Главная » Книги и журналы

1 ... 11 12 13 14 15 16

вырабатывающей синхроколебание удвоенной тактовой частоты, и асинхронные единичные установочные входы трех последовательно включенных счетных триггеров 5-5. В результате на выходе триггера 5 формируются импульсы всякий раз, когда в воспроизводимом сигнале присутствуют характеристические интервалы длительностью 2Т^. Напряжение f/g, снимаемое с выхода триггера 5, поступает непосредственно на вход фазового дискриминатора ИТС 2, где используется в качестве опорного синхроколебания. Фаза этого синхроколебания изменяется на 180° при появлении характеристических интервалов длительностью 3TJ2, что и позволяет использовать управляемый генератор, работающий на удвоенной номинальной тактовой частоте. При необходимости вместо триггеров 5-5 можно использовать двоичный счетчик со сбросом состояний. Импульсы t/g используются для коррекции фазы выходного синхроколебания U, получаемого с помощью счетного триггера 6. Информационная последовательность единиц вырабатывается стробированием синхроколебанием f/g импульсов нуль-пересечений f/i на элементе И 2.

С незначительными изменениями такой демодулятор пригоден для формирования информационной последовательности при МУФМ? и М^УФМ? записи.

При демодуляции воспроизведенных сигналов с форматной структурой рационально использовать авто.матные принципы восстановления исходного кода. Примером такого рещения служит демодулятор УБВН1-4/5 сигнала (рис. 5.20, и, к).

Как и в предыдущих примерах, воспроизведенный сигнал поступает на формирователь /, который вырабатывает импульсы Ux длительностью ЗТЪ из всех нуль-пересечений входного сигнала. Импульсами U- запускается подсистема 2 ИТС, которая вырабатывает три последовательности синхронизирующих импульсов: равномерную тактовую равномерную групповую f/f (с периодом следования 5Т^), выходную стробирующую f/f Последовательность и^ представляет собой повторяющиеся с периодом ЪТ. группы из четырех импульсов, задержанные на период TJ2 относительно групповых импульсов uf. При этом синхроимпульсы и^ и f/f формируются только при наличии разрещающего потенциала, создаваемого триггером .5 (см диаграмму f/g).

Одновременно импульсы нуль-пересечений U- поступают на информационный вход сдвигающего регистра 5, который функционирует с частотой поступления синхроимпульсов U Сигналы, присутствующие на выходах регистра 5, запоминаются в статическом регистре 6 по сигналу управления U, вырабатываемому элементом ИЛИ 5. Сигналы, вырабатываемые на выходах регистра 6 и двоичного счетчика 4, составляют адреса записанных в ПЗУ 7 выходных кодовых комбинаций. Считывание информации из ячеек ПЗУ 7 происходит в моменты времени, когда на его инверсном управляющем входе появляется низкий уровень f/*. При форматной



УБВН-4/5 записи преамбула данных и группы повторной синхронизации содержат последовательности единиц, после которых следует маркер 1 вида 00111. Поэтому, после того как на всех выходах регистра 6 появятся высокие уровни сигналов, на первом выходе ПЗУ 7 вырабатывается сигнал U\, идентифицирующий синхрогруппу единиц. Сигнал U\ устанавливает триггер 8 в единичное состояние и тем самым переводит демодулятор в режим поиска маркера 1. На выходе элемента ИЛИ 3 также устанавливается высокий уровень напряжения U, вследствие чего счетчик 4 переводится в исходное нулевое состояние, а любые изменения состояния выходов сдвигающего регистра 5 вызывают немедленное изменение состояний статического регистра 6. Однако как только в сигнале Vi появляется кодовая комбинация 00111, на втором выходе ПЗУ 7 вырабатывается сигнал U], который сбрасывает триггер 8 в нулевое состояние. Это означает, что маркер 1 принят и последующие символы представляют собой блок информационных данных. Нулевой потенциал, снимаемый с выхода триггера 8 разрешает формирование синхропоследовательностей Ui и Uf. С приходом каждого группового синхроимпульса сигналы, снимаемые с выходов регистра 5, переписываются в регистр 6. Это соответствует разбиению входной информационной двоичной последовательности па группы по пять символов в каждой. В период времени между появлениями двух соседних импульсов Uf счетчик 4 успевает побывать во всех возможных своих состояниях и\, В результате происходит перекодирование информации, обратное тому, которое выполнялось при записи. С выходов / - 7 ПЗУ 7 снимаются следующие сигналы: 11111 -синхронизирующий, 00111 -маркер 1, 11100 - маркер 2, ОНИ или 11110 - дополнительный маркер конца, 10100 или 10101 - конец блока, информационный, информационный дополнительный. Эти сигналы полностью удовлетворяют стандарту форматной записи. Подобная структура демодулятора пригодна для реализации любых алгоритлюв группового перекодирования с постоянной длиной кодовых слов.

