DE2827420A1

DE2827420A1 - Schaltungsanordnung zur regelung der frequenzbandbreite einer differenzierschaltung

Info

Publication number: DE2827420A1
Application number: DE19782827420
Authority: DE
Inventors: Joseph Shui-Tung Tung
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1977-06-29
Filing date: 1978-06-22
Publication date: 1979-01-11
Also published as: GB1572980A; ES470932A1; CH627868A5; CA1079538A; IT1109000B; JPS5412873A; DE2827420C2; JPS598780B2; FR2396301B1; US4138728A; BR7804157A; FR2396301A1; IT7824498A0

Description

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

ka/bm

Schaltungsanordnung zur Regelung der Frequenzbandbreite einer Differenzierschaltung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Frequenzbandbreite einer Differenzierschaltung, durch welche von einem bewegten Positionsfühler, insbesondere vom einstellbaren Magnetkopftragarm eines Magnetplattenspeichers erzeugte periodische Positionsgebersignale in geschwindigkeitsanzeigende Regelsignale zur Servoregelung der Einstellbewegung des Positionsfühlers umgesetzt und einem Signalpro- ^:zessor zugeführt werden.

Es ist bekannt (US-PS 3 820 712), eine Schaltungsanordnung zur 'Regelung der Frequenzbandbreite einer Differenzierschaltung, 'durch welche aus periodischen Positionsgebersignalen geschwin-Idigkeitsanzeigende Regelsignale abgeleitet werden, so auszubilden, daß die Differenzierschaltung aus einem RC-Netzwerk besteht. Die Frequenzbandbreite eines solchen Netzwerks ist so ausgelegt, daß die einen großen Frequenzbereich umfassenden periodischen Positionsgebersignale übertragbar sind. Diese Positionsgebersignale ergeben sich in Form einer Sägezahnspannung, die durch die Abtastung von Servomarkierungen durch einen Magnetkopf erzeugt werden, während dieser die kreisförmigen Servospuren einer Magnetplatte in radialer Richtung überquert. Da der Magnetkopf im Verlauf einer Einstellbewegung erhebliche positive und negative Beschleunigungswerte erreicht, wird die Frequenz der periodischen Positionsgebersignale innerhalb eines großen Frequenzbereichs geändert.

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Wenn durch die Differenzierschaltung Signale einer niederen Betriebsfrequenz übertragen werden, so können aufgrund der großen Prequenzbandbreite der Schaltung auch die Signalkomponenten der höheren Ordnung übertragen werden, so daß ein hochfrequentes Rauschen eingeführt wird. Störsignale dieser Art behindern die Servoregelung, die für die Einstellbewegung eines bewegten Elements benützt wird. Die durch das RC-Netzwerk gebildete Differenzierschaltung bewirkt ferner nichtilineare Dämpfungen der zu übertragenden Signale, insbesondere lim Bereich der Grenzfrequenz der Schaltung, welche die

|Regelgenauigkeit einer Servoregelung beeinträchtigen.

JEs ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Differenizierschaltung, durch welche aus periodischen Positionsgeber-Isignalen geschwindigkeitsanzeigende Regelsignale abgeleitet werden, so auszubilden, daß die Frequenzbandbreite des Übertragungskanals abhängig von der Frequenz des zu übertragenden ignals automatisch geändert wird.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß die periodischen Positionsgebersignale einem ersten Eingang einer Subtrahierschaltung zugeführt werden, deren Ausgang mit dem Eingang eines Verstärkers verbunden ist, dessen Verstärkung durch Ausgangssignale des Signal Prozessors regelbar ist, und daß vom Ausgang des Verstärkers Signale über eine Integrierschaltung zu einem zweiten Eingang der Subtrahierschaltung übertragbar sind.

