DE3812664A1 - Demodulationsschaltung fuer modulierte digitale signale - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Demodulationsschaltung für modu­ lierte digitale Signale, die zur Übertragung oder Aufzeich­ nung und Wiedergabe digitaler Signale verwendet werden.

Wenn ein digitales Signal übertragen oder aufgezeichnet werden soll, ist es erforderlich, das Signal in eine Form umzusetzen oder zu modulieren, die für den Übertragungsweg oder das Aufzeichnungsmedium geeignet ist.

Als Modulationsverfahren für digitale Signale sind das MFM-Verfahren (Modifizierte Frequenzmodulation), das Miller²-Verfahren und das ZM-Verfahren (Nullpunkt-Modula­ tion) bekannt.

Ein mittels des MFM-Verfahrens moduliertes digitales Signal besitzt zwei mögliche Inversionspunkte. Das heißt, daß das mittels des MFM-Verfahrens modulierte digitale Signal in der Mitte einer Datenübertragungsperiode oder synchron zur Da­ tenübertragungsperiode invertiert ist. Im Falle des Wertes "1" ist beispielsweise das modulierte digitale Signal in der Mitte der Übertragungsperiode für den Wert "1" invertiert. Wenn auf einen Wert "0" ein weiterer Wert "0" folgt, ist das digitale Signal an der Grenze zwischen diesen Werten inver­ tiert, das heißt an einer Stelle, die synchron zu der Über­ tragungsperiode ist. Für einen einzelnen Wert "0" ist das digitale Signal nicht invertiert.

Das MFM-Signal hat die Besonderheit, daß die Differenz zwischen dem Maximalwert des Inversionsintervalls eines Signales und dessen Minimalwert groß ist und daß die Zeit­ information (der Takt) leicht abgeleitet werden kann. Das MFM-Verfahren wird daher bei einer großen Anzahl von Geräten verwendet. Ein Miller²-Signal ist nahezu mit dem MFV-Signal identisch.

Das MFM-Signal wird mit Bezug auf die Fig. 2 der Zeichnung, die den zeitlichen Verlauf von Signalformen an verschiedenen Stellen einer Demodulationsschaltung darstellt, näher er­ läutert.

In der Fig. 2 stellt die Wellenform 2 A ein Beispiel für ein NRZ-Signal vor der Modulation dar. Die Wellenform 2 B stellt das NRZ-Signal nach einer MFM-Modulation dar. Beim MFM-Mo­ dulationsverfahren ist eine Umkehrung der Polarität mit einer "1" des Eingangssignales 2 A verknüpft, während eine Nicht-Umkehrung der Polarität einer "0" zugeordnet ist. Wenn zwei Daten "0" aufeinanderfolgen, wird die Polarität am Ver­ bindungspunkt der beiden Daten invertiert.

Zur Demodulation dieses MFM-modulierten Signales muß zuerst das Taktsignal aus dem Signal 2 B abgeleitet werden. Aus dem Signal 2 B wird beispielsweise ein Flankensignal 2 C erzeugt, das den ansteigenden und abfallenden Flanken der Daten des Signales 2 B entspricht. Aus dem Signal 2 C werden mittels eines Speicherkreises, einer PLL-Schaltung oder dergleichen Taktimpulse 2 D abgeleitet. Daraufhin werden die Taktimpulse 2 D einer Frequenz-Demultiplikation bzw. -Herabsetzung in einem Verhältnis von 2 unterzogen, um Impulse 2 E und 2 F zu erzeugen, deren Phasen einander entgegengesetzt sind. Einer dieser Impulse, zum Beispiel 2 E, wird als Halteimpuls 2 G verwendet. Die Halteimpulse 2 G sorgen dafür, daß das Flan­ kensignal 2 C festgehalten bzw. gespeichert wird, so daß das ursprüngliche NRZ-Signal 2 A in ein Signal 2 H umgewandelt wird.

Dabei ist es jedoch nicht bekannt, welcher der Impulse 2 E und 2 F als Halteimpuls verwendet werden soll. Dies muß an­ hand weiterer Informationen entschieden werden.

Zwei Methoden wurden als Verfahren zur Auswahl des Halteim­ pulses vorgeschlagen. Bei dem einen dieser Verfahren wird ein festes Signalmuster, zum Beispiel Informationen für "1" und/oder "0" innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer aufge­ zeichnet, und der Halteimpuls wird auf der Basis dieser Informationen ausgewählt. Dieses Verfahren wird bei Geräten wie Magnetplatteneinheiten angewendet.

Dieses Verfahren hat jedoch zwei entscheidende Nachteile. Der erste liegt darin, daß zur Einfügung eines festen Si­ gnalmusters in das ursprüngliche NRZ-Signal eine Redundanz erforderlich ist, weshalb die Signalverarbeitung in der Modulationsschaltung kompliziert ist. Des weiteren wird dazu eine Schaltung zur Feststellung des festen Signalmusters in der Demodulationsschaltung benötigt. Der zweite Nachteil besteht darin, daß das feste Signalmuster nur intermittie­ rend in großen Zeitabständen eingefügt wird. Sollte sich die Anzahl der Taktimpulse aufgrund einer Störung wie einem Signalausfall ändern, werden alle ab diesem Zeitpunkt bis zur erneuten Feststellung des festen Signalmusters erschei­ nenden Signale fehlerhaft demoduliert.

Ein zweites Verfahren zur Auswahl des Halteimpulses ist beispielsweise in der JP-B 54-38 884 beschrieben, bei dem die Umwandlungsregeln des MFM-Signales verwendet werden. Ein Verfahren zur Auswahl des Halteimpulses unter Anwendung der Umwandlungsregeln des Miller²-Signales ist z.B. in der JP-A 52-114 206 dargestellt.

