Устройство для многоканальной магнитной записи и воспроизведения сигналов с коррекцией временных искажений Советский патент 1993 года по МПК G11B20/22 

Изобретение относится к магнитной записи, а именно к устройствам для коррекции временных искажений, возникающих в процессе записи-воспроизведения, и может найти применение в устройствах точной магнитной записи. Целью изобретения является повышение точности коррекции временных искажений при многоканальной магнитной записи. Сущность изобретения: устройство содержит в каналах записи входные шины, сумматоры, усилители записи, головки записи информационных сигналов, головку записи, опорных сигналов, генератор опорных сигналов, два фильтра нижних частот, два делителя частоты. 3 ил.

Изобретение относится к магнитной записи, а именно к устройствам для коррекции временных искажений, возникающих в процессе записи и воспроизведения, и может найти применение в устройствах точной магнитной записи аналоговых сигналов.

Целью изобретения является повышение точности коррекции временных искажений информационных сигналов при многоканальной магнитной записи.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - взаимное расположение опорных сигналов в частотной области; на фиг.З - пример исполнения буферного накопителя.

Структурная схема устройства (фиг,1) содержит в каналах записи входные шины 1 информационных сигналов, подключенные через последовательно соединенные вторые сумматоры 2 и усилители 3 записи к головкам 4 записи информационных и опорных сигналов на носитель 5 записи, а головка 6 записи опорных сигналов соединена с выводом генератора 7 опорных сигналов через последовательно соединенные усилитель 8 записи, третий сумматор 9, пятый фильтр 10 нижних частот и второй делитель частоты 11. При этом вторые входы всех сумматоров 2 и 9 канала записи объединены и соединены с выходом генератора 7 опорных сигналов через последовательно включенные шестой фильтр 12 нижних частот и третий делитель частоты 13, а в канале воспроизведения головки 14 воспроизведения информационных сигналов соединены с выходкой шиной 15 в каждом канале информационного сигнала через последовательно включенные усилители 16 воспроизведения

00

k

00 (X Сл

а

информационных сигналов, линию задержки 17, первый фильтр 18 нижних частот, ана- лого-цифровой преобразователь 19, буферный накопитель 20, цифроаналоговый преобразователь 21 и второй полосовой фильтр 22, причем выход усилителей 16 воспроизведения информационных сигналов в каждом канале информационного сигнала соединен с вторыми входами аналого-циф- рового преобра зователя 19 и буферного накопителя 20 через последовательно соединенные десятый фильтр 23 нижних частот, второй фазовый детектор 24, четвертый фильтр 25 нижних частот, регулируемый аттенюатор 26, первый сумматор 27, первый генератор 28, управляемый напряжением, первый полосовой фильтр 29 и первый формирователь 30 импульсов, причем выход первого генератора 28, управляемого напряжением, соединен с вторым входом первого сумматора 27 через последовательно включенные первый делитель 31 частоты, первый фазовый детектор 32 и третий фильтр 33 нижних частот. При этом выход цифроаналогового преобразователя 21 соединен с вторым входом регулируемого аттенюатора 26 через последовательно включенные второй фильтр 34 нижних частот, частотный детектор 35, квадратичный детектор 36 и усилитель 37. Кроме того, выход генератора 7 опорного сигнала соединен с третьим входом буферного накопителя 20 каждого канала информационного сигнала, а головка 38 воспроизведения опорных сигналов, расположенная между головками 14 воспроизведения информационных сигналов, соединена с вторым входом второго фазового детектора 24 каждого канала информационного сигнала через последовательно соединенные усилитель 39 воспроизведения опорных сигналов, девятый фильтр 40 нижних частот и фазовраща- тель 41. Кроме того, выход усилителя 39 воспроизведения опорных сигналов соединен с пороговым устройством 42 и фильтром 43 верхних частот, выход которого соединен с вторым входом первого фазового детектора 32 каждого канала информационного сиг- нала через последовательно соединенные второй формирователь 44 импульсов и коммутатор 45, а второй вход порогового устройства 42 соединен с выходом источника опорного напряжения 46. При этом выход порогового устройства 42 соединен с вторым входом коммутатора 45, кроме того, выход усилителя 16 воспроизведения информационного сигнала, записанного на дорожку, соседнюю с дорожкой записи опорных сигналов, соединен с третьим входом коммутатора 45 через последовательно

соединенные седьмой фильтр 47 нижних частот, третий фазовый детектор 48, восьмой фильтр 49 нижних частот и второй генератор 50, управляемый напряжением, выход которого соединен также с вторым входом третьего фазового детектора 48 через четвертый делитель 51 частоты, а второй выход 52 буферного накопителя 20 одного из каналов информационного сигнала используется

для управления скоростью ведущего электродвигателя в режиме воспроизведения.

