DE4432950A1 - Verfahren und Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Verstärkungsregelung eines unsymmetrische Signalamplituden aufweisenden digitalen Datensignals mit einem im Datensignalweg angeordneten regelbaren Verstärker, dessen Verstärkung vom Ausgangssignal des Verstärkers nach Vergleich mit einem Referenzsignal geregelt wird, und eine Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der Wiedergabe von magnetisch auf Band, Platte oder dergl. aufgezeichneten digitalen Signalen entstehen zusätzlich zu den u. a. von Abstandsschwankungen zwischen Medium und Magnetkopf verursachten Signalpegelschwankungen und zu den bekannten Signalverzerrungen bei mittleren und hohen Frequenzen meist noch stark unsymmetrische Signalamplituden in positiver und negativer Richtung durch Phasengang- und Amplitudengangfehler bei niedrigen Frequenzen. In Fig. 1 ist hierzu ein Amplituden-/Zeit-Diagramm eines Eingangs-Datensignals dargestellt, welches bereits einen idealen Entzerrer durchlaufen hat, jedoch noch nicht verstärkungsgeregelt wurde. Die Ursache dieser Phasengang-und Amplitudenfehler können unter anderem im physikalischen Wiedergabevorgang an sich liegen und an der komplexen, frequenzabhängigen Impedanz des Wiedergabe-Magnetkopfes.

Handelt es sich bei den aufgezeichneten Signalen um digitale Datensignale, wie z. B. auch digitale HDTV-Signale, so verursachen diese unsymmetrischen Signalamplituden Schwierigkeiten bei der folgenden korrekten Detektion der digitalen Daten. Einer der vorbereitenden Schritte zur Detektion der digitalen Daten ist üblicherweise, daß das Wiedergabesignal eine Verstärkungsregelstufe durchläuft, um die Signalpegelschwankungen auszugleichen. In einer solchen Verstärkungsregelstufe wird der Signalpegel auf eine bestimmte Weise gemessen, der gemessene Wert mit einem Sollwert verglichen, und je nach Ergebnis dieses Vergleichs die Verstärkung einer einstellbaren Verstärkungsstufe, die das Signal durchläuft, nachgeregelt.

Bei der Messung des Signalpegels wurden bisher entweder nur die positiven oder negativen Signalamplituden ausgewertet, oder aber bei der Auswertung von positiven und negativen Signalamplituden wurde daraus kein analoger Differenzwert gebildet. Fig. 2 zeigt das Ergebnis einer einseitigen positiven Spitzenwertmessung des Signals aus Fig. 1. Eine solche Verstärkungsregelung hat aber den Nachteil, daß bei zugeführten stark unsymmetrischen Signalen in positiver und negativer Richtung durch die Verstärkungsregelstufe entweder nur die positiven Signalamplituden oder nur die negativen Signalamplituden auf einen Sollwert geregelt werden, was die Unsymmetrie des Signals noch verstärkt. Wird das gemessene Signal nach Fig. 2 verwendet, um eine Verstärkungsregelstufe anzusteuern, erhält man am Ausgang derselben ein Datensignal gemäß Fig. 3. Eine einseitige negative Spitzenwertmessung ergäbe analoge Resultate.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die bei der Wiedergabe des digitalen Datensignals von einem digitalen Magnetaufzeichnungsgerät auftretenden unsymmetrischen Signalamplituden auf eine konstante Signalamplitude auszuregeln.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zunächst das Ausgangssignal bezüglich seiner positiven und seiner negativen Signalspitzenwerte gemessen wird, daß danach die den beiden gemessenen Signalspitzenwerten entsprechenden Spannungen voneinander subtrahiert werden, daß erst dann der so gewonnene Differenzwert mit einem Sollwert verglichen wird, und daß schließlich dieser sich ergebende Wert zur Nachregelung des regelbaren Verstärkers dient.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß durch die separat gemessenen positiven und negativen Spitzenwerte des zu regelnden Signals keine Vergrößerung der Unsymmetrie des Signals entsteht, sondern ein auf den konstanten Spitze- Spitze-Signalamplitudenwert ausgeregeltes Ausgangssignal abnehmbar ist, dessen verbleibende niederfrequente Hüllkurve immer den gleichen Amplitudenspitzenwert umschließt. Die verbleibende niederfrequente Hüllkurve bereitet - im Gegensatz zu einem Signal nach Fig. 3 - keine Probleme bei der Detektion des Datensignals, vor allem, wenn dabei z. B. eine quantisierte Rückkopplung verwendet wird (siehe z. B. Söder, G. Tröndle, K.: Digitale Übertragungssysteme, Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo: Springer-Verlag 1985, S. 74 ff.).

