DE69121839T2

DE69121839T2 - Servoeinrichtung für Bandantriebsrolle

Info

Publication number: DE69121839T2
Application number: DE69121839T
Authority: DE
Inventors: Tsuguo Sato
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-10-31
Filing date: 1991-10-30
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2011-10-31
Also published as: EP0484143A3; KR100255733B1; DE69121839D1; KR920008698A; EP0484143B1; JPH04168989A; JP3021606B2; US5144210A; EP0484143A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Capstan-Servoeinrichtung z.B. zur Verwendung in einem Videorecorder.
Fig. 8 zeigt das Blockschaltbild einer bereits früher vorgeschlagenen Capstan-Servoeinrichtung mit einem Capstan-Motor 1, einem Frequenzgenerator (FG) 2 zur Erzeugung eines zur Drehgeschwindigkeit des Capstan-Motors proportionalen Frequenzsignals (FG-Signal), einem Geschwindigkeitsdetektor 83 zur Detektierung eines Geschwindigkeitsfehlers ev durch Frequenzdiskriminierung des FG-Signals, einem Phasenkompensator 85, einem Mischer 86 und einem Treiber 10. Diese Komponenten bilden zusammen eine Geschwindigkeits-Schleifenschaltung, die die Drehgeschwindigkeit des Capstan-Motors 1 auf einen konstanten Wert regelt.
Eine weitere Komponentengruppe umfaßt einen Frequenzteiler 87 und einen Phasendetektor 84, der einen Phasenfehler ep zwischen dem Teiler-Ausgangssignal des Frequenzteilers 87 und einem Referenzsignal V-SYNC detektiert und diesen Phasenfehlers ep dem Mischer 86 zuführt Diese Komponenten bilden zusammen eine Phasen-Servoschleife, die die Drehphase des Capstan-Motors 1 auf einen konstanten Wert regelt.
Diese beiden Steuerschleifen halten die Bewegung eines Magnetbands 82 auf konstanter Geschwindigkeit. In einem Aufzeichnungsmodus, in dem ein Schalter 88 mit seiner Aufnahmeseite (R) verbunden ist, rotiert der Capstan-Motor 1 synchron zur Drehphase des Signals V-SYNC. In einem Wiedergabemodus, in dem der Schalter 88 mit seiner Wiedergabeseite (P) verbunden ist, rotiert der Capstan-Motor 1 hingegen so, daß ein CTL-Signal, das von einem Steuerkopf 81 aus einer (nicht dargestellten) Steuerspur auf dem Band 82 ausgelesen wird und als Vergleichssignal dient, mit der Phase des Signals V-SYNC synchronisiert wird.
Neuere Servoeinrichtungen bieten zusätzlich zu dem Aufzeichnungs- und Wiedergabemodus, bei denen der Capstan-Motor mit konstanter Geschwindigkeit rotiert, weitere Betriebsarten, z.B. einen Modus für die Standbildwiedergabe, bei dem die Halteposition des Magnetbandes durch entsprechende Steuerung der Rotation und des Anhaltens des Capstan- Motors gesteuert wird, sowie einen Modus für die Wiedergabe mit veränderlicher Geschwindigkeit, bei der der Capstan-Motor kontinuierlich von langsamer auf schnelle Drehung gesteuert wird. Diese Betriebsarten erfordern weitere präzise Steuerungen.
Ein exemplarisches Verfahren für den Standbild-Wiedergabemodus ist in der japanischen Offenlegungsschrift 60/39382 beschrieben, die als der am meisten relevante Stand der Technik betrachtet wird. Dieses Dokument offenbart eine Capstan-Servoeinrichtung mit einem Frequenzgenerator zur Detektierung der Drehgeschwindigkeit eines Capstan-Motors und zur Erzeugung von Zweiphasen-FG-Signalen mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von 90º Durch lnvertieren und Nichtinvertieren des Zweiphasen-FG-Signals wird ein Vierphasen-Signal gewonnen, das dann verstärkt wird. Diese Vierphasen-Signale sind ebenfalls um 90 phasenversetzt. In dieser bekannten Capstan-Servoeinrichtung wird die Genauigkeit der Halteposition des Capstan- Motors dadurch verbessert, daß die oben erwähnten Geschwindigkeits- und Phasen-Servoschleifen zusätzlich mit einer Haltesteuerschaltung verbunden werden.
Im folgenden wird eine solche Haltesteuerung für einen Capstan-Motor anhand des Blockschaltbilds von Fig. 9 und des Wellenform-Zeitdiagramms von Fig. 10 näher erläutert.