Работает устройство следующим обра зом.

На первые входы сумматоров 2 поступают с входных шин 1 информационные сигналы (ИС), а на вторые их входы - вспомогательный низкочастотный опорный сигнал (НЧОС), формируемый по цепи выход генератора 7 опорного сигнала, третий делитель 13 частоты и шестой фильтр 12 нижних частот. Сумма ИС и НЧОС усиливается в усилителе 3 записи и записывается головкой 4 записи на носитель записи 5. По цепи выход генератора 7 опорного сигнала, второй делитель 11 частоты и пятый фильтр 10 нижних частот формируется высокочастотный опорный сигнал (ВЧОС). Сигналы НЧОС и ВЧОС поступают на входы третьего сумматора 9, с его выхода - на усилитель 8

записи опорных сигналов и далее записываются на носитель записи 5 магнитной головкой 6 записи опорных сигналов.

Фильтры 10 и 12 служат для выделения первой гармоники из выходных сигналов делителей 11 и 13 с целью устранения возможности возникновения паразитных комбинационных составляющих при суммировании и записи сигналов. Магнитная головка 6 записи опорных

сигналов производит запись на дорожку, находящуюся в средней части носителя, рядом с т-ным каналом записи ИС (ИС + НЧОС), где номер канала т определяется при общем числе п каналов записи по формуле

m

Jji

2

при четном числе п.

50

И по формуле m

n + 1

при нечетном п.

Выбор взаимного расположения НЧОС, ВЧОС и ИС в частотной области (фиг.2) дол- жен быть таким, чтобы спектры НЧОС и ВЧОС (кривые 1 и 2 на фиг.2, соответственно) находились в пределах АЧХ аппарата магнитной записи (кривая 3 на фиг.2), не перекрывались вследствие действия паразитной ЧМ, возникающей за счет колебаний

скорости движения носителя, и, кроме того, спектры НЧОС и ИС (кривая 4 на фиг.2) не должны перекрываться.

После воспроизведения в каждом канале информационного сигнала считываемый головкой воспроизведения 14 сигнал усиливается усилителем воспроизведения 16, задерживается линией задержки 17, выравнивающей время нахождения информационного и опорного сигналов на входы аналого-цифрового преобразователя 19, Первый фильтр нижних частот 18 предназначен для ограничения спектра на входе аналого-цифрового преобразователя 19. После преобразования в аналого-цифровом преобразователе 19 информационного сигнала с частотой сигнала управления взятием выборок Тд 3fa. где fe - верхняя частота в спектре информационного сигнала, цифровой код записывается в буферный, накопитель 20. Так как сигнал управления формируется из опорных сигналов, подверженных таким же временным искажениям, как и информационный сигнал, а считывание из буферного накопителя осуществляется со стабильной частотой Тсчит. формируемой генератором 7 опорного сигнала и равной среднему значению частоты Тд. то после преобразования кодовых слов, считываемых из буферного накопителя 20, в аналоговую форму в цифроаналоговом преобразователе 21 и фильтрации его полосовым фильтром 22 на выходную шину 15 устройства поступает сигнал со значительно меньшими временными искажениями, чём в воспроизводимом информационном сигнале. Сигнал.управления аналого-циф- ровым преобразователем 19 формируется из опорного сигнала ВЧОС канала опорного сигнала следующим образом. После воспроизведения суммы опорных сигналов НЧОС и ВЧОС головками 38 и усиления их усилителями воспроизведения 39 они разделяются по частоте с помощью девятого фильтра нижних частот 40 и фильтра верхних частот 43 соответственно.

Далее из сигнала ВЧОС с помощью второго формирователя 44 формируется импульсный сигнал, который через коммутатор 45 поступает на умножители частоты, выполненные на основе схемы ФАПЧ, в каждом канале информационного сигнала.