Durch eine Schaltungsanordnung der genannten Art, wird das Verhältnis der Signalfrequenz zur Frequenzbandbreite im Geschwindigkeitsbereich eines einstellbaren Elements, z.B. eines Magnetkopftragarms, konstant gehalten. Die für die Einstellung des Elements erzeugten Servosignale haben daher in dem zu übertragenden Frequenzbereich einen konstanten Rausch

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abstand, so daß die Regelung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Abbildungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Frequenzbandbreite einer Differenzierschaltung in Form eines Blockschaltbildes,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur . Erzeugung von BetriebsSignalen, die zur Steuerung der einzelnen Elemente der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung benützt werden.

!Die Fig. 1 zeigt eine Differenzierschaltung mit variabler ,Bandbreite für einen elektronischen Geschwindigkeitsmesser, (die eine Subtrahierscaltung 10 enthält. Dem Eingang dieser ,Schaltung werden periodische Positionsgebersignale Ve zugeführt, welche von einem bewegten Element, z.B. vom Magnetkopf eines Magnetkopftragarms erzeugt werden, wenn dieser in !radialer Einstellbewegung über die konzentrischen Servospuren 'einer Servoplatte bewegt wird. Bei einem Plattenspeicher dieser Art werden an den Oberflächen anderer Magnetplatten in konzentrischen den Servospuren entsprechenden Datenspuren Daten aufgezeichnet oder ausgelesen.

Das Ausgangssignal der Subtrahierschaltung wird an einen Verstärker 12 mit regelbarer Verstärkung weitergeleitet, dem gleichzeitig Ausgangssignale eines Signalprozessors zugeführt werden, welche die Geschwindigkeit des bewegten Elements anzeigen. Das Ausgangssignal Va des in der Verstärkung regel-

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baren Verstärkers 12 wird über eine geschlossene Rückkopplungsschleife mit einem integrierenden RC-Netzwerk 14 geführt und gelangt dann in integrierter Form an einen weiteren jEingang der Subtrahierschaltung 10. Dank dieser Schaltung kann zwecks Änderung der Grenzfrequenz die Verstärkung geregelt werden, so daß die Linearität der Signalübertragung !für hohe Eingangsfrequenz verbessert und hochfrequentes Rauschen bei niedriger Eingangsfrequenz nicht verstärkt Wird. Als Resultat kann ein konstanter Rauschabstand erizielt werden.

Einzelheiten der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung isind in Fig. 2 dargestellt. Diese Einrichtung beruht auf jener der US-PS 3 820 712 und es ist zu beachten, daß zwei darin enthaltene Differenzierer 79, 80, welche gleichzeitig auch als Hochpaßfilter wirken und daher unerwünschte Phasenverschiebungen und Amplitudenveränderungen verursachen, durch eine Anordnung mit einem in der Verstärkung regelbaren Verstärker ersetzt worden sind. Dieser kann ein Zweiquadrantenmultiplikator sein, der mit einer integrierenden Rückkopplungsschaltung verbunden ist.

Gemäß Fig. 2 werden die Positionsgebersignale Ve dem Eingang 30 zugeführt. Sie gelangen über den Widerstand 31 an einen in der Verstärkung regelbaren Verstärker, beispielsweise einen Zweiquadrantenmultiplikator 33.

Das Ausgangssignal Va des Zweiquadrantenmultiplikators 33 wird über den Knotenpunkt 88 einem Schalter 78 zugeleitet, der durch eine Magnetspule 77 betätigt wird. Gleichzeitig wird das Signal Va in einem Inverter 90 um 180° in der Phase verschoben und einem Schalter 81 zugeführt, der mittels einer Magnetspule 82 betätigt wird.