Wenn die Umwandlungsregeln für das MFM-Signal verwendet werden, ist der Maximalwert des Intervalls, während dessen die Polarität des MFM-Signales nicht invertiert wird, d.h. die Zeitdauer zwischen Polaritätsumkehrpunkten gleich vier Wiederholungsperioden der Taktimpulse 2 D. Dieser Maximalwert wird nur erhalten, wenn das Signalmuster "101" im ursprüng­ lichen NRZ-Signal auftritt. Dieses Signalmuster entspricht einem Muster "10001" im Flankensignal 2 C. In den Wellenfor­ men der Fig. 2 ist das zwischen den Zeitpunkten t ₂ bis t ₈ gebildete Muster gleich "10001". In dem Fall, daß dieses Muster festgestellt wurde, ist es daher möglich, den rich­ tigen Halteimpuls aus der Phase (Zeitpunkt t ₇) zu bestimmen, bei der die letzte Information "1" des Musters "10001" des Flankensignales festgehalten wird.

Das heißt, daß im Falle der Fig. 2 der Impuls 2 E als Halte­ impuls 2 G ausgewählt wird.

Wenn das verwendete Gerät oder das Aufzeichnungsmedium je­ doch gestört ist, kann ein falsches "10001"-Muster im Flankensignal der wiedergegebenen Daten auftreten. Bei dem geschilderten zweiten Verfahren ist es daher möglich, daß ein falscher Halteimpuls ausgewählt wird. Dieser Fehler verursacht, daß alle Daten falsch werden, bis das nächste richtige Muster "10001" wiedergegeben wird.

Die Fig. 3 der Zeichnung, die Signalformen an verschiedenen Stellen einer Demodulationsschaltung darstellt, zeigt ein ursprüngliches NRZ-Signal 3 A und ein MFM-Signal 3 B, wie es erhalten wird, wenn im Flankensignal aufgrund eines Fehlers im wiedergegebenen MFM-Signal ein falsches Muster "10001" erzeugt wird.

Das wiedergegebene MFM-Signal 3 B sollte zum Zeitpunkt t ₅ auf "1" gehen, wie es gestrichelt angedeutet ist. Das Signal bleibt jedoch fälschlicherweise "0". Das festgestellte Flan­ kensignal 3 C enthält damit ein falsches Muster "10001" zwischen den Zeitpunkten t ₃ und t ₉.

Von diesem festgestellten Flankensignal 3 C wird ein Takt­ impuls 3 D abgeleitet. Die Wellenformen 3 E und 3 F stellen Impulse dar, die durch eine Frequenzherabsetzung der Takt­ impulse 3 D erhalten werden. Eine dieser Wellenformen, zum Beispiel 3 E, wird als Halteimpuls 3 G ausgewählt. Wenn an der Stelle p des MFM-Signales 3 B das falsche Muster "10001" im festgestellten Flankensignal erhalten wird, ändert sich die Impulsfolge 3 G für den Halteimpuls zum Zeitpunkt t ₇ von 3 E zu 3 F. Ab da werden alle Daten fehlerhaft demoduliert und damit ein falsches NRZ-Signal 3 H ausgegeben. In dem darge­ stellten NRZ-Signal 3 H sind die durch x gekennzeichneten Abschnitte fehlerhaft.

Solche Schwierigkeiten treten nicht nur in Demodulations­ schaltungen für MFM-Signale auf, sondern auch in Demodu­ lationsschaltungen für Miller²-Signale und ZM-Signale.

In den bekannten Schaltungen zur Demodulation digitaler Signale, die mittels des MFM-Verfahrens moduliert und auf einem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet werden, ist die Wie­ derholperiode der Takte 3 D, die für die Demodulationsschal­ tung benötigt werden, gleich der Hälfte von T _b , wenn die Datenübertragungsperiode der modulierten digitalen Signale gleich T _b ist; dies ist z.B. in der JP-B 54-38 884 be­ schrieben.

Bei dem digitalen MFM-Modulationsverfahren hat das eingege­ bene digitale Signal die gleiche Übertragungsgeschwindigkeit wie das digitale Signal nach der Modulation, weshalb dieses Modulationsverfahren für eine Hochgeschwindigkeitsaufzeich­ nung anwendbar ist. Zur Unterscheidung des Wertes "1" vom Wert "0" wird jedoch die Phasendifferenz innerhalb der Wiederholperiode verwendet. Das Intervall zur Unterscheidung eines Wertes, d.h. die Breite des sogenannten Detektions­ fensters wird entsprechend zu T _b /2. Als Ergebnis nimmt die Taktfrequenz den hohen Wert 2/ T _b an.

Es wurde beim Stand der Technik keine Anwendung beschrieben, bei der eine sehr hohe Taktfrequenz benötigt wird, da die Taktfrequenz doppelt so hoch liegt wie die Datenübertra­ gungsgeschwindigkeit. In einem digitalen Video-Bandaufnahme­ gerät, das hohe Aufzeichnungsgeschwindigkeiten von 100 bis 150 Mb/s pro Kanal benötigt, wird zum Beispiel die Takt­ frequenz gleich 200 bis 300 MHZ. Entsprechend wird die Über­ tragung der Wellenformen in der Schaltung aufgrund von Ver­ zerrungen, Dämpfung und dergleichen schwierig, und die zuge­ hörigen Bauteile sind aufwendig. Wegen dieser Schwierigkei­ ten wurde der oben beschriebene Stand der Technik für solche Hochgeschwindigkeitsaufzeichnungen nicht in die Praxis um­ gesetzt.

Diese Schwierigkeiten treten nicht nur in Demodulations­ schaltungen für MFM-Signale auf, sondern auch in Demodu­ lationsschaltungen für Miller²-Signale, ZM-Signale und dergleichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Demodulationsschaltung zu schaffen, die auch dann ein korrekt demoduliertes Signal er­ zeugt, wenn das modulierte digitale Signal fehlerhafte Daten enthält.

Außerdem soll die Demodulationsschaltung in der Lage sein, ein moduliertes digitales Signal mit einer der Übertragungs­ geschwindigkeit der digitalen Daten entsprechenden Takt­ periode zu demodulieren.

Eine fehlerhafte Demodulation wird dann bewirkt, wenn ein moduliertes digitales Signal wie ein MFM-Signal falsche Werte enthält, das heißt es wird ein falsches spezifisches Signalmuster durch die Tatsache erzeugt, daß sich die Phase des Halteimpulses immer beim Auftreten des spezifischen Musters in dem MFM-Signal ändert.

