitalen Informationssignal.

In diesem zusammengesetzten Aufzeichnungssignal wird jeder Übergang durch eine Differenz der Spitzenamplituden desselben Vorzeichens der beiden benachbarten Halbwellen des Polarisationssignals dargestellt, die sich vor bzw. nach dem Zeitpunkt des entsprechenden Übergangs des Informationssignals einstellen. Die Hochfrequenzpolarisierung ist also zweckmäßig, wenn diese zwei Halbwellen durch ein Intervall festgelegter Dauer getrennt sind, das theoretisch der Periode des Polarisationssignals entspricht, wobei eine Unterdrückung der Spitzenwertverschiebung erreicht wird. Bei den herkömmlichen digitalen Auf zeichnungs'vorrichtungen mit Wechselstrompolarisation kann diese Dauer bzw. dieses Zeitintervall jedoch unregelmäßig und zufallsabhängig von dem Wert dieser Periode verschieden sein und zu Unbestimmtheiten und Fehlern bei der Decodierung des mit diesen Vorrichtungen aufgezeichneten Signals führen. Diese Abweichungen ergeben sich aus der Verteilung der Übergänge in dem digitalen codierten Informationssignal, wobei diese zu irgendeinem Zeitpunkt innerhalb einer Periode des magnetischen Polarisierungssignals auftreten können, so daß die Überlagerung dieser beiden Signale mehr oder weniger günstig ist. Im günstigsten Falle (Abweichung gleich Null) fallen der Übergang eines gegebenen Vorzeichens und die Spitzenwertamplitude desselben Vorzeichens dos Ilochfrequcnz-Polarisationssignals zusammen. Es

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ergibt sich jedoch eine maximale Abweichung, wenn ein Übergang eines gegebenen Vorzeichens in einem Zeitpunkt auftritt, wo das Polarisationssignal eine Spitzenwertamplitude entgegengesetzten Vorzeichens annimmt, wobei dann die darauf f-olgende Spitzenwertamplitude um etwa eine "halbe Wellenlänge des Polarisationssignals verzögert wird.

Daraus folgt, daß die Stärke der SpitzenwertverSchiebung von der Phase des magnetischen Polarisationssignals in bezug auf das codierte Signal abhängt und daß - wenngleich die Spitzenwertverschiebung im Mittel durch die Wechselstrompolarisierung vermindert wird - sie jedoch für bestimmte Übergänge relativ hohe Werte erreichen kann und sehr leistungsfähige Schaltungsanordnungen benötigt, um die auf diese Weise aufgezeichneten Signale auszulesen und zu decodieren.

Um diese Spitzenwertverschiebung zu vermindern, könnte es günstig erscheinen, das Polari-ationssignal hinsichtlich der Frequenz mit dem Taktsignal zur Steuerung des aufzuzeichnenden Digitalsignals synchron zu machen. Da aber die positiven und negativen Übergänge in dem codierten Signal willkürlich verteilt sind, bleibt die Phasenbeziehung zwischen jedem Übergang und dem magnetischen Polarisierungssignal willkürlich, so daß wie bei dem zuvor diskutierten Beispiel mehr oder weniger günstige Fälle auftreten werden.

Es ist hingegen offensichtlich, daß eine Zunahme der Frequenz des Polarisierungssignals in bezug auf die höchste Frequenz des Auftretens der Übergänge den Effekt der Spitzenwertverschiebung vermindert. Eine Steigerung der Frequenz des Polarisierungssignals wird jedoch in der Praxis dadurch begrenzt, daß dadurch die elektromagnetischen Verluste in den Werkstoffen, aus denen die Aufzeichnungsköpfe gebildet sind, erhöht werden.

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Es wird jedoch eine Verminderung der Spitzenwertverschiebung beobachtet, wenn ein günstiges Verhältnis zwischen der Frequenz des magnetischen Polarisierungssignals und der Taktfrequenz, ^nit der die Codierung erfolgt, vorhanden ist. Es verileiben jedoch ungünstige Fälle, die, obwohl sie vermindert werden, in bestimmten Fällen nach wie vor die Gefahr tergen, daß die wiedergegebene Information verändert wird, so daß eine ausreichend leistungsfähige Lese- und Decodiervorrichtung zur Unterdrückung dieser Gefahr erforderlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung «ines Verfahrens und einer Vorrichtung zur magnetischen Aufzeichnung von digitalen InformationsSignalen, durch die es erreicht wird, daß das Auftreten ungünstiger Fälle verhindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Verfahren zur magnetischen Aufzeichnung eines digitalen Informationssignals, das aus einer Folge von übergängen zusammengesetzt ist, wobei dem Informationssignal ein magnetisches Hochfrequenz-Polarisierungssignal konstanter Amplitude überlagert wird, und dieses Verfahren ist -gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Phase des Polarisierungssignals mit den übergängen des Informationssignals moduliert wird.

