Устройство для синхронизации цифровой магнитной записи Советский патент 1991 года по МПК G11B27/10 

Изобретение относится к цифровой магнитной записи и предназначено для синхронизации записи с избыточностью по отношению к исходным данным.

Цель изобретения - повышение надежности синхронизации цифровой магнитной записи с избыточностью путем подключения синхронизирующего сигнала при его малых фазовых расстройках относительно синхронизируемого сигнала.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для синхронизации цифровой магнитной записи; на фиг. 2 - пример реализации фазового детектора и фильтра нижних частот; на фиг. 3 и 4 - временные

диаграммы работы фазового детектора и фильтра нижних частоты.

Устройство для синхронизации цифровой магнитной записи содержит первый вход 1, второй вход 2, первый формирователь 3 импульсов, генератор 4 импульсов, инвертор 5, первый элемент И 6, второй элемент И 7, второй формирователь 8 импульсов, первый триггер 9, второй триггер 10, третий элемент И 11, четвертый элемент И 12, элемент ИЛИ 13, третий формирователь 14 импульсов, фазовый детектор 15, фильтр 16 нижних частот, управляемый генератор 17, выход 18, делитель 19 частоты. Первым входом 1 устройства является вход первого формирователя 3 импульсов, выход

которого соединен с первыми входами первого 6 и третьего 11 элементов И. Вторым входом 2 устройства является соединенные между собой вход инвертора 5 и сбрасывающий вход первого триггера 9. Генератор 4 импульсов подключен к первому 6, второму 7 и четвертому 12 элементам И, Выход первого элемента И 6 соединен с установочным входом первого триггера 9, выходы которого подключены соответственно к третьему 11 и четвертому 12 элементам И. Выход инвертора 5 соединен с С-входом второго триггера 10, 0-вход которого соединен с шиной логического нуля, установочный вход - с выходом второго элемента И 7, а выход- с входом четвертого элемента И 12. Выходы третьего 11 и четвертого 12 элементов И соединены с входами элемента ИЛИ 13, вход которого соединен с последовательно соединенными третьим формирователем 14 импульсов, фазовым детектором 15, фильтром 16 нижних частот, управляемым генератором 17, выходом 18, делителем 19 частоты. Выход делителя 19 частоты соединен со вторым входом фазового детектора 15 и через второй формирователь 8 импульсов со вторым входом второго элемента И 7.

Фазовый детектор 15 (фиг. 2) содержит первый вход 20, второй вход 21, триггеры 22 и 23. Первый вход 20 соединен с С-входом триггера 22 и с R-входом триггера 23. Второй вход 21 соединен с С-входом триггера 23 и с R-входом триггера 22. D-входы триггеров 22 и 23 соединены с шиной логической единицы.

Фильтр нижних частот 16 (фиг. 2) представляет собой пропорционально интегрирующую RC-цепь с разделенными цепями заряда и разряда и содержит резисторы 24 и 25, зарядный диод 26; резисторы 27 и 28; разрядный диод 29; конденсатор 30, резистор 31, операционный усилитель 32 с высоким входным сопротивлением. Последовательно соединенные резисторы 24, 25, диод 26, конденсатор 30 и резистор 31 подключены к шинам источника питания. Общая точка резисторов 24 и 25 подключена к прямому выходу триггера 22 Последовательно соединенные резисторы 27 и 28, диод 29, конденсатор 30, резистор 31 подключены к шинам источника питания. Общая точка резисторов 27 и 28 подключена к инверсному выходу триггера 23. Общая точка диодов 26 и 29 и конденсатора 30 подключена к входу операционного усилителя 32.