В случае переменной длины кодовых слов целесообразно синтезировать конечный автомат с памятью, что значительно упрощает схемную реализацию такого демодулятора, несмотря на некоторое усложнение алгоритма обработки.

На основе конечного автомата спроектирован демодулятор (2,7) сигнала (рис. 5.20, л, м).

Импульсы Ul, передние фронты которых соответствуют переходам уровня воспроизведенного (2,7) сигнала, поступают на входы подсистемы 2 ИТС и триггера 3. Подсистема 2 вырабатывает синхроимпульсы U2 удвоенной тактовой частоты, которые затем делятся счетным триггером 6, на единичном выходе которого формируется выходная тактовая синхропоследовательность Ug. Триггеры 5 и служат для временной привязки импульсов нуль-пересечений Ul к синхроимпульсам удвоеньюй тактовой частоты.



5.1. Соответствие адресных и выходных данных ПЗУ

Воспроизведение информации начинается с преамбулы, состоящей из сочетаний символов ...01-00-01-00... (что соответствует при записи последовательности единиц), в которых первый единичный символ каждого двухсимвольного слова отображает переключение намагниченности в первом полутакте, а нулевой - отсутствие такого переключения, и второй символ отображает то же самое во втором полутакте. Эти двухсимвольные слова запоминаются в младших разрядах регистра 7. Одновременно в начале воспроизведения формируется управляющий сигнал f/ynp, который поступает на один из входов элемента И 5 и не влияет на дальнейшую работу демодулятора при правильной установке фазы тактовой синхропоследовательности (/е- При неправильной фазе сигнала первая единица, появившаяся на выходе второго разряда регистра 7, через элемент И 5 переведет триггер 6 в единичное состояние. Сохранение этого состояния триггера 6 в течение второго полупериода частоты синхронизации приведет к занесению в регистр 7 нового нулевого значения, так как между двумя единицами в (2,7) сигнале содержится не менее двух нулей. Принципиально можно выбрать любую из преамбул 01-00- - 01-00 илиЮ-00-10-00, поэтому в зависимости от ее вида со входом элемента И 5может быть соединен любой из младших разрядов регистра 7.

После установления правильной фазы тактового синхросигнала осуществляется корректная демодуляция информационного сигнала не более, чем через два такта. В этом случае на основании принятого в регистр 7 слова и хранящихся в нем сигналов ПЗУ 8, три выхода которого постоянно подключены к трем входам регистра 7, на выходах ПЗУ 8 формируются новые слова, а в младшем его разряде - выходная информационная последовательность ul. Один из вариантов соответствия адресных и выходных данных ПЗУ 8 приведен в табл. 5.1.

При неправильной фазе тактового синхросигнала U воспроизведенные сигналы преобразуются в слова ...10-00-10-00..., что соответствует поочередному выбору адресов 10100 и 00010. Это связано с тем, что при запоминании адреса 101.00 (точкой отделено сформированное в регистре 7 очередное воспроизведенное слово) в старших разрядах ПЗУ 7 (согласно табл. 5.1) вырабатывается комбинация ООО, которая совместно с новым воспроизведенным словом 10 формирует новый адрес 000.10. Новому адресу соответствует значение 01 старших разрядов ПЗУ 7, на основании которого вырабатывается адрес 101.00, и цикл выбора тех же адресов повторяется.

Адресные дан-

Выходные дан-

ные

ные

ц

Щ

Щ



Правильное фазирование тактового синхросигнала позволяет после установления значений ООО старших разрядов регистра 7 выработать значение 101 не через такт, а через 0,5 такта. Так как в следующем такте очередное воспроизведенное слово 01, то в соответствии с табл. 5.1 адресу 000.01 соответствует значение 01] старших разрядов ПЗУ S, а ему, в свою очередь, адрес 01100 и т. д.

Одновременно с формированием старших разрядов адресов в последующих тактах вырабатывается выходная информационная последовательность в текущем такте IJ\.

Методы демодуляции воспроизведенных сигналов являются основой канала цифровой магнитной звукозаписи, а их схемная реализация непрерывно совершенствуется ввиду появления новых электронных компонентов.