Ferner schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur magnetischen Aufzeichnung eines digitalen Informationssignals, das aus einer Folge von übergängen zusammengesetzt ist, mit Mitteln zur magnetischen Polarisierung, die ein ursprüngliches, hochfrequentes Polarisierungssignal konstanter Amplitude abgeben, und mit Mitteln zum Kombinieren des Informationssignals mit dem magnetischen Polarisierungssignal' zur Erzeugung eines Aufzeichnungssignals; diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel

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zur Phasenmodulation des ursprünglichen Polarisierungssignals relativ zu den übergängen des Informationssignals enthält.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel für eine magnetische Aufzeichnung nach dem Code NZR1 in bekannter Technik ohne magnetische Wechselstrompolarisierung;

Fig. 2A und 2B den günsitigsten bzw. den ungünstigsten Fall einer digitalen Aufzeichnung mit Wechselstrompolarisierung nach herkömmlicher Technik;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für die magnetische digitale Aufzeichnung im Code NRZ1 mit Wechselstrompolarisierung gemäß der Erfindung;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen digitalen Aufzeichnungsvorrichtung mit Wechselstrompolarisierung;

Fig. 5A bis 5F Beispiele von Signalformen und Informationen, die an verschiedenen Stellen der in Fig. 4 gezeigten Aufzeichnungsvorrichtung erhalten werden;

Fig. 6 eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen digitalen Aufzeichnungsvorrichtung mit Wechselstrompolarisierung;

Fig. 7A bis 7H jeweils Signal- und Informationsformen, die an verschiedenen Stellen der in Fig. 6 gezeigten Aufzeichnungsvorrichtung erhalten werden;

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Fig. 8 mit dünnem Strich einen Teil des theoretischen Signals, das in Fig. 7F' gezeigt ist, wobei durch eine dicke Linie verdeutlicht ist, wie das Signal in der Praxis aussieht;

Fig. 9 eine erfindungsgemäße Variante des in Fig. 7F¹ gezeigten Signals;

Fig. 10 eine zweite AusführungsVariante der erfindungsgemäßen digitalen magnetischen Aufzeichnungsvorrichtung mit Wechselstrompolarisierung; und

Fig. 11A bis 11J jeweils Beispiele für Signal- und Informationsformen, die an verschiedenen Stellen der in Fig. 10 gezeigten Aufzeichnungsvorrichtung erhalten werden.

Die Erfindung wird leichter verständlich, nachdem zunächst bekannte magnetische Aufzeichnungsvorrichtungen unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 2A und 2B erläutert sind.

Fig. 1 betrifft die magnetische digitale Aufzeichnung im Code NRZ1 ohne Polarisierung bzw. Vormagnetisierung, In dieser Figur bezeichnet I die ursprüngliche aufzuzeichnende Binärinformation, die gebildet ist aus einer Aufeinanderfolge von Bits, wie sie als Ausführungsbeispiel dargestellt ist; S bezeichnet das Aufzeichnungssignal, das auch als Schreibsignal bezeichnet wird und sich durch die Codierung der ursprünglichen Information I nach dem Code NRZ1 ergibt; S.. bezeichnet das entsprechende Lesesignal, das an den Anschlüssen der Wicklung des Lesekopfes beim Durchgang des InformatxGnsträgers mit der Aufzeichnung des Schreibsignals S erhalten wird; S^ bezeichnet das ausgehend von dem Lesesignal erhaltene Signal S.. für eine Darstellung des ausgelesenen Digitalsignals r.ach dem Code NRZ1 ; I bezeichnet die nach Decodierung des ?i~r.cl~ S„ erhaltene Infcmaticn,

