COMPACT DISK
Ø INTRODUCCIÓN
El
sistema de sonido se inicia con una señal analógica. El proceso de la señal en un
sistema de Compact Disk se inicia con una conversión de la señal de entrada
analógica en otra digital, su grabación en el disco. En la fase de reproducción
se convierte de nuevo la señal digital en otra analógica con el objeto de
escucharla en los altavoces.
SISTEMA
DE GRABACIÓN
El diagrama en bloques de la figura 1 muestra de manera resumida el
proceso mediante el cual se adapta una señal analógica, para poder ser grabada
en el disco óptico.
Ø PROCESO ANALÓGICO-DIGITAL (CODIFICACIÓN PCM: Modulación Codificada
de pulsos)
Se
basa en el muestreo de la señal de entrada, es decir, se van tomando valores de
tensión sobre una componente (un condensador) y se van traduciendo a un código
binario. Cuanto mayor sea la velocidad de muestreo, mayor será la calidad de la
señal obtenida. Ahora, según el teorema de muestreo de Nyquist, la velocidad de
muestreo debe ser como mínimo de 2 veces la frecuencia de audio leída para no
perder calidad.
En los
sistemas de grabación digital se toma como norma una velocidad de 44'1 KHz que
es algo más del doble de la frecuencia superior audible, 20KHz. Para una mayor
frecuencia de muestreo, el oído humano no capta diferencia ni mejora alguna.
Para
esta codificación (PCM: Modulación Codificada de Pulsos) se utiliza una palabra
de 16 bits por lo que tenemos 216= 65536 combinaciones diferentes
posibles. Como la señal es estéreo una vez muestreada es multiplexada.
En
la salida del modulador PCM se obtiene una señal que tiente una velocidad de
bits que vale:
fbit= 44.1 x 103 x 16 x 2 =
1.41 Mbit/segundo
Ø CODIFICACIÓN CIRC
La
información presente en el disco es leída mediante una exploración óptica de la
pista realizada con un rayo láser. La presencia de polvo, huellas e
imperfecciones sobre la superficie del disco genera errores de lectura en la
serie de datos detectados.
Para
proporcionar una suficiente protección de los datos grabados, deberá resultar
posible identificar y corregir la mayoría de los errores o, en caso de errores
irreparables aplicar una silenciación o muting del canal.
En
este bloque se lleva a cabo el tratamiento para corrección de errores CIRC (Cross-interleave
Reed-Solomon code), que traducido es Código Reed-Solomon de Intercalación
transversal). Se añaden bits de paridad y se realiza un intercalado, el cual
consiste en disponer los datos leídos no en el mismo orden sino mezclándolos en
series. Este tipo de codificación intenta corregir ciertos fallos de corta y
larga duración. Cuando se hace imposible restaurar el código, se realiza una
interpolación entre los datos leídos.
Ø BIT C&D
Posteriormente
a la codificación CIRC, por medio de un multiplexor se añaden los bits C&D
(Control y Display) que contienen dos tipos de información.
La
primera se refiere al codificador y cómo las señales han sido grabadas (por ej.
con preénfasis o sin ella), y la segunda completa el contenido del CD con
información de control, nº de pista, duración, etc. (Estos datos aunque estén
presentes, pueden ser obviados por el lector si éste no contempla esta
función).
A la
salida del multiplexor se obtiene una señal con una frecuencia de 1'94 Mbit/s.
Ø MODULACIÓN EFM (Eight to Fourteen Modulation: Modulación de 8 a 14)
La anchura
de banda de las señales de sonido analógicas permite grabarlas directamente
sobre un soporte sin realizar cambios. Esto, por ejemplo, no sucede en vídeo
donde la señal se modula en FM para poder ser grabada.
Lo
mismo pasa en la grabación digital, la información procedente del modulador PCM
es necesario adaptarla para poder ser grabada en el disco debido a su gran
ancho de banda.
Esta
adaptación consiste en equilibrar el número de unos y de ceros en la grabación
para facilitar la extracción posterior. La presencia de largas secuencias de
‘0' dificulta el funcionamiento del servo de seguimiento de pista, el cual se
basa en la medida de señales de salida de 4 sensores optoelectrónicos. También
hay que evitar el exceso de transiciones seguidas (por ejemplo: 10101010) que
dificulta la lectura de los datos.
La
regla a seguir es la llamada de dos a diez que consiste en que la corriente de
datos sobre el disco no tendrá menos de dos ‘0' entre ‘1', así como no más de
diez ‘0' entre ‘1'.
