DE2203154A1

DE2203154A1 - Detektor fuer die Spitzen eines Analogsignals mit zeitlich veraenderlicher Amplitude

Info

Publication number: DE2203154A1
Application number: DE19722203154
Authority: DE
Inventors: Potash Hanan Nmi
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1971-01-25
Filing date: 1972-01-24
Publication date: 1972-12-21
Also published as: US3668532A; JPS5331180A; JPS5315384B1; JPS4736744A; JPS5423267B2; DE2203154B2

Description

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SPERRY RAND CORPORATION, New York, N. Y./USA

Detektor für die Spitzen eines Analogsignals mit zeitlich veränderlicher Amplitude

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Wahrnehmung der Spitzen eines analogen Signals, dessen Amplitude sich bezüglich der Zeit ändert, und das vornehmlich beim Auslesen von Bits an einem magnetischen Aufzeichnungsträger erzeugt wird.

In vielen Fällen möchte man die Spitzen im Verlauf eines analogen Signals feststellen. Beim Auslesen eines digitalen Speichers, in dem ein sich bewegender magnetischer Aufzeichnungsträger zur Anwendung kommt, braucht man normalerweise z. B. nur die Spitzen im Verlauf des Ausgangssignals eines Magnetkopfes örtlich festzulegen, um die gespeicherten Daten richtig zu identifizieren. Bislang wird dieses Ausgangssignal einer üifferenzbildungsschaltung zugeleitet, die das Differenzsignal abgibt, dessen Schnittpunkte mit der Nullinie die Spitzen im Ausgangssignal des Magnetkopfes angeben. Wenn bei der Konstruktion der Differenzbildungsschaltung beispielsweise ein Delta-Differenz -Verfahren zur Anwendung kommen soll, wird gewöhnlich eine solche Zeitkonstante gewählt, daß ein Kompromiß zwischen der Genauigkeit und der Störunempfindlichkeit erreicht wird. Eine Differenzbildungsschaltung mit einer kurzen Zeitkonstante bringt eine größere Genauigkeit bei der Wahrnehmung der Spitzen mit sich, sie kann aber unfähig sein, zwischen den Signalspitzen und spitzen Störimpulsen zu unterscheiden. Andrerseits verschleiert eine Differenzbildungsschaltung mit einer langen Zeitkonstante die kurz andauernden Störimpulse, ist aber wegen ihres Aufbaus hinsichtlich der Lokalisierung der Signalspi.tzen weniger genau.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Detektor für die Spitzen im Amplitudenverlauf eines Signals anzugeben, der sowohl diese Spitzen mit größter Genauigkeit anzeigt als auch eine hohe Störunempfindlichkeit besitzt.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Differenzsignale, von denen sich das eine durch eine hohe Genauigkeit und das andere durch eine starke Zurückweisung der Störimpulse auszeichnet, gesondert hervorgerufen und dann logisch miteinander verknüpft werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Delta-Differenzbildungsverfahren zur Erzeugung der beiden binären Differenzsignale angewendet, wobei eine ziemlich lange Zeitverzögerung dem einen Signal und eine ziemlich kurze Zeitverzögerung dem anderen Signal zugeordnet ist.

Als Folge der Wahl dieser zeitlichen Verzögerungen ist das eine Signal gegen Störimpulse sehr unempfindlich und das andere Signal sehr genau. Die beiden binären Differenzsignale werden einer logischen Schaltung zugeführt, die ein einziges binäres Signal abgibt, das mit der dem zweiten Differenzsignal eigentümlichen Genauigkeit schaltet, aber solche in ihm enthaltene Übergänge vernachlässigt, die auf Störimpulse zurückzuführen sind, die dem ersten Differenzsignal fehlen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und v/erden im folgenden näher erläutert. Die Figuren geben die wichtigsten Merkmale der Erfindung wieder. Es stellen dar:

Figur 1 ein Blockschaltbild des magnetischen Aufzeichnungss^rstems, in dem die Schaltung zur Wahrnehmung der Spitzenamplituden gemäß der Erfindung angewendet werden kann,

Figur 2 ein Blockschaltbild eines bisherigen Spitzendetektors, der die Delta-Differenzbildung ausnutzt,

Figur 3 den Verlauf des analogen Signals (a), eines binären Differenzsignals (b) bei einer ziemlich großen zeitlichen Verzögerung, eines binären Differenzsignals (c) bei einer ziemlich kleinen zeitlichen Verzögerung und eines Auaf-angüsignals (d), das gemäß der Erfindung durch eine logische Verknüpfung der binären Differenzsignale (b) und (c) znstandekommt,

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Figur 4 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung und -

Figur 5 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform.