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Das Aufzeichnungssignal S ist also ein Signal wechselnder Polarität, dessen übergänge den Bits des Wertes "1" entsprechen und dessen positive Amplitude +n und negative Amplitude -n jeweils dem positiven bzw. negativen Sättigungspegel des magnetischen Aufzeichnungsmaterials entsprechen. Der Aufzeichnung eines gegebenen isolierten Überganges auf einem Aufzeichnungsträger entspricht normalerweise ein Auslesesignal, das an den Anschlüssen der Wicklung eines Lesekopfes entnommen wird und dessen Form durch eine positive oder negative Glockenkurve wiedergegeben wird, je nachdem, ob der übergang selbst positiv oder negativ ist, und dessen Spitze oder Gipfel den Zeitpunkt des Übergangs darstellt. Wegen der veränderlichen Nähe des Auftretens der Übergänge einerseits und wegen der hohen angestrebten Aufzeichnungsdichte andererseits werden jedoch die glockenförmigen, bei jedem Übergang erzeugten Charakteristiken mehr oder weniger stark miteinander kombiniert, je nach ihrer jeweiligen Nähe, so daß sie Spitzenwerte +p und -p aufweisen, die folglich mehr oder weniger gegenüber den diese übergänge darstellenden Zeitpunkten verschoben sind. Verschiedene Werte der Spitzenwertverschiebung dO, d1, d2 und d3 sind in Fig. 1 als Beispiele angegeben. Da diese Spitzenwerte die Zeitpunkte des Auftretens der übergänge bestimmen und in unterschiedlicher Weise gegenüber diesen Übergängen verschoben sind, ist das ausgehend von den Spitzenwerten des Auslesesignals S₁ wiedergegebene Signal S verschieden von dem Aufzeichnungssignal S , während jedoch theoretisch diese Signale S und S gleich sein sollen. Wegen der Spitzenwertverschiebungen dO bis d3 kann die Decodierung des Wiedergabesignals S_r zu Verwechslungen führen und eine Information I ergeben, die verschieden von der ursprünglichen Information I ist. Bei dem dargestellten Beispiel stellen die gestrichelt eingezeichneten Ziffern die Fehler dar, die in dem Wiedergabesignal I₃, auftreten können, wenn das Signal S decodiert wird.

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Die Fig. 2A und 2B betreffen eine digitale Aufzeichnung unter Anwendung einer magnetischen Polarisierung bzw. Vormagnetisierung nach der herkömmlichen Technik. In diesen Figuren bezeichnet S. ein codiertes Informationssignal, das aus einer Origxnalinformation (nicht dargestellt) gemäß einem beliebigen Code erzeugt wird und zwischen zwei vorbestimmten Pegeln abwechselt, die mit +1 und -1 bezeichnet sind; S bezeichnet ein Signal abwechselnder Polarität zur magnetischen HF-Polarisierung und mit konstanter Amplitude ±c; S bezeichnet das Aufzeichnungssignal, das sich durch Überlagerung der genannten Signale S. und S ergibt; S bezeichnet das nach Aufzeichnung und Auslesen des Signals S wiedergegebene Signal. In Fig. 2A entspricht der Zeitpunkt t des Auftretens eines positiven Übergangs des Informationssignals S. dem günstigsten Aufzeichnungsfall, während in Fig. 2B der Zeitpunkt t.. dem ungünstigsten Fall entspricht.

In diesen Figuren ist das Aufzeichnungsignal S , das die Wicklung des Schreibkopfes erregt, ein Wechselstrom, der auf der einen Seite eines Übergangs zwischen den Werten +a und -b und auf der anderen Seite des Übergangs zwischen den Werten -a und +b schwankt, wobei die Intensitäten ±a geringe Ströme und -die Intensitäten ±b starke Ströme betreffen, die durch die Wicklung fließen. Die positiven und negativen übergänge sind durch Sprünge zwischen den Pegeln +a bis +b und -a bis -b dargestellt. Die Feststellung des Spitzenwertes der ersten Halbwelle, die einen solchen Sprung markiert, wird nach dem Auslesen des aufgezeichneten Signals S als Zeitpunkt des Übergangs interpretiert, wie durch die Wiedergabesignale S„ in den Fig. 2A und 2B dargestellt ist. Unter diesen Bedingungen gilt zunächst, daß die Linearität des Wechselstromsicjnals S von geringer Wichtigkeit ist (im Gegensatz zur Analogaufzeichnung), so daß die Pegel ±b in der Praxis den Sättigungsniveaus des magnetischen Materials des Aufzeichnungsträgers entsprechen und das Verhältnis zwi-

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sehen dem Bezugspegel 1 des Informationssignals S. und dem Pegel c des Polarisationssigitals S relativ groß ist (allgemein in der Größenordnung von 1/4), im Vergleich zu dem Verhältnis (1/10), das im allgemeinen zur Analogaufzeichnung verwendet wird. Ferner ist es erwünscht, daß der Spitzenwert der ersten positiven oder negativen Halbwelle/ die den übergang, des Aufzeichnungssignals S markiert, mit dem positiven bzw.- negativen entsprechenden Übergang des entsprechenden Informationssignals S. zusammenfällt, um auf diese Weise jegliche Verschiebung der übergänge in dem Wiedergabesignal S zu verhindern. Da jedoch die übergänge des Informationssignals S. zeitlich willkürlich verteilt sind, werden sich mehr oder weniger günstige Kombinationen mit dem Polarisations-Wechselstromsignal S ergeben. Der günstigste Fall ist in Fig. 2A dargestellt, woraus sich ergibt, daß der positive Übergang zum Zeitpunkt t des Informationssignals S. mit einer positiven Spitze des Polarisationssignals S zusammenfällt und folglich die Überlagerung dieser Halbwell-e zeitlich im Hinblick auf die Bezeichnung des übergang unverändert läßt. Das Gleiche gilt für einen negativen übergang des Informationssignals S. und eine negative Spitze des Polarisationssignals S . Der ungünstigste Fall ist in Fig. 2B dargestellt, wonach der positive übergang zum Zeitpunkt t. des Informationssignals S. mit einer negativen Spitze des Polarisationssignals S zusammenfällt und die Überlagerung eine Verzögerung d¹ des Erscheinens der ersten Halbwelle des Übergangs in dem Aufzeichnungssignal verursacht, wobei diese Verzögerung einer Halbperiode des Polarisationssignals S entspricht. Das Gleiche gilt für einen negativen übergang, der zu einem positiven Spitzenwert gehört. Die Spitzenwertverschiebung d" verlagert also den Übergang zum Zeitpunkt t„, der bei hohen Aufzeichnungsdichten den Inhalt der ursprünglichen Information beeinträchtigen kann.

