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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Rückgewinnung der Taktinformation
für jeden einzelnen Kanal einer Vielzahl paralleler Datenkanäle.
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Derartige Einrichtungen werden beispielsweise benötigt, wenn mehrspurig
auf einem Magnetband aufgezeichnete digitale Datensignale gelesen werden sollen.
Insbesondere bei hoher linearer Aufzeichnungsdichte muß dann für jede einzelne Spur
ein eigenes Taktsignal regeneriert werden. Bei herkömmlichen Lösungen wird eine
Kanalcodierung gewählt, die soviel Taktinformation enthält, daß die Rückgewinnung
mit einfachen Mitteln möglich ist.
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Kanalcodierungen mit hohem Anteil an Taktinformation haben jedoch
grundsätzlich den Nachteil einer geringeren linearen Speicherdichte als dies beispielsweise
bei einer NRZ-Codierung (Non Return to Zero-Codierung) der Fall ist. Die letztgenannte
Codierung wird zur Zeit zur Rückgewinnung des Taktes aus folgenden Gründen nicht
realisiert: 1. Eine Aufzeichnung beliebiger NRZ-Signale auf Magnetband ist wegen
des Gleichstromgehaltes nicht möglich.
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2. Der Aufwand für eine komplette PLL-Schaltung (Phase-Locked-Loop)
pro Spur verteuert eine Vielspuraufzeichnung erheblich. Zudem muß die Taktfrequenz
für jede Spur bei der Produktion und im Service einzeln abgeglichen werden.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
zur Rückgewinnung der Taktinformation für jeden
einzelnen Kanal
einer Vielzahl paralleler Datenkanäle anzugeben, die mit einfachem Schaltungsaufbau
eine genau Regenerierung der Taktinformation ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung weist einen Schaltungsteil auf, in
dem der Datentakt durch Steuerung der Frequenz der Zählimpulse global entsprechend
den allen Kanälen gemeinsamen Änderungen nachgeführt wird. Die Nachführung des Datentakts
erfolgt dabei mittels der Summe der Fehlersignale der verschiedenen Kanäle. Dabei
werden drei verschiedene Zustände während einer Taktperiode des Zähltaktes ausgewertet,
und zwar wird ausgewertet, ob der Datentakt zu langsam, zu schnell oder richtig
gegenüber den Datenflanken ist. Schwankungen der einzelnen Kanäle werden mittels
einer digitalen Taktregelung ausgeglichen, bei der ein setzbarer Zähler verwertet
wird, dessen Zählerstand derart verändert wird, daß eine Synchronisation zwischen
Daten und Takt des einzelnen Kanals erfolgt.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich zur Rückgewinnung von
beliebigen Taktinformationen einer Vielzahl paralleler Datenkanäle, und zwar unabhängig
davon, wie die Datensignale erzeugt werden. Insbesondere ist sie zur Rückgewinnung
der Taktinformation bei mehrspurig auf Magnetbändern aufgezeichneten Daten geeignet.
Bei Magnetbändern können außer allen Kanälen gemeinsamen Fehlern, die durch Geschwindigkeitsänderungen
des Magnetbandes etc. hervorgerufen werden, noch individuelle Fehler der einzelnen
Kanäle auftreten, die beispielsweise durch Schräglaufen, elastische Dehnung des
Magnetbandes, Peak-Shift etc. verursacht werden. Diese einzelnen individuellen Fehler
werden schnell
mittels der digitalen Taktregelung für die einzelnen
Kanäle ausgeglichen, während die globalen Fehler mittels der Regelung der Frequenz
der Zählimpulse kompensiert werden.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich dabei mit besonderem
Vorteil für die Rückgewinnung der Taktinformation bei einem NRZ-Verfahren, wie es
in der EU-OS 131 823 beschreiben ist. Auf diese Druckschrift wird im übrigen bezüglich
der Erläuterung aller hier nicht im einzelnen erläuterten Begriff ausdrücklich Bezug
genommen.
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Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Beispielsweise ist es besonders vorteilhaft, wenn der Faktor, um den
die Taktfrequenz größer als die Datenfrequenz ist, 16 ist. Dieser Faktor hat sich
insbesondere bei der Wiedergewinnung des Taktes bei Magnetbandaufzeichnungen bewährt,
da er einen guten Kompromiß zwischen schaltungstechnischen Aufwand und Genauigkeit
bei der Nachführung des Taktes darstellt.
