Устройство для линейной стационарной обработки сигналов Советский патент 1989 года по МПК H03H15/00 H03K5/01 

ftrf

0

(Л

С

Изобретение относится к радиоэлектронике. Цель изобретения - повышение точности обработки сигналов. Устройство содержит линию задержки 1, блок взвешивания 2, сумматор 3 и блок преобразования (БП) 4 тока в напряжение, состоящий из каналов 5, каждый из которых содержит преобразователи 6 и 7 тока в напряжение, дифференциальный усилитель 8 и интегратор 9. Цель достигается введением БП 4, каналы 5 которого образуют набор трансверсальных фильтров, имеющих связь выходного и входного сигналов. 5 ил.

in

J

Г

-т 5Г

w

п

.Г

Чшн

Изобретение относится к радиоэлектронике, предназначено для линейной стационарной обработки сигналов, в общем случае, многоканальной, и может быть использовано для формирования Канальных сигналов на передающей стороне, разделения канальных сигналов tia приемной стороне системы передачи Информации с частотным уплотнением Каналов, для осуществления оптимальной фильтрации, преобразования Гилъ- 0ерта и других линейных операций.

Цель изобретения - повышение точности обработки сигналов. i На фиг.1 приведена структурная Јхема устройства для линейной стацио- арной обработки сигналов; на сЬиг.2- Конструктивная схема устройства; на фиг.За - импульсная характеристика йдного из фильтров устройстваj на фиг.Зб - головка воспроизведения, на фиг.4 - головка записи, криволинейная воспроизводящая головка одного из фильтров и общая головка стирания;на фиг.5 - вольт-кулонова характеристика конденсатора с сегнетоэлектриком.

Устройство для линейной стационар- Ной обработки сигналов содержит линию 1 задержки, блок 2 взвешивания, сумматор 3 и блок 4 преобразования тока в напряжение. Блок 4 содержит каналы 5, каждый из которых включает преобразователи 6 и 7 тока в напряжение, дифференци- (нный усилитель 8 и интегратор 9,

Пример реализации линии задержки, блока взвешивания и сумматора, изображенных на фиг.1, в виде блоков 1,2 и 3, представлен на фиг.2,

Механическая часть устройства (фиг.2) содержит электродвигатель 10, На валу 11 которого закреплен (много- дорожечный дисковый) носитель 12 информации, состоящий из металлической Подложки 13, на обе стороны которой нанесены рабочие слои носителя 14 из еегнетоэлектрика. К двухстороннему носителю 12 с обеих сторон пружинами 15 прижимаются блоки головко 16 - незакрепленных дисков, имеющих одну сте- пень свободы благодаря направляющим 1 В аждый блок головок 16 состоит из диэлектрической подложки 18 и нанесенных на нее проводящих дорожек 19. На каждой дорожке - головки записи и стирания со сосредоточенными параметрами и головка воспроизведения, определяющая вид импульсной реакции

0

Q

5 5

°.

40

фильтра, с распределенными по длине, параметрами. Чтобы установить необходимую степень прижатия диакон блока головок 16 к носителю 12, стойка

20может перемещаться по основанию

21с помощью микровинта 22. Бал 11, а вместе с ним и металлическая подложка 13 соединены через скользящий контакт 23 с корпусом двигателя и заземлены.

На фиг.За приведен пример импульсной реакции одного из фильтров

gU ) g+(c + g(c) t (1)

где g + () g (-C) при g () 7 О;

g(f) g CC) при g () 0.(2)

Если бы носитель информации был не дисковый, а ленточный (как в прототипе), то проводящая дорожка, образующая головку воспроизведения данного фильтра, имела бы вид, показанный на фиг.Зб. Головка (фиг.Зб) состоит из двух полуголовок. Криволинейная граница полуголовки А (проводящих участков, соединенных между собой шиной А) ,описывается уравнением(x)kg+(x/v)kg+() , (3)

а криволинейная граница полуголовки В (проводящих участков, соединенных шиной В)

kg (x/v) kg „( t) , (4) где k - постоянная величина (коэффициент пропорциональности), х,у - пространственные координаты (фиг.Зб);

v - линейная скорость носителя 2 x/v - время прохождения носителем пути х.

При этом площади S (х) и S в(х) полуголовок А и В распределены вдоль координаты х по законам, соответствующим функциям:

gttt) и g(t),

dSft(x)y, (х) (t) d x ;

(5)

Л86(х)/уг(х)/с (O/ Ых

На фиг.4 схематически показана поверхность дискового блока головок, примененного в устройстве. Цифрами 1,11,III,IV,... обозначены номера дорожек. На 11-й дорожке (24 - головка записи), 25 и 26 - полуголовки А и В воспроизведения, 27 - головка стирания, общая для всех дорожек блока головок.

