Brevet FR2464531A1 — publié le 19810306

La présente invention concerne les appareils et les procédés d'enregistrement magnétique sous forme numérique, en particulier pour l'enregistrement sous densité élevée, par exemple sur disques magnétiques. Les processus d'enregistrement magnétique peuvent se diviser en deux parties, qui, en ce qui concerne l'enregistrement sous forme numérique, sont ordinairement appelés les processus d'écri- ture et les processus de lecture. Dans l'enregistrement numérique sous densité élevée, le processus d'écriture consiste normalement à enregistrer l'information numérique sous forme d'une série de tran- sitions entre régions d'un support magnétique qui sont approximative- ment complètement magnétisges en sens opposés. Ce processus exploite les propriétés d'enregistrement non linéaires du support et permet d'écrire des transitions très rapprochées l'une de l'autre. Il n'existe pas de nonlinéarités correspondantes dans le processus de lecture, si bien que les impulsions lues qui résultent de transitions voisines se chevauchent et se superposent puisque les transitions sont très rapprochées les unes des autres. Une telle situation, que l'on désignera ci-après par l'expression "interférence", rend dif- ficile la distinction entre impulsions différentes et le rétablisse- ment de l'information enregistrée. On peut donc écrire des transitions à un degré de resserrement qui dépasse les capacités dg résolution du processus de lecture. Le processus de lecture est donc lq facteur qui limite la densité avec laquelle l'information peut être enregistrée. Si celui-ci pouvait être amélioré, on pourrait augmenter la capacité de stockage du support et la vitesse avec laquelle les données peuvent être lues. L'invention propose un dispositif d'enregistre- ment magnétique sous forme numérique dont le canal de lecture comporte une tête de lecture et un filtre transversal d'onde accoustique de surface possédant des caractéristiques telles qu'il est possible de transformer ou d'aider à transformer la forme d'onde de lecture en une forme d'onde à partir de laquelle le rétablissement de]'informa- tion enregistrée est facilité. L'invention propose un appareil de reproduction d'in- formation numérique enregistrée sur un support magnétique sous forme de transitions entre régions du support magnétisées en sens opposés, l'appareil comprenant: une tête de lecture qui délivre une forme d'onde de lecture lors du déplacement relatif du support magnétique et de la tête de lecture, la forme d'onde de lecture étant constituée d'im- pulsions de lecture résultant chacune du déplacement relatif d'une seule desdites transitions vis-à-vis de la tête de lecture, et les impulsions de lecture étant soumises à une interférence mutuelle; un moyen transformant la forme d'onde de lecture en une forme d'onde transformée, ce moyen comprenant en série un modu- lateur conçu pour moduler une onde porteuse en fonction d'un signal d'entrée déduit du signal-de sortie de la tête de lecture, un filtre transversal d'onde acoustique de surface, et un démodulateur conçu pour éliminer l'onde porteuse; et un moyen qui extrait de la forme d'onde transformée un signal numérique dépendant de l'information enregistrée; les caractéristiques du filtre transversal d'onde acoustique de surface étant choisies, en relation avec celles des autres parties du moyen de transformation, de façon à Faciliter l'extraction dudit signal numérique par un ajustement de la manière dont, ou au moins par réduction du degré auquel, les formes trans- formées des impulsions de lecture interfèrent les unes avec les autres dans la forme d'onde transformée. L'invention propose également un procédé de lecture d'information numérique enregistrée sur un support magnétique sous forme de transitions entre régions du support magnétisées en sens opposés, le procédé consistant à produire un déplacement relatif entre le support ma- gnétique et une tête de lecture, la tête de lecture étant alors amenée à lire une forme d'onde de lecture constituée d'impulsions de lecture résultant chacune du déplacement relatif d'une seule desdites transitions vis-à-vis de la tête de lecture, les impulsions de lecture étant soumises à une interférence mutuelle; transformer la forme d'onde de lecture en une forme d'onde transformée à l'aide d'un moyen qui comprend en s4rie un modulateur