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Die im Anspruch 4 angegebene Tabelle, mittels der der Zähler- stand
des setzbaren Zählers verändert wird, ist ebenfalls besonders gut für die Wiedergewinnung
des Taktes bei Magnetbandaufzeichnung geeignet. Je nach Einsatzfall und Art des
Datenkanals können jedoch auch unterschiedliche Tabellen bzw. Netzwerke verwendet
werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild
einer erfindungsgemäßen Einrichtun#g zur Rückgewinnung der Taktinformation,
Fig.
2 den Aufbau einer Taktregeleinheit, und Fig. 3 ein Impuls/Zeitdiagramm zur Erläuterung
der Arbeitsweise der in Fig. 2 dargestellten Taktregeleinheit Fig. 1 zeigt in einem
Blockschaltbild den Schaltungsaufbau einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Rückgewinnung
der Taktinformation für jeden einzelnen Kanal einer Vielzahl paralleler Datenkanäle.
Eine nicht dargestellte Datenquelle liefert digitale Daten auf Kanälen 1, 2, ...,
n, von denen die Kanäle 3, ..., n nicht im einzelnen dargestellt sind.
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Die Datensignale der einzelnen Kanäle sind nicht nur an Anschlüsse
1, 2, ... angelegt, an denen sie für eine Weiterverarbeitung zur Verfügung stehen,
sondern auch an die Datensignal-Eingangsanschlüsse al, a2, ... digitaler Taktregeleinheiten
11, 12, ..., von denen jeweils eine für jeden Kanal vorgesehen ist. Die digitalen
Taktregeleinheiten 11, 12, ..., deren Aufbau in Fig. 2 im einzelnen dargestellt
ist, weisen ferner Zähltakt-Eingangsanschlüsse bl, b2, Datentakt-Ausgangsanschlüsse
cl, c2, ..., an denen das zu jedem einzelnen Kanal gehörige Taktsignal ansteht,
sowie Fehlersignal-Ausgangsanschlüsse dl, d2, ... auf.
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Die Fehlersignal-Ausgangsanschlüsse dl, d2, ... sind mit den Eingangsanschlüssen
eines Addieres 21 verbunden, dessen Ausgangsanschluß über einen Filter 22, der gegebenenfalls
Tiefpaßeigenschaft haben kann, mit dem Eingangsanschluß eines spannungsgesteuerten
Oszillators 23 verbunden ist. Der Ausgangsanschluß des spannungsgesteuerten Oszillators
23 ist mit den Zähltakt-Eingangsanschlüssen b1, b2, ... der Taktregeleinheiten 11,
12, ... verbunden. An dem Ausgangsanschluß des spannungsgesteuerten Oszillators
23 steht ein Zähltaktsignal an, dessen Impulsfrequenz fx (in etwa) um den Faktor
N größer als die Impulsfrequenz des Datensignals ist.
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Fig. 2 zeigt den Aufbau einer der digitalen Taktregeleinheiten
11,
12, ... Der Datensignal-Eingangsanschluß a ist einerseits direkt mit dem einen Eingangsanschluß
eines UND-Glieds 31 und andererseits über einen Inverter 32 mit dem anderen Eingangsanschluß
dieses UND-Glieds 31 verbunden. Der Ausgangsanschluß dieses UND-Glieds 31 ist mit
dem S-Eingangsanschluß eines R/S-Flip-Flops FF1 verbunden, dessen Q-Ausgangsanschluß
mit dem D-Eingangsanschluß eines D-Flip-Flops FF2 verbunden ist, dessen Takteingangsanschluß
G über einen Inverter 33 mit dem Zähltakt-Eingangsanschluß b verbunden ist. Der
Ausgangsanschluß Q des Flip-Flop FF2 ist zum einen mit dem Steueranschluß eines
Schalters S und zum anderen mit dem R-Eingangsanschluß des Flip-Flops FF1 verbunden.
Der Ausgangsanschluß Q ist mit dem Steuereingangsanschluß PE eines setzbaren Zählers
Z verbunden, dessen Zählgangsanschluß c direkt mit dem Zähltakt-Eingangsanschluß
b verbunden ist.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der setzbare Zähler Z ein
Vier-Bit-Zähler mit Ausgangsanschlüssen Q0 bis Q3 und Setz-Eingangsanschlüssen (Programmier-Eingangsanschlüssen)
P0 bis P3.
