Устройство для синхронизации канала воспроизведения данных Советский патент 1991 года по МПК G11B27/00 H03L7/00 

Изобретение относится к области накопления информации, в частности, к технике воспроизведения данных в накопителях на магнитных дисках

Целью изобретения является расширение частотной полосы и повышение надежности синхронизации.

На фиг.1 показана структурная схема устройства синхронизации канала воспроизведения данных; на фиг.2 - пример осуществления блока фазовой автоподстройки; на фиг.З - вариант исполнения многофазного опорного генератора

Синхронизатор канала воспроизведения данных (фиг.1) содержит многофазный опорный генератор 1 с дополнительным выходом 2 тактовой частоты, первый 3 и второй 4 блоки фазовой авгоподстройки. фильтр 5. входную шину 6 данных и выходную шину 7 синхросигнала. Слитая в единую цифровую

шину 8 связь выхода генератора 1 с опорным входами блоков 3 и 4 фазовой автоподстройки предполагает что i-й выход опорного генератора 1 соединен с i-ми опорными входами блоков 3 и 4

Каждый из блоков фазовой автоподстройки (фиг 1, 2) имеет многофазный опорный вход R. пару управляющих входов V1 и V2, пару управляющих выходов U1 и U2 , первый С1 и второй С2 сигнальные входы и выход Q Блок фазовой автоподстройки (фиг.2) включает мультиплексор 9, реверсивный счетчик 10. триггер 11 элементы И 12 и 13, элементы ИЛИ 14 и 15.

Опорный генератор 1 (фиг.З) состоит из основного инвертора 16, охваченного обратной связью через согласованную линию 17 задержки, а также дополнительных инверторов 18.1 -18 8. Отводы линии 17 задержки образуют одну половину выходов

О

VJ

4 Ю (Л

многофазного опорного генератора 1. а другую их половину составляют выходы дополнительных инверторов 18.1...18.8,

Дополнительным выходом 2 опорного генератора 1 может служить выход генератора синхросигналов записи накопителя или же выход кварцевого генератора.

В данном конкретном варианте осуществления показан 16-фазный опорный генератор 1, блоки 3 и 4 фазовой автоподстройки имеют 16-фазные опорные входы.

В качестве фильтра 5, функция которого состоит в сглаживании связанного с дискретным характером регулирования фазового дрожания выходного сигнала блока 3 фазовой автоподстройки, может использоваться либо обычный узкополосный фильтр (резонансный контур) с соответствующим выходным формирователем, либо простейший контур ФАПЧ.

Прежде чем приступить к описанию работы всего устройства (фиг.1), рассмотрим принципы действия его основных блоков: многофазного опорного генератора 1 и блоков 3,4 фазовой автоподстройки.

Принцип действия генератора на линии задержки общеизвестен. Время задержки линии 17 задержки выбирается равным половине опорного периода. На каждом из отводов линии задержки формируется сдвинутая на время At (задержка одного звена) копия импульса на предшествующем отводе. Максимальный фазовый сдвиг импульса на последнем отводе (выходе) линии задержки относительно импульса на выходе основного инвертора 16 составляет 180°. Для получения копий основного импульса со сдвигом в диапазоне 180...360° используются дополнительные инверторы 18...25. Таким образом, на шестнадцати выходах опорного генератора 1 получаются идеально сшитые по фазе в пределах полного периода 360° последовательности импульсов формы меандр, сдвинутых относительно импульсов на смежных выходах на угол360°/16 22,5°.

В своей работе каждый блок фазовой автоподстройки (фиг.2) использует как раз эту особенность опорного генератора, а именно то, что на выходах последнего одновременно существуют все возможные фазы опорного сигнала. Выбирая опорный сигнал с нужной фазой, блок фазовой автоподстройки способен отследить любые изменения фазы с.игнала на свеем первом сигнальном входе, в том числе далеко за пределами диапазона 0...3600,

Пусть в блоке фазовой автоподстройки (фиг.2) выход Q замкнут на второй сигнальный вход С2, а на первый сигнальный вход С1 может поступать входной сигнал с частотой, близкой к частоте опорного генератора 1, выходы которого (фиг.З) подключены к

многофазному опорному входу R блока фазовой автоподстройки. Входы V1 и V2 свободны.

Если сигналы на входе С1 отсутствуют, то реверсивный счетчик 10 сохраняет достигнутое ранее состояние и выдает на адресные входы мультиплексора 9 постоянное двоичное число. Поэтому мультиплексор 9 коммутирует на выход Q блока один из своих сигнальных входов 0...15, номер которого

равен адресному числу. На выходе блока фазовой автоподстройки генерируется регулярная последовательность импульсов с частотой, равной опорной частоте.