Глава 6

ПЕРСПЕКТИВЫ ЦИФРОВОЙ ЗВУКОЗАПИСИ

1. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ДОСТОВЕРНОСТИ

ЦИФРОВОЙ МАГНИТНОЙ ЗВУКОЗАПИСИ

Основной причиной недостаточного использования потенциальных возможностей канала магнитной записи-воспроизведения является снижение достоверности при возрастании плотности записи. Это обусловлено и относительным ростом уровня шума и тем, что дефектные зоны носителя искажают больше? число информационных символов при большей плотности записи. В технике цифровой магнитной звукозаписи применяют два основных способа оценки достоверности: по количеству информационных символов, переданных между двумя сбоями (бит/сбой) - достоверность по групповым сбоям; по вероятности сбоя одного символа (сбой/бит) - достоверность по одиночным сбоям. Эти оценки неравнозначны, так как в КМЗВ обычно наблюдается тенденция к группированию сбоев в пакеты [14].

Адекватной математической моделью потока сбоев является дискретный случайный процесс, поэтому оценку и обработку результатов измерений можно производить на основе положений теории вероятностей. При этом в качестве одиночного результата испытаний удобно принимать единичное событие, связанное с безошибочной либо ошибочной записью-воспроизведением каждого бита тестового ййгнала.

Этот подход в наибольшей степени соответствует физической сущности процесса и дает возможность значительно упростить расчетные формулы для математической обработки результатов измерений.

Одной из основных приближенных оценок является средняя частота р сбоев [56]:

р = AiV/iV = ] An l{ng).



где АЛ, Л' - количество ошибочных и общее количество символов в серии экспериментов; An, п - количество ошибочных и общее количество символов в одном эксперименте; g - количество экспериментов.

Частота р сбоев представляет собой случайную величину, связанную с истинной вероятностью Р сбоев через математическое ожидание: М (р) = Р.

Используемая на практике оценка - средняя достоверность записи D - величина, обратная р.

Истинная вероятность сбоя с доверительной вероятностью, равной 0,95, находится в пределах

р -Ар<Р<р + Ар,

где Ар - доверительный интервал.

Для определения доверительного интервала в общем случае необходимо знать законы распределения сбоев, например, закон их группирования.

Используя условие малой вероятности сбоев Р < 10~...10~, можно значительно упростить расчеты доверительного интервала Ар. Полагая число элементарных событий равным числу записываемых символов и пренебрегая величинами второго порядка малости, получаем следующие приближенные выражения для Ар [56]:

при нормально.м законе распределения сбоев

Ар = 2/А^, (6.1)

при логарифмически нормальном законе распределения сбоев, характерно.м для многих типов магнитных лент.

Арлн = 21/ 1п Ап/п. (6.2)

Формулы (6.1) и (6.2) дают возможность определить дозеритель-вый интервал уже при пр < 10, что имеет место на практике.

Значительно повышают достоверность коды, обнаруживающие и исправляющие ошибки. Теория и практика применения таких кодов в настоящее время развиты достаточно хорошо [8]. Однако к выбору того или иного кода, контролирующего ошибки, следует подходить очень осторожно, так как вносимая ими избыточность обходится крайне дорого. Особенно эффективны коды, контролирующие ошибки при высоких плотностях записи, так как в этом случае одиночное выпадение, например, захватывает значительное число информационных символов. На практике чаще организуют обход таких дефектных участков, так как степень защиты от ошибок, приходящихся на дефектные участки, неизбежно снижается.

Одним из традиционных приемов, используемых при обнаружении ошибки в цифровой магнитной записи, является также перезапись на том же участке. Другой прием - контрольное воспроизведение информации непосредственно после записи.

Повышение достоверности магнитной записи может быть достигнуто и нетрадиционными методами. Положительные результаты



получены в направлении'создания специальных методов формирования воспроизведенного сигнала, в частности, при использовании относительного амплитудно-временного (ОАВ) формирования воспроизведенного сигнала [77] .

Сущность ОАВ формирования заключается в совместном относительном определении значения тактовой функции во временной и амплитудной областях. При этом стробирование воспроизведенного сигнала в течение тактового интервала осуществляется в трех точках, а порог формирован! я выбирается выше и ниже центра рас-крыва глаз-диаграммы.

Более строго правила формирования сигнала формулируются следующим образом:

1. Если в любой из трех точек стробирования в текущем такте значение тактовой функции отличается от ее значения, определенного в предыдущем такте или точке стробирования, то отличающееся значение в текущем такте считается правильным. При подтверждении значения тактовой функции во всех точках правильным считается совпадающее значение.