Die Anordnung von Fig. 9 besitzt einen Capstan-Motor 1, der unter dem Steuereinfluß einer bekannten Geschwindigkeits-Phasen-Servoschaltung 91 mit einer konstanten normalen Geschwindigkeit rotiert, wenn ein Schalter 96 mit seiner N-Seite verbunden ist. Wenn der Schalter 96 auf seine S-Seite umgeschaltet wird, die den Anhaltemodus repräsentiert, wird das in Fig. 10A dargestellte Signal Fa+, das aus einem FG-Signal fa erzeugt wird, einem Treiber 10 als Stoppsignal zugeführt. Daraufhin hält der Capstan-Motor 1 an, sobald die an dem Treiber 10 anliegende Spannung auf den Wert 0 zurückgeht. Durch eine vom Nullpunkt aus ansteigende positive Spannung wird die Drehgeschwindigkeit erhäht, durch eine von dem Nullpunkt aus abnehmende negative Spannung wird sie verlangsamt. Deshalb ist von den Nulldurchgangspunkten P und Q in jedem der rechten bzw. linken Neigungsabschnitte, wie in Fig. 10A dargestellt, der Punkt P ein stabiler Punkt für die Haltesteuerung, und die gewünschte Stabilität wird bei irgendeinem beliebigen Punkt Q durch eine Verschiebung entweder auf einen früheren oder späteren Punkt P erreicht.
Es sei noch einmal die Schaltungsanordnung von Fig. 9 betrachtet. Der Frequenzgenerator FG 2 erzeugt Zweiphasen-Signale fa und fb mit einer Phasendifferenz von 90º. Diese Zweiphasen-Signale fa und fb werden in einer Haltesteuerschaltung 92 nichtinvertierenden Verstärkern 3a bzw. 3b und invertierenden Verstärkern 4a bzw. 4b zugeführt und dadurch in Vierphasen-Signale Fa+, Fa- bzw. Fb+, Fb- umgewandelt, die in Fig. 10A bis 10D dargestellt sind. Gleichzeitig werden die Zweiphasen-Signale fa und fb Komparatoren 93a und 93b zugeführt und an den Mittelwertpegel-Nulldurchgangspunkten in Impulse umgewandelt, so daß die Rechtecksignale Sa und Sb von Fig. 10E und 10F gewonnen werden. Die Vierphasen-Signale Fa+, Fa- und Fb+, Fb- werden Schalterkreisen 94a bzw. 94b zugeführt und von diesen in Abhängigkeit von den Rechteckimpulsen Sa und Sb umgeschaltet, so daß die rechten Neigungsabschnitte extrahiert und Signale Da und Db mit den in Fig. 10G und 10H dargestellten Wellenformen erzeugt werden. Danach werden diese Signale Da und Db in einem Mischer 95 zu einem Signal Ds gemischt, das in Fig. 10J dargestellt ist. Dieses Signal Ds enthält nur noch die Nulldurchgangspunkte aus den rechten Neigungsabschnitten der früheren Vierphasen-Wellenformen.
Wenn das so gewonnene Signal Ds anstelle des oben erwähnten Signals Fa+ dem Treiber 10 als Haltesteuersignal zugeführt wird, wird das Anhalten des Capstan-Motors 1 in den in Fig. 10J dargestellten Nulldurchgangspunkten R1 bis R4 gesteuert, so daß die Genauigkeit der Halteposition viermal größer ist als in dem oben erwähnten Fall, bei dem das Signal Fa+ als Haltesteuersignal benutzt wird.
Durch den Einsatz einer solchen Haltesteuerschaltung, die in der oben erwähnten japanischen Patentschrift offenbart ist, kann die Halteposition eines Magnetbands viermal genauer gesteuert werden, ohne daß die Frequenz des Frequenzgenerators FG erhöht werden
Wenn bei einem Capstan-Motorsteuersystem die auf dem FG-Signal basierende Geschwindigkeitsschleife in die Phasenschleife einbezogen ist, die auf dem Signal V-SYNC und dem Signal CTL basiert, wie dies in dem Blockschaltbild von Fig. 8 dargestellt ist, läßt sich einerseits die Genauigkeit der Drehphase durch Erhöhung der Verstärkung der Phasenschleife vergrößern. Auf der anderen Seite läßt sich durch eine Erhöhung der Verstärkung in der Geschwindigkeitsschleife und eine verbesserte Frequenzcharakteristik der nachteilige Einfluß irgendwelcher Drehmomentstörungen des Capstan-Motors auf Änderungen der Drehbewegung reduzieren. Für das Gleichgewicht der Verstärkungen der Phasenschleife einerseits und der Geschwindigkeitsschleife andererseits ist jedoch ein Kompromiß zu treffen: Wenn die Verstärkung einer der Schleifen vergrößert wird, verursacht die hieraus resultierende gegenseitige Interferenz Probleme. Hierzu gehören eine Instabilität der Schleifen und eine Verlängerung der Fangzeit bei der Synchronisierung. Da der Geschwindigkeitsdetektor nicht linear vom niedrigen bis zum hohen Frequenzbereich arbeitet, tritt außerdem das Problem auf, daß eine stabile Drehgeschwindigkeitssteuerung von langsamer bis zu schneller Drehung nicht erreichbar ist. Bei dem Verfahren, bei dem der Capstan-Motor dadurch gesteuert wird, daß man zusätzlich die Haltesteuerschaltung nach der oben genannten japanischen Patentschrift vorsieht und diese selektiv in Relation zu einer weiteren von der geschlossenen Servoschleife getrennten Steuerschaltung umschaltet, bereitet das genaue, schnelle und stabile Umschalten von der geschlossenen Servoschleife auf die Haltesteuerschaltung Schwierigkeiten.
