DE3886685T2

DE3886685T2 - Schaltung zur Impuls-Konditionierung.

Info

Publication number: DE3886685T2
Application number: DE3886685T
Authority: DE
Inventors: Dean Richard Kukson; Constantin Michael Melas; Joey Martin Poss
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1987-10-28
Filing date: 1988-10-17
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2008-10-18
Also published as: JPH06101201B2; EP0314360B1; DE3886685D1; US4853802A; EP0314360A2; EP0314360A3; JPH01124160A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Schaltungen zur Impuls-Konditionierung für die Konditionierung von Signalen, die digitale Daten darstellen, und dabei insbesondere auf die Verarbeitung von Rücklesesignalen, die auf einem Speichermedium aufgezeichnete Daten darstellen, die mittels eines Umwandlermittels gelesen werden.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bei der Signalverarbeitung von Rücklesesignalen wurden in der Vergangenheit Ausgleicheinrichtungen verwendet, um die Verzerrung des Signals zu korrigieren. Durch die Verwendung einer Schaltung zur Impuls-Konditionierung, die eine Ausgleicheinrichtung beim Eingangssignal von iagnetischen Datenspeichereinrichtungen umfaßt, wird die Softfehlerrate erheblich gesenkt und führt damit zu einer beträchtlichen Erhöhung der Speicherkapazität bei einer gegebenen tolerierten Fehlerrate. Dies kann zu einer hundertfachen Verbesserung der Fehlerrate bzw. zu einer Verbesserung von zwei Größenordnungen führen. Diese Verbesserung hat zusammen mit einem Umwandlerkopf und der Medienentwicklung zu den wesentlichen Fortschritten bei der Speicherdichte beigetragen.
Eine vorwärtsausgleicheinrichtung besteht aus einem passiven Netzwerk und einem Differentialverstärker. Das Eingangssignal zum passiven Netzwerk wird "vorwärts gesendet" und mit einem Teil des Netzwerkausgangssignals zusamiiengefaßt oder differenziert. Das sich daraus ergebende Signal ist der Ausgleichausgang. Eine erste Ausgleicheinrichtung von dieser Art wurde in "An Improved Pulse Slimming Method For Magnetic Recording" von R.C. Schneider, IEEE Transactions on Magnetics, September 1975, SS. 1240-1241 beschrieben.
Die Entwicklung von Ausgleicheinrichtungen führte zu zweistufigen Einrichtungen, bei denen jede Stufe sowohl Amplitude als auch Phase ausglich. Das Mischen der Funktionen hat eine Justierungskomplexität zur Folge.
Ausgleicheinrichtungen wurden durch eine Schaltung verbessert, die zwei Vorwärtsstufen verwendet, die unabhängige Steuerung der Amplitude und Phase jedoch ermöglicht (IBM Technical Disclosure Bulletin, Oktober 1977, 55. 1705-1706, "Time Domain Adjustable Equalizer by F Castor and H J Gardner).
Der Amplitudenausgleich kann mit Hilfe einer einzigen Vorwärtsstufe durchgeführt werden, wenn das passive Netzwerk eine reflektive Verzögerungsleitung ist. Diese Einrichtung wurde in dem Artikel "Improvement of Recording Density by Means of Cosine Equalizer" von T Kameyama, S Takanami und R Arai, IEEE Transactions on Magnetics, November 1976, SS. 746- 748 als Kosinus-Ausgleicheinrichtung bezeichnet. Eine weitere Lösung besteht in einer vierstufigen Struktur mit zwei Stufen für den Amplitudenausgleich und zwei Stufen für den Phasenausgleich, die in der US-Patentanmeldung Nr. 815, 110 (US-A-4 875 112) vom 31. Dezember 1985 beschrieben wird.