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Fig. 3 zeigt analog den Fig. 2A und 2B eine digitale Aufzeichnung mit erfindungsgemäß vorgenommener Polarisierung.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel bezeichnet I eine ursprüngliche Binärinformation; S. bezeichnet das entsprechende Informationssignal im NRZ1-Code; S bezeichnet ein ursprüngliches Polarisationssignal, das direkt in den früheren Aufzeichnungsvorrichtungen verwendet wurde; S . bezeichnet ein erfindungsgemäßes Polarisierungssignal; und S bezeichnet das Aufzeichnungssignal, das sich aus der Kombination des Signals S. mit dem Signal S . ergibt. Aus der Signalform des Polarisierungssignals S . folgt, daß gemäß der Erfindung das ursprüngliche Polarisierungssignal

S_ mit den übergängen des codierten Informationssignals S. 3? ic

phasenmoduliert ist, in dem Sinne, daß ausgehend von jedem dieser Übergänge das ursprüngliche Polarisierungssignal S aufeinanderfolgende Phasenverschiebungen von 180° erfährt. Das erfindungsgemäß verwendete Polarisierungssignal S . enthält somit verlängerte hohe Pegelstufen h und niedrige Pegelstufen 1, die in Kombination mit den entsprechenden übergängen des Informationssignals S. imstande sind, diese in dem Aufzeichnungssignal S unter stets günstigen Bedingungen ohne jegliche Verschiebung wieder herzustellen.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen magnetischen digitalen Aufzeichnungsvorrichtung 10, die unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben wird, die als Beispiel Signalformen 5A bis 5F darstellt, die an verschiedenen Stellen der Vorrichtung 10 erhalten werden können.

Die erfindungsgemäße digitale Aufzeichnungsvorrichtung 10 enthält einen Taktgeber 11, der ein Taktsignal 5A abgibt, das aus einer Reihe von aufeinanderfolgenden Impulsen einer gegebenen Frequenz f„ mit dem zyklischen Verhältnis 0,5 (Verhältnis der Dauer jedes Impulses zu der Signalperiode)

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zusammengesetzt ist. Das Signal 5A ist an einen Eingang eines Frequenzteilers 12, der durch N teilt, angelegt, welcher ein Signal 5B erzeugt, das aus einer Reihe von aufeinanderfolgenden Impulsen f_H/N besteht (wobei N ganzzahlig ist und hier den Wert 3 aufweist). Ein Codierer 13 weist einen ersten Eingang auf, der das Ausgangssignal 5B des Frequenzteilers 12 empfängt, und einen zweiten Eingang, der eine ursprüngliche, aufzuzeichnende Information 5C empfängt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel extrahiert dieser Codierer aus dem Signal 5C die übergänge im Rhythmus des Signals 5B und führt eine vorbestimmte Codierung durch, um ein codiertes Informationssignal 5D zu erzeugen, das den vorgenannten Signalen S. entspricht. Der als Beispiel in den Fig. 4 und 5 gewählte Code ist wie bei den übrigen folgenden Figuren derart, daß die übergänge Bits des Wertes "1" der Information 5C darstellen, um ein Aufzeichnungssignal nach dem NRZ1-Code zu erhalten. Es ist zu beachten, daß die dargestellten Signale 5A, 5B und 5D und das Signal 5E, das später betrachtet wird, Gleichstromsignale der Digitalwerte O und 1 sind, daß es sich jedoch auch um Wechselstromsignale handeln kann, wie sie in den vorhergehenden Figuren dargestellt sind. Die Komponenten der Vorrichtung 10 zur Bildung dieser Signale arbeiten in Wirklichkeit mit Gleichstrom, während eine Umsetzung der betroffenen Signale in Wechselstromgrößen zur Erzeugung des Aufzeichnungssignals später erfolgt.Das Taktsignal 5A und das Informationssignal 5D werden an zwei Eingänge einer Exklusiv-ODER-Schaltung 14 angelegt, die am Ausgang ein Signal 5E erzeugt. Diese Schaltung 14 erfüllt die Aufgabe eines Phasenmodulators, der die Phase des Taktsignals 5A mit einem vorbestimmten Wert (von 180°) moduliert (äquivalent dem ursprünglichen Polarisationssignal S aus Fig. 3), und zwar bei jedem Erscheinen der Übergänge des Informationssignals 5D, um erfindungsgemäß ein moduliertes Polarisierungssignal 5E zu liefern, das dem Signal S . aus Fig. 3 äquivalent ist.

