Устройство для цифровой записи и воспроизведения звуковых сигналов Советский патент 1988 года по МПК G11B20/10 

(Л

|мА

С

телей напряжения, блок 4 включений, согласующий усилитель 5, дефлектор 7, узел 8 формирования апертуры луча со светодиодом 9 и квантующей линейкой световодов 10, блок 11 фотоэлектрических приемников, дешифраторы 12 и 14, блок 13 памяти, блок 15 элементов И-НЕ, сдвиговый регистр 16, блок 17 регистрации, цифроаналоговый преобразователь 18, фильтр 19 звуковой

частоты, усилитель 20 с громкоговорителем 21. Введение блоков 23 и 24 памяти, содержащих счетчики, дешифраторы, а также введение двух запоминающих устройств и образование новых связей между элементами устройства позволяет уменьшить влияние колебания скорости вращения носителя записи при увеличении плотности записи, 4 ил.

Изобретение относится к накоплению информации. Цепь изобретения - снижения погрешности записи-воспроизведения. Устр-во содержит приемник 1 звука, усилители 2 и 6, блок 3 дели

1

Изобретение относится к области накопления информации, а именно к устройствам для цифровой записи и воспроизведения звуковых сигналов,

Цель изобретения - снижение погрешности записи-воспроизведения за счет уменьшения влияния .колебания скорости вращения носителя записи- при увеличении плотности записи, .

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для цифровой записи и воспроизведения звуковых сигналов; на фиг, 2 - плоскость входных зрачков квантующей линейки световодов; на фиг. 3 - функциональная схема блока памяти; на фиг. 4 - функциональная схема блока регистрации.

Устройство содержит последовательно соединенные приемник 1 звука, первый усилитель 2, блок 3 делителей напряжения, блок 4 ключей, согласующий усилитель 5, второй усилитель 6 и пьезоэлектрический дефлектор 7, оп- Тически сопряженный через узел 8 формирования апертуры луча со светодиодом 9 и с квантующей линейкой 10 световодов. Последняя соединена с входами блока 11 фотоэлектрических приемников , подсоединенных выходами к одним входам первого дешифратора -12, подключенного выходами к входам первого блока 13 памяти, который соединен выходами с входами второго дешифратора 14, выполненного в виде последовательно /соединенных блока 15 элементов И-НЕ и реверсивного сдвигового регистра 16, подключенного выходами к другим входам первого дешифратора 12 и к управляющим входам

5

0

5

0

5

блока 4 ключей. Первый блок I3 памяти соединен выходами также с входами блока 17 регистрации, соединенного выходом через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь (ЦАЛ) 18, фильтр 19 звуковой частоты, выходной усилитель 20 . с громкоговорителем 21, Устройство также содержит блок 22 формирования тактовых импульсов, подключенньй одним из выходов к- светодиоду 9.

Устройство также содержит второй и третий блоки 23 и 24 памяти, содержащие последовательно соединенные счетчик 25 и дешифратор 26, подключенный выходами к одним входам первого и второго блоков 27 и 28 ключей, первое и второе запоминающие устройства 29 и 30. Каждое из них подключено входами к выходам соответствую- шего блока 27 или 28 ключей и синхронизирующими входами к первому входу счетчика 25, соединенного вторым I входом с одним из выходов дешифратора 26. Соединенные между собой другие входы первого и второго запоми- ;иающих устройств 29 и 30 являются соответственно входами и выходами второго и третьего блоков 23 и 24 памяти. Второй и третий блоки 23 и 24 памяти включены между выходами первого блока 13 и входами блока 17 регистрации, а также между выходом блока I7 регистрации и входом ЦАЛ I8.

При этом блок 17 регистрации содержит блок 31 формирователей импульсов, входы которого являются входами блока 17 регистрации, блок 32 свето- диодов, подключенных к вькодам блока