dans lequel une onde porteuse est modulée en fonction d'un signal d'entrée déduit du signal de sortie de la tête de lecture, un filtre transversal d'onde acoustique de surface, et un démodula- teur dans lequel ladite onde porteuse est éliminée; et extraire de la forme d'onde transformée un signal numérique dépendant de la formation enregistrée; les caractéristiques du filtre transversal d'onde acoustique de surface étant choisies, en relation avec celles des autres parties du moyen de transformation, de façon à faciliter l'extraction dudit signal numérique par commande de la manière dont, ou au moins réduction du degré auquel, les formes transformées des impulsions de lecture interfèrent les unes avec les autres dans la forme d'onde transformée. L'utilisation d'un filtre transversal d'onde acous- tique de surface selon l'invention rend possible d'accroître la densité à laquelle l'information peut être enregistrée par compa- raison avec le cas o l'information est rétablie à partir de la forme d'onde de lecture non transformée. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est un schéma de principe du dis- positif; - la figure 2 présente des formes d'onde apparaissant en divers points du dispositif; - la figure 3 présente des formes d'onde de façon plus détaillée; et - la figure 4 illustre la manière dont la forme d'onde transformée de la figure 3 est obtenue. Comme on peut le voir sur la figure 1, le dispositif écrit et lit des données numériques sur un support magnétique 1. Ce support peut être par exemple un disque magnétique, bien que la technique qui va être décrite puisse également s'appliquer à d'autres systèmes d'enregistrement numérique sous densité élevée. L'information à enregistrer est délivrée sous forme de courant d'écriture à une tète d'écriture 2 devant laquelle le support passe. Le courant d'écriture bascule entre une valeur posi- tive et une valeur négative (voir également la forme d'onde de la partie a de la figure 2). Lorsque le courant conserve une de ces valeurs, il magnétise le support de façon saturée dans un sens; après avoir basculé à l'autre valeur, il magnétise le support dans les sens opposé; et, entre les deux régions magnétisées en sens opposés se trouve une très mince région de transition qui coincide avec l'instant du basculement. Les instants auxquels il est permis que ce bascule- ment ait lieu "fparaissent à des intervalles uniformément répartis. Les transitions ne peuvent donc se produire qu'en des positions possibles qui sont uniformément réparties sur le support. Dans la partie a de la figure 2, elles ont été interprétées comme repré- sentant une suite de bits qui apparaissent chacun à l'une des posi- tions possibles et qui utilisent un mode de codage par non retour à zéro selon lequel une valeur 'bd' est représentée par une transition en une position possible et une valeur "zéro" est représentée par l'absence de transition en une position possible. C'est la repré- sentation la plus compacte si l'on suppose que les positions auxquel- les des transitions peuvent avoir lieu sont séparées de la distance la plus faible autorisée par le dispositif. La série de bits enre- gistrée peut être elle-même un codage des données initiales. L'information enregistrée sur le support 1 est lue par une tête de lecture 3. La tète de lecture est représentée distinc- tement de la tête d'écriture 2, puisque ceci permet d'optimiser de façon indépendante les deux tètes, mais, si cela est souhaitable, il est possible d'utiliser une tête de lecture-écriture combinée. Lors d'une opération de lecture, le support magné- tique 1 défile devant la tête de lecture 3, et les variations de flux détectées par la tête induisent une tension dans les enroulements de la tête. Des variations de flux ne sont ressenties que dans levoiseloge des transitions, et une transition particulière donne naissance à une impulsion de lecture en forme de cloche telle que l'une des im- pulsions présentée sur la partie b de la figure 2. Puisque le pro- cessus de lecture est effectivement linéaire, les impulsions résul- tant de transitions différentes peuvent s'ajouter pour produire la forme d'onde de lecture complète, qui est représentée sur la partie c de la figure 2. On voit que les impulsions venant de transitions adja- centes interfèrent entre elles. Puisque les transitions changent de sens, les imposions de