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Das Polarisierungssignal 5E, das am Ausgang der Schaltung 14 auftritt, und das codierte Informationssignal 5D steuern zwei Eingänge eines Kombinierelements'15 an, das an seinem Ausgang ein Aufzeichnungssignal 5F liefert, das für die Aufzeichnungswicklung 16 des nicht dargestellten Aufzeichnungskopfes bestimmt ist. Die Kombinationsschaltung 15 ist im wesentlichen gebildet aus zwei Stromunterbrechern 15A, 15B, die das Polarisierungssignal 5E und das Informationssignal 5D verarbeiten. Die Unterbrecher 15A und 15B sind jeweils zusammengesetzt aus zwei Stromquellen 17a, 17b, die von einer Spannungsquelle +V gespeist werden, und aus zwei Transistorpaaren 18a, 18a¹ bzw. 18b, 18b¹, deren Emitter gemeinsam mit dem Ausgang der jeweiligen Stromquelle 17a, 17b verbunden sind und deren Kollektoren mit den Anschlußenden der Aufzeichnungsspule 16 verbunden sind, deren Mittelpunkt auf eine vorbestimmte Spannung -V gelegt ist. Das Polarisierungssignal 5E, das von der Schaltung 14 abgegeben wird, ist direkt an die Basis des Transistors 18a und über einen Inverter 19a an die Basis des Transistors 18'a angelegt. Desgleichen ist das Informationssignal 5D direkt an die Basis des Transistors 18b und über einen Inverter 19b an die Basis des Transistors 18'b angelegt. Die Unterbrecher 15a, 15b schalten somit Ströme, die die Form der Signale 5D und 5E haben und somit zu Wechselstromsignalen werden. Diese Ströme addieren sich in der Wicklung 16 in Form des Signals 5F, analog dem Aufzeichnungssignal S , das in Fig. 3 dargestellt ist. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß aufgrund der Phasenverschiebung von 180° in dem Signal 5E im Zeitpunkt jedes Übergangs des Informationssignals 5D diese Phasenmodulation in dem resultierenden Signal 5F die übergänge von +a nach +b und von -a nach -b zu Zeitpunkten verursacht, die stets den übergängen des Informationssignals entsprechen.

Bei dem in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel steuert das Taktsignal 5A die Bildung des Informationssignals

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5D über den Frequenzteiler 12. Das Signal 5E zur magnetischen Polarisierung ist aufgrund des durch die Schaltung 14 gebildeten Phasenmodulators synchron mit dem Taktsignal 5A.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Vorrichtung 20, die eine Ausführungsvariante der vorstehend beschriebenen digitalen Aufzeichnungsvorrichtung 10 ist. Die Ähnlichkeit zwischen den Vorrichtungen 10 und 20 ist dadurch angedeutet, daß die Elemente 21 bis 28 und 28' der Vorrichtung 20 jeweils den Elementen 11 bis 18 und 18' der Vorrichtung 10 entsprechen. Die Signale 7A bis 7E sind im übrigen analog den Signalen 5A bis 5E, während das Signal 7E· eine zeitlich verschobene Form des Signals 7E darstellt und das Signal 7F' das Signal darstellt, welches aus dem Signal 7E' resultiert und ebenfalls eine zeitlich verschobene Form des Signals 5F ist. Die Signale 7G und 7H sind neue Signale, die bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsvariante auftreten.

