DE3717981C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Umsetzen von Analogsignalen in Binärsignale gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Unter Analogsignalen werden dabei insbesondere analoge Datensignale verstanden, die von einem magnetischen Le­ sekopf beim Lesen von auf einem magnetischen Aufzeichnungsträ­ ger gespeicherten Daten erzeugt werden. Der magnetische Auf­ zeichnungsträger kann beispielsweise ein Magnetband, eine Flop­ pydisk oder eine Magnetplatte sein. Unter den Binärsignalen werden insbesondere binäre Datensignale verstanden, die zu den Zeitpunkten der Spitzen der Analogsignale oder zu den Zeitpunk­ ten der Nulldurchgänge der aufbereiteten entzerrten Analogsi­ gnale auftreten. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einem Schreib/Lesesystem eines Datenspeichers werden an das Schreibsystem üblicherweise binäre Signale angelegt, die den auf dem Aufzeichnungsträger aufzuzeichnenden Daten zugeordnet sind. Unter Verwendung des Lesesystems werden diese Daten wie­ der vom Aufzeichnungsträger gelesen und in Form der Binärsigna­ le für eine weitere Verarbeitung zur Verfügung gestellt. Bei einer Speicherung auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger werden zur Erzeugung eines magnetischen Felds für die Aufzeich­ nung die dem Schreibsystem zugeführten Binärsignale vor ihrer Zuführung zu dem magnetischen Schreibkopf üblicherweise ampli­ tudenmäßig und/oder zeitmäßig verändert und häufig wird auch ein hochfrequentes Vormagnetisierungssignal hinzuaddiert. Beim Lesen der Daten von dem Aufzeichnungsträger ist zunächst zu vermuten, daß die von dem Lesesystem abgegebenen Signale dem auf dem Aufzeichnungsträger aufgezeichneten magnetischen Feld analog sind. Dies ist jedoch nur bei Analogaufzeichnungssyste­ men der Fall, die beispielsweise für die Direktaufzeichnung in Meßsystemen und auch bei herkömmlichen Audioaufzeichnungen ver­ wendet werden. Da ein magnetischer Lesekopf normalerweise Lese­ signale abgibt, die dem zeitlichen Differential des auf dem Aufzeichnungsträger aufgezeichneten magnetischen Feldes ent­ sprechen, enthalten bei derartigen Systemen die Lesesysteme ei­ nen Integrator.

Auch bei digitalen Schreib/Lesesystemen mit hoher Aufzeich­ nungsdichte könnte in einem Lesesystem eine Integration verwen­ det werden, jedoch werden in diesem Fall sehr hohe Anforderun­ gen an das zugehörige Schreibsystem gestellt. Es wäre ein hoch­ frequentes Vormagnetisierungssignal erforderlich, um eine li­ neare Aufzeichnung eines von der Folge der aufzuzeichnenden Da­ ten abhängigen amplitudenkompensierten Signals zu erreichen. Dies ist jedoch bei den gegenwärtig vorliegenden Aufzeichnungs­ normen für die Aufzeichnung digitaler Daten nicht üblich. Bei der Verwendung eines Lesesystems, das einen integrierenden Ver­ stärker benutzt, können dabei Schwierigkeiten auftreten, wenn sehr unterschiedliche Aufzeichnungsträger gelesen werden, die von Schreibsystemen in verschiedenen Geräten beschrieben sind. Alle üblichen Lesesysteme basieren daher auf der Differentia­ tion der vom Lesekopf abgegebenen Analogsignale, um die infor­ mationstragenden Nulldurchgänge mit großer Genauigkeit ohne zu große Störungen durch eine Verschiebung der Nullinie zu erken­ nen. Die Nulldurchgänge der differenzierten Analogsignale ent­ sprechen dabei den Spitzen der vom Lesekopf abgegebenen Lesesi­ gnale. Jedoch treten durch die Differentiation durch den Lese­ kopf und die anschließende nochmalige Differentiation häufig unerwünschte Nulldurchgänge auf, die die Zuverlässigkeit des Schreib/Lesesystems vermindern.