lecture distinctes changent de signe, et l'in- terférence entre les impulsions abaisse et déplace les pics de la forme d'onde. Plus les transitions portées par le support sont rap- prochées, plus ces effets deviennent prononcés, et il n'est finale- ment plus possible de distinguer de manière fiable les impulsions initiales et de rétablir l'information enregistrée. A ce point, la limite du rapprochement des bits qui peuvent être enregistrés sur le support 1 a été atteinte. Selon l'invention, la forme d'onde de lecture est transformée en une forme d'onde à partir de laquelle l'information enregistrée peut être rétablie plus aisément. Cette transformation est principalement effectuée par un filtre transversal d'onde acous- tique de surface désigné par la référence 4. Le filtre 4 réalise son effet non sur la forme d'onde de lecture elle-même, mais sur la forme d'onde qui a été modulée par un modulateur d'amplitude 5 sur une onde porteuse de haute fréquence venant d'une source 6. Le signal de sortie du filtre transversal d'onde acoustique de surface 4 est alors démodulé par un démodulateur cohérent 7 qui élimine la porteuse. Des filtres transversaux d'onde acoustique de surface sont décrits par exemple dans "Acoustic Surface Wave Filters" de R.H. Tancrell et M.G. Rolland dans "Proceedings of the IEEE", mars 1971, pages 393 à 409. Dans un semblable filtre, une onde acoustique est envoyée sur la surface d'un cristal piézo-électrique par un trans- ducteur constitué de deux peignes métalliques à dents entrecroisées. L'onde est alors reçue par un autre transducteur semblable. Il s'agit là d'un exemple de filtre transversal, qui est du type dans lequel la forme d'onde d'entrée est envoyée dans une ligne de retard à prises et la forme d'onde de sortie est la somme pondérée des signaux de sortie des prises. Par un choix approprié des retards des prises et de leur pondération, il est possible d'obtenir toute réponse de fréquence voulue à une précision souhaitée ne dépendant pas (aiprix d'un retard) de la limitation à laquelle les filtres classiques sont soumis, à sa voi r que la phase et l'amplitude du signal de sortie ne peuvent pas être ajustées indépendamment. Les techniques permet- tant de concevoir un filtre transversal d'onde acoustique de surface possédant une réponse souhaitée sont décrites de façon plus détaillée par exemple dans la troisième partie de "Surface acoustic filters, design, construction, and use", de John Matthews publié par John Wiley and Sons en 1977. Le principal moyen permettant d'ajuster la réponse consiste à régler l'espacement et le degré de chevauchement des dents des peignes transducteurs. Dans le cas considéré, le filtre transversal d'onde acoustique de surface est conçu pour transformer la forme mesurée d'une impul- sion de lecture unique 32, modulée sur la porteuse 31, comme cela est présenté sur la partie a de la figure 3, en une impulsion repré- sentée sur la partie b de la figure 3. L'enveloppe 34 de l'impulsion transformée est du type "forme 2 de Nyquist". Ce dont il s'agit est expliqué sur la figure 4, à partir de la forme 1 de Nyquist, qui est présentéesur la partie a de la figure 4. Une forme 1 de Nyquist vaut "1" à un instant t = O et "O" à l'instant t = + nT, o n est un entier supérieur à 0. La courbe, présentée à titre d'exemple, a l'équation y4(sinxj/x o x est égal t/T. On obtient la forme 2 de Nyquist en ajoutant deux formes 1 de Nyquist dont les pics sont sé rés de T, comme cela est indiqué sur la partie b de la figure 4. La courbe résultante, présentée sur la partie c de la figure 4, possède la valeur "1" à l'instant t=O et à l'instant t=T et est égaleà "" aux instants -T et +nT, o n est un entier supérieur à 1. En relation avec la figure 3, on voit que l'enveloppe de la forme d'onde produite par le filtre transversal d'onde acoustique de surface, qui est présentée sur la partie b de la figure 3, pos- sède la forme 2 de Nyquist. Elle est naturellement retardée par le filtre, mais, par commodité, son pic a été aligné avec celui de l'impulsion de lecture, si bien qie la forme d'onde a une valeur prédéterminée équivalente à "1" pour t= + (1/2)T et vaut "0" pour t= + (n + 1/2)T, o n est un entier supérieur à 0. On choisit la période T égale à l'intervalle séparant le passage devant la tète de lecture 2 de deux positions successives pour lesquelles une une transition