DE3230551C2

DE3230551C2 - Verfahren zum magnetischen Aufzeichnen von Digitalsignalen

Info

Publication number: DE3230551C2
Application number: DE3230551A
Authority: DE
Inventors: Toru Kadaira Tokio/Tokyo Kirino; Akihiko Kokubunji Tokio/Tokyo Kougami; Seiichi Hachioji Tokio/Tokyo Mita; Shusaku Hachioji Tokio/Tokyo Nagahara
Original assignee: Hitachi Denshi KK
Current assignee: Hitachi Denshi KK
Priority date: 1981-08-17
Filing date: 1982-08-17
Publication date: 1985-02-14
Also published as: JPS5829110A; GB2104758B; GB2104758A; DE3230551A1; US4521816A

Abstract

Beim Aufzeichnen von Digitalsignalen mit hoher Dichte auf einen magnetischen Aufzeichnungsträger wird die Wellenform des Magnetkopf-Treiberstroms so geformt, daß die Wellenform des Wiedergabesignals möglichst wenig verschlechtert wird. Dazu wird, wenn die Stromumkehr des Treiberstroms über mindestens 1,5 Bitperioden andauert, die Stromamplitude in der ansteigenden Impulsflanke reduziert. Entsprechend dieser Wellenform des Treiberstroms wird die Verzerrung der Wiedergabe-Wellenform geringer, und es wird eine magnetische Aufzeichnung mit hoher Dichte ermöglicht. Das Verfahren ist konkret anwendbar bei der Videoaufzeichnung mit hoher Dichte auf Videoband und dergleichen.

Description

K V/v < 1,4
genügen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum magnetischen Aufzeichnen von Digitalsignalen entsprechenden magnetischen Mustern auf einem magnetischen Medium.

Bei der magnetischen Aufzeichnung von Digitalsignalen auf ein magnetisches Medium, etwa Magnetband oder Magnetplatte, wird ein Magnetkopf mit einem Strom ausgesteuert, der der aufzuzeichnenden Information von in zeitlicher Folge vorliegenden »1«- und »O«-Signalen entspricht, wobei auf dem magnetischen Medium ein magnetisches Muster erzeugt wird. Die Entsprechung zwischen der Information des Digitalsignals und dem Treiber- oder Aufzeichnungsstrom wird als »Aufzeichnungssystem« bezeichnet; bekannt sind die NRZ-, NRZl-, MFM-, M²- und weitere Systeme.

Bei Verfahren zum Aufzeichnen von Digitalsignalen nach dem Stand der Technik wird bei allen diesen Aufzeichnungssystemen im allgemeinen als Magnetkopf-Treiberstrom eine Rechteckwelle verwendet. Die Fig. l(a) bis l(c) beziehen sich beispielsweise auf das NRZl-Aufzeichnungssystem, wobei die aufzuzeichnende Information »010«, der Verlauf des Treiberstroms und der Verlauf des Wiedergabesignals beim Auslesen des magnetischen Musters dargestellt sind. Bekanntlich nimmt das Wiedcrgabesignal bei einer Umkehr des Treiberstroms eine bergförmigc Impulsform an.

Bei einem Magneiplatten-, Magnetband- oder ähnlichen Gerät zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Digitalsignalen wird zur Wiederherstellung eines der ursprünglich aufgezeichneten Information entsprechenden Signals aus dem Wiedcrjiabesignal ein Wiedergabeverfahren angewendet, bei dem der Pegel des Wiedergabesignals mit einem Amplituden-Detektorpegel VTH verglichen wird, das in F i g. l(c) mit der Ziffer 6 bezeichnet ist Dies wird als Amplitudenerkennung oder Amplitudendemodulation bezeichnet Das in Fig. l(a) mit dem Buchstaben Γ bezeichnete Zeitintervall eines Bits wird als Bitperiode bezeichnet, und die Pegelvergleiche werden an den in Fig. l(b) mit 1,2 und 3 bezeichneten Mitten der Bitperioden /"durchgeführt.
Wird nun die Bit-Aufzeichnungsdichte auf dem Aufzeichnungsmedium hoch, so breitet sich gewöhnlich die einer Umkehr des Aufzeichnungsstroms entsprechende Wiedergabe-Impulsform über eine Bitperiode hinaus aus, und die Amplitude des Wiedergabesignals wird an den Mitten der einem »0«-Wert benachbarten lnformationsbits nicht 0, wie dies bei 4 und 5 in F i g. l(c) dargestellt ist Dieses Phänomen wird als Zwischensymbolstörung bezeichnet; nimmt diese Störung zu, so entwickelt sich bei der Amplitudenerkennung eine große Anzahl von Symbolfehlern.

Bei der magnetischen Aufzeichnung und Wiedergabe von Digitalsignalen ist deshalb eine Schaltung zur Kompensation der Wellenform nach der Wiedergabe vorgesehen, um die Wiedergabe-Signalform zu entzerren. Fig.2(c) veranschaulicht die Wellenform-Kompensation auf der Grundlage der Entzerrung, wobei die Fig.2(a) und 2(b) die Aufzeichnungsinfonnation bzw. das Wiedergabesignal darstellen. Eine Wiedergabeimpulsform wird dabei derart entzerrt, daß die Amplituden an den Stellen 7 und 8 der benachbarten Bitperioden zu Null werden, wie dies bei 9 und 10 gezeigt ist. Eine derartige entzerrte Wellenform wird als Nyquist-Wellenform bezeichnet. Betrachtet man die Entzerrung vom Frequenzgang her, so bedeutet dies, daß die Frequenzcharakteristik gleich der Nyquist-Frequenzcharakteristik gemacht wird. Dies soll anhand der F i g. 3{a) und 3{b) erläutert werden. Der Frequenzgang eines einzelnen sich ausbreitenden Wiedergabeimpulses ist. wie Kurve 11 in Fig.3(a) zeigt, so, daß eine höhere Frequenzkomponente eine kleinere Amplitude aufweist als eine niedrigere Frequenzkomponente. Dieser Frequenzgang wird derart kompensiert, daß er zu dem in Fig.3(b) gezeigten Frequenzgang 12 wird, der folgendermaßen definiert ist:

A wenn |/1<(1-6/0/2,
f [l- -

Vo
so wenn 11/1-/0/2Is; Wo/2,

0, wenn |/| >(1 + b)fo/2, und
bei konstanter Phasenlaufzeit:

Dieser Frequenzgang wird als Nyquist-Frequenzcharakteristik bezeichnet, und die über eine Zeitachse auf-

w) getragene entsprechende Wellenform heißt Nyquist-Wellcnform. In der obigen Definition bedeutet /'die l'requenz, A die Amplitude, b(Q< b< I) die Dämpfung und /|)/2dic Nyquisl-Frequcnz.