Первый З.и второй 8 формирователи импульсов представляют собой дифференцирующие RC-цепи

Делитель 19 частоты при целочисленных коэффициентах деления - это счетчик типа К555ИЕ7 со сбросом по заданному числу, определяемому коэффициентом деления. При дробных коэффициентах он может быть выполнен в виде накапливающего сумматора, суммирующего по каждому входному импульсу заданное число Q. При этом его коэффициент деления определяется как

0 P/Q, где Р - емкость сумматора.

В процессе цифровой магнитной записи с избыточностью данные в виде закодированных электрических импульсов поступают в устройство перекодировки (не

5 показано), в котором они подвергаются таким преобразованиям, что в выходных данных содержится большее количество бит информации, чем на входе

-Импульсы же сопровождения данных

0 поступают на вход устройства (фиг. 1) для выработки с помощью них новой последовательности синхроимпульсов в соответствии с заданной избыточностью. Выходные импульсы заявляемого устройства, поступаю5 щие на тактирующий вход устройства перекодировки, вырабатываются умножителем частоты с фазовой автоподстройкой (ФАПЧ) управляемого генератора 17, частота которого изменяется фильтром 16 в зави0 симости от расстройки фаз импульсов на входах фазового детектора 15.

Работу устройства (фиг. 1) можно подразделить на следующие три этапа.

1.Исходное состояние, когда на входах 5 устройства отсутствуют внешние сигналы.

2.На входы устройства поступают внешние сигналы.

3.Окончание действия внешних сигналов на входах устройства и возврат его в

0 исходное состояние.

Первый этап. Низким потенциалом на втором входе 2 устройства первый триггер 9 устанавливается в нулевое состояние, запрещая работу третьего элемента И 11 и

5 разрешая работу четвертого элемента И 12. так как второй триггер 10 устанавливается в, единичное состояние вторым элементом И 7 при совпадении во времени импульсов на входах этого элемента. На его входах дейст0 вуют сигналы генератора 4 импульсов и синхроимпульсов с выхода 18, деленные по частоте делителем 19 и укороченные по длительности вторым формирователем 8 импульсов. При этом как бы не отличались

5 частоты следования этих импульсов за счет набега фаз среди них обязательно найдутся совпадающие во времени и приводящие в единичное состояние второй триггер 10. В результате сигналы генератора 4 импульсов через четвертый элемент И 12, элемент ИЛ И

13 и третий формирователь 14 поступают на первый вход 20 (фиг. 2) фазового детектора 15. При этом третий формирователь 14 формирует из них импульсы 34, по длительности близкие к половине периода следования (фиг. 3).

На второй вход 21 фазового детектора 15 с выхода 18 поступают синхроимпульсы, деленные по частоте делителем 19. Система ФАПЧ уравнивает частоты сигналов, действующих на входах 20 и 21 фазового детектора 15 следующим образом. Если фаза импульсов 34 на первом входе 20 опережает фазу инверсных импульсов 35 на втором входе 21, то в каждом периоде, пока сохраняется эта разница фаз, триггер 22 переключается в единичное состояние 36 импульсом первого входа 20 и сбрасывается в нулевое состояние импульсом второго входа 21. В то же время триггер 23 находится в нулевом состоянии. При единичных состояниях 36 триггера 22 открывается диод 26 и через резисторы 24,25 и 31 в соответствии с законами пропорционально-интегрирующей цепи заряжается конденсатор 30 фильтра 16 нижних частот. Для разряда же конденсатора 30 нет путей, так как диод 29 заперт потенциалом высокого уровня с инверсного выхода триггера 23, а входное сопротивление операционного усилителя. 32 достаточно велико.

Возрастание потенциала 37 на конденсаторе 30 и выходе 33 фильтра 16 приводит к возрастанию частоты управляемого генератора 17 и частоты на втором входе 21 фазового детектора 15. Это приводит к уменьшению длительности единичного состояния триггера 22 и когда частоты сравняются, оба триггера 22 и 23 будут находиться в нулевом состоянии, зарядные и разрядные цепи будут заперты и на конденсаторе 30 будет сохраняться потенциал, соответствующий равенству частот на входах фазового детектора 15.

