Цифровой магнитофон

 

Использование: в бытовом цифровом кассетном магнитофоне в качестве устройства цифровой звукозаписи на магнитную ленту в кассете. Сущность изобретения: повышение надежности работы и уменьшение искажений аналогового сигнала при преобразовании в код достигается исключением из состава магнитофона узла вращающихся магнитных головок, блочного корректирующего кодера и декодера. Цифровой магнитофон включает АЦП, формирователь группового цифрового потока, усилитель записи, подвижную магнитную головку на пьезопреобразователе, лентопротяжный механизм, вторую неподвижную магнитную головку, усилитель воспроизведения, два канала обработки цифрового потока, два ЦАП и два фильтра низкой частоты. Выполнение записи - воспроизведения одной универсальной подвижной магнитной головкой обоих каналов, закрепленной на свободном конце пьезопреобразователя, придающего ей синусоидальную траекторию сканирования, достигается введением в записывающей части АЦП пространственного преобразования в код без предфильтра и без устройства выборки и хранения, формирователя группового цифрового потока, пьезопреобразователя с блоком управления, в воспроизводящей части - двух каналов обработки цифрового потока. 1 з. п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к устройствам цифровой звукозаписи на магнитную ленту в кассете, может быть использовано как бытовой цифровой кассетный магнитофон.

Известен цифровой магнитофон с продольной многодорожечной записью [1] содержащий в записывающей части ИКМ кодер в составе последовательно соединенных предфильтра, устройства выборки и хранения и АЦЕП в каждом канале, блочный корректирующий кодер (цифровой процессор) для всех каналов, состоящий из последовательно соединенных мультиплексора, кодера защиты от ошибок, перемножителя, второго кодера защиты от ошибок и демультиплексора, последовательно соединенные в каждом канале канальный кодер, усилитель записи и многодорожечный блок головок записи, ЛПМ с системами автоматического регулирования, в воспроизводящей части в каждом канале последовательно соединенные блок головок воспроизведения, канальный декодер и буферную память, общий корректирующий декодер в составе последовательно соединенных мультиплексора, декодера защиты от ошибок, деперемежителя, второго декодера защиты от ошибок и демультиплексора, последовательно соединенных в каждом канале ЦАП и фильтр низких частот, и включает опорный генератор и устройство синхронизации и управления. Запись осуществляется на 3,81 мм магнитную ленту в кассете в двух направлениях с перевертыванием кассеты, шаг дорожек 80 мкм, ширина дорожки 65 мкм, половина ширины ленты 1,905 мм, разрядность 16 бит/отсчет, информационных дорожек 20, магнитных головок в каждом блоке записи кодов 20, скорость ленты 47,6 мм/с, суммарная скорость цифрового потока 2,4 Мбит/с, продольная плотность записи 2,52 кбит/мм, частота дисекретизации 48 кГц.

Недостатками аналога являются: искажения аналогового сигнала при преобразовании его в код в префильтре и в устройстве выборки и хранения, применение сложных блоков магнитных головок в каждом канале записи и воспроизведения и применение сложных аппаратурных средств обнаружения и справления ошибок снижает надежность работы магнитофона и увеличивает его стоимость, большая избыточность канального кода 8-10 36% Прототипом принят цифровой бытовой магнитофон формата записи R-ДВТ (цифровой магнитофон с записью звука вращающимися головками) [2] содержащий в записывающей части в каждом канале АЦП общие для каналов кодер коррекции ошибок и перемежитель, в каждом канале модулятор 8-10 и усилитель записи, коммутатор, ЛПМ с узлом вращающихся магнитных головок, системы автоматического регулирования скорости движения ленты, скорости вращения барабана головок, автокрекинг, в воспроизводящей части содержит в каждом канале усилитель воспроизведения и демодулятор 8-10, общие для каналов деперемежитель и декодер коррекции ошибок, и в каждом канале ЦАП с фильтром низкой частоты, а также устройство управления и кодер субкода. Магнитные головки в барабане универсальные. Ширина ленты 3,81 мм в кассете, запись в одном направлении по ширине 2,61 мм, ширина cтрочки (он же шаг) записи 13,5 мкм без защитных промежутков, частота дискретизации 48 кГц, квантование 16 разрядов, движение магнитной леты 8,15 мм/с, скорость цифрового потока 2,46 Мбит/с, линейная плотность записи 2,4 кбит/мм, код канала 8-10, избыточность которого 37,5% минимальная длина волны записи 0,67 мкм.

Недостатки прототипа: искажение аналогового сигнала при преобразовании его в код в предфильтре и в устройстве выборки и хранения; высокая стоимость из-за дорогостоящих средств обнаружения и исправления ошибок записи и узла вращающихся магнитных головок и ЛПМ; снижение надежности работы устройства применения сложного узла вращения магнитных головок и ЛПМ, низкой долговечности головок (из-за высокой скорости перемещения их относительно ленты и наличия сложных аппаратурных средств обнаружения и исправления ошибок; большая избыточность кода 37,5% Цель изобретения повышение надежности работы и уменьшение искажений аналогового сигнала при преобразовании в код.