In gleicher Weise wie die Vorrichtung 10 enthält die Vorrichtung 20 einen Taktgeber 21, einen Frequenzteiler 22, einen Codierer 23, eine Exklusiv-OR-Schaltung 24 und ein Kombinierelement 25, das eine Aufzeichnungswicklung 26 speist und eine Stromquelle 27 enthält, die ein Transistorpaar 28, 28' speist, das zur Ansteuerung der Wicklung 26 bestimmt ist. Der Taktgeber 21 liefert ein Taktsignal 7A zu dem Frequenzteiler 22 und zu einem Eingang der Schaltung 24. Der Teiler 22 teilt die Frequenz des Taktsignals 7A durch einen ganzzahligen Faktor N, der vorbestimmt ist (hier N=6), um ein Signal 7B zu erzeugen, das als Taktsignal für die Codierung des ursprünglichen Informationssignals 7C dient, das in den Codierer 23 eintritt. Dieser Codierer führt die Frequenzsynchronisation der Signale 7B und 7C durch und liefert auf diese Weise zum anderen Eingang der Schaltung 24 ein codiertes kontinuierliches Informationssignal 7D. Die Schaltung bildet einen Phasenmodulator zur Erzeugung eines modulierten Polarisierungssignals 7E, wobei jeder übergang des Informa-

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tionssignals 7D nacheinander eine Phasenverschiebung des Taktsignals 7A um 180° auslöst.

Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsvariante verwendet als Element zur Ansteuerung der Wicklung 26 eine übliche Einheit, die aus zwei Transistoren 28 und 28' und aus der Stromquelle 27 gebildet ist, die zwei Eingänge 27a, 27b aufweist, um hohe bzw. niedrige Ströme anzusteuern. Das dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft die Steuerung durch den Eingang 27a, wodurch der im Normalbetrieb von der Quelle 27 gelieferte geringe Strom in einen starken Strom vorbestimmter Intensität während eines Impulses des an den Anschluß 27a angelegten Signals umgeschaltet wird. Um diese Steuerung ausgehend von dem Taktsignal 7A vorzunehmen, enthält das Kombinierelement 25 ein D-Flip-Flop 29. Es wird daran erinnert, daß ein solches D-Flip-Flop einen mit "D" Dateneingang, einen mit "G" bezeichneten Steuereingang und zwei Ausgänge aufweist, nämlich den direkten Ausgang Q und den Komplementärausgang Q. In einer solchen Kippschaltung folgt der Ausgang dem Eingang auf Befehl des an den Eingang G angelegten Steuersignals. Folglich empfängt die Kippschaltung bzw. das Flip-Flop 29 am Eingang D das Taktsignal 7A und an seinem Steuereingang G ein Signal 7G der doppelten Frequenz, das von dem Ausgang Q~ einer astabilen Kippschaltung abgegeben wird, die einen Taktgeber 30 bildet. Zur Vereinfachung steuert der direkte Ausgang Q des Taktgebers einen Teiler an, der durch 2 teilt und den Taktgeber 21 bildet und somit das symmetrische Rechtecksignal 7A liefert (dessen Zyklusverhältnis 0,5 beträgt). Das Ausgangssignal der Kippschaltung 29 nimmt unter den in Fig. 7 gezeigten Bedingungen die Form des Signals 7H an. Da das Signal 7H um eine Viertelperiode gegen das Polarisierungssignal 7E verschoben ist, ist ein D-Flip-Flop 31 zwischen den Ausgang der Schaltung 24 und den Stromunterbrecher 28, 28' eingefügt, um eine gleiche Verschiebung des modulierten Polari-

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sierungssignals 7E zu bewirken. Auf diese Weise wird das von der Schaltung 24 abgegebene Signal 7E an den D-Eingang der Kippschaltung 31 angelegt, die wiederum von dem Signal 7G vom Ausgang Q des Taktgebers 30 angesteuert wird. Der direkte Ausgang Q der Kippschaltung 31 steuert die Basis des Transistors 28' über einen Verstärker 32 an, während der invertierte Ausgang Q¹ die Basis des Transistors 28 über einen Verstärker 33 ansteuert. Auf diese Weise hat das in der Aufzeichnungswicklung 26 fließende Signal die als Fig.7F' gezeigte Form, wobei dieses Signal eine um ein vorbestimmtes Zeitintervall (hier eine Viertelperiode) in bezug auf die übergänge des Informationssignals 7D verschobene Signalform ist. Da diese Zeitspanne konstant ist, entspricht das Signal 7F¹ dem Signal 5F bei der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung.

Das hier dargestellte und beschriebene System hat den Vorteil, eine präzise Phasenbeziehung zwischen dem Signal 7H zum Ansteuern des starken Stromes und dem Signal 7E' zum Steuern des Stromunterbrechers 28, 28' herbeizuführen, aufgrund der Verwendung des Taktsignals 7G, das die beiden Flip-Flops 29 und 31 ansteuert, welche die Signale 7H und 7E¹erzeugen. Die Vorrichtung 20 wird folglich von den Laufzeiten in den verschiedenen Bauteilen vor den Flip-Flops nicht beeinflußt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung geht aus Fig. 8 hervor, die mit dünnem Strich das theoretische Signal 7F¹ und mit starkem Strich die Signalform 7F" des in der Praxis auf dem Aufzeichnungsträger erhaltenen Signals darstellt. Es ist nämlich festzustellen, daß die Spitzenamplitude bei den einen übergang markierenden Halbwellen höher ist als bei den anderen Halbwellen. Unter Berücksichtigung der parasitären resistiven und kapazitiven Komponenten der Aufzeichnungswicklung wird nämlich deutlich, daß diese eine Zeitkonstante für den Aufbau des Aufzeichnungssignals

