NL1013117C2 - ADR-systeem. - Google Patents

Description

^ I

Titel: ADR-systeem

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een ADR (advanced digital recording)-systeem voor het lezen en schrijven van informatie op een magnetische band met behulp van een dunne filmkop met een lees- en een schrijfgedeelte, 5 waarbij spoorvolgsigna1en op de band kunnen worden uitgelezen en datasignalen op de band kunnen worden ingeschreven en uitgelezen, welk ADR-systeem is voorzien van een voorversterker en daarop aangesloten uitleeskanalen voor spoorvolgsignalen en datasignalen, alsmede van een 10 laagdoorlaatfilter voor de spoorvolgsignalen.

De spoorvolgsignalen zijn diep in de magnetische band opgeslagen en bevatten informatie die van belang is voor de positionering en de servosturing van de filmkop ten opzichte van de band en de benodigde tijdstuursignalen. De 15 datasignalen zijn of worden dicht onder oppervlak van de band opgeslagen en bevatten leesdatasignalen die van de band worden gelezen en schrijfdatasignalen die worden verschaft door een processing-IC om op de band te worden geschreven. In een leesmode worden spoorvolgsignalen en 20 datasignalen op de band uitgelezen. In een schrijfmode worden spoorvolgsignalen op de band uitgelezen en datasignalen op de band geschreven. In een lees/schrijfmode worden spoorvolgsignalen op de band uitgelezen, worden datasignalen op de band geschreven en tevens, in het 25 bijzonder voor verificatie doeleinden, uitgelezen. In het laatste geval zullen twee fysisch gescheiden filmkoppen aanwezig zijn, waarbij de ene in de leesmode en de ander in de schrijfmode werkzaam is, waarbij de kop die werkzaam is voor het schrijven van datasignalen op de band, tevens 30 werkzaam is voor het uitlezen van spoorvolgsignalen van de band.

Zowel in de schrijfmode en de lees/schrijfmode worden datasignalen ingeschreven tijdens het uitlezen van spoorvolgsignalen en omdat dit geschiedt met dezelfde 1013117 2 filmkop, zal zich overspraak voordoen. In het bijzonder doen zich daarbij problemen voor die samenhangen met het feit dat de signaalsterkte van de uit te lezen spoorvolgsignalen sterk verschilt van die van de in te 5 schrijven datasignalen; de sterkte van de spoorvolgsignalen ligt veelal in de orde van 1 mVpp, terwijl die van de datasignalen in de orde van 1,2 Vpp ligt. De uit te lezen spoorvolgsignaal en de gelijktijdig daarmee door overspraak uitgelezen datasignalen worden naar een voorversterker-IC 10 geleid; deze signalen worden door de sterke overspraaksignalen in de voorversterker begrensd, waardoor spoorvolginformatie verloren kan gaan.

Om dit probleem op te lossen is eerder voorgesteld om de zich in de voorversterker voordoende begrenzing te 15 voorkomen door tussen de filmkop en de voorversterker-IC in de leesmode en de lees/schrijfmode een laagdoorlaatfliter op te nemen. Doordat de bandbreedte van de spoorvolgsignalen veelal in de orde 503 Hz tot 10 kHz ligt en die van de datasignalen in de orde van 1,5 kHz tot 20 enkele MHz, kan hierdoor een scheiding van spoorvolgsignalen en door overspraak aanwezige datasignalen worden verkregen. De door overspraak aanwezige datasignalen worden onderdrukt, terwijl de spoorvolgsignalen worden doorgelaten en versterkt. Het inschakelen van het 25 laagdoorlaatfilter aan de ingang van de voorversterker wordt gestuurd door een schrijfstuursignaal ("write-enable" signaal WrEn) dat actief wordt wanneer de schrijfmodus wordt geactiveerd.

Omdat de Ohmse weerstand van een dunne filmkop in 30 principe kleiner is dan 100Ω en de ingangsweerstand van de voorversterker groter is dan l,5kQ, dient de condensator, om de gewenste filtering te bewerkstelligen, een dusdanig grote capaciteit te hebben (in de orde van ΙμΡ) dat deze niet op efficiënte wijze tezamen met de voorversterker kan 35 worden geïntegreerd op een IC. Een impedantieverhoging tussen de kop en de ingangsweerstand om aldus een lagere 1013117 3 waarde voor de capaciteit te krijgen is denkbaar, maar leidt tot een verslechtering van de signaal-ruisverhouding. Immers een impedantieverhoging leidt tot een sterkere ruis. De verzwakking, veroorzaakt door de impedantieverhoging, 5 kan overigens nog wel gecompenseerd worden door een grotere versterking.