Устройство осуществляет преобразование двух сигналов звука в 16-разрядные коды с дискретностью 160 кГц, формирование группового цифрового потока 6,08 Мбит/с, записью его на магнитную ленту в кассете путем сканирования одной универсальной магнитной головки для обоих каналов ленты поперек ее движения по синусоидальной траектории, создаваемой пьезопреобразователем с магнитной головкой на конце. Воспроизведение цифровой фонограммы осуществляется этой же универсальной магнитной головкой считыванием кодов при сканировании ленты по траектории ее записи, разделением цифрового потока на два канала, выделением в каждом кодов сигналов и преобразованием их в аналоговые сигналы для усилителя мощности.

Выполнение цели упрощает состав аппаратуры магнитофона исключением из него узла блока вращающихся головок, систем автоматического регулирования (за ненадобностью), блочного корректирующего кодера и декодера.

Цель достигается выполнением записи и считывания цифровой информации обоих каналов одной универсальной магнитной головкой, закрепленной на свободном конце пьезопреобразователя, придающего ей синусоидальную траекторию сканирования одной половины ленты, введением в записывающей части магнитофона формирователя группового цифрового потока, представляющего единицы кода первого канала положительными полусинусоидами, а единицы кода второго канала отрицательными полусинусоидами, пьезопреобразователя с блоком управления, неподвижной магнитной головки, формирующей управляющие сигналы для синусоидального сканирования, в воспроизводящей части введением двух каналов обработки цифрового потока, и последовательно соединенных усилителя-формирователя импульса, элемента И, формирователя импульса (по длительности) и ключа, определяющих моменты начала сканирования. Уменьшение искажения звукового сигнала при преобразовании в код достигается применением АЦП пространственного кодирования без предфильтра и без устройства выборки и хранения.

На фиг. 1 структурная схема цифрового магнитофона; на фиг. 2 функциональная схема АЦП; на фиг. 3 плоскость входных зрачков квантующей линейки в АЦП; на фиг. 4 функциональная схема формирователя группового цифрового потока; на фиг. 5 расположение дорожки записи и ее форма на магнитной ленте; на фиг. 6 период траектории записи.

Магнитофон включает (фиг. 1) в записывающей части два идентичных АЦП 1, последовательно соединенные формирователь 2 группового цифрового потока, усилитель 3 записи и универсальную магнитную головку 4, пьезопреобразователь 5, блок 6 управления пьезопреобразователем, выполненный в составе первого и второго источников 7, 8 опорного напряжения и усилителя 9, лентопротяжный механизм 10 (ЛПМ), подобный аналоговому кассетному магнитофону, последовательно соединенные генератор 11 синусоидальных колебаний и делитель 12 частоты, неподвижную универсальную магнитную головку 13, последовательно соединенные усилитель-формирователь 14, элемент И 15, формирователь 16 импульсов и ключ 17, в воспроизводящей части включает один усилитель 18 воспроизведения, два идентичных канала обработки цифровых сигналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные формирователь 19 импульсов, первый ключ 20, триггер 21, второй ключ 22 и первый регистр 23, последовательно соединенные третий ключ 24, четвертый ключ 25, второй регистр 26, цифроаналоговый преобразователь 27 и фильтр 28 низких частот, а также последовательно соединенные ключ 29, счетчик 30 и элемент И 31.

АЦП 1 содержит (фиг. 2) последовательно соединенные управляемый делитель 32 напряжения, блок 33 ключей, согласующий усилитель 34, усилитель 35 и пьезодефлектор 36, излучатель в составе импульсного светодиода 37, щелевой диафрагмы 38 и объектива 39, квантующую линейку 40 световодов, последовательно соединенные блок 41 фотоприемников, первый дешифратор 42, шифратор 43 и второй дешифратор 44, а также включает третий дешифратор 45, формирующий сигнал "1" в 18-ый разряд кода для получения признака четности единиц в коде, и ключ 46, формирующий знак отрицательной полярности.

Формирователь 2 группового цифрового потока включает (фиг. 4) два канала, каждый из которых содержит последовательно соединенные приемный регистр 47, блок 48 элементов И, элемент ИЛИ 49 и выходной ключ 50, первый и второй самоходные распределители 51, 52 импульсов, последовательно соединенные счетчик 53, элемент И 54 и первый ключ 55 и второй ключ 56.

Устройство работает следующим образом.

На входы АЦП поступают звуковые аналоговые сигналы от источников звука в диапазоне от -0,65 В до +0,65 В. В АЦП сигнал поступает на вход управляемого делителя 32 напряжения, являющийся семиступенчатым резистивным делителем, коэффициент передачи которого изменяется сигналами со второго дешифратора при помощи семи ключей в блоке 33, подключающих выход ступеней делителя 32 к входу согласующего усилителя 34, являющегося эмиттерным повторителем.

