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).

 

 

 

 

 

 

SISTEMA DE REPRODUCCIÓN

 

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.

 

 

VOLVER