DE3120448C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine derartige Vorrichtung dient zum Ausführen eines Verfah­ rens, wie es in "Siemens Zeitschrift 51 (1977), S. 112-117" beschrieben ist. Ändert sich die Signalfrequenz eines Ein­ gangs-Schreibsignales plötzlich, wird es so verändert, daß beim Ausgangs-Schreibsignal der Pegelwechsel an der Sprung­ stelle bereits verfrüht ausgeführt wird und an der Rücksprung­ stelle verzögert wird. Dies entspricht einer Erhöhung des Tastverhältnisses. Die Verlagerung der Sprungzeitpunkte im Ausgangs-Schreibsignal gegenüber dem Eingangs-Schreibsignal wirkt sich nur auf einen einzigen Impuls aus.

Auch bei einem Verfahren, wie es aus US-PS 40 00 513 bekannt ist, wird an einer Sprungstelle der Übergang im Ausgangs- Schreibsignal gegenüber dem Übergang im Eingangs-Schreibsignal vorgezogen oder verzögert. Die zu ergreifende Maßnahme wird von den Signalmustern abhängig gemacht, wie sie vor und nach dem Sprung vorliegen. Unterschiedliche Signalmuster und zu­ gehörige Maßnahmen sind in einem ROM gespeichert. Auch hier wirkt sich jedes Vorziehen oder Verzögern nur auf einen Impuls aus.

Bei Anwendung derartiger Vorrichtungen kommt es trotz der er­ griffenen Maßnahmen noch zu Spitzenversätzen, wenn sich die Signalfrequenz des Zweipegel-Signales sprunghaft ändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die Spitzenversätze bei plötzlichen Änderungen der Signalfrequenz des aufzuzeich­ nenden Zweipegel-Signales noch stärker verringert als bishe­ rige Vorrichtungen.

Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß das Tastverhältnis des Zweipegel-Signales nicht nur kurzzeitig beim Sprung der Signalfrequenz erhöht wird, sondern daß es noch über mehrere Zyklen gegenüber dem Ausgangstastverhältnis er­ höht bleibt, jedoch auf das Ausgangstastverhältnis allmählich hin abneh­ mend. Dadurch kommt es nicht mehr zu Spitzenversätzen, die bei Verwendung bisheriger Vorrichtungen dadurch verursacht wurden, daß das bei einem Sprung der Signalfrequenz erhöhte Tastverhältnis plötzlich rückgängig gemacht wurde.

Im folgenden wird die Maßnahme des Erhöhens des Tastverhält­ nisses auch als Vorverzerrung bezeichnet.

Erfindungsgemäß können so Zweipegel-Signale wie FM-Puls­ trägersignale und Digitalsignale auch in solchen Fällen mit sehr geringen nicht-linearen Verzerrungen wiedergegeben werden, in denen die Signalfrequenz bzw. die Bit-Dichte solcher Zweipegel-Signale sprunghaft ansteigt.

Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Block- bzw. Schalt­ bild einer erfindungsgemäßen Vorrich­ tung,

Fig. 2 Impulsdiagramme zur Erläuterung der Funk­ tion der Vorrichtung von Fig. 1, und