Сигнал после согласующего усилителя, усиленный до соответствующей величины усилителем 35, поступает на электроды пьезодефлектора 36, который разверткой луча по поверхности входных зрачков квантующей линейки 40 световодов преобразует аналоговый сигнал в двоичный код. Преобразование выполняется с частотой 160 кГц, поступающей на вход светодиода 37 с первого выхода делителя 12 частоты. В момент излучения импульса светодиодом 37 луч отражается пьезодефлектором в соответствующий световод, преобразуется в электри- ческий сигнал фотоприемника блока 41, который через первый дешифратор 42 поступает на соответствующий вход шифратора 43 и выдает из него код, соответствующий мгновенному значению входного сигнала.

Для сканирования используется обратный пьезоэлектрический эффект, возникающий под воздействием сигнала с усилителя 35. Щелевая диафрагма 38 и объектив 39 формирует луч шириной, равной диаметру входного зрачка световода, и высотой 1 мм для облегчения юстировки при настройке АЦП. Диаметр входного зрачка световодов принят 0,01 мм. Источником излучения является инфракрасный импульсный диод АЛ402А с временем нарастания импульса излучения 25 нс, что с запасом удовлетворяет частоте дискретизации 160 кГц.

Дискретизация осуществляется излучением светодиода 37 по управляющему сигналу с первого выхода делителя 12 частоты, поступающего параллельно на оба АЦП.

Квантующая линейка 40 световодов представляет собой набор 1024х2 штук световодов плюс два для выявления полярности (фиг. 3). Ширина входной плоскости линейки 40 составляет: 1025х2х0,01 мм20,5 мм. Дальность расположения входной плоскости линейки от отражающей поверхности пьезодефлектора при угле отклонения луча дефлектором в 15^осоставляет 28,26 мм. Световые импульсы преобразуются фотоприемниками блока 41 в электрические, фотоприемниками являются лавинные фотодиоды ЛФД, изготовленные методом микроэлектронной технологии на выходных торцах световодов линейки 40. Выходы фотоприемников подключены к соответствующим входам дешифратора 42. Разрешающая способность квантования линейкой 40 принята 10 мкВ, что при кодировании 16-разрядным кодом составляет диапазон кодирумого сигнала на входе АЦП от -0,65536 до +0,65536 В (2¹⁶ х 0,00001 В).

Первые 1024 световода предназначены для кодирования сигнала положительной полярности в 10-разрядный код, вторые 1024 световода для кодирования сигнала отрицательной полярности в 10-разрядный код. Дешифратор 42 предназначен для коммутации выхода соответствующего фотоприемника и выхода второго дешифратора 44 с соответствующим входом шифратора 43.

Код формируется шифратором при возбуждении соответствующей входной его шины сигналом с выхода первого дешифратора 42. На выходе шифратора 43 код представляется 16-разрядным параллельным кодом, а сигнал полярности формируется ключом 46 и представляется импульсом "1" в 17-м разряде на выходе АЦП. Код с шифратора идет на выход АЦП и на вход второго дешифратора 44, который соответственно величине кода импульсом с соответствующего выхода открывает в блоке 33 соответствующий ключ. Этот же импульс поступает и на соответствующий вход первого дешифратора 42 для выдачи из шифратора 43 совместно с импульсом с фотоприемника блока 41 кода, большего числа 2¹⁰.

Для выявления достоверности считываемых с ленты кодов применяется проверка их на четность составляющих код единиц. Признак четности формируется третий дешифратор 45. Код с шифратора 43 и единица знака полярности "-" с ключа 46 поступают в дешифратор 45, предназначенный для добавления импульса в 18-й контрольный разряд. При добавлении в 18-й разряд "1" общее их число становится четным. Значение контрольного разряда "1", если количество единиц в коде нечетно, и равно "0", если единиц в коде четно.

С поступлением в дешифратор 45 кода с четным числом единиц на выходе сигнал отсутствует, при поступлении с нечетным числом единиц на выходе появляется импульс, заполняющий 18-й разряд. Знак полярности формирует ключ 46. При положительной полярности импульс со световода "+" (фиг. 3) закрывает ключ 46, при отрицательной полярности импульс со световода "-" открывает ключ 46, и в 17-й разряд при каждой выдаче шифратором 43 кода поступает и сигнал знака "-". С изменением полярности на положительную ключ 46 закрывается, и сигнал дискретности через ключ не проходит. Таким образом, с выхода АЦП с частотой 160 кГц выходят 18-разрядные коды, значение звукового сигнала в них представлено 16-ю разрядами (65536 уровней квантования).

Процесс кодирования в АЦП идет следующим образом.