Gemäß vorliegender Erfindung ist eine Capstan-Servoeinrichtung vorgesehen mit
einem Frequenzgenerator zur Detektierung der Drehgeschwindigkeit eines Capstan- Motors und zur Erzeugung von Zweiphasen-Frequenzsignalen mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von 90º,
einem Wähler zur Auswahl eines von mehreren Vierphasen-Eingangssignalen mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von 90º, die durch invertieren und Nichtinvertieren der Zweiphasen-FG-Signale und Verstärken derselben gewonnen werden,
und einem Synchronisiersignalgenerator mit einem N-Bit-Zähler zur Aufnahme eines ihm zugeführten Referenzfrequenzsignals und zur Erzeugung eines Synchronisiersignals durch Phasenvergleich der beiden höchstwertigen Bits des frequenzgeteilten Ausgangssignals des genannten Zählers mit den Zweiphasen-FG-Signalen,
wobei die Drehgeschwindigkeit des Capstan-Motors nach Maßgabe eines Fehlerspannungssignals gesteuert wird, das von dem Wähler in Abhängigkeit von den Synchronisiersignal ausgewählt wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Capstan-Servoeinrichtung vorgesehen,
mit einem Digital-Analog-Wandler zur Umwandlung der (N-2) niedrigstwertigen Bits des frequenzgeteilten Ausgangssignals des Zählers in ein analoges Signal,
wobei die Drehgeschwindigkeit des Capstan-Motors nach Maßgabe der Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Wandlers und des von dem Wähler in Abhängigkeit von dem Synchronisiersignal ausgewählten Fehlerspannungssignals gesteuert wird.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist eine Capstan-Servoeinrichtung vorgesehen
mit einer Phasenregelschleife (PLL-Schaltung) , die ein Referenzfrequenzsignal erzeugt, während sie in einem Aufzeichnungsmodus mit einem internen Referenzfrequenzsignal oder in einem Wiedergabemodus mit einem Steuersignal phasenverriegelt ist,
wobei die Drehgeschwindigkeit und die Drehphase des Capstan-Motors nach Maßgabe des von dem Wähler in Abhängigkeit von dem Synchronisiersignal ausgewählten Fehlerspannungssignals gesteuert wird.
In den Ausführungsbeispielen der Erfindung erfolgt die Geschwindigkeitssteuerung durch die geschlossene Phasenservoschleife, so daß der Capstan-Motor kontinuierlich und glatt vom Haltezustand über langsame Drehung bis zu schneller Drehung steuerbar ist.
Da die Phasenschleife mit der Geschwindigkeitsschleife in Reihe geschaltet ist, können in jeder dieser Schleifen auch die Werte eingestellt werden, die bezüglich der Stabilität und der Fangzeit für die Synchronisation optimal sind.
Im folgenden sei die Erfindung an einem Beispiel näher beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen gleiche Teile durchgehend mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 2 zeigt ein Wellenform-Zeitdiagramm zur Funktionserläuterung des ersten Ausführungsbeispiels von Fig. 1,
Fig. 3 zeigt ein Zustandsübergangsdiagramm zur Erläuterung der Synchronisierung durch einen bei der Anordnung von Fig. 1 verwendeten Synchronisiersignalgenerator,
Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 5 zeigt ein Wellenform-Zeitdiagramm zur Funktionserläuterung des zweiten Ausführungsbeispiels von Fig. 4,
Fig. 6 zeigt die Kennlinien eines FG-Signals und eines Referenzfrequenzsignals bei einem Steuervorgang zur Geschwindigkeitsänderung,
Fig. 7 zeigt das Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 8 zeigt das Blockschaltbild einer früher vorgeschlagenen Capstan-Servoeinrichtung,
