DE3619430A1

DE3619430A1 - Zusammengesetzter steuerimpulsgenerator

Info

Publication number: DE3619430A1
Application number: DE19863619430
Authority: DE
Inventors: Robert L. Santa Clara Calif. Cloke
Original assignee: Priam Corp
Current assignee: Priam Corp
Priority date: 1985-06-10
Filing date: 1986-06-10
Publication date: 1986-12-11
Also published as: JPS6251007A; GB8613980D0; GB2176360B; KR880003811A; GB2176360A; US4697098A

Description

ZUSAMMENGESETZTER STEUERIMPULSGENERATOR

Die Erfindung betrifft eine Steuerimpulsgeneratorschaltung, insbesondere eine Datenausleseschaltung zum Erfassen zulässiger Datensignale.

Bei Datenauslesesystemen, die z. B. bei Plattenlaufwerken Verwendung finden, werden die Datenbits während der Aufzeichnung vorzugsweise eng auf das Speichermedium gepackt, um einen Speicher mit hoher Datendichte zu erhalten. Ein üblicher Weg zum Erfassen des aufgezeichneten Datensignals besteht darin, daß man die Spitzen der Datenbits abtastet, die innerhalb zugewiesener Zeitzellen oder Positionen erscheinen. Während der Erfassung der aufgezeichneten Daten treten jedoch Fehler auf, die u. a. auf Rauschen, Störungen und Signal ausfällen beruhen, und zwar in größerem Maße, falls die aufgezeichneten Bits dicht gepackt und die Zeitzellen zum Identifizieren gültiger Signale relativ eng sind.

ι Bei eigentlich allen Systemen, die auf der Erfassung der Position der Datenbitspitze beruhen, wird das Auslesesignal differenziert, wodurch die Spitze in einen Nulldurchgang umgewandelt wird. Das differenzierte Signal wird einem Spannungsvergleicher zugeführt, der als NuI1durchgangs-Detektor wirkt, wodurch ein scharfer Übergang am Ausgang des Spannungsvergleichers jedesmal dann erzeugt wird, wenn das Eingangssignal den Wert Null durchläuft.

Ein Problem, das bei einem solchen NuIldurchgangs-Detektor auftritt, besteht darin, daß das differenzierte Signal auf Null zurückkehrt, falls das Eingangssignal zwischen den Spitzen auf die Grundlinie zurückfällt. Da das Eingangssignal differenziert wurde, tritt dann ein beträchtliches Rauschen auf der Grundlinie des Eingangssignals auf. Dieses

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Rauschen beruht auf vielen fremden Nulldurchgängen, die nicht von einer gültigen Spitze des Eingangssignals herrühren.

Bei Datenauslesesystemen, die dem Abtasten von Datenbits dienen, die z. B. auf einem magnetischen Medium gespeichert wurden, wird häufig von einer Amplitudenschwellenwerterfassung des Eingangssignals Gebrauch gemacht, um die Gültigkeit der NuIldurchgangs-Datensignale zu prüfen. Eine Amplitudenschwellenwerterfassung kann durch Verarbeitung des differenzierten Eingangssignals oder durch Verwendung des nicht differenzierten Signals am Eingang eines Schwellenwertdetektors ausgeführt werden. Der Einbau einer Schwelle für das nicht differenzierte Signal funktioniert für Signale gut, deren Spitzen einen breiten Abstand aufweisen, und bewirkt sehr geringe "Zwischen-Symbol-Störungen". Sind jedoch die Datenbits dicht gepackt und liegt eine wesentliche "Zwischen-Symbol-Störung" vor, so hat die Amplitude der dicht angeordneten Spitzen des nicht differenzierten Signals zur Folge, daß der Schwellenwertdetektor gegenüber geringen Änderungen der Signalamplitude empfindlich wird.

Tr^-5 tt im Gegensatz dazu bei dem differenzierten Signal eine "Zwischen-Symbol-Störung" auf, so neigt die Amplitude an der Stelle der Störung zu einem Anstieg, so daß die Zufuhr des differenzierten Signals zum Schwellenwertdetektor eine verbesserte Leistung für dicht angeordnete Datenbits zur Folge hat. Jedoch entstehen bei diesem System Probleme bei der Beurteilung isolierter Datenbits - insbesondere wenn die Impulse schwach ausgebildet sind - wie z. B. von unerwünschten Impulskanten, die infolge eines Defekts am magnetischen Aufzeichnungsmedium bei einigen Impulsen vorliegen.

/· Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Schaltung zum Erfassen von mit hoher Dichte aufgezeichneten Da-

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tenbits vorzuschlagen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich anhand der Merkmale des Patentanspruches 1 .

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 7.

Gemäß der Erfindung macht die Steuerimpulsgeneratorschaltung von einer Vielzahl von Schwel 1enwertvergleichern Gebrauch, die in getrennten Kanälen parallel verbunden sind. Ein Eingangsdatensignal durchläuft dabei ein Filter- und Verzögerungsnetzwerk. Das gefilterte Signal wird dann ohne Differenzierung einem ersten Schwellenwertvergleicher und nach Differenzierung einem zweiten Schwellenwertvergleicher zugeführt. Die Ausgangsgrößen der Schwellenwertvergleicher werden zusammen mit den erfaßten Nulldurchgängen, die von einem differenzierten Signal abgeleitet werden, einer Logikschaltung zur Überprüfung der Richtigkeit bzw. Gültigkeit des Ausgangslesesignals zugeführt.

! Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Steuerimpuls

generatorschaltung in einem Blockdiagramm,

Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigte Steuerimpulsgene

ratorschaltung in einem schematischen Schaltdiagramm,

Fig. 3a bis 3g eine Anzahl von Wellenformen, die sich

auf Signale beziehen, die durch die Schaltungen der Fig. 1 und 2 verarbeitet werden und

Fig. 4 eine Anzahl von Wellenformen, die sich

auf die Schaltung der Fig. 2 beziehen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird dem Eingang eines Verstärkers 10 mit automatischer Verstärkungs- bzw. Amplitudenregelung (AVR) ein analoges Datenlese-Eingangssignal zugeführt, wobei der Verstärker 10 das Eingangssignal auf eine feste Bezugsamplitude verstärkt. Das verstärkte Signal wird durch ein Tiefpaßfilter 12 hindurchgeführt, das hochfrequentes Rauschen beseitigt. Das gefilterte Signal wird dann einem Netzwerk 14, das ein Tiefpaßfilter und eine Verzögerungsschaltung aufweist, und einer Differenzierschaltung 18 zugeführt. Das verzögerte, nicht differenzierte Signal (Fig.3c) wird dann an eine zweite Differenzierschaltung 16 angelegt und die differenzierte, verzögerte Ausgangsgröße (Fig. 3a) gelangt dann zu einem Nulldurchgangsdetektor 22, der einen Zustandswechsel (3b) bei jedem Nulldurchgang des verzögerten, differenzierten Signals vorsieht. Die Differenzierschaltung 16 und der Nulldurchgangsdetektor 22 bilden einen Teil eines Zeitsteuerkanals.

Das nicht differenzierte, verzögerte Signal (Fig. 3c) wird auch einem Schwellenwertverglei eher 20 zugeführt, der sowohl positive wie auch negative Eingangsgrößen mit einer vorbestimmten Schwellenspannung vergleicht und zwei getrennte Ausgangssignale Cl und C2 (Fig. 3d) erzeugt, die die positiver. bzw. negativen Spitzen des nicht differenzierten, verzögerten Signals darstellen.

Das differenzierte, nicht verzögerte Ausgangssignal (Fig. 3e) der Differenzierschaltung 18 wird einem Schwellenwert^vergleicher 24 zugeführt, der sowohl positive wie auch negative Eingangsgrößen mit einer zweiten vorbestimmten Schwellenspannung vergleicht und zwei Ausgangssignale C3 und C4 (Fig.3f)

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erzeugt, die positive bzw. negative Spitzen des differenzierten, nicht verzögerten Signals darstellen.

Der Schwellenwertvergleicher 20, die Differenzierschaltung 18 und der Schwellenwertvergleicher 24 bilden den Steuerimpulsgeneratorkanal.

Die Ausgangssignale des Nulldurchgangsdetektors 22, des Schwellenwertvergleichers 20 und des Schwellenwertvergleichers 24 werden einer Gültigkeitsprüfungs-Logikschaltung 26 zugeführt, wodurch nur gültige bzw. zulässige Datensignale zu einer Ausgangsschaltung zur weiteren Verwendung gelangen.