Erfindungsgemäß werden daher zusätzlich zu einer Einheit für die Feststellung des spezifischen Signalmusters eine Einheit zur Beurteilung, ob die Phase des Halteimpulses korrekt ist oder nicht, und eine Einheit zur Auswahl des Halteimpulses auf der Basis der zurückliegenden Signale vorgesehen, um die beschriebene fehlerhafte Demodulation zu verhindern.

Wenn in der erfindungsgemäßen Demodulationsschaltung ein spezifisches Signalmuster ("10001") eines modulierten digi­ talen Signales wie einem MFM-Signal festgestellt wird, wird ein Koinzidenzsignal erzeugt, wenn das spezifische Muster zu einem Muster ("101") des NRZ-Signals demoduliert wird, wäh­ rend anderenfalls ein Nichtkoinzidenz-Signal erzeugt wird. Nur wenn fortlaufend eine vorbestimmte Anzahl von Nicht-Ko­ inzidenzen verursacht wird, wird die Phase des Halteimpulses geändert. Auch wenn das spezifische Muster fehlerhaft er­ zeugt wird, kann damit die Wahrscheinlichkeit für das Auf­ treten einer fehlerhaften Arbeitsweise der Demodulations­ schaltung stark herabgesetzt werden.

Um eine Demodulation mit einer Taktfrequenz, die der Über­ tragungsfrequenz der Daten entspricht, zu erreichen, enthält die erfindungsgemäße Demodulationsschaltung einen Schalt­ kreis zum Vergleichen eines Ausgangssignales, das durch auf­ einanderfolgendes Festhalten mbzw. Speichern des modulierten digitalen Signales mit ersten und zweiten Taktimpulsen er­ halten wird, mit einem Ausgangssignal, das durch Festhalten des modulierten digitalen Signales mit dem zweiten Taktim­ puls und zur Erzeugung der ursprünglichen Daten erhalten wird, das heißt es wird ein Signal abgegeben, das beim Auf­ treten eines Wertes "1" vor der Modulation invertiert wird, wobei die ersten und zweiten Taktimpulse eine Periode auf­ weisen, die der Datenübertragungsperiode gleichwertig ist, und wobei die Polarität der ersten Taktimpulse bezüglich der zweiten Taktimpulse invertiert ist. Die Demodulationsschal­ tung enthält ferner eine Schaltung zur Ausgabe zweier Si­ gnale aus dem beschriebenen abgegebenen Signal über einen Flip-Flop, der vom zweiten Takt aktiviert wird, und zur Abgabe der beiden Signale an eine exklusive ODER-Schaltung zur Erzeugung eines demodulierten Ausgangssignales für das beschriebene modulierte digitale Signal, wobei die beiden Signale in ihrer Wellenform gleichwertig zu dem abgegebenen Signal sind, das beim Auftreten des Wertes "1" vor der Mo­ dulation invertiert ist, und wobei die beiden Signale eine relative Phasendifferenz haben, die einer Periode gleich­ wertig ist. Die Demodulationsschaltung enthält weiter eine Schaltung zur Ableitung zweier Taktimpulsfolgen mit einer Periode, die der erwähnten Datenübertragungsperiode ent­ spricht ist, wobei die Polarität von einem der beiden Takte bezüglich dem anderen invertiert ist. Ferner ist erfindungs­ gemäß eine Takt-Auswahlschaltung zur Feststellung eines spezifischen Signalmusters, das in dem beschriebenen modu­ lierten digitalen Signal enthalten ist, zur Auswahl eines normalen Taktes und des invertierten Taktes auf der Basis der Phasenbeziehung zwischen dem festgestellten spezifischen Muster und den beschriebenen beiden abgeleiteten Takten sowie zur Ausgabe des normalen Taktes und des invertierten Taktes als die erwähnten ersten und zweiten Takte vorge­ sehen.

Bei der Schaltung, die beim Auftreten eines Wertes "1" vor der Modulation ein invertiertes Ausgangssignal abgibt, wird das durch aufeinanderfolgendes Festhalten des modulierten digitalen Signales mit den ersten und zweiten Takten er­ haltene Ausgangssignal gleichwertig zu dem Ausgangssignal, das durch Festhalten des oben beschriebenen modulierten digitalen Signales mit dem zweiten Takt bezüglich der In­ formation eines Wertes "1" vor der Modulation festgehalten wird. Im Gegensatz dazu unterscheidet sich das erstgenannte Ausgangssignal vom letzteren bezüglich der invertierten Information eines Wertes "0" vor der Modulation. Das Aus­ gangssignal der Schaltung zum Vergleichen dieser Ausgangs­ signale für das Herausfinden einer Koinzidenz dazwischen ergibt daher die Information für einen Wert "1" vor der Modulation.

Wenn die Information für ein Signal "1" vor der Modulation erhalten wird, kann das ursprüngliche digitale Signal durch Betrachtung der Daten, die vor der Modulation an den Stellen bestanden, an denen die Daten "1" vor der Modulation nicht als "0" gefunden wurden, demoduliert werden. Das heißt, daß eine Demodulation mit Taktimpulsen ausgeführt werden kann, die eine Periode haben, die der Datenübertragungsperiode gleichwertig ist.

In der Schaltung zur Erzeugung der demodulierten Ausgangs­ signale aus modulierten digitalen Signalen, die auf den Schaltungsabschnitt zur Erzeugung des invertierten Ausgangs­ signales nach dem Auftreten eines Wertes "1" vor der Modu­ lation folgen, wird eine Wellenform unter der Annahme eines hohen Potentialpegels für den Wert "1" vor der Modulation und eines niedrigen Signalpegels für den Wert "0" vor der Modulation erzeugt, das heißt, daß die ursprüngliche digi­ tale Signalform aus zwei Ausgangssignalformen mit der Infor­ mation "1" vor der Modulation erfolgt, wodurch die Demodu­ lation vervollständigt wird.