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Im oberen Teil der Fig. 2 ist eine Zeitgeberschaltung abgebildet, welche zwei Tiefpaßfilter 51 und 59 enthält, die der Rauschunterdrückung dienen. Die periodisch veränderlichen Positionsgebersignale Ve gelangen vom Eingangsanschluß 30 direkt an das Tiefpaßfilter 51 und über einen Inverter 32 an das Tiefpaßfilter 59. Die daran anschließenden Komparatoren 53 bzw. 61 bewirken die Begrenzung der in den Tiefpaßfiltern 51 bzw. 59 gefilterten Signale zwecks Bildung eines Rechtecksi-.gnales. Der Ausgang der Komparatoren 53 und 61 liegt auf hohem Potential, jedesmal wenn das jeweilige Eingangssignal negativer ■ist als ein vorgegebenes Bezugssignal von beispielsweise 2,5 Volt. Die Ausgangssignale der Komparatoren werden je an den ;Rückstell- bzw. Einstelleingang (R bzw. S) eines selbsthaltenden Schalters 57 sowie an die Eingänge eines ODER-Gliedes 63 gelegt.

Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 63 wird über die weiteren jODER-Glieder 69 und 71 an eine Magnetspule 84 zur Betätigung !eines Schalters 83 geführt. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 63 gelangt aber auch an einen Inverter 87 und wird in j invertierter Form einem Signalprozessor 40 zugeleitet. Dasselbe Ausgangssignal des ODER-Gliedes 63 dient gleichzeitig der Bildung eines Zeitgebersignals, das für die Erzeugung eines Ausgangssignals am Signalprozessor 40 gebraucht wird. Dieses Ausgangssignal Vc beeinflußt die Bandbreite des Signalweges, der durch den Zweiquadrantenmultiplikator 33 hindurchführt.

Das Ausgangssignal Vc gelangt an den Zweiquadrantenmultiplikator 33 über ein Diodennetzwerk mit den beiden Dioden 102 und 104. Wenn das Ausgangssignal Vc am Ausgang des Signalprozessors 40 null ist. was stets bei Beginn eines Zugriffsvorganges der Fall ist, dann ist die Diode 102 in Sperrichtung vorgespannt. Eine konstante Bezugsspannung V_n aus einem stabilisierten Versorgungsgerät gelangt unter diesen Umständen

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über die Diode 104 an den Eingang des Zweiquadrantenmultiplikators 33. 1st Vc kleiner als die konstante Bezugsspannung V_, so leitet die Diode 104 und die höhere Spannung V_n liegt dann

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am betreffenden Eingang des Zweiquadrantenmultiplikators 33. ,Ist jedoch Vc größer als die Bezugsspannung V₀, so leitet die

i x<

!Diode 102 und das Ausgangssignal Vc wird dem Zweiquadrantenmultiplikator 33 zugeführt. Die Diodenschaltung verhindert, daß die Grenzfrequenz des Signalweges dem Wert null zustrebt.

!Die Signalspannung Vc des Signalprozessors 40 bewirkt einen istromfluß im Widerstand 105, der die Bandbreite in der i 'Differenzierschaltung steuert. Der Zweiquadrantenmultipli- ι |kator verarbeitet diesen Signalstrom, der nur positive Polari-,tät hat, und liefert als Ausgangssignal das Produkt dieses positiven Signalstromes im Widerstand 105 und des Signal-

stromes im Widerstand 31. Das Ausgangssignal Va des Zwei- j quadrantenmultiplikators 33 gelangt über den Schalter 78, ^! wenn dieser geschlossen ist, an eine Summierschaltung 85. j Das Ausgangssignal Va ist eine Rechteckwelle, deren Ampli- j tude von der Frequenz der Positionsgebersignale Ve abhängig ist. Es stellt also analog die Geschwindigkeit des Zugriffsmechanismus dar. Das Ausgangssignal der Summierschaltung 85 dient der Erzeugung eines Geschwindigkeitssignales für einen Linearmotor für den Zugriffsmechanismus.