peut se produire. Une forme d'onde correspondant à l'enveloppe du signal de sortie du filtre transversal d'onde acoustique de surface est produite par le démodulateur 7. La partie d de la figure 2 montre les formes transformées de trois impulsions-de lecture (lesquelles ont été encore une fois avancées si bien qu'elles sont alignées avec les impulsions de lecture dont elles dérivent. Puisque le processus de lecture est linéaire (en tout cas en première approximation), le théorème de superposition s'applique et la forme d'onde globale est, comme le montre la partie e de la figure 2, la somme des im- pulsions transformées particulières dont chacune est déduite de la prise en compte de l'effet du démodulateur 7 sur une impulsion de lecture unique. La forme d'onde démodulée que présente la partie e de la figure 2 est modifiée par un redresseur 8 en ce qui peut être considéré comme étant la forme d'onde transformée finale, laquelle est présentée sur la partie f de la figure 2. (En pratique, le démo- dulateur peut effectuer le redressement). La forme d'onde transformée est soumise à un processus de rétablissement par l'intermédiaire duquel le signal numérique enregistré initial est retrouvé. Au cours de ce processus, la forme d'onde présentée sur la partie f de la figure 2 est échantillonnée à intervalles égaux à ceux auxquels passent devant la tête de lecture 3 les positions pour lesquelles les transitions peuvent se produire, mais ces intervalles sont déplacée par rapport au pic d'une impulsion de lecture isolée dans la forme d'onde transformée finale,d'une demi-période. A ces instants, cette forme d'onde a la valeur "O" ou "'1". La raison en est que deux transitions possibles seulement peuvent contribuer à la forme d'onde à l'instant d'échantillonnage, à savoir celles (si elles existent) qui ont un pic une demi-période avant ou après l'instant d'échantil- lonnage. Toutes les autres impulsions de lecture transformées sont nulles à l'instant d'échantillonnage. Si l'une seulement des deux transitions possibles est présente, l'amplitude de la forme d'onde vaut "1". Si les deux sont présentes, elle vaut "O", puisque les deux impulsions sont de signes opposés. La forme d'onde transformée finale est échantil- lonnée par un signal provenant d'une horloge 9, lequel signal est appliqué à un circuit d'échantillonnage 10 recevant le signal de sortie du redresseur 8. Ceci amène la production du signal numérique représenté sur la partie & de la figure 2, ce signal étant délivré à un circuit bistable 11. Le circuit 11 retrouve l'information numé- rique enregistrée initiale,telle que la représente la partie a de la figure 2 en modifiant son signal de sortie lorsqu'il reçoit un signal de valeur "1" et en ne le modifiant pas lorsqu'il reçoit un signal "0". L'effet de cette opération est d'éliminer la conu-luticn de l'impulsion dont le pic précède immédiatement l'instant d'échan- tillonnage pour les cas o cette impulsion est présente. Le signal de sortie du circuit 11 est présenté sur la partie h de la figure 2 (o il est retardé d'une demi-période afin de ramener l'alignement du diagramme avec l'information enregistrée initiale). Il reproduit l'information enregistrée et est le signal de sortie du canal de lecture. Le signal de lecture est amplifié par un ampli- ficateur 12 avant d'être délivré au modulateur 5 précédant le filtre transversal dinde acoustique de surface. Pour- permettre de maintenir aux instants d'échantillonnage les amplitudes des impulsions de lecture transformées particulières égales à la valeur attendue, l'amplifica- teur 12 a un gain réglable, et un circuit de commande 13 contrôle la forme d'onde du redresseur 8 et détecte des pics isolés, lesquels sont comparés à une valeur de référence dans le but de créer un si- gnal de modification du gain de l'amplificateur 12 en cas de besoin afin de maintenir l'amplitude d'une impulsion de lecture transformée égale à une valeur de référence (qui a été appelée "1" dans la pré- cédente discussion) aux instants d'échantillonnage. L'horloge 9 est un oscillateur ajustable. Il est commandé par un circuit 14 qui compare le signal de mrie'ed l'horloge 9 avec l'information enregistrée afin de maintenir leur synchronisation. Le circuit 14 contrôle les pics de la forme d'onde afin de détecter ceux qui sont symétriques, c'est-à-dire ceux qui ne sont pas déplacés par