Fig. 9 zeigt das Blockschaltbild einer früher vorgeschlagenen Capstan-Servoeinrichtung, die mit einer Haltesteuerschaltung ausgerüstet ist,
Fig. 10 zeigt ein Wellenform-Zeitdiagramm zur Erläuterung der Haltesteuerschaltung in Fig. 9.
Das Ausführungsbeispiel von Fig. 1 weist zusätzlich zu den oben bereits beschriebenen und mit den gleichen Bezugszeichen versehenen Komponenten einen Wähler 5 auf, der in Abhängigkeit von einem 2-Bit-Steuersignal eines von vier Eingangssignalen auswählt und das ausgewählte Eingangssignal ausgibt. Es ist ferner ein Synchronisiersignalgenerator 6 mit einem impulsformer 7a und 7b, einem N-Bit-Zähler 8 und einem Synchronisierdetektor 9 vorgesehen.
Im folgenden sei die Wirkungsweise ausführlich beschrieben, wobei auf das Wellenform- Zeitdiagramm von Fig. 2 Bezug genommen wird. FG-Signale fa und fb (mit der Frequenz fs), die bei der Drehung des Capstan-Motors 1 erzeugt werden, werden den nichtinvertieren-. den Verstärkern 3a bzw. 3b und den invertierenden Verstärkern 4a bzw. 4b zugeführt. Dadurch werden die in Fig. 2A bis 2D dargestellten Vierphasen-Signaie f1 bis f4 mit einer Phasendifferenz von 90º erzeugt, die dann den Eingängen des Wählers 5 zugeführt werden. Gleichzeitig werden die FG-Signal fa und fb dem Synchronisiersignalgenerator 6 zugeführt und von den Impulsformern 7a und 7b zu den in Fig. 2E und 2F dargestellten digitalen Signalen Fb bzw. Fb verarbeitet. Ein Referenzfrequenzsignal fR, das als Referenz für die Drehgeschwindigkeit des Capstan-Motors 1 dient, wird einem Takteingang CK des N-Bit-Zählers 8 in dem Synchronisiersignalgenerator 6 zugeführt, in dem eine Frequenzteilung durch den Faktor N erfolgt. Die Wellenformen in Fig. 2G und 2H repräsentieren die beiden höchstrangigen Bits S&sub0; und S&sub1; der N Bits des frequenzgeteilten Ausgangssignals des Zählers 8. Die Ausgangsbits S&sub0; und S&sub1; werden dem Synchronisierdetektor 9 zugeführt und mit den digitalisierten FG-Signalen Fa und Fb verglichen. Das durch diesen Vergleich gewonnene Ausgangssignal C&sub0; steuert das Eingangssignal CL des Zählers 8. In diesem Stadium sind die FG-Signale mit dem Referenzfrequenzsignal synchronisiert. Die frequenzgeteilten Ausgangssignale S&sub0; und S&sub1; werden dem Wähler 5 als Synchronisiersignale zugeführt. Dem Aufwärts/Abwärts-Eingang des Zählers 8 und dem Synchronisierdetektor 9 wird ein Rotationsfrequenzsignal zugeführt, das die Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung des Capstan-Motors 1 anzeigt.
Das Wellenform-Zeitdiagramm von Fig. 2 veranschaulicht die Phasenbeziehung zwischen den Signalen, wenn die Capstan-Servoeinrichtung synchronisiert ist. In dem Wähler 5 wird während einer Zeitperiode T1, in der die Bits der Synchronisiersignale S&sub0; und S&sub1; der Kombination (0, 0) entsprechen, ein Signal f&sub1; ausgewählt, während einer Zeitperiode T4, in der die Bits die Werte (0, 1) haben, ein Signal f&sub4;, während einer Zeitperiode T2, in der die Bits die Werte (1, 0) haben, ein Signal f&sub2;, während einer Zeitperiode T3, in der die Bits die Werte (1, 1) haben, ein Signal f&sub3;. Es wird also ein Signal D&sub0; mit der Wellenform von Fig. 2J extrahiert, das ausschließlich aus den jeweiligen linken Neigungsabschnitten besteht und dessen Periodendauer dem vierten Teil der Periodendauer des ursprünglichen FG-Signals entspricht. Das Fehlerspannungssignal e&sub0; mit dieser Wellenform wird dem Treiber 10 zugeführt, so daß eine geschlossene Schleife gebildet wird, die den Capstan-Motor 1 mit einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit steuert.
Im folgenden werde der Synchronisierprozeß näher erläutert. Es sei angenommen, daß der Capstan-Motor 1 nach der Einschaltung der Stromversorgung der Capstan-Servoeinrichtung einen stabilen Rotationszustand erreicht hat. im unsynchronisierten Zustand ist die zeitliche Relation der Signale Fa und Fb von Fig. 2E und 2F zu den Signalen S&sub0; und S&sub1; von Fig. 2G und 2H nicht konstant, es treten vielmehr Fluktuationen gegenüber letzteren auf. Die Zustände der Signale S&sub0; und S&sub1;, die den Beziehungen zwischen den vier Zeitperioden in Fig. 2 entsprechen, und den Signalen Fa und Fb sind folgende:
