Самая качественная схема кана-
ла записи ничего не стоит, если пло-
хо работает канал чтения. С таким
утверждением трудно не согласить-
ся, когда речь идет о контроллерах
дисководов для домашних компью-
теров типа "ОРИОН-128", "ВЕКТОР-
06Ц", "ZX-SPECTRUM".
Многие отмечают, что в 70...80%
случаев улучшение работы конт-
роллера зависит от примененного
алгоритма считывания информации.
Этим объясняется многоликость
схемных решений канала чтения, в
каждом из которых есть свое рацио-
нальное зерно.
При рассмотрении принципа ра-
боты канала чтения предполагает-
ся, что читатель знаком с основны-
ми положениями техники цифровой
магнитной записи [1].
ПРОЦЕСС СЧИТЫВАНИЯ ИН-
ФОРМАЦИИ
Запись, хранение и считывание
цифровой информации в накопите-
лях с гибкими магнитными дисками
(НГМД) выполняет совмещенный
аналоговый канал записи-чтения
(рис.1).
Как известно, применяемые в ра-
диолюбительской практике 80-доро-
жечные 5,25-дюймовые дисководы
используют универсальную магнит-
ную головку (МГ). Она соединяется с
трактом через электронный коммута-
тор (ЭК) и может работать на запись
по сигналу "Разрешение записи" или
на чтение по сигналу "Разрешение
чтения".
Усилитель воспроизведения (УВ)
имеет специально подобранную
частотную характеристику. Общий
коэффициент усиления УВ может
меняться в процессе работы. На-
пример у болгарских дисководов
ЕС5321.01 усиление автоматически
увеличивается, если МГ находится
в зоне за 63-й дорожкой. Тем самым
компенсируются потери от снижения
тока записи на внутренних дорожках
дискеты.
Сигнал -RDDATA (другое название
— ДВС, "данные воспроизведения")
является выходным для дисковода.
По кабелю связи он поступает на од-
ноименный вход контроллера через
вывод 30 интерфейсного разъема.
Усилитель записи (УЗ) работает с
входным сигналом -WRDATA (другое
название — ДЗП, "данные записи").
Этот сигнал поступает от контрол-
лера через вывод 22 разъема. При-
нцип его формирования и схемные
особенности подробно рассмотрены
в [1].
Канал чтения воспроизводит ин-
формацию в том виде, в каком она
была записана. Известно, что в лю-
бительских контроллерах НГМД ос-
новным способом записи является
"модифицированная частотная мо-
дуляция" (МЧМ).
САМОСИНХРОНИЗАЦИЯ КОДА
МЧМ
Ранее отмечалось [1], что МЧМ-
код относится к классу самосинхро-
низирующихся. При анализе узла
записи это обстоятельство не име-
ло никакого значения. Иное дело
— узел чтения.
Вспомним три правила построе-
ния сигнала МЧМ:
- "нулю" информации всегда
соответствует перепад тока записи в
начале цифровой позиции, занимае-
мой этим "нулем";
- "единице" информации соот-
ветствует перепад тока в центре по-
зиции, занимаемой этой "единицей";
- "нуль" не вызывает переклю-
чение тока в том случае, если пре-
дыдущий знак — "единица"._
На рис.2 изображен пример пос-
троения сигнала МЧМ по приведен-
ным выше правилам.
Таким образом, если на запись
поступают или одни "единицы", или
одни "нули", то перепады тока следу-
ют через время Т. Переходу от "еди-
ниц" к "нулям" и наоборот соответс-
твует интервал 1,5Т. И, наконец, при
кодовой последовательности "101"
возникает интервал 2Т.
КОНТРОЛЛЕР ДИСКОВОДОВ
КАНАЛ ЧТЕНИЯ (4/99)
Сигналы информации в цифровой
магнитной записи должны иметь при-
вязку к меткам времени, иначе "еди-
ницу" невозможно будет отличить от
"нуля". Физическим воплощением
меток времени служит синхросигнал
или, по-другому, синхросерия. Синх-
росигнал может быть внешним или
внутренним по отношению к инфор-
мационным импульсам.
Например в накопителе на маг-
нитной ленте, кроме основной до-
рожки, часто записывается вспо-
могательная дорожка, содержащая
синхросигналы. Это образец вне-
шней синхронизации.
Для НГМД выделение отдельных
син-хродорожек на дискете было бы
непозволительной роскошью (и так
каждый бит на счету). Поэтому при-
меняют специальное кодирование,
при котором в самом сигнале содер-
жится как полезная информация, так
и синхронизирующие метки. Такой
метод носит название "самосинхро-
низация". Сказанное в полной мере
относится к коду МЧМ.