Das obige Enlzcrrungsvcrfahrcn ist bei sogenannten

linearen Uberlragungskanälcn, etwa Telcfonkanalen und dergleichen, durchgeführt worden, wobei sieh die oben beschriebene lineare Zwisehensyniholstöning (4 und 5 in I·'ig. l(e)) iniiielsdieser ΙΊηΐ/crniiig vollständig

beseitigen läßt.

Bei einem Übertragungskanal für magnetische Aufzeichnung und Wiedergabe tritt jedoch außer der linearen Zwischensymbolstörung, die sich durch die Wiedergabe-Entzerrerschaltung kompensieren lallt, eine nichtlineare Zwischensymbolstörung auf. Dies soll anhand der F i g. 4(a) bis 4{e) erläutert werden.

Die F i g. 4(a) bis 4{e) veranschaulichen eine Aufzeichnungsinformation »0110«, den Aufzeichnungsstrom sowie entzerrte Wiedergabesignale, wobei als Beispiel das NRZl-Aufzeichnungssystem verwendet wird. Das entzerrte Wiedergabesignal 1 ergibt sich in Übereinstimmung mit ausschließlich der Umkehr 13 des Aufzeichnungsstroms, während das entzerrte Wiedergabesignal 2 lediglich der Umkehr 14 des Aufzeichnungsstroms entspricht. Die durch Überlagerung der beiden Wiedergabesignale 1 und 2 gewonnene Wellenform sollte den bni 15 in F i g. 4(e) gezeigten Verlauf haben. Wird jedoch das magnetische Muster aufgezeichnet und dann wiedergegeben und entzerrt, so ergibt sich in Wirklichkeit eine von der überlagerten Wellenform abweichende verzerrte Wellenform, die in F i g. 4(e) mit 16 bezeichnet ist. Diese Verzerrung beruht auf einer für die magnetische Aufzeichnung eigentümlichen Nichtlinearität und ist der Tatsache zuzuschreiben, daß zwischen den einzelnen Bits Wechselwirkungen aufgrund der Aufzeichnungsentmagnetisierung beim Aufzeichnungsvorgang oder eines im Aufzeichnungsmedium auftretenden Entmagnetisierungsfeldes stattfinden. Außerdem schwankt die nichtlineare Verzerrung in ihrer Größe in Abhängigkeil vom Aufzeichnungsmuster und hat die Eigenschaft, daß sie mit zunehmender Bit-Aufzeichnungsdichte auf dem Aufzeichnungsmedium größer wird.

Bei Vorliegen einer solchen nichtlinearen Verzerrung weicht die Amplitude des Wiedergabe-lmpulssignals bei jedem Aufzeichnungsmuster, das eine Kombination aus »1« und »0« enthält, und Symbolfehler treten bei der Amplitudenerkennung häufig auf. Daher ist es zur Verringerung der .Symbolfehler bei der Wiedergabe sehr wichtig, die Amplitude des Wiedergabe-lmpulssignals unabhängig von den Aufzeichnungsmustern konstant zu machen.

Zur Bewertung oder Auswertung der nichtlinearen Verzerrung dient ein »Augen«-Muster. Dies wird dadurch dargestellt, daß entzerrte Wiedergabesignalc in zeitlicher Folge gruppiert zu den betreffenden Perioden überlagert werden, wie in F i g. 5(a) bis 5(e) beispielsweise veranschaulicht.

In den F i g. 5(a) bis 5(e) sind eine Aufzeichnungsinformation, der Aufzeichnungsstrom, das entzerrte Wiedergabesignal sowie Augenmuster unter Verwendung des NRZI-Aufzeichnungssystems als Beispiel dargestellt. An den Umkehrpunkten 17 und 18 des Aufzeichnungsstroms in F i g. 5(b) tritt die gleiche Umkehr vom niedrigeren Pegel zum höheren Pegel auf. Da jedoch die jeweils benachbarten Aufzeichnungssiromkomponenten mit »0« und »1« bzw. »1« und »0« verschieden sind, haben die entzerrten Wiedcrgabesignale ungleiche Amplituden, wie dies bei 19 bzw. 20 in Fig.5I₁C) gezeigt ist. Werden die Wicdergabesignale als Augenmuster dargestellt, so wird daher das dem schraffierten Teil 21 entsprechende Auge in dem in F i g. 5(d) gezeigten Augenmuster klein. Bei der Amplitudenerkennung erfolgt der Pegclvcrgleich dadurch, daß der Dcicktorpcgel VTH auf die Mitte des Auges eingestellt wird. 1st das Auge klein, so verringert sich der Spielraum für den Rausehabstand, und die Symbolfehler nehmen zu. Bei dem in Fig. 5(<;) gezeigten Augenmuster 2 handelt es sich um ein entzerrtes Augenmuster, das durch Überlagerung einer Wiedergabewellenform erzeugt ist, und zeigt einen von nichtlinearen Verzerrungen freien Zustand. 1st das Auge groß, wie bei 22 in F i g. 5(e) gezeigt, so besteht für den Rauschabstand ein breitei· Spielraum, und bei der Amplitudenerkennung treten nur wenige Symbolfehler auf.

Zur Verbesserung der Zuverlässigkeit der Wiedergabesignale und zur Erhöhung der Dichte ist es daher

ίο unentbehrlich, das Augenmuster 1 mit nichtlinearer Verzerrung dicht an das Augenmuster 2 zu bringen.