В полярных координатах г, i/ уравнение криволинейной границы полуголовки А 11-й дорожки имеет вид г д rA(if). Обозначим внутренний ра- . диус полуголовки через гОЛ(фиг.4).Тог-5 да дифференциал площади полуголовки, как функции угла ср , равен

о-5Л(ч-)г) - г д1{$

10

..- .

dlf.

Чтобы распределение площади полу- головки А по координате if соответствовало функции

В (О B + W/u,

где

и - угловая скорость вращения

диска носителя; Ъ-Ч(цл - время поворота носителя на

угол ср,

уравнение криволинейной границы полуголовки А должно удовлетворять равенству

dSA(4)kg+(/u )dif k const, (8) откуда с учетом (6) получаем

гА(ч) /2kg4(4/u)) + г0У + 2kS+(i//w)/rJA.

год

Аналогично

Г(Ч)

Гов1

+ 2kg(u/w) (10)

Между процессами поляризации сегн тоэлектрика и намагничивания феррома нетика существует аналогия, на основании которой можно утверждать, что процессы электростатической записи, воспроизведения и стирания с перпенд кулярной поляризацией аналогичны процессами магнитной записи, воспро изведения и стирания с перпендикуляр ным намагничиванием. В качестве мате

При вычерчивании границ полуголовок на маске (фотошаблоне) графопостроитель (координатограф) должен ра- .- й . /Г1Ч /,п 40 риала для изготовления рабочего слоя ботать по точным формулам (9) и (10).

Однако полезно проанализировать первое приближение этих формул для реального случая, когда ширина дорожки много меньше внутреннего радиуса дорожки, т.е.

2kg(ц /и) ) « гс,

Б этом случае, воспользовавшись приближенной формулой

VI +с -х 1 +о(/2, получим г(ч) - r0-skg(4 /w )n0. (11)

Из (11) следует, что в точных равенствах (9) и (10) зависимость г (4) от g() близка к линейной. Для того, чтобы максимальные значения импульсных реакций на всех дорожках были

носителя можно использовать сегнето- керамику, применяемую при производст ве варикондов. Самопроизвольный распад остаточной поляризации происходи

45 в первые 2-3 мин после снятия поляризующего напряжения. При этом остаточная поляризация снижается на 10- -15%. В предлагаемом устройстве записанная информация сохраняется все-

50 го лишь доли секунды. За такое малое время снижения остаточной поляризации практически не происходит.

Рассмотрим, как работает устрой55 ство. При этом учтем, что каждому

фильтру соответствует своя дорожка на носителе информации и своя проводящая дорожка на блоке головок. Количество трансверсальных фильтров, входящих

. г-5

10

15

20

одинаковыми, необходимо, чтобы ширина дорожки была в первом приближений обратно пропорциональна радиусу дорожки.

На фиг.5 показана зависимость (гис- терезисная) заряда Q от напряжения U для конденсатора с сегнетоэлектри- ком. Точно такая же зависимость элект- оического смещения D от напряженности электрического поля Е. При электростатической записи сегнетоэлект- рик находится между обкладками конденсатора (одна обкладка - головка 24 зависи, другая - заземленная проводящая подложка 13), к которому подведено напряжение записи. При этом сегнето- электрик поляризуется. Режиму короткого замыкания конденсатора (режиму воспроизведения) соответствует точка с координатами

U Oj или с координатами

Q +QU.

25

30

35

U - 0; Q -Q4,

где Q ц- остаточный заряд на обкладках конденсатора.

Электрическое смещение, соответствующее этому режиму, обозначим Вц.

Между процессами поляризации сегне- тоэлектрика и намагничивания ферромагнетика существует аналогия, на основании которой можно утверждать, что процессы электростатической записи, воспроизведения и стирания с перпендикулярной поляризацией аналогичны процессами магнитной записи, воспроизведения и стирания с перпендикулярным намагничиванием. В качестве мате.- 40 риала для изготовления рабочего слоя

риала для изготовления рабочего слоя

носителя можно использовать сегнето- керамику, применяемую при производстве варикондов. Самопроизвольный распад остаточной поляризации происходит

в первые 2-3 мин после снятия поляризующего напряжения. При этом остаточная поляризация снижается на 10- -15%. В предлагаемом устройстве записанная информация сохраняется все-

го лишь доли секунды. За такое малое время снижения остаточной поляризации практически не происходит.

Рассмотрим, как работает устройство. При этом учтем, что каждому

фильтру соответствует своя дорожка на носителе информации и своя проводящая дорожка на блоке головок. Количество трансверсальных фильтров, входящих

в устройство, определяется числом дорожек на обеих сторонах носителя. Процессы записи, воспроизведения и стирания осуществляются непрерывно во времени.

