DE2203154C - Schaltung zur Wahrnehmung der einen Binärwert darstellenden Spitzen eines analogen Signals mit einem Komparator - Google Patents
Schaltung zur Wahrnehmung der einen Binärwert darstellenden Spitzen eines analogen Signals mit einem KomparatorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Wahrnehmung der einen Binärwert darstellenden Spitzen
eines analogen Signals mit einem Komparator, der die Amplitude dieses Signals mit der Amplitude desselben,
um die Zeitspanne Δ T\ verzögerten (oder vorauseilenden) Signals vergleicht und beim Übersteigen der
Amplitude des ersten Signals über die des zweiten Signals sein Rechteckausgangssignal zum Pegel 0 hin
und im umgekehrten Fall zum Pegel 1 hin umschaltet.
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 Differenzbildungsschaltung 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
Siörunempfindlichkeit erreicht wird. Eine Differenzbiidungsschaltung mit einer kurzen Zeitkonstante bringt
eine größere Genauigkeit bei der Wahrnehmung der
40
Spitzen mit sich, sie kann aber unfähig sein, zwischen
den Signalspitzen und spitzen Störimpulsen zu unterscheiden. Andererseits verschleiert eine Differenzbildungsschaltung mit einer langen Zeitkonstante die
kurz andauernden Störimpulse, ist aber wegen ihres Aufbaus hinsichtlich der Lokalisierung der Signalspitzen
weniger genau.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Detektor für die Spitzen im Amplitudenverlauf eines
so Signals anzugeben, der sowohl diese Spitzen mit
größter Genauigkeit anzeigt als auch eine hohe Störunempfindlichkeit besitzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein weiterer Komparator, der die Amplitude des
ss einen dem ersten Komparator zugeführten Signals mit der Amplitude desselben um die Zeitspanne ΔΤ2
< 1/5 AT\ verzögerten (oder vorauseilenden) Signals vergleicht und beim Übersteigen der Amplitude des dem
ersten Komparator zugeführten Signals über die
(>o Amplitude seines anderen Eingangssignals sein Rechteckausgangssignal zum Pegel 0 hin und im umgekehrten
Fall zum Pegel 1 hin umschaltet, parallel zum ersten Komparator über logische Verknüpfungsglieder derart
an den beiden Eingängen eines bistabilen Gerätes
''S angeschlossen ist, daß das bistabile Gerät beim
gleichzeitigen Umschalten der Rechteckausgangssignale der beiden Komparatoren zum Pegel 0 hin in
seinen einen Zustand und beim gleichzeitigen Umschal-
ten zum Pegel 1 hin in seinen anderen Zustand überführbar ist
Dieselbe Aufgabe kann auch dadurch erfindungsgemäß gelöst werden, daß das analoge Signal einem kurz
andauernde Störimpulse aussiebenden Filter und dessen Ausgangssignal einem weiteren Komparator zuführbar
ist, der die Amplitude dieses Ausgangssignals mit der
Amplitude desselben, um die Zeitspanne ΔΤ\ verzögerten Ausgangssignals vergleicht und beim Übersteigen
der Amplitude des Ausgangssignals über die Amplitude
des anderen Eingangssignals sein Rechteckausgangssignal zum Pegel 0 hin und im umgekehrten Fall zum
Pegel 1 hin umschaltet, und daß der weitere Komparator parallel zum ersten Komparator über
logische Verknüpfungsglieder derart an den beiden Eingängen eines bistabilen Gerätes angeschlossen ist,
daß das bistabile Gerät beim gleichzeitigen Umschalten der Rechteckausgangssignale der beiden Komparatoren
zum Pegel 0 hin in seinen einen Zustand und beim gleichzeitigen Umschalten zum Pegel 1 hin in
seinen anderen Zustand überführbar ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher
erläutert Die Figuren geben die wichtigsten Merkmale der Erfindung wieder. Es stellt dar
Fig. 1 ein Blockschaltbild des magnetischen Aufzeichnungssystems, in dem die Schaltung zur Wahrnehmung
der Spitzenamplituden gemäß der Erfindung angewendet werden kann,
Fig.2 ein Blockschaltbild eines bisherigen Spitzendetektors,
der die Delta-Differenzbildung ausnutzt,
Fig.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 Ausgangssignals (d), das gemäß der Erfindung
durch eine logische Verknüpfung der binären Differenzsignale (b)und fcjzustandekommt,
F i g. 4 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
Fig.5 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform.
Fig. 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 Schreibstroms 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
F i g. 2 veranschaulicht den bisherigen Spitzendetektor, der für das System der F i g. 1 brauchbar ist und ein
Delta-Differenzbildungsverfahren ausnutzt, bei dem das zugeführte analoge Signal ständig an zwei zeitlich
getrennten Punkten geprüft wird. Eine Signalspitze wird dann angezeigt, wenn die Differenz der beiden zur
Prüfung abgenommenen Signale die Nullinie durchquert.