Zur Beseitigung der Verzerrung im Wiedergabesignal bei einer derartigen magnetischen Aufzeichnung und Wiedergabe sind Verfahren bekannt (deutsche Auslegeschrift Nr. 17 74 004 und japanische Patentveröffentüchung Nr. 55-40921), bei denen zusätzliche Stromumkehrpunkte vorgesehen werden, wie dies in Fig.6(a), 6(b) und 7(a) bis 7(c) dargestellt ist Bezüglich der in Fig. 7(a) gezeigten Aufzeichnungsinformation werden Wiedergabe-Wellenformen entsprechend den Umkehrpunkten 23,24 und 25 des Aufzeichnungsstroms in Fig.7(b) erhalten, wie sie bei 23', 24' bzw. 25' in F i g. 7(c) dargestellt sind. Aufgrund der als Summe der genannten Wiedergabe-Wellenformen erzielten WeI-lenform (23' +24' +25') wird dabei das Wiedergabe-Impulssignal enger.

Infolge der Verschmälerung des Wiedergabe-lmpulssignals bewirken diese Verfahren eine gewisse Verringerung der Verzerrungen der Wiedergabe-Wellenformen, wie sie der bei 4 und 5 in F i g. 1 (c) gezeigten linearen Zwischensymbolstörung und der bei 16 in F i g. 4(e) gezeigten nichtlinearen Zwischensymbolstörung zuzuschreiben sind. Diese Verfahren verringern zwar die Wechselwirkung zwischen Bits, indem nur die Umkehr eines Aufzeichnungsstroms berücksichtigt wird, und verringern die Ausbreitung eines Bits, sie lassen jedoch die Unterschiede der auf den Aufzeichnungsmustern beruhenden nichtlinearen Verzerrungen außer Acht, wobei diese Unterschiede für die magnetische Aufzeichnung und Wiedergabe eigentümlich sind. Aufgrund der Eigenschaft, daß der Übertragungskanal bei der magnetischen Aufzeichnung und Wiedergabe kürzerwellige Komponenten bei zunehmender Bit-Aufzeichnungsdichte unterdrückt, besteht der weitere Nachteil, daß der auf den zusätzlichen Stromumkehrpunkten 24 und 25 in F i g. 7(b) beruhende Effekt geringer wird.

In Anbetracht der obigen Ausführungen kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin gesehen werden, ein Verfahren zum magnetischen Aufzeichnen von Digitalsignalen entsprechenden magnetischen Mustern auf einem magnetischen Medium anzugeben, bei dem die nichtlinearen Verzerrungen unabhängig von den Aufzeichnungsmustern und die Amplituden der Wiedergabesignalimpulse möglichst konstant sind.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichenieil des Patentanspruchs 1 angegeben. Dabei läßt sich »das l,5fache der Bitperiode« tatsächlich bei Aufzeichnungssystemen erreichen, bei denen — wie etwa beim MFM- und beim M²-System — das Zeitinter-

bo vall zwischen aufeinanderfolgenden Stromumkehrpunkten eine Bitperiode, 1,5 Bitperioden, 2 Bitperioden usw. betragen kann. Bei anderen Aufzeichnungssystemen, bei denen — wie etwa beim NRZ- und beim NRZl-Sys'/:m — d;is Zeitintervall zwischen aufeinanderfol-

bü gendcn Stroimimkehrpunklen ein ganz/ahliges Vielfaches der Bitperiode beträgt, bedeutet die Angabe im Patentanspruch 1 »mindestens gleich dem l,5fachender Bitperiode« tatsächlich, daß der Aul'/eichnungsstrom

mit gleicher Polarität über mindestens 2 Bitperioden der Digitalsignale andauert.

Wie weiter unten im einzelnen erläutert, gestattet es die Erfindung, die Amplituden der Wiedergabeimpulssignale unabhängig von den Aufzeichnungsmustern konstant zu machen und dadurch Symbolfehler beim Wiedergabenvorgang von Digitalinformationen zu verringern.

Von den nachstehend aufgeführten Zeichnungen beziehen sich die Fig. 1 bis 7 auf den oben erläuterten Stand der Technik, während die F i g. 8 bis 18 zur Erläuterung der Erfindung herangezogen werden. In den Zeichnungen zeigen

F i g. 1(a) bis l(c) Diagramme zur Veranschaulichung der Entsprechung von Aufzeichnungsinformationen, Aufzeichnungsstrom und Wiedergabesignal,

F i g. 2(a) bis 2(c), 3{a) und 3{b) Diagramme zur Erläuterung der Entzerrung,

Fig.4{a) bis 4(e) Diagramme zur Erläuterung der nichtlinearen Verzerrung einer Wiedergabesignalform,

F i g. 5{a) bis 5(e) Diagramme zur Erläuterung des Augenmusters,

F i g. 6(a), 6(b) und 7(a) bis 7(c) Diagramme zur Veranschaulichung von Verfahren nach dem Stand der Technik zur Unterdrückung der Verzerrungen in Wiedergabesigrialformen,

F i g. 8(a) bis 8(d) und 9 Diagramme zur Erläuterung einer Ursache für das Auftreten einer nichtlinearen Verzerrung,

Fig. 10(a) bis 10(d) Diagramme zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung,

Fig. 11 (a) bis ll(c) Diagramme zur Veranschaulichung der Aufzeichnungsstrom-Wellenform bei Anwendung der vorliegenden Erfindung auf das NRZI-Aufzeichnungssystem;

Fig. 12(a) bis 12(e) Diagramme zur Veranschaulichung von Aufzeichnungsstrom-Wellenformen bei Anwendung der vorliegenden Erfindung auf Verfahren zur Unterdrückung von Wiedergabe-Signalformverzerrungen nach dem Stand der Technik,

Fig. 13{a) bis 13{g) Diagramme zur Veranschaulichung von Aufzeichnungsstrom-Wellenformen bei Anwendung der vorliegenden Erfindung auf die NRZ-, MFM- bzw. M²-Aufzeichnungssysteme,

Fig. 14{A), 14(B), 15(A), 15(B), 16(A) und 16(B) Diagramme zur Veranschaulichung der Wirkungen der vorliegenden Erfindung,

F i g. 17 ein Schaltbild zur Darstellung der Verwirklichung der Erfindung beim NRZ-Aufzeichnungssystem und

Fig. 18(a) bis 18(q) Zeitdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 17.

