DE3230551A1

DE3230551A1 - Magnetisches aufzeichnungsverfahren fuer digitalsignale

Info

Publication number: DE3230551A1
Application number: DE19823230551
Authority: DE
Inventors: Toru Kadaira Tokyo Kirino; Akihiko Kokubunji Tokyo Kougami; Seiichi Hachioji Tokyo Mita; Shusaku Hachioji Tokyo Nagahara
Original assignee: HITACHI ELECTRONICS; Hitachi Denshi KK
Current assignee: HITACHI ELECTRONICS; Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 1981-08-17
Filing date: 1982-08-17
Publication date: 1983-03-03
Also published as: US4521816A; GB2104758B; JPS5829110A; GB2104758A; DE3230551C2

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisches Aufzeichnungsverfahren für Digitalsignale und betrifft insbesondere eine Verbesserung im Verlauf (Wellenform) des Magnetkopf-Treiberstroms .
Bei der magnetischen Aufzeichnung von Digitalsignalen auf ein magnetisches Medium, etwa Magnetband oder Magnetplatte, wird ein Magnetkopf mit einem Strom ausgesteuert, der der aufzuzeichnenden Information von in zeitlicher Folge vorliegenden "1"- und "O"-Signalen entspricht, wobei auf dem magnetischen Medium ein magnetisches Muster erzeugt wird. Die Entsprechung zwischen der Information des Digitalsignals und dem Treiber- oder Aufzeichnungsstrom wird als "Aufzeichnungssystem¹¹ bezeichnet; bekannt sind die NRZ-, NRZI-, MFM-, M²- und weitere Systeme.

Bei Verfahren zum Aufzeichnen von Digitalsignalen nach dem Stand der Technik wird bei allen diesen Aufzeichnungssystemen im allgemeinen als Magnetkopf-Treiberstrom eine Rechteckwelle verwendet. Die Figuren 1(ä) bis 1(c) beziehen sich beispielsweise auf das NRZI-AufZeichnungssystem, wobei die aufzuzeichnende Information "010", der Verlauf des Treiberstroms und der Verlauf des Wiedergabesignals beim Auslesen des magnetischen Musters dargestellt.sind. Bekanntlich nimmt das Wiedergabesignal bei einer Umkehr des Treiberstroms eine bergförmige Impulsform an.

Bei einem Magnetplatten-,Magnetband- oder ähnlichen Gerät zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Digitalsignalen wird zur Wiederherstellung eines der ursprünglich aufgezeichneten Information entsprechenden Signals aus dem Wiedergabesignal ein Wiedergabeverfahren angewendet, bei dem der Pegel des Wiedergabesignals mit einem Amplituden-Detektorpegel VTH verglichen wird, das in Figur 1(c) mit der Ziffer 6 bezeichnet ist. Dies wird das Amplitudenerkennung oder Amplitudendemodulation bezeichnet. Das in Figur IKa) mit dem Buchstaben T bezeichnete Zeitintervall eines Bits wird als Bitperiode bezeichnet, und die Pegelvergleiche werden an den in Figur 1(b) mit 1, 2 und 3 bezeichneten Mitten der Bitperioden T durchgeführt.

Wird nun die Zeilen-Aufzeichnungsdichte auf dem Aufzeichnungsmedium hoch, so breitet sich gewöhnlich die einer Umkehr des Aufzeichnungsstroms entsprechende Wiedergabe-Impulsform über eine Bitperiode hinaus aus, und die Amplitude des Wiedergabesignals wird an den Mitten der einem "O"-Wert benachbarten Informationsbits nicht 0, wie dies bei 4 und 5 in Figur 1(c) dargestellt ist. Dieses Phänomen wird als Zwischensymbols törung bezeichnet; nimmt diese Störung zu, so entwickelt sich bei der Amplitudenerkennung eine große Anzahl von Symbolfehlern.

Bei der magnetischen Aufzeichnung und Wiedergabe von Digitalsignalen ist deshalb eine Schaltung zur Kompensation der Wellenform nach der Wiedergabe vorgesehen, um die Wiedergabe-Signalform zu entzerren. Figur 2(c) veranschaulicht die Wellenform-Kompensation auf der Grundlage der Entzerrung, wobei die Figuren 2(a) und 2(b) die Aufζeichnungsinformation bzw. das Wiedergabesignal darstellen. Eine Wiedergabeimpulsform wird dabei derart entzerrt, daß die Amplituden an den Stellen 7 und 8 der benachbarten Bitperioden zu Null werden, wie dies bei 9 und 10 gezeigt ist. Eine derartige entzerrte Wellenform wird als Nyquist-Wellenform bezeichnet. Betrachtet man die Entzerrung vom Frequenzgang her, so bedeutet dies, daß die Frequenzcharakteristik gleich der Nyquist-Frequenzcharakteristik gemacht wird. Dies soll anhand der Figuren 3(a) und 3(b) erläutert werden. Der Frequenzgang eines einzelnen sich ausbreitenden Wiedergabeimpulses ist, wie Kurve 11 in Figur 3(a) zeigt, so, daß eine höhere Frequenzkomponente eine kleinere Amplitude aufweist als eine niedrigere Frequenzkomponente. Dieser Frequenzgang wird derart kompensiert, daß er zu dem in Figur 3(b) gezeigten Frequenzgang 12 wird, der folgendermaßen definiert ist:

A wenn |f | <. (1 - b ) fe/2 _;

f 0 -

wenn ||f| - fo/2| <_ b fo/2, 0 wenn |f| >_ (1 + b) fo/2, und bei konstanter Phasenlaufzeit:

wenn IfI < (1 + b) f /2
— ο

Dieser Frequenzgang wird als Nyquist-Frequenzcharakteristik bezeichnet, und die über einer Zeitachse aufgetragene entsprechende Wellenform heißt Nyquist-Wellenform. In der obigen Definition bedeutet f die Frequenz, A die Amplitude, b (0<b<_ 1) die Dämpfung und fo/2 die Nyquist-Frequenz.