Схемы ФАПЧ состоят из первого фазового детектора 32. третьего фильтра нижних частот 33, первого сумматора 27, первого генератора, управляемого напряжением 28, первого делителя частоты 31. Для обеспечения равенства средних частот записи и считывания из буферного накопителя коэффициент умножения частоты схемой ФАПЧ, определяемый коэффициентом деления первого делителя частоты 31, выбирается равным коэффициенту деления второго де- 5 лителя частоты 11, а аппарат магнитной записи должен иметь систему регулирования средней скорости движения носителя, сигнал управления которой формируется на шине 52 одного из информационных канаХ) лов устройства. Выходной сигнал генератора, управляемого напряжением 28, после фильтрации полосовым фильтром 29 и формирования из выходного сигнала фильтра 29 с помощью формирователя импульсов 30

5 поступает на вход управления выборкой аналого-цифрового преобразователя 19 и вход управления записью буферного накопителя 20.

Выделение сигнала ошибки, пропорци0 онального МВИ, в каждом канале информационного сигнала осуществляется с помощью второго фазового детектора 24. На первый его вход поступает НЧОС, отфильтрованный от И С десятым фильтром

5 нижних частот 23, а на второй вход - сигнал НЧОС, записанный в канале опорного сигнала, выделенный девятым фильтром, ниж- . них частот 40 и сдвинутый по фазе 90° фазовращателем 41, что необходимо для ус0 тановки рабочей точки фазового детектора 24 на середине линейного участка. С выхода фазового детектора 24 сигнал через четвертый фильтр нижних частот 25 и регулируемый аттенюатор 26 поступает на

5 другой вход первго сумматора 27 в петле ФАПЧ. Частота среза фильтра нижних частот 25 равна верхней частоте в спектре МВИ. Регулируемый аттенюатор 26 имеет возможность начальной регулировки коэф0 фициента передачи. При отключенном входе управления в процессе настройки устройства так регулируют его коэффициент передачи индивидуально в каждом канале, чтобы добиться минимума ВИ в выходном сйг5 нале устройства. Затем подключают вход . управления (замыкая тем самым цепь обратной связи) и в дальнейшем при работе устройства минимум ВИ на выходе устройства при действии дестабилизирующих факто0 ров устанавливается автоматически.

Цепь обратной связи, включенная меж- ду выходом цифроаналогового преобразо-. вателя 21 и входом управления аттенюатора 26, работает следующим образом. За счет

5 неидеальности коррекции ВИ сигнал НЧОС на выходе цифроаналогового преобразователя 21 имеет остаточные ВИ, проявляющиеся как паразитная частотная модуляция сигнала (ПЧМ). Такую е ПЧМ имеет и выходной информационный сигнал. Выделенный

вторым фильтром нижних частот 34 НЧОС с ПЧМ поступает на частотный детектор 35, выделяющий сигнал, пропорциональный ПЧМ НЧОС, т.е. остаточным ВИ. Он детектируется и фильтруется с помощью квадра- тичного детектора 36, формирующего на выходе постоянное напряжение, пропорциональное остаточным ВИ. После усиления усилителем 37-это напряжение управляет коэффициентом передачи регулируемого аттенюатора 26, через который подается сигнал, пропорциональный МВИ, на вход сумматора 27 петли ФАПЧ. формирующей сигнал управления записью в буферный накопитель 20. Причем сигнал управления фа- зируется так, чтобы при возрастании МВИ коэффициент передачи аттенюатора 26 возрастал, а при уменьшении уменьшался.

Таким образом, вводится следующая обратная связь, обеспечивающая подстройку эффективности коррекции МВИ автоматически при изменении геометрических параметров головок, при записи и воспроизведении на различных аппаратах магнит- ной записи, при изменении параметров лентопротяжного механизма.

Для предотвращения сбоев устройства при действии ЛАМ, воздействию которой может быть наиболее подвержен ВЧОС, предусмотрена его замена при пропаданиях.

Замена осуществляется умноженным в необходимое число раз НЧОС, записанным в канале опорного сигнала, следовательно, имеющим те же ВИ, что и ВЧОС. Так как НЧОС записан в низкочастотной области АЧХ АМЗВ, то действие ПАМ на него проявляется значительно меньше, чем на ВЧОС. Замена происходит при появлении сигнала управления на выходе порогового устройства 42, на один вход которого поступает ВЧОС, а на другой - с источника опорного напряжения 46 пороговый уровень, несколько превышающий уровень шумов в ка- нале опорного сигнала. Таким образом, пока уровень ВЧОС выше порогового уровня, он поступает на выход коммутатора 45. При уменьшении уровня ВЧОС ниже поро- . гового происходит переключение коммута- тора 45 и на его выход поступает НЧОС, умноженный схемой ФАПЧ, состоящей из третьего фазового детзктора 48, десятого фильтра нижних частот 49,, второго генератора, управляемого напряжением 50, и четвер- того делителя частоты 51. Коэффициент умножения ФАК К равен коэффициенту деления делителя частоты 51 и определяется по формуле

к fBHOC

тнчос

где f вчос и fHHOC - величины частот соответственно высокочастотного и низкочастотного опорных сигналов.