Het nadeel van de genoemde bekende oplossing waarbij het laagdoorlaatfilter abrupt wordt in- en uitgeschakeld, is dat een "offset" spanningssprong in de voorversterker 10 wordt geïntroduceerd. Deze offsetspanningssprong kan nuldoorgangen in het spoorvolgsignaal verstoren met het gevolg dat zich tijdstuurfouten en fouten in de servosturing van de band voordoen. Voorts betekent de noodzaak om componenten, nodig om het laagdoorlaatfilter te 15 realiseren, buiten de in IC-vorm aanwezige voorversterker aan te brengen, dat deze oplossing relatief duur is.

Het doel van de uitvinding is de genoemde problemen op te heffen, althans in aanzienlijke mate te beperken, en een ADR-systeem te verschaffen, waarin op efficiënte wijze 20 en in IC-vorm de spoorvolgsignalen enerzijds en de bij het schrijven (in de schrijfmode of in de lees/schrijfmode) door overspraak aanwezige datasignalen en de bij het uitlezen (in de leesmode) uitgelezen "nuttige" datasignalen anderzijds van elkaar kunnen worden gescheiden. In het 25 hiernavolgende zal verder kortheidshalve worden gesproken over het scheiden van spoorvolgsignalen en datasignalen.

Overeenkomstig de uitvinding heeft daartoe het ADR-systeem, zoals dit in de aanhef is omschreven, het kenmerk, dat zowel de kanaalscheiding voor spoorvolgsignalen en 30 datasignalen als de filtering van spoorvolgsignalen plaats vindt in de op een IC aangebrachte voorversterker. Dit houdt in het bijzonder in dat tijdens het uitlezen van spoorvolgsignalen in de schrijfmode of in de lees/schrijfmode, de uitgelezen signalen in de 35 voorversterker, dus in IC-vorm, worden gefilterd en 1013117 4 gescheiden van de door overspraak tegelijk uitgelezen datasignalen.

In het bijzonder is de voorversterker voorzien van een emitterversterker met een collectorweerstand (weerstand 5 Rl) en een in het collectorcircuit opgenomen cascodetrap, waarbij tussen de collector en de basis van de cascodetrap een ontkoppelingscircuit aanwezig is, dat bewerkstelligt dat de uitgangsspanning van de emitterversterker een laagdoorlaatkarakteristiek vertoont, waarbij tevens wordt 10 bereikt dat de extra ruisbijdrage, die wordt veroorzaakt door het ontkoppelingscircuit, te verwaarlozen is.

Door deze maatregel blijkt bij een geschikte dimensionering van het ontkoppelingscircuit aan de uitgang van de emitterversterker een laagdoorlaatkarakteristiek te 15 kunnen worden verkregen, waarbij de capaciteit zodanig klein kan worden genomen, dat een uitvoering hiervan in IΟνο rm mogelijk wordt. Alhoewel door het ontkoppelingscircuit aan de uitgang van de emitterversterker ten opzichte van de uitgang aan de collectorweerstand een extra ruisbijdrage 20 zal worden veroorzaakt, is deze extra ruisbijdrage ten opzichte van de door de magnetische band en de filmkop veroorzaakte ruis vrijwel te verwaarlozen.

De uitgang van de emitterversterker levert spoorvolgsignalen en de uitgangsspanning aan de collector 25 van de genoemde transistor datasignalen.

Opgemerkt zij, dat de cascodetrap gevormd kan worden door een of meer transistoren of door een of meer FETs.

Daar waar gesproken wordt van een transistor, dient een FET daaronder te worden begrepen; uiteraard dienen de woorden 30 collector, basis en emitter dan te worden begrepen als drain, gate en source.

Behalve dat een uitvoering in IC-vorm nu mogelijk is, heeft het ADR-systeem overeenkomstig de uitvinding het verdere voordeel dat geen schrijfstuursignaal, zoals het 35 WrEn-signaal bij de stand van de techniek, meer nodig is, zodat ook geen offsetspanningssprong met de daaraan 1013117 5 verbonden nadelen optreedt. Doordat op externe componenten, dat wil zeggen niet in IC-vorm aanwezige componenten, bespaard wordt, zijn de vervaardigingskosten lager.