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrens sowie der Schaltung zur Durchführung des Verfahrens möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Amplituden-/Zeit-Diagramm eines Eingangs- Datensignals,

Fig. 2 das Amplituden-/Zeit-Diagramm nach einseitiger Spitzenwert-Messung des Signals nach Fig. 1,

Fig. 3 Das Amplituden-/Zeit-Diagramm nach Verstärkungsregelung des Signals nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Blockschaltbild zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 5 eine Schaltungsvariante der Meßschaltung für die positiven Spitzenwerte,

Fig. 6 eine Schaltungsvariante der Meßschaltung für die negativen Spitzenwerte,

Fig. 7 das Amplituden-/Zeit-Diagramm nach einseitiger positiver Spitzenwert-Messung des Signals nach Fig. 1,

Fig. 8 das Amplituden-/Zeit-Diagramm nach einseitiger negativer Spitzenwert-Messung des Signals nach Fig. 1,

Fig. 9 das Amplituden-/Zeit-Diagramm nach Erzeugung des differentiellen Spitzenwertes aus den Signalen gemäß Fig. 7 und 8,

Fig. 10 das Amplituden-/Zeit-Diagramm des Ausgangssignals nach Verstärkungsregelung mit Hilfe des Signals nach Fig. 9.

Die Problematik und die Nachteile bei bisherigen Verfahren zur Verstärkungsregelung von digitalen Datensignalen wurden bereits oben mit Hilfe der Fig. 1 bis 3 ausgeführt.

Anhand des Blockschaltbildes gem. Fig. 4 soll nunmehr in Verbindung mit den Fig. 7 bis 10 die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Blockschaltbild wird ein von einem digitalen Recorder abgenommenes, unsymmetrische Signalamplituden in positiver und negativer Richtung aufweisendes Digitalsignal gemäß Fig. 1 der Eingangsklemme 1 zugeführt und mit einem regelbaren Verstärker 2 derart verstärkt, daß an der Ausgangsklemme 3 ein verstärktes Digitalsignal mit gleichen Spitze-Spitze-Amplituden gemäß Fig. 10 abnehmbar ist. Dies wird durch eine automatische Verstärkungsregelung mit differentieller Spitzenwertmessung erreicht.

Dazu wird das Ausgangssignal des Verstärkers 2 einer Regelschaltung zugeführt, welche eine erste, den positiven Spitzenwert messende Schaltung 4 und eine zweite, parallel dazu liegende, den negativen Spitzenwert messende Schaltung 5 sowie eine Subtraktionsschaltung 6 umfaßt, deren Plus-Eingang an den Ausgang der positiven Spitzenwert-Meßschaltung 4 und deren Minus-Eingang an den Ausgang der negativen Spitzenwert- Meßschaltung 5 angeschlossen ist.

Diese Meßschaltungen 4 und 5 können im einfachsten Fall jeweils aus einer entsprechend gepolten Gleichrichterschaltung mit Parallel-Ladekondensator bestehen oder die gemäß Fig. 5 und Fig. 6 detailliert dargestellten Schaltungen enthalten. Sie messen unabhängig voneinander den Wert der postiven und der negativen Signalspitzen. Die derart gemessenen, in Fig. 7 gezeigten positiven und in Fig. 8 gezeigten negativen Signalspitzenwerte werden in der analogen Subtraktionsschaltung 6 voneinander subtrahiert, um die gemäß Fig. 9 dargestellte Gesamt-Spitze-Spitze-Amplitude des Signals zu erhalten.

Dieses Ausgangsspannungssignal gemäß Fig. 9 der Subtraktionsschaltung 6 wird nun dem einen Eingang eines Komparator- und Stellverstärkers 7 zugeführt, an dessen anderen Eingang eine den einstellbaren Sollwert für die Verstärkungsregelung darstellende Gleichspannung anliegt. Mit Hilfe des Verstärkers 7 wird also der Ausgangswert der Subtraktionsschaltung 6 mit dem Sollwert verglichen, um je nach Über- oder Unterschreitung über ein Stellglied 8, welches vorteilhaft als FET oder spannungsgesteuerte Stromquelle ausgeführt sein kann, die Verstärkung des regelbaren Verstärkers 2 nachzuregeln. Der Ausgang des Stellgliedes 8 ist hierzu mit dem Regeleingang 9 des Verstärkers 2 verbunden. Somit kann am Ausgang 3 der Verstärkerschaltung das gewünschte digitale Signal mit gleichem Amplitudenspitzenwert gemäß Fig. 10 abgenommen werden.