Bei der schematischen Schaltung der Fig. 2, die die Komponenten des Blockschaltbildes der Fig. 1 näher darstellt, empfängt der AVR-Verstärker 10 positive und negative Analogsignale, die dem Eingang eines Verstärkers 28 zugeführt werden. Der Verstärker 28 wird mittels einer Rückkopplungsschleife geregelt, die das Tiefpaßfilter 12 und einen AVR-Steuer- bzw. Regelkreis 11 umfaßt. Die verstärkten Signale des Verstärkers 28 durchlaufen Transistoren 34 und 36, die durch eine RC-Schaltung 38 verbunden sind. Die Transistoren 34 und 36 stehen entsprechend mit LC-Abschnitten 44 bzw. 46 in Verbindung, die ein Kettennetzwerk ausbilden. Die verstärkten Signale, die das Kettennetzwerk durchlaufen, werden von differentiel1 verbundenen Emitterfölger-Transistören 52 und 54 empfangen und anschließend einem typischen AVR-Steuerkreis 11 zugeführt, der einen Sj>i tzenhal tekondensator 86, der mit NPN-Transistören 53 und 55 in Verbindung steht, um als Halteschaltung für positive Spitzen zu dienen, und einen Verstärker 59 aufweist. Der Ausgang des Verstärkers 59 steht mit einem Feldeffekt-Transistor 30 und einer Diode 57 in Verbindung, deren Zweck in der Vermeidung negativer Aus-1 οr.klingen der Ausgangsgröße des Verstärkers 59 besteht, was

eine unerwünschte Durchlaßvorspannung am Gate des Feldeffekttransistors 30 hervorrufen würde.

Das gefilterte Ausgangssignal des Filters 12 wird auch einem Tiefpaßfilter- und Verzögerungsnetzwerk 14 und der Differenzierschaltung 18 zugeführt. Das Filter- und Verzögerungsnetzwerk 14 weist ein Kettennetzwerk mit LC-Abschnitten 56 und 58 und Emitterfolger 61 und 63 auf, um eine Trennung der Schwellenwert- und NuIldurchgangsdetektorlasten vorzusehen. Die Differenzierschaltung 18 umfaßt vier Kondensatoren 65, die entsprechend mit vier Wiederständen 67 verbunden sind, und wirkt zusammen mit dem Schwellenwertvergleicher 24 als Teil des Steuerimpulsgenerators. Der Schwellenwertvergleicher 24 besteht aus Komparatorschaltungen 70 und 72. Das unverzögerte und differenzierte Signal wird von den Komparatorschaltungen 70 und 72 verglichen, um das Signal für die Gültigkeitsprüfung mittels der Logikschaltung 26 zu qualifizieren.

Die an den Ausgängen der Transistoren 61 und 63 auftretenden gefilterten und verzögerten Signale werden der Differenzierschaltung 16 zugeführt, die aus Kondensatoren 74 und 76 besteht, welche mit einem geerdeten Widerstandsnetzwerk verbunden sind, das die Widerstände 78 und 80 aufweist. Das verzögerte, differenzierte Signal wird von dem Nulldurchgangsdetektor 22 verarbeitet, der das Signal in eine digitale Form umwandelt und der Logikschaltung 26 zuführt. Jene Nulldurchgangssignal übergänge (Fig. 3b), die gültig sind, werden hinsichtlich der Zeit mit der Mitte des positiven Impulses des Ausgangssignals Cl (für negative Übergänge) oder des Ausgangssignals C2 (für positive Übergänge) des Schwellenwertvergleichers 20 und ebenso - infolge der durch das Filter- und Verzögerungsnetzwerk 14 in die Signalwege mit nicht differenzierten, verzögerten sowie differenzierten, verzögerten Signalen eingeführten Verzögerung-mit der Mitte der

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positiven Impulse der Ausgangssignale C4 bzw. C3 des Schwellenwertvergleichers 24 ungefähr übereinstimmen.