Wenn das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 63 auf hohem Pegel liegt, dann wird über einen Eingang das Summierglied 85 durch den Schalter 83 an Erde gelegt. Ein Ausgangssignal des selbsthaltenden Schalters 57 wird dem ODER-Glied 71 zugeführt und gelangt nach Inversion im Inverter 75 an die Magnetspule 82, welche den Schalter 81 betätigt. Ist dieser Schalter geschlossen, dann wird dem Summierglied 85 das invertierte Geschwindigkeitssignal Va des Zweiquadrantenmultiplikators 33 zugeleitet.

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An den Signalprozessor 40 gelangt also das Signal über das Tiefpaßfilter 59, den Komparator 61, das ODER-Glied 63 und den Inverter 87. Gleichzeitig wird dem Prozessor auch ein Signal I„ zugeführt, das dem Erregerstrom in der Spule des Linearmotors proportional ist. Ein anderer Weg zum Signalprozessor 40 schließt den Zweiquadrantenmultiplikator 33 und die Summierschaltung 85 ein. Der Prozessor 40 erzeugt nun die Ausgangsspannung Vc, die dann über das Diodennetzwerk wieder dem Zweiquadranteninultiplikator 33 zugeleitet wird. Somit arbeiten der Prozessor und der Zweiquadrantenmultiplikator gemeinsam in einer geschlossenen Rückkopplungsschleife.

Das Ausgangssignal Va des Zweiquadrantenmultiplikators 33 wird am Knotenpunkt 88 einer integrierenden RC-Schaltung, bestehend aus Widerstand 70, Kapazität 72 und Operationsverstärker 73 zugeführt, wobei letzterer mit einem Eingang an die Verbindung 92 zwischen dem Widerstand und der Kapazität des integrierenden RC-Gliedes geschlossen ist. Der andere Eingang des Operationsverstärkers ist über einen Widerstand mit Erdpotential verbunden. Der Ausgang des genannten Verstärkers 73 führt an den zweiten Anschluß der Kapazität 72 sowie über einen Widerstand 94 und liefert so einen Strom an den einen Eingang des Zweiquadrantenmultiplikators 33, wodurch eine zweite geschlossene Rückkopplungsschleife gebildet wird.

Einem linearen Verstärker mit steuerbarer Verstärkung wird also eine veränderliche Steuerspannung zugeführt. Diese Steuer-.spannung ändert sich aber proportional zu der Ausgangsspannung !des steuerbaren Verstärkers. Außerdem umfaßt die Anordnung eins aktive Differenzierschaltung, die aus einer Rückkopplungs- ^; schleife mit Integrierglied besteht. Dank diesen Vorkehrungen ; 'wird automatisch die Bandbreite des Kanals für das zu verar- ^! beitende Signal in Abhängigkeit von dessen Frequenz und i !unabhängig vom übertragungsmaß gesteuert. Dadurch ist das . Verhältnis der Signalfrequenz zur Bandbreite in einem vor- '

ι }

,gegebenen Bereich konstant. '

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE :

Schaltungsanordnung zur Regelung der Frequenzbandbreite
einer Differenzierschaltung, durch welche von einem
bewegten Positionsfühler, insbesondere für einen einstellbaren Magnetkopftragarm eines Magnetplatten-Speichers erzeugte_;periodische Positionsgebersignale in
geschwindigkeitsanzeigende Regelsignale zur Servoregelung
der Einstellbewegung des Positionsfühlers umgesetzt und
einem Signalprozessor zugeführt werden, dadurch gekenn- ; zeichnet, daß die periodischen Positionsgebersignale (V ) ■ einem ersten Eingang einer Subtrahierschaltung (10) ; zugeführt werden, deren Ausgang mit dem Eingang eines
Verstärkers (33) verbunden ist, dessen Verstärkung durch ' Ausgangssignale (V ) des Signalprozessors (40) regelbar

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ist, und daß vom Ausgang des Verstärkers Signale (V) über!

eine Integrierschaltung (14) zu einem zweiten Eingang der I Subtrahierschaltung übertragbar sind.

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ORIGINAL INSPECTED