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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zur Bestimmung
der zeitlichen Lage eines Signalspitzenwertes gemäß des
Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Herkömmlicherweise wurde die Detektion von Signalspitzenwerten
unter Verwendung der Differentiationsverarbeitung von
Eingabesignalen durch Differenzierschaltungen, die aus Widerständen und
Kondensatoren aufgebaut waren, und nachfolgendem Detektieren des
Nullpunktdurchgangs der Signale, welche der
Differentiationsverarbeitung unterzogen wurden, und dessen Festlegung als Position des
Signalspitzenwertes, ausgeführt.
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Eine Differenzierschaltung, die Widerstände und Kondensatoren
aufweist, detektiert alle Änderungen der Wellenform des
Eingabesignals. Für die Eingabewellenform gibt es die Tendenz, sich
entsprechend der Eigenschaften der Medien, von Staub und
Beschädigungen, oder entsprechend der Leistungsstärke beim
Schreiben im Falle eines optischen Aufzeichnungsmediums, wie einer
optischen Karte oder einer optischen Platte, stark zu verändern.
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Doch nicht nur dies, Nulldurchgangsschaltungen weisen eine
Nulldurchgangsbestimmung für die differenzierte Wellenform selbst auf,
und detektieren Rauschbestandteile in Bereichen, wo das
Signalniveau niedrig ist, deshalb falsch, wonach sie Signale für einen
Signalspitzenwert an Positionen erzeugen, wo es keinen gibt.
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Als eine Lösung für das oben erwähnte Problem ist aus dem Dokument
US-A-3767938 eine Schaltung zur Bestimmung der zeitlichen Lage
eines Signalspitzenwertes bekannt. Dieses Dokument offenbart eine
Schaltung zur Bestimmung der zeitlichen Lage eines
Signalspitzenwertes für einen magnetischen Sensor, der als Ausgabesignal ein
differenziertes Signal eines Betätigungssignals erzeugt. Diese
Schaltung wird als nächstkommender Stand der Technik angesehen und
enthält die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs des vorliegen
den Dokuments. Somit ist es in der Lage tatsächliche
Signalspitzenwerte und Rauschen in einem gewissen Genauigkeitsbereich zu
unterscheiden. Bei gewissen Anwendungen könnte es jedoch
wünschenswert sein, instabile Operationen der Schaltung zur Bestimmung der
zeitlichen Lage eines Signalspitzenwertes zu vermeiden und/oder
einen höheren Genauigkeitsgrad bei der Positionsbestimmung des
Signalspitzenwertes zu erreichen.
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Die technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Schaltung zur Bestimmung der Lage eines Signalspitzenwertes mit
verbesserter Stabilität beim Betrieb und verbesserter Genauigkeit
bei der Positionsbestimmung des Signalspitzenwertes zur Verfügung
zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch, eine Schaltung zur Bestimmung Lage eines
Signalspitzenwertes mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des
Anspruchs gelöst.
