CD播放器的读写原理.ppt

CD播放器的读写原理 组员 刘金麟吴泽昕贾博伦郭晓雨张雪晴 CD播放器的设计 1 光接收器2 自动聚焦设计3 自动跟踪系统4 单光束接收器5 接收器控制 1 光接收器 光接收器需要完成聚焦 跟踪和读出据轨道的工作 透镜透镜结构 激光源和读出器必须足够小 以利于在光盘的表面下方进行横向移动 一个三光束接收器包括一个激光二极管 衍射光栅 光束分离器 1 4波长镜片和几个透镜系统 在一个光束光接收器中 从电光源来的激光需要经过一个衍射光栅 光束穿过光栅时 会向不同的方向衍射 将收集的结果重新聚焦 结果是光束中心的亮度高 两边的光束亮度低 中心光束用来读取数据和聚焦 两边的两条光束称为一阶光束 用来进行跟踪 偏振光分离器 PBS 将激光引导到光盘的表面 然后使反射光对准光电二极管 PBS包含两个正交的棱镜 两者之间有一层绝缘隔膜 在PBS之后有一个瞄准透镜 目的是将分散的光线收集 使他们平行 然后光线穿过一个1 4波长晶片 它是由各向异性的双折射晶体物质构成 可以准确地偏转反射光 在光路的最后一片是数值孔径为0 45的物镜 它附在双轴的激励和伺服系统上 能够做上 下运动 以便于聚焦 水平运动和跟踪 如前所述 当光聚焦在两个凹坑之间的平面上 光线几乎全部反射 当光投射在一个凹坑上时 返回光的强度就比较弱 最终 光强有变化的就译码为1 不变则译为0 如果光线偏转 就穿过收集透镜和柱面透镜 这些光学器件用来控制伺服系统的操作 保持物镜聚焦的合适深度 反射光束的主要功能是携带数据 进入一个四象限光敏二极管 将它输出的电信号解码 得到音频波形 1 光接收器 2 自动聚焦设计 光束在数据表面上聚焦很重要 如果不能聚焦 就不能准确地读取数据 因此 当光从光盘表面发散的时候 物镜必须能够重新聚焦 聚焦操作有一个伺服驱动的自动聚焦系统来完成 它利用激光束的中心 四象限光敏二极管和一个伺服马达来移动物镜 随着物镜和光盘反射面之间的距离变化 系统的聚焦点也随之变化 由柱面透镜投影的图像也会改变形状 如果光敏二极管上的图像变化 就会产生成聚焦调整信号 当光盘表面位于物镜的焦点时 穿过凸镜和煮面透镜散射光的影响 而且圆形的光点会落在光敏二极管中心 当光盘和物镜的距离减小时 物镜 凸镜和柱面透镜的焦点远离柱面透镜 团由圆形变为椭圆形 同样 当光盘和物镜的距离增大时 焦点靠近柱面透镜 图案仍然变为椭圆形 但从第一个椭圆形旋转了90 2 自动聚焦设计 四象限光敏二极管从每个象限读出亮度信号 产生4个电压 值 A B C D 就产生一个音频数字信号 当光束精确地聚焦到光盘上时 其值就为0 当光盘移远时 就会有一个正向的聚焦校正信号产生 关盘移近时 产生的则是反向的信号 通过一个闭环系统 用偏差信号持续地对系统进行校正 以达到误差为零 这样就产生了一个聚焦的光束 伺服系统上 下移动物镜 使聚焦深度保持在允许的范围内 一个电路对聚焦校正信号译码 并产生伺服控制电压 伺服控制电压控制激励器移动物镜 接收器顶部的部件是一个有磁体环绕的基座 圆形轭支撑着一个线轴 聚焦和跟踪的绕线都在里面 从聚焦驱动电路来的控制电压 加在聚焦线圈上 线圈的上下移动则和磁体有关 这样能使物镜保持合适的聚焦深度 另一个轴的运动 是从一边到另一边进行跟踪 2 自动聚焦设计 3 自动跟踪系统 自动跟踪系统用来跟踪螺旋凹坑序列 螺旋凹坑轨道有1 6um的间距 中心没有完全对好的光盘轨道离心率可能超过100um 通常要求接收器具有在 0 1um容限内跟踪的能力 而震动的存在会给这项要求增加困难 可能激光束系统最适合用来进行跟踪 因为任何纯机械跟踪系统会易于寻常的昂贵 3 自动跟踪系统 在一个三光束接收器中 中心光束被衍射光栅分隔 产生一系列不同次的光束 它们的强度逐渐变小 两边的第一个光束和中心光束一起传到光盘的表面 中心光束照射点正好可以覆盖凹坑轨道 其余两条跟踪光束排列在中心光束的上 下两边 在正常的跟踪过程中 每条跟踪光束的一部分照到一个凹坑上 而其余部分照到凹坑轨道之间的平面上 3条光束反射回来后 穿过QWP和PBS 主光束落在四象限光敏二极管上 