Im einzelnen enthält der bisherige Spitzendetektor der F i g. 2 eine Signaleingangsklemme 20, an die das
analoge Signal gelegt wird, dessen Amplitude mit X bezeichnet sei. Es läuft über eine Verzögerungsschaltung
22, vorzugsweise über eine Verzögerungsleitung zum ersten Eingang 24 eines !Comparators 26. Die
Signaleingangsklemme 20 ist außerdem über eine wet« ere Leitung 28 unmittelbar mit einem zweiten
Eingang 30 des Komparator 26 verbunden. Wenn die durch die Verzögerungsschaltung 22 eingebrachte
Verzögerung mit AT bezeichnet sei, habe die am Eingang 24 des Komparators auftretende Signalamplitude die Größe X1, während die am Eingang 30
erscheinende Signalamplitude durch den Ausdruck Χ,+δ rwiedergegeben sei. Der Komparator 26 liefert ein
binäres Ausgangssignal, dessen Pegel 1 dann auftritt, wenn die Amplitude X,+i)rdie Amplitude X, übersteigt,
und dessen Pegel 0 die Umkehrung anzeigt, wenn also die Signalamplitude X, größer als Χ,+λτ 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 Fig. 2 muß natürlich ein numerischer Wert für die Größe Δ Τ gewählt werden.
Bei einer sehr kleinen Größe Δ 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 Δ T können auch spitze Störimpulse innerhalb des Verlaufs des analogen Signals angezeigt werden.
Falls andererseits ein großer Wert für die Größe ΔΤνοη
z.B. 100 nsec gewählt und dasselbe Aufzeichnungssystem von hoher 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 F i g. 3 ist die Amplitude X1 als Signal ^dargestellt,
das vom Magnetkopf 10 auf die Leitung 12 gelegt wird. Eine gestrichelte Linie gibt dasselbe analoge Signal
wieder, das jedoch um eine Zeitspanne Δ Τ\ verzögert ist. Als Signal (b) ist in F i g. 3 das binäre Differenzsignal
dargestellt, das am Ausgang des Komparators 26 der F i g. 2 in dem Falle erscheint, wenn die Verzögerungsschaltung 22 die Verzögerungszeitspanne ΔΤ\ hervorruft.
Das binäre Differenzsignal (b) weist einen ersten Übergang 30 vom Niveau 1 zum Niveau 0 auf, wenn die
Signalamplitude X, die Signalamplitude Χι+δτ übersteigt.
Ein zweiter Übergang 32 vom Pegel 0 auf den Pegel 1 findet statt, wenn die Signalamplitude Χ,+δτ
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 Sigridlspitzen 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 A^+ardurchqueren.
Bei einer Verzögerung Δ Ti in der Verzögerungsschaltung
22, die beträchtlich kürzer als die Verzögerung ΔΤ\
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 Δ T^ den Amplitudenverlauf des
Signals mit der Amplitude Χ,+δτ 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 ΔΤ aus, die so gewählt wird, daß ein Kompromiß zwischen einer hohen Genauigkeit und
einer starken Zurückweisung von Rauschsignalen zustandekommt.
An Stelle der Auswahl einer einzigen Verzögerungszeit werden gemäß der Erfindung die beiden binären
Differenzsignale (b)und folder F i g. 3 erzeugt und dann
logisch miteinander verknüpft, um ein binäres Ausgangssignal von hoher Störunempfindlichkeit, 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 F i g. 3 wiedergegeben. Es weist Signaiübergänge 50 und 52 auf, die zeitlich mit den genauen
Signalübergängen 44 und 46 zusammenfallen, und verdeckt, wie man erkennen kann, die Signalübergänge
48 und 49 des Differenzsignals (c).
In Fig.4 ist eine bevorzugte Ausführungsform der
Schaltung zur Wahrnehmung von Signalspitzen zu sehen, die das Signal (d) der Fi g. 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 Komparators 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 Δ 7)
verzögerte Amplitude auf; am Komparator 62 liegen ständig die Amplitude X, und eine um das Zeitintervall
ΔΤ2 verzögerte Amplitude. Bei dieser Anordnung
schaltet der Komparator 60 stets in den nächsten 1- oder 0-Zustand, bevor der Komparator 62 eine einfache,
logische Verknüpfung der Ausgangssignale der Komparatoren 60 und 62 ermöglicht, damit das gewünschte
Signal (d) der Fig.3 abgegeben wird. In einem
typischen Aufzeichnungssystem von hoher Dichte kann die Verzögerungszeitspanne ΔΤ\ = lOOnsec und das
Zeitintervall Δ 7J = 20 nsec sein.
Die Ausgangsklemmen der Komparatoren 60 und 62 der F i g. 4, die die binären Differenzsignale (b) und (c)
der F i g. 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 Flipflops 78 angeschlossen. Jedesmal, wenn die beiden Komparatoren
60 und 62 den Signalpegel t abgeben, wird das Flipflop 78 in den 1 -Zustand gebracht. Der Übergang 52
des Signals (d) der F i g. 3 tritt in Abhängigkeit vom Übergang 46 im Signal (^ 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 Fig.3 in Abhängigkeit vom
Übergang 44 des Signals (c). Die Übergänge 48, die im Signal (cj auftreten, schalten das Flipflop 78 nicht.