Anhand der F i g. 8(a) bis 8(d) und 9 soll zunächst die Ursache erläutert werden, aus der die Größen der nichtlinearen Verzerrungen von den Aufzeichnungsmustern abhängen. Dabei ist in den F i g. 8(a) bis 8(d) eine Aufzeichnungsinformation »OHIO«, die zugehörige herkömmliche Aufzeichnungsstrom-Wellenform, das magnetische Muster auf dem Aufzeichnungsmedium bzw. das Wiedergabesigna] gezeigt, wobei das NRZI-Auf-Zeichnungssystem als Beispiel verwendet wird.

Die Kombination von »0« und »1« in der Aufzeichnungsinformation nach F i g. 8(a) sei hier als Aufzeichnungsmuster bezeichnet Die Buchstaben A, Bund Cin Fig.8(b) bezeichnen Stromumkehrzeitpunkte (kurz »Stromumkehrpunkte«), an denen ein Wechsel des Aufzeichnungsstroms von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel oder umgekehrt stattfindet Dabei ist die Stromumkehramplitudenänderung mit /0 bezeichnet.

Beim Aufzeichnen des Musters »OHIO« nach Fig.8(a) wird auf dem Medium das magnetische Muster ausgebildet, das der Aufzeichnungsstrom-Wellenform nach F i g. 8(b) entspricht. Obwohl die Größen der Magnetisierung auf dem Medium an den Stellen 26,27', 28' und 29' in Fig.8(c) betragsmäßig gleichen Pegeln des Aufzeichnungsstroms entsprechen, nehmen sie infolge nichtlinearer Wechselwirkungen, wie sie beim Einschreiben der jeweiligen Bits auftreten, unterschiedliche Werte an. Man geht davon aus, daß die Wechselwirkung durch eine Aufzeichnungs-Entmagnetisierungswirkung beim Magnetisierungsvorgang sowie auch durch eine Entmagnetisierungswirkung infolge eines aus der Magnetisierung des Mediums hervorgehenden Entmagnetisierungsfeldes verursacht wird.

Zunächst soll die Aufzeichnungsentmagnetisierung unter Berücksichtigung der Hysterese bei der Ausbildung des magnetisierten Teils 26' in F i g. 8(c) erläutert werden. Liegt der Magnetkopf an der Stelle 26' des Mediums, so wird die Magnetisierung mit einem negativen Wert mittels eines intensiven negativen Feldes des Kopfes eingeschrieben. Liegt sodann der Kopf an der Stelle 30' des Mediums, so wird dieser Stelle ein positives Feld zugeführt, um eine positive Magnetisierung einzuschreiben. Da jedoch das Feld des Kopfes eine räumliche Ausdehnung aufweist, wirkt das positive Feld beim positiven Schreibvorgang der Stelle 30' auf die Stelle 26' des Mediums und bewirkt eine Entmagnetisierung der ursprünglichen negativen Magnetisierung der Stelle 26'. Dies wird als Aufzeichnungsentmagnetisierung bezeichnet. Bei den nachfolgenden Schreibvorgängen an den Stellen 28' und 29' ist der Magnetkopf von der Stelle 26' des Mediums weit entfernt, so daß die Magnetisierung der Stelle 26' nicht mehr wesentlich beeinflußt wird. Man sieht daraus, daß der Einfluß der Aufzeichnungsentmagnetisierung am stärksten von der Strompolarität am benachbarten Teil abhängt.

Es sein nun die Aufzeichnungsentmagnetisierung der Stellen 27' und 29' in F i g. 8(c) betrachtet An den beiden der Stelle 27' benachbarten Stellen ist der niedrige Pegel eingeschrieben, während bezüglich der Stelle 29' nur an der Stelle 28' der niedrige Pegel, an dem der Stelle 29 folgenden Bit dagegen der gleiche hohe Pegel eingeschrieben ist. Die Wirkungen der Aufzeichnungsentmagnetisierung, denen die Stellen 27' und 29' unterliegen, sind daher unterschiedlich. Daher sind die Magnetisierungen der Stellen 27' und 29' am Ende des Aufzeichnungsvorgangs trotz gleicher Pegel des Aufzeichnungsstroms verschieden.

Als nächstes soll das Entmagnetisierungsfeld, das die zweite Entmagnetisierungswirkung verursacht, unter Berücksichtigung des Magnetisierungsvorgangs wieder an der Stelle 26' erläutert werden. Der Wert der Magnetisierung an der Stelle 30' ändert sich entsprechend der Umkehr 30 des Aufzeichnungsstroms, und aus der Magnetisierungsänderung ergibt sich ein Magnetfeld. Dieses Entmagnetisierungsfeld wirkt in Richtung einer Verringerung der Magnetisierung an der Stelle 26'. Da die Stärke des Entmagnetisierungsfeldes annähernd umgekehrt proportional ist zur Entfernung auf dem Medium, wird die von diesem Entmagnetisierungsfeld herrührende Entmagnetisierung der Stelle 26' am stärksten durch die Magnetisierungsänderung des Teils 30' und nur wenig durch Magnetisierungsänderungen der Teile 31' und 32' beeinflußt Dementsprechend wird die Entmagnetisierungswirkung des Entmagnetisierungsfeldes ähnlich wie die der Aufzeichnungsmagnetisierung am stärksten

durch das benachbarte Aufzeichnungsmuster beeinflußt.