In der DE-OS 33 22 251 wird ein derartiges Verfahren zum Wiederherstellen digitaler Daten beschrieben, bei dem die Daten differenziert werden, die Daten integriert wrden, und die differenzierten Daten in Abhängigkeit von den integrierten Daten getastet werden. Dieses Verfahren, bei dem ausgenutzt wird, daß die Nulldurchgänge des differenzierten Signals genau bestimmt werden können, wobei auch die Unregelmäßigkeiten des integrierten Signals weitgehend ausgeglichen werden, soll weiter verbessert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren und eine zugehörige Schaltungsanordnung anzugeben, bei deren Verwendung die Sicherheit bei der Umsetzung der vom Lesekopf abgegebenen Analogsignale in die den aufgezeichneten Daten zugeordneten Binärsignale erhöht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentan­ spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung verwendet die Differentiation der Analogsignale, um die die Information tragenden Nulldurchgänge zu erkennen, aber die unerwünschten Nulldurchgänge werden vollständig ver­ mieden. Dies wird dadurch erreicht, daß auch die Integration verwendet wird, aber in einer derartigen Weise, daß keine be­ sonderen Anforderungen an das Schreibsystem gestellt werden müssen. Die große Vielfalt von beschriebenen Aufzeichnungsträ­ gern kann damit in gleicher Weise gut gelesen werden, im we­ sentlichen unabhängig davon, wie sie beschrieben worden sind, solange sie mit den vorhandenen Normen übereinstimmen.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens können die Pegel der differenzierten Analogsignale und der invertier­ ten integrierten Analogsignale für die Addition unterschiedli­ che Werte aufweisen. Die Einstellung erfolgt derart, daß je­ weils eine optimale Zuverlässigkeit erreicht wird. Es ist auch möglich, die Analogsignale vor der Differentiation und der In­ tegration phasen-und/oder amplitudenmäßig zu entzerren. Weiter­ hin ist es möglich, die differenzierten Analogsignale und/oder die integrierten Analogsignale vor der Addition einer Filterung zu unterwerfen.

Als Analogsignale sind insbesondere Lesesignale vorgesehen, die von einem magnetischen Lesekopf beim Lesen von auf einem magne­ tischen Aufzeichnungsträger gespeicherten Daten erzeugt werden.

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist im Patentanspruch 6 angegeben. Hierbei können das Differenzier­ glied und/oder das Integrierglied als passive oder als aktive Glieder ausgebildet sein. Im Fall der passiven Glieder ist das Differenzierglied als CR-Glied ausgebildet und das Integrier­ glied als RC-Glied ausgebildet. Als Addierglied eignet sich insbesondere ein Differenzverstärker. Der Differenzverstärker kann insbesondere als ein Videoverstärker mit einstellbarer Verstärkung und Bandbreite ausgebildet sein.

Dem Differenzierglied und/oder dem Integrierglied können Dämp­ fungsglieder nachgeschaltet sein, die die Pegel der differen­ zierten Analogsignale und der integrierten Analogsignale verän­ dern. Schließlich können auch Filter vorgesehen sein, die die differenzierten Analogsignale und/oder die integrierten Analog­ signale filtern.

Das Verfahren gemäß der Erfindung und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens werden im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Schaltungsanord­ nung zum Umsetzen von Analogsignalen in Binärsignale,

Fig. 2 Zeitdiagramme von Signalen an verschiedenen Punkten der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durch­ führung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 Zeitdiagramme an verschiedenen Punkten der in Fig. 3 dar­ gestellten Schaltungsanordnung und

Fig. 5 ein Schaltbild eines Teils der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung.

Zunächst werden ein herkömmliches Verfahren und eine zugehörige herkömmliche Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfah­ rens anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben.

Auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger 1 sollen Schreibda­ ten W aufgezeichnet werden, die beispielsweise die in Fig. 2 dargestellten digitalen Werte aufweisen sollen. Einem nicht dargestellten Schreibkopf werden zu diesem Zweck Schreibsignale WS zugeführt, die ihre Binärwerte immer dann ändern, wenn bei den Schreibdaten W der digitale Wert 1 auftritt. Zusätzlich können die Schreibsignale WS mit einer hochfrequenten Vorspan­ nung versehen werden und es können amplituden- und zeitmäßige Veränderungen der Schreibsignale WS zur Vorentzerrung erfolgen. Auf dem Aufzeichnungsträger 1 ändert sich die Magnetisierung entsprechend den Schreibsignalen WS, um die Schreibdaten W auf dem Aufzeichnungsträger 1 aufzuzeichnen.

Bei einer Relativbewegung zwischen dem Aufzeichnungsträger 1 und einem Lesekopf 2 erzeugt dieser Lesesignale, die im folgen­ den als Analogsignale A bezeichnet werden. Durch die differen­ zierende Wirkung des Lesekopfs 2 bezüglich der Magnetisierung auf dem Aufzeichnungsträger 1 entsprechen die Extremwerte der Analogsignale A den Änderungen der Binärwerte der Schreibsigna­ le WS. Die Analogsignale A werden einer Verarbeitungsstufe 3 zugeführt, die einen Verstärker, eine automatische Amplituden­ regelung und Filter zur phasen- oder amplitudenmäßigen Entzer­ rung enthalten kann. Die Analogsignale B am Ausgang der Verar­ beitungsstufe 3 werden bei der bekannten Schaltungsanordnung einem Differenzierglied 4 zugeführt, das die Analogsignale B differenziert und diese weisen immer dann einen Nulldurchgang auf, wenn ein Analogsignal B die Steigung 0 aufweist. Die von dem Differenzierglied 4 abgegebenen differenzierten Analogsi­ gnale C werden einer Auswertestufe 5 zugeführt, die bei den Nulldurchgängen der differenzierten Analogsignale C Binärsigna­ le D erzeugt. Diese Binärsignale D können derart ausgebildet sein, daß bei jedem Nulldurchgang der differenzierten Analogsi­ gnale C nur kurze Impulse auftreten oder daß diese jeweils bis zum nächsten Nulldurchgang ihren Binärwert beibehalten. Aus den Binärsignalen D werden dann in einer nicht dargestellten Verar­ beitungseinheit die Schreibdaten W als Lesedaten zurückgewon­ nen.

Wie in Fig. 2 zu den Zeitpunkten t 1 und t 2 dargestellt ist, kön­ nen bei einer Umsetzung der Analogsignale B in die Binärsignale D unerwünschte Binärsignale D auftreten. Diese zusätzlichen Bi­ närsignale D treten dann auf, wenn die differenzierten Analog­ signale C in Abhängigkeit von den Folgen der aufzuzeichnenden Schreibdaten W zu tiefe Einsattelungen aufweisen, die die Null­ linie überschreiten und/oder wenn die Nullinie sich in Abhän­ gigkeit von den Folgen der aufzuzeichnenden Schreibdaten W ver­ schiebt.

Eine Beseitigung dieser zusätzlichen Binärsignale wird durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Schal­ tungsanordnung vermieden, die im folgenden zusammen mit den Fig. 3 und 4 beschrieben werden.

Das in Fig. 3 dargestellte Blockschaltbild unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbild im wesentlichen dadurch, daß parallel zu dem Differenzierglied 4 ein Integrier­ glied 6 vorgesehen ist, und daß der Auswertestufe 5 ein Addier­ glied 7 vorgeschaltet ist, das die differenzierten Analogsigna­ le C von den durch das Integrierglied 6 integrierten Analogsi­ gnalen E subtrahiert. Die auf diese Weise erzeugten aufbereite­ ten Analogsignale F werden dann der Auswertestufe 5 zugeführt.