Alle bekannten Vorwärtsausgleicheinrichtungen, die sowohl Amplitude als auch Phase korrigieren, verwenden mindestens zwei Stufen, während die Kapazität einstufiger Ausgleicheinrichtungen nur für die Amplitude ausreicht.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltung zur Impuls-Konditionierung für die Konditionierung von Impulssignalen, die digitale Daten darstellen, beschrieben, wobei zu dieser Schaltung eine einstufige Vorwärtsausgleicheinrichtung zum Ausgleich der Impulssignale gehört, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vorwärtsausgleicheinrichtung eine RLC- Schaltung umfaßt, die mit dem Eingang eines Differentialverstärkers verbunden ist, und die RLC-Schaltung dabei folgendes beinhaltet: eine Widerstandsteilerschaltung, die mit dem ersten Eingang des Differentialverstärkers verbunden ist und mit diesem betrieben wird, um einen Amplitudenausgleich zu ermöglichen; darüber hinaus eine Kapazitanz/Induktanzschaltung, die mit dem zweiten Eingang des Differentialverstärkers verbunden ist, und mit diesem betrieben wird, um den Phasenausgleich zu ermöglichen.
Die Erfindung umgeht somit die Notwendigkeit von mindestens zwei Vorwärtsstufen, um sowohl Phase als auch Amplitude ausgleichen zu können.
Das erste und das zweite Mittel sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie unabhängig voneinander betrieben werden können, so daß sich ändernde Komponentenwerte der Widerstandsteilerschaltung nur den Amplitudenausgleich betreffen, während sich ändernde Teilwerte der Kapazitanz/Induktanzschaltung nur den Phasenausgleich betreffen.
Der Amplitudenausgleich ist vorzugsweise eine Funktion des Verhältnisses von Widerstandswerten in der Teilerschaltung, während der Phasenausgleich eine Funktion der Kapazitanz- und Induktanzwerte in der Kapazitanz/Induktanzschaltung ist.
Darüber hinaus hat die Widerstandsteilerschaltung einen ersten und zweiten Widerstand zu haben, die seriell angeschlossen sind, und die Werte der Induktanz und der Kapazitanz sind so ausgewählt, daß der Wellenwiderstand, d.h. die Quadratwurzel aus dem Ergebnis der Teilung der Induktanz durch die Kapazitanz, der Hälfte der Widerstandssumme der ersten und zweiten Widerstände entspricht.
Um eine Geräuschunterdrückung durchzuführen, sollte die Schaltung zur Impuls-Konditionierung des weiteren über ein Tiefpaßfiltermittel (z.B. Butterworth-Filter) verfügen, der mit dem Ausgang des Differentialverstärkers verbunden ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die vom Tiefpaßfilter eingeführte Phasenentzerrung korrigiert wird, und zwar dadurch, daß der Wert der Induktanz (L) und der Kapazitanz (C) so gewählt wird, daß
1/2π LC = 0,8mal die Filtergrenzfrequenz ist.
Obgleich die Anwendung der bevorzugten Schaltung der vorliegenden Erfindung sich auf eine Rücklesesystem zur magnetischen Aufzeichnung bezieht, können auch Anwendungen für anderen Formen von Speichersysteinen, z.B. optische Systeme und für die Telekommunikation vorgesehen werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine vereinfachte Darstellung der Schaltung zur Impuls-Konditionierung entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein genaues Schaltungsdiagraiiit mit der Ausgleicheinrichtung und Filterschaltung von Fig. 1;
Fig. 3 zeigt eine alternative Doppelschaltung zur Impuls- Konditionierung entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung; und
die Figuren 4 bis 7 zeigen das Frequenzverhalten auf.