Figur 1 zeigt das System zur Wahrnehmung von Signalspitzen gemäß der Erfindung, in dem ein Magnetkopf 10 über eine Leitung 12 seine Signale an einen Spitzendetektor 14 abgibt. In einem Speichersystem werden die digitalen Daten auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger in einem leicht zugreifbaren Datencodeformat längs der einen oder anderen Richtung eingeschrieben. Das vom Magnetkopf 10 in der Leitung 12 abgegebene Signal hat beim Umschalten der magnetischen Polarisation
aus der einen Richtung in die andere eine Spitze (Maximum); es ist
ein analoges Signal, das den Schreibstrom wiedergibt, der den Aufzeichnungsträger magnetisierte. Die Amplitude des analogen Signals
ändert sich als Funktion der Zeit, und üblicherweise sind Hilfsmittel vorgesehen, die die Spitzen dieses analogen Signals wahrnehmen, so
daß die Übergänge im aufgezeichneten Signal festgelegt werden können, um eine Unterscheidung der relativen Schaltzeiten des ursprünglichen Schreibstromes zu ermöglichen. Die aus dem Magnetkopf austretende
Leitung 12 ist normalerweise über Verstärkungsstufen (nicht gezeigt) an den Spitzendetektor 14 angeschlossen, der über eine Ausgangsleitung 16 ein binäres Signal liefert, dessen Übergänge die Spitzen des analogen Signals anzeigen. Die Ausgangsleitung 16 ist mit einem
Diskriminator 18 verbunden, der das eintretende Binärsignal dann in
die aufgezeichneten Daten auflöst.

Figur 2 veranschaulicht den bisherigen Spitzendetektor, der für das
System der Figur 1 brauchbar ist und ein Delta-Differenzbildungsverfahren ausnutzt, bei dem das zugeführte analoge Signal ständig an
zwei zeitlich getrennten Punkten gepüft wird. Eine Signalspitze wird dann angezeigt, wenn die Differenz der beiden zur Prüfung abgenommenen Signale die Ilullinie durchquert.

Im einzelnen enthält der bisherige Spitzendetektor der Figur 2 eine
oir-.naleingangsklemine 20, an die das analoge Signal gelegt wird, dessen Amplitude mit X bezeichnet sei. Es läuft über eine Verzügerungs-

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schaltung 22, vorzugsweise über eine Verzögerungsleitung zuin ersten Eingang 24 eines Komparators 26. Die Signaleingangsklemme 20 ist außerdem über eine weitere Leitung 28 unmittelbar mit einem zweiten Eingang 30 des Komparators 26 verbunden. Wenn die durch die Verzüge-.rungsschaltung 22 eingebrachte Verzögerung mit /.T bezeichnet sei, habe die am Eingang 24 des Komparators auftretende Signalamplitude die Größe X., während die am Eingang 30 erscheinende Signalamplitude durch den Ausdruck X. .^m wiedergegeben sei. Der Komparator 26 liefert ein binäres Ausgangssignal, dessen Pegel 1 dann auftritt, wenn die Amplitude Χ4-4.ΛΦ die Amplitude X. übersteigt, und dessen Pegel 0 die Umkehrung anzeigt, wenn also die Signalamplitude X. größer als X-^rn ist. Das vom Komparator 26 gelieferte Signal durchquert bei einer Signalspitze eine zwischen den beiden Pegeln 1 und 0 verlaufende Nullinie. .

Bei der tatsächlichen Ausführung einer Schaltung zur Wahrnehmung von Spitzen mit einer Delta-Differenzbildungsschaltung nach Figur 2 muß natürlich ein numerischer Wert für die Größe ΛΤ gewählt werden. Bei einer sehr kleinen Größe A T von z. B. 5 nsec in einem Aufzeichnungssystem mit hoher Dichte können die Spitzen des analogen Signals sehr genau wahrgenommen werden. Bei Anwendung einer solch kleinen Größe ΛΤ können auch spitze Störimpulse innerhalb des Verlaufes des analogen Signals angezeigt werden. Falls andrerseits ein großer V/ert für die Größe AT von z. B. 100 nsec gewählt und dasselbe Aufzeichnungssystem von hder Dichte benutzt wird, werden die kurz andauernden, spitzen Stör- oder Rauschimpulse verschleiert, was aber einen Verlust an Genauigkeit bei der Identifizierung der Spitzen des analogen Signals mit sich bringt.