Das obige Entzerrungsverfahren ist bei sogenannten linearen Übertragungskanälen, etwa Telefonkanälen und dergleichen, durchgeführt worden, wobei sich die oben beschriebene lineare Zwischensymbolstörung (4 und 5 in Figur 1(c)) mittels dieser Entzerrung vollständig beseitigen läßt.

Bei einem Ubertragungskanal für magnetische Aufzeichnung und Wiedergabe tritt jedoch außer der linearen Zwischensymbolstörung, die sich durch die Wiedergabe-Entzerrerschaltung kompensieren läßt, eine nichtlineare Zwischensymbolstörung auf. Dies soll anhand der Figuren 4(a) bis 4(e) erläutert werden.

Die Figuren 4(a) bis 4(e) veranschaulichen eine Aufzeichnungsinformation "0110", den Aufzeichnungsstrom sowie entzerrte Wiedergabesignale, wobei als Beispiel das NRZI-Aufzeichnungssystem verwendet wird. Das entzerrte Wiedergabesignal 1 ergibt sich in Übereinstimmung mit ausschließlich der Umkehr 13 des Aufzeichnungsstroms, während das entzerrte Wiedergabesignal 2 lediglich der Umkehr 14 des Aufzeichnungsstroms entspricht. Die durch Überlagerung der beiden Wiedergabesignale 1 und 2 gewonnene Wellenform sollte den bei 15 in Figur 4(e) gezeigten Verlauf haben. Wird jedoch das magnetische Muster aufgezeichnet und dann wiedergegeben und entzerrt, so ergibt sich in Wirklichkeit eine von der überlagerten Wellenform abweichende verzerrte Wellenform, die in Figur 4(e) mit 16 bezeichnet ist. Diese Verzerrung beruht auf einer für die magnetische Aufzeichnung eigentümlichen Nichtlinearität und ist der Tatsache zuzuschreiben, daß zwischen den einzelnen Bits Wechselwirkungen aufgrund der Aufzeichnungentmagnetisierung beim Aufzeichnungsvorgang oder eines im Aufzeichnungsmedium auftretenden Entmagnetisierungsfeldes stattfinden. Außerdem schwankt die nichtlineare Verzerrung in ih-

rer Größe in Abhängigkeit vom Aufzeichnungsmuster und hat die Eigenschaft, daß sie mit zunehmender Zeilen-Aufzeichnungsdichte auf dem Aufzeichnungsmedium größer wird.

Bei Vorliegen einer solchen nichtlinearen Verzerrung weicht die Amplitude des Wiedergabe-Impulssignals bei jedem Aufzeichnungsmuster ab, das eine Kombination aus "1" und "O" enthält, und Symbolfehler treten bei der Amplitudenerkennung häufig auf. Daher ist es zur Verringerung der Symbolfehler bei der Wiedergabe sehr wichtig, die Amplitude des Wiedergabe-Impulssignals unabhängig von den Aufzeichnungsmustern konstant zu machen.

Zur Bewertung oder Auswertung der nichtlinearen Verzerrung dient ein "Augen"-Muster. Dies wird dadurch dargestellt, daß entzerrte Wiedergabesignale in zeitlicher Folge gruppiert zu den betreffenden Perioden überlagert werden, wie in Figur 5(a) bis 5(e) beispielsweise veranschaulicht.

In den Figuren 5(a) bis 5(e) sind eine Aufzeichnungsinformation, der Aufzeichnungsstrom, das entzerrte Wiedergabesignal sowie Augenmuster unter Verwendung des NRZI-Aufzeichnungssystems als Beispiel dargestellt. An den Umkehrpunkten 17 und 18 des AufzeichnungsStroms in Figur 5(b) tritt die gleiche Umkehr vom niedrigeren Pegel zum höheren Pegel auf. Da jedoch die jeweils benachbarten AufzeichnungsStromkomponenten mit "0" und "1" bzw. !Ί" und "0" verschieden sind, haben die entzerrten Wiedergabesignale ungleiche Amplituden, wie dies bei 19 bzw. 20 in Figur 5(c) gezeigt ist. Werden die Wiedergabesignale als Augenmuster dargestellt, so wird daher das dem schraffierten Teil 21 entsprechende Auge in dem in Figur 5(d) gezeigten Augenmuster klein. Bei der Amplitudenerkennung erfolgt der Pegelvergleich dadurch, daß der Detektorpegel VTH auf die Mitte des Auges eingestellt wird. Ist das Auge klein, so verringert sich der Spielraum für den Rauschabstand, und die Symbolfehler nehmen zu. Bei dem in Figur 5(e) gezeigten Augenmuster 2 handelt es sich um ein entzerrtes Augenmuster, das durch überlagerung einer Wiedergabewellenform erzeugt ist, und zeigt einen von nichtlinearen Verzerrungen freien Zustand. Ist das Auge groß, wie bei 22 in Figur 5(e) gezeigt, so besteht für den Rauschabstand ein

breiter Spielraum, und bei der Amplitudenerkennung treten nur wenige Symbolfehler auf.

Zur Verbesserung der Zuverlässigkeit der Wiedergabesignale und zur Erhöhung der Dichte ist es daher unentbehrlich, das Augenmuster 1 mit nichtlinearer Verzerrung dicht an das Augenmuster 2 zu bringen.

Zur Beseitigung der Verzerrung im Wiedergabesignal bei einer derartigen magnetischen Aufzeichnung und Wiedergabe sind Verfahren vorgeschlagen worden (japanische Patentveröffentlichung Nr. 55-40921), bei denen zusätzliche Stromumkehrpunkte vorgesehen werden, wie dies in Figur 6(a), 6(b) und 7(a) bis 7(c) dargestellt ist. Bezüglich der in Figur 7 (a) gezeigten Aufzeichnungsinformation werden Wiedergabe-Wellenformen entsprechend den Umkehrpunkten 23, 24 und 25 des Aufzeichnungsstroms in Figur 7(b) erhalten, wie sie bei 23', 24' bzw. 25" in Figur 7(c) dargestellt sind. Aufgrund der als Summe der genannten Wiedergabe-Wellenformen erzielten Wellenform (23* + 24' + 25') wird dabei das Wiedergabe-Impulssignal enger.