Если фаза импульсов 34 на первом входе 20 отстает от фазы инверсных импульсов 38 на втором входе 21 (фиг. 4), то в каждом периоде, пока сохраняется эта разница фаз, триггер 23 переключается в единичное состояние импульсом второго входа 21 и сбрасывается в нулевое состояние импульсом первого входа 20. В то же время триггер 22 находится в нулевом состоянии, а зарядный диод 26 заперт. При нулевых состояниях 39 инверсного выхода триггера 23 открывается диод 29 и конденсатор 30 разрежается через него и резисторы 28, 31. Это приводит к уменьшению частоты управляемого генератора 17 и частоты импульсов на втором входе 21 до равенства частот на входах фазового детектора 15.

При больших расстройках сравниваемых фаз в процессе установления частоты

управляемого генератора 17 во временном положении его выходных импульсов могут иметь место отклонения больше допустимых, что приводит к сбоям синхронизации цифровой магнитной записи с избыточно0 стью в течение этого отрезка времени. Поэтому такой переходной процесс допускается только при включении электропитания. В дальнейшем частота fy управляемого генератора 17 поддерживается за

5 счет малых расстроек, не приводящих к сбоям синхронизации. При этом выполняется соотношение

fy KflXfr,

где Кд - коэффициент деления делителя 19

0 частоты;

fr - частота сигналов генератора 4 импульсов, которая выбирается равной частоте ожидаемых на входе 1 импульсов сопровождения данных.

5Коэффициент Кд должен удовлетворять

равенству , где Ки - коэффициент избыточности, показывающий во сколько раз больше количество бит в перекодированных данных в сравнении с входными данными.

0 Это говорит о том, что частота синхроимпульсов на выходе 18 получается умножением частоты импульсов сопровождения данных на коэффициент избыточности Ки. Второй этап. Положительные импульсы

5 сопровождения данных подаются на первый вход 1 устройства и вход первого формирователя 3 импульсов, который формирует короткие импульсы, длительность которых намного меньше периода

0 следования и определяется заданной точностью временного положения выходных синхроимпульсов На второй вход 2 устройства в виде потенциала высокого уровня поступает сигнал Разрешение данных, пред5 ставляющий собой огибающую данных. Тем самым снимается сбрасывающий потенциал с первого триггера 9, подготавливая его к переключению. Фаза импульсов сопровождения данных в момент их подачи на

0 вход 1 произвольна по отношению к фазе сигналов генератора 4 импульсов, которым засинхронизирована система ФАПЧ. Расстройка фаз может оказаться максимальной и непосредственное подключение импуль5 сов сопровождения данных к системе ФАПЧ привело бы к переходному процессу с большой вероятностью нарушения заданного коэффициента умножения частоты Поэтому это подключение осуществляется только в момент совпадения фаз импульсов

первого формирователя 3 и генератора 4, поданных на входы первого элемента И 6. Сигналом совпадения этого элемента первый триггер 9 переключается в единичное состояние, разрешая работу третьего элемента И 11 и запрещая работу четвертого элемента И 12. Тогда через третий элемент И 11 на синхронизацию системы ФАПЧ будут поступать сформированные импульсы сопровождения данных, а величина расстройки сравниваемых фаз не превысит длительности импульсов на входах первого элемента И 6, Если фазы импульсов на его входах не совпадут, то это означает, что при несинфазности они имеют одинаковые частоты, первый триггер 9 не переключится и вместо внешних импульсов сопровождения данных можно продолжать пользоваться внутренним генератором 4 импульсов.