Когда на вход С1 начинают поступать входные сигналы, то работа блока зависит

от фазового соотношения между ними и сигналами обратной связи, поступающими с выхода Q. Если входной сигнал (предполагается, что его длительность мала по сравнению с периодом) совпадает во времени с

низким уровнем выходного сигнала, т.е. выходной сигнал отстает, то триггер 11, выпол- няющий роль фазового детектора, сбрасывается. Поэтому входной сигнал через элемент И 13 и элемент ИЛИ 15 проходит на вход вычитания реверсивного счетчика 10, уменьшая на единицу его содержимое, так как уменьшается адресное число на входах АО...A3 мультиплексора 9, то он коммутирует на свой выход опорный

сигнал с предшествующего по номеру входа из группы опорных входов R. Таким образом производится коррекция фазы выходного сигнала мультиплексора в сторону компенсации фазового рассогласования. Если же

входной сигнал совпадает во времени с высоким уровнем выходного сигнала (случай опережения), то триггер 11 взводится, входной сигнал через элементы И 12 и ИЛИ 14 проходит на вход сложения реверсивного

5 счетчика, и мультиплексор 9 подключает к своему выходу опорный сигнал со старшего по номеру входа. Таким образом осуществляется коррекция фазы выходного сигнала в противоположном направлении. Выходы

0 обоих элементов ИЛИ 14 и 15 служат управляющими выходами U1 и U2 блока фазовой автоподстройки. Их назначение будет раскрыто ниже.

5В итоге нескольких аналогичных циклов

фазовой коррекции на выходе Q блока оказывается сигнал, фронт которого совпадает с входным сигналом с погрешностью, не превышающей шага регулирования фаз

22,5°, т.е. достигается состояние синхронизма.

Для того, чтобы выявить синхронизирующие свойства блока фазовой автоподстройки, рассмотрим его работу в режиме умножения частоты, когда коррекция фазы выходного сигнала осуществляется не в каждом его периоде, а через k периодов, где k - коэффициент умножения частоты. В этом режиме после очередной коррекции к k периодам Т выходного сигнала, где Т 2тз - опорный период, добавляется или отнимается от него отрезок не более At. Обозначив через п общее число выходов многофазного опорного генератора 1, запишем выражение для границ полосы синхронизации, в которых должна оставаться входная частота Тсдля гарантированного достижения и поддержания синхронизма:

kn. kn

(1)

2ta(kn +1) 1С 2t3(kn -1) Из этого выражения несложно найти относительную полосу синхронизации (допустимое относительное отклонение входной частоты fc от опорной частоты f0 1 /21з)

5fc мах

j kn 1

- (2) kn {

fo(kn)2 -1

Таким образом, полоса синхронизации обратно пропорциональна числу фаз многофазного опорного генератора и коэффициенту множения частоты.

Применение высокоинформативных кодов, таких как 2.7 RLL, наталкивается на серьезные трудности, связанные с резким сужением полосы синхронизации и необходимостью прецизионной стабилизации скорости вращения дисков.

Рассмотрим теперь работу схемы предлагаемого синхронизатора канала воспроизведения данных (фиг.1).

Многофазный опорный генератор 1 снабжает блоки 3 и 4 фазовой автоподстройки многофазными опорными сигналами по их входам R. Частота опорных сигналов генератора 1 выбирается равной номинальной тактовой частоте воспроизводимых данных, поступающих на входную шину 6. Номинальная частота - это величина обратная единичному интервалу кода - наибольшему общему делителю всех возможных интервалов между воспроизводимыми сигналами данных. Например, если воспроизводятся МГМ данные и интервалы между импульсами составляют 100,150 и 200 не, то единичный интервал равен 50 не, а номинальная частота равна 20 МГц.

На вход С1 второго блока 4 фазовой автоподстройки поступают импульсы с дополнительного выхода 2 генератора. По

скольку в этом блоке выход Q замкнут на второй сигнальный вход С2, то блок 4 фазовой автоподстройки поддерживает состояние синхронизма своего выходного сигнала с сигналом тактовой частоты, т.е ею частота 5 также равна гактовои.