Усилители записи 3 и 8 выполнены на операционных усилителях (ОУ) типа К1407УД1. Генератор опорного сигнала 7 выполнен на высокостабильном (± ) кварцевом генераторе ГКВО-П-10-1 Сонет ЦЛ2.210.060 ТУ, делители частоты 11, 13 и 51 - на программируемых интегральных счетчиках типа К155ИЕ7, фильтры нижних частот 10, 12, 18, 23, 25. 33, 34, 40, 47 и 49 устройства, фильтр верхних частот 43, а также полосовые фильтры 22 и 29 выполнены по схемам активных RC-филь тров с обратной чебышевской аппроксимацией на ОУ типа К1407УД1, сумматоры 2, 9 и 27 - на ОУ типа К1407УД1 по схеме суммирующего усилителя, усилители воспроизведения информационного 14 и 16 опорного 39 сигналов выполнены на ОУ типа К 140УД1, линия задержки 17 выполнена на дискретно-аналоговой интегральной линии задержки типа 528БР1, аналого-цифровой преобразователь 19 - на микросхеме К 1113ПВ1, цифро- аналоговый преобразователь 21 - на микросхеме К594ПА1, формирователи импульсов 30 и 44 - на интегральных компараторах типа К521САЗ, генераторы, управляемые напряжением 28 и 50, - на микросхеме К531ГГ1, фазовые детекторы/ 24, 32 и 48 выполнены, например, по схеме, показанной на рис 6.60 в кн. В.Манасевич. Синтезаторы частот. Теория и проектирование. М.: Связь, 1979, с. 288, регулируемый аттенюатор 26 на полевом транзисторе КПЗОЗОЕ, частотный детектор 35 представляет собой одновибратор типа 155АГ1 и фильтр нижних частот на ОУ типа К1401УД1, соединенные последовательно, квадратичный детектор 36 собран на перемножителе 525ПС2 и фильтре нижних частот на ОУтипа К1401УД1, соединены последовательно, усилитель 37 - на ОУ типа К1407УД1, источник опорного напряжения 46 - на ОУ типа К140УД7 по схеме компенсационного стабилизатора напряжения, фазовращатель 41 выполнен по схеме фазового звена на ОУ типа К1407УД1, коммутатор 45 выполнен на микросхеме типа К590КИ2.

Возможный вариант выполнения буферного накопителя 20 (структурная схема) приведен на фиг.З. Запоминание цифрового кода информационного сигнала, поступающего от аналого-цифрового преобразователя 19, производится в оперативном

запоминающем устройстве (ОЗУ), выполненном на микросхемах КР 537РУ10. Адреса записи и считывания кода на ОЗК формируются счетчиками адресов записи и считывания. В качестве счетчиков адресов использованы счетчики с начальной установкой кода типа К155ИЕ7. Начальный сдвиг между адресами записи и считывания осуществляется схемой начальной установки, коммутация адресов на адресных входах ОЗУ производится с помощью мультиплексора адресов. Схема мультиплексора адресов, кроме того, обеспечивает приоритет считывания информации из ОЗУ и при одновременном приходе сигналов на запись и считывание задерживает сигнал записи до окончания цикла считывания. Для нормального функционирования устройства необходимо обеспечить равенство средних скоростей записи и воспроизведения в аппарате магнитной записи. Для этих целей .в буферный накопитель одного из каналов устройства добавлены вычитатель кодов и цифроаналоговый преобразователь. Так как счетчик адреса считывания считает импульсы от высокостабильного опорного генератора 7, а счетчик адреса записи - импульсы, сформированные из умноженного воспроизведенного опорного сигнала ВЧОС, подверженного действию нестабильности движения носителя при воспроизведении, то цифровой код на выходе вычитателя кодов будет пропорционален измененным скорости движения носителя при воспроизведении. С помощью цифроаналогового преобразователя этот код преобразуется в аналоговое напряжение и через выходную шину 52 управления скоростного движения носителя поступает на блок управления скоростью (на фиг. 1 не показан).