Fig. 3 Spannungswellenzüge zur Erläuterung der Erfindung.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Aufzeichnungsschaltung umfaßt eine Pufferschaltung 3, ein Tiefpaßfilter 4, eine Phasenschieber­ schaltung 6, einen Komparator 7, einen Verstärker 8 und einen Aufzeichnungskopf 9. Die z. B. einen Operationsverstärker oder eine andere übliche Schaltung mit relativ hohem Eingangs- und niedrigem Ausgangswiderstand enthaltende Pufferschaltung 3 ist mit Eingängen 1 und 2 verbunden und bezieht von ihnen ein Zweipegel-Signal Si, das z. B. ein FM-Pulsträger, dessen Frequenz zur Informationsdarstellung moduliert ist, oder ein aus EINSen oder NULLen bestehendes Digitalsignal ist. Ausgangsseitig ist die Pufferschaltung 3 über einen Strom­ begrenzerwiderstand Ro an das dem Zweipegel-Signal höher­ frequente Komponenten entziehende Tiefpaßfilter 4 ange­ schlossen, welches den scharfen steilen Vorder- und Hinter­ flanken des Zweipegel-Signals eine abgeschrägt ansteigende bzw. abfallende Form verleiht. Falls das ankommende Zwei­ pegel-Signal Si bereits flache oder abgerundete Vorder- und Hinterflanken bzw. eine geeignete Flankenneigung hat, kann auf das Tiefpaßfilter 4 verzichtet werden. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 4 ist mit dem nicht-invertierenden Eingang einer weiteren Pufferschaltung 5 verbunden, die z. B. ein Operationsverstärker ist, dessen invertierender Eingang (in Fig. 1 mit Kreis) auf den Ausgang dieses Verstärkers rückgekoppelt ist.

Der Ausgang der Pufferschaltung 5 ist über eine Kapazität an die Phasenschieberschaltung 6 in Form eines RC-Differenzierglie­ des angeschlossen. Sie besteht aus einem in Serie an die Pufferschaltung 5 angeschlossenen Kondensator C₁ mit parallel­ geschaltetem veränderbarem Widerstand R₁ und einem an Masse gelegten Ableitwiderstand R₂. Der veränderbare Widerstand R₁ kann spannungsreguliert wie der Kollektor-Emitterwiderstand eines bipolaren Transistors oder der Source-Drainwiderstand eines Feldeffekttransistors od. dgl. sein. Durch diese Phasen­ schieberschaltung 6 wird die Phase des zugeführten Signals entsprechend seiner Frequenz verändert bzw. verschoben. An die Verknüpfungsstelle zwischen C₁ und R₂ der Phasenschieber­ schaltung 6 ist der Komparator 7 angeschlossen, um das phasen­ verschobene Zweipegel-Signal mit einem vorgegebenen Schwell­ wertpegel zu vergleichen, der im vorliegenden Fall die Null-Linie ist. Der Komparator 7 erfaßt den Null-Linien- Wechsel des ihm zugeführten phasenverschobenen Zwei­ pegel-Signals. Alternativ kann der Komparator 7 das Signal auch mit einem Mittelwert oder einer Bezugswechsel­ spannung vergleichen. Außer dem mit dem Ausgang der Phasen­ schieberschaltung 6 verbundenen Eingang hat der Komparator 7 einen über einen Widerstand an Masse gelegten zweiten Ein­ gang.

Der Ausgang des Komparators 7 ist über einen Verstärker 8, der vorzugsweise ein dem Fachmann bekannter sog. Schaltver­ stärker (Switching Amplifier) ist, mit dem Aufzeichnungs­ kopf 9 verbunden, welcher das verstärkte phasenverschobene Zweipegel-Signal auf ein magnetisches Medium 10 aufzeichnet, beispielsweise ein Magnetband.

Im Betrieb wird der Aufzeichnungsschaltung von Fig. 1 das in Fig. 2A dargestellte Zweipegel-Signal Si zugeführt, ein Digi­ talsignal, welches wie angenommen vor einem Zeitpunkt T eine Folge binärer NULLen hatte und nach T zwischen binären EINSen und NULLen wechselt, d. h. die Bit-Folge 10101010 aufweist. Statt dessen kann das Signal Si auch ein FM-Pulsträgersignal sein, welches vor T eine relativ niedrige Frequenz und zum Zeitpunkt T zu einer relativ höheren Frequenz übergeht. Bei beiden Signalarten erfolgt zum Zeitpunkt T eine abrupte Er­ höhung der Pegel-Wiederholungsrate oder -Wechselfrequenz.