При включении питания (или при отсутствии сигнала на входе) на вход второго дешифратора 44 поступает код из одних нулей. Сигнал с первого выхода дешифратора 44 открывает первый ключ в блоке 33, который подключает к входу согласующего усилителя 34 первую ступень делителя 32, определяя этим коэффициент передачи делителя 1,0. При поступлении на вход делителя 32 сигнала он усиливается в усилителе 35 и поступает на электроды пьезодефлектора 36, который по нему производит отклонение луча в плоскости входных зрачков световодов линейки 40, а шифратор 43 выдает код, соответствующий амплитуде входного сигнала. С ростом амплитуды входного сигнала этот процесс повторяется до появления кода 2¹⁰. С приходом в дешифратор 44 кода 2¹⁰ появляется импульс на его втором выходе, который открывает второй ключ в блоке 33 и закрывает первый ключ. Коэффициент передачи делителя 32 становится 0,5.

С дальнейшим ростом сигнала в дешифратор 44 поступает код 2¹¹ и аналогичным порядком коэффициента передачи становится 0,25. При коде 2¹²открывается четвертый ключ коэффициент передачи 0,125, при коде 2¹³ коэффициент 0,0625, при коде 2¹⁴ 0,03125, при коде 2¹⁵ 0,015625, который остается до кода 2¹⁶.

С уменьшением амплитуды входного сигнала идет обратный процесс, ключи открываются в обратной последовательности. Быстродействие преобразования складывается из задержки сигнала: фотоприемником 0,01 мкс, первым дешифратором 42 0,2 мкс, шифратором 0,2 мкс, вторым дешифратором 44 линейным 0,05 мкс и срабатыванием ключа в блоке 33 0,05 мкс. Время преобразования при формировании максимального кода 2¹⁶составляет 0,5 мкс, что с запасом удовлетворяет дискретизации в 160 кГц. Быстродействие АЦП составляет не менее 2 10⁶ преоб/с. Скорость цифрового потока с одного АЦП равна: 160 10³ Гц х 18 р 2,88 Мбит/с.

С выхода АЦП коды в параллельном виде поступают в формирователь 2 группового цифрового потока с частотой дискретизации, а в нем в приемные регистры 47, служащие для приема и кратковременного хранения кодов, которые выдаются из них импульсами дискретизации с 1-го выхода блока 12. Коды поступают на первые входы элементов И блоков 48, каждый из которых имеет по 18 элементов И. На вторые входы элементов И поступают импульсы с распределителей 51 и 52. Распределители импульсов являются самоходными распре- делителями импульсов [3] имеют по 18 выходов каждый и выполнены по схеме.

Пусковым импульсом для распределителя 51 является положительный полупериод синусоиды тактового колебания 3,04 МГц, пусковым импульсом для распределителя 52 отрицательный полупериод этого же колебания. Ключи 55, 56 открываются на длительность одного колебания (329 нс) импульсом с выхода элемента И 54, который срабатывает в момент формирования счетчиком 53 кода 10010 (18). С включением питания счетчик 53 начинает счет импульсов частотой 3,04 МГц с 3-го выхода делителя 12 частоты. С приходом 18-го импульса сигналы с двух разрядов счетчика поступают в элемент И 53, который своим импульсом длительностью 329 не открывает ключи 55, 56 и распределители 51, 52 запускаются в работу на один цикл, за который с каждого на вторые входы элементов И поступают 18 импульсов.

Выходные импульсы с элементов И первого блока 48 через элемент ИЛИ 49 открывают на время своей длительности (164 нс) первый управляемый вход выходного ключа 50. В момент открытого состояния ключа 50 через него на выход формирователя 2 проходит положительный полупериод синусоидального колебания частотой 3,04 МГц.

Таким образом, код, поступивший в параллельном виде в приемный регистр 47, преобразован в последовательный вид, причем единицы кода, представленные до этого импульсами, на выходе формирователя представлены положительными полусинусоидами. Выходные ключи 50 выполнены по диодной мостовой схеме с временем включения 0,01 мкс. Импульсы с элементов И второго блока 48 через элемент ИЛИ 49 открывает второй выходной ключ 50 на время своей длительности (164 нс), на выход которого проходят отрицательные полупериоды синусоид. Код, поступивший в параллельном виде во второй приемный регистр 47, преобразован в последовательный вид с представлением его единиц не импульсами, а отрицательными полусинусоидами.

В результате с выхода формирователя 2 следуют целые и нецелые синусоиды частотой 3,04 МГц, объединяющие в себе 18-разрядные коды обоих каналов. Скорость цифрового потока в усилитель 3 записи составляет: 160 кГц х 18 х 2 5,76 Мбит/с записываемый на ленту целыми и нецелыми синусоидами частотой 3,04 МГц. Тактовая частота магнитофона 3,04 МГц и берется из расчета, что к 18 колебаниям, определяющим 18 разрядов в коде, добавляется еще 19-е колебание, на длительность которого закрываются ключи 20 при воспроизведении: 160 кГц х 19 х 2 3,04 МГц.