GENAUE BESCHREIBUNG

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Schaltung zur Impuls-Konditionierung entsprechend dieser Erfindung, wobei die Schaltung aus einer einstufigen RLC-Vorwärtsausgleicheinrichtung mit einem fünfpoligen Butterworth-Tiefpaßfilter für die Geräuschunterdrückung ausgestattet ist. Die Ausgleicheinrichtung empfängt ein Datensignal, das von einem Umwandler aus einem Speichermedium gelesen wird, wobei die Ausgleicheinrichtung mittels Strom von einer AGC-Schaltung angetrieben wird und das ausgeglichene Signal zu einer Detektorschaltung (DET- Schaltung) übermittelt. Der Umfang der Impulskürzung (Amplitudenausgleich) wird von den Widerständen R1 und R2 gesteuert. Der Phasenausgleich wird von dem Kondensator C1 und der Induktanz L1 gesteuert. Für die erste Auswahl von L und C kann die vom Tiefpaßfilter eingeführte Phasenverzerrung korrigiert werden, indem die Werte von L1 und C1 so ausgewählt werden, daß:
1/2π LC
0,6 bis 0,8mal der Filtergrenzfrequenz entspricht. Wenn keine weitere Kompensierung vorhanden ist, sollte der Wellenwiderstand
[L/C]
ungefähr die Hälfte des Gesamtwiderstands R1 + R2 ausmachen, wobei (R1 + R2) als DL-Belastungswiderstand für Is gewählt wird. Phase arctan Verstärkungsfaktor
Bei Fig. 1 ist die Übertragungsfunktion H(s) der Ausgleicheinrichtung in Gleichung 1 dargestellt, wobei A der Verstärkungsfaktor, s = jw, R = R1 + R2 und w = 2f x Pi die Winkelfrequenz ist. Die Phase von H(jw) ist in Gleichung 2 gezeigt, und der Verstärkungsfaktor von H(jw) ist in Gleichung 3 gezeigt.
Der Amplitudenausgleich wird dadurch gesteuert, daß nur das Verhältnis von R2 und R1 angepaßt und R konstant gehalten wird. Die Phase bleibt konstant, solange L1, C1 und R wie in Gleichung 2 gezeigt konstant gehalten werden. Der Phasenausgleich wird nur durch Anpassung von L1 und C1 gesteuert, während das Verhältnis von L1 zu C1 konstant bleibt. Dadurch wird eine Änderung des Amplitudenausgleichs gering gehalten, die wie aus Gleichung 3 hervorgeht nur in der Frequenz nach oben oder unten verschoben wird.
Die Feinabstimmung von L1, C1, R1 und R2 ist erforderlich, um eine optimale Leistungsfähigkeit für ein gegebenes Aufzeichnungssystem zu erhalten. Um den Vorteil der unabhängigen Steuerung der Ausgleicheinrichtung voll nutzen zu können, sollten folgende Schritte befolgt werden.
Zuerst ist der Anfangswert von R auszuwählen. R wird ausgewählt, um die Gleichstromsteuerung der Schaltung zu ermöglichen, und sicherzustellen, daß die Werte von L1 und C1 plausibel sind. Als nächstes sind L1 und C1 so zu wählen, daß wie oben bereits erwähnt die Quadratwurzel des Verhältnisses von L1 zu C1 ungefähr gleich mit R geteilt durch zwei ist. L1 und C1 sind weiter anzupassen, um die Phase feinabzustimmen, um eine Phasen-Nichtlinearität des Tiefpaßtfilters oder Rücklesesignals, Kopf oder Platte, auszugleichen. In Fig. 4 ist dargestellt, wie die Phasen sich ändert, wenn sowohl L1 und C1 von nominal (Fall 1) zu + 10% (Fall 2) und - 10% (Fall 3) eingestellt werden, während das Verhältnis von L1 zu C1, R1 und R2 konstant bleibt. In Fig. 5 ist dargestellt, wie der Verstärkungsfaktor sich ändert, wenn sowohl L1 und C1 von nominal (Fall 1) zu + 10% (Fall 2) und - 10% (Fall 3) eingestellt werden, während das Verhältnis von L1 zu C1, R1 und R2 konstant bleibt. Wenn die Phase mit L1 und C1 angepaßt wird, bleibt der Umfang des Amplitudenausgleichs konstant, obgleich er in der Frequenz verschoben ist.
Sobald L1 und C1 für den richtigen Phasenausgleich ausgewählt wurden, ist das Verhältnis von R2 zu R1 feinabzustimmen, um den gewünschten Amplitudenausgleich zu erhalten. In Fig. 6 ist dargestellt, wie der Verstärkungsfaktor sich ändert, wenn das Verhältnis von R2 zu R1 von nominal (Fall 1) zu + 10% (Fall 2) und - 10% (Fall 3) eingestellt wird, während L1, C1 und R konstant bleiben. In Fig. 7 ist dargestellt, wie die Phase sich ändert, wenn das Verhältnis von R2 zu R1 von nominal (Fall 1) zu + 10% (Fall 2) und - 10% (Fall 3) eingestellt wird, während L1, C1 und R konstant bleiben. Wenn der Verstärkungsfaktor mit R2 und R1 angepaßt wird, bleibt der Phasenausgleich konstant.
Es handelt sich hierbei um eine Schaltung zur Impuls-Konditionierung mit einer Einzelausgleicheinrichtung, die die erforderlichen Funktionen durchführt und gleichzeitig eine vereinfachte Schaltung darstellt. Die Schaltung verdoppelt die Schaltungen selbst der Einzelstufe nicht, wie dies für eine Doppeleinrichtung erforderlich ist, die beide Eingänge von der automatischen Verstärkungssteuerung (+AGC und -AGC) verwendet.