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Um diese Zielstellung zu erreichen, stellt die vorliegende
Erfindung, eine Schaltung zur Bestimmung der zeitlichen Lage eines
Signalspitzenwertes zur Verfügung, welche die Lage eines
Signalspitzenwertes in einem Eingabesignal bestimmt und ein Signal
ausgibt, das die Lage des Signalspitzenwertes darstellt, wobei sie
aufweist: eine Schaltung zum Halten eines Signalspitzenwertes,
welche eine Hüllkurve eines Signalspitzenwertes eines
Eingabesignals erzeugt; einen ersten Komparator, der ein
Eingabesignal und ein Referenzsignal, das einen Wert aufweist, der
demjenigen der Schaltung zum Halten eines Signalspitzenwertes
entspricht, empfängt, um diese miteinander zu vergleichen, und
feststellt, wenn dieses Eingabesignal unter das Referenzsignal absinkt,
so daß eine Ausgabe erzeugt wird, die solch eine Bedingung
darstellt; einen zweiten Komparator, welcher feststellt, wenn das
Eingabesignal den Punkt des Nulldurchgangs übersteigt, so daß ein
Taktimpuls erzeugt wird; ein Flip-Flop für das Erzeugen eines
Signals, welches in Übereinstimmung mit dem Taktimpuls von dem
zweiten Komparator ansteigt und in Übereinstimmung mit der Ausgabe
des ersten Komparators abfällt, wobei ein Ausgabesignal erzeugt
wird, das einen Signalspitzenwert des Eingabesignals durch den
Anstieg der Ausgabe des Flip-Flops darstellt, wobei eine
Differenzierschaltung ein differenziertes Signal eines Eingabesignals
erzeugt; eine Teilerschaltung die Ausgabe der Schaltung zum Halten
eines Signalspitzenwertes so teilt, daß ein Referenzsignal erzeugt
wird; und das Flip-Flop ein D-Flip-Flop (data latch) mit nur einem
einzigen Dateneingang ist, wobei der S-Eingang (set) und der
Dateneingang direkt mit einer Spannungsquelle verbunden sind, während
der R-Eingang (reset) ebenso, wie der Taktimpulseingang über Wider
stände mit der Spannungsquelle verbunden sind, und wobei der
Ausgang des Flip-Flops über einen Widerstand, der einen hohen
Widerstandswert aufweist, um beim inversen Betrieb des Flip-Flops eine
Hysteresecharakteristik zu erreichen, mit einem Eingang des ersten
Komparators verbunden ist.
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Die vorliegende Erfindung erzeugt ein Signal, das ein
differenziertes Signal eines Eingabesignals ist. In der Ausgabe dieser
Differenzierschaltung ist sowohl das Rauschen, als auch der
ursprüngliche Signalspitzenwert des Eingabesignals enthalten. Die
Schaltung zum Halten eines Signalspitzenwertes erzeugt die
Hüllkurve einer Polarität eines Signalspitzenwertes der Ausgabe der
Differenzierschaltung, und gibt eine Referenzspannung, welche durch
die Teilung der Hüllkurve des Signalspitzenwertes erhalten wird,
auf den ersten Komparator. Dieser erste Komparator vergleicht die
Referenzspannung mit der Ausgabe der Differenzierschaltung und
erzeugt eine Ausgabe mit einem niedrigen Niveau (Low), wenn die
differenzierte Ausgabe unter die Referenzspannung absinkt, und gibt
diese auf ein Flip-Flop. Diese stellt das Flip-Flop zurück. Danach
wird die Ausgabe der Differenzierschaltung auf einen zweiten
Komparator gegeben und der Punkt, an dem der Nulldurchgang die
andere Polarität übersteigt, bestimmt, und der Anstieg dieser
Bestimmungsausgabe bestimmt die Einstellung des Flip-Flops. Das
eingestellte Flip-Flop wird solange nicht zurückgestellt, wie die
differenzierte Ausgabe nicht unter die Referenzspannung abfällt.
Deshalb gibt es, wenn das Flip-Flop einmal eingestellt ist, kein
Zurückstellen aufgrund des Rauschens bis die differenzierte Ausgabe
unter die Referenzspannung abfällt.
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Wie oben beschrieben, werden, anders als wenn das Einstellen und
Zurückstellen, wie bei einer herkömmlichen Schaltung zur Bestimmung
der Lage eines Signalspitzenwertes, für alle differenzierten
Ausgaben der Eingabesignale erfolgt, die differenzierten Signale nur
zurückgestellt, wenn die differenzierten Signale unter die
Referenzspannung der differenzierten Signale abfallen, und so ist
es möglich, eine Schaltung zur Verfügung zu stellen, die nicht
aufgrund von Rauschen, das vor dem Zurückstellen auftritt, falsche
Signalspitzenwerte bestimmt. Danach wird das Zurückstellen, unter
Benutzung der Referenzspannung als Bezug, so ausgeführt, daß das
Niveau des Bezugspunktes entsprechend der Änderungen der Änderungen
des Signalniveaus so variiert, daß es möglich ist, den Betrieb der
Schaltung für die Bestimmung der Position des Signalspitzenwertes
vor der Beeinflussung durch Änderungen des Signalniveaus zu
bewahren.