In Figur 3 ist die Amplitude X. als Signal (a) dargestellt, das vom Magnetkopf 10 auf die Leitung 12 gelegt wird. Eine gestrichelte Linie gibt dasselbe analoge Signal wieder, das jedoch um eine Zeitspanne ^ΛΤ^ verzögert ist. Als Signal (b) ist in Figur 3 das binäre Differenzsignal dargestellt, das am Ausgang des Komparators 26 der Figur 2 in dem Falle erscheint,' wenn die Verzögerungsschaltung 22 die Verzögerungszeitspanne &T-. hervorruft. Das binäre Differenzsignal (b) weist einen ersten Übergang 30 vom Niveau 1 zum Niveau 0 auf, wenn die

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Signalamplitude X. die Signalamplitude Xf₊^m übersteigt. Ein zweiter Übergang 32 vom Pegel O auf den Pegel 1 findet statt, wenn die Signalamplitude X_t+/>.m größer als die Signalamplitude X. wird. Wie man sieht, sind die Signalübergänge 30 und 32 etwas ungenau, weil sie zeitlich ein wenig gegenüber den tatsächlichen Signalspitzen 34 und 36 verschoben sind, die sie wiedergeben sollen. Das Differenzsignal (b) spricht jedoch nicht auf kurz andauernde, spitze Störimpulse 40 an, die nämlich so klein sind, daß sie nicht den verzögerten Amplitudenverlauf des Signals mit der Amplitude Χ*._+λφ durchqueren.

Bei einer Verzögerung ^T₂ in der Verzögerungsschaltung 22, die beträchtlich kürzer als die Verzögerung ΛΤ-^ ist, verläßt ein Signal (c) den Komparator 26. Signalübergänge 44 und 46 legen die tatsächlichen Signalspitzen 34 und 36 viel genauer fest. Es spricht daher auf den Störimpuls 40 an, der wegen der kurzen Dauer der Verzögerung ΔΤ₂ den Amplitudenverlauf des Signals mit der Amplitude X₁.. ^m schneidet. Der spitze Störimpuls 40 bringt daher zusätzliche Signalübergänge 48 und 49 im Signal (c) hervor.

Im Hinblick auf die vorangehenden Betrachtungen nutzen die bisherigen Spitzendetektoren eine zeitliche Verzögerung £>T aus, die so gewählt wird, daß ein Kompromiß zwischen einer hohen Genauigkeit und einer starken Zurückweisung von Rauschsignalen zustandekommt.

Anstelle der Auswahl einer einzigen Verzögerungszeit werden gemäß der .Erfindung die beiden binären Differenzsignale (b) und (c) der Figur 3 erzeugt und dann logisch miteinander verknüpft, um ein binäres Ausgangssignal von hoher Störunerapfindlichkeit, die der lang andauernden Verzögerung zugeordnet ist, und von hoher Genauigkeit zu erhalten, die einer kurz andauernden Verzögerung zukommt. Das gemäß der Erfindung erzeugte, binäre Ausgangssignal ist als Signal (d) in Figur 3 wiedergegeben. Es weist Signalübergänge 50 und 52 auf, die zeitlich mit den genauen Signalübergängen 44 und 46 des Differenzsignals (b) zusammenfallen, und verdeckt, wie man erkennen kann, die Signalübergänge 48 und 49 des Differenzsignals (c).