Infolge der Verschmälerung des Wiedergabe-Impulssignals bewirken diese Verfahren eine gewisse Verringerung der Verzerrungen der Wiedergabe-Wellenformen, wie sie der bei 4 und 5 in Figur 1(c) gezeigten linearen ZwischensymbolStörung und der bei 16 in Figur 4(e) gezeigten nichtlinearen Zwischensymbolstörung zuzuschreiben sind. Diese Verfahren verringern zwar die Wechselwirkung zwischen Bits, indem nur die Umkehr eines Aufzeichnungsstroms berücksichtigt wird, und verringern die Ausbreitung eines Bits, sie lassen jedoch die Unterschiede der auf den Aufzeichnungsmustern beruhenden nichtlinearen Ver-Zerrungen außer Acht, wobei diese Unterschiede für die magnetische Aufzeichnung und Wiedergabe eigentümlich sind. Aufgrund der Eigenschaft, daß der Ubertragungskanal bei der magnetischen Aufzeichnung und Wiedergabe kürzerwellige Komponenten bei zunehmender Zeilen-Aufzeichnungsdichte unterdrückt, besteht der weitere Nachteil, daß der auf den zusätzlichen Stromumkehrpunkten 24 und 25 in Figur 7(b) beruhende Effekt geringer wird.

In Anbetracht der obigen Ausführungen kann die der Er-

findung zugrundeliegende Aufgabe darin gesehen werden, das Auge in dem Augenmuster des entstörten Wiedergabesignals dadurch zu vergrößern, daß die Umkehramplitude des Kopftreiber-Stroms entsprechend den Aufzeichnungsmustern derart verändert wird, daß nichtlineare Verzerrungen unabhängig von den Aufzeichnungsmustern konstant und ebenso die Amplituden der Wiedergabe-Signalimpulse konstant gemacht werden.

Erfindungsgemäß wird dann, wenn die Polarität des Magnetkopf-Treiberstroms über mindestens das 1,5-fache der Bitperiode andauert, die Stromumkehramplitude desjenigen Stromumkehrpunktes, an dem die Polarität beginnt, gegenüber den übrigen Stromumkehramplituden klein gemacht wird, um so die Amplituden der Wiedergabesignalimpulse unabhängig von den Aufzeichnungsmustern konstant und das Auge in dem Augenmuster großzumachen. Der Ausdruck "mindestens das 1,5-fache der Bitperiode" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang "mindestens das Doppelte der Bitperiode" bei Aufzeichnungssystemen, wie etwa NRZ und NRZI, bei denen das Zeitintervall, bei dem die Stromumkehr auftritt, ein ganzzahliges Vielfaches der Bitperiode beträgt; dagegen bedeutet es "mindestens das 1,5-fache der

2 Bitperiode" bei Aufzeichnungssystem, wie etwa MFM und M , bei denen das Zeitintervall, bei denen die Stromumkehr auftritt, eine Bitperiode, das 1,5-fache, das zweifache... der Bitperiode beträgt.

Von den nachstehend aufgeführten Zeichnungen beziehen sich die Figuren 1 bis 7 auf den oben erläuterten Stand der Technik, während die Figuren 8 bis 18 zur Erläuterung, der Erfindung herangezogen werden. In den Zeichnungen zeigen Figur 1(a) bis 1(c) Diagramme zur Veranschaulichung der Entsprechung von Aufzeichnungsinfor

mation, Aufzeichnungsstrom und Wiedergabesignal;

Figur 2(a) bis 2(c), 3(a) und 3(b) Diagramme zur Erläuterung der Entzerrung; Figur 4(a) bis 4(e) Diagramme zur Erläuterung der nichtlinearen Verzerrung einer Wiedergabesignalform;

Figur 5 (a) bis 5(e) Diagramme zur Erläuterung des Augenmusters;

Figur 6 (a) , 6(b) und 7(a) bis 7(c) Diagramme zur Veran-

schaulichüng von Verfahren nach dem Stand der Technik zur Unterdrückung

der Verzerrungen in Wiedergabesignalformen;
Figur 8(a) bis 8(d) und 9 Diagramme zur Erläuterung einer Ursache für das Auftreten einer nichtlinearen Verzerrung;

Figur 10(a) bis 1O(d) Diagramme zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung; Figur 11 (a) bis 11(c) Diagramme zur Veranschaulichung der Aufzeichnungsstrom-Wellenform bei Anwendung der vorliegenden Erfindung

auf das NRZI-AufZeichnungssystem; Figur 12(a) bis 12(e) Diagramme zur Veranschaulichung

von Aufzeichnungsstrom-Wellenformen bei Anwendung der vorliegenden Erfindung auf Verfahren zur Unterdrückung

von Wiedergabe-Signalformverzerrungen nach dem Stand der Technik; Figur 13(a) bis 13(g) Diagramme zur Veranschaulichung

von Aufzeichnungsstrom-Wellenformen bei Anwendung der vorliegenden Erfin

dung auf die NRZ-, MFM- bzw. M²-Aufzeichnungssysterne;

Figur 14(A), 14(B), 15(A), 15(B), 16(A) und 16(B) Diagramme zur Veranschaulichung der Wirkungen der vorliegenden Erfindung;

Figur 17 ein Schaltbild zur Darstellung der

Verwirklichung der Erfindung beim NRZ-AufZeichnungssystem; und

Figur 18(a) bis 18(q) Zeitdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach Figur

17.

Anhand der Figuren 8(a) bis 8(d) und 9 soll zunächst die Ursache erläutert werden, aus der die Größen der nichtlinearen

Verzerrungen von den Aufzeichnungsmustern abhängen. Dabei ist in den Figuren 8(a) bis 8(d) eine Aufzeichnungsinformation "01110", die zugehörige herkömmliche Aufzeichnungsstrom-Wellenform, das magnetische Muster auf dem Aufzeichnungsmedium bzw. das Wiedergabesignal gezeigt, wobei das NRZI-Aufzeichnungssystem als Beispiel verwendet wird.