Die gefilterten und verzögerten Signale werden dem Schwellenwertvergleicher 20 zugeführt, der aus Komparatorschaltungen 90 und 92 besteht, welche die ins Positive und ins Negative gehenden, nicht differenzierten Spitzen bzw. Peaks mit einer festen Schwelle vergleichen. Die nicht differenzierten Spitzen haben nach der Verarbeitung durch den AVR-Kreis eine Standardamplitude. Die Komparatorschaltungen 70 und 72 vergleichen das differenzierte Signal, das von den negativen und positiven Spitzen herrührt, mit einer zweiten festen Schwelle. Die Ausgangsgrößender Komparatorschaltung 90 und der Komparatorschaltung 72 werden einer ODER-Schaltung 94 und die Ausgangsgrößen der Komparatorschaltungen 70 und 92 einer ODER-Schaltung 96 zugeführt. Als Ergebnis wird das Nulldurchgangssignal entweder durch das nicht differenzierte oder das differenzierte Signal qualifiziert, das seine Schwelle durchkreuzt, oder durch beide, vorausgesetzt, daß die Schwellenüberquerung die richtige Polarität aufweist.

Infolge des Einsatzes der ODER-Schaltungen 94 und 96 können die Schwellenpegel größer gemacht werden, als jene, die bei einem Einzel schwellensystem verwendet werden, und somit wird die Immunität gegenüber Rauschen auf der Grundlinie verstärkt.

Die Gültigkeitsprüfungs-Logikschaltung 26 umfaßt ein Flip-Flop 98, das verlangt, daß qualifizierte NuI1durchgänge aus entgegengesetzten Polaritäten bestehen. Di es ermöglicht den Ausschluß der Qualifizierung von ungültigen NuI1 durchgängen durch den ersten Hocker bzw. ersten Zipfel des differenzierten Signals einesjguitigen Nulldurchganges. Der erste Hocker des differenzierten Signals ist von gleicher Polarität wie der zweite Hocker des vorhergehenden NuI1durchgangs. Das Flip-Flop 98 beseitigt außerdem die Gültigkeitsprüfung von mehrfachen Nulldurchgängen in Erwiderung auf einen einzigen Qualifikationssteuerimpuls.

Das Flip-Flop 98 liefert in Abhängigkeit von seinem Zustand ein Signal an die UND-Schaltung 100 oder die UND-Schaltung 102. Die UND-Schaltungen 100 und 102 werden durch Signale von der ODER-Schaltung 96 bzw. der ODER-Schaltung 94 aktiviert. Die Ausgangsgröße der UND-Schaltung 100 stellt ein qualifiziertes Signal für einen positiven Nulldurchgang dar, das einem Flip-Flop 104 zugeführt wird. Die UND-Schaltung 102 erzeugt ein qualifiziertes Signal für einen negativen Nulldurchgang, das einem Flip-Flop 106 zugeführt wird.

Sind die Ausgangssignale eines Spannungsvergleichers 112 des Nulldurchgangsdetektors 22 und die den Flip-Flops zugeführten qualifizierten positiven oder negativen Signale synchron, so wird ein Ausgangssignal des Flip-Flops 104 oder 106 an eine ODER-Schaltung 108 angelegt. Eine Verzögerungsleitung 110, die ein RC-Zeitglied darstellen kann, läßt den Ausgangsimpuls der ODER-Schaltung 108 zu den Rücksetzklemmen der beiden Flip-Flops 104 und 106 zurücklaufen, um den Ausgangsimpuls bei einer Standardlänge abzubrechen und die Flip-Flops in ihren Ausgangszustand zurückzusetzen, so daß diese für einen anderen gültigen Nulldurchgang bereit sind. Die ODER-Schaltungen 94, 96 und 108 stellen vorzugsweise verdrahtete ODER-Implementierungen dar, so daß Bauteile eingespart und die Zeitsteuerung verbessert werden kann.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltung wird ein Strom von digitalen Ausgangsimpulsen erzeugt, wobei die Phase oder die Position und die Zeit der Vorderflanke jedes Impulses den Zeitpunkt des Auftretens einer gültigen Spitze der eingegebenen, analogen Wellenform darstellt. Die Gültigkeitsprüfung der Spitzen der gelesenen Daten, die verarbeitet werden, hat eine wesentliche Verbesserung bei der Unterdrückung von Rauschen und Signalausfallen zur Folge. Das Anlegen des differenzierten Signals an den Schwellenwertdetektor, und zwar zusätzlich zum nicht differenzierten Signal, resultiert in

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einer verbesserten Leistung für im engen Abstand oder im weiten Abstand angeordnete Datensignale. Da die Empfindlichkeiten der beiden Kanäle, die die Schwellenwertdetektoren aufweisen, komplementär sind, kann der Wert der beiden Schwellen erhöht werden, um eine zusätzliche Immunität gegenüber Grundlinienrauschen vorzusehen, ohne daß man dabei eine störende Empfindlichkeit gegenüber Signalen mit niedriger Amplitude für entweder im engen Abstand oder im weiten Abstand angeordnete Signal spitzen ausgesetzt ist.