Пусть входные сигналы данных не воспроизводятся, т.е. не поступают на шину 6 В этом случае блок 3 не производит фазовой автоподстройки, однако частота его выход10 ных сигналов 0 и, следовательно, выходных синхросигналов на шине 7 все же поддерживается равной тактовой частоте. Такая частотная настройка происходит благодаря тому, что мультиплексор 9 в блоке 3 фазовой

15 автоподстройки снабжается не только теми же многофазными опорнымисигналами. что и мультиплексор 9 в уже настроенном блоке 4 фазовой автоподстройки, но и изменения состояния реверсивных счетчиков 10 в обо20 их блоках 3 и 4 происходят одновременно и в одном направлении, так как импульсы рассогласования, действующие на входах реверсивного счетчика в блоке 4, передаются на входы реверсивного счетчика 10 в блоке

25 3, Именно для этого в блоках фазовой автоподстройки предусмотрена пара управляющих выходов U1, U2 и пара управляющих входов VI, V2, по которым и связаны блоки 4 и 3 в синхронизаторе (фиг.1). Таким обра30 зом устраняется частотная расстройка выходных синхросигналов еще до начала воспроизведения данных.

Когда на входную шину 6 начинают поступать воспроизведенные сигналы дан5 ных, то выходной синхросигнал на шине 7 благодаря включению в работу собственных цепей формирования импульсов фазового рассогласования в блоке 3 фазовой автоподстройки (эти импульсы добавляются к им40 пульсам от управляющих выходов блока 4 фазовой автоподстройки) постепенно с шагом Дг приближается к позиции установившегося состояния - к состоянию фазового синхронизма с воспроизводимым сигналом

45 данных на шине 6. Это состояние синхронизма достигается в устройстве в худшем случае после прихода п/2 входных сигналов данных. Фазовое дрожание выходного сигнала Q блока 3 фазовой автоподстройки до50 стигает, очевидно, величины 4 лУп. так как погрешности блоков 3 и 4 фазовой автоподстройки суммируются. Указанное фазовое дрожание уменьшается с помощью инерционного фильтра 5 до значения,удовлетворя55 ющего требованию динамической точности Частотная полоса синхронизации в устройстве получается максимально широкой, так как фазовая автоподстройка блока 4, а

вместе с этим и частотная настройка блока 3 фазовой автоподстройки, осуществляется в наиболее благоприятных условиях ( в формуле (2), T.e.5fc 1/n). Предварительно настроенному по частоте блоку 3 фазовой автоподстройки остается лишь настроиться на фазу входного сигнала данных. Формула изобретения 1. Устройство синхронизации канала воспроизведения данных, содержащее входную шину данных, выходную шину синхросигнала, опорный генератор, соответствующие многофазные выходы которого соединены с опорными входами первого блока фазовой автоподстройки, выполнен- ного в виде триггера, реверсивного счетчика, соединенного выходами с соответствующими адресными входами мультиплексора, выход которого является выходом блока фазовой автоподстройки, а группа сигнальных входов - его опорными входами, отличающееся тем, что, с целью расширения частотной полосы и повышения надежности синхронизации, в него введены фильтр, подключенный между выходом первого блока фазовой автоподстройки, соединенным с его вторым сигналь- ным входом, и выходной шиной синхросигнала, и аналогичный первому второй блок фазовой автоподстройки, подклю- ченный выходом к его второму сигнальному входу, первым сигнальным входом - к дополнительному выходу опорного генератора, опорными входами - к соответствующим многофазным выходам опорного генерато-

ра, а первым и вторым управляющими выходами - соответственно к первому и второму управляющим входам первого блока фазовой автоподстройки, первый сигнальный вход которого соединен с входной шиной данных.

2.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что в каждый блок фазовой автоподстройки введены два элемента ИЛИ и два элемента И v первые входы которых соединены с С-входом триггера, являющимся первым сигнальным входом блока фазовой автоподстройки, вторым сигнальным входом которого является D-вход триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены через соответствующие последовательно соединенные первые и вторые элементы И и ИЛИ к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика, являющимся соответственно первым и вторым управляющими выходами блока фазовой автоподстройки, первым и вторым управляющими входами которого являются другие входы первого и второго элементов ИЛИ соответственно.

3.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что опорный генератор выполнен в виде основного инвертора, охваченного обратной связью через согласованную линию задержки, и дополнительных инверторов, входы которых подключены к отводам линии задержки, составляющим половину многофазных выходов опорного генератора, другую половину которых составляют выходы дополнительных инверторов.

Фиг. 2

Изобретение относится к области накопления информации, в частности к технике воспроизведения данных, и позволяет повысить надежность и расширить полосу синхронизации при воспроизведении данных в дисковых накопителях. Дополнительный блок 4 фазовой автоподстройки устраняет частотную расстройку основного блока 3 фазовой автоподстройки. Фильтр 5 уменьшает фазовое дрожание выходного синхросигнала. Частотная полоса и точность синхронизации не зависят от метода кодирования воспроизводимых данных. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.