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Die Ausgangsanschlüsse Q0 bis Q3 des setzbaren Zählers Z sind mit
den Setz-Eingangsanschlüssen PO bis P3 über ein Transformation-Netzwerk A verbunden,
dessen Funktionsweise weiter unter erläutert werden wird. Der Ausgangsanschluß Q3
ist ferner direkt mit dem Datentakt-Ausgangsanschluß c sowie über den Schalter S
mit dem Fehlersignal-Ausgangsanschluß d verbunden.
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Im Folgenden soll die Funktionsweise der vorstehend beschriebenen
Schaltungen unter Bezugnahme auf Fig. 3 näher erläutert werden, in der ein Impuls/Zeitdiagramm
dargestellt ist.
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Das am Datensignal-Eingangsanschluß a anstehende Datensignal erzeugt
über die Gatter 31 und 32, die als Impulsformerstufe arbeiten, bei jeder ansteigenden
bzw. abfallenden Datenflanke, d.h. bei jeder Änderung des Datensignals von "0" auf
"l" und umgekehrt einen positiven Nadelimpuls P, der am Setzeingangsanschluß S des
Flip-Flops FF1 ansteht. Die Flip-Flops FF1 und FF2, die als Synchronisationseinheit
dienen, erzeugen nach jedem Nadelimpuls einen Impuls PE, der am Steuer-Eingangsanschluß
PE1 des setzbaren Zählers Z ansteht und genau eine Taktperiode des Zähltaktes fx
lang ist. Da andererseits der Ausgangsanschluß Q des Flip -Flops FF2 mit dem Steueranschluß
des Schalters S verbunden ist, wird während der Dauer des Steuerimpulses PE der
Schalter S durchgeschaltet, so daß der Ausgangsanschluß Q3 des Zählers Z mit dem
Fehlersignal-Ausganganschluß d verbunden ist.
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Gleichzeitig wird setzbare Zähler Z auf einen neuen Zählerstand gesetzt,
der durch den bisherigen Zählerstand sowie die Transformationseigenschaften des
Transformationsnetzwerkes A bestimmt ist. Die Umcodierung des Zählerstandes des
setzbaren Zählers Z, die bei jedem Setz- bzw.
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Steuerimpuls PE, d.h. nach jeder ansteigenden bzw.
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abfallenden Flanke des Datensignals auftritt, kann bei Verwendung
eines Vier-Bit- Zählers Z beispielsweise nach folgendem Schema erfolgen: Alter Zählerstand:
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Neuer Zählerstand: 0 0 1 1 2 2 3 3 12 12 13
13 14 14 15 15 Durch diese Änderung bzw. Umcodierung des Zählerstandes des Zählers
Z beim Auftreten einer Datenflanke sowie die Steuerung des Schalters S durch den
Steuerimpuls PE wird folgendes erreicht: 1. Wenn das Datentaktsignal und das Datensignal
während des Korrekturimpulses PE des Flip-Flops FF2 in Phase sind,
wird
der Schalter S nicht durchgeschaltet, so daß der Fehlersignal-Ausgangsanschluß d
hochomig bleibt und über den Addierer 21 nicht den spannungsgesteuerten Oszillator
23 beeinflußt.
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2. Wenn die Datenflanke in dem positiven Teil der Taktperiode fällt,
wird der Schalter S durch das am Ausgang Q des Flip-Flops FF2 anstehende Ausgangssignal
durchgeschaltet, so daß ein Signal mit hohem Pegel "l" am Fehlersignal-Ausgangs
anschluß d ansteht.
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3. Wenn die Datenflanke in den negativen Teil der Taktperiode fällt,
wird der Schalter S durch das am Ausgangsanschluß Q des Flip-Flops 2 anstehende
Ausgangssignal ebenfalls durchgeschaltet, am Fehlersignal-Ausgangsanschluß d steht
jedoch ein Signal mit niedrigen Pegel "0" an.