In den Fig. 5 und 6 ist vorteilhafterweise vor die Gleichrichterschaltung 11 bzw. 12 mit Parallel-Ladekondensator 13 bzw. 14 und Entladewiderstand 23 bzw. 24 ein als spannungsgesteuerte Stromquelle arbeitender Transistor 15 bzw. 16, beispielsweise ein Diamond-Transistor der Firma Burr Brown geschaltet, dessen jeweiliger Basiselektrode das vom Verstärker 2 abgegebene Signal über die Eingangsklemme 17 bzw. 18 zugeführt wird. Nach der Gleichrichterschaltung 11, 13 bzw. 12, 14 ist ein komplementärer offset-kompensierter Emitterfolger (Buffer-Verstärker) 19 bzw. 20, beispielsweise ein sogen. Diamond-Buffer der Firma Burr-Brown vorgesehen, dessen Ausgang über einen die Ladezeitkonstante beeinflussenden Widerstand 25 bzw. 26 mit dem Emitter des Transistors 15 bzw. 16 gekoppelt ist. Mit Hilfe dieser zusätzlichen Schaltelemente 15, 19 bzw. 16, 20, welche jeweils in einem Operationsverstärker integriert sind, können Signale mit Frequenzen bis zu einigen 100 MHz mit sehr geringen Fehlern der differentiellen Phase und Verstärkung verarbeitet werden. Sie sind somit zur Verarbeitung von schnellen Analogsignalen vorteilhaft einsetzbar. An den Ausgängen 21 bzw. 22 sind dann die exakt gemessenen positiven bzw. negativen Spitzenspannungswerte für die nachfolgende Differenzwertbildung abnehmbar.

Claims (7)

1. Verfahren zur automatischen Verstärkungsregelung eines unsymmetrische Signalamplituden aufweisenden digitalen Datensignals mit einem im Signalweg angeordneten regelbaren Verstärker, dessen Verstärkung vom Ausgangssignal des Verstärkers nach Vergleich mit einem Referenzsignal geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Ausgangssignal bezüglich seiner positiven und negativen Signalspitzenwerte gemessen wird, daß danach die den gemessenen Signalspitzenwerten entsprechenden Spannungen voneinander subtrahiert werden, daß erst dann der so gewonnene Differenzwert mit einem Sollwert verglichen wird, und daß schließlich dieser sich ergebende Spannungswert zur Nachregelung des regelbaren Verstärkers dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den gemessenen Signalspitzenwerten entsprechenden Spannungen durch Gleichrichtung der positiven und negativen Signalspitzenwerte und nachfolgender Speicherung erzeugt werden, und daß der negative Signalspitzenwert vom positiven Signalspitzenwert subtrahiert wird.

3. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des im Signalweg angeordneten regelbaren Verstärkers (2) in zwei zueinander parallelen Zweigen je eine Spitzenwert-Meßschaltung (4, 5) zur Messung der positiven und negativen Signalspitzenwerte angeordnet sind, daß der Ausgang der die positiven Signalspitzenwerte messenden Schaltung (4) an den Plus-Eingang und der Ausgang der die negativen Signalspitzenwerte messenden Schaltung (5) an den Minus-Eingang einer Subtraktionsschaltung (6) angeschlossen sind, daß der Ausgang der Subtraktionsschaltung (6) mit dem einen Eingang einer Komparator- und Stellverstärkerschaltung (7) verbunden ist, an deren anderen Eingang eine Sollwert-Gleichspannung anliegt, daß der Ausgang der Komparator- und Stellverstärkerschaltung (7) über ein Stellglied (8) mit dem Regelspannungseingang (9) des regelbaren Verstärkers (2) verbunden ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (8) ein Feldeffekt-Transitor ist, dessen Steuerelektrode mit dem Ausgang der Komparator-Schaltung (7) verbunden ist und dessen Kollektorelektrode an den Regelspannungseingang (9) des regelbaren Verstärkers (2) angeschlossen ist.

5. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (8) eine spannungsgesteuerte Stromquelle enthält, deren Steuereingang mit dem Ausgang der Komparator-Schaltung (7) verbunden ist und dessen über einen Arbeitswiderstand einen Spannungsabfall erzeugende Stromausgang an den Regelspannungseingang (9) des regelbaren Verstärkers (2) angeschlossen ist.

6. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenwert-Meßschaltungen (4, 5) je eine Gleichrichterschaltung (11, 12) und einen Parallel- Ladekondensator (13, 14) enthalten.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Signalweg vor der Gleichrichterschaltung (11 bzw. 12) eine spannungsgesteuerte Stromquelle (15 bzw. 16) angeordnet ist, und daß im Signalweg nach dem Parallel-Ladekondensator (13 bzw. 14) ein komplementärer offset-kompensierter Emitterfolger (19 bzw. 20) vorgesehen ist.