Das Tiefpaßfilter 4 befreit das von der Pufferschaltung 3 kommende Eingangs-Zweipegelsignal Si von höherfrequenten Komponenten und verwandelt es dabei in das in Fig. 2B dar­ gestellte gefilterte Zweipegel-Signal Sa, dessen Vorder- und Hinterflanken im Gegensatz zu dem flankensteilen Signal von Fig. 2A deutlich schräg ansteigen bzw. abfallen. Falls das Eingangs-Zweipegelsignal schon eine Form gem. Fig. 2B hat, kann auf ein Tiefpaßfilter 4 verzichtet werden.

Das gefilterte Signal Sa gelangt über die Pufferschaltung 5 in die Phasenschieberschaltung 6 und wird darin in ein phasen­ verschobenes Zweipegel-Signal Sb verwandelt, das zwar die Wellenform des Signals Sa beibehält, dessen Pegelmittelwert jedoch im ersten Zyklus nach der Zeit T relativ zur Null-Linie nach oben verschoben ist und danach gleitend wieder auf die normale Null-Linie zurückkehrt. Diese Rückkehr des Pegelmittel­ werts im Signal Sb von der höheren Anfangsamplitude zur Normal­ amplitude ist durch eine unterbrochene Linie angedeutet. Die Folge dieser Pegelverschiebung in dem phasenverschobenen Zwei­ pegel-Signal Sb ist eine Verschiebung von dessen Null-Linien- Wechselpunkten, die relativ zu den normalen Null-Linien-Wechsel­ punkten in Fig. 2B beim Positiv-Übergang vorverlegt und beim anschließenden Negativ-Übergang zurückverlegt sind. Diese Ver­ schiebungen werden im zweiten Zyklus geringer als im ersten und sind bereits im dritten Zyklus praktisch verschwunden. Diese in der Schaltung 6 durchgeführten Nullinienwechsel- Verzerrungen in dem phasenverschobenen Signal Sb werden als Phasenverzerrung des gefilterten Zweipegel-Signals Sa bezeich­ net. Diese Phasenverzerrung ist in dem mit Zeitpunkt T beginnen­ den ersten Zyklus am größten, nimmt laufend ab und ist etwa im dritten Zyklus des gefilterten Signals praktisch nicht mehr vorhanden.

Das vom Ausgang der Schaltung 6 abgegebene phasenverschobene Zweipegel-Signal Sb wird in dem Komparator 7 mit dem erwähnten Pegelschwellwert bzw. der Bezugswechselspannung verglichen. Der Komparator 7 arbeitet wie ein Amplitudenbegrenzer und ver­ wandelt das phasenverschobene Signal in das in Fig. 2D darge­ stellte Rechteckimpulssignal Sc. Das in Fig. 2C dargestellte phasenverschobene Signal Sb hat, wenn sich die Wiederholungs­ folge des Eingangssignals Si sprunghaft erhöht, infolge der zuvor erläuterten Verschiebung seiner Null-Linien-Wechselpunkte ein höheres Tastverhältnis, welches auch in dem in Fig. 2D dargestellten Rechteckimpulssignal Sc deutlich vorhanden ist. Dieses erhöhte Tastverhältnis beginnt in Fig. 2D an einem Punkt a (s. Pfeil), wird im nächsten Zyklus bereits kleiner und geht schließlich etwa beim dritten Zyklus wieder in das normale Tastverhältnis über. Erhöhtes Tastverhältnis bedeutet, daß beginnend mit dem Punkt a der ins Positive gehende Impuls des Zweipegel-Signals Sc breiter als normal ist und anschlie­ ßend laufend wieder auf die normale Impulsbreite zurückkehrt. Da aber die Wiederholungsfolge des Signals Sc die gleiche wie beim Eingangssignal Si ist, müssen mit erhöhter Positivimpuls­ breite die ins Negative gehenden Impulse entsprechend schmaler sein.