31

31 формирователей nivinynbcoB, многоэлементный фотоприемник 33, выход которого является выходом блока 17 регистрации, первый электродвигатель 34, сопряженный через вал 35 с ведущим диском 36, вьтолненным с отражателем 37, узел 38 управления первым электродвигателем 34, содержащим первый светодиод 39, сопряженный че- рез отражатель 37 ведущего диска 36 с первым фотоприемником 40, счетчик 41 импульсов, подключенный входом к выходу первого фотоприемника 40 и выходами через ЦАП 42 к входу усили- теля 43. Последний соединен в.ыходом с первым электродвигателем 34, Блок 17 регистрации также содержит второй электродвигатель 44, сопряженный через винтовой механизм 45 и зубчатую передачу 46 с валом 35 ведущего диска 36, первый и второй выключатели 47 и 48, сопряженные с винтовьм механизмом 45, подключенные выходами к управляющим входам первого и второго электродвигателей 34 и 44, последовательно соединенные элемент 49 задержки и второй светодиод 50, соединенный через световод 51 с головкой 52 записи-воспроизведения информации, и последовательно соединенные второй фотоприемник 53 и третий светодиод 54, соответственно уходом и выходом соединенные через светодиод 54 с головкой 52 записи-воспроизведения ин- формации. При этом первый вход счетчика 25 второго и третьего блоков 23 и 24 памяти подключен к одному из .выходов блока 22 формирования тактовых импульсов и к входу элемента 49 задержки, блок 32 светодиодов и блок 33 фотоприемников соединены через световод 51 с головкой 52 записи-воспроизведения информации.

В режиме Запись устройство ра- ботает следующим образом.

Звуковые колебания воспринимаются расположенными соответствующим образом приемником 1 звука и усиливаются первым усилителем 2 звуковой частоты до значения, удобного для последующей обработки сигнала. С выхода усилителя 2 электрический сигнал поступает на вход блока 3 делителей напряжения. Последний представляет собой ступенчатый резистивный делитель напряжения, коэффициент передачи которого изменяется сигналами с второго дешифратора 14 при помощи размьцсающ1с

64

ключей блока 4 ключей, подключающих выход отдельных ступеней к входу согласующего усилителя 5. Сигнал преобразуется в код разверткой светового луча пьезоэлектрическим дефлектором

7по плоскости входных зрачков квантующей линейки 10 световодов. Пьезоэлектрический дефлектор 7 является торцовым и состоит из биморфного пье- зоэлемента, на торце которого имеется отражатель. Дпя сканирования используется обратный пьезоэлектрический эффект, возникающий под воздействием электрического сигнала второго усилителя б. Световой луч на пье- зоэлектрический дефлекто.р 7 приходит от светодиода 9. Частота дискретизации задается блоком 22 формирования тактовьпс 1гмпульсов. Дискретизация осуществляется импульсным излучением светодкода 9 по управляющш-) сигналам (тактовым импульса) с блока 22.

Диафрагма и объектив узла 8 формирования апертуры луча формируют луч шириной, равной диаметру входного зрачка световода линейки 10 световодов, и высотой 2 мм для облегчения юстировки. Световые сигналы линейки 10 световодов преобразуются в электрические сигналы блоком 11 фотоприемников , которые поступают в первый дешифратор 12. Расположение квантующей лннейки 10 световодов горизонтальное, развертка луча пьезоэлектрическим дефлектором 7 осуществляется в горизонтальной плоскости. Дешифратор 12 является устройством, -коммутир тощим выход соответству ощего фотоприемника блока фотоприемн5-1ков к соответствующему входу первого блока 13 памяти. Выходные сигналы с первого дешифратора 12 выдают готовые коды, соответствующие мгновенным уровням входного сигнала, из блока 13 памяти.

8отсутствие, сигнала на входе дефлектора 7 последний находится в нейтральном положении, сканирующее пятно отражается на цектральньй световод О линейки 10 световодов. Сигнал

с этого световода поступает во входное окно своего фотоприемника,преобразуется им в электрический, которьш поступает на соответствующий вход первого дешифратора 12, с него посту- пает на блок 3 памяти и выдает из него код 0000000000000000. С появлением сигнала на выходе усилителя 6 дефлектор 7 отклоняет на соответствующнй УГОЛ импульс света от света диода 9, который попадает на соответствующий световод квантующей линейки 10 световодов, и с блока 13 памяти выдается код, соответствующий мгновенному значению сигнала с выхода , приемника 1 звука. Блок 13 памяти представляет постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) с числовой выборкой. В ПЗУ блока 13 памяти находятся двоичные коды, которые заносятся методом выжигания элементов -непосредственно перед установкой ПЗУ в блок 13 памяти,

„о10 „11

Коды сигналов, равные 2,2, 2, , 2 2 2 , поступают на вход блока 15 элементов И-НЕ второго дешифратора 14, выходной сигнал с которого, подключая соответствующую ступень блока 3 делителей напряжения, уменьшает коэффициент передачи этого блока.