Obgleich in F i g. 4 eine bevorzugte Ausführungsform zur Erzeugung des Signals (d) der F i g. 3 dargestellt ist,
is um eine hohe Genauigkeit und eine sehr gute
Zurückweisung von Störsignaien zu erreichen, kann auch mit einer andersartigen Schaltung ein ähnliches
Ergebnis erzielt werden.
Komparatoren 60' und 62' der F i g. 5 liefern praktisch dieselben binären Differenzsignale wie die Komparatoren
60 und 62 der F i g. 4. Die Eingangssignale des Komparators 60' entstehen jedoch dadurch, daß das
analoge Eingangssignal mit der Amplitude X über ein Band- oder Tiefpaßfilter 90 geleitet wird, um irgendwel-
:v ehe 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' und über eine Verzögerungsschaltung 92 am zweiten Eingang des Komparators
60' 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 F i g. 3 angenähert wird. Der Komparator 62' der Fig.5 empfängt das
analoge Signal X an seiner einen Eingangsklemme und über eine Verzögerungsschaltung 94 an seiner zweiten
Eingangsklemme. Bei der Ausführungsform der Fig.5
können die von den Verzögerungsschaltungen 92 und 94 bewirkten Verzögerungen Δ Τ einander identisch sein.
Die von den Komparatoren 60' und 62' abgegebenen Signale werden dann logisch verknüpft, um ähnlich, wie
es in F i g. 4 gezeigt ist, das Signal (d) der F i g. 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 Rauschen 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
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 Rauschen 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
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Schaltung zur Wahrnehmung der einen Binärwert darstellenden Spitzen eines analogen s
Signals mit einem Komparator, der die Amplitude dieses Signals mit der Amplitude desselben, um die
Zeitspanne AT\ verzögerten (oder vorauseilenden) Signals vergleicht und beim Obersteigen der
Amplitude des ersten Signals über die des zweiten ι ο Signals sein Rechteckausgangssignal zum Pegel 0
hin und im umgekehrten Fall zum Pegel 1 hin umschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß
ein weiterer Komparator (62), der die Amplitude des einen dem ersten Komparator (60) zugeführten is
Signals mit der Amplitude desselben um die Zeitspanne ΔΤ2<
\/5ΔT1 verzögerten (oder vorauseilenden) Signals vergleicht und beim Übersteigen
der Amplitude des dem ersten Komparator (60) zugeführten Signals über die Amplitude seines
anderen Eingangssignals sein Rechteckausgangssignal zum Pegel 0 hin und im umgekehrten Fall zum
Pegel 1 hin umschaltet, parallel zum ersten Komparator (60) über logische Verknüpfungsglieder
(72, 74, 76) derart an den beiden Eingängen (S, R) eines bistabilen Gerätes (78) angeschlossen ist, daß
das bistabile Gerät (78) beim gleichzeitigen Umschalten der Rechteckausgangssignale der beiden
Komparatoren (60, 62) zum Pegel 0 hin in seinen einen Zustand und beim gleichzeitigen Umschalten
zum Pegel 1 hin in seinen anderen Zustand überführbar ist.
2. Schaltung zur Wahrnehmung der einen Binärwert darstellenden Spitzen eines analogen
Signals mit einem Komparator, der die Amplitude dieses Signals mit der Amplitude desselben, um die
Zeitspanne Δ Ti verzögerten Signals vergleicht und beim Obersteigen der Amplitude des ersten Signals
über die des zweiten Signals sein Rechteckausgangssignal zum Pegel 0 und im umgekehrten Fall zum
Pegel 1 hin umschaltet, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Signal (X) einem kurz andauernde
Störimpulse aussiebenden Filter (90) und dessen Ausgangssignal einem weiteren Komparator (60')
zuführbar ist, der die Amplitude dieses Ausgangssignals mit der Amplitude desselben, um die
Zeitspanne Δ Ti verzögerten Ausgangssignals vergleicht und beim Übersteigen der Amplitude des
Ausgangssignals über die Amplitude des anderen Eingangssignals sein Rechteckausgangssignal zum
Pegel 0 hin und im umgekehrten Fall zum Pegel 1 hin umschaltet, und daß der weitere Komparator (60')
parallel zum ersten Komparator (62') über logische Verknüpfungsglieder derart an den beiden Eingängen eines bistabilen Gerätes angeschlossen ist, daß
das bistabile Gerät beim gleichzeitigen Umschalten der Rechteckausgangssignale der beiden Komparatoren (62', 60') zum Pegel 0 hin in seinen einen
Zustand und beim gleichzeitigen Umschalten zum Pegel 1 hin in seinen anderen Zustand überführbar
ist (F ig. 5).
3. Schaltung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne ΔΤ\ beträchtlich
(um den Faktor 20) größer als die Zeitspanne Δ T2 ist.
4. Schaltung nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem einen Komparator (60')
ein Filter (90) vorgeschaltet ist, das die hohen Frequenzkomponenten (f>
2 ■ 10* see-') aus dem in die Schaltung eintretenden Signal fXJentfernt.
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