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Fig.1 zeigt eine Schaltung einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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Fig.2 zeigt die Hüllkurve eines Signalspitzenwertes, die das
Ausgabesignal des Komparators CMP3 der ersten Ausführungsform ist;
und
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Fig.3 zeigt die Signalwellenform für jeden Bereich der Schaltung.
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Fig.1 zeigt eine Schaltung einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. In dieser Figur gibt die Differenzierschaltung
DIF das Signal Vd aus, welches das differenzierte Signal des
Eingabesignals ist, und gibt es auf jede der nicht invertierten
Eingangsklemmen + des Komparators CMP1, des Komparators CMP2 und des
Komparators CMP3. Der Komparator CMP1 ist ein
Nulldurchgangskomparator, und empfängt die differenzierten Signale Vd über den
Widerstand R1, und weist eine über den Widerstand R2 geerdete
invertierte Eingabeklemme, und eine Ausgabeklemme, die über den
Widerstand R6 mit der Spannungsquelle V+ verbunden ist, auf. Danach
erzeugt der Nulldurchgangskomparator an dem Punkt, wo das
differenzierte Signal Vd sich von dem negativen Wert entfernt, um Null
zu werden, und der Wert sich von dem genauen ansteigenden Wert
entfernt, um Null zu werden, ein abfallendes rechteckiges
Ausgabewellensignal
und gibt das Ausgabesignal auf die Takteingabeklemme
des Flip-Flops FF.
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Der Komparator CMP2 erzeugt ein negatives Ausgabesignal, wenn das
differenzierte Signal Vd, welches über den Widerstand R3 auf die
nicht invertierte Eingabeklemme gegeben wird, kleiner ist, als das
Referenzsignal, das über die Teilerschaltung mittels der
Widerstände R4 und R5 an der invertierten Eingabeklemme anliegt, und
erzeugt zu anderen Zeiten ein Null-Ausgabesignal, und gibt das
Null-Ausgabesignal von der Ausgangsklemme, die durch den Widerstand
R8 und so, daß das Referenzsignal von dem Komparator CMP3 angelegt
wird, mit der Spannungsversorgung verbunden ist, auf die Reset-
Anschlußklemme R überstrichen des Flip-Flops FF.
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Der Komparator CMP3 stellt eine Schaltung zum Halten eines
Signalspitzenwertes dar, und das differenzierte Signal Vd wird auf deren
nicht invertierte Eingabeklemme gegeben, und das den
Signalspitzenwert haltende Ausgabesignal wird von seiner Ausgabeklemme auf die
integrierte Schaltung gegeben. Die integrierte Schaltung weist
einen Widerstand R9 und einen Kondensator C auf, und ist mit der
invertierten Eingabeklemme des Komparators CMP3 und mit der Basis
der Spitzenwerthalteausgabe verbunden, bildet die Hüllkurve eines
Spitzensignalwertes und gibt sie über die Teilerschaltung mit den
Widerständen R4 und R5 als Referenzwert auf die invertierte
Eingangsklemme des Komparators CMP2.
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Das Flip-Flop FF wird zurückgestellt, wenn ein abfallender Impuls
von dem Komparator CMP2 an die Reset-Klemme R überstrichen angelegt
wird und eine Ausgabe der Ausgabeklemme Q abfällt, und wird
zurückgestellt, wenn ein ansteigender Impuls von der Ausgabeklemme des
Komparators CMP1 angelegt wird und an der Takteingabeklemme
angelegt wird, und eine Ausgabe an der Ausgabeklemme Q erzeugt.
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Die Ausgabeklemme Q des Flip-Flops FF ist mit der nicht
invertierten Eingabeklemme + über den Widerstand R7 verbunden, der einen
Widerstandswert aufweist, welcher in genügendem Maße höher ist, als
derjenige des Widerstands R3, und der Inversionsbetrieb des Flip-
Flops FF weist eine Hysterese-Charakteristik auf.