Tras
la modulación EFM, a la señal obtenida se le añaden los bits de sincronización
obteniendo la señal que se graba definitivamente en el disco. Esta señal
grabada en el inicio de cada trama de datos permite sincronizar la velocidad
del disco para su lectura.
La
señal, que será grabada finalmente en el disco, tiene un frecuencia de 4'3218
Mbit/s.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL CD
En
el disco de audio digital (CD - Compact Disc), la información se graba en una
pista en espiral a través de unas depresiones llamadas pit. El tiempo total de
reproducción de un CD es de aproximadamente 60 minutos, a los cuales le
corresponde una pista de unos 4,5 Km de longitud.
El
disco se graba en una sola cara y la velocidad de lectura es constante e igual
a 130 cm/s. Como esta velocidad lineal es constante con respecto al surco, la
velocidad angular deberá cambiar continuamente.
Esta
variación se lleva a cabo entre el límite de 500 r.p.m. al comienzo de la
lectura (cerca del centro del disco) y 200 r.p.m. en el final de reproducción
(en la periferia del disco). En los CD’s la lectura comienza en el centro y
acaba en el borde.
En
el reproductor la pista es analizada por un haz de láser de 1 a 2 mm de
diámetro que se emite desde el PICK-UP. En el PICK-UP se encuentran varios
elementos encargados de la lectura del disco: el diodo láser, las lentes
focalizadoras, las bobinas encargadas del enfoque, la matriz de fotodiodos que
recogen la señal luminosa.
El
haz de láser se focaliza en la superficie reflectante del disco, presente entre
un pit y el otro. Cuando el haz se encuentra con un pit, equivale a un ‘1', y
cuando no, un ‘0'.
La
señal digital obtenida progresivamente, se decodifica para extraer las señales
analógicas originales y correspondientes a los canales derecho e izquierdo.
El sistema requiere la presencia de tres servosiste-mas para
controlar la velocidad del disco, la focalización del haz y el correcto
seguimiento de la pista ( tracking).
Ø SECCIÓN DE OPTOELECTRÓNICA Y MECÁNICA
La sección de optoelectrónica la forma el CAPTOR (PICK-UP) que es el
dispositivo encargado de realizar la lectura del disco. El captor lo forman el diodo
láser transmisor y el bloque de recepción formado por 5 fotodiodos. Estos
fotodiodos reciben la luz reflejada del disco y la convierten en señal
eléctrica. De esta señal eléctrica obtenemos después dos informaciones
importantes: la señal de sonido digital y las señales que se aplicarán a los
circuitos de servos.
El
PICK-UP se encuentra apoyado por una mecánica encargada de realizar el
seguimiento de la pista. Para ello dispone de un par de bobinas para el
desplazamiento vertical (FOCUS) y otro par de bobinas para el desplazamiento
radial (TRACKING).
El PICK-UP necesita desplazarse para seguir la pista grabada en el
disco. Está montado sobre un brazo capaz de desplazarse sobre una superficie
horizontal gracias al SLEDGE MOTOR y a un sistema con tornillo sin fin.
El
TURNTABLE MOTOR es el encargado de hacer girar el disco. Siendo de tracción
directa, su velocidad debe cambiar gradualmente de 500 r.p.m al comienzo del
disco (cerca del centro), hasta 200 r.p.m. en el exterior.
Para
mantener la velocidad de lectura constante, va acoplado a un servo que toma
como referencia los impulsos de sincronización leídos en la señal del disco.
Además,
necesitamos el TRAY MOTOR, que es el encargado de realizar la carga y expulsión
de la bandeja portadora del disco.
Ø LÁSER
Se
utiliza un láser cuyo funcionamiento se basa en la emisión de luz coherente,
cuya longitud de onda se encuentra en la banda del infrarrojo, alrededor de los
800 nm. La energía de este rayo láser es mantenida constante (unos 0,3 mW) para
que no haya errores durante la lectura. No ha de olvidarse que, aunque
invisible para el ojo humano, este haz de láser puede causar daños o heridas
importantes. Nunca se debe mirar directamente la luz del láser para
comprobar su actividad.
Se utilizan varios sistemas: Uno es mediante un circuito de control
que con la ayuda de un fotodiodo que recoge parte de la emisión, y el otro
sistema es deduciendo la energía capatada mediante la lectura en los cinco
fotodiodos. Mediante un sistema de espejos y prismas, se condue el rayo láser
hacia el disco, e igualmente, la luz reflejada es llevada a la matriz de cinco
diodos.
Ø CIRCUITOS DE SERVOS
En
un sistema de reproducción de CD conviven tres servos cuya información se
obtiene de los cinco diodos fotosensibles.