Die Kombination von "0" und "1" in der Aufzeichnungsinformation nach Figur 8(a) sei hier als Aufzeichnungsmuster bezeichnet. Die Buchstaben A,B und C in Figur 8(b) geben einen Wechsel des Aufzeichnungsstroms von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel oder umgekehrt an. Diese Änderung soll mit Stromumkehrpunkt, die Größe Io der Änderung mit Stromumkehramplitude bezeichnet werden. Ferner sei der hohe und der niedrige Pegel des AufζeichnungsStroms als Strompolarität bezeichnet.

Beim Aufzeichnen des Musters "01110" nach Figur 8(a) wird auf dem Medium das magnetische Muster ausgebildet, das der Aufzeichnungsstrom-Wellenform nach Figur 8(b) entspricht. Obwohl die Größen der Magnetisierung auf dem Medium an den Stellen 26", 27', 28' und 29" in Figur 8(c) gleichen Pegeln des Aufzeichnungsstroms entsprechen, nehmen sie infolge nichtlinearer Wechselwirkungen, wie sie beim Einschreiben der jeweiligen Bits auftreten, unterschiedliche Werte an. Man geht davon aus, daß die Wechselwirkung durch eine Aufzeichnungs-Entmagnetisierungswirkung beim Magnetisierungsvorgang sowie auch durch eine Entmagnetisierungswirkung infolge eines aus der Magnetisierung des Mediums hervorgehenden Entmagnetisierungsfeldes verursacht wird.

Zunächst soll die Aufzeichnungsentmagnetisierung, unter Berücksichtigung der Hysterese bei der Ausbildung des magnetisierten Teils 26' in Figur 8(c) erläutert werden. Liegt der Magnetkopf an der Stelle 26' des Mediums, so wird die Magnetisierung mit einem negativen Wert mittels eines intensiven negativen Feldes des Kopfes eingeschrieben. Liegt sodann der Kopf an der Stelle 30' des Mediums, so wird dieser Stelle ein positives Feld zugeführt, um eine positive Magnetisierung einzuschreiben. Da jedoch das Feld des Kopfes eine

räumliche Ausdehnung aufweist, wirkt das positive Feld beim positiven Schreibvorgang der Stelle 30· auf die Stelle 26' des Mediums und bewirkt eine Entmagnetisierung der ursprünglichen negativen Magnetisierung der Stelle 26'. Dies wird als Aufzeichnungsentmagnetisierung bezeichnet. Bei den nachfolgenden Schreibvorgängen an den Stellen 28' und 29' ist der Magnetkopf von der Stelle 26' des Mediums weit entfernt, so daß die Magnetisierung der Stelle 26' nicht mehr wesentlich beeinflußt wird. Man sieht daraus, daß der Einfluß der Aufzeichnungsentmagnetisierung am stärksten von der Strompolarität am benachbarten Teil abhängt.

Es sei nun die Aufzeichnungsentmagnetisierung der Stellen 27' und 29' in Figur 8(c) betrachtet. An den beiden der Stelle 27' benachbarten Stellen ist der niedrige Pegel eingeschrieben, während bezüglich der Stelle 29' nur an der Stelle 28' der niedrige Pegel, an dem der Stelle 29 folgenden Bit dagegen der gleiche hohe Pegel eingeschrieben ist. Die Wirkungen der Aufzeichnungsentmagnetisierung, denen die Stellen 27' und 29' unterliegen, sind daher unterschiedlich, Daher sind die Magnetisierungen der Stellen 27' und 29' am Ende des Aufzeichnungsvorgangs trotz gleicher Pegel des Aufzeichnungsstroms verschieden.

Als nächstes soll das Entmagnetisierungsfeld, das die zweite Entmagnetisierungswirkung verursacht, unter Berücksichtigung des Magnetisierungsvorgangs wieder an der Stelle 26' erläutert werden. Der Wert der Magnetisierung an der Stelle 30' ändert sich entsprechend der Umkehr 30 des Auf-Zeichnungsstroms, und aus der Magnetisierungsänderung ergibt sich ein Magnetfeld. Dieses Entmagnetisierungsfeld wirkt in Richtung einer Verringerung der Magnetisierung an der Stelle 26'. Da die Stärke des Entmagnetisierungsfeldes annähernd umgekehrt proportional ist zur Entfernung auf dem Medium, wird die von diesem Entmagnetisierungsfeld herrührende Entmagnetisierung der Stelle 26' am stärksten durch die Magnetisierungsänderung des Teils 30' und nur wenig durch Magnetisierungsänderungen der Teile 31' und 32' beeinflußt. Dementsprechend wird die Entmagnetisierungswirkung des Entmagnetisierungsfel-

des ähnlich wie die der Aufzeichnungsmagnetisierung am stärksten durch das benachbarte Aufzeichnungsmuster beeinflußt.

Im folgenden seien die Entmagnetisierungswirkungen der Entmagnetisierungsfeider an den Stellen 27 * und 29' in Figur 8(c) betrachtet. In den beiden der Stelle 27' benachbarten Teilen 30 und 31 liegen Magnetisierungsänderungen und daher Entmagnetisierungsfeider vor, die die Magnetisierung der Stelle 27' verringern. Demgegenüber besteht in der Umgebung der Stelle 29' nur die Magnetisierungsänderung des Teils 32', so daß die Stärke des Entmagnetisierungsfeldes für die Stellen 27' und 29' unterschiedlich ist. Somit sind die letztenendes erzielten Magnetisierungsstärken durch die Entmagnetisierungsf eider beeinflußt und nehmen wie im Falle der Aufzeichnungsentmagnetisierung ungleiche Werte an.