2. Если в предыдущем такте амплитуда тактовой функции равна единице, порог формирования в текущем такте выбирается высоким, если нулю,- выбирается низкий порог. При неизменной амплитуде тактовых функций порог формирования сохраняют таким, каким он был при предыдущем формировании сигнала.

Структурная схема ОАВ формирователя достаточно проста и содержит компаратор, четыре триггера, элементы И, ИЛИ, мультиплексор и буферный усилитель (рис. 6.1, а). Входной сигнал f/вх сравнивается на компараторе / с пороговым напряжением, которое снимается с выхода формирователя (t/g) и повторяет по форме записываемый сигнал f/инф, задержанный на время, равное длительности такта (рис. 6.1, б).

Степень искажений воспроизведенного сигнала может быть такой, что амплитуда сигнала даже не достигнет базовой линии и компаратор / не сработает. Такой случай показан на временной диаграмме Ux сплошной линией. Для сравнения штриховой линией на этой же диаграмме показан идеальный воспроизведенный сигнал.

Сигнал Ul, получаемый на выходе компаратора 1, поступает одновременно на входы трех D-триггеров 3-5. На синхронизирующие входы триггеров подаются синхроимпульсы тактовой частоты, вырабатываемые подсистемой 2 ИТС. При этом тактовые синхроиМ пульсы Ul , поступающие на входы триггеров, задержаны друг относительно друга на время, равное, например, TJ4. Границы тактов указывает четвертая тактовая синхропоследовательность, используемая в дальнейшем для работы D-триггера 9. Снимаемые с выходов триггеров 3-5 сигналы Us-U суммируются и перемножаются на элементах ИЛИ 5 и И 7. Сигналь; L/e и t/7, формируемые на выходах элементов 6, 7, коммутируются мультиплексором S в зависимости от того, какое значение имел сформированный сигнал в предыдущем такте. Если в предыдущем такте сигнал принимал



ИТС

т

с

с

т

т

с

о t

а

О 1

Выход

О 1

Ul У/

Ve Vr Us

/

i

и it h

Ш

n (10

Ш

ППП

ПРО

Ш

ППП

ППП

Рис. 6.1. Структурная схема относительного амплитудно-временного формирователя (а) и временные диаграммы ее работы (б)

нулевое значение, то мультиплексор 8 выбирает сигнал, снимаемый с элсхмента ИЛИ 6. Если в предыдущем такте сигнал единичный, подключается элемент И 7. С помощью D-триггера 9 осуществляется временная привязка коммутированных сигналов U, U-, к синхро-кмпзльсам тактовой частоты. Сигнал (/ через буферный усили-



тель 10 поступает на вход компаратора 1 и служит пороговым напряжением при формировании входного сигнала.

Относительное амплитудно-временное формирование обеспечивает в 10 раз меньшую частоту ошибок, чем системы формирования с трансверсальным фильтром [77]. В зависимости от типа цифрового сигнала и величины его гибких пределов (раскрыва глаз-диаграммы) оптимальные точки стробирования и амплитудные пороги отличаются от тех, которые показаны на временных диаграммах рис. 6.1, б. Тем не менее ОАВ формирование остается эффективным, особенно в случае нелинейных искажений.

1гоо

гоо

ОдноспойиыО напыпенный носитель

Однослойный напыленный носитель

Однослойный напыленный носитель (для перпендикулярной записи)

Тонкооленочный

носитель (для продольной записи)

Оксидированный но-ситель(для продольной записи)

Тон ко пленочный носитель

Тонкопленочный носитель

2. ОСОБЕННОСТИ ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОЙ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ-ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

История развития магнитной звукозаписи показывает, что у нее практически никогда не было серьезных конкурентов. Однако в настоящее время резко возрос спрос на такие устройства звукозаписи, которые, обладая меньшими размерами, обеспечивают большую длительность звучания. В таких условиях активизируются работы по усовершенствованию конструкции магнитных головок, поиску новых материалов, развитию технологий изготовления магнитных носителей, созданию оригинальных методов записи-воспроизведения.

Перспективы повышения продольной и поперечной плотности записи при различных типах носителей и головок приведены в виде схемы на рис. 6.2 [46].

Наиболее активно развиваются работы в области перпендикулярной магнитной записи. Идея перпендикулярной записи состоит в том, что при формировании магнитной сигналограммы она намагничивается вдоль нормали к поверхности носителя. При перпендикулярной магнитной записи теоретически достижима информационная поверхностная плотность порядка 4,8 10 бит/мм, а для продольной записи - 4 10* бит/мм [50].