Während der Zeitperiode T1, in der Synchronizität erreicht wird, wenn das Signal Fb gleich "0" ist, tritt ein Nachlauf oder ein Vorlauf auf, wenn (Fa, Fb) den Werten (0, 1) bzw. (1, 1) entspricht. Auch während der Zeitperiode T2, in der Synchronizität erreicht wird, wenn das Signal Fb gleich "1" ist, tritt ein Nach lauf oder ein Vorlauf auf, wenn (Fa, Fb) den Werten (0, 1) bzw. (1, 1) entspricht. Während der Zeitperiode 13, in der Synchronizität erreicht wird, wenn das Signal Fa gleich "1" ist, tritt ein Nachlauf oder ein Vorlauf auf, wenn (Fa, Fb) den Werten (0, 1) bzw. (1, 1) entspricht. Während der Zeitperiode 14, in der Synchronizität erreicht wird, wenn das Signal Fb gleich "0" ist, tritt ein Nachlauf oder ein Vorlauf auf, wenn (Fa, Fb) den Werten (0, 1) bzw. (1.1) entspricht. Somit tritt bei den vier Zuständen der Signale (S&sub0;, S&sub1;) ein Nachlauf, Synchronizität und ein Vorlauf von (Fa, Fb) auf.
Deshalb läßt sich die Synchronisierung durchführen, indem zunächst von dem Synchronisierdetektor 9 ein solcher Vorlauf oder Nachlauf detektiert wird und dann nach Maßgabe des detektierten Vorlaufs oder Nachlaufs das Takteingangssignal des Zählers 8 zwangsweise auf diejenigen Werte von (S&sub0;, S&sub1;) voreingestellt wird, die für die Synchronisierung mit den Zuständen von (Fa, Fb) geeignet sind. Und zwar tritt während der Zeitperiode T1 für den Fall daß (S&sub0;, S&sub1;) den Werten (0, 0) entspricht, ein Nachlauf auf, wenn (Fa, Fb) den Werten (0, 1) entspricht. Da in diesem Zustand Synchronizität von (S&sub0;, S&sub1;) mit den Werten (0, 1) erreicht wird, die der Zeitperiode T4 entsprechen, wird die gewünschte Synchronizität erreicht, indem ein Steuersignal C&sub0; ausgegeben wird, das den Takteingang zwangsweise auf diese Werte voreinstellt.
Die Kombinationen der Voreinsteliwerte C&sub0; und der Werte des Nach laufs, der Synchronizität und des Vorlaufs von (Fa, Fb) in Bezug auf die vier Zustände von (S&sub0;, S&sub1;) für die Synchronisation sind in Fig. 3 dargestellt, in der die Übergänge der synchronisierten Zustände des Synchronisiersignalgenerators 6 veranschaulicht sind. in diesem Diagramm sind die Werte von Fa und Fb für die Synchronisierung der Zustandswerte von (S&sub0;, S&sub1;) während der von vier Ellipsen umgebenen Zeitperioden an den Köpfen von Doppellinien dargestellt. Die Nachlaufwerte sind an der Basis von im Gegenuhrzeigersinn verlaufenden durchgezogenen Pfeillinien dargestellt, während die Vorlaufwerte an der Basis von im Uhrzeigersinn verlaufenden gestrichelten Pfeillinien jeweils in Bezug auf die Werte von (Fa, Fb) dargestellt sind. Dieses Diagramm macht deutlich, daß Synchronisation erreicht werden kann, indem ein Steuersignal C&sub0; zur Voreinstellung der in der Ellipse an dem Kopf des Pfeils angegebenen Zustandswerte von (S&sub0;, S&sub1;) ausgegeben wird. in dem Synchronisierdetektor 9 wird nach Maßgabe des Zustandsübergangsdiagramms ein Steuersignal C&sub0; zur Voreinstellung des Zählers 8 ausgegeben. Durch Synchronisation mit den Eingangs-FG-Signalen Fa, Fb werden die Synchronisiersignale S&sub0;, S&sub1; erzeugt, um dadurch den Wähler 5 zu steuern. Der oben beschriebene Vorgang wird zyklisch wiederholt, um die Servoschleife zu synchronisieren und sie dadurch in den Verrastungszustand von Fig. 2 zu führen.
Das zweite Ausführungsbeispiel, das in Fig. 4 dargestellt ist, enthält gegenüber der beschriebenen Anordnung von Fig. 1 zusätzlich einen D/A-Wandler 41 zur Extrahierung der niedrigstwertigen Bits aus einem Zähler in einem Synchronisiersignalgenerator 6 und zur Digital/Analog-Wandlung des extrahierten Signals, sowie einen Differenzverstärker 42 zur Erzeugung der Differenz zwischen dem Ausgangssignal e&sub1; des D/A-Wandlers 41 und dem Ausgangssignal e&sub0; des Wählers 5.