Der Differentialverstärker 10 übermittelt den Ausgangsimpuls zu einem geänderten Tiefpaßfilter (MLP-Filter), der als fünfpoliger Butterworth-Filter (BW-Filter) dargestellt ist. Der BW-Filter 12 umfaßt die Kondensatoren C6, C7 und C8, die im Nebenanschluß mit der Masse verbunden sind sowie die Induktorelemente L2 und L3, die seriell mit dem Ausgang des Differentialverstärkers 10 verbunden sind. Die Filterelemente im BW- Filter 12 führen aufeinanderfolgende Integrationen des vom Differentialverstärker 10 empfangenen Impulses durch und erzeugen damit einen gefilterten Impuls am Filterausgang, der den Detektorschaltungen +DET und -DET zugeführt wird.
Bei einer magnetischen Plattenspeichereinrichtung wird ein Signal von der Umwandlerspule von einer Zweigelektronikschaltung empfangen und durch den automatischen Verstärkungssteuerkreis (AGC) zu den Detektorschaltungen (DET) übermittelt. Fig. 2 zeigt eine Einrichtungsstufe mit der Schaltung zur Impuls- Konditionierung von Fig. 1. Das -AGC-Eingangssignal geht zum Eingang der Einzelausgleicheinrichtung, die die Amplitudenausgleichwiderstände R1 und R2 und die Phasenausgleichskomponenten, d.h. die Induktanz L1 und die Kapazitanz C1, umfaßt.
Die Schaltung und das Verfahren mit einer Stufe ermöglicht die kostengünstigste Implementierung mit den wenigsten Schaltkomponenten. Die Einfachheit des Aufbaus bietet jedoch trotz allem Flexibilität und praktische Handhabung, da Phase und Amplitude unabhängig voneinander durch getrennte Steuerung angepaßt werden können. Nacheinander ausgewählt, können die Werte der Amplitudenanpaßwiderstände R1 und R2 und die Werte der Phasenanpaßkomponenten, Induktor L1 und Kondensator C1, unabhängig voneinander ausgewählt und angepaßt werden.
Fig. 3 zeigt eine Doppelschaltung zur Impuls-Konditionierung mit einer ähnlichen einzelnen Ausgleichsstufe für jeden Ausgang des AGC. Dadurch werden die Komponenten in jedem Zweig der Ausgleichsschaltung verdoppelt. Das +AGC-Signal hat Amplitudenanpassung, d.h. Impulskürzung durch die Auswahl der Widerstandswerte von R1 und R2 sowie Phasenanpassung durch die Auswahl der Werte des Induktors L1 und Kondensators C1. Der Ausgang der Ausgleichsstufe wird dem Differentialverstärker zugeführt, einschließlich der Transistoren T1, T2, T3 und T4, wobei der Ausgang des Differentialverstärkers vom Butterworth- Filter 12 empfangen wird, der die Kondensatoren C6, C7 und C8 sowie die Induktoren L1 und L2 umfaßt. Das -AGC-Signal wird durch eine identische Schaltung konditioniert, wobei der Amplitudenausgleich oder die Impulskürzung durch die Widerstände R11 und R12 durchgeführt wird, während der Phasenausgleich durch die Auswahl des Induktors 11 und des Kondensators 11 vorgenommen wird. Der Differentialverstärker ist mit den Transistoren T11, T12, T13 und T14 ausgestattet, während der Filter 13 die Kondensatoren C16, C17 und C18 sowie die Induktoren L12 und L13 umfaßt.
Bei einem Plattenlaufwerk entsprechen der Formfaktor oder die Gesamtabmessungen der Einheit zumeist einem Standardwert, der entweder auf einer De facto-Basis eingestellt oder erreicht wurde. In bezug auf die Abmessungen ist vor allem der Platz sehr wichtig, da die Kapazitäten erhöht werden. Die Schaltung zur Impuls-Konditionierung ermöglicht ein kostengünstiges Mittel zur Erhöhung der Speicherkapazität bei einer konstanten Softfehlerrate. Die Induktor- und Kondensatorelemente dieser Schaltfunktion eignen sich jedoch nicht für Chips mit hohem Integrationsgrad. Diese Komponeten benötigen Platz oder Raum auf einer gedruckten Schaltung, auf der Platz normalerweise knapp ist, da gewöhnlich angestrengte Versuche unternommen werden, um alle Schaltkomponenten für die Einrichtung auf einer Platte unterzubringen. Dadurch ist die Schaltung zur Impuls-Konditionierung mit unabhängig anpaßbaren Amplituden - und Phasenkorrekturen ein attraktiver Weg, um eine nutzbringende Funktion mit einer minimalen Anzahl von Komponenten zu ermöglichen, die auf dem geringen Platz der Platte montiert werden müssen. Daraus ergibt sich auch die Verwendung der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Einzelausgleichstruktur, die die Vorteile der Schaltung bietet und dabei nur die Hälfte der einzeln montierten Komponenten benötigt.

