光碟机的基本原理.doc

第一章 光碟機的基本原理 光碟機如以產品的應用領域來分，可以分成：消費性電子產品的CD播放機（CD-PLAYER）,VCD放影機（VCD-PLAYER）,DVD放影機（DVD-PLAYER），DVD錄放機（DVD-RECORDER）,和DVD攝像機（DVD-CAMERA），以及資訊產品的CD-ROM,CD-RWDVD-ROM,DVD-RW和DVD-RAM等。其中依照產品的不同有不同的應用電路。及要求的設計規格（例如：往往資訊產呂著重速度性能，與兼容性；消費性電子產品看重功能與品質。屬於電腦周迷設備的光碟機一直在資料傳輸率（DATA TRANSFER RATE）及資料存取時間（ACCESS TIME ）上推陳出新，消費性產品的光碟機如DVD-PLAYER架構上就內含了影像及聲音的MPEG | DECODER，著重畫質解析度（RESOLUTION），以及DOLBY 聲音輸出。雖然不同的產品有不同的設計規格及用應電路，但對於光學讀取的伺服系統有著相同的控制器設計方法。 如以產品規格來區分。可分為雷射光波長780Nm的CD及650或635Nm的DVD兩大類。 1.1 DVD與CD 光碟片的規格 CD與DVD 光碟片在外觀尺寸上是完全相同的，最大直徑同為120mm中心開一直徑為15 mm的圓孔。雖然DVD光碟片記錄厚度隻有CD的一半0.6 mm但一片DVD是允許有正反兩面(SIDE)記錄.所以DVD光碟片的厚度也與CD 一樣同為12 mm，而且DVD為能容下更多的資料，除了記錄了密度高，在同一記錄面中也允許有兩層（LAYER）記錄，利用不同距離的聚焦，正確讀到所要讀取的記錄層。當然內部資料的記錄格式與編碼（ENCODER）及調變（MODULATION）方式也與CD完全不同。 DVD光碟片所以能夠記錄更多的資料的原因，除了允許雙面雙層記錄外，最大的原因是使用了635或650NM更短波長的雷射光讀取。 CD的蝕刻長度為0.83umDVD的蝕刻長度為0.40 umCD 的軌距為1.6 umDVD的軌距為0.74 umCD 採用的EFM調變方式及CIRC,錯誤更正，最大容量約為750M而DVD採用8/16變調方式及RS-PC錯誤更正，最基本單面屋最大容量即可達到4.7G約是CD的六倍。 1.2 光碟機的系統架構 無論消費性電子產品的光碟機（如VDD-PLAYER）或資訊產品的光碟機（如CD-ROM,DVD-ROM）雖然系統架構不同，但都有一相似的光學機械結構及伺服控制系統， 如果是影音播放機，由於為得到良好的影象解析度及聲音音質。光碟片在錄制時有將資料以MPEG技術壓縮。因此光碟播放機需要有MPEG影像及聲音的解壓縮晶片組，將壓縮資料還原，以及數位類比轉換器（DAC）將儲存的數位資料轉換成原始影像及聲音類比信號。 資訊產品的唯讀型光碟機（CD-ROM）為了滿足電腦對資料正確性的要求，光碟片儲存電腦資料前需加上錯誤更正（ECC）及錯誤檢知（EDC）編碼，因此唯讀型光碟機將資料作錯誤更正，以降低錯誤率，對於無法錯誤更正的資料了檢測出加以重新讀取，如果實在法讀取則回復電腦ERROR。 另外加上快取記憶體（CACHE BUFFER）在電腦讀取一筆資料而尚未讀取下一筆資料時，預先將後面連續的資料讀到記憶體，如果猜中電腦下一次要求的資料時，即可以省去發動光學頭機械性的運動去讀取資料，以滿足電腦快速讀取資料的要求。CD-ROM是提供電 腦儲取的周邊裝置。需接受電腦適過介面所下的命令，以及透過介面傳輸電腦所須資料，這個介面可為SCSI,IDE/ATAPI,SUB.現今光碟機多為IDE/ATAPI介面。為了減不光碟機CPU負擔，需有介面芯片提供上述功能。 （架構圖略）1.2.1 機械及伺服控制模組 光碟機在學學機械方面可分成四個部分： 光學讀取頭（PICKUP HEAD）：負責讀取資料及控制訊號人重要元件。 光學頭傳動機構（SLED MECHANISM）：負責承載光學讀取頭，並使之能在光碟片資料范圍內運行，以能讀取到光碟片上任意位置資料。 主軸馬達（SPINDLE MOTOR）負責光碟片旋轉在正確的速度，使得軌道上的資料能循環不斷及正確的讀出。 光碟片承載機構（LOADER MECHANISM）：利用光碟片托盤（TRAY）承載光碟片作進出光碟的機構。 伺服控制模組依功能可分為下列幾個部分：RF Signal Processor (RFSP)1. Digital Signal Processor (DSP)2. Servo Signal Processor (SSP)3. Tracking/Focus Power Driver4. Sled/tray Motor Driver5. Spindle Motor Driver 6. Center processing Unit (CPU)7. Read Only Program Memory (ROM)8. Power Supply 整個機械及伺服控制模組的基本動作及資料訊號的讀取流程，及光機的控制流程，其原理為讀取頭有聚焦（focus）及循軌（tracking）致動器（actuator）能接受來自電控部分的電器訊器，將物鏡（objectivelens）作垂直及水平兩個方向的移動，以便能將雷射光正確的打在光碟片的軌道上：讀取頭上的雷射二極管（laser diode）發出雷射光經物鏡聚焦成功地打在光碟片的軌道上後，物鏡也同時也接收到反射回來的光線到數個光檢二極管（photo diode），檢測出資料訊號與聚焦誤差（focus error）及循軌誤差（tracking）訊號，送給電控部分的RFSP放大後，資料訊號送給DSP數位化以及解調變，解碼得到數位串列資料輸出，聚焦誤差及循軌誤差記號送給電控部分的SSP，SSP是控制系統的所謂控制器補償器（compensator）部分，補償致動器等受控廠特性以滿足設計規格，利用聚焦誤差及循軌誤差訊號經功率驅動器（power driver），對讀取頭上致動器作聚焦及循軌的定位伺服控制（servo control）.1.2.2 光碟機的機械及伺服控制模組可分成下列幾個系統 focus servo tracking servo spindle servo 由於主軸馬達的軸垂偏角（shaft angle），光碟片無法理想的平坦（flatness）及軌道的偏心（eccentricity）當主軌馬達帶動光碟片轉動時將在物鏡與光碟軌道間產生擾動（external shock） ，為了抵高各式各樣的擾動，必須要有打聚焦及循軌伺服控制系統，聚焦伺服（focus servo