Die Erfindung kann nicht nur bei Plattenlaufwerksystemen oder einer magnetischen Aufzeichnung verwendet werden, sondern kann auch bei anderen Systemen Anwendung finden, bei denen analoge Wellenformen verarbeitet werden.

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Claims

ν. FONER EBBINGHAUS FINCK PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MARIAHILFPLATZ 2*3, MÖNCHEN BO POSTADRESSE: POSTFACH 98O16O, O-8OOO MÜNCHEN SB PRIAH CORPORATION DEAB-33953.7 10. Juni 1986 ZUSAMMENGESETZTER STEUERIMPULSGENERATOR Patentansprüche:

1. Steuerimpulsgeneratorschaltung für die Gültigkeitsprüfung und das Durchlassen gültiger Lesesignale zu einer Ausgangsverwertungsschaltung, gekennzeichnet durch: - eine Leseeingangssignal-Quelle,

- eine mit der Quelle gekoppelte Einrichtung (12) zum Filtern der Eingangssignale,

- einen ersten Kanal mit einer an die Filtereinrichtung (12)angekoppelten ersten Differenzierschaltungs- einrichtung (18) zum Differenzieren des gefilterten Signals und einem ersten Schwellenwertvergleicher (24), der mit der Differenzierschaltungseinrichtung (18) verbunden ist und das differenzierte Signal mit einer festen Bezugsspannung vergleicht, - einen zweiten Kanal mit einem zweiten Schwellenwertvergleicher (20), der mit der Filtereinrichtung (12) verbunden ist und ein nicht differenziertes Signal mit einer ausgewählten festen Bezugsspannung vergleicht,

- einen dritten Kanal mit einer zweiten Differenzierschaltungseinrichtung (16), die mit der Filtereinrichtung (12) verbunden ist und das gefilterte Signal differenziert,

- einen NuIldurchgangs-Detektor (22), der mit der zweiten Differenzierschaltungseinrichtung (16) verbunden ist, und

- eine Logikschaltung (26), die mit den Ausgangsschaltungen der drei Kanäle verbunden ist und nur gültige Lesesignale durchläßt.

2. Steuerimpulsgeneratorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die Leseeingangssignal-Quel1e eine Einrichtung (14) zum Verzögern des Leseeingangssignals angekoppelt ist, die mit dem zweiten und dritten Kanal in Verbindung steht.

3. Steuerimpulsgeneratorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwellenwertvergleicher (24) ein unverzögertes, differenziertes Signal mit einer ersten Bezugsspannung vergleicht und daß der zweite Schwellenwertvergleicher (20) ein verzögertes, nicht differenziertes Signal mit einer zweiten Bezugsspannung vergleicht.

4. Steuerimpulsgeneratorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Leseeingangssignal-Quelle und die Filtereinrichtung (12) ein Verstärker (10) mit Verstärkungsregelung gekoppelt ist.

5. Steuerimpulsgeneratorschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (11) vorgesehen ist, die in einer geschlossenen Rückkopplungsschleife an den Ausgang und den Eingang des Verstärkers

(10) mit Verstärkungsregelung angeschlossen ist.

6. Steuerimpulsgeneratorschaltung nach Anspruch 1, dadurch geknnzeichnet, daß die Logikschaltung (26) eine Flip-Flopschaltung aufweist, die qualifizierte Nulldurchgangssignale mit entgegengesetzten Polaritäten verarbeitet.

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Steuerimpulsgeneratorschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung (26) ein erstes und ein zweites Flip-Flop (104, 106) aufweist, wobei das erste Flip-Flop Signale mit positivem Nulldurchgang und das zweite Flip-Flop Signale mit negativem Nulldurchgang empfängt,um qualifizierte positive und negative Signale durchzulassen, die entsprechend von den Schwellenwertvergleichern (20, 24) empfangen wurden.