Wenn die Phasenbeziehung zwischen dem modulierten digitalen Signal und den beschriebenen ersten und zweiten Takten ver­ ändert wird, entsteht ein Fehler bei der Demodulation. Die Taktableitungs- und Auswahlschaltung setzt die ersten und zweiten Takte jedoch bezüglich dem modulierten digitalen Signal in eine korrekte Phasenbeziehung zueinander.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Demodulations­ schaltung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Demodulationsschaltung;

Fig. 2 ein Impulsdiagramm der Signalformen an verschiedenen Abschnitten einer Demodulationsschaltung, wenn in einem wiedergegebenen MFM-Signal kein Fehler vor­ liegt;

Fig. 3 ein Impulsdiagramm der Signalformen an verschiedenen Abschnitten einer Demodulationsschaltung, wenn ein Fehler im wiedergegebenen MFM-Signal vorliegt;

Fig. 4 ein Impulsdiagramm der Signalformen an verschiedenen Abschnitten der Demodulationsschaltung der Fig. 1, wenn ein Fehler im wiedergegebenen MFM-Signal vor­ liegt;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Demodulationsschaltung;

Fig. 6 ein Impulsdiagramm der Signalformen an verschiedenen Stellen der Schaltung der Fig. 5;

Fig. 7 eine Taktauswahlschaltung in der Schaltung der Fig. 5; und

Fig. 8 ein Impulsdiagramm der Signalformen an verschiedenen Stellen der Schaltung der Fig. 7.

Zuerst wird eine Ausführungsform der Demodulationsschaltung beschrieben, bei der das Auftreten von fehlerhaft demodu­ lierten Daten auf das Auftreten eines falschen spezifischen Signalmusters in einem modulierten digitalen Signal hin verhindert wird.

Die Fig. 1 zeigt den Schaltungsaufbau eines typischen Bei­ spiels für diese Ausführungsform. Die Fig. 4 stellt Signal­ formen dar, die an verschiedenen Stellen der Demodulations­ schaltung der Fig. 1 auftreten.

Die vorliegende Ausführungsform wird unter Bezug auf den Fall beschrieben, bei dem ein MFM-Signal als moduliertes digitales Signal verwendet wird.

Zuerst wird der Demodulationsvorgang für ein MFM-Signal dargestellt, wenn in dem MFM-Signal kein Fehler vorliegt.

Das in den Fig. 2 und 4 gezeigte NRZ-Signal 2 A wird einer MFM-Modulation unterworfen und ergibt ein MFM-Signal 2 B. Dieses Signal 2 B wird übertragen und an einen Eingangs­ anschluß 10 der Schaltung der Fig. 1 angelegt. Das Signal 2 B wird an einen D-Eingang eines Signalspeichers 11 und an eine exklusive ODER-Schaltung 12 angelegt. Die exklusive ODER- Schaltung 12 erzeugt das Flankensignal 2 C, das den anstei­ genden und abfallenden Flanken des Signales 2 B entspricht. Dieses Flankensignal 2 C wird einer Taktableitungsschaltung 20 eingegeben, die eine Speicherschaltung oder eine PLL- Schaltung enthält. Die Taktableitungsschaltung 20 erzeugt Taktimpulse 2 D, die mit dem MFM-Signal synchronisiert sind. Diese Taktimpulse 2 D werden zu einem Takteingang CK des Signalspeichers 11, einem Takteingang CK eines Schiebere­ gisters 13 und zu einer Frequenzverringerungsschaltung 21 geführt. Diese Frequenzverringerungsschaltung 21 erzeugt in der Frequenz (um die Hälfte) herabgesetzte Takte 2 E und 2 F mit entgegengesetzten Phasen und gibt diese an eine Auswahl­ schaltung 22. Auf der Basis eines Steuersignales 2 K, das im folgenden noch erläutert wird, gibt die Auswahlschaltung 22 einen der frequenzverringerten Takte 2 E oder 2 F als Halte­ impuls 2 G ab. Im folgenden wird angenommen, daß der Takt 2 E ausgewählt wurde.

Das Flankensignal 2 C wird im Schieberegister 13 um eine vor­ bestimmte Zeitdauer verzögert. Die Signale von bestimmten Abschnitten, zum Beispiel fünf Abschnitten des Schiebere­ gisters 13, werden an eine Detektionsschaltung 14 zur Fest­ stellung eines spezifischen Signalmusters wie dem Muster "10001" im Flankensignal 2 C angelegt. Wenn die Detektions­ schaltung 14 das Signal "10001" in den entsprechenden Ab­ schnitten des Schieberegisters 13 feststellt, gibt sie ein Detektionssignal 2 I an den Takteingang eines Zählers 15 und an ein Gatter wie einem UND-Gatter 16. Der Halteimpuls 2 G wird gleichzeitig mit dem Anlegen des Detektionssignales 2 I an das UND-Gatter 16 geführt. Wenn das UND-Gatter 16 von einem korrekten Frequenzverringerten Taktimpuls, im vor­ liegenden Fall dem Impuls 2 E, festgelegt wird, wird daher ein Löschsignal 2 J zu "1". Dieses Löschsignal 2 J wird zu einem Löscheingang des Zählers 15 geführt, um diesen zu löschen. Da daher unter normalen Bedingungen der Zähler 15 immer gelöscht ist, wird fortlaufend der korrekte Halte­ impuls 2 G ausgegeben. In diesem Fall hat das Steuersignal 2 K einen konstanten Wert (zum Beispiel "1"). Ein verzögertes Signal 2 C′, das durch Verzögerung des Flankensignals 2 C des MFM-Signals durch Tb/2 erhalten wird, wird in einem Signal­ speicher 24 aufgrund des Halteimpulses 2 G festgehalten. Im Ergebnis kann das ursprüngliche NRZ-Signal als das Signal 2 H demoduliert werden. Das demodulierte Ausgangssignal wird zu einem Ausgangsanschluß 25 der Schaltung der Fig. 1 geführt.

Wenn die Phase des Halteimpulses 2 G falsch ist und das Mu­ ster "10001" festgestellt wird, wird das Ausgangssignal 2 J des UND-Gatters 16 zu "0". Der Zähler 15 wird damit nicht gelöscht und zählt das Signal 2 I. Von einer Entscheidungs­ schaltung 23 wird beurteilt, ob der Zählerstand 2 L des Zählers 15 einen vorab eingestellten Wert, zum Beispiel den Wert 2 erreicht hat. Wenn der voreingestellte Wert erreicht ist, wird das Steuersignal 2 K invertiert, d.h. das Steuer­ signal wird auf den logischen Pegel "0" gesetzt. Damit wird die Phase des Halteimpulses 2 G zur korrekten Phase geändert. An Stelle der bis dahin benutzten Impulse, zum Beispiel der Impulse 2 E, werden somit die Impulse 2 F als Halteimpulse durch die Auswahlschaltung 22 abgegeben.