Das phasenverschobene Signal Sc wird durch den Schaltverstärker 8 verstärkt und über den Magnetkopf 9 aufgezeichnet. Wie ein­ gangs erläutert, ist mit dem sprunghaften Ansteigen der Wieder­ holungsrate des Signals Sc am Punkt a eine nicht-lineare Ver­ zerrung des wiedergewonnenen Zweipegel-Signals zu erwarten, wie sie in Fig. 2E durch eine unterbrochene Linie angedeutet ist, falls ein Eingangs-Zweipegel-Signal gem. Fig. 2A oder 2B aufgezeichnet wird und nicht mittels der Phasenschieberschal­ tung 6 vorverzerrt worden ist. Die durch die unterbrochene Linie in Fig. 2E angedeutete nicht-lineare Verzerrung, die mit Punkt a einsetzt wo die Wiederholfrequenz sprunghaft an­ steigt, führt zu einer Reduzierung des Wiedergabesignalpegels, die anschließend kleiner wird, bis der Signalpegel wieder dem Aufzeichnungssignalpegel entspricht, s. Fig. 2E. Durch die erfindungsgemäß angewandte Vorverzerrung des Aufzeichnungs- Zweipegelsignals Sc (Fig. 2D) in Form einer Erhöhung des Tast­ verhältnisses im Augenblick eines abrupten Anstiegs der Folge­ frequenz mit anschließender Angleichung an das normale Tastverhältnis hat den Effekt, daß die Vorverzerrung des Zweipegel-Signals Sc die nicht-lineare Verzerrung bei der Wiedergabe so kompensiert, daß das wiedergewonnene Zweipegel-Signal Sd durchgehend eine normale Amplitude hat, auch in den einer abrupten Folgefrequenz-Erhöhung des aufge­ zeichneten Zweipegel-Signals folgenden ersten Zyklen. Die sonst zu einer Tastverhältnis-Reduzierung führende nicht- lineare Verzerrung des Wiedergabesignals (unterbrochene Linien in Fig. 2E) wird erfindungsgemäß durch eine Vorver­ zerrung durch Anhebung des Tastverhältnisses beim aufge­ zeichneten Zweipegel-Signal Sc aufgehoben.

In Fig. 3A sind die Wellenzüge eines nicht vorver­ zerrten wiedergegebenen Zweipegel-Signals dargestellt, dessen Folgefrequenz zum Zeitpunkt T abrupt auf eine Wellenlänge von etwa 0,9 µm ansteigt. Das Aufzeichnungsmedium ist z. B. ein Co-γ-Magnetband. Der durch die unterbrochene Linie angedeu­ tete reduzierte Wiedergabesignalpegel beginnt bei T und steigt danach parabelförmig zum Normalpegel an. Fig. 3B zeigt Wellenzüge eines sonst gleichartigen, aber durch die zuvor erläuterte Phasenverschiebung vorverzerrten Zweipegel-Signals, welches auch bei abruptem Anstieg seiner Folgefrequenz keine nachteilige Signalpegelreduzierung aufweist. Ein Vergleich der Wellenzüge von Fig. 3A und 3B zeigt, daß bei dem Spannungsver­ lauf von Fig. 3B die Null-Linien-Wechselpunkte viel besser zu erfassen sind als bei Fig. 3A. Wenn daher das Zweipegel-Signal ein Information in Form binärer EINSen und NULLen enthaltendes Digitalsignal ist, genügen zur Wiedergewinnung der Information herkömmliche Null-Linien-Wechsel-Abtasttechniken. Da in Fig. 3 zumindest die ersten Null-Linien-Wechsel im Frequenzübergangs­ bereich schwer erfaßbar sind, kann es in diesem Bereich Schwie­ rigkeiten bei der Informationsrückgewinnung geben.

Wird das Eingangs-Zweipegelsignal Si von einer logische Hochgeschwindigkeitsschaltungen wie emittergekoppelte Logikschaltungen mit sehr kurzen Ansprechzeiten enthal­ tenden Schaltung erzeugt, dann hat dieses Signal eine sehr große Flankensteilheit, so daß zur Anhebung seines Tastverhältnisses bei abrupt ansteigender Folgefrequenz eine entsprechend komplizierte Phasenverschiebungsschaltung erforderlich wäre. Darum werden durch das Tiefpaßfilter 4 dem Eingangssignal Si unter Beseitigung seiner höherfrequenten Komponenten flachere Anstiegs- und Abfallflanken verliehen, wie sie das in Fig. 2B dargestellte Zweipegel-Signal Sa hat. Falls dagegen das Eingangssignal schon die Wellenform nach Fig. 2B hat, kann auf ein Tiefpaß­ filter verzichtet werden.