Bei der Darstellung in Fig. 4 wird in entsprechender Weise wie bei Fig. 2 angenommen, daß eine vorgegebene Folge von Schreibda­ ten W auf dem Aufzeichnungsträger 1 aufgezeichnet werden soll und entsprechende Schreibsignale WS einem nicht dargestellten Schreibkopf zugeführt werden. Die Analogsignale A und B und die differenzierten Analogsignale C entsprechen ebenfalls denjeni­ gen in Fig. 1. Das Integrierglied 6 integriert jedoch die Ana­ logsignale B, um die integrierten Analogsignale E zu erzeugen, die den in der Fig. 4 dargestellten Verlauf aufweisen. Das Ad­ dierglied 7 addiert die differenzierten Analogsignale C und die invertierten integrierten Analogsignale E, um das aufbereitete Analogsignal F zu erhalten, das in der Auswertestufe 5 in Bi­ närsignale D umgesetzt wird.

Wie der Fig. 4 zu entnehmen ist, treten bei der Schaltungsanord­ nung nach Fig. 3 zu den Zeitpunkten t 1 und t 2 keine unerwünsch­ ten Binärsignale D auf, da die aufbereiteten Analogsignale F die Nullinie infolge der Addition der invertierten integrierten Analogsignale an den Stellen der Einsattelungen nicht erreichen oder überschreiten, so daß die Binärsignale D mit großer Zuver­ lässigkeit aus den Analogsignalen A oder B erzeugt werden.

Die in der Fig. 4 dargestellten Zeitdiagramme dienen zur Veran­ schaulichung der Erfindung, jedoch können die Zeitdiagramme in Abhängigkeit von der Durchführung der Erfindung geringfügig un­ terschiedlich ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn eine hochfrequente Vormagnetisierung bei der Aufzeichnung verwendet wird oder der Arbeitspunkt auf dem Aufzeichnungsträger verändert wird. Das Verhältnis zwischen den Pegeln der Signale C und E kann unterschiedlich sein, wobei das Verhältnis derart gewählt wird, daß die Binärsignale D mit größter Zuverlässigkeit erzeugt werden. Für die unterschiedli­ che Einstellung der Pegel können dem Differenzierglied 4 und/ oder dem Integrierglied 6 Dämpfungsglieder 8 nachgeschaltet sein, mittels denen die Pegel einstellbar sind. Diese können Filter enthalten, um die differenzierten Analogsignale C und/ oder die integrierten Analogsignale E amplituden- und phasenmä­ ßig zu entzerren. Das Addierglied 7 ist zweckmäßigerweise als Differenzverstärker ausgebildet und als Differenzverstärker kann insbesondere ein Videoverstärker vorgesehen sein.

Der Lesekopf 2 erzeugt die Analogsignale A beispielsweise als Gegentaktsignale, die in der Verarbeitungsstufe 3 in Eintaktsi­ gnale umgesetzt werden können. Das Differenzierglied 4 und das Integrierglied 6 können im einfachsten Fall als passive CR-bzw. RC-Glieder ausgebildet sein, aber es können auch Kombinationen von reaktiven Elementen und Widerständen oder aktive Schalt­ kreise verwendet werden.

Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Differenzierglieds 4, des Integrierglieds 6 und des Addierglieds 7. Das Differen­ zierglied 4 ist als herkömmliches CR-Glied mit einem Kondensa­ tor C 1 und einem Widerstand R1 ausgebildet und das Integrier­ glied 6 ist als herkömmliches RC-Glied mit einem Widerstand R 2 und einem Kondensator C 2 ausgebildet. Das Addierglied 7 ist als Differenzverstärker ausgebildet, der beispielsweise als Video­ verstärker unter der Bezeichnung 592 im Handel von den Firmen Signetics oder Motorola erhältlich ist. Die Addierstufe 7 wird durch zwei Betriebsspannungen +U und -U versorgt und ein Wider­ stand R 3 sowie eine Spule L dienen zum Einstellen der Verstär­ kung und der Bandbreite der Addierstufe 7.