Anhand der Fig. 4 wird nun der Fall beschrieben, bei dem im Flankensignal nur einmal aufgrund eines Fehlers im MFM-Si­ gnal ein falsches Muster "10001" erscheint. In der Fig. 4 sind mit den gleichen Bezeichnungen wie in der Fig. 2 die an denselben Schaltungsabschnitten der Fig. 1 erscheinenden Signalformen dargestellt.

Wenn an der Stelle p des MFM-Signals 2 B der Fig. 4 ein Feh­ ler entsteht und daher ein falsches Muster "10001" im Flankensignal 2 C (vom Zeitpunkt t ₁ bis zum Zeitpunkt t ₅) erscheint, wird das Detektionssignal 2 I, das von der Detek­ tionsschaltung 14 abgegeben wird, zu "1" (im Zeitpunkt t ₅).

Das logische Produkt dieses Detektionssignales 2 I und des Halteimpulses 2 G wird jedoch zu Null, da ihre Phasen ver­ schieden sind. Entsprechend bleibt das Löschsignal 2 J, das vom UND-Gatter 16 abgegeben wird, auf der logischen "0". Die Zählung wird entsprechend im Zähler 15 ausgeführt und der Zählerstand 2 L wird 1. Da der voreingestellte Wert jedoch 2 ist, erfolgt in diesem Zustand keine Umschaltung von der Entscheidungsschaltung 23. Im Ergebnis bleibt das Frequenz­ verminderte Taktsignal 2 E als Haltesignal 2 G ausgewählt.

Wenn ein korrektes Muster "10001" festgestellt wird (vom Zeitpunkt t ₆ bis zum Zeitpunkt t ₁₀), wird das Löschsignal 2 J zu "1" (im Zeitpunkt t ₁₀). Entsprechend wird der Zählerstand im Zähler 15 gelöscht und der Zähler beginnt erneut von Null an zu zählen. Auch wenn ein falsches Muster "10001" auf­ tritt, wird das spezifische Signalmuster als Fehler betrach­ tet und der Halteimpuls 2 G wird nicht umgeschaltet, voraus­ gesetzt, daß die Anzahl des aufeinanderfolgenden Auftretens des falschen Musters "10001" den voreingestellten Wert nicht übersteigt.

Die Auswahlschaltung 22 veranlaßt daher beim Auftreten eines falschen spezifischen Musters keine falsche Operation, und sie ist in der Lage, einen korrekten Halteimpuls auszu­ wählen. Der vorab eingestellte Wert muß nicht notwendiger­ weise 2 sein, sondern kann eine beliebige Zahl sein, die nicht kleiner als 2 ist.

Zusätzlich kann dieses Demodulationsverfahren auch zusammen mit der eingangs erwähnten Technik mit einem festen Signal­ muster verwendet werden, wodurch sich eine weiter erhöhte Zuverlässigkeit ergibt.

Vorstehend wurde die Demodudation eines MFM-Signales be­ schrieben. Im Falle eines Miller²-Signales kann mit einem der Fig. 1 ähnlichen Schaltungsaufbau der gleiche Effekt durch Feststellen des Musters "0101" in den Originaldaten erhalten werden.

Mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform einer De­ modulationsschaltung für modulierte digitale Signale ist es möglich, die Phase des Halteimpulses korrekt durch Feststel­ len eines spezifischen Signalmusters, das in dem modulierten digitalen Signal enthalten ist, zu beurteilen. Außerdem kann die Zuverlässigkeit des Halteimpulses erhöht werden, auch wenn ein Fehler in den Daten auftritt. Modulierte digitale Signale können daher korrekt demoduliert werden.

Es wird nun eine Ausführungsform beschrieben, die in der Lage ist, modulierte digitale Signale mit einer Taktperiode zu demodulieren, die der Übertragungsgeschwindigkeit der digitalen Daten äquivalent ist.

Die Fig. 5 ist ein Blockschaltbild des Aufbaues eines ty­ pischen Beispieles für diese Ausführungsform. Die Fig. 6 zeigt Signalformen, die an verschiedenen Stellen der Schal­ tung der Fig. 5 auftreten. Die Fig. 5 stellt eine Demodu­ lationsschaltung dar, die für ein magnetisches Aufzeich­ nungs- und Wiedergabegerät verwendet werden kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird beispielsweise ein MFM- Signal als moduliertes digitales Signal verwendet. In der Fig. 5 wird das von einem Magnetkopf 51 wiedergegebene Signal zu einem Entzerrer 52 geführt, der die in dem Magnet­ kopfsystem verursachten Störungen des Frequenz-Ansprechver­ haltens kompensiert. Damit wird das MFM-Signal (a) bei der Wiedergabe erhalten.

Der nach dem Schaltungsabschnitt zur Erhaltung des MFM-Si­ gnales (a) verbleibende Teil der Fig. 5 kann grob in drei Abschnitte aufgeteilt werden. Der erste Abschnitt enthält die Schaltungen 53, 54, 55 und 56 und erzeugt ein Signal (g), das durch einen Wert "1" invertiert wird. Der zweite Abschnitt enthält die Schaltungen 57, 58 und 59 und erzeugt ein demoduliertes Ausgangssignal für ein moduliertes digi­ tales Signal. Der dritte Abschnitt dient zur Ableitung und Auswahl des Taktes und schließt die Schaltungen 61 und 62 ein.

Von der Taktableitungsschaltung 61 und der Auswahlschaltung 62 werden Takte (b) und (c) zur Diskriminierung des MFM-Si­ gnales (a) erzeugt. Die Periode der Takte ist gleich der der Datenübertragungsperiode T _b . Das heißt, daß die Taktablei­ tungsschaltung 61 mit einem demodulierten Ausgangssignal (j) des NRZ-Typs versorgt wird, das die Datenübertragungsperiode T _b aufweist, und Takte mit der Periode T _b abgibt. Die Takt- Auswahlschaltung 62 spricht auf die Takte und das MFM-Signal (a) an und gibt die Takte (b) und (c) aus.