Anhand des Wellenform-Zeitdiagramms von Fig. 5 werde die Wirkungsweise des zweiten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Fig. 5A und 5B zeigen Synchronisiersignale S&sub0; und S&sub1;, die den Signalen von Fig. 2G bzw. 2B entsprechen. Fig. 5E zeigt ein Fehlerspannungssignal e&sub0;, das dem Signal von Fig. 2J entspricht. Es sei angenommen, daß der Zähler 8 vier Stufen besitzt, d.h. N = 4 ist. Die niedrigstwertigen Bits S&sub2; und S&sub3; von Fig. 5C und D können dann als geteilte Ausgangssignale extrahiert werden. Diese Ausgangssignale S&sub2; und S&sub3; werden dem D/A-Wandler zugeführt, der daraus das in Fig. 5F dargestellte analoge Ausgangssignal e&sub1; erzeugt. Dieses Ausgangssignal e&sub1; wird dem Differenzverstärker 42 zugeführt, der die Differenz zwischen dem Ausgangssignal e&sub1; und dem Ausgangssignal e&sub0; des Wählers 5 als Differenzausgangssignal ec liefert. In dem so gewonnenen neuen Fehlerspannungssignal ec ist die niedrige Frequenzkomponente aus dem Ausgangssignal e&sub0; des Wählers 5 eliminiert und die Spannungsschwankung auf (1/2)N-2 reduziert. Das Problem des elektromagnetischen Rauschens, das aufgrund der Welligigkeit des Stroms aus dem Capstan-Motor 1 erzeugt wird, wenn dieser in dem ersten Ausführungsbeispiel durch Herabsetzung der Frequenz des Referenzfrequenzsignals fR auf langsame Drehung gesteuert wird, kann gemildert werden, wenn das Fehlerspannungsausgangssignal e&sub0; des Wählers 5 in einem Bereich von 100 Hz bis zu einigen kHz reduziert wird.
Das Folgende ist ein exemplarischer Fall, bei dem der Capstan-Motors 1 durch Vergrößerung der Frequenz des Referenzfrequenzsignals fR auf hohe Drehgeschwindigkeit gesteuert wird. Das Referenzfrequenzsignal fR läßt sich durch fR = fS 2N ausdrücken, worin fs die Frequenz des FG-Signals und N die Anzahl der Stufen des Zählers 8 bedeuten. Zur Steuerung des Capstan-Motors vom Stillstand auf schnelle Rotation wird der Frequenzbereich des Signals fR so erweitert, daß er von 0 bis fs 2N Hz reicht. Wenn die Frequenz fs des FG-Signals, die bei der Standarddrehzahl des Capstan-Motors 1 erzeugt wird, auf 500 Hz gesetzt wird, nimmt die Frequenz des Referenzfrequenzsignals fR den Wert 32 kHz an, da die Stufenzahl N des Zählers 8 sechs Bit entspricht. Bei der 10-fachen Geschwindigkeit beträgt die Frequenz 320 kHz und bei der 50-fachen Geschwindigkeit 1,6 MHz Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der FG-Frequenz fs und dem Referenzfrequenzsignal FR bei veränderten Geschwindigkeiten. Die Stufenzahl N des Zählers 8 wird selektiv so umgeschaltet, daß sie während des Betriebs mit 10-facher Geschwindigkeit bei einer Frequenz, die höher ist als die Grenz-FG-Frequenz fs = 5 kHz, drei Bit entspricht, so daß das Referenzfrequenzsignal fR bei 10-facher Geschwindigkeit auf 40 kHz oder bei 50-facher Geschwindigkeit auf 200 kHz veränderbar ist. So kann der Capstan-Motor linear vom Stillstand bis zu schneller Rotation gesteuert werden, ohne daß der Frequenzbereich des Referenzfrequenzsignals fR vergrößert wird.
Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild des dritten Ausführungsbeispiels, das eine Geschwindigkeits-Servoschaltung 71 enthält, die einer modifizierten Form der bereits in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Capstan-Servoeinrichtung entspricht, wobei einige interne Schaltungen von Fig. 1, einschließlich der Schaltung zur Eingabe des FG- Signals aus dem Frequenzgenerator 2 und der Schaltung von der Eingabe des Referenzfrequenzsignals bis zur Ausgabe des Treibersignals für den Capstan-Motor 1, entfallen. Die weiteren dargestellten Komponenten umfassen einen Referenzfrequenzgenerator 72, einen Schalterkreis (A) 73, einen Schalterkreis (B) 79 und eine Phasenverriegelungsschleife (PLL-Schaltung) 74 mit einem Phasendetektor 75, einem Phasenkompensator 76, einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 77 und einem Frequenzteiler 78.
Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung von Fig. 1, wobei zusätzlich die Phasenschleife eingefügt ist, die in Zusammenhang mit der Capstan-Servoeinrichtung von Fig. 8 beschrieben wird. Die die Geschwindigkeitsschleife und die Phasenschleife sind zueinander in Reihe geschaltet.
Im folgenden sei die Wirkungsweise des in Fig. 7 dargestellten dritten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Im Standard-Aufzeichnungs/Wiedergabemodus ist der Schalterkreis (A) 73 zunächst selektiv mit seiner N-Seite verbunden. Während des Aufzeichnungsvorgangs ist der Schalterkreis (B) 79 mit seiner R-Seite verbunden. In diesem Zustand erzeugt die PLL-Schaltung 74 ein kontinuierliches Frequenzsignal fP das entweder mit einem internen Referenzsignal oder einem Signal V-SYNC phasenverriegelt ist. Dieses Frequenzsignal fP wird der Geschwindigkeitsservoschaltung 7 als Referenzfrequenzsignal zugeführt. Während des Wiedergabevorgangs ist der Schalterkreis (B) 79 auf seine P-Seite umgeschaltet, so daß er mit dem Steuerkopf 81 verbunden ist. Dadurch wird eine Phasenschleife für die Drehbewegung des Capstan-Motors 1 gebildet, die in der Weise wirksam ist, daß während des Aufzeichnungsvorgangsdie Drehphase des Capstan-Motors 1, ähnlich wie die Phasenschleife in der Capstan- Servoeinrichtung von Fig. 8, mit dem internen Referenzsignal und während des Wiedergabevorgangs das von dem Steuerkopf 81 von einer (nicht dargestellten) Steuerspur auf dem Band 82 ausgelesene Signal CTL mit der Phase des Signals V-SYNC synchronisiert ist. Anschließend wird die erwähnte Phasenschleife durch Umschaltung des Schalterkreises (A) 73 auf seine V-Seite aus der oben beschriebenen Verbindung herausgetrennt und mit dem Referenzfrequenzgenerator 72 verbunden, so daß die Geschwindigkeitsschleife allein arbeitet und die Geschwindigkeit nach Maßgabe der Referenzfrequenz steuert. Da diese Steuerung die gleiche ist, wie sie oben in Verbindung mit dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel ausführlich beschrieben wurde, kann hier auf eine erneute Beschreibung verzichtet werden.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die Geschwindigkeitssteuerung des Capstan-Motors. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Sie läßt sich vielmehr auch für die Geschwindigkeitssteuerung von Linearmotoren und ähnlichen Antriebe einsetzen.
In den oben ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird die Geschwindigkeits-Servoschleife für den Capstan-Motor von der Phasenservoeinrichtung ausschließlich auf der Basis des FG-Signals gesteuert, so daß irgendwelche Änderungen der Schleifenkennlinie, die aus der Drehgeschwindigkeit des Capstan-Motors herrühren, eliminiert werden können und ein breiter Steuerbereich möglich ist, der vom Stillstand bis zu schneller Drehung reicht.
Da die Geschwindigkeitsschleife und die Phasenschleife in Reihenschaltung angeordnet sind, können Drehmomentstörungen aus dem Capstan-Motor von der Geschwindigkeitsschleife absorbiert werden. Dies führt zu einer spürbaren Verbesserung bei der Eliminierung von Änderungen der Drehbewegung. Da außerdem die Phasenschleife ausschließlich zur Steuerung der Phasenrelation zwischen dem Signal V-SYNC und dem Signal CTL dient und nicht direkt als Schleife zur Steuerung des Capstan-Motors wirkt, ist es nicht erforderlich, die Schleifenverstärkung über den Wert hinaus zu vergrößern, der für die Realisierung einer geigneten Einstellung zur Erreichung der geforderten Stabilität notwendig ist.
Wenn eine derartige Capstan-Servoeinrichtung in einem Videorecorder angeordnet ist, kann einerseits die Genauigkeit der Halteposition eines Magnetbands relativ zu einem rotierenden Magnetkopf verbessert und andererseits eine kontinuierlich veränderliche Bewegung des Magnetbands erreicht und damit sowohl die Standbildqualität verbessert als auch eine spezielle Wiedergabefunktion mit glatten und kontinuierlichen Geschwindigkeitsänderungen von langsamer bis zu schneller Wiedergabe realisiert werden.