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bis zu den Spitzenwerten ±a und ±b verursacht. Daraus folgt, daß das tatsächliche Signal 7P" normalerweise diese Werte im Verlauf einer Halbperiode nicht erreichen kann und bei Spitzenwerten abbricht, für die gilt |a'| < |a| sowie |b'| < |b|. Wegen der in das erfindungsgemäß modulierte Polarisierungssignal eingeführte Pegelstufen h und 1 verfügt das tatsächliche Signal 7F" über eine ganze Periode, so daß die Spitzenamplituden |b"| der die Übergänge markierenden Halbwellen praktisch gleich |b| sind. Dadurch wird die Sicherheit bei der Wiedergabe der aufgezeichneten Nachricht verbessert.

Es ist auch zu beachten, daß die positiven und negativen Übergänge der Informationssignale 5D und 7D einer niedrigen Pegelstufe 1 bzw. hohen Pegelstufe h bei den Aufzeichnungssignalen 7F und 7F' entsprechen. Fig. 9 zeigt ein Aufzeichnungssignal 7F"', das anstelle des Signals 7F¹ erhalten würde, wenn der Ausgang Q der Kippschaltung 29 (Fig. 6) den Steuereingang 27b zur Steuerung der schwachen Ströme der Stromquelle 27 ansteuern würde und die Verbindung 19Q mit 27a entfallen würde. Es ist dann ersichtlich, daß die positiven und negativen übergänge der Informationssignale 5D und 7D einer hohen bzw. niedrigen Pegelstufe des Aufzeichnungssignals 7F"' entsprechen.

Schließlich ist zu beachten, daß allgemein bei einer Vorrichtung 20 der in Fig. 6 gezeigten Art die Frequenz des Polarisierungssignals 7E ein ganzzahliges Vielfaches (hier Zweifaches) der Frequenz des von dem Taktgeber 30 abgegebenen Signals 7G sein muß.

Die Fig. 10 und 11 zeigen eine magnetische Aufzeichnungsvorrichtung nach einer Ausführungsvariante der Vorrichtung 20, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 9 beschrieben wurde. Die Ähnlichkeit zwischen den Vorrichtungen

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20 und 40 ist angedeutet durch die Analogie der Bezugszeichen für die Komponenten und Signale/ wobei also die Komponenten bzw. Bauteile 41 bis 53 der Vorrichtung 40 den Elementen 21 bis 33 der Vorrichtung 20 entsprechen und die Signale 11A bis 11H den Signalen 7A bis 7H entsprechen. Der Unterschied im Aufbau der Vorrichtungen und 40 liegt in der Bildung der Taktsignale für die Verknüpfungsschaltung 44 und in dem Kombinierelement 45. Während bei den Vorrichtungen 10 und 20 die Taktsignale 5B und 7B, welche die Codierung des in die Codierer 13, 23 eintretenden Informationssignals steuern, von einem Taktgeber 11 bzw. 21 durch Frequenzteilung abgegeben werden, wird bei der Vorrichtung 40 das Signal 11B zur Codierung der ursprünglichen Information 11C in dem Codierer 43 direkt von einem Basistaktgeber 54 erzeugt, aus dessen Signal das Taktsignal 11A durch aufeinanderfolgende Frequenzumwandlungen gebildet wird. Das Signal 11B durchläuft einen Teiler 55, der durch 2 teilt und ein Signal 111 erzeugt, das an einen ersten Eingang eines Phasenvergleichers

56 angelegt wird. Dieser Vergleicher ist das erste Element eines Phasenverriegelungssystems mit den weiteren Elementen 50 41, 42 und 57, das derart wirkt, daß sein Ausgangssignal dem Signal 111 entspricht, um die astabile Kippschaltung anzusteuern. Die Frequenz des Signals 11G steht somit in einer vorbestimmten Beziehung zu dem Signal 111, ebenso wie das Signal, das am Ausgang Q des Oszillators 50 erzeugt wird und den Taktgeber 41 steuert. Dieser Taktgeber ist ein Teiler, der durch 2 dividiert, so daß er das Taktlsignal 11A liefert, das zur Erzeugung des Polarisierungssignals 11E erforderlich ist, das aus der Verknüpfungsschaltung 44 austritt. Die Frequenz des Taktsignals 11A wird durch eine Rückführungsschlaufe geregelt, die durch einen Teiler 42 gebildet ist, der durch N dividiert (N=6 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel), auf den ein Teiler

57 folgt, der durch 2 teilt und ein Signal 11J erzeugt, das

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an einen zweiten Eingang des Phasenvergleichers 56 angelegt wird. Auf diese Weise wird jegliche Phasenschwankung des Signals 11J durch den Vergleicher 56 korrigiert, um eine Annäherung an die Phase des Signals 111 zu bewirken.