В цифровом потоке в кодах первого канала единицы представлены положительными полусинусоидами, а нули их отсутствием, в кодах второго канала единицы представлены отрицательными полуси- нусоидами, а нули их отсутствием. Представление единиц с импульсов на положительные и отрицательные полусинусоиды принято по двум причинам: уменьшить тактовую частоту в 2 раза, так как в одной синусоиде две амплитуды с разной полярностью, что позволяет пустить первый канал положительными полусинусоидами, второй канал отрицательными полусинусоидами, и по признакам полярности их потом разделить поканально, синусоидальная форма колебаний меньше других подвержена искажениям при преобразованиях и легче других восстановима.

На вход усилителя 3 записи поступают целые и нецелые синусоидальные колебания одной частоты 3,04 МГц. Усиленные колебания цифрового потока поступают в магнитную головку 4, которая является универсальной магнитной головкой такой же, что и применяемая в блоке вращающихся головок у прототипа, и закреплена на свободном конце пьезопреобразователя 5. Эффективная ширина рабочего зазора головки 4 составляет 0,5 мкм, что позволяет записывать /2 0,6 мкм. Расположение головки 4 на пьезопреобразователе такое, что рабочий зазор расположен по направлению движения ленты, т.е. повернуто на 90^о против обычных аналоговых магнитофонов. Ширина дорожки записи как у прототипа 13,5 мкм, защитный промежуток между дорожками записи образуется при движении ленты с соответствующей скоростью (фиг. 5). Вторая магнитная головка 13 является обычной универсальной магнитной головкой, выполняющей запись управляющих сигналов посреди дорожки сканирования (фиг. 5) и считывание их при воспроизведении. Ширина рабочего зазора 1 мкм, ширина дорожки записи 0,06 мм. Головка 13 имеет направляющие для исключения вертикального перемещения магнитной ленты, закреплена неподвижно впереди сканирующей головки 4 по ходу ленты, рабочий зазор ее перпендикулярен направлению движения ленты.

Преобразователь 5 (ПП) является консольно закрепленным биморфным пьезопреобразователем, на свободном конце которого расположена универсальная магнитная головка 4. ПП 5 содержит две пьезоэлектрические пластины, снабжен внутренним и двумя наружными электродами [4] При подаче управляющего напряжения происходит деформация пьезопластин: одна удлиняется, другая укорачивается, возникает изгибающий момент сил, и незакрепленный конец ПП 5 отклоняется от начального положения.

Управляющий сигнал формирует блок 6. Выход источника 7 опорного напряжения соединен с электродом верхней пьезопластина, выход источника 8 соединен с электродом нижней пластины, выход усилителя 9 с внутренним электродом между пьезопластинами. Форма колебания на фиг. 6. Управляющим сигналом являются синусоидальные колебания частотой 1042 Гц с пятого выхода делителя 12, которые поступают на вход усилителя 9 через ключ 17, открываемый на длительность одного колебания. Импульс открытия на управляющий вход ключа 17 поступает с формирователя 16 импульсов, который с приходом импульса с элемента И 15 формирует импульс по длительности, равной длительности одного колебания синусоиды 1/1042 959 мкс. Элементы И 15 формирует импульс на выходе с приходом на его входы импульса с 4-го выхода делителя 12 с частотой повторения 1042 Гц и длительностью 1,0 мкс и импульса с 6-го выхода блока 12 частотой 3,04 МГц.

Одновременно импульс с 4-го выхода частотой повторения 1042 Гц поступает и в неподвижную магнитную головку 13, которая записывает на середине сканируемой половины ленты (фиг. 5) управляющий сигнал, ширина дорожки записи 60 мкм.

В режиме "запись" магнитная головка 4 подключена к выходу усилителя 3 записи, головка 13 к 4-му выходу делителя 12, к нему же подключен и первый вход элемента И 15.

Траектория записи представляет собой синусоидальные колебания с размахом амплитуды 1,75 мм, 0,875 мм. При записываемой /2 0,6 мкм за один период записывается 2616 (1750 х 2 1,2 мкм) или 2916 х 2 5832 бит (фиг. 6). Период сканирования составляет 2916 х 0,329 мкс 959,4 мкс 0,329 нс). Частота сканирования при записи и считывании 1042 Гц . Перемещение магнитной ленты за один период сканирования принят 0,05 мм, следовательно, скорость движения ленты составляет: ^959,4₁ ^м_c^{кс -}_- ⁰_X^{,05 мм} X 52,12 мм/с или ^{бит -}_- ^X_{0,05 мм}
X 52,12 мм/с
Лентопротяжный механизм 10 является близким по устройству ЛПМ существующих аналоговых кассетных магнитофонов, но со стабилизацией скорости движения ленты 52,12^+0,5%_-0,0% мм/с. Кассеты для этого магнитофона должны быть выполнены так, чтобы вертикальное перемещение ленты при движении у магнитных головок не превышало 0,03 мм, так как ширина дорожки записи управляющих сигналов 0,06 мм, и осуществлялся бархатный, но плотный прижим магнитной ленты к головкам.

