光碟机的基本原理

光碟机的基本原理 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-RW DVD-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。 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0.83um DVD的蝕刻長度為0.40 um CD 的軌距為1.6 um DVD的軌距為0.74 um CD 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 Driver 4. Sled/tray Motor Driver 5. 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，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 )系統可控制PICKUP 中物鏡上下方向運動，負責使PICKUP發射的雷射光正確聚焦在光碟片上;循軌伺服tracking servo)系統可控制PICKUP 中物鏡於光碟片徑向水平前後運動，負責使PICKUP 發射的雷射光，正確的打在光碟片的軌道上，，光碟機與硬式磁碟機一樣同為直接尋軌裝備