l'interférence. Leur cadencement est comparé avec le signal de sortie de l'horloge (avec déplacement d'une demi-période pour per- mettre la coïncidence avec lepLe attendu) et un signal est délivré afin de modifier la fréquence ou la phase de l'horloge si le pic se produit plus tôt ou plus tard que cela n'est attendu. Le signal enregistré peut contenir une information redondante afin d'assurer que la plus longue période possible entre impulsions de synchronisation ne dépasse pas une valeur voulue. Ceci permet également une détection d'erreur et l'élimination d'une com- posante continue du courant d'écriture qui pourrait résulter de totaux inégaux de "uns" et de "zéros". Au lieu d'un filtre donnant, comme cela est décrit, une forme 2 de Nyquist pour l'impulsion de lecture transformée, il pourra être utilisé un filtre donnant une impulsion d'une autre forme, par exemple une forme 1 de Nyquist. Dans ce cas, la détection des chiffres enregistrés consiste simplement à examiner les pics de la forme d'onde transformée finale. Cette forme possède toutefois un rapport signal-bruit moins favorable. Dans le dispositif décrit, la série de bits enregistrée est le signal de sortie du circuit bistable 11. Il est également pos- sible d'envisager que l'information à enregistrer soit précodée par application à un circuit bistable dont le signal de sortie sert h produire le courant d'écriture. Dans ce cas, le circuit bistable Il n'est pas utilisé et le signal de sortie du circuit d'échantillon- nage 10 produit lui-même l'information voulue. (Par exemple la série de bits de la partie R de la figure 2 produit, lorsqu'elle est appli- quée à un circuit bistable, la série de bits de la partie a de la figure 2 et, si ce signal est ainsi précodé, puis enregistré, il est récupéré directement à la sortie du circuit d'échantillonnage 10.) Si cela est souhaitable, il est possible d'effectuer la transformation dans des étages comportant plus d'un filtre trans- versal d'onde acoustique de surface. A titre d'exemple la fréquence de l'onde porteuse peut valoir dix fôis le débit de données, ce qui, pour un débit de données de 5 à 10 millions de bits par seconde, implique une fréquence d'onde porteuse de 5 à 10 MHz. L'homme de l'art comprendra que les éléments constitu- tifs du dispositif décrit ci-dessus de traitement du signal délivré au filtre transversal d'onde acoustique de surface 4 sont des éléments normalisés ou pouvant être facilement construits au moyen de circuits électroniques classiques. Ils ne sont pas donc décrits de façon plus détaillée. Le filtre de l'invention améliore le rapport signal-bruit du processus de lecture et, par conséquent, son aptitude à séparer les bits enregistrés, de sorte qu'il est possible de les enregistrer avec une plus grande densité. Même si l'on suppose que des imperfec- tions pratiques amènent un certain écart par rapport au dispositif idéal décrit ci-dessus, on peut attendre du dispositif décrit qu'il permette une amélioration, d'un facteur de 1,5 à 2, de la capacité de stockage et du débit de données d'un dispositif de stockage à disque magnétique de typé courant. Des filtres transversaux ont été réalisés sous forme de registres à décalage tels que le filtre transversal à circuit col- lecteur itératif. Ce typé de filtre nécessite toutefois une forme d'onde d'échantillonnage synchronisée avec les signaux d'information, et ceci pose un difficile problème de synchronisation, puisque le signal d'entrée appliqué à un tel filtre est mal adapté à la fourni- ture de signaux de synchronisation précis. La fréquence de porteuse du filtre transversal à onde acoustique de surface peut toutefois être regarcde comme un signal d'échantillonnage d'une fréquence suf- fisamment élevée pour éviter la nécessité d'une synchronisation. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir de l'appaimil E du procédé dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diver- ses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'inven- tion. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Appareil de reproduction d'information numérique enregistrée sur un support magnétique sous forme de transitions entre régions du support magnétisées en sens opposés, l'appareil comprenant une tête de lecture qui délivre une forme d'onde de lecture lors du déplacement relatif du support magné-tique par rapport à la tête de lecture, la forme d'onde de lecture étant constituée d'impulsions de lecture résultant chacune du déplacement relatif de.l'une des transi- tions devant la tête de lecture, et les impulsions de lecture étant soumises à une interférence mutuelle, un moyen de transformation qui transforme la forme d'onde de lecture en une forme d'onde transformée, et un moyen qui extrait de la forme d'onde transformée un signal numérique dépendant de l'information enregistrée, l'appareil étant caractérisé en ce que le moyen de transformation (12, 5, 4, 7, 8) comporte en série un modulateur (5) qui module une onde porteuse en fonction d'un signal déduit du signal de sortie de la tête de lecture, un filtre transversal d'onde acoustique de surface (4), et un démodu- lateur (7) qui élimine l'onde porteuse, et en ce que les para - mètres du filtre transversal d'onde acoustique de surface, en relation avec ceux des autres parties du moyen de transformation, sont de nature à faciliter l'extraction dudit signal numérique par commande de la manière dont, ou au moins réduction du degré auquel, les formes transformées des impulsions de lecture interfèrent entre elles. 2. Appareil selon la revendication 1, o les transitions se produisent en des positions choisies parmi plusieurs positions uniformément réparties sur le support, l'appareil étant caractérisé en ce que le moyen d'extraction comporte un moyen d'échantillonnage (10) qui échantillonne l'amplitude de la forme d'onde transformée à plusieurs instants d'échantillonnage, les paramètres du moyen de transformation étant tels qu'une impulsion de lecture distincte (32) est transformée en une impulsion (34) dont l'ampli- tude, telle qu'elle est échantillonnée à chaque instant d'échantil- lonnage (nT), est sensiblement nulle ou présente une relation sensi- blement prédéterminée vis-à-vis d'une valeur de référence. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen d'échantillonnage (10) est conçu pour effectuer l'échantillonnage au rythme auquel les positions du support pour lesquelles des transitions peuvent avoir lieu passent devant la tête de lecture. 4. Procédé de lecture d'information numérique enre- gistrée sur un support magnétique sous forme de transitions entre régions du support magnétisées en sens opposés, qui consiste à pro- duire un déplacement relatif entre la tête de lecture et le support magnétique, la tête de lecture étant ainsi amenée à produire une forme d'onde de lecture constituée d'impulsions de lecture,, duntchacune résulte du déplacement relatif d'une seule desdites transitions devant la tète de lecture, les impulsions de lecture étant soumises à une interférence mutuelle, à transformer la forme d'onde de lecture en une forme d'onde transformée et à extraire de la forme d'onde transformée un signal numérique dépendant de l'information enregistrée, le procédé étant caractérisé en ce que le signal à transformer passe, en séquence, dans un modulateur, o une onde porteuse est modulée en fonction d'un signal d'entrée déduit du signal de sortie de la tète de lecture, dans un filtre transversal d'onde acoustique de surface, et dans un démodulateur, o l'onde porteuse est éliminée, et en ce que les p a ra m è tres du filtre d'onde acoustique de surface sont tel s que la transformation facilite l'évaluation dudit signal numé- rique par commande de la manière dont, ou au moins par une sensible réduction du degré auquel, les formes transformées des impulsions de lecture interfèrent entre elles dans la forme d'onde transformée. 5. Procédé selon la revendication 4, o les transi- tions se produisent en des positions choisies parmi plusieurs posi- tions uniformément réparties sur le support, le procédé étant carac- térisé en ce que, dans l'extraction, ladite amplitude numérique de la forme d'onde transformée est échantillonnée à plusieurs instants d'échantillonnage, ét en ce que la forme tr'ansformée d'une impulsion de lecture isolée est transformée en une impulsion dont l'amplitude, telle qu'elle est échantillonnée à chaque instant d'échantillonnage, est sensiblement nulle ou présente une relation sensiblement pré- déterminée avec une valeur de référence. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'échantillonnage est effectué au rythme auquel les posi- tions du support auxquelles des transitions peuvent se produire passent devant la tête de lecture.