Генератор 11 синусоидальных колебаний является задающим генератором с кварцевой стабилизацией частоты. Делитель 12 обеспечивает все блоки колебаниями нужной частоты первый выход импульсы дискретизации 160 кГц, второй синусоидальные колебания 3,04 МГц, третий импульсы частотой 3,04 МГц, четвертый импульсы частотой повторения 1042 Гц (длительность 1 мкс), пятый синусоидальные колебания частотой 1042 Гц, шестой импульсы 3,04 МГц, седьмой импульсы дискретизации 160 кГц.

Цифровые параметры магнитофона в таблице.

Воспроизводящая часть.

При воспроизведении записи переключателем головка 4 отключается от усилителя 3 и подключается к входу усилителя 18 воспроизведения, а вторая магнитная головка 13 отключается от выхода делителя 12 и подключается к входу усилителя-формирователя 14. При движении магнитной ленты головка 13 считывает первой запись управляющего сигнала, предшествующего каждому периоду траектории записи на ленте. В момент считывания переднего фронта управляющего сигнала головка 4 становится на траекторию записи.

Считанный сигнал усиливается в блоке 14 и поступает на первый вход элемента И 15, на второй вход которого приходит импульс частотой 3,04 МГц с 6-го выхода делителя 12. Импульс с элемента И 15 поступает на вход формирователя 16, который формирует импульс длительностью, равный длительности синусоидального колебания 1042 Гц, и открывает ключ 17, пока проходит одна синусоида (959 мкс).

Одновременно импульс с элемента И 15 открывает ключ 29 на все время воспроизведения. Синусоидальный сигнал с усилителя 9 приводит в действие пьезопреобразователь 5, и магнитная головка 4, находящаяся в этот момент на траектории записи, начинает считывание кодов с траектории. С открытием ключа 29 счетчик 30 начинает счет импульсов 3,04 МГц. С приходом 18-го импульса в счетчике формируется код 10010, срабатывает элемент И 31, который обнуляет счетчик 30 для следующего цикла работы и своим импульсом закрывает оба ключа 20 на длительность 19-го импульса (329 нс), открывает ключи 22 и 24 обоих каналов на длительность 19-го импульса и обнуляет первые регистры 23 обоих каналов.

С окончанием длительности 19-го импульса ключи 20 открываются, ключи 22, 24 закрываются. Считанные сигналы после усиления в усилителе 18 воспроизведения поступают параллельно на входы формирователей 19. Оба формирователя формируют импульсы положительной полярности. В качестве формирователей 19 применяется несимметричный триггер с эмиттерной связью, формирующий прямоугольные импульсы из гармонически изменяющихся сигналов [6]
Процесс работы каналов одинаков. При открытии ключа 19 код сигнала поступает в последовательном виде через него в первый регистр 23 и в тpиггер 21. Формирователи 19 разделяют коды по признаку полярности на первый и второй каналы. Формирователь первого канала формирует импульсы из положительных полусинусоид, а формирователь второго канала импульсы из отрицательных полусинусоид. Триггер 21 осуществляет контроль на четность единиц в кодах. Первый импульс кода определяет появление импульса на первом (нечетном) выходе триггера, второй импульс кода импульс на втором (четном) выходе триггера 21.

В процессе поступления импульсов кода состояние триггера перекидывается: импульс то на четном, то на нечетном выходе. В это же время импульсы кода заполняют разряды первого регистра 23. Ключ 20 открыт на длительность 18-разрядного последовательного кода. В момент закрытия ключа 20 этот же импульс с выхода элемента И 31 открывает ключи 22 и 24 на время своей длительности. При четном числе единиц в коде сигнал в триггере 21 будет на четном выходе, он пройдет открытый ключ 22 и выдаст код из первого регистра 23 в параллельном виде в ЦАП 27 своего канала. При этом код с регистра 23 поступает и во второй регистр 26 своего канала. Если код не прошел проверку на четность единиц, то импульс с первого выхода триггера 21 через открытый ключ 24 выдает в ЦАП 27 содержимое второго регистра 26, записанное до этого с первого регистра 23.

Для повышения достоверности восстановления аналогового сигнала в устройстве принято две меры: увеличение частоты дискретизации в 4 раза (160 кГц против 48 кГц у прототипа) и применение контроля кодов на четность. За время наибольшей интенсивности звука в 3 мс пройдет 480 кодов, при таком их числе будет достаточное число достоверных кодов, что обеспечит неискаженность восстанавливаемого сигнала или малую степень искажения. Зато это много проще аппаратурно, чем в прототипе и в аналоге, что и требуется для бытового магнитофона.