两条跟踪光束落在两个位于主光敏二极管两侧的光敏二极管上 整个的官民二极管阵列用做数据的读取 跟踪和聚焦 3 自动跟踪系统 如图所示 其中四象限光敏二极管A B C D用来进行自动聚焦和数据读取 光敏二极管E和F用做自动跟踪 3 自动跟踪系统 当3条光束偏移到凹坑轨道的任何一侧时 由于其中一条光束遇到的凹坑面积变小 返回更强的反射光 从两个跟踪光敏二极管输出的电压就形成一个轨道矫正信号 使伺服系统能够动态的进行跟踪 3 自动跟踪系统 如果跟踪精确 则跟踪信号之间的差异为0 如果光束发生偏移 则产生差值信号 跟踪矫正信号的左移值为正 右移值为负 校正信号输入到二轴激励器中 其中包含永久磁体和聚焦 跟踪线圈 要校正跟踪误差 校正电压加到此线圈上 线圈绕轴心旋转 带动物镜侧向移动 这样主激光照射点又重新对准 跟踪校正信号则重新变为0 4 单光束接收器 单光束接收器的光学组件如图所示 光敏二极管阵列用来产生跟踪和聚焦信号 并读出数据 一块半透明的镜子把光从激光二极管引导到光盘表面 由光盘反射的光穿过镜片 再穿过棱形透镜 棱形透镜把激光分成两束 经过调整后投射到4个水平排列的光敏二极管阵列上 4 单光束接收器 所有光敏二极管输出的总和D1 D2 D3 D4就是数据信号 这个信号解调后产生音频数据和用于激光伺服系统的控制信号 4 单光束接收器 自动跟踪使用了 推 拉 技术 当激光照射点落在凹坑轨道的中心时 反射光束是对称的 当激光照射点偏离凹坑轨道时 反射光就会产生强度的不对称 导致了分离光束之间的强度差异 当光束完全不在轨道上时 一侧的光束会遇到更大的凹坑面积 那一侧的光束就会有较大的干扰 反射光的强度比较小 4 单光束接收器 偏离那一侧的光束的分离光束的强度较小 光敏二极管的输出也较小 两者之间的差 D1 D2 D3 D4 产生一个误差信号 用来校正接收器的跟踪 4 单光束接收器 光学系统中的污垢会使反射光束的强度不对称 这会在跟踪校正信号中产生误差 使得接收器偏离轨道 为了防止这一情况的发生 又设计了第二个跟踪校正信号 将一个低频信号输入跟踪伺服系统 用这个信号调制4哥光敏二极管的输出信号 当接受轨道有偏差时 调制信号中也会产生偏差信号 此信号经过调整后通过一个直流电压来校正主跟踪信号 用这种方法可以使污垢对轨道偏移的影响减小到可以忽略不计 4 单光束接收器 自动聚焦采用Foucault技术 如图所示 4 单光束接收器 当达到正确聚焦时 两个图像在光敏二极管对之间的中心 当聚焦改变时 系统的焦点也移动 当光盘太远时 分离的光束一起靠近 当光盘太近时 光束向反方向移动 光敏二极管对D1 D4和D2D3之间的强度差 构成聚焦误差信号 D1 D4 D2 D3 这个信号维持伺服驱动物镜的焦点 5 接收器控制 马达必须使接收器精确地在光盘表面移动 来跟踪整个凹坑螺旋轨道 接收器必须能够从光盘的一个地方跳到另一个地方 在螺旋轨道上找到想要的位置 重新跟踪 这些功能是利用前面生成的控制信号 分别由不同的分立电路来完成的 三光束接收器安装在一个像雪橇一样的装置上 可以在光盘表面上径向移动 线性马达根据用户的命令定位接收器 并在自动跟踪电路的捕捉范围内进行接收 5 接收器控制 大多数单光束接收器安装在一个旋转臂上 旋转臂在光盘表面移动形成弧线 在臂的旋转点装有线圈和磁体 当线圈启动时 接收器可以定位到凹坑轨道的任何位置 其精确位置可以由自动跟踪电路校正 5 接收器控制 在三光束和单光束的设计中 CD播放器与传统唱机的跟踪方式相似 就像唱片上的凹槽拉着唱针通过一个LP一样 自动跟踪系统拉着接收器通过CD盘 保证接收器在轨道上 5 接收器控制 为了快速前进或者后退 微处理器控制跟踪伺服机构 使之可以提供比正常跟踪更快的运动 当达到正确的位置时 由跟踪校正信号形成的曲线为微处理器产生的控制信号提供参考 而后产生一个信号 表示逼近正确的跟踪校准 就在校正之前 产生一个停止脉冲来补偿接收器的惯性 激励器在正确的轨道上停下来 接着进行自动跟踪 5 接收器控制 由于制造过程不同 播放器光学污染等因素的影响 光盘的反射性会有所不同 为了正确的恢复数据 保持固定的电压