Die Anstiegsflanke der Takte (b) ist zeitlich um T _b /4 bezüg­ lich der ansteigenden/abfallenden Flanke eines Wertes "1" des MFM-Signales (a) verschoben. Der Takt (c) ist ein zum Takt (b) invertiertes Signal. Die Ausgangssignale (d) und (e) sind jeweils Ausgangssignale der Signalspeicher 55 und 53, die durch Festhalten des MFM-Signales (a) mit den Takten (b) bzw. (c) erhalten werden. Das Ausgangssignal (e) wird dem Signalspeicher 54 zugeführt und mittels des Taktes (b) darin festgehalten bzw. gespeichert, um ein Ausgangssignal (f) zu erzeugen.

Unter der Annahme, daß ein ursprünglicher NRZ-Wert "1", d.h. ein NRZ-Wert "1" vor der Modulation, in dessen Mitte der Datenübertragungsperiode das MFM-Signal invertiert ist, die Referenz ist, eilt der Takt (c) dem Takt (b) um eine halbe Periode voraus. Die Information eines ursprünglichen Wertes "1", der mittels des Taktes (c) und dann mittels des Taktes (b) festgehalten und gespeichert wird, wird daher gleich­ wertig zu der Information eines ursprünglichen Wertes "1", der mittels des Taktes (b) festgehalten wird. Für den Ab­ schnitt des MFM-Signales, der synchron mit der Datenübertra­ gungsperiode auf der Basis eines ursprünglichen NRZ-Wertes "0" invertiert wird, unterscheiden sich die beiden Speicher­ ausgangssignale (d) und (f) jedoch voneinander. Durch An­ wendung einer UND-Operation auf die Speicherausgangssignale (d) und (f) in der UND-Schaltung 56 werden die beiden Signa­ le verglichen und ein Koinzidenzsignal (g) als Ausgangssi­ gnal abgegeben. Nur die invertierten Ausgangssignale, die von einem ursprünglichen NRZ-Wert "1" verursacht werden, werden aus dem MFM-Signal (a) abgeleitet. Es wird daher vom UND-Gatter 56 kein invertierter Ausgangssignalabschnitt des MFM-Signales (a), der durch einen ursprünglichen NRZ-Wert "0" verursacht wird, abgegeben.

Von D-Flip-Flops 57 und 58 werden Signale (h) und (i) er­ zeugt, die eine relative Phasendifferenz haben, die einer Periode entspricht. Die beiden Signale (h) und (i) werden zu einer exklusiven ODER-Schaltung 59 geführt. Als Ausgangs­ signal der exklusiven ODER-Schaltung 59 wird ein Signal er­ halten, das bei einem ursprünglichen Wert "1" ein hohes Potential und bei einem ursprünglichen Wert "0" ein nie­ driges Potential aufweist, d.h. es wird ein sogenannter de­ modulierter NRZ-Code (j) erhalten. Das demodulierte Signal (j) wird an einem Ausgang 60 abgegeben.

Ein Teil des NRZ-Codes (j) wird zu der Taktableitungsschal­ tung 61 geführt.

Wenn die Phasenbeziehung zwischen dem MFM-Signal (a) und den Takten (b) und (c) verschoben wird, werden ursprüngliche Werte "1" und "0" vertauscht und damit Fehler erzeugt. Des­ halb ist die Takt-Auswahlschaltung 62 vorgesehen, um Takte so einzuführen, daß die Taktimpulse (b) und (c) eine kor­ rekte Beziehung bezüglich des MFM-Signales (a) aufweisen.

Die Fig. 7 zeigt den Aufbau der Takt-Auswahlschaltung 62, und die Fig. 8 Signalformen an verschiedenen Stellen der Schaltung der Fig. 7. Die Auswahl und Einführung der Takt­ impulse wird mit Bezug auf diese beiden Abbildungen erläu­ tert.

Der von der Taktableitungsschaltung 61 ausgegebene Takt wird zu einem Puffer 62-1 geführt, um nicht-invertierte Taktim­ pulse (k) und invertierte Taktimpulse (l) zu erzeugen. Nach­ dem einer der beiden Takte mit normaler Phasenbeziehung durch eine Auswahlschaltung 62-6 ausgewählt wurde, wird der ausgewählte Takt und der invertierte Takt als normaler Takt (b) und als Takt (c) abgegeben.

In der Fig. 7 wird der normale Takt (b) und der invertierte Takt (c) als "Takt" und dargestellt, um die relative Beziehung zwischen den nicht-invertierten und den inver­ tierten Taktimpulsen anzudeuten, während die Takte (k) und (l) vor der Auswahl als "Takt" und dargestellt sind, um gleichermaßen die relative Beziehung anzuzeigen.

Wie der Takt (k) bzw. (l) ausgewählt wird, wird nun im De­ tail beschrieben. Zu diesem Zweck werden die Eigenschaften des MFM-Signales verwendet. Das heißt es wird verwendet, daß das maximale Inversionsintervall 2 T _b des MFM-Signales erhal­ ten wird, wenn die Daten vor der Modulation gleich "101" sind. Nur während des maximalen Inversionsintervalles stei­ gen die Takte (k) und (l) zweimal an (zwischen den Zeit­ punkten t ₅ und t ₁₀ der Fig. 8). In jedem anderen Inversions­ intervall steigen die Taktimpulse nur einmal an. Wenn die Taktimpulse zwischen der ansteigenden Flanke und der ab­ fallenden Flanke des MFM-Signales gezählt werden, können die ursprünglichen Daten "101", die das maximale Inversions­ intervall verursachen, durch Feststellen des Zählerstandes 2 unterschieden werden. Die Phasenbeziehung zwischen dem MFM- Signal (a) und den Taktimpulsen wird damit wie folgt einge­ führt:

Die Taktimpulse (k) und (l) werden zu den Takteingängen C von 2-Bit-Zählern 62-2 und 62-3 geführt. Das MFM-Signal wird an die Rücksetzeingänge R der Zähler 62-2 und 62-3 angelegt, so daß diese Zähler nur arbeiten, wenn das MFM-Signal (a) auf dem hohen logischen Pegel ist, d.h. ein hohes Potential aufweist.