Im Vorstehenden ist die nichtlineare Wechselwirkung bei der magnetischen Aufzeichnung im Hinblick auf die Entmagnetisierungswirkungen der Aufzeichnungsentmagnetisierung und des Entmagnetisierungsfeldes beschrieben worden. Die Tatsache, daß der Wert jeder einzelnen Magnetisierung am stärksten clurch das um eine Bit-Zeit später aufgezeichnete Muster beeinflußt wird, soll im folgenden anhand von Figur 9 dargelegt werden. Figur 9 zeigt die sogenannte Hystereseschleife zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen Magnetfeld und Magnetisierung eines Mediums bzw. Aufzeichnungsträgers. Die grössere, äußere Schleife ABCDA wird als Hauptschleife, die innere als Nebenschleife bezeichnet. Unter Bezugnahme auf die Hystereseschleife wird die Hysterese der Magnetisierung der Stelle 27' in Figur 8(c) beschrieben.

Zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Digitalsignalen in einem Magnetbandgerät oder dergleichen wird zunächst das Aufzeichnungsmedium wechselstrom-entmagnetisiert. Vor Durchführung der Aufzeichnung befindet sich also die Stelle 27' in Figur 8(c) im unmagnetisierten Zustand, und ihre Magnetisierung liegt an der Stelle 0 in Figur 9. Während die Teile 26 und 30 in Figur 8(b) aufgezeichnet werden, liegt infolge der Entmagnetisierungswirkungen aufgrund der Aufzeichnungsentmagnetisierung und des Entmagnetisierungsfeldes an der Stelle 27' ein negatives magnetisches Feld. Infolgedessen

verschiebt sich dabei die Magnetisierung der Stelle 27' vom Punkt O zum Punkt E in Figur 9. Während des Einschreibens an der Stelle 27 in Figur 8(b) liegt nun anschließend ein intensives positives Feld des Magnetkopfes, das die Magnetisierung vom Punkt E zum Punkt G auf der in Figur 9 gezeigten Hystereseschleife verschiebt.

Als Merkmal der nächsten Schleife wird nun, wenn ein Magnetfeld angelegt wird, das größer ist als das Magnetfeld Hd am Punkt F (das seinerseits die gleiche Größe hat wie das negative Magnetfeld -Hd am Punkt E), die Hysterese O ■*■ E -+· F gelöscht, und die Magnetisierung nimmt den gleichen Wert an, wie wenn die Magnetisierung der Hysterese O->-F (in Figur 9 gestrichelt gezeigt) gefolgt ist. Dies bedeutet, daß der Einfluß der Entmagnetxsierungswirkung während des Schreibens der Teile 26 und 30 durch das Einschreiben an der Stelle 27 in Figur 8 (b) aufgehoben wird. Dies bedeutet wiederum, daß der Einfluß der vorhergehenden Bits 26 und 30 durch das intensive positive Schreib-Feld an der Stelle 27 beseitigt wird.

Als.nächstes wird durch das Schreiben an den Teilen 31 und 28 in Figur 8(b) die Magnetisierung der Stelle 27' vom Punkt G in Figur 9 zurück zum Punkt J negativer Feldstärke verschoben. Der Wert der Magnetisierung der Stelle 27' wird durch die Größe des genannten negativen Feldes, d.h. des auf dem Schreiben der Teile 21 und 28 beruhenden Entmagnetisierungsfeldes, erheblich beeinflußt. Während sich der Kopf von der Stelle 27' wegbewegt, ändert sich die Magnetisierung der Stelle 27' schließlich auf den Wert K in Figur 9.

Wie oben aufgezeigt, wird der Wert der Magnetisierung des Aufzeichnungsmediums am stärksten durch dasjenige Auf-Zeichnungsmuster beeinflußt, das um eine Bit-Zeit später geschrieben wird. Hierbei seien die Größen der Magnetisierung der Stellen 26', 27', 28' und 29' in Figur 8(c) betrachtet. Da die den· Stellen 26, 27 und 28 folgenden Bits an den Stellen 27,28, 29 jeweils entgegengesetzte Polaritäten des Auf-Zeichnungsstroms aufweisen, nehmen die Größen der Magnetisierung infolge· der Wirkungen der Aufzeichnungsentmagnetisierung und des Entmagnetisierungsfeldes ab. Die Magnetisierung der Stelle 29' wird dagegen nur wenig geschwächt, da

das nächste Bit "O" ist, so daß dieser Magnetisierungswert längst der Hysterese O -*- E ·+ G -*■ I in Figur 9 letztenendes größer wird als die Magnetisierungswerte an den Stellen 26', 27' und 28' in Figur 8(c). Die Magnetisierungsänderung an der Stelle 32' wird daher größer als an den Stellen 30' und 31", was dazu führt, daß das Wiedergabesignal 32" in Figur 8 (d) eine größere Amplitude hat, als die Wiedergabesignale 30" und 31".

Bei Verwendung der Aufzeichnungsstrom-Wellenform nach dem Stand der Technik nimmt somit das Wiedergabesignal einer Stromumkehr, die einer Aufzeichnungsinformation ohne Stromumkehr um ein Bit vorauseilt, eine größere Amplitude an, als die übrigen Wiedergabesignale.

Diese von den Aufzeichnungsmustern abhängende Streuung der Wiedergabesignalamplituden läßt sich selbst unter Verwendung eines Wiedergabe-Entzerrerkreises nur sehr schwierig beseitigen. Stellt man die Wiedergabesignale in Form eines Augenmusters dar, so wird das Auge klein, was eine Ursache für das Auftreten von Symbolfehlern bei der Amplitudenerkennung angibt.