Die dargestellte Ausführungsform wurde für Schreibsignale WS mit einer höchsten Frequenz von 450 kHz entworfen. Die Diffe­ rentiation ist bei hohen Frequenzen durch einen Pol bei 5 MHz begrenzt und die Integration ist bei niedrigen Frequenzen durch einen Pol bei 50 kHz begrenzt. Bei der praktischen Realisierung des Lesekanales bestimmt die Zeitkonstante der Bauteile des Differenzierglieds 4 den tatsächlichen Pol eines Tiefpaßfilters der fünften oder der siebten Ordnung. Die Zeitkonstante der Bauteile des Integriergliedes 6 wird entsprechend gewählt. Die Analogsignale B sind die verstärkten, bandbegrenzten und pha­ senkompensierten Lesesignale des Lesekopfs 2. Diese werden dem Differenzierglied 4 und dem Integrierglied 6 zugeführt. Die Differenz zwischen den Ausgangssignalen des Differenzierglieds 4 und des Integrierglieds 6 wird in dem Addierglied 7 ver­ stärkt. Die aufbereiteten Ausgangssignale F sind Gegentaktsi­ gnale und werden der Auswertestufe 5 zugeführt, um die Binärsi­ gnale D zu erzeugen. Durch den Widerstand R 3 und die Spule L wird die Verstärkung der Addierstufe 7 auf etwa 10 eingestellt und die Bandbreite wird auf etwa 10 MHz eingestellt.

Claims (13)

1. Verfahren zum Umsetzen von Analogsignalen in Binärsignale, bei dem die Analogsignale differenziert werden und bei dem die Binärsignale an denjenigen Stellen erzeugt werden, an denen die differenzierten Analogsignale Nulldurchgänge aufweisen, da­ durch gekennzeichnet, daß die Analog­ signale (A, B) integriert werden und daß die invertierten inte­ grierten Analogsignale (E) zu den differenzierten Analogsigna­ len (C) mindestens teilweise hinzuaddiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pegel der differenzierten Analogsi­ gnale (C) und der integrierten Analogsignale (E) unterschiedli­ che Werte aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Analogsignale (A, B) vor der Differentiation und der Integration einer amplitudenmä­ ßigen und/oder phasenmäßigen Filterung unterworfen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die differenzierten Analog­ signale (C) und/oder die integrierten Analogsignale (E) vor der Addition einer amplitudenmäßigen und/oder phasenmäßigen Filte­ rung unterworfen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Analogsignale (A, B) Lesesignale vorgesehen sind, die von einem magnetischen Lese­ kopf (2) beim Lesen von auf einem magnetischen Aufzeichnungs­ träger (1) gespeicherten Daten (W) erzeugt werden.

6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, bei dem ein Differenzierglied vorgesehen ist, das die Analogsignale differenziert und bei dem eine Auswertestufe (5) vorgesehen ist, die bei den Nulldurchgängen der ihr zugeführten Analogsignale (F) Binärsignale erzeugt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Integrierglied (6) vorge­ sehen ist, das die Analogsignale (A, B) integriert und daß ein Addierglied (7) vorgesehen ist, das die differenzierten Analog­ signale (C) und die invertierten integrierten Analogsignale (E) addiert und seine Ausgangssignale (F) der Auswertestufe (5) zu­ führt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Differenzierglied (4) und/ oder das Integrierglied (6) als passive Glieder ausgebildet sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Differenzierglied (4) als CR-Glied und das Integrierglied (6) als RC-Glied ausgebildet sind.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Differenzierglied (4) und/ oder das Integrierglied (6) als aktive Glieder ausgebildet sind.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Addier­ glied (7) als Differenzverstärker ausgebildet ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Differenzverstärker (7) als Videoverstärker ausgebildet ist.

12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Dämp­ fungsglieder (8, 9) vorgesehen sind, die den Pegel des differen­ zierten Analogsignals (C) und/oder des integrierten Analogsi­ gnals (E) verändern.

13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Filter (8) vorgesehen sind, die die differenzierten Analogsignale (C) und/oder die integrierten Analogsignale (E) einer amplituden­ und/oder phasenmäßigen Filterung unterwerfen.