Второй дешифратор 14 представляет собой линейный дешифратор из блока 15 элементов И-НЕ и реверсивного сдвигового регистра 16 с числом разрядов, равным числу размыкающих ключей в блоке 4 ключей. Импульс с выхода соответствующего разряда включает свой ключ в блоке 4 ключей, а все остальные ключи разомкнуты. В первый разряд регистра 16 сигнал заносится при : включении питания устройства, определяя этим исходньш коэффициент передачи блока 3 делителей напряжения, равный 1,0. При увеличении сигнала на входе делителя по амплитуде сигнал Б сдвиговом регистре 16 под воздействием соответствующего кода с блока 13 памяти сдвигается в рядом расположенный разряд и включает следующий ключ в блоке 4 ключей, подключая этим со- ответствующую ступень блока 3 делителей напряжения, уменьшая коэффициент передачи на одну ступень. Одновременно сигнал со сдвигового регистра 6-, поступает и на соответствующий вход первого дешифратора 12, и вместе с сигналом, поступившим к этому времени с блока 1 1 фотоэлектрических приемников, определяет появление сигнала выдачи на соответствующей шине дешифратора 12 который вьщаст из блока 13 памяти код, соответствующий уровню входного сигнала в блоке 3 делителей напряжения на этот момент При дальнейшем увеличении входного сигнала процесс повторяется. С умень0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

щением входного сигнала следует обратный процесс. Код меньшей величины сигнала .поступает в блок 15 элементов И-НЕ, который выдает с соответствующего выхода сигнал сдвига импульса в сдвиговом регистре 16 в соответствующую сторону, включается нужный ключ в блоке 4 ключей и коэффициент передачи блока 3 делителя напряжения увеличивается на одну ст пень против прежней.

Коды с блока 13 памяти в параллельном виде поступают на вход второго блока 23 памяти (фиг. 3). Блок 23 предназначен для согласования скорости создания цифровой информации и скорости записи ее на пластинку блока регистрации, т.е. в качестве буферного запоминающего устройства между АЦП и блоком 17 регистрации.

Второй блок 23 памяти работает следующим образом.

Тактовые импульсы частотой 40 кГц с блока 22 формирования тактовых импульсов поступают на вход счетчика 25, выходы которого подключены к входам дешифратора 26. Счетчик 25 и дешифратор 26 вырабатывают сигнал- для двух блоков 27 и 28 ключей. Счетчик 25 для подсчета тактовых импульсов производит счет от нуля, затем обнуляется сигналом с выхода дешифратора- 26. Первьй выходной сигнал открьгоает ключи блока 27 -ключей и закрьшает ключи в блоке 28 ключей. Коды с блока 13 памяти в течение первой 0,5 с посту-, пают в первое запоминающее устройство 29. По истечении 0,5 с дешифратор 26 выдает импульс с второго выхода, который закрь1вает ключи в блоке 27 ключей и открьгоает ключи в блоке 28 ключей. Теперь 20000 кодов.поступают через открытые ключи блока 28 ключей во второе запоминающее устройство 30. А в это время коды с запоминающего устройства 29 с частотой 40 кГц выдаются тактовыми импульсами блока 22 в параллельном виде в блок 31 формирователей импульсов. Выдача информации из запоминающих устройств 29 и 30 происход ит с разрушением ее в накопителе, который подготавливается для приема следующих 20000 кодов с блока 13 памяти. Б следующие 0,5 с на вход блока 31 формирователей импульсов поступают коды с запоминающего устройства 30. Так процесс записи и выдачи в блоке 23 памяти повторяется непрерывно при работе устройства в режиме Запись.

Блок 31 формирователей импульсов из сигналов 1 кода формирует импульсы нужных параметров для срабатывания излучающих диодов блока 32 светодиодов. Блоки 31 и 32 осуществляют преобразование кодов из электрических сигналов в коды, представляемые излучением в ИК-диапазоне (представление 1 кода), нули представляются отсутствием излучения вообще. Излучением коды в параллельном виде передаются световодами 51 в составе шестнадцати волокон в головку 52 записи-приема информации блока регистрации. Излучением в световоды заканчивается путь кодов в каналах АЦП.

Световоды представляют собой оптико-волоконные светопроводы, объединенные в жгут. Основу блока 17 регистрации составляют головка 52 записи- воспроизведения информации, долговременный носитель информации - пластинка со светочувствительным слоем, позволяющим выполнять многократную запись, электродвигатель 34 и оптиковолоконные световоды 51.