Im folgenden seien die Entmagnetisierungswirkungen der Entmagnetisierungsfelder an den Stellen 27' und 29' in Fig.8(c) betrachtet. In den beiden der Stelle 27' benachbarten Teilen 30 und 31 liegen Magnetisierungsänderungen und daher Entmagnetisierungsfelder vor, die die Magnetisierung der Stelle 27' verringern. Demgegenüber besieht in der Umgebung der Stelle 29' nur die Magnetisierungsänderung des Teils 32', so daß die Stärke des Entmagnetisierungsfeldes für die Stellen 27' und 29' unterschiedlich ist. Somit sind die letztenendes erzielten Magnetisierungsstärken durch die Entmagnetisierungsfelder beeinflußt und nehmen wie im Falle der Aufzeichnungsentmagnetisierung ungleiche Werte an.

im Vorstehenden isi die niehtiineare Wechselwirkung bei der magnetischen Aufzeichnung im Hinblick auf die Entmagnetisierungswirkungen der Aufzeichnungsentmagp.etisierung und des Entmagnetisierungsfeldes beschrieben worden. Die Tatsache, daß der Wert jeder einzelnen Magnetisierung am stärksten durch das um eine Bitperiode später aufgezeichnete Muster beeinflußt wird, soll im folgenden anhand von F i g. 9 dargelegt werden.

Fig.9 zeigt die sogenannte Hystereseschleife zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen Magnetfeld und Magnetisierung eines Mediums bzw. Aufzeichnungsträgers. Die größere, äußere Schleife ABCDA wird als Hauptschleife, die innere als Nebenschleife bezeichnet Unter Bezugnahme auf die Hystereseschleife wird die Hysterese der Magnetisierung der Stelle 27' in F i g. 8(c) beschrieben.

Zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Digitalsignalen in einem Magnetbandgerät oder dergleichen wird zunächst das Aufzeichnungsmedium wechselstrom-entmagnetisierl. Vor Durchführung der Aufzeichnung befindet sich also die Stelle 27' in F i g. 8(c) im unmagnetisierten Zustand, und ihre Magnetisierung liegt an der Stelle O in Fig.9. Während die Teile 26 und 30 in F i g. 8(b) aufgezeichnet werden, liegt infolge der Entmagnetisierungswirkungen aufgrund der Aufzeichnungsentmagnetisierung und des Entmagnetisierungsfeldes an der Stelle 27' ein negatives magnetisches Feld. Infolgedessen verschiebt sich dabei die Magnetisierung der Stelle 27' vom Punkt O zum Punkt £ in Fi g. 9. Während des Einschreibens an der Stelle 27 in F i g. 8{b) liegt nun anschließend ein intensives positives Feld des Magnetkopfes, das die Magnetisierung vom Punkt E zum Punkt C auf der in F i g. 9 gezeigten Hystereseschleife verschiebt

Als Merkmal der nächsten Schleife wird nun, wenn ein Magnetfeld angelegt wird, das größer ist als das Magnetfeld Hd am Punkt F (das seinerseits die gleiche Größe hat wie das negative Magnetfeld — Hd am Punkt E), die Hysterese O—*E—+F gelöscht und die Magnetisierung nimmt den gleichen Wert an, wie wenn die Magnetisierung der Hysterese O->F(in Fig.9 gestrichelt gezeigt) gefolgt ist Dies bedeutet, daß der Einfluß der Entmagnetisierungswirkung während des Schreibens der Teile 26 und 30 durch das Einschreiben an der Stelle 27 in F i g. 8(b) aufgehoben wird. Dies bedeutet wiederum, daß der Einfluß der vorhergehenden Bits 26 und 30 durch das intensive positive Schreib-Feld an der Stelle 27 beseitigt wird.

Als nächstes wird durch das Schreiben an den Teilen 31 und 28 in F i g. 8(b) die Magnetisierung der Stelle 27' vom Punkt G in F i g. 9 zurück zum Punkt / negativer Feldstärke verschoben. Der Wert der Magnetisierung der Stelle 27' wird durch die Größe des genannten negativen Feldes, d. h. des auf dem Schreiben der Teile 31 und 28 beruhenden Entmagnetisierungsfeldes, erheblich beeinflußt. Während sich der Kopf von der Stelle 27' wegbewegt, ändert sich die Magnetisierung der Stelle 27' schließlich auf den Wert K in F i g. 9.

Wie oben aufgezeigt, wird der Wert der Magnetisierung des Aufzeichnungsmediums am stärksten durch dasjenige Aufzeichnungsmuster beeinflußt, das um eine Bitperiode später geschrieben wird. Hierbei seien die Größen der Magnetisierung der Stellen 26', 27', 28' und 29' in F i g. 8(c) betrachtet. Da die den Stellen 26,27 und 28 folgenden Bits an den Stellen 27,28,29 jeweils entgegengesetzte Polaritäten des Aufzeichnungsstronis aufweisen, nehmen die Größen der Magnetisierung infolge der Wirkungen der Aufzeichnungsentmagnetisierung und des Entmagnetisierungsfeldes ab. Die Magnetisierung der Stelle 29' wird dagegen nur wenig geschwächt, da das nächste Bit »0« ist, so daß dieser Magnetisierungswert längst der Hysterese Q— E-«G— / in F i g. 9 letztenendes größer wird als die Magnetisierungswerte an den Stellen 26', 27' und 28' in F i g. 8(c). Die Magnetisierungsänderung an der Stelle 32' wird daher größer als an den Stellen 30' und 31', was dazu führt, daß das Wiedergabesignal 32" in Fig.8(d) eine größere Amplitude hat, als die Wiedergabesignale 30" und 31".

Bei Verwendung der Aufzeichnungsstrom-Wellenform nach dem Stand der Technik nimmt somit das Wiedergabesignal einer Stromumkehr, die einer Auf-Zeichnungsinformation ohne Stromumkehr um ein Bit vorausgeht, eine größere Amplitude an, als die übrigen Wiedergabesignale.