Трансформация продольной моды намагниченности сигналограммы в перпендикулярные моды снижает размагничивание при малых длинах волн записи. В пределе, когда Я -О, ->- О,

ОксидироВон-ныО носитель

Оксидированный носитель

Монолитные еолоВки

Состадные головки

тоншленочг ные галодки

во vnon.dop/MM

Рис. 6.2. Области применения разных типов носителей и головок при повышении плотности записи



магнитостатическая энергия битов сигналограммы ~ HiiM снижается.

В результате появляется возможность увеличить остаточную намагниченность либо толщину рабочего слоя носителя, обеспечив повыщение амплитуды выходного сигнала.

Основные пути реализации технических систем были разработаны в конце 70-х - начале 80-х гг. в НИИ электросвязи Тохоку (Япония). Некоторые сравнительные характеристики систем продольной и перпендикулярной записи приведены в табл. 6.1.

6.1. Сравнительные характеристики систем продольной и перпендикулярной записи

Показатель

Вид записи

перпендикулярная

продольная

Размагничивающее поле

при

На inMs

Свойства магнитного по-

крытия:

анизотропия

Перпендикулярная

Продольная

толщина рабочего

Больщая

намагниченность на-

сыщения

Высокая

коэрцитивная сила

Высокая

Высокая

Головки записи и воспро-

изведения

Перпендикулярная,

Ферритовая кольцевая.

ферритовая кольцевая.

тонкопленочная, магнито-

тонкопленочная, магни-

резистивная

торезистивная

Наиболее удобные сигна-

Цифровые (с насыщени-

Аналоговые (без насыще-

лы записи

Способ записи

Модуляция, без подмаг-

Модуляция, с подмагничи-

ничивания (ИКМ)

ванием переменным полем

Стирание информации

Постоянным

Переменным

полем

При формировании цифровых магнитных сигналограмм требуется обеспечить полное промагничивание рабочего слоя носителя для снижения слойных потерь выходного сигнала и минимальную длину переходов намагниченности для получения высокой разрешающей способности системы. Поле размагничивания идеализированных ступенчатых переходов намагниченности при перпендикулярной и продольной записи определяется по формулам

Н = 4М, arclg - - arctg

y~d/2 u + dl2 Я., = 4уИ,(arctg -У± - arctg

где УИ, - амплитуда остаточной намагниченности рабочего слоя; X, у - пространственные координаты.



Анализ показывает, что на границе перехода намагниченности поле Hdy = О не приводит к его расширению либо фазовым сдвигам, т. е. размагничивающее поле позволяет сохранить бесконечно малую длину переходной зоны между битами (рис. 6.3). Максимальное поле Hdy, которое уменьшает уровень остаточной на.магниченности, существует на значительном удалении от перехода.

Благоприятные условия для перпендикулярной записи обеспечиваются носителями с анизотропным рабочим слоем, ось легкого намагничивания которого нормальна к рабочей поверхности. Остаточное состояние сигналограммы в таком носителе будет устойчивым, если величина поля анизотропии больше поля размагничивания: /4 > 4л./1. Такими характеристиками обладают пленки из сплавов Со - Сг, аморфных материалов MnBi, TbFe, бариевых ферритов. Для снижения перпендикулярного размагничивающего фактора часто используется носитель с замыкающим магнитомягким слоем, например, из пермаллоя. Кроме большей эффективности, двухслойные носители создают также предпосылки для уменьшения длины переходов сигналограммы за счет роста градиентов поля рассеяния магнитной головки при ее взаимодействии с магнитомягким слоем.

Минимальная длина переходной зоны, определяющая физический предел плотности записи, связана с размером доменных стенок в материале рабочего слоя, определяется соотношением Ld = (0,05...0,1) d и не зависит от Н„ М^. Амплитуда формируемых переходов сигналограммы пропорциональна коэрцитивной силе рабочего слоя АМу = = И,/л и не зависит от намагниченности насыщения, если > > ЗлЯ,/4.

При воспроизведении сигналов перпендикулярной магнитной записи основное влияние на волновые характеристики оказывают разрешающая способность головки и величина неконтакта. Отклик головки на единичное воздействие узкого перехода пepпeндикyляpJ ной намагниченности имеет вид двухполярного импульса, который подобен соответствующей компоненте функции чувствительности и отличается от отклика при продоль!!ой намагниченности. При наличии продольной составляющей намагниченности отклик становится асимметричным.

.................. -=

у

Ф

\

а

Рис. 6.3. Характеристики переходов намагниченности:

а, 6 - для перпендикулярной и продольной записи соответственно



1 ... 11 12 13 14 15 16
Яндекс.Метрика