Alhoewel filters van een hogere orde kunnen worden 5 toegepast, wordt in een eenvoudige uitvoeringsvorm de cascode trap gevormd door een transistor en het ontkoppelingscircuit door een tussen de collector en de basis van deze transistor aangebrachte tegenkoppelweerstand (weerstand Rp) en een aan de basis van de transistor , 10 gehangen ontkoppelingscondensator (capaciteit C) .

In verband met een optimale spanningsversterking wordt de emitterversterker gevormd door een enkeltraps geaarde emitterversterker, waarbij de voorversterker verder is voorzien van een schakeling voor een dc-instelling van 15 de basis van de emitterversterker.

Door een juiste dimensionering wordt het mogelijk de uitgangsspanning TS van de emitterversterker ten opzichte van de ingangsspanning V* daarvan een overdrachts-karakteristiek te geven die in benadering kan worden 20 weergegeven door: K Sm L l+jtoC(RF+RL) en de uitgangsspanning DATA aan de collector van de 25 genoemde transistor ten opzichte van de genoemde ingangsspanning νΑ een overdrachtskarakteristiek te geven die in benadering kan worden weergegeven door:

DATA

y — Sm\ &L

V i 30 waarbij RF » RL en (Rp + RL) » l/gM1 en gM1 de inverse waarde van de intrinsieke emitterweerstand van de transistor in de enkeltraps geaarde emitterversterker voorstelt. Met andere woorden de versterking zowel van de 1013 1 1 7 6 spoorvolgsignalen als van de datasignalen wordt binnen de desbetreffende bandbreedte bepaald door de factor gMl *RL , dat wil zeggen door de spanningsversterking van de emitterversterker. Opgemerkt zij hierbij dat de 5 overdrachtsfunctie voor de datasignalen in genoemde benadering is weergegeven binnen de bandbreedte voor dit kanaal, te weten een bandbreedte van l/gM2, waarbij gM2 de inverse waarde van de intrinsieke emitterweerstand van de transistor 8 voorstelt. Deze bandbreedte is echter 10 aanzienlijk groter dan die van de spoorvolgsignalen.

Door in het ontkoppelingscircuit bijvoorbeeld waarden voor Rl en RP te nemen van 2k7, respectievelijk 33Ok, kan volstaan worden met een capaciteit van de ontkoppelingscondensator C van ongeveer 22pF. Een dergelijk 15 capaciteit is gemakkelijk in IC-vorm te realiseren.

Zoals hiervoor reeds is vermeld, vindt filtering van de spoorvolgsignalen zodanig plaats dat hierdoor binnen de bandbreedte van de spoorvolgsignalen een extra ruisbijdrage wordt geïntroduceerd, welke ten opzichte van de ruis die 20 door de filmkop en de magnetische band wordt veroorzaakt te verwaarlozen is. In het bijzonder zal de uitgang van de emitterversterker ten opzichte van de uitgang op de collectorweerstand een extra ruisbijdrage bevatten die wordt veroorzaakt door de tegenkoppelweerstand RF. Deze 25 extra ruisbijdrage kan, teruggerekend naar de ingang van de emitterversterker (equivalente spanningsruis) in benadering worden weergegeven door:

\4kTB

^ ' \ R-F

30 waarin k de constante van Boltzmann voorstelt, T de absolute temperatuur en B de ruisbandbreedte. Deze extra ruisbijdrage in het uitgangskanaal voor de spoorvolgsignalen leidt bij de gekozen waarden voor RL en 35 Rf slechts tot een absoluut verschil in ruis in de orde van 1013117 7 2dB ten opzichte van het uitgangskanaal voor de datasignalen. Deze ruisbijdrage is totaal ondergeschikt aan de ruis die wordt veroorzaakt door de magnetische band en de filmkop. De hierdoor geïntroduceerde ruis ligt veelal 5 lOdB of meer hoger. De versterking van de spoorvolgsignalen (binnen de doorlaatband) en de datasignalen, te weten gM1*RL, ligt in de orde van 40dB.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de 10 hand van de bijgaande tekening. Hierin toont:

Fig. 1 op schematische wijze het laagdoorlaatfilter en de voorversterker volgens de stand van de techniek; en

Fig. 2 op schematische wijze een uitvoeringsvorm van de voorversterker met ingangscircuit overeenkomstig de 15 uitvinding.