Diese von den Aufzeichnungsmustern abhängende Streuung der Wiedergabesignalamplituden läßt sich selbst unter Verwendung eines Wiedergabe-Entzerrerkreises nur sehr schwierig beseitigen. Stellt man die Wiedergabesignale in Form eines Augenmusters dar, so wird das Auge klein, was eine Ursache für das Auftreten von Symbolfehlern bei der Amplitudenerkennung ang<bt

Auf der Grundlage der oben erläuterten Ursache für die nichtlinearen Verzerrungen soll nun das Prinzip der vorliegenden Erfindung erläutert werden, gemäß dem die Amplituden der Wiedergabesignale unabhängig von den Aufzeichnungsmustern möglichst konstant und die »Augen« nach der Entzerrung groß gemacht werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufzeichnungsstrom-Umkehramplitudenänderung eines einer starken Entmagnetisierungswirkung unterworfenen Bits groß gemacht wodurch die Größen der Magnetisierung auf dem Aufzeichnungsmedium unabhängig von den Aufzeichnungsmusiefn und ebenso die Amplituden der Wiedergabesignale möglichst konstant gemacht werden. Bei dem einer intensiven Entmagnetisierungswirkung unterworfenen Bit handelt es sich um ein solches Bit, bei dem der Aufzeichnungsstrom umkehrt und das einem Bit bei dem der Aufzeichnungsstrom erneut umkehrt, unmittelbar vorausgeht Mit anderen Worten läßt sich die vorliegende Erfindung folgendermaßen ausdrücken. Bleibt die Polarität des Aufzeichnungsstroms über eine Dauer von mindestens zwei Bitperioden bestehen, so wird der Wiedergabe-Signalimpuls, der erhalten wird, wenn die Stromumkehr, bei der diese bestimmte Polarität beginnt aufgezeichnet und dann wiedergegeben wird, größer als die übrigen Wiedergabeimpulse. Erfindungsgemäß wird nun die Amplitudenänderung dieser bestimmten Stromumkehr klein gemacht im Verhältnis zu den übrigen Stromumkehr-Amplitudenände-

rungen, wodurch die Amplituden der Wiedergabesignale unabhängig von den Aufzeichnungsmustern nahezu gleich groß werden.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines konkreten Beispiels unter Verwendung des NRZI-Aufzeichnungssystems in Fig. 10(a) bis 10(d) beschrieben werden. In den Fig. 10(a) bis 10(d)sind eine Aufzeichnungsinformation, der Aufzeichnungsstrom, das magnetische Muster und das Wiedergabesignal dargestellt. In diesen Figuren sind mit 33, 33' und 33" das den F i g. 8(a) bis 8(d) entsprechende System nach dem Stand der Technik, mit 34,34' und 34" dagegen das System nach der vorliegenden Erfindung bezeichnet, gemäß dem diejenige Stromumkehramplitudenänderung I_n die einem Bit ohne Aufzeichnungsstromumkehr unmittelbar vorausgeht, im Vergleich zu der sonstigen Stromumkehrampiitudenänderung /o reduziert wird.

Die Stromumkehramplitudenänderung des Teils 34 in F i g. 10(b) ist kleiner als die des Teils 33, was dazu führt, daß die Magnetisierung 34' des Aufzeichnungsmediums einen kleineren Wert hat als die Magnetisierung 33'. Daher wird auch die Änderung der Magnetisierung 34' kleiner als die der Magnetisierung 33', und das Wiedergabesignal 34" wird kleiner als das Wiedergabesignal 33" nach dem Stand der Technik und hat die gleiche Amplitude wie die Wiedergabesignale 30" und 31".

Auf diese Weise wird die Stromumkehramplitudenänderung /v desjenigen Bits, an dem der Aufzeichnungsstrom umkehrt, und das einem Bit ohne Aufzeichnungsstromumkehr zeitlich unmittelbar vorausgeht, relativ zu der sonstigen Stromumkehramplitudenänderung /o verringert, wodurch die Amplituden der Wiedergabesignale sämtlicher Muster vereinheitlicht werden, wie dies in F i g. 10(c) gezeigt ist.

Am Beispiel des NRZI-Systems sind in F i g. 1 l(a) bis ll(c) die Aufzeichnungsstrom-Wellenform nach dem Stand der Technik (Fig. 11(b)) und diejenige nach der vorliegenden Erfindung (F i g. 1 l(c)) unter Verwendung eines Aufzeichnungsmusters mit einer größeren Anzahl von Bits verglichen und erläutert. In diesem Beispiel ist die Stromamplitude eines Bits »1«, das einem Bit »0« unmittelbar vorausgeht, gegenüber der sonstigen Stromamplitude verhältnismäßig klein.

In den F i g. 12(a) bis 12(e) ist ein Beispiel veranschaulicht, bei dem die vorliegende Erfindung bei Aufzeichnungsstrom-Wellenformen angewendet ist, die mit zusätzlichen Stromumkehrpunkten versehen sind (vergleiche F i g. 6(a), 6(b) und 7(a) bis 7(c)). Der Aufzeichnungsstrom 1 in Fig. 12(b) entspricht dem System nach dem Stand der Technik, bei dem für eine Stromumkehr ein zusätzlicher Stromumkehrpunkt vorgesehen ist, während der Aufzeichnungsstrom 2 nach Kig. 12(c) die Stromwellenform darstellt, bei der zusätzlich die vorliegende Erfindung angewendet ist. In diesem Beispiel ist an demjenigen Stromumkehrpunkt, der einem Bit ohne Stromumkehr unmittelbar vorausgeht, die Amplitudenänderung an dem zusätzlichen Stromumkehrpunkt gegenüber dem sonstigen zusätzlichen Stromumkehrpunkt verhältnismäßig klein gemacht oder kein zusätzlicher Stromumkehrpunkt vorgesehen (vergleiche die Teile 35,36 und 37 sowie 35', 36' und 37').

Der Aufzeichnungsstrom 3 in Fig. 12(d) hat eine Wellenform nach dem Stand der Technik, bei der für eine Stromumkehr zwei zusätzliche Stromumkehrpunkte vorgesehen sind. Der Aufzeichnungsstrom 4 nach F i g. 12(e) ergibt sich durch Anwendung der vorliegenden Erfindung auf diesen Stromverlauf. Erfindungsgemäß wird die Amplitudenänderung an den zusätzlichen Stromumkehrpunkten 38,39 und 40 in F i g. 12(d) reduziert, wie dies bei 38', 39' und 40' in Fig. 12(e) gezeigt ist, oder es werden keine zusätzlichen Stromumkehrpunkte vorgesehen.