Die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beruhen zwar auf der Codierung nach dem NRZ1-Code, die vorstehende Beschreibung zeigt jedoch deutlich, daß die Erfindung auf jegliche Art von Codierung Anwendung finden kann, bei der eine beliebige Folge von übergängen erfolgt (z.B. Codierung mit codierter Phase).

Bei den dargestellten Taktsignalen handelt es sich zwar um "quadratische" Impulssignale (mit dem Zyklusverhältnis 0,5), die Erfindung kann jedoch auf jegliches rechteckförmige Impulssignal (mit beliebigem Zyklusverhältnxs) oder jedes wellenförmige Wechselstromsignal, z.B. ein sinusförmiges Signal, Anwendung finden. Es werden nämlich nur die Stromstärken, nämlich starke und geringe Stromstärke, beim Auslesen und bei der Wiedergabe der Informationen berücksichtigt, da sie das Arbeitsgebiet auf der Magnetisierungskurve des Materials bestimmen, unabhängig von den Umschaltzeiten zwischen hohen und geringen Strömen. Durch die Phasenmodulation des Polarisierungssignals in Übereinstimmung mit der Erfindung wird erreicht, daß die Kombinierung dieses codierten Informationssignals stets in günstiger Weise stattfindet.

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Claims

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

13. Juni 1980

COMPAGNIE INTERNATIONALE POUR L'INFORMATIQUE CII -HONEYWELL BULL
94, Avenue Gambetta
75020 Paris / Frankreich

Unser Zeichen: C 3271

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur magnetischen Aufzeichnung eines digitalen Informationssignals/ das aus einer Folge von übergängen zusammengesetzt ist, wobei dem Informationssignal ein Hochfrequenzsignal konstanter Amplitude zur magnetischen Polarisierung bzw. Vormagnetisierung überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Phase des Polarisationssignals mit den übergängen des Informationssignals moduliert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktsignal zur Steuerung der Informationssignalbildung verwendet wird und das magnetische Polarisationssignal mit dem Taktsignal synchron gemacht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenmodulation aus aufeinanderfolgenden Phasenumkehrungen des Polarisationssignals um 180° bei jedem Auftreten der übergänge des Informationssignals besteht.

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4. Vorrichtung zur magnetischen Aufzeichnung eines fliuitalen Informationssignals, das aus einer Folge von ni«.fgängen zusammengesetzt ist, zur Durchführung dos Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit Mi. ι lein zur magnetischen Polarisierung, die ein ursprüngliches Hochfrequenz-Polarisationssignal konstanter Amplitude abgeben, und mit Mitteln zum Kombinieren des Informationssignals mit dem magnetischen Polarisationssignal zur Lieferung eines Aufzeichnungssignals, gekennzeichnet durch Mittel zur Phasenmodulation des ursprünglichen Polarisationssignals relativ zu den Übergängen des Informationssignals .
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Polarisationsmittel eine Quelle für Taktsignale enthalten, wovon eine erste Form zur Bildung des ursprünglichen Polarisationssignals und eine zweite Form zur Bildung des Informationssignals verwendet wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Phasenmodulation eine Exklusiv-OR-Schaltung enthalten, die das ursprüngliche Polarisationssignal und das Informationssignal empfängt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationsmittel zwei Stromunterbrecher enthalten, die zu einer Aufzeichnungswicklung zur Erzeugung des Aufzeichnungssignals Ströme liefern, welche das phasenmodulierte Polarisationssignal bzw. das Informationssignal darstellen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationsmittel eine Stromunterbrechervorrichtung, die zu dem Informationssignal komplementäre Formate empfängt und mit der Aufzeichnungswicklung

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verbunden ist, und eine Stromquelle enthalten, die den
Stromunterbrecher speist und auf starken oder schwachen
Strom gesteuert wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationsmittel zwei D-Flip-Flops enthalten, wobei eine erste der Kippschaltungen an ihrem D-Eingang die
erste Form des Taktsignals und an ihrem Eingang G ein
zweites Taktsignal empfängt, dessen Frequenz einem ganzzahligen Vielfachen der Frequenz der ersten Form des
ersten Taktsignals entspricht, und wobei ein zweites
D-Flip-Flop an seinem Eingang D das ursprüngliche Polarisationssignal und an seinem Eingang G das Taktsignal
empfängt, wobei die Ausgänge Q und Q des zweiten D-Flip-Flops die komplementären Formate des Informationssignals liefern.

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