Claims

1. Eine Schaltung zur Impuls-Konditionierung für die Konditionierung von Impulssignalen, die digitale Daten darstellen, einschließlich einer einstuf igen Vorwärtsausgleicheinrichtung zum Ausgleich der Impulssignale, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vorwärtsausgleicheinrichtung mit einer RLC-Schaltung (R1, R2, L1, C1) ausgestattet ist, die mit dem Eingang eines Differentialverstärkers (1) verbunden ist, wobei die RLC-Schaltung folgendes umfaßt:

eine Widerstandsteilerschaltung (R1, R2), die mit dem ersten Eingang des Differentialverstärkers verbunden ist, und mit dem Differentialverstärker betrieben wird, um den Amplitudenausgleich zu ermöglichen; und

eine Kapazitanz/Induktanzschaltung (L1, C1), die mit dem zweiten Eingang des Differentialverstärkers verbunden ist, und mit dem Differentialverstärker betrieben wird, um den Phasenausgleich zu ermöglichen.

2. Eine Schaltung zur Impuls-Konditionierung nach Anspruch 1, bei der die Widerstandsteilerschaltung und die Kapazitanz/Induktanzschaltung so angeordnet sind, daß sie unabhängig voneinander arbeiten, so daß sich ändernde Komponentenwerte der Widerstandsteilerschaltung nur den Amplitudenausgleich und sich ändernde Komponentenwerte der Kapazitanz /Induktanzschaltung betreffen.

3. Eine Schaltung zur Impuls-Konditionierung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, die des weiteren ein Tiefpaßfiltermittel (12) umfaßt, das mit dem Ausgang des Differentialverstärkers verbunden ist.

4. Eine Schaltung zur Impuls-Konditionierung nach Anspruch 3, bei der das Tiefpaßfiltermittel einen Butterworth-Filter (12) umfaßt.

5. Eine Schaltung zur Impuls-Konditionierung nach einem der oben genannten Ansprüche, bei dem der Amplitudenausgleich eine Funktion des Verhältnisses der Widerstandswerte auf der Widerstandsteilerschaltung ist, und der Phasenausgleich eine Funktion der Werte von Kapazitanz und lnduktanz auf der Kapazitanz/Induktanzschaltung ist.

6. Eine Schaltung zur Impuls-Konditionierung nach Anspruch 5, bei der die Widerstandsteilerschaltung einen ersten und zweiten Widerstand umfaßt, die seriell angeschlossen sind, und die Werte der Induktanz und der Kapazitanz so ausgewählt sind, daß der Wellenwiderstand (die Quadratwurzel aus dem Ergebnis der durch die Kapazitanz geteilten Induktanz) der Hälte der Widerstandssumme des ersten und zweiten Widerstands entspricht.

7. Eine Schaltung zur Impuls-Konditionierung nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei der die durch den Tiefpaßfilter (12) eingeführte Phasenverzerrung durch die Wahl der Werte von Induktanz (L) und Kapazitanz (C) korrigiert wird, so daß

1/2π LC = 0,8mal die Filtergrenzfrequenz ist.