Fig. 1 toont een dunne filmkop 1 en een IC met onder meer een voorversterker 2 en een leeskanaal 3 via welke uitgelezen spoorvolgsignalen (TS) worden verder geleid en 20 een leeskanaal 4 via welke uitgelezen datasignalen (DATA) worden verder geleid. Tijdens uitlezen van een band wordt de desbetreffende uitgelezen informatie rechtstreeks van de filmkop 1 en de voorversterker 2 over een van de beide kanalen 3 of 4 verder geleid. In de schrijfmode en de 25 lees/schrijfmode dienen de spoorvolgsignalen te worden gefilterd omdat dan tegelijkertijd door overspraak datasignalen worden uitgelezen. Daartoe is een laagdoorlaatfilter 5 aanwezig, dat, wanneer wordt overgegaan op de schrijfmode of de lees/schrijfmode, via 30 een schakelaar 6 wordt ingeschakeld door een schrijfstuursignaal WrEn. Zoals hiervoor reeds is vermeld, voldoet een dergelijke reeds bekende filtertechniek niet.

Fig. 2 toont een filtertechniek overeenkomstig de uitvinding, waarbij op een ÏC een kanaalscheiding voor 35 spoorvolgsignalen en voor datasignalen in de voorversterker zelf wordt gerealiseerd, waarbij tevens de spoorvolgsignalen worden gefilterd. De in fig. 2 op een IC

1013117 8 aangebrachte voorversterker is voorzien, van een emitterversterker 7 met een collectorweerstand RL en een in het collectorcircu.it opgenomen cascodet.rap in de vorm van een transistor 8 in cascodeconfiguratie. De 5 emitterversterker 7 is uitgevoerd als een enkeltraps geaarde emitterversterker met een transistor 9. Tussen de collector en de basis van de transistor· 8 is een ontkoppelingscircuit 10 aanwezig, dat bewerkstelligt dat de uitgangsspanning van de emitterversterker 7 een 10 laagdoorlaatkarakteristiek vertoont; via deze uitgang worden dan ook de spoorvolgsignalen afgegeven. Aan de collectoruitgang van de transistor 8 worden in de leesmode de datasignalen afgegeven en in de lees/schrijfmode of -hoewel voor de praktijk niet bijzonder relevant - in de 15 schrijfmode tijdens het uitlezen van de spoorvolgsignalen de door overspraak aanwezige datasignalen.

Het ontkoppelingscircuit 10 wordt gevormd door een tussen de collector en de basis van de transistor 8 aangebrachte tegenkoppelweerstand RF en een tussen de basis 20 van deze transistor en aarde aangebrachte ontkoppelingscondensator C.

Doordat de dc-instelling van de cascodetrap, dat wil zeggen van de transistor 8, plaatsvindt via de tegenkoppelweerstand RF vanaf het knooppunt P, is de TS-25 uitgang 7 minder gevoelig voor oversturing van de transistor 9. De instelstroom van de transistor 8 wordt bepaald door de transistor 9; ook al raakt de collector van de cascodetrap door relatief grote stoorsignalen aan de ingang (overspraak) in verzadiging, toch kan een gefilterd 30 en onvervormd of nagenoeg onvervormd uitgangssignaal TS worden verkregen.

De signalen van de dunne filmkop 1 worden als ingangssignalen Vi toegevoerd aan de basis van de transistor 9. De voorversterker is daarbij voorzien van een 35 schakeling 11 voor een dc-instelling van de basis van de transistor 9.

1013117 9

De overdrachtsfunctie van de hier beschreven voorversterker kunnen worden weergegeven door de hiernavolgende relaties: H- 1 v, ëm L \ + j<aC(RF+RL)

DATA

5 y — SmI RL

* i

Opgemerkt zij hierbij dat de overdrachtsfunctie voor de datasignalen is weergegeven binnen de bandbreedte voor dit kanaal, te weten een bandbreedte van l/gM2, waarbij gM2 de inverse waarde van de intrinsieke emitterweerstand van 10 de transistor 8 voorstelt. Deze bandbreedte is echter aanzienlijk groter dan die van de spoorvolgsignalen.

Uit de weergegeven relaties blijkt, dat binnen de desbetreffende bandbreedten de versterking wordt bepaald door de versterkingsfactor van de emitterversterker 15 Sm\*Rl' terwijl de spoorvolgsignalen TS aan een laagdoorlaatfiltering zijn onderworpen, waarbij door de relatief grote waarden van RL en RF de capaciteit C relatief laag kan worden gehouden, althans ten opzichte van de capaciteit van de condensator in het filter volgens de 20 in fig. 1 weergegeven stand van de techniek, waardoor deze capaciteit ook geïmplementeerd kan worden in IC-vorm.