Головка 52 представляет собой набор выходных концов световодов. Носителем информации является пластинка, основа которой покрыта с обеих сторон алюминиевой пленкой с высокой отражающей способностью, поверх этих пленок нанесен ферромагнитный слой, чувствительный к ИК-диапазону, на который, нанесены тонкие слои прозрачного полупроводника. Электроды от алюминиевой пленки и от полупроводника выведены в центре пластинки в виде углублений, в которые вставляются соответствующие по полярности щтырьки ведущего диска 36.

Носитель удобен реверсивностью записи, высокой чувствительностью к излучению в ИК-диапазоне и возможностью высокой быстроты записи. Запись информации ведется на обе стороны пластинки. Вместе с тем носителем информации может быть применена и пластинка, в которой алюминиевая пленка покрыта другим светочувствительным материалом, например с применением серебра. В этом случае реверсивность записи отсутствует, а для ее проявления потребуется проявитель и закрепитель.

Процесс записи при первом и втором носителях заключается R просветлении тех мест, которые подверглись облу- чению ИК-излучением и:в выходных зрачков фоконов головки 52. Светлые кружки представляют значения 1 кода, нёзасвеченные места представляют нули. Запись информации осуществляется

следующим образом.

Соответственно расположению единиц в коде соответствующие диоды блока 32 выдадут импульсы ИК-излучения, которые по выходе из фоконов головки

52 засветят на чувствительном слое участки диаметром около 2 мкм. Одновременно тактовые импульсы с блока Г 22, пройдя элемент 49 задержки, вызывают излучение диода 50, импульс которого засветит участок в 2 мкм выще отображения кода. Этот участок при считьшании информации будет использован для получения импульса управления на вызов излучения светодиода 54 для

освещения через полосковые световоды отображения считьшаемого кода.

Запись информации осуществлена по спирали от внешнего края пластинки к центру.

Плотное использование площади ног сителя при регистрации (впечатьгаание одного кода рядом с другим) требует соблюдения при записи строго постоянной линейной скорости. Это условие выполнено при изменении скорости вращения пластинки с каждой новой спиралью регистрации.

Управление скоростью вращения осуществляет узел амплитудного управле- ,

ния электродвигателем 34 в составе излучающего в ИК-диапазоне диода 39, фотоприемника 40, счетчика 41 импульсов, ЦАП 42 и усилителя 43. С началом вращения ведущего диска 36 излучение

диода 39 .отражается отражателем 37 в приемное окно фотоприемника 40, который выдает импульс на вход счет- чика 41. С выхода счетчика 41 код поступает в ЦАП 42, который формирует напряжение на входе усилителя 43. Последний 43 запитьшает обмотку управления электродвигателя 34, чем и определяет скорость вращения вала ведущего диска 36. При дальнейшем вращении диска 36 с каждым оборотом счет- чик 41 увеличивает код, ЦАП 42 увеличивает формируемое напряжение в усилитель 43, скорость вращения пластинки увеличивается.

Вращение пластинки через зубчатую передачу 46 передается винтовому механизму 45. Причем в нем вращается винт, а гайка,которой является корпус головки 52, имеет поступательное движение от наружного края пластинки i центру. В процессе записи (считыва- . ния) информации головка 52 перемещается к центру пластинки и включает в конце движения выключатель 47, который выключает питание обмотки возбуждения электродвигателя 34 и включает питание второго электродвигателя 44. Второй двигатель 44 вращает винтовой механизм 45 в обратную сто- рану (при этом ось винта вьшодится автоматически из зацепления с шестерней), перемещая головку 52 в исходное положение для следующей записи или воспроизведения. Скорость вращения винта 45 такова, что он возвращает головку 52 в исходное положение за 20 с. В момент возврата головки 52 в исходное положение она включает микровыключатель 48, который отключает питание второго электродвигателя 44 и включает питание обмотки возбуждения двигателя 34, а также обнуляет разряды счетчика 41.

В режиме Воспроизведение информации устройство работает следующим образом.

Для считывания информации запиты- вается блок 17 регистрации. При вое- произведении электродвигатель 34 начинает вращать пластинку с записан- Ной информацией и вращать винт 45. Головка 52 перемещается соответственно скорости вращения пластинки по винту к центру и считывает информацию с пластинки. В момент появления перед выходным зрачком световода 51, подводящего излучение от светодио- да 50, прозрачного участка пластинки луч отражается от отражающей пленки, входит во входной зрачок световода 51, а по нему попадает в фотоприемник 53, который своим сигналом вызывает импульс излучения светодиода 54 Излучение светодиода 54 через полос- ковые световоды 51 освещает два узки участка носителя информации.