Auf der Grundlage der oben erläuterten Ursache für die nichtlinearen Verzerrungen soll nun das Prinzip der vorliegenden Erfindung erläutert werden, gemäß dem die Amplituden der Wiedergabesignale unabhängig von den Aufzeichnungsmustern konstant und die "Augen" nach der Entzerrung groß gemacht werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufzeichnungsstrom-Umkehramplitude eines einer starken Entmagnetisierungswirkung unterworfenen Bits groß gemacht, wodurch die Größen der Magnetisierung auf dem Aufzeichnungsmedium unabhängig von den Aufzeichnungsmustern und ebenso die Amplituden der Wiedergabesignale konstant gemacht werden. Bei dem einer intensiven Entmagnetisierungswirkung unterworfenen Bit handelt es sich um ein solches Bit, bei dem der Aufzeichnungsstrom umkehrt, und das einem Bit, bei dem der Aufzeichnungsstrom erneut umkehrt, unmittelbar vorausgeht. Mit anderen Worten läßt sich die vorliegende Erfindung folgendermaßen ausdrücken. Bleibt die Polarität, des Aufzeichnungsstroms über eine Dauer von mindestens zwei Bit-

Perioden Bestehen, so wird der Wiedefgabe-Signalimpuls, der erhalten wird, wenn die Stromumkehr, bei der diese bestimmte Polarität beginnt/ aufgezeichnet und dann wiedergegeben wird, größer als die übrigen Wiedergabeimpulse. Erfindungsgemäß wird nun die Amplitude dieser bestimmten Stromumkehr klein gemacht im Verhältnis zu den übrigen Stromumkehr-Amplituden, wodurch die Amplituden der Wiedergabesignale unabhängig von den Aufzeichnungsmustern gleich groß werden.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines konkreten Beispiels unter Verwendung des NRZI-AufZeichnungssystems in Figur 10(a) bis 10(d) beschrieben werden. In den Figuren 10(a) bis ^O(d) sind eine Aufzeichnungsinformation, der Aufzeichnungsstrom , das magnetische Muster und das Wiedergabesignal dargestellt. In diesen Figuren sind mit 33, 33' und 33" das den Figuren 8(a) bis 8(d) entsprechende System nach dem Stand der Technik, mit 34, 34' und 34" dagegen das System nach der vorliegenden Erfindung bezeichnet, gemäß dem diejenige Stromumkehramplitude Iv, die einem Bit ohne Aufzeichnungsstromumkehr unmittelbar vorausgeht, im Vergleich zu der sonstigen Stromumkehramplitude Io reduziert wird. , ,.,., Die Stromumkehramplitude des Teils 34 in Figur 10(b) ist kleiner als die des Teils 33, was dazu führt, daß die Magnetisierung 34' des Aufzeichnungsmediums einen kleineren Wert hat als die Magnetisierung 33'. Daher wird auch die Änderung der Magnetisierung 34' kleiner als die der Magnetisierung 33', und das Wiedergabesignal 34" wird kleiner als das Wiedergabesignal 33" nach dem Stand der Technik und hat die gleiche Amplitude wie die Wiedergabesignale 30" und 31".

Auf diese Weise wird die Stromumkehramplitude Iv desjenigen Bits, an dem der Aufzeichnungsstrom umkehrt, _;und das einem Bit ohne Aufzeichnungsstromumkehr zeitlich unmittelbar vorauseilt, relativ zu der sonstigen Stromumkehramplitude Io verringert, wodurch die Amplituden der Wiedergabesignale sämtlicher Muster vereinheitlicht werden, wie dies in Figur 10(c) gezeigt ist. , _;

Am Beispiel des NRZI-Systems sind in Figur 11{a) bis 11 (c) die Aufzeichnungsstrom-Wellenform nach dem Stand der

ιε

Technik (Figur 11(b)) und diejenige nach der vorliegenden Erfindung (Fig. 11(c)) unter Verwendung eines Aufzeichnungsmusters mit einer größeren Anzahl von Bits verglichen und erläutert. In diesem Beispiel ist die Stromamplitude eines Bits "1", das einem Bit "O" unmittelbar vorausgeht, gegenüber der sonstigen Stromamplitude verhältnismäßig klein.

In den Figuren 12(a) bis 12(e) ist ein Beispiel veranschaulicht, bei dem die vorliegende Erfindung bei Aufzeichnungsstrom-Wellenformen angewendet ist, die mit zusätzlichen Stromumkehrpunkten versehen sind (vergleiche Figuren 6(a), 6(b) und 7(a) bis 7(c)). Der Aufzeichnungsstrom 1 in Figur 12(b) entspricht dem System nach dem Stand der Technik, bei dem für eine Stromumkehr ein zusätzlicher Stromumkehrpunkt vorgesehen ist, während der Aufzeichnungsstrom 2 nach Figur

-c 12(c) die Stromwellenform darstellt, bei der zusätzlich die vorliegende Erfindung angewendet ist. In diesem Beispiel ist an demjenigen Stromumkehrpunkt, der einem Bit ohne Stromumkehr unmittelbar vorausgeht, die Amplitude des zusätzlichen Stromumkehrpunkts gegenüber dem sonstigen zusätzlichen Stromumkehrpunkt verhältnismäßig klein gemacht oder kein zusätzlicher Stromumkehrpunkt vorgesehen.(vergleiche die Teile 35, 36 und 37 sowie 35', 36' und 37').

Der Aufzeichnungsstrom 3 in Figur 12(d) hat eine Wellenform nach dem Stand der Technik, bei der für eine Stromumkehr zwei zusätzliche Stromumkehrpunkte vorgesehen sind. Der Aufzeichnungsstrom 4 nach Figur 12 (e) ergibt sich durch Anwendung der vorliegenden Erfindung auf diesen Stromverlauf. Erfindungsgemäß werden die zusätzlichen Stromumkehrpunkte 38, 39 und 40 in Figur 12(d) reduziert,wie dies bei 38', 39' und 40' in Figur 12(e) gezeigt ist, oder es werden keine zusätzlichen Stromumkehrpunkte vorgesehen.

In Figur 13(b) bis 13(g) sind Aufzeichnungsstrom-Wellenformen nach dem Stand der Technik und nach der vorliegenden

2
Erfindung'für die NRZ-, MFM- und M -Aufzeichnungssysteme bezüglich der aufzuzeichnenden Information nach Figur 13(a) dargestellt.