De versterking van de datasignalen en - binnen de bandbreedte van het laagdoorlaatfilter - de spoorvolgsignalen, is bij een waarde van l/gM1 = 25 Ohm en R^ zoals 25 hiervoor genoemd 2k7, gelijk aan ongeveer 100, of wel 40dB.

Wanneer de extra ruisbijdrage in de uitgang voor de spoorvolgsignalen door het laagdoorlaatfilter in aanmerking wordt genomen, te weten een ruisbijdrage, teruggerekend naar de. ingang van de emitterversterker: 30 (4,0 |4*ra 1¾ guJi Rr 1013117 10 dan geldt met k== 1,3 8.10 23 J/K°, T 3 00 K°, en wanneer voor B wordt genomen 1 Hz, dat deze extra ruisbijdrage ongeveer 0,67 nV/VHz bedraagt, hetgeen over de gehele bandbreedte aan de uitgang van de emitterversterker leidt tot een 5 vermindering van het absolute verschil in ruis met ongeveer 2dB. De ruis aan de DATA-uitgang bedraagt in dit voorbeeld ongeveer 0,85 nV/VHz, een aan de TS-uiogang ongeveer [ (0,85) 2+(0,67) 2] 1/2 = 1,1 nV/^Hz.

Ten slotte; zij er op gewezen dat met name een FET 10 goed kan worden gebruikt, wanneer de voedingsspanning laag is. Het is dan mogelijk een hogere waarde voor RF te kiezen en een nog lagere waarde voor de capaciteit C.

1013117

Claims (6)

1. ADR(advanced digital recording)-systeem voor het lezen en schrijven van informatie op een magnetische band met behulp van een dunne filmkop met een lees- en een schrijfgedeelte, waarbij spoorvolgsignalen op de band 5 kunnen worden uitgelezen en datasignalen op de band kunnen worden ingeschreven en uitgelezen, welk ADR-systeem is voorzien van een voorversterker en daarop aangesloten uitleeskanalen voor spoorvolgsignalen en datasignalen, alsmede van een laagdoorlaatfilter voor de spoorvolg-10 signalen, met het kenmerk, dat zowel de kanaalscheiding voor spoorvolgsignalen en datasignalen als de filtering van spoorvolgsignalen plaats vindt in de op een IC aangebrachte voorversterker.

2. ADR-systeem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 15 de voorversterker is voorzien van een emitterversterker met een collectorweerstand (weerstand RL) en een in het collectorcircuit opgenomen transistor in cascode-configuratie, waarbij tussen de collector en de basis van genoemde transistor een ontkoppelingscircuit aanwezig is, 20 dat bewerkstelligt dat de uitgangsspanning van de emitterversterker een laagdoorlaatkarakteristiek vertoont en door het ontkoppelingscircuit binnen de desbetreffende bandbreedte nauwelijks enige extra ruis wordt geïntroduceerd.

3. ADR-systeem volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de uitgang van de emitterversterker de spoorvolgsignalen levert en de uitgangsspanning aan de collector van de genoemde transistor de door overspraak aanwezige datasignalen.

4. ADR-systeem volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat het ontkoppelingscircuit wordt gevormd door een tussen de collector en de basis van de genoemde transistor aangebrachte tegenkoppelweerstand (weerstand RF) en een aan 1013117 de basis van de transistor gehangen ontkoppelings-condensator (capaciteit C) .

5. ADR-systeem volgens een van de conclusies 2-4, met het kenmerk, dat de emitterversterker wordt gevormd door een 5 enkeltraps geaarde emitter-versterker, waarbij de voorversterker verder is voorzien van een schakeling voor een dc-instelling van de basis van de emitterversterker.

6. ADR-systeem volgens conclusie 4 of 5, voor zover deze conclusie terug verwijst naar conclusie 4, met het kenmerk, 10 dat de uitgangsspanning TS van de emitterversterker ten opzichte van de ingangsspanning V± daarvan een overdrachtskarakteristiek heeft die in benadering kan worden weergegeven door: TS 1 v, gm 1 1 + jcoC(RF+RL) 15 en de uitgangsspanning DATA aan de collector van de genoemde transistor ten opzichte van de genoemde ingangsspanning Vi een overdrachtskarakteristiek heeft die in benadering kan worden weergegeven door: DATA 2 0 = ' i waarbij RF » RL en (RF + RL) » l/gM1 en gM1 de inverse waarde van de intrinsieke emitterweerstand van de transistor in de enkeltraps geaarde emitterversterker voorstelt. 10 13 117