В прозрачных местах носителя излучение достигает отражающего слоя пластинки, отражается от-него и чере соответствующие световоды 51 попадае на многоэлементный фотоприемник 33, с выхода которого код сигнала в па

- 0 5 п

5

раллельном виде пос тупает в третий блок 24 памяти. Последний идентичен второму блоку 23 памяти каналов ЦЛ11 и предназначен для согласования скорости съема информации со скоростью выдачи ее в, ЦДЛ 18. Это создает условия, исключающие влияние нестабильности движения носителя на качество воспроизводимого звука, а также случаи неритмичности записи кодов тоже из-за неравномерности вращения носителя. Из блока 24 памяти коды выдаются тактовыми импульсами с блока 22.

С блоков 24 памяти коды поступают через ЦАП 18 и через фильтр 19 звуковой частоты поступают на вход усилителя 20 звуковой частоты и после усиления в громкоговоритель 21.

Формула изоб ре тения

Устройство для цифровой записи и воспроизведения звуковых сигналов, содержащее последовательно соединенные приемник звука, первый усилитель, блок делителей напряжения, блок ключей, согласующий усилитель, второй усилитель и пьезоэлектрический дефлектор, оптически сопряженный через узел формирования апертуры луча со светодиодом и с квантующей линейкой световодов, соединенной с входами блока фотоэлектрических приемников, подсоединенного выходами к одним входам первого дещифратора, подключенного выходами к входам первого блока памяти, соединенного выходами с входами второго дещифратора, выполненного в виде последовательно соединенных блока элементов И-НЕ и реверсивного сдвигового регистра, подключенного выходами к другим входам первого дешифратора и к управляющим входам блока ключей, а также с входами блока регистрации, соединенного выходом через последовательно соединенные цифро- аналоговый преобразователь, фильтр звуковой частоты, выходной усилитель с .громкоговорителем, а также содержащее блок формирования тактовых импульсов , подключенный одним из выходов к светодиоду, отличающееся тем, что, с целью снижения погрешности записи-воспроизведения за счет уменьшения влияния колебания скорости вращения носителя записи, в него вве-. дены второй и третий блоки памяти, каждьш из которых содержит последов ательно соединенные счетчик и дешифратор, подключенный выходами к одним входам первого и второго блоков ключей, первое и второе запоми- нающее устройство, подключенные входами к выходам соответствующего блока ключей и синхронизирующими входам к первому входу счетчика, соединенного вторым входом с одним из выхо- дов дешифратора, причем соединенные между собой другие входы первого и второго блоков ключей и соединенные между собой выходы первого и второго запоминающих устройств являются соот ветственно входами и выходами второго и третьего блоков памяти, включены соответственно между выходами первого блока памяти и входами блока регистрации и между выходом блока регистрации и входом цифроаналогово- го преобразователя, а блок регистрации содержит блок формирователей импульсов , входы которого являются входами блока регистрации, блок свете- диодов, подключенный к выходам формирователей импульсов, многоэлементный фотоприемник, выход которого является выходом блока регистрации, головку записи-воспроизведения ин- формации, первый электродвигатель, сопряженный через вал с ведущим диском, выполненным с отражателем узел управления первым электродвигателем.

Пйтно

содержащий первый светодиод, сопряженный через отражатель ведущего диска с первьм фотоприемником, счетчик импульсов, подключенный входом к выходу первого фотоприемника и выходами через цифроаналоговый преобразователь к входу усилителя, соединенного выходом с первым электродвигателем, второй электродвигатель, сопряженный через винтовой механизм и зубчатую передачу с валом ведущего диска, первый и второй выключатели, сопряженные с винтовым механизмом, подключенные выходами к управляющим входам первого и второго электродвигателей, последовательно соединенные элемент задержки и второй светодиод.соединенный через световод с головкой записи- воспроизведения информации, и последовательно соединенные второй фотоприемник и третий светодиод, соответственно входом и выходом соединенные через световоды с головкой записи- воспроизведения информации, причем первьй вход счетчика второго и третьего блоков памяти подключен к одному из выходов блока формирования тактовых импульсов и к входу элемента задержки, блок светодиодов и блок фотоприемников соединены через световод с головкой записи-воспроизведения информации.

Фи$.2

rn 2S S