Innerhalb der Periode (vom Zeitpunkt t ₅ zum Zeitpunkt t ₁₀), während der die ursprünglichen Daten "101" auf einem hohen Potential erscheinen, werden die Ausgangssignale (m) und (n) der 2-Bit-Zähler 62-2 und 62-3 auf einem hohen Potential zu der Zeit (t ₈ und t ₉) abgegeben, wenn die Taktimpulse (k) und (l) beim zweiten Bit ansteigen. Die Ausgangssignale (m) und (n) der 2-Bit-Zähler und das MFM-Signal (a) werden einer UND-Schaltung 62-4 zugeführt. Das Ausgangssignal (o) der UND-Schaltung 62-4 geht nur dann auf einen hohen Pegel, wenn sowohl das MFM-Signal (a) als auch die Signale (m) und (n) auf dem hohen Pegel sind.

Der Takt (k) wird an den D-Eingang eines D-Flip-Flops 62-5 geführt, und das oben erwähnte Ausgangssignal (o) wird an den Takteingang (c) des D-Flip-Flops 62-5 angelegt. Wenn die ursprünglichen Daten "101" am hohen Pegel erscheinen, wird daher der Zustand des Taktes (k) (d.h. entweder der Hoch­ potentialzustand oder der Zustand mit niedrigem Potential) in das D-Flip-Flop 62-5 aufgenommen, um durch die anstei­ gende Flanke des Signales (o) als Ausgangssignal (p) zu erscheinen. Das Ausgangssignal (p) nimmt daher einen hohen Pegel an, wenn das Taktsignal (k) auf dem hohen Pegel ist, während das Signal (o) ansteigt, wie es in der Fig. 8 ge­ zeigt ist. Im Ergebnis wird der Takt (k), der zu einem Anschluß 71 geführt wird, ausgewählt und durch die Auswahl­ schaltung 62-6 als Takt (b) verwendet.

Wenn das Eingangssignal für die Taktableitungsschaltung 61 aus irgendeinem Grund fehlerhaft wird und damit die Takte (k) und (l) entgegengesetzte Phasen zu denen der Fig. 8 annehmen, ist das Ausgangssignal (p) auf einem niedrigen Pegel. Dann wird ein Anschluß 72 ausgewählt und mittels der Auswahlschaltung 62-6 verbunden, um den Takt (l) auszu­ wählen. Auch in diesem Fall wird damit die Beziehung zwischen dem MFM-Signal und den Takten (b) und (c) normal.

Wenn dem Muster "101" der ursprünglichen Daten entsprechende Daten, die durch den hohen Pegel gebildet werden, im MFM-Si­ gnal (a) erscheinen, bewirkt daher die Auswahlschaltung, daß die Takte (b) und (c) immer eine normale Beziehung mit Bezug auf das MFM-Signal (a) haben.

Da nur invertierte Abschnitte, die durch ursprüngliche Daten "1" verursacht werden, zu der Taktauswahlschaltung der vor­ liegenden Ausführungsform geführt werden, wird die Erzeugung von Taktimpulsen schwierig, wenn übermäßig viele Original­ daten "0" aufeinanderfolgen. Es ist daher besser, ein be­ liebiges festes Signalmuster zu den zu modulierenden Daten hinzuzufügen, bevor diese mittels des MFM-Verfahrens modu­ liert werden, und die ursprünglichen Daten mit einer Besei­ tigung des festen Signalmusters nach der Demodulation zu demodulieren.

Des weiteren wird die Phase zwischen dem Takt und den Daten durch die Originaldaten "101" normal. Es ist deshalb mög­ lich, die Effektivität der vorliegenden Ausführungsform durch besonderes Aufzeichnen eines Musters mit einer Anzahl von Daten "101" am Beginn einer Aufzeichnungsspur oder durch Aufteilen der Aufzeichnungsspur in Blöcke und Versehen des Aufzeichnungsmusters des Synchronisations-Signalmusters, das am Beginn jedes Blockes steht, mit einer Anzahl von Daten "101" zu verbessern.

Die Erfindung ist nicht auf modulierte Signale des MFM-Typs beschränkt, sondern kann auf beliebige modulierte Signale angewendet werden, wenn der Mittelpunkt und die Bereichs­ grenzen einer Bit-Periode selektiv verwendet werden. Die Erfindung kann somit auch auf ZM-Signale und Miller²-Signale angewendet werden. Es ist damit möglich, die Phasenbeziehung zwischen Taktimpulsen und modulierten digitalen Signal-Wel­ lenformen durch Feststellen eines spezifischen Signalmu­ sters, das in diesen Signalen enthalten ist, einzustellen.

Da erfindungsgemäß die Demodulation durch Anwendung von Taktimpulsen ausgeführt werden kann, die eine Periode haben, die der Datenübertragungsperiode in der Demodulationsschal­ tung für MFM-Signale entspricht, ist es möglich, das Erfor­ dernis von Hochfrequenz-Taktgebern zu beseitigen und eine Demodulationsschaltung mit hoher Zuverlässigkeit zu schaf­ fen. Zusätzlich werden diese Effekte nicht nur bei MFM- Signalen, sondern bei beliebigen modulierten Signalen er­ reicht, bei denen selektiv der Mittelpunkt und die Bereichs­ grenzen der Bit-Periode verwendet werden.

Die Schaltungselemente 14 bis 16, 22 und 23 der Ausführungs­ form der Fig. 1 zur Vermeidung einer fehlerhaften Demodu­ lation auf Grund eines falschen MFM-Musters können auch bei der in der Fig. 5 gezeigten Ausführungsform angewendet werden. Das heißt, daß die Taktauswahlschaltung der Fig. 7 so aufgebaut werden kann, daß die Ausgangssignale des UND- Gatters 62-4 von einem Zähler gezählt werden und der Takt nach Erreichen eines vorbestimmten Wertes für den Zähler­ stand umgeschaltet wird.

Auch können die Schaltungen 11 bis 13 und 24 des Aufbaues der Fig. 1 durch die Schaltungen 53 bis 59 der Fig. 5 er­ setzt werden, so daß Signale mit einer Taktperiode demodu­ liert werden können, die der Periode T _b in der Ausführungs­ form der Fig. 1 in der gleichen Weise wie in der Ausfüh­ rungsform der Fig. 5 entspricht.