In Fig. 13(b)bis 13(g)sind Aufzeichnungsstrom-Wellenformen nach dem Stand der Technik und nach der vorliegenden Erfindung für die NRZ-, MFM- und M²-Aufzeichnungssystcme bezüglich der aufzuzeichnenden Informationen nach Fig. 13(a)dargestellt.

Bei dem NRZ-System liegen gemäß Fig. 13(b) Stromumkehrungen an den Grenzen der Aufzeichnungsinformation vor. Erfindungsgemäß wird dann, wenn die gleiche Polarität des Aufzeichnungsstroms über mindestens zwei Bits vorliegt, die Amplitudcnänderung bei der vorhergehenden Aufzeichnungsstromumkehr klein gemacht (vergleiche die Teile 4i bis 46 in F ig. 13(c)).

Beim MFM-System entsprechen gemäß Fig. 13(d) die Zeitintervalle, in denen der Aufzcichnungsstrom umkehrt, der Bitperiode dem l,5fachcn, dem 2fachcn ... der Bitperiode. Wie in Fig. 13(e) gezeigt, wird dann, wenn die Polarität des Aufzeichnungsstroms über mindestens das 1,5fache der Bilperiode andauert, die Amplitudenänderung bei der vorausgehenden Stromumkehr kleiner gemacht als die sonstige Stromumkehramplitudenänderung (vergleiche die Teile 47 bis 52 in Fig.13(e)).

Beim M²-Systcm nach Fig. 13(f) wird ähnlich wie beim MFM-System dann, wenn die Polarität des Auf-Zeichnungsstroms über mindestens das 1,5fache der Bitperiode andauert, die Amplitudenänderung der vorausgehenden Stromumkehr klein gemacht (vergleiche die Teile54bis60in Fig. 13(g)).

In den obigen Aufzeichnungsbeispielen, bei denen die vorliegende Erfindung auf die verschiedenen Aufzeichnungssysteme angewandt wird, ist diejenige Dauer des Aufzeichnungsslroms, während der die Amplitude reduziert ist, als halbe Bitperiode dargestellt. Die Erfindung deckt auch den Fall, in dem diese Dauer gleich einer Bitperiode gemacht wird.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden. Die Wirkung der Erfindung wird dabei in Verbindung mit Fig. H(A). 14(B), 15(A), 15(B), 16(A) und 16(B) deutlich werden. In Fig. 14(A)

und 14(B) sind die Augenniuster des Systems nach dem Stand der Technik und des Systems nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung des NRZI-Aufzeichnungssystems als Beispiel miteinander verglichen und erläutert. Dabei wird der Begriff der »Augenöffnung«

so definiert, um die Größe eines Auges quantitativ auszudrücken. Die Augenöffnung ist definiert als Wert von £2/£l, wobei £1 die Augenampiitude desjenigen Augenmusters bezeichnet, das durch Überlagerung des 1-Bit-Wiedergabeimpulssignals gewonnen wird, wie es in dem Augenmuster 2 nach F i g. 5(e) gezeigt ist, während E 2 die Amplitude eines Auges bezeichnet, das durch Aufzeichnung und Wiedergabe eines Zufallsmusters erhalten wird. In dem Beispiel nach F i g. 14(A) und 14(B) beträgt die Augenöffnung nach dem Stand der

Technik 60%, während sie in dem System nach der vorliegenden Erfindung 85% beträgt, so daß eine Verbesserung der Augenöffnung um 25% zu beobachten ist.

In Fig. 15(A) und 15(B) ist die Änderung der Augenöffnung in Abhängigkeil von der Änderung des erfindungsgemäßen Verhältnisses I_nZl₁ der Stromumkehramplitudenänderungen dargestellt. Der Fall A//, = I entspricht der Aufzeichnungsstrom-Wellenform nach dem Stand der Technik, wobei die Augenöffnung in diesem

Fall beispielsweise mit 50% angenommen wird. Die Kurve 61 in F i g. 15(B) zeigt den Verlauf der Augenöffnung bei steigendem Verhältnis I₀ZI₁.. Aus dieser Darstellung ergibt sich, daß die Wirkung der vorliegenden Erfindung in dem Bereich

Klo/7, < 1,4

auftritt.

In Fig. Ib(A) und 16(B) ist die Aufzeichnungsstrom-V.'cllenform(Fig. 16(A)) für den Fall dargestellt, daß die Dauer des Aufzeichnungsstroms, während der die Amplitude verringert ist, gleich einer Bitperiode entspricht, wobei die Wirkung in Fig. 16(B) veranschaulicht ist. Wie aus der Kurve 62 in Fig. 16(B) ersichtlich, tritt die erfindungsgcmäße Wirkung in diesem Fail im Bereich

In Fig. 17 und 18(a) bis 18(q) ist ein Beispiel veranschaulicht, in dem die vorliegende Erfindung auf das NRZ-Aufzeichnungssystem angewandt ist, wobei ein Schaltbild und zeitliche Impulsdiagramme gezeigt sind. Die Arbeitsweise der Schaltung soll dabei anhand der Wellenformen an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 17 erläutert werden, wobei diese Wellenformen in den Zeitdiagrammen nach Fig. 18(a) bis 18(g) sowie anhand der zugehörigen algebraischen Boole'schen Ausdrücke dargestellt sind.

Zunächst sei ein Bitmuster »100« oder »011« in einem in zeitlicher Folge vorgegebenen Signal betrachtet. Wird nur das Bitmuster »100« verarbeitet, so soll es einem Code χ 1 =(100) entsprechen, wobei Signale, in denen dieser Code um eine bzw. zwei Bitperioden verzögert sind, mit χ 2 und χ3 bezeichnet sind. In diesem Fall sind χ 1, χ 2 und χ 3 folgendermaßen angeordnet:

x-1 = 100
x2 = 100
χ 3 = 10 0

Demgemäß wird der Code χ 4 von 3ΓΤ mal x~2 mal χ 3: a- 4 = 0 0 10 0

Diese«· Code χ 4 bildet den Wert (00100) nur für den Code χ 1 (100). Er dient zur Erfassung von (100) und Steuerung der Stromumkehramplitudenänderung des Aufzeichnungsstroms. Bezüglich des Codes (011) wird die invertierte Form dieses Codes zu χ 1 =(100), so daß χ 4 in ähnlicher Weise dadurch erhalten wird, daß ein Signal mit einer zum ursprünglichen Signal umgekehrten Polarität verwendet wird. Für*4gilt:

Der Code χ 4 und der entsprechende Strom lassen sich also unter Verwendung von Flip-Flops und ODER-Gliedern realisieren.