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Bei durchgeschalteten Schalter S stehen die am Ausgangsanschluß Q3
anstehenden Signale des Zählers Z an dem jeweiligen Eingangsanschluß des Addieres
21 an. Ein Signal mit Pegel "l" am Eingangsanschluß des Addieres 21 bewirkt dabei
eine leichte Erhöhung der Taktfrequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 23 während
durch ein Signal mit niedrigem Pegel "0" die Taktfrequenz des Oszillators leicht
veringert wird. Die Veränderung der Taktfrequenz des Oszillators 23 ist dabei über
einen großen Bereich möglich, ist aber relativ ungenau, da die Frequenz des spannungsgesteuerten
Oszillators 23 nur durch eine Summer der Fehlersignale gesteuert wird. Der Filter
22 bewirkt dabei eine gewisse Verzögerung der durch die Summe der Fehlersignale
gesteuerten Frequenznachführung des Oszillators 23.
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Die damit bewirkte Frequenznachführung ermöglicht nur den "globalen"
Ausgleich von Taktfehlern, wie er beispielsweise
bei Gleichlaufschwankungen
von Mehrspur-Magnetbändern erforderlich ist. Die eigentliche Anpassung der Taktfrequenz
an die jeweiligen Datenkanäle, die beispielsweise durch Schräglaufen, elastische
Dehnung des Magnetbands oder Peak-Shift erforderlich wird, wird dadurch erreicht,
daß der Zähler durch das Anliegen eines Signals an seinem Steuereingangsanschluß
PE in einen geeigneten neuen Zustand gesetzt wird.
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Diese Umcodierung des Zählers erfolgt durch das Transformations-Netzwerk
A beispielsweise gemäß der vorstehend angegebenen Tabelle.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem ein Vier-Bit-Zähler
Z verwendet wird, ist der Faktor N um den in die im Impulsfrequenz fx des Zähltaktes
größer als die im Impulsfrequenz des Datensignals ist, 16. Ohne Eingangssignal am
Anschluß PE des Zählers teilt der Zähler die an seinem Eingangsanschluß C anstehende
Frequenz durch 16, liefert also am Ausgangsanschluß Q3 das gewünschte Datentaktsignal
mit der richtigen Frequenz. Im Korrekturfalle enthält eine Datentaktperiode mehr
oder weniger Takte des Zähltaktes fx.
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Deshalb wird der Zählerstand zum Zeitpunkt einer Datenflanke bei Auftreten
eines Eingangssignals am Anschluß PE beispielsweise nach der vorstehend angegebenen
Gesetzmäßigkeit umcodiert und der Zähler über die entsprechenden Eingangsanschlüsse
P0 bis P3 entsprechend gesetzt.
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Durch diese Umcodierung des Zählers wird die Taktperiode des Datentaktes
so lange verändert, bis die Datenflanken mit den negativen Datentaktflanken zeitlich
übereinstimmen (im Rahmen der durch 1/N des Datentaktes gegebenen Genauigkeit).
Die Feinabstimmung des Datentaktes für jeden einzelnen Kanal erfolgt im Gegensatz
der globalen Frequenznachführung mittels des spannungsgesteuerten Oszillators sehr
schnell und wird für jede Spur einzeln durchgeführt.
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Vorstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben
worden. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Grundgedankens sind natürlich die verschiedensten
Modifikationen möglich: Der bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
verwendete Faktor 16, um den die Frequenz des Zähltaktes größer als die Frequenz
des Datentaktes ist, hat sich beispielsweise bei der digitalen Mehrspuraufzeichnung
auf Magnetbändern bewährt. Unter Umständen ist es jedoch auch möglich, kleinere
Faktoren zu verwenden. Je größer der Faktor ist, desto größer ist jedoch die Genauigkeit,
mit der der Datentakt an das Datensignal angepaßt wird. Deshalb kann es in bestimmten
Einsatzfällen erforderlich sein, größere Faktoren beispielsweise 32 oder 64 zu verwenden.
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In jedem Falle ist die beschriebene Einrichtung zur Rückgewinnung
der Taktinformation, bei der zwei verschiedene Regelkreise - eine globale Frequenznachführung
und eine digitale Feinregelung für jeden einzelnen Kanal - verwendet werden, besonders
geeignet zur Rückgewinnung der Taktinformation von digitalen Mehrspuraufzeichnungen
auf Magnetbändern. Fehler, die durch ungenaue Transportgeschwindigkeiten des Bandes
hervorgerufen werden, können ebenso ausgeglichen werden wie kurzeitige schnelle
Schwankungen, wie sie z.B. durch mechanische Erschütterungen erzeugt werden.
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L e e r s e i t e -