Claims (8)

1. Demodulationsschaltung für modulierte digitale Signale, gekennzeichnet durch

• - einen Eingangsanschluß (10) zur Eingabe eines modulierten digitalen Signales (2 B);
• - eine Detektionseinrichtung (11 bis 14) zur Feststellung eines spezifischen Signalmusters, das in den eingegebenen modulierten digitalen Signalen enthalten ist;
• - eine Einrichtung (20 bis 22) zur Ableitung eines Taktsi­ gnales aus dem modulierten digitalen Signal;
• - eine Einrichtung (UND-Gatter 16) zur Beurteilung der Pha­ senbeziehung zwischen dem spezifischen Signalmuster, das von der Detektionseinrichtung festgestellt wurde, und dem abgeleiteten Taktsignal;
• - einen Zähler (15) zur Ausführung einer Zähloperation in Übereinstimmung mit dem Ergebnis der Beurteilung in der Einrichtung zur Beurteilung;
• - eine Einrichtung (22, 23) zum Steuern der Phase des Takt­ signales in Übereinstimmung mit dem Zählerstand in dem Zähler; und durch
• - eine Einrichtung (Signalspeicher 24) zur Demodulation des digitalen Signales unter Verwendung des Taktsignales und des eingegebenen modulierten digitalen Signales.

2. Demodulationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das modulierte digitale Signal durch Inver­ tierung der Polaritäten in Übereinstimmung mit einer vorbe­ stimmten Regel an zwei Positionen gebildet wird, die den Mittelpunkt und eine Begrenzung einer Datenübertragungs­ periode enthalten, die den Daten "1" bzw. "0" entspricht.

3. Demodulationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zähler (15) den Zählerstand um eins er­ höht, wenn die Einrichtung (16) zur Beurteilung feststellt, daß sich das spezifische Signalmuster vom Taktsignal in der Phase unterscheidet, und daß der Zähler den Zählerstand löscht, wenn die Einrichtung zur Beurteilung feststellt, daß das spezifische Signalmuster in der Phase dem Taktsignal entspricht; und daß die Steuereinrichtung (22, 23) die Phase des Taktsignales invertiert, wenn der Zählerstand einen vorbestimmten Wert erreicht.

4. Demodulationsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das modulierte digitale Signal ein modifiziert frequenzmoduliertes Signal enthält, und daß das spezifische Signalmuster vor der Modulation die digitalen Daten "101" aufweist.

5. Demodulationsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das modulierte digitale Signal ein Miller²- Signal ist, und daß das spezifische Signalmuster vor der Modulation die digitalen Daten "0101" aufweist.

6. Demodulationsschaltung zur Demodulierung eines modulier­ ten digitalen Signales, das durch Invertierung der Polari­ täten in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Regel an zwei Positionen gebildet wird, die den Mittelpunkt und eine Begrenzung einer Datenübertragungsperiode enthalten, die den Daten "1" bzw. "0" entspricht, gekennzeich­ net durch

• - eine erste Speichereinrichtung (Signalspeicher 53, 54) für das aufeinanderfolgende Speichern und Ausgeben des modu­ lierten digitalen Signales mittels eines ersten Taktes (c) und eines zweiten Taktes (b), wobei der erste und der zweite Takt eine Periode aufweisen, die der Datenübertra­ gungsperiode vor der Modulation entspricht, und wobei der erste Takt bezüglich des zweiten Taktes in der Polarität invertiert ist;
• - eine zweite Speichereinrichtung (Signalspeicher 55) zum Speichern und Ausgeben des modulierten digitalen Signales unter Verwendung des zweiten Taktes;
• - eine erste Schaltung (UND-Gatter 56) zum Vergleichen des Ausgangssignales der ersten Speichereinrichtung mit dem Ausgangssignal der zweiten Speichereinrichtung und zur Erzeugung eines Signales (g), wobei das Signal (g) beim Auftreten der Daten "1" vor der Modulation invertiert ist;
• - einer zweiten Schaltung (57 bis 59) zur Abgabe zweier Signale (h, i) aus dem Ausgangssignal der ersten Schaltung und zur Erzeugung eines demodulierten Ausgangssignales (j) für das modulierte digitale Signal auf der Basis der bei­ den Signale (h, i), wobei die beiden Signale (h, i) in ihrer Wellenform dem Signal (g) entsprechen, das beim Auf­ treten der Daten "1" vor der Modulation invertiert ist, und wobei die beiden Signale (h, i) eine relative Phasen­ differenz aufweisen, die einer Periode entspricht;
• - eine Schaltung (61, 62-1) zur Ableitung zweier Takte mit einer Periode, die der Datenübertragungsperiode von dem demodulierten Ausgangssignal entspricht, wobei der eine der beiden Takte in der Polarität bezüglich des anderen der beiden Takte invertiert ist; und durch
• - eine Takt-Auswahlschaltung (62) zur Feststellung eines spezifischen Signalmusters, das in dem modulierten digi­ talen Signal enthalten ist, und zur selektiven Ausgabe der beiden abgeleiteten Takte als die ersten und zweiten Takte auf der Basis der Phasenbeziehung zwischen dem festge­ stellten spezifischen Signalmuster und den beiden abgelei­ teten Takten.

7. Demodulationsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das modulierte digitale Signal ein modifiziert frequenzmoduliertes Signal enthält, und daß das spezifische Signalmuster vor der Modulation die digitalen Daten "101" aufweist.

8. Demodulationsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Schaltung eine Flip-Flop-Schaltung (57, 58) zur Abgabe der beiden Signale (h, i) durch Ver­ zögern des Ausgangssignales der ersten Schaltung (56) ab­ hängig vom zweiten Takt um ein ganzzahliges Vielfaches der Periode des zweiten Taktes und eine exklusive ODER-Schaltung (59) zur Erzeugung des demodulierten Ausgangssignales aus den beiden Ausgangssignalen enthält, wobei die beiden Aus­ gangssignale in ihrer Wellenform dem Signalausgang ent­ sprechen, der beim Auftreten der Daten "1" vor der Modula­ tion invertiert ist, und wobei die beiden Ausgangssignale eine relative Phasendifferenz aufweisen, die einer Periode entspricht.