Fig. 17 zeigt die Schaltung zur Verwirklichung der Erfindung auf der Grundlage des oben erläuterten Gedankens. In Fig. 18(b) bis 18(g) sind die Wcllenformen an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 17 dargestellt, wobei die Aufzeichnungsinformation nach F i g. 18(a) als Beispiel angenommen wird. Die Beschreibung folgt dabei dem Signalfluß.

In Fig. 17 ist mit 70 eine Daleneingangsklemme bezeichnet, an der der Aufzeichnungsstrom des NRZ-Aufzeichnungssystems liegt. Mit 79 ist eine Eingangsklemme für ein Taktsignal zum Betrieb der Flip-Flops bezeichnet. Die Daten liegen an einem Flip-Flop 71.dessen Ausgänge (b) und (i) Treiberströme sind, die in Fig. 18(b) und 18(i) gezeigt sind. Das Signal fbjgelangt an ein Flip-Flop 72, an dessen Ausgang (c) das in F i g. 18(c) gezeigte Signal auftritt. Dieses Signal ist um eine Bitperiode verzögert und hat zum Signal (b)en\gc· gengesetzte Polarität. Nimmt man an, daß das Signal (b) χ 1 darstellt, so bildet das Signal (c) χ 2. Das Signal (d), das dadurch gewonnen wird, daß die Signale (c) und (b) durch NOR-Glieder laufen, ist in F i g. 18(d) gezeigt und hat den Code ΊΓΪ + χ 1. Durch Anlegen des Signals (d) an ein Flip-Flop 73 wird das Signal (e) gemäß Fig. 18(e) gewonnen. Der Code dieses Signals entspricht dem verzögerten Code x2 + x\ und wird zu x3 + x2. Nach Durchlaufen der Signale (e) und (b)durch weitere NOR-Glieder wird das Signal nach Fig. 18(f) gewonnen. Der Code des Signals (f)\stx\+x 2 + x3, was dem Code χ4 entspricht. Der Code (f) wird somit zu einem Signal, das nur in dem zweiten »O«-Bit des Codes (100) in F i g. 18(a) die Polarität eines niedrigen Pegels hat. Nach Passieren des Signals (f) durch ein Flip-Flop 74 wird ein Signal (g) erhalten. Wird der Takt des Flip-Flops 74 mittels eines Schalters 80 um nur eine halbe Bitperiode verzögert, so wird das Signal (g) so gestaltet, daß das Signal (f) um die halbe Bitperiode verzögert und in seiner Polarität umgekehrt wird. Das Signal in Fig. 18(h) wird dadurch gewonnen, daß die Signale (g) und (f) durch weitere NOR-Glieder geleitet werden. Das Signal (p) wird dadurch gewonnen, daß das ursprüngliche Signal (b) ein Flip-Flop 75 durchläuft. Aus einem Vergleich der F i g. (18)h) und 18(p) ersieht man, daß das Signal (h) den zu berücksichtigenden Stromamplituden-Umkehrpunkt anzeigt, wobei die Polarität des niedrigen Pegels über mindestens zwei Bitperioden andauert. Um den Stromamplituden-Umkehrpunkt für den Fall, daß ein hoher Pegel über mindestens zwei Bitperioden andauert, anzuzeigen, wird das Signal (i) unter Polaritätsumkehr des Aufzeichnungsstroms des ursprünglichen NRZ-Systems durch eine Schaltung 76 bis 78 geleitet, die den gleichen Aufbau wie die Schaltung 72 bis 74 hat, so daß ein Signal (o)erhallen wird.

Die Signale (h) und (o) werden mit Hilfe von Dämpfungsgliedern 81 und 82 um einen Faktor λ gedampft. Durch Zuführung der sich ergebenden Signale sowie des Signals (p)&n einen Differenzverstärker 83 wird das Signal nach Fig. 18(q) gewonnen. Dieses Signal stellt die Aufzeichnungsstrom-Wellenform gemäß der vorliegenden Erfindung dar und wird an der Ausgangsklemme 84 abgenommen.

In dem vorliegenden Aufzeichnungsbeispiel ist der Fall dargestellt worden, daß die Dauer des Aufzeichnungsstroms, während der die Amplitude verringert ist, eine halbe Bitperiode beträgt Diese Dauer kann jedoch auch eine andere Länge haben, beispielsweise eine Bitperiode, wozu die Verzögerungszeit des an den Flip-Flops 74 und 78 liegenden Taktimpulses in geeigneter Weise eingestellt wird.

Hierzu 14 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum magnetischen Aufzeichnen von Digitalsignalen entsprechenden magnetischen Mustern auf einem magnetischen Medium, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der Aufzeichnungsstrom mit gleicher Polarität über eine Zeitspanne andauern wird, die mindestens gleich dem 1 ^fachen der Bitperiode der Digitalsignale ist, die Stromumkehramplitudenänderung I, am Stromumkehrzeitpunkt, an dem Aufzeichnungsstrom dieser Zeitspanne beginnt, kleiner gemacht wird als die Stromumkehramplitudenänderung I₀ an den anderen Stromumkehrzeitpunkten, bei denen der Aufzeichnungsstrom mit gleicher Polarität über weniger als das l,5fache der Bitperiode der Digitaisignale andauern wird, und daß die durch die kleinere Stromumkehramplitudenänderung l_v erzeugte, gegenüber der anderen Stromamplitude geringere Stromamplitude eine vorgegebene Zeitspanne beibehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geringere Stromamplitude über 0,5 bis 1,0 Bitperioden beibehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromumkehramplitudenänderungen /,.und /oder Ungleichung