Для выполнения маскировки недостоверного кода с регистра 23, предшествующим ему кодом со второго регистра 26, порядок обнуления регистров разный. Первый регистр 23 обнуляется сигналом с элемента И 31 каждый раз перед приемом нового кода. Второй регистр 25 обнуляется сигналом с выхода четвертого ключа 26 в момент его открытия импульсов с выхода второго ключа 22 (являющегося и сигналом выдачи из первого регистра), если код в регистре 23 прошел проверку на четность. Импульс с третьего ключа 24 (являющийся импульсом выдачи кода из второго регистра 26) закрывает ключ 25 и сигнал обнуления с элемента И 31 в регистр 26 не пройдет, если код в регистре 23 проверку на четность не прошел. Т.е. записанный в него код будет сохранен.

Такой порядок обнуления обеспечивает неоднократную выдачу одного и того же кода из второго регистра 26 в том случае, если несколько кодов подряд окажутся в первом регистре 23 недостоверными, для этого и необходима увеличенная частота дискретизации. Кроме того, маскировка недостоверных кодов обеспечивает допуск на вертикальное отклонение магнитной ленты при считывании 30 мкм. На 30 мкм приходится по 25 бит в каждом канале, т.е. не более чем на два кода (25/18), которые в случае сдвига ленты маскируются кодом из второго регистра 26. Коды поступают в ЦАП 27, где преобразуются в аналоговые, которые, пройдя фильтр 28 низкой частоты, поступают на выход цифрового магнитофона.

Благодаря высокой частоте дискретизации (160 кГц) шумы квантования смещаются в область высоких частот, что облегчает фильтрацию сигнала в фильтрах 28, достаточно простого фильтра третьего порядка.

Для записи информации переключатель ставится в положение "запись", при котором вход магнитной головки 4 подключается к выходу усилителя 3 записи (фиг. 1), а вход второй магнитной головки 13 к 4-му выходу делителя 12 частоты. Аналоговые сигналы преобразуются в АЦП 1 в 16-разрядные коды при разрешении в 10 мкВ. С выходов АЦП коды со скоростью 2,88 мбит/с поступают в формирователь 2 группового цифрового потока, где коды двух каналов объединяются в один поток и с тактовой частотой 3,04 МГц в виде целых и нецелых синусоид поступают в усилитель 3 записи.

Одновременно импульсы частотой 1042 Гц и длительностью 1,0 мкс с 4-го выхода делителя 12 поступают на вход неподвижной головки 13. Синусоидальные колебания с 5-го выхода блока 12 частотой 1042 Гц поступают на вход ключа 17, который пропускает их усилитель 9, производящий их усиление. Синусоидальные управляющие сигналы с усилителя 9 поступают на соответствующий вход пьезопреобразователя 5, который приводит преобразователь в колебательное движение вместе с магнитной головкой 4, а при движении ленты производится запись цифровых кодов по синусоидальной траектории с шагом в 0,05 мм. Для точного попадания магнитной головки 4 при считывании на траекторию записи перед каждым периодом записывается управляющий импульс частотой 1042 Гц. Скорость движения ленты 52,12 мм/с, плотность (линейная) записи 1600 бит/мм.

Для воспроизведения переключатель ставится в положение "воспроизведение", при этом выход магнитной головки 4 подключается к входу усилителя 18 воспроизведения, выход магнитной головки 13 к входу усилителя-формирователя 14. При движении ленты сначала считывается управляющий импульс, который усиливается в блоке 14, поступает в элемент И 15, на второй вход которого приходит тактовый импульс с 6-го выхода делителя 12. Импульс с выхода элемента И 15 приводит в работу блок 6 управления пьезопреобразователем 5 и оба канала обработки цифровых потоков. Пьезопреобразователь 5 приводит в движение магнитную головку 4, считывающую общий поток информации, а формирователи 19 разделяют общий поток на два канала.

Достоверные коды выдаются из первых регистров 23 в ЦАП 27, а недостоверные коды маскируются предшествующими им достоверными кодами из вторых регистров 26, которые выдаются в ЦАП 27. Цифроаналоговые преобразователи и фильтры 28 низких частот формируют аналоговые сигналы, являющиеся выходными сигналами магнитофона. Запись цифровых сигналов осуществляется без подмагничивания. Стирание старой записи производится полем головки записи в процессе записи, поэтому магнитная головка для стирания в устройстве не применяется.

Технико-экономический эффект заявляемого цифрового магнитофона состоит в повышении надежности работы за счет аппаратурного упрощения устройства (исключением блока вращающихся головок с его системами автоматического регулирования, блочного корректирующего кодера и блока корректирующего декодера), выполнением задач записи-воспроизведения всего лишь двумя универсальными магнитными головками, уменьшением искажения аналоговых сигналов при преобразовании их в цифровой код и в результате уменьшается стоимость устройства.

Цифровой магнитофон может быть использован в качестве массового бытового цифрового магнитофона.