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Die Fig.2 zeigt das differenzierte Signal Vd, und die Wellenform
der Hüllkurve eines Signalspitzenwertes Vp. Das differenzierte
Signal Vd ist ein phasenverschobenes Eingabesignal, das im
wesentlichen sinusförmig ist, und die Hüllkurve Vp hat eine
Wellenform, welche die Signalspitzenwerte auf der Negativseite
verbindet.
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Fig.3 zeigt die Signalwellenform für jeden Bereich der Schaltung.
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(a) von Fig.3 zeigt das differenzierte Signal Vd, den Referenzwert
Vo des Komparators CMP1 und das Referenzsignal des Komparators
CMP2, d.h. das Referenzsignal Vref, das durch das Aufteilen der
Hüllkurve des Signalspitzenwertes Vp gebildet wird, und stellt den
Betrieb der Schaltung auf der Grundlage dieser beiden Signale dar.
Spezieller wird eine Ausgabe des Komparators CMP1 erzeugt, wenn das
differenzierte Signal Vd größer als der Referenzwert Vo ist, und
somit ist das Ausgabesignal des Komparators CMP1 ein positives
Rechteck-Wellensignal, wenn das differenzierte Signal Vd größer als
der Referenzwert Vo ist. Dementsprechend wird das Ausgabesignal des
Komparators CMP1 ein Rechteck-Wellensignal, welches dem positiven
Bereich in dem differenzierten Signal Vd entspricht, das die
Rauschkomponente enthält, und entspricht dem Bereich, der in (a)
von Fig.3 schraffiert gezeigt ist. Im Gegensatz dazu, ist das
Ausgabesignal des Komparators CMP2 ein Signal, das negativ wird,
wenn es unter das Referenzsignal Vref, das durch die gestrichelte
Linie gezeigt ist, abfällt, und entspricht dem Bereich, der in (a)
von Fig.3 durch eine Kreuzschraffur gezeigt ist.
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Das Flip-Flop FF gibt an der Ausgabeklemme Q ein von Null in
negativer Richtung abfallendes Signal aus, wenn es einen Anstieg im
Ausgabesignal des Komparators CMP2 gibt, und gibt an der
Ausgabeklemme Q ein von Null in positiver Richtung ansteigendes Signal
aus, wenn es einen Anstieg von Null ins Positive im Ausgabesignal
des Komparators CMP1 gibt. Der Nulldurchgangspunkt, wo das
Ausgabesignal des Komparators CMP1 von Null ins Positive ansteigt, ist
das ursprünglich differenzierte Signal Vd, aber auch aufgrund von
Rauschen. Um den Anteil des Rauschens auszuschließen, gibt es ein
Zurückstellen des Flip-Flops FF durch das Ausgabesignal des
Komparators CMP2. Die Erzeugung der Ausgabesignale des Komparators
CMP2 geschieht an dem Punkt, wo die negative Polarität extrem nah
bei dem Spitzensignalwert des Eingabesignals liegt, und somit ein
Rauschen beträchtlicher Stärke in den Ausgabesignalen, die in dem
Bereich negativer Polarität des differenzierten Signals Vd
enthalten sind, vorhanden ist.
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Zusätzlich ist die Ausgabeklemme Q des Flip-Flops FF über den
Widerstand R7, der einen Widerstandswert aufweist, welcher
verglichen mit dem Widerstand R3 vergleichsweise groß ist, mit der
nicht invertierten Eingabeklemme des Komparators CMP2 verbunden.,
und weist bei Inversionsbetrieb eine Hysterese-Charakteristik auf,
und kann sogar geringes Rauschen entfernen.
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Das Flip-Flop FF wiederholt die Inversionsoperation für jedes
Eingabesignal, wenn das differenzierte Signal Vd an die
Differenzierschaltung angelegt wird, und zeigt den Signalspitzenwert der
Eingabesignale durch den Anstiegspunkt (gezeigt durch den Pfeil in
Fig.3) in dem Ausgabesignal der Ausgabeklemme Q des Flip-Flops FF
entsprechend dieser Inversionsoperation. Dementsprechend ist es
möglich, die Signalspitzenwerte der Eingabesignale durch die
Anstiegspunkte zu erkennen.