Fig. 3A macht deutlich, daß die dem wiedergegebenen Zweipegel- Signal erteilte nicht-lineare Verzerrung von der Signal-Wel­ lenlänge abhängig ist, weil ein abrupter Anstieg bei einem Wiedergabesignal mit relativ kurzer Wellenlänge zu einer relativ starken Signalpegelabsenkung durch nicht-lineare Verzerrung führt, die erfindungsgemäß durch entsprechende Vor-Verzerrung des Zweipegel-Signals vor seiner Aufzeichnung kompensiert wird. Da erfindungsgemäß nur die Phase des Zwei­ pegel-Signals verändert wird, kann als Aufnahmeverstärker 8 nicht nur ein Analogverstärker sondern zweckmäßigerweise ein wesentlich einfacherer Schaltverstärker verwendet werden.

Die Vorverzerrung durch Änderung des Tastverhältnisses des Zweipegel-Signals vor dessen Aufzeichnung ist eine Funktion des Informationsinhalts dieses Signals. Ob es sich bei dem Zweipegel-Signal um einen FM-Pulsträger, bei dem Frequenz Information bedeutet, oder um ein Digitalsignal aus binären EINSen und NULLen handelt - in jedem Fall wird erfindungsgemäß das Tastverhältnis erhöht, wenn die Frequenz des Trägers bzw. die Bit-Dichte des Digitalsignals abrupt ansteigt.

Da erfindungsgemäß nicht-lineare Verzerrungen durch Vorverzerrung des Zweipegel-Signals kompensiert werden, kann unabhängig von Phasenverschiebungseigenschaften der Phasenschieberschaltung 6 ein optimaler Signalauf­ zeichnungs-Strompegel gewählt werden. Die Einstellung des gewünschten Aufzeichnungsstrompegels oder der Phasen­ verschiebungseigenschaften können unabhängig voneinander erfolgen. So können die Signale mit optimalen Pegeln auf­ gezeichnet und mit sehr geringer nicht-linearer Verzerrung wiedergegeben werden.

Die Pufferschaltungen 3 und 5 können durch herkömmliche Bauelemente gebildet sein, welche den Zweck erfüllen, ein­ gangsseitig angeschlossene Schaltungen von den ausgangsseitig angeschlossenen Schaltungen zu trennen.,

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Reduzierung des Spitzenversatzes bei der Auf­ zeichnung eines Signals mit zwei Signalpegeln (Zweipegel- Signal) auf ein magnetisches Speichermedium, die bei sprung­ hafter Änderung der Signalfrequenz das Tastverhältnis des aufzuzeichnenden Zweipegel-Signals erhöht, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (6, 7), die bei sprunghafter Änderung der Signalfrequenz das erhöhte Tastverhältnis über mehrere Zyklen des aufzuzeichnenden Zweipegel-Signals, allmählich auf das normale Tastverhältnis hin abnehmend, aufrechterhält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net , daß die Schaltungsanordnung (6, 7) eine Phasenschie­ berschaltung (6) und einen Komparator (7) aufweist, der das phasenverschobene Zweipegel-Signal mit einem bestimmten Schwellwert vergleicht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net , daß die Phasenschieberschaltung (6) ein RC-Differen­ zierglied aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Widerstand (R₁) des RC-Differenziergliedes ein veränderbarer Widerstand ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schwellwert der Null-Pegel ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Phasenschieberschaltung (6) die Null-Linie des Zweipegel-Signals verschiebt, wenn dessen Signalfrequenz sprunghaft ansteigt.