Bei dem NRZ-System liegen gemäß Figur 13(b) Stromumkehrungen an den Grenzen der Aufzeichnungsinformation vor. Er-

findungsgemäß wird dann, wenn die gleiche Polarität des Aufzeichnungsstroms über mindestens zwei Bits vorliegt, die Amplitude der vorhergehenden Aufzeichnungsstromumkehr klein gemacht (vergleiche die Teile 41 bis 46 in Figur 13(c)). Beim MFM-System entsprechen gemäß Figur 13(d) die Zeitintervalle, in denen der Aufzeichnungsstrom umkehrt, der Bitperiode, dem 1,5-fachen, dem 2-fachen... der Bitperiode. Wie in Figur 13(e) gezeigt, wird dann, wenn die Polarität des Aufzeichnungsstroms über mindestens das 1,5-fache der Bitperiode andauert, die Amplitude der vorausgehenden Stromumkehr kleiner gemacht als die sonstige Stromamplitude (vergleiche die Teile 47 bis 52 in Figur 13(e)).

2
Beim M -System nach Figur 13(f) wird ähnlich wie beim

MFM-System dann, wenn die Polarität des Aufzeichnungsstroms über mindestens das 1,5-fache der Bitperiode andauert, die Amplitude der vorausgehenden Stromumkehr klein gemacht.(vergleiche die Teile 54 bis 60 in Figur 13(g)).

In den obigen Ausführungsbeispielen, bei denen die vorliegende Erfindung auf die verschiedenen Aufzeichnungssysteme angewandt wird, ist derjenige Teil des Aufzeichnungsstroms, in dem die Amplitude reduziert ist, als halbe Bitperiode dargestellt. Die Erfindung deckt auch den Fall, in dem dieser Teil gleich einer Bitperiode gemacht wird.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden. Die Wirkung der Erfindung wird dabei in Verbindung mit Figur 14(A), 14(B), 15(A), 15(B), 16(A) und 16(B) deutlich werden. In Figur 14(A) und 14(B) sind die Augenmuster des Systems nach dem Stand der Technik und des Systems nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung des NRZI-AufZeichnungssystems als Beispiel miteinander verglichen und erläutert. Dabei wird der Begriff der "Augenöffnung" definiert, um die Größe eines Auges quantitativ auszudrücken. Die Augenöffnung ist definiert als Wert von E2/E1, wobei E1 die Augenamplitude desjenigen Augenmusters bezeichnet, das durch überlagerung des 1-Bit-Wiedergabeimpulssignals gewonnen wird, wie es in dem Augenmuster 2 nach Figur 5(e) gezeigt ist, während E2 die Amplitude eines Auges bezeichnet, das durch Aufzeichnung und Wiedergabe eines Zufallsmusters erhalten

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wird. In dem Beispiel nach Figur 14(A) und 14(B) beträgt die Augenöffnung nach dem Stand der Technik 60 %, während sie in dem System nach der vorliegenden Erfindung 85 % beträgt, so daß eine Verbesserung der Augenöffnung um 25 % zu beobachten ist.

In Figur 15(A) und 15(B) ist die Änderung der Augenöffnung in Abhängigkeit von der Änderung des erfindungsgemäßen Verhältnisses Io/Iv der Stromumkehramplitude dargestellt. Der Fall Io/Iv = 1 entspricht der Aufzeichnungsstrom-Wellenform nach dem Stand der Technik, wobei die Augenöffnung in diesem Fall beispielsweise mit 50 % angenommen wird. Die Kurve 61 in Figur 15(B) zeigt den Verlauf der Augenöffnung bei steigendem Verhältnis Io/Iv. Aus dieser Darstellung ergibt sich, daß die Wirkung der vorliegenden Erfindung in dem Bereich 1 < Io/Iv < 1,4 auftritt.

In Figur 16(A) und 16(B) ist die Aufzeichnungsstrom-Wellenform (Figur 16(A)) für den Fall dargestellt, daß der Teil des AufZeichnungsstroms, in dem die Amplitude verringert ist, gleich einer Bitperiode entspricht, wobei die Wirkung in Figur 16(B) veranschaulicht ist. Wie aus der Kurve 62 in Figur 16(B) ersichtlich, tritt die erfindungsgemäße Wirkung in diesem Fall im Bereich 1 < lo/I'v < 1,3 auf.

In Figur 17 und 18(a) bis 18(q) ist ein Beispiel veranschaulicht, in dem die vorliegende Erfindung auf das NRZ-Aufzeichnungssystem angewandt ist, wobei ein Schaltbild und zeitliche Impulsdiagramme gezeigt sind. Die Arbeitsweise der Schaltung soll dabei anhand der Wellenformen an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Figur 17 erläutert werden, wobei diese Wellenformen in den Zeitdiagrammen nach Figur 18(a) bis 18(q) sowie anhand der zugehörigen algebraischen Boole¹ sehen Ausdrücke dargestellt sind.

Zunächst sei ein Bitmuster "100" oder "011" in einem in zeitlicher Folge vorgegebenen Signal betrachtet. Wird nur das Bitmuster "100" verarbeitet, so soll es einem Code x1 = (100) entsprechen, wobei Signale, in denen dieser Code um eine bzw. zwei Bitperioden verzögert sind, mit x2 und x3 bezeichnet sind. In diesem Fall sind x1, x2 und x3 folgendermaßen angeordnet:

xi = 1 θ ο

x2 = 10 0

x3 = 10 0

Demgemäß wird der Code χ 4 von x1 mal x2 mal x3: x4 = 0 0 1 0 0

Dieser Code x4 bildet den Wert (00100) nur für den Code x1 (100). Er dient zur Erfassung von (100) und Steuerung der Stromumkehramplitude des Aufzeichnungsstroms. Bezüglich des Codes<011) wird die invertierte Form dieses Codes zu x1 = (100), so daß x4 in ähnlicher Weise dadurch erhalten wird, daß ein Signal mit einer zum ursprünglichen Signal umgekehrten Polarität verwendet wird. Für x4 gilt:

x4 = x1·χ2·χ3 = x1 + x2 + x3

Der Code x4 und der entsprechende Strom lassen sich also unter Verwendung von Flip-Flops und ODER-Gliedern realisieren.