Формула изобретения

1. ЦИФРОВОЙ МАГНИТОФОН, содержащий последовательно соединенные входную шину и аналого-цифровой преобразователь в первом и втором записывающих каналах, последовательно соединенные усилитель записи и первую универсальную магнитную головку, лентопротяжный механизм со стабилизатором скорости движения магнитной ленты, последовательно соединенные задающий генератор и делитель частоты, вторую универсальную магнитную головку, усилитель воспроизведения, связанный с первой универсальной магнитной головкой, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот в первом и втором воспроизводящих каналах, отличающийся тем, что в него введены формирователь цифрового потока, выход которого соединен с входом усилителя записи, а первый, второй, третий, четвертый и пятый входы подключены соответственно к выходам аналого-цифровых преобразователей первого и второго записывающих каналов, первому, второму и третьему выходам делителя частоты, первый выход которого соединен с управляющими входами аналого-цифровых преобразователей, консольно закрепленный пьезопреобразователь, на свободном конце которого расположены первая универсальная магнитная головка, последовательно соединенные первый элемент И, первый и второй входы которого подключены к шестому и четвертому выходам делителя частоты, формирователь импульсов, ключ, сигнальный вход которого соединен с пятым выходом делителя частоты, и блок управления пьезопреобразователем, последовательно соединенные дополнительный ключ, счетчик и второй элемент И, в каждом воспроизводящем канале введены последовательно соединенные формирователь импульсов, вход которого подключен к выходу усилителя воспроизведения, первый ключ, триггер, второй ключ и первый регистр, а также последовательно соединенные третий ключ, четвертый ключ и второй регистр, при этом каждый из первого и второго каналов формирователя группового цифрового потока выполнен в виде последовательно соединенных приемного регистра, блока элементов И, элемента ИЛИ и выходного ключа, последовательно соединенных ключа и распределителя импульсов, выходы которого подключены к вторым входам элементов И блока элементов И, а сигнальные входы ключей и выходных ключей обоих каналов объединены и являются четвертым входом формирователя группового цифрового потока, в который также введены последовательно соединенные счетчик и элемент И, выход которого подключен к управляющим входам ключей обоих каналов и управляющему входу счетчика, счетный вход которого является пятым входом формирователя группового цифрового потока, первым, вторым и третьим входам которого являются информационные входы приемных регистров первого и второго каналов и объединенные тактовые входы приемных регистров соответственно, а выходом - объединенные выходы ключей обоих каналов, блок управления пьезопреобразователем выполнен в виде двух источников опорного напряжения и усилителя, первый вход которого является входом блока управления пьезопреобразователем, второй вход подключен к выходу первого источника опорного напряжения и к верхнему электроду пьезопреобразователя, третий вход - к выходу второго источника опорного напряжения и нижнему электроду пьезопреобразователя, а выход - к внутреннему электроду пьезопреобразователя, выход второго ключа каждого воспроизводящего канала подключен к другому входу четвертого ключа, выход первого ключа - к другому входу первого регистра, выход которого соединен с первым входом цифроаналогового преобразователя и первым входом второго регистра, выход которого подключен к второму входу цифроаналогового преобразователя этого воспроизводящего канала, вход третьего ключа которого подключен к другому выходу триггера, первый и второй управляющие входы четвертого ключа - к выходам второго и третьего ключей соответственно, выход третьего ключа соединен с вторым входом второго регистра, тактовые входы первого и второго регистров обоих воспроизводящих каналов подключены к шестому выходу делителя частоты, с которым соединен вход дополнительного ключа, выход второго элемента И подключен к управляющему входу счетчика, управляющим входам первого, второго и третьего ключей, к сигнальным входам четвертого ключа и третьему входу первого регистра в каждом воспроизводящем канале.

2. Магнитофон по п.1, отличающийся тем, что аналого-цифровой преобразователь в первом и втором записывающих каналах выполнен в виде последовательно соединенных делителя напряжения, вход которого является входом преобразователя, блока ключей, согласующего усилителя, усилителя и пьезодефлектора в виде излучателя, содержащего импульсный светодиод, щелевую диафрагму и объектив, квантующей линейки световодов, входы которых оптически связаны с отражателем пьезодефлектора, последовательно соединенных блока фотоприемников, входы которых оптически связаны с выходными торцами световодов квантующей линейки световдов, первого дешифратора, шифратора и второго дешифратора, выходы которого подключены к соответствующим входам блока ключей и соответствующим входам первого дешифратора, а также в виде третьего дешифратора, соответствующие входы которого подключены к соответствующим выходам шифратора и ключа, первый и второй входы которого соединены с соответствующими выходами блока фотоприемников, третий вход - с входом импульсного светодиода, являющимся управляющим входом аналого-цифрового перобразователя, а выход - с соответствующим входом третьего дешифратора и является совместно с выходами шифратора и третьего дешифратора выходом аналого-цифрового преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7