Синхросигнал — это последова-
тельность импульсов, расстояние
между которыми равно длительности
цифровой позиции Т, а число импуль-
сов равно длине информационного
массива. Процесс декодирования
заключается в побитовом сравнении
информационного сигнала и синхро-
серии. В любительских контроллерах
декодер обычно находится внутри
БИС. Это может быть КР1818ВГ93 (в
дальнейшем по тексту — ВГ93) или
зарубежная БИС i8272A.
В общем случае сигнал воспро-
изведения и выделенный из него
синхросигнал будут иметь фазовые
сдвиги. Эти сдвиги являются непред-
сказуемыми и нежелательными, пос-
кольку из-за них информация может
неверно декодироваться. Наличие
сдвигов обусловлено массой причин,
решающими из которых являются:
- неравномерность углового
движения дискеты (биения двигате-
ля и разная скорость вращения ро-
тора у записывающего и воспроизво-
дящего дисководов);
- дефекты магнитной структу-
ры дискеты (местное понижение или
повышение амплитуды сигналов);
- фазовые искажения, обус-
ловленные предкомпенсацией сиг-
налов при записи и "сдвигом пиков"
выходных сигналов при чтении (эф-
фект межсимвольной интерферен-
ции).
На рис. 3 условно показано воз-
действие фазовых сдвигов на сигнал
МЧМ. Теоретически доказано [2], что
максимальный временной сдвиг, при
котором идеальный контроллер в
режиме индивидуальной обработ-
ки каждого импульса еще способен
правильно декодировать МЧМ-сиг-
нал, составляет +0.25Т.
Штриховкой на рис. 3 отмечены
зоны устойчивого декодирования.
Их принято называть "окнами детек-
тирования". Если информационный
МЧМ-сигнал "выпадает из окна" (точ-
ка А), ВГ93 фиксирует ошибку чте-
ния.
Упомянутый теоретический пре-
дел "окна детектирования" трудно
достижим на практике, поскольку
разрешающая способность канала
чтения определяется схемотехникой
устройств синхронизации. Рассмот-
рим этот момент подробнее.
СПОСОБЫ РАЗДЕЛЕНИЯ СЧИ-
ТЫВАЕМЫХ СИГНАЛОВ
Постановка задачи. Требуется
выделить из входного МЧМ-сигнала
синхро-серию. Решение поставлен-
ной задачи возлагается на специ-
альное устройство, называемое "се-
паратор данных" или "выделитель
данных" (ВД). Основной критерий
эффективности работы — это вели-
чина "окна детектирования", чем она
больше, тем лучше.
Можно предложить следующую
классификацию схем:
- ВД-БОС — выделитель дан-
ных без обратной связи, выполнен-
ный по схеме с непосредственной
синхронизацией генератора;
- ВД-ЦФС — выделитель дан-
ных на основе цифрового фазового
синхронизатора, построенный по
схеме с отрицательной обратной
связью через кольцо ФАПЧ;
- ВД-АЦП — выделитель дан-
ных с применением аналого-цифро-
вого преобразователя (АЦП).
Схемы первого типа имеют про-
стую структуру. Впрочем, на этом их
достоинства заканчиваются. Макси-
мальная разрешающая способность
составляет всего лишь половину те-
оретически достижимого предела,
т.е. +0,125Т [2].
Схемы второго типа отличаются
повышенной сложностью. Они обес-
печивают высококачественное выде-
ление синхросигнала при достаточно
полном использовании "окна детек-
тирования", в идеале — до величины
+0.25Т [2].
Схемы третьего типа сочетают
аппаратную простоту и качество, но
за счет усложнения алгоритма обра-
ботки. Здесь входной МЧМ-сигнал
подается через быстродействую-
щий АЦП прямо на вход не менее
быстродействующего цифрового
сигнального процессора с кэш-па-
мятью. Программа, находящаяся в
ПЗУ, виртуально выделяет синхро-
импульсы.
Способность запоминания ин-
формации в буфере кэш-памяти и
позволяет, очевидно, превзойти пре-
дел +0.25Т. Это не фантастика, т.к.
теория предсказывает предел для
мгновенного отсчета, а ВД-АЦП мо-
жет оперировать с предыдущей и
последующей информацией.
Чтобы не быть голословным,
представим ситуацию, когда при
одиночном "выпадении" импульса из
"окна детектирования" производит-
ся математический расчет, и сигнал
виртуально "устанавливается" на
место. Подобная технология раз-
работана в научно-исследователь-
ском центре компании IBM и носит
название PRML (Partial-Response
Maximum-Likelihood) — концепция
групповой обработки сигналов не-
полной амплитуды по максимальной
вероятности.
В любительских контроллерах
применяются схемы первого (ВД-
БОС) и второго (ВД-ЦФС) типов, как
более простые в реализации.
Рассмотрим внутреннее устройс-
тво узла чтения на основе схем ВД-
БОС и ВД-ЦФС.
(Продолжение следует)