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In Figur 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltung zur Wahrnehmung von Signalspitzen zu sehen, die das Signal (d) der Figur 3 abgibt;sie enthält zwei Komparatoren 60 und 62, die beide mit Signalen der Amplitude X. versorgt werden, die aus einer Verzögerungsschaltung 64 austreten. Das analoge Signal mit der Amplitude X wird über eine Eingangsleitung 66 der Verzögerungsschaltung 64 zugeführt und zusätzlich über eine Leitung 68 der einen Eingangsklemme des Kornparators 60 aufgeprägt. Die' zweite Eingangsklemme des Komparators 62 ist an eine Anzapfung 70 der Verzögerungsschaltung 64 angeschlossen. Der Komparator 60 nimmt ständig die zu prüfende Amplitude X. und eine um die Zeitspanne ^T-, verzögerte Amplitude auf; am Komparator 62 liegen ständig die Amplitude X. und eine um das Zeitintervall NT₂ verzögerte Amplitude. Bei dieser Anordnung schaltet der Komparator 60 stets in den nächsten 1- oder O-Zustand, bevor der Komparator 62 eine einfache, logische Verknüpfung der Ausgangssignale der Komparatoren 60 und 62 ermöglicht, damit das gewünschte Signal (d) der Figur 3 abgegeben wird. In einem typischen Aufzeichnungssystem von hoherDichte kann die Verzögerungszeitspanne Ut₁=IOO nsec und das Zeitintervall ΔΤ₂=20 nsec sein.

Die Ausgangsklemmen der Komparatoren 60 und 62 der Figur 4, die die binären Differenzsignale (b) und (c) der Figur 3 abgeben, sind unmittelbar mit dem Eingang eines UND-Gliedes 72 und über Negatoren 74 mit dem Eingang eines zweiten UND-Gliedes 76 verbunden. An die Ausgangsklemmen der UND-Glieder 72 und 76 ist die Setz- und Rückstellklemme eines Flipflop 78 angeschlossen. Jedesmal wenn die beiden Komparatoren 60 und 62 den Signalpegel 1 abgeben, w^rd das Flipflop 7^ in den 1-Zustand gebracht. Der Übergang 52 des Signals (d) der Figur 3 tritt in Abhängigkeit vom Übergang 46 im Signal (c) auf. Wenn die Komparatoren 60 und 62 je ein O-Signal abgeben, wird das Flipflop 78 zurückgestellt. Ein Beispiel hierfür ist der Übergang 50 des Signals (d) der Figur 3 in Abhängigkeit vom Übergang 44 des Signals (c). Die Übergänge 48, die im Signal (c) auftreten, aohalten das Flipflop 78 nicht.

Obgleich in Figur 4 eine bevorzugte Ausführungsform zur Erzeugung dos Signals (d) der Figur 3 dargestellt isb, um eine hohe Genauigkeit und eine sehr gute Zurückweisung von Störsignalen zu erreichen, kann auch mit einer anderartigen Schaltung ein ähnliches Kr^ebnis erzielt worden.

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Komparatoren 60^f und 62^f der 'Figur 5 liefern praktisch dieselben binären Differenzsignale wie die Komparatoren 60 und 62 der Figur 4. Die Eingangssignale des !Comparators 60» entstehen jedoch dadurch, daß das analoge Eingangssignal mit der Amplitude X über ein Band- oder Tiefpaßfilter 90 geleitet wird, um irgendwelche kurz andauernden Störimpulse zu beseitigen. Das Filter 90 unterdrückt folglich z. B. die spitzen Störimpulse 40. Seine Ausgangsklemme ist unmittelbar am Eingang des Komparators 60^f und über eine Verzögerungsschaltung 92 am zweiten Eingang des Komparators 60^f angeschlossen. Die Wirkung des Filters 90 besteht darin, die kurz andauernden, spitzen Störimpulse auszusieben; hierbei wird 'aber die Genauigkeit der Signalübergänge nachteilig beeinflußt, so daß der Verlauf des Differenzsignals (b) der Figur 3 angenähert wird. Der Komparator 62^T der Figur 5 empfängt das analoge Signal X an seiner einen Eingangsklemme und über eine Verzögerungsschaltung 94 an seiner zweiten Eingangsklemme. Bei der Ausführungsform der Figur 5 können die von den Verzögerungsschaltungen 92 und 94 bewirkten Verzögerungen λT einander identisch sein. Die von den Komparatoren 60^f und 62' abgegebenen Signale werden dann logisch verknüpft, um ähnlich, wie es in Figur 4 gezeigt ist, das Signal (d) der Figur 3 abzuleiten.

Wie man aus dem Vorstehenden erkennt, liefert die Schaltung bzw. das Verfahren zur Wahrnehmung der Signalspitzen ein äußerst genaues und gegen Störimpulse unempfindliches, auswertbares Signal.