Claims

1. Capstan-Servoeinrichtung mit

einem Frequenzgenerator (2) zur Detektierung der Drehgeschwindigkeit eines Capstan-Motors (1) und zur Erzeugung von Zweiphasen-Frequenzsignalen (FG- Signalen) mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von 90º,

einem Wähler (5) zur Auswahl eines von mehreren Vierphasen-Eingangssignalen mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von 90º, die durch Invertieren und Nichtinvertieren der Zweiphasen-FG-Signale und Verstärken derselben gewonnen werden,

und einem Synchronisiersignalgenerator (6) mit einem N-Bit-Zähler (8) (mit N ≥ 2) zur Aufnahme eines ihm zugeführten Referenzfrequenzsignals und zur Erzeugung eines Synchronisiersignals durch Phasenvergleich der beiden höchstwertigen Bits des frequenzgeteilten Ausgangssignals des genannten Zählers mit den Zweiphasen-FG-Signalen,

wobei die Drehgeschwindigkeit des Capstan-Motors (1) nach Maßgabe eines Fehlerspannungssignals gesteuert wird, das von dem Wähler (5) in Abhängigkeit von den Synchronisiersignal ausgewählt wird.

2. Capstan-Servoeinrichtung nach Anspruch 1, bei der das Referenzfrequenzsignal von der Frequenz Null über einen niederfrequenten Bereich bis zu einem hochfrequenten Bereich veränderbar ist, so daß die Drehgeschwindigkeit des Capstan-Motors vom Stillstand bis zu einer hohen Geschwindigkeit steuerbar ist.

3. Capstan-Servoeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2

mit einem Digital-Analog-Wandler (41) zur Umwandlung der (N-2) niedrigstwertigen Bits des frequenzgeteilten Ausgangssignals des Zählers (8) in ein analoges Signal,

wobei die Drehgeschwindigkeit des Capstan-Motors (1) nach Maßgabe der Differenz zwischen der Ausgangsspannung des Wandlers (41) und des von dem Wähler (5) in Abhängigkeit von dem Synchronisiersignal ausgewählten Fehlerspannungssignals gesteuert wird.

4. Capstan-Servoeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Frequenzteilerverhältnis des Zählers (8) in dem Synchronisiersignalgenerator (6) bei schneller Drehung des Capstan-Motors (1) auf einen kleineren Wert umschaltbar ist.

5. Capstan-Servoeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4

mit einer Phasenregeischleife (PLL-Schaltung) (74), die ein Referenzfrequenzsignal erzeugt, während sie in einem Aufzeichnungsmodus mit einem internen Referenzfrequenzsignal oder in einem Wiedergabemodus mit einem Steuersignal phasenverriegelt ist,

wobei die Drehgeschwindigkeit und die Drehphase des Capstan-Motors (1) nach Maßgabe des von dem Wähler (5) in Abhängigkeit von dem Synchronisiersignal ausgewählten Fehlerspannungssignals gesteuert wird.