COMO SE GRABAN Y LEEN LOS DATOS
EN UN REPRODUCTOR DE CD

En esta sección analizamos cómo es el formato de las diferentes señales que recorren a un reproductor de CD ya sea para la grabación de datos en el disco, como para poder leer la información que contiene. Aclaramos que, si bien hacemos referencia a equipos de audio, el principio de funcionamiento se aplica también para datos (discos de datos o video -VCD-) e, incluso, "hasta nos servirá", para más adelante, entender la grabación en DVD.

1.2 EL AUDIO DIGITAL

El disco CD de audio no fue el primer sistema de lectura óptica que se usó comercialmente. Dejando de lado los sistemas de lectura óptica de las pistas de audio de las películas de 16 mm, el primer sistema de lectura óptica hogareño fue el “videodisco de 12". En efecto, extrañamente primero fue el video y luego el sonido. Ambos sistemas comparten muchas partes comunes como el uso de un pick-up óptico con láser infrarrojo y los servo controles del mismo. Sin embargo, entre los dos sistemas hay una enorme y decisiva diferencia: el video disco es analógico y el CD es digital.

El video disco pasó, sin pena ni gloria, por América Latina debido al alto costo de los discos, su tamaño y el precio de los reproductores, por eso muchos consideran como primer disco óptico comercial al CD de audio; pero nosotros queremos reconocer aquí la paternidad del videodisco. La diferencia fundamental entre ambos discos, es el carácter digital del CD que revolucionó la industria con su fidelidad asombrosa, su capacidad de acumulación, la ausencia de desgaste, su bajo ruido de reproducción y la ausencia de los errores de velocidad, lloro y trino de sus parientes lejanos, los discos de vinilo.

¿Pero, qué significa que un sistema realice una lectura digital desde un disco?
Para captar el concepto, imagínese al disco CD como si tuviera escrito números que representan el valor instantáneo de una señal de audio, esos números están grabados en forma de espiral divergente de modo que un observador los puede leer con sólo mover su vista desde el interior hasta el exterior del disco, ya que éste está girando de modo de poder leer siempre la misma cantidad de números por minuto. Ver figura 1.2.1. El observador anota los números leídos en un papel y otro los lee a un ritmo fijo determinado por un metrónomo (aparato que usan los músicos para marcar el compás).

Esta imagen representa con toda veracidad, el modo de funcionamiento de un reproductor de CD. Veamos las diferencias con respecto al viejo sistema analógico. En él simplemente grabaríamos los números en el disco como altibajos del zurco para que una púa acoplada a un cristal genere un valor instantáneo de señal. El problema es que, además de ese valor instantáneo, la púa genera un ruido de rozamiento que enmascara el valor instantáneo verdadero. Por otro lado, la velocidad a la cual salen esos valores instantáneos depende de la estabilidad de rotación del disco y esa estabilidad es muy difícil de controlar (y muy caro porque implica usar platos pesados y transmisiones mecánicas sofisticadas).

En el sistema digital, el ruido, tal como lo conocemos, no existe. La vista no puede dañar el disco y la estabilidad de rotación importa muy poco porque existe un paso intermedio de acumulación en el papel. En definitiva, la salida de los números siguen al metrónomo que es el patrón de tiempos del sistema. Sólo habría que implementar tres sistemas de servocontrol: uno que mueva la vista siguiendo el hipotético zurco formado por los números (movimiento radial hacia afuera); otro que mueva el ojo hacia arriba y hacia abajo para enfocar correctamente la superficie del disco y otro para acelerar y frenar la rotación, de manera que los números leídos del papel siempre salgan con un atraso casi constante. En una palabra, que el colchón de números no crezca mucho ni se reduzca peligrosamente. Ver figura 1.2.2.

Nos falta aún considerar cómo los números leídos del papel se transforman en una señal eléctrica que mueve el cono del parlante. Deberá utilizarse un conversor digital a analógico que analice el número leído y lo transforme en una tensión eléctrica equivalente, que luego será amplificada por los medios clásicos. A poco de analizar esta etapa observaremos que debe generar algún tipo de distorsión, porque los números le llegan con su ritmo y, entre número y número, sólo podría mantener el último número leído como valor instantáneo de su salida. Su salida, por lo tanto, variará por saltos y la representación de la señal original que se grabó será como lo indica la figura 1.2.3.