Zusammenfassend betrachtet, wird in einem System zur Wahrnehmung der Spitzen eines analogen Signals, dessen Amplitude sich bezüglich der Zeit ändert, ein Delta-Differenzbildungsverfahren benutzt, um zwei gesonderte, binäre Differenzsignale, nämlich ein äußerst genaues, konstantes, kurz andauerndes Differenzsignal und ein weiteres, gegen das Häuschen ziemlich unempfindliches, konstantes, lang andauerndes Differenzsignal hervorzurufen. Diese beiden Differenzsignale werden dann logisch verknüpft, damit ein gegen Störungen ziemlich unempfindliches Ausgangssignal entsteht, das die Spitzen innerhalb des analogen Signals genau anzeigt.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Schaltung zur Wahrnehmung der Spitzen eines analogen Signals, dessen, Amplitude sich zeitlich ändert, mit einem Komparator, der die Amplitude des analogen Signals zur Zeit (t) mit der Amplitude dieses Signals zur Zeit (t+^'T-, ) vergleicht und ein binäres Differenzsignal mit dem Pegel (O) beim Überschreiten der Amplitude zur Zeit (t) über die Amplitude zur Zeit (t+ΛΤ-, ) und mit dem Pegel (1) im umgekehrten Falle liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Komparator (60) und ein weiterer Komparator (62), der die Amplitude (X_fc) des analogen Signals (X) zur Zeit (t) mit der Amplitude ^t+Z-T ) ^desse^^en Signals (X) zur Zeit (t+^T₂) vergleicht und ein zweites binäres Differenzsignal (c) mit dem Pegel (O), wenn die Amplitude (X^) die Amplitude (X_t+A«p ) übersteigt, und mit dem Pegel (1) im umgekehrten Falle abgibt, mit einer bistabilen Vorrichtung (78), die die beiden Pegel (0, 1) festlegt, über logische Glieder (72, 74, 76) verbunden sind, die auf die beiden Differenzsignale (b und c) ansprechen, deren gleichzeitige Pegel (0) ein O-Ausgangssignal der bistabilen Vorrichtung (78) und deren gleichzeitige Pegel (1) ein 1-Ausgangssignal dieser Vorrichtung (78) auslösen.

2. Schaltung nach dem Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß AT₁ > λΤ₂ ist.

3. Schaltung nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne '¹T, beträchtlich größer als die Zeitspanne AT₂ ist.

4. Schaltung zur Wahrnehmung der Spitzen eines von einem magnetischen Lesekopf gelieferten Signals, dessen Amplitude sich mit der Zeit ändert, mit einem Signalgenerator, von dem ein Differenzsignal hervorgerufen wird, das die Polung der Amplitudendifferenz des vom Lesekopf gelieferten Signals während zwei verschiedener Zeiten (t und t+ΛΤη) wiedergibt, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Signalgenerator (60) und ein weiterer Signalgenerator (62), von dem ein Differenzsignal (c) hervorgerufen wird, das die Polung der Amplitudendifferenz des vom Magnetkopf (10) gelieferten Signals

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/ (X) während zwei verschiedener Zeiten (t und t-*ÄT₂) wiedergibt, über logische Hilfsmittel (72, 74, 76) an einer bistabilen Vorrichtung (78) angeschlossen ist, die auf die beiden Differenzsignale (b und c) anspricht, und deren Ausgangssignal den einen Zustand (0) anzeigt, falls die Polung der beiden Differenzsignale (b^ind c) positiv ist, und den anderen Zustand (1) anzeigt, falls die Polung der beiden Differenzsignale (b und c) zugleich negativ ist.

5. Schaltung nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß dem einen Signalgenerator (60^f) ein Filter (90) vorgeschaltet ist, das die hohen Frequenzkomponenten aus dem in die Schaltung eintretenden Signal (X) entfernt.

6. Schaltung nach dem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Differenzsignale (b und c), die von den Signalgeneratoren (60 und 62) erzeugt werden, binäre Signale sind, deren einer Pegel (0) auftritt, wenn die Polung ihrer Amplitudendifferenz positiv ist, und deren anderer Pegel (1) auftritt, wenn die Polung ihrer Amplitudendifferenz negativ ist. /

7· Schaltung nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Vorrichtung (78) ein Flipflop ist, das über die logischen Glieder (72, 74, 76) in seinen 1-Zustand umschaltbar ist, wenn die beiden Differenzsignale (b und c) gleichzeitig ihren einen Pegel (1) einnehmen, und in seinen O-Zustand zurückschaltbar ist, wenn die beiden Differenzsignale (b und c) gleichzeitig ihren anderen Pegel (0) einnehmen.

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