Запись на носитель суммы двух опорных сигналов по одному каналу устройства и суммы низкочастотного опорного сигнала и информационного сигнала по остальным каналам позволяет устранить влияние межканальных временных сдвигов на точность коррекции и, следовательно, повысить точность коррекции временных искажений в каждом канале по сравнению с аналогичным устройством в 3-4 раза. Кроме того, повышается поперечная плотность записи. Формул а изо бретен и я Устройство для многоканальной магнитной записи и воспроизведения сигналов с коррекцией временных искажений, содержащее генератор опорного сигнала, усилитель записи опорного сигнала, выходом подключенный к головке записи опорного сигнала, в каждом канале записи информационного сигнала-входную шину информационных сигналов, соединенную через усилитель записи информационного сигнала с головкой записи информационного сигнала, последовательно соединенные головку 5 воспроизведения опорного сигнала и усилителя воспроизведения опорного сигнала, выход которого соединен входом фазовращателя, а в каждом канале воспроизведения информационного сигнала - по0 следовательно соединенные головку воспроизведения информационных сигналов, усилитель воспроизведения информационных сигналов, линию задержки, первый фильтр нижних частот аналого-циф5 ровой преобразователь, буферный накопи- тель, цифроаналоговый преобразователь и второй фильтр нижних частот, выходную шину, последовательно соединенные первый фазовый детектор, третий фильтр ниж0 них частот, первый сумматор, первый генератор, управляемый напряжением, первый полосовой фильтр и первый формирователь импульсов, выходом соединенный с управляющими входами аналого-цифрового

5 преобразователя и буферного накопителя, первый делитель частоты, включенный между входом первого фазового детектора и выходом первого генератора, управляемого напряжением, второй фазовый детектор,

0 подключенный выходом к входу четвертого фильтра нижних частот, а одним входом - к выходу фазовращателя. отличающееся тем, что, с целью повышения точности, введены для каналов записи опорных сигналов

5 последовательно соединенные второй делитель частоты и пятый фильтр нижних частот, последовательно соединенные третий делитель частоты и шестой фильтр нижних частот, в каждый канал записи ин0 формационных сигналов-второй сумматор, через который входная шина информационных сигналов соединена с входом усилителя записи информационных сигналов, в канал записи опорного сигнала - третий сумма5 тор, выходом подключенный к входу усилителя записи опорного сигнала, одним входом и другим.входом второго сумматора - к выходу шестого фильтра нижних частот, другим входом - к выходу пятого фильтра

0 нижних частот, а входы первого и второго делителей частоты соединены с выходом генератора опорного сигнала и тактовым

входом буферного накопителя каждого канала воспроизведения информационных

5 сигналов, для каналов воспроизведения информационных сигналов введены последовательно соединенные седьмой фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу усилителя воспроизведения ин- формационных сигналов с дорожки носителя, соседней с дорожкой записи опорных сигналов, третий фазовый детектор, восьмой фильтр нижних частот, второй генератор, управляемый напряжением, и коммутатор, выходом подключенный к другому входу первого фазового детектора в каждом канале воспроизведения информационных сигналов, четвертый делитель частоты, включенный между выходом второго генератора, управляемого напряжением, и другим входом третьего фазового детектора, девятый фильтр нижних частот, через который выход усилителя воспроизведения опорного сигнала соединен с входом фаэов- ращателя, последовательно соединенные фильтр высоких частот и второй формирователь импульсов, выходом подключенный к второму входу коммутатора, источник опорного напряжения, пороговый блок, включенный между выходом источника опорного напряжения и третьим входом коммутатора,

dU-o3km- /

и другим входом соединенный с входами девятого фильтра нижних частот и фильтра высоких частот, а в каждый канал воспроизведения информационных сигналов введены шина управления, подключенная к дополнительному выходу буферного накопителя, десятый фильтр нижних частот, подключенный между входом элемента задержки и другим входом второго фазового

детектора, последовательно соединенные частотный детектор, входом подключенный к выходу второго фильтра нижних частот, квадратичный детектор, усилитель и регулируемый аттенюатор, другой вход которого

подключен к выходу четвертого фильтра нижних частот, а выход - к другому входу первого сумматора в каждом канале воспроизведения информационных сигналов, и второй полосовой фильтр, включенный между входом второго фильтра нижних частот и выходной шиной.

1-й канал информационного сигнала

1.. т-й канал, информационного сигнала