Esta distorsión suele ser considerada como un ruido llamado ruido de cuantificación, pero lo más importante es que puede reducirse tanto como lo desee, trabajando con mayor cantidad de números; por ejemplo usar 1.000 números en lugar de 100 para representar la señal analógica. Esto implica, como veremos posteriormente, que se reduce la capacidad del disco en la misma proporción en que se incrementa la precisión.

 
1.3 COMO SE GRABAN LOS NUMEROS
Es evidente que la imagen propuesta no puede llevarse a la práctica. En principio, lo que se graba en el disco es el número binario equivalente al digital. Un sistema muy sencillo podría consistir en grabar pozos negros sobre una superficie metalizada y efectuar la lectura con un sistema óptico que emita luz y la recoja en un sensor fotoeléctrico. Ver figura 1.3.1

Este sistema parece el único posible pero, sin embargo, con un poco de complicación electrónica se puede usar menor espacio del surco hipotético para transmitir la misma cantidad de información. Si nos ponemos de acuerdo en que las transiciones implican un "uno" y los estados estables de pozo o espejo un cero, podríamos escribir el mismo número como lo indicamos en la figura 1.3.2.

¿Por qué dibujamos la señal de CLOCK en las figuras 1.3.1 y 1.3.2?
Porque la señal de CLOCK nos permite saber cuándo debemos leer un dato. En efecto, los datos se leen sólo durante las transiciones de CLOCK, de ese modo se evita el ingreso de datos falsos.

¿Debemos entonces grabar una señal de CLOCK
en una pista paralela al disco?

No, esto reduciría la cantidad de datos grabados a la mitad y ese es un lujo que no podemos permitirnos.

Realmente, el método utilizado es generar una señal de CLOCK de los mismos datos grabados, pero esto significa que debemos hacer un cambio de código porque si grabamos directamente los números binarios podríamos tener un pozo o un espejo que podría durar 20 o 30 segundos. Esto ocurre, por ejemplo, en el silencio entre dos temas. Silencio significa una continuidad de ceros y si usamos el código de transición, esto significa un pozo o un espejo que dure tanto como dura el silencio entre dos temas y sería imposible recuperar el CLOCK.

Para evitar este problema se utiliza una decodificación de datos que se llama "criterio de largo de PIT" . La palabra "PIT" puede interpretarse como el acrónimo de PHOTO BIT o simplemente como la traducción de pozo al inglés. El criterio del largo de PIT indica que los pozos o espejos deben tener un largo comprendido entre 3 y 11 T siendo T la longitud equivalente a un pozo virtual cuyo largo generaría la señal de CLOCK. Ver figura 1.3.3.

En un disco CD, por lo tanto, no hay más que 9 posibles largos de pozo. Los espejos también están definidos de la misma forma, su largo debe variar entre 3T y 11T. Además por norma, si juntamos todos los pozos y todos los espejos, observaríamos que ambos conjuntos tienen el mismo largo.

El autor reconoce que todo esto aparece como confuso, pero el lector puede estar seguro de que esta complejidad es necesaria. El criterio del largo de PIT nos permite generar una señal de CLOCK perfecta simplemente a partir de la señal de datos tomada por el pick-up. Si no se utilizara esa transformación de los datos, sería imposible recuperar el CLOCK de la misma señal de datos.

De cualquier modo, estas transformaciones de la señal recuperada desde el disco se realiza en un circuito integrado basado en un microprocesador dirigido que no utiliza prácticamente componentes externos. Es decir, que si le entregamos la señal proveniente del disco, éste entregará una señal de salida digital idéntica a la utilizada cuando se grabó el disco antes de modificar la señal de datos.

 
1.4 EL CANAL DE SEÑAL
Hasta ahora tenemos en claro que un disco debe tener sectores con pozos que no devuelven luz y otros con espejo que reflejan todo lo que reciben. El pick-up emite luz y la recibe en un fotodiodo. La corriente que circula por este fotodiodo conectado en inversa es prácticamente nula, cuando no recibe luz y se incrementa notablemente cuando una zona espejada devuelve luz.

En principio, pareciera que la salida del fotodiodo debería ser una señal rectangular con flancos\ abruptos, pero debido al diminuto tamaño de los pozos (el haz explorador es más ancho que un pozo), la señal emergente tiene sus flancos redondeados y se parece más a una señal de pulsos sinusoidales. Ver figura 1.4.1.

Todo el diagrama en bloques del canal de señal está, por lo tanto, pensado para recuperar la señal del fotodiodo, transformarla en una señal de flancos abruptos, decodificarla y transformarla en una señal analógica idéntica a la tomada por el micrófono durante la grabación. Ver figura 1.4.2.