Третий этап. Окончание действия входных сигналов также не должно приводить к длительному переходному процессу в системе ФАПЧ из-за больших расстроек сравниваемых фаз, так как после этого еще некоторое время продолжается запись избыточных данных. Поэтому по окончанию действия внешних сигналов система ФАПЧ, не сразу возвращается к синхронизации от внутреннего генератора 4, а продолжает вырабатывать запомненную частоту до момента малых фазовых расстроек относительно импульсов генератора 4. При возврате сигнала Разрешение данных к потенциалу низкого уровня первый триггер 9 переключается в нулевое состояние, запрещая работу третьего элемента И 11 и отсекая тем самым внешние цепи от системы ФАПЧ. Одновременно задним фронтом сигнала Разрешение данных через инвертор 5 переключается второй триггер 10 в нулевое состояние, запрещая работу четвертого элемента И 12. В результате первый вход 20 фазового детектора 15 окажется отключенным от синхронизирующих сигналов, триггеры 22 и 23 фазового детектора 15 будут находиться в нулевом состоянии за счет импульсов на втором входе 21, а диоды 26 и 29 будут заперты, сохраняя потенциал на конденсаторе 30 и частоту управляемого генератора 17 Когда фалы импульсов генератора 4 и деленных выходных синхроимпульсов на входа второго элемента И 7

совпадут, второй триггер 10 вернется в единичное состояние и импульсы генератора 4 вновь будут поступать на первый вход 20 фазового детектора 15 через четвертый эле- мент И 12. элемент ИЛИ 13 и третий форми- рователь 14. Устройство вернется в исходное состояние.

10

Формула изобретения

Устройство для синхронизации цифровой магнитной записи, содержащее первый формирователь импульсов, выходом соединенный с первым входом первого элемента

И, генератор импульсов, соединенный со вторым входом первого элемента И, второй элемент И, инвертор, последовательно соединенные фазовый детектор, фильтр ниж- них частот и управляемый генератор, выход

которого является выходом устройства, о т- личающееся тем, что, с целью повышения надежности синхронизации цифровой магнитной записи с избыточностью, в него введены два триггера, третий и четвертый

элементы И, элемент ИЛИ, второй и третий формирователи импульсов и делитель частоты, при этом первым входом устройства является вход первого формирователя импульсов, выход которого соединен с первым

входом третьего элемента И; вторым входом устройства является сбрасывающий вход первого триггера соединенные через инвертор с С-входом второго триггера, D-вход ко- торого подключен к шине нуля, а

установочный вход - к выходу второго элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов и со вторым входом четвертого элемента И, выход первого элемента И соединен с установочным

входом первого триггера прямой выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, а инверсный выход - с первым входом четвертого элемента И, третий вход которого соединен с прямым выходом второго триггера, выходы третьего и четвертого элементов И соединены через элемент ИЛИ и третий формирователь импульсов с первым входом фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом управляемого генератора через делитель частоты и со вторым входом второго элемента И через второй формирователь импульсов.

20

П

п

Изобретение относится к цифровой магнитной записи и предназначено для синхро- низации записи с избыточностью по отношению к исходным данным. Изобретение позволяет повысить надежность синхронизации магнитной цифровой записи с избыточностью путем подключения синхронизирующего сигнала при его малых фазовых расстройках относительно синхронизируемого сигнала. Устройство содержит три формирователя 3, 8, 14 импульсов, генератор 4 импульсов, инвертор 5, четыре элемента И 6-7, 11-12, элемент ИЛИ 13, два триггера 9,10, фазовый детектор 15, фильтр 16 нижних частот, управляемый генератор 17, делитель 19 частоты. Выходные синхроимпульсы устройства вырабатываются генератором 17, частота и фаза которого в исходном состоянии подстраиваются системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) под частоту и фазу генератора 4 импульсов. Подключение внешних синхронизирующих сигналов к системе ФАПЧ лишь при малой их фазовой расстройке относительно импульсов генератора исключает длительные переходные процессы и связанные с ними сбои синхронизации. 4 ил.

J5

)l

25 2в 0-«W28 9 i 30

l

t 46

1

Фаг. Z

Фиг. 3

Фиг. 4

1 П