DE4432950A1 - Verfahren und Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung - Google Patents
Verfahren und Schaltung zur automatischen VerstärkungsregelungInfo
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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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19944432950 DE4432950A1 (de) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | Verfahren und Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung |
Applications Claiming Priority (1)
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DE4432950A1 true DE4432950A1 (de) | 1996-03-21 |
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Country Status (1)
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DE (1) | DE4432950A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998056108A2 (en) * | 1997-06-03 | 1998-12-10 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Automatic gain control circuit, e.g. for use in a hard disk drive |
-
1994
- 1994-09-16 DE DE19944432950 patent/DE4432950A1/de not_active Ceased
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998056108A2 (en) * | 1997-06-03 | 1998-12-10 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Automatic gain control circuit, e.g. for use in a hard disk drive |
WO1998056108A3 (en) * | 1997-06-03 | 1999-03-25 | Koninkl Philips Electronics Nv | Automatic gain control circuit, e.g. for use in a hard disk drive |
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