Figur 17 zeigt die Schaltung zur Verwirklichung der Erfindung auf der Grundlage des oben erläuterten Gedankens. In Figur 18(b) bis 18(q) sind die Wellenformen an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Ffgur.17 dargestellt/ ,wobei die Aufzeichnungsinformation nach Figur 18(a) als Beispiel angenommen wird. Die Beschreibung folgt dabei dem Signalfluß.·

In Figur 17 ist mit 70 eine Dateneingangsklemme bezeichnet, an der der Aufzeichnungsstrom des NRZ-Aufzeichnungssystems liegt. Mit 79 ist eine Eingangsklemme für ein ,Taktsignal zum Betrieb der Flip-Flops bezeichnet. Die Daten liegen an einem Flip-Flop 71-, dessen Ausgänge (b) und (i) ..Treiber-.-; ströme sind, die in Figur 18 (b) und 18 (i) gezeigt sind,. Das Signal (b) gelangt an ein Flip-Flop 72, an dessen Ausgang:_: (c). das in Figur 18(c) gezeigte Signal, auftritt. Dieses SAgnal ist um ein Bit verzögert,und hat zum Signal (b)!entgegengesetzte Polarität. Nimmt man an, daß das Signal (b) X;1 . darstellt, so bildet das Signal (c) x2. Das Signal-_: (d),, ,,das^dadurch gewonnen wird, daß die Signale (c) und (b) durch, ODER-Glieder laufen, ist in Figur 18(d) gezeigt und hat den Code x2~ + x1. Durch Anlegen des Signals (d) an ein Flip-Flop 73 wird das Signal (e) gemäß Figur 18(e) gewonnen. Der Code

dieses Signals entspricht dem verzögerten Code x2 + x1 und wird zu x3~ + x2. Nach Durchlaufen der Signale ,(e) und (b) durch weitere ODER-Glieder wird das Signal nach Figur 18(f) gewonnen. Der Code des Signals Cf) ist x1 + x2 + x3~, was zu dem Code x4 wird. Der Code (f) wird somit zu einem Signal, das nur in dem zweiten "O^H-Bit des Codes (100) in Figur 18(a) die Polarität eines niedrigen Pegels hat. Nach Passieren des Signals (f) durch ein Flip-Flop 74 wird ein Signal (g) erhalten. Wird der Takt des Flip-Flops 74 mittels eines Schalters 80 um nur eine halbe Bitperiode verzögert, so wird das Signal (g) so gestaltet, daß das Signal (f) um die halbe Bitperiode verzögert und in seiner Polarität umgekehrt wird. Das Signal in Figur 18Ch) wird dadurch gewonnen, daß die Signale (g) und (f) durch weitere ODER-Glieder geleitet werden. Das Signal (p) wird dadurch gewonnen, daß das ursprüngliche Signal (b) ein Flip-Flop 75 durchläuft. Aus einem Vergleich der Figuren 18(h) und 18(p) ersieht man, daß das Signal (h) dem ursprünglichen Stromamplituden-Umkehrpunkt entspricht, wobei die Polarität des niedrigen Pegels über mindestens zwei Bitperioden andauert. Um den ursprünglichen Stromamplituden-Umkehrpunkt für den Fall, daß ein hoher Pegel über mindestens zwei Bitperioden andauert, darzustellen, wird das Signal :(i) unter Polaritätsumkehr des Aufzeichnungsstroms des ursprünglichen NRZ-Systems durch eine Schaltung 76 bis 78 geleitet, die den gleichen Aufbau wie die Schaltung 72 bis 74 hat, so daß ein Signal :(o) erhalten wird.

Die Signale (h) und (o) werden mit Hilfe von Dämpfungsgliedern 81 und 82 um einen Faktor α gedämpft. Durch Zufüh- rung der sich ergebenden Signale sowie des Signals (p) an einen Differenzverstärker 83 wird das Signal nach Figur 18(q) gewonnen. Dieses Signal stellt die Aufzeichnungsstrom-Wellenform gemäß der vorliegenden Erfindung dar und wird an der Ausgangsklemme 84 abgenommen.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Fall dargestellt worden, daß der Teil des Aufzeichnungsstroms, in dem die Amplitude verringert ist, eine halbe Bitperiode beträgt. Dieser Teil kann jedoch auch eine andere Länge haben, bei-

spielsweise eine Bitperiode, wozu die Verzögerungszeit des an den Flip-Flops 74 und 78 liegenden Taktimpulses in geeigneter Weise eingestellt wird.

Die oben im einzelnen erläuterte Erfindung gestattet es, die Amplituden von Wiedergabeimpulssignalen unabhängig von den Aufzeichnungsmustern konstant zu machen und dadurch Symbolfehler beim Wiedergabevorgang zu verringern, so daß sie bei der magnetischen Aufzeichnung und Wiedergabe von Digitalinformation sehr wirksam ist.

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Claims

PATENTANWALTB - -""- -"

STREHL SCHUBEL-HOPF SCHULZ WIDENMAYERSTKASSE 17. D-8000 MÜNCI1KN 22

Hitachi Denshi K.K.

DEA-25805 ¹⁷· August 1982

MAGNETISCHES AUFZEICHNUNGSVERFAHREN FÜR DIGITALSIGNALE Patentansprüche

J Verfahren zum magnetischen Aufzeichnen von Digitalsignalen entsprechenden magnetischen Mustern auf einem magnetischen Medium, dadurch gekennzeichnet , daß dann, wenn der Aufzeichnungsstrom mit gleicher Polarität über eine Zeitspanne andauert, der mindestens dem 1,5-fachen der Bitperiode der Digitalsignale ist, die Stromumkehramplitude Iv am Stromumkehrpunkt, an dem der Aufzeichnungsstrom gleicher Polarität beginnt, kleiner gemacht wird als die Stromumkehramplitude Io an den anderen Stromumkehrpunkten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch' gekennzeichnet, daß die Stromumkehramplitude Iv über 0,5 bis 1,0 Bitperioden beibehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromumkehramplituden Iv und Io der Ungleichung

1 < Io/Iv < 1,4
genügen.