Servosistema
de foco: Es el encargado de que la emisión del rayo láser incida en un punto de
2 mm de diámetro. En el caso de no ser así, la señal captada por los fotodiodos
creará un tensión de error que obligará al circuito de servo a aplicar una
tensión correctora a las bobinas de foco, con el fin de corregir el error.
Servosistema
de seguimiento de pista (Tracking). Este circuito permite que el haz de láser
no se salga de la pista que se está leyendo. Para ello, el servosistema actúa
sobre dos bobinas que se encuentran en el seno de un campo magnético y se
desplazan de forma radial.
Servosistema
de avance de pista (sledge). Como ya hemos mencionado, este circuito actúa
sobre un motor que desplaza horizontalmente el PICK-UP, con el fin de ir
leyendo la pista desde el centro hacia fuera del disco.
Ø SECCIÓN DE CONTROL, SELECCIÓN Y
VISUALIZACIÓN
Todas
estas funciones las lleva a cabo un microprocesador diseñado por el fabricante
expresamente para estas aplicaciones. Gestiona directamente los displays
mediante drivers internos. Para su funcionamiento precisa de una señal de
reloj, normalmente que proviene de un
oscilador de cuarzo para dar una mayor precisión.
El
microprocesador controla los servomecanismos en base a ordenes externas
enviadas por el usuario a través de los pulsadores, y recibe informaciones del
disco a través de los circuitos integrados que procesan la señal.
Otra
de las funciones que realiza el microprocesador en los sistemas dotados con
mando a distancia, es la decodificación de las señales recibidas por
radiocontrol, su interpretación y ejecución posterior.
Ø PROCESAMIENTO DE LA SEÑAL
Esta
sección se ocupa de recoger la señal enviada por los 5 fotodiodos y obtener
tanto la información necesaria para restaurar la señal de audio como la
información que necesitan los circuitos de servocontrol.
Existen
circuitos integrados diseñados exclusivamente para cada función, e incluso
algunos que integran ambas.
De
los 5 fotodiodos, una parte solamente, se usa para restaurar la señal de Alta
Frecuencia con la información de audio.
Sin
embargo, los 5 diodos dan información para los circuitos de servocontrol.
Para
restaurar la señal de audio a partir de la señal de AF leída en el disco, es
necesario realizar el proceso inverso llevado a cabo en la grabación. Primero
llevamos la señal leída en el disco de 4,3218 Mbit/s a un DEMODULADOR EFM . De
aquí se extraen la señal de sincronismo que mediante un oscilador PLL ajustará
nuestro oscilador local.
Seguidamente,
la señal obtenida del DEMODULADOR EFM es aplicada a dos circuitos:
ü Un circuito PROCESADOR DE SUBCÓDIGOS, cuya misión es la de obtener la
información adicional que se grabó junto a la señal de audio, es decir, el nº
de pista, la duración, preénfasis, etc. Esta información pasa al
microprocesador que los gestiona y los visualiza. De esta forma es posible
conocer la posición del captor óptico.
ü Circuito corrector de errores DECODIFICADOR CIRC, que intenta en lo
posible recomponer aquellos datos que por alguna circunstancia se hayan
perdido, y en el caso de no ser posible, la actuación del MUTE. En este
circuito se utiliza una memoria SRAM (contenida en el mismo integrado) para
realizar una interpolación de los datos
si es necesario.
La
señal totalmente decodificada se transmite en formato serie, un byte del canal
derecho y byte del canal izquierdo alternados, al DAC (Digital Audio Converter)
cuya función es la convertir la señal digital en analógica. Mediante un
conmutador a la frecuencia de 44,1 Khz se separan ambos canales. Para eliminar
el retardo que sufre un canal con respecto al otro, se incluye un retardo en
uno de ellos, concretamente 11 microsegundos en el canal izquierdo.
En
este circuito se lleva a cabo el proceso de interpolación, el cual permite la
reconstrucción de la señal incluso en presencia de errores de grupos de datos
muy largos. La secuencia máxima que puede recuperarse es de 12.000 bits
sucesivos, que corresponden a aproximadamente 8 mm de pista dañada. Existe una
salida Mute que deshabilita las salidas de audio por medio de sendos
transistores, poniéndolo en saturación y cortocircuitando ambas salidas.
Posteriormente
se lleva a cabo el proceso de conversión digital/analógico utilizando dos
convertidores. Las señales antes de salir del integrado son llevadas a un
filtro (LPF: frecuency low pass), cuya frecuencia de corte superior es de 20
Khz., con el fin de eliminar los ruidos de conmutación de 44,1 Khz.
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