En este diagrama en bloques marcamos tres nombres de señales de importancia fundamental para la reparación: RF, EFM y DATAA. Estas señales marcadas con letras que representan su función, suelen repetirse en muchos equipos de diferentes marcas y modelos.

RF: Es la señal de datos que sale del disco luego de una amplificación. Su nombre proviene de su forma de onda y su frecuecia pero, en realidad, está muy lejos de ser una sinusoide perfecta. Si lo fuera no podría traer datos. En realidad, es una serie de pulsos redondeados con una duración de 3T a 11T. Como estos pulsos tienen duraciones armónicas de T, lo que se ve en un osciloscopio tiene un oscilograma característico que mostramos en la figura 1.4.3 y que podemos llamar el oscilograma fundamental del reparador dada su importancia.

Este oscilograma se forma por superposición de las formas de los 9 pits posibles que tiene grabado un disco. En algunos libros se le da también el nombre de señal "ojo de pescado". La separación entre las pendientes son las correspondientes a dos sinusoides de un tiempo T de 0,231µS con una frecuencia de 4,3218MHz.

La amplitud de RF depende de muchas variables pero en un equipo que funcione correctamente (y con un pick-up nuevo) es de 1,6 V pico a pico, siendo este un valor prácticamente uniforme para equipos de diferentes marcas y modelos.

EFM: Es la señal de RF que pasó por un circuito recortador o cuadrador. Su nombre proviene de Eigth to Fourteen Modulation o modulación de 8 a 14 que tiene relación con el sistema utilizado para la transformación del código binario al criterio del largo del pit. En el estudio de grabación se utiliza un láser para iluminar un disco metalizado recubierto de material sensible a la luz. Luego, por revelado y depósito de metales, se consigue fabricar una matriz de punzonado, en donde existen salientes que generan pozos en los discos de producción. Ese láser del estudio de grabación se excita con una señal llamada EFM. Es decir que luego del recortador (Data Slicer, en inglés) se recupera la señal original que generó al disco. En la figura 1.4.4 mostramos un dibujo de EFM.

DATAA: Señal digital de datos de audio (en muchos equipos simplemente DATA). Es un puerto serie de salida de datos, equivalente a la señal digitalizada de audio existente en el estudio de grabación. En algunos equipos, esta señal se envía al llamado conector óptico hembra de audio, que se conecta por fibra óptica a amplificadores con entrada óptica digital.

Esta señal no es repetitiva y, por lo tanto, no puede visualizarse en el osciloscopio, pero siempre puede verificarse que en DATA se observen los valores lógicos alto y bajo con las transiciones y forman un fondo difuso. Ver figura 1.4.5.

En el trabajo de reparador de reproductores de CD es fundamental recordar el nombre de las señales más comunes, tal como es la costumbre en el mundo de las técnicas digitales. Las señales vistas tienen nombres aceptados casi universalmente, a veces con el agregado de una letra O o I para indicar entrada o salida (0 = output = salida; I = input = entrada). Una excepción es la señal RF que algunos fabricantes llaman HF (de High Frecuency = alta frecuencia).

En la figura 1.4.2 incluimos un bloque llamado PLL (de Phase Locked Lock = lazo enganchado de fase).

El PLL tiene varias funciones importantes: primero digamos que, en realidad, es un bloque compuesto por un VCO (de Voltage Controled Oscilador = oscilador controlado por tensión) y un APC (de Automatic Phase Control = control automático de fase). La función del PLL es sincronizarse con los datos de entrada de modo de mantenerse a ritmo con los mismos en tanto ellos estén ingresando con un flujo cercano al nominal (por ejemplo dentro de un rango de ±30%). Luego la señal del VCO servirá como CLOCK para la lectura de datos.

Además, comparando esta frecuencia con un oscilador a cristal se puede corregir la velocidad del motor de rotación para que el flujo de datos de entrada sea el nominal. Ver figura 1.4.6.

 
Autor: Ing. Alberto Horacio Picerno
E-mail: picernoa@fullzero.com.ar
FIGURA 1.2.1
 
FIGURA 1.2.2
 
FIGURA 1.2.3
 
FIGURA 1.3.1
 
FIGURA 1.3.2
 
FIGURA 1.3.3
 
FIGURA 1.4.1
 
FIGURA 1.4.2
 
FIGURA 1.4.3
 
FIGURA 1.4.4 - 1.4.5
 
FIGURA 1.4.6
 
 
 
 
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