Вращение электродвигателя 10, а следовательно, и носителя 12 информации приводит к тому, что каждый участок носителя 12 последовательно прохо дит мимо неподвижных головки 24 записи головки воспроизведения (двух полуголовок 25 и 26) и головки 27 стирания (фиг.4). Входные сигналы устройства (U6X1, UBX,,..,U „„„) поступают на головки 24 записи. С полуголовок 25 и 26 воспроизведения канала, осуществляющих взвешивание и суммирование запаздывающих входных сигналов, сигналы поступают на входы каналов 5 (фиг.1). Выходы каналов 5 являются выходами устройства. Покажем, как связаны выходной и входной сигналы одного трансверсального фильтра (одного канала устройства).

Заряд на бесконечно малом участке cJ S воспроизводящей головки связан с остаточным электрическим смещением находящегося в непосредственной близости бесконечно малого участка носителя равенством

JQ Drd S (12)

С учетом равенств (7) и (8) для по луголовки А и аналогичных им равенств для полуголовки В получаем

oJQt DrdSA(y) kDrg + ()d4 1 dQ DhdS6(a) kDr/s(«)0iM )(13)

Учитывая запаздывание записанного сигнала и тот факт, что Jif u)cCS,

найдем заряды на полуголовках А и В

лэ Qt(t) dQ+ k g + (f)D,.(1-C )«

t f Qjt) JdQ. kw S/g-WMt- JC J

(14

максимальное время задержки записанного сигнала - время прохождения точки носителя от начала до конца воспроиз- водящей головки (см.фиг.За и 4).

где

лъ

Поскольку входные сопротивления преобразователей 6 и 7 тока в напря- гс кение (фиг.1) очень малы, можно считать, что полуголовки А и В образуют с носителем два закороченных конденсатора. Токи через эти конденсаторы,

совпадающие с входными токами преобразователей 6 и 7, равны

i, JQJ «Jt, ./dt. (15) Напряжение на выходах преобразователей 6 и 7 пропорциональны входным токам

U, -k,,, Ua -ktit - (16)

Напряжение на выходе дифференциального усилителя 8 (фиг.1) равно

U(t) kjttJ,,- V -k.,- i2) d

-k,k, (Q,- QJ

(17)

Сигнал на выходе интегратора 9 (фиг.1) равен

U9llx -i-Su(t) dt - k.k, (Q.- QJ

(C) .() Dr(t -C) Jt. (18)

0

Если учесть, что на основании (1) и (2)

g,(0 - )l ВДО + )

30

8 («)

(19)

и что остаточное электрическое смещение пропорционально сигналу записи (линейная запись),т.е. входному сигналу трансверсального фильтра, получим Олэ с

Uw,(t) k4 Г 8 «) uB,(t -1 )«1с.(20)

и

Выберем коэффициенты пропорциональности К,К1,К1 такими, чтобы . Тогда выражение (20) представляет собой интеграл Дюамеля, а канал устройства - трансверсальный фильтр с импульсной реакцией g() вид которой определяется рисунком полуголовок воспроизведения А и В. Длительность импульсной реакции - конечная, как у любого трансв,ерсального фильтра.Аналогично обстоит дело с остальными каналами (фильтрами). В том случае, когда на все каналы подается один входной сигнал (например, при разделении группового сигнала на канальные при частотном уплотнении), в блоке головок все головки записи можно объединить в одну записывающую головку, аналогично тому как выполнена голов- jKa 27 (фиг.4).

Использование изобретения позволяет получить набор трансверсальных фильтров. При этом устройство получается менее громоздким (планарная конструкция головок), технологичным (при изготовлении устройства используется только освоенные промышленностью технологии), решена проблема равномерного прижатия носителя к воспроизводящей головке по всей ее длине.

Формула изобретения

Устройство для линейной стационарной обработки сигналов, содержащее последовательно соединенные линию задержки, блок взвешивания и сумматор, причем входы линии задержки являются входом устройства для линейной стационарной обработки сигналов,

Ю

Г 15 L

i

тяттЛ

{

5

а линия задержки выполнена в виде равномерно перемешающегося носителя информации, вдоль которого расположены головки записи, воспроизведения и стирания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности обработки сигналов, введен блок преобразования тока в напряжение, входы которого соединены с выходами сумматора, а выходы являются выходом устройства для линейной стационарной обработки сигналов, причем носитель информации выполнен в виде металлического диска с нанесенными на обе стороны рабочими слоями из сегнетоэлект- рика, поляризуемого в перпендикулярном направлении при записи головки записи, воспроизведения и стирания выполнены емкостными и расположены по обеим сторонам носителя информации.

/J

18

ч

15 17

Ж

X

11

2/ фиг. 2

г,

/о

Фш.Ь