Принцип оптического считывания информации в СД-проигрывателях

Не разобранное
Administrator
1 216
19-02-2018, 16:08
0

Для считывания информации с компакт-диска используется лазерная головка (ЛГ). В корпусе ЛГ установлены лазерный диод, внутренняя оптическая система (дифракционная решетка, цилиндрическая, коллиматорная и другие линзы,призма), катушки фокусировки и трекинга с фокусирующей линзой, лазерный диод(рис. 1.1).

Рис. 1.1. Конструкциялазерной головки

При подаче напряжения питания полупроводниковый лазерный диод генерирует когерентный (разность фаз волн постоянна во времени) луч, который с помощью дифракционной решетки разделяется на основной луч и два дополнительных.Пройдя через элементы оптической системы и фокусирующую линзу, эти лучи попадают на компакт-диск (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Фокусировка лучана поверхности диска

Точную фокусировку лучей на диске осуществляют катушки фокусировки, устанавливающие нужное положение линзы. Отразившись от диска, лучи снова попадают на фокусирующую линзу и дальше в оптическую систему. При этом отраженные лучи отделяются от падающих благодаря их разной поляризации. Перед тем, как попасть на фотодатчики (фотодиодную матрицу), основной луч проходит через цилиндрическую линзу, в которой используется эффект дисторсии для определения точности фокусировки (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Лучи и сигналына фотодетекторах

Если луч сфокусирован точно на поверхности компакт-диска,отраженный луч на фотодатчиках имеет форму круга, если перед или заповерхностью - форму эллипса.

Сигналы с фотодатчиков предварительно усиливаются, и по разностисигналов (A+C) и (B+D) определяется ошибка фокусировки FE (Focus Error). Приточной фокусировке сигнал FE равен нулю.

Два боковых луча попадают на датчики E и F. Они используются для отслеживания прохождения основного луча по считываемой дорожке (треку) (рис.1.4).

Рис. 1.4. Принципотслеживания трека: а). точное прохождение луча по треку; б). ошибочное

Разность сигналов E и F определяет ошибку трекинга (отслеживаниядорожки) TE (Tracking Error).

Суммарный сигнал с датчиков A, B, C и D представляет собойвысокочастотный (RF) сигнал (>4 МГц) в формате EFM (Eight-to-FourteenModulation). Он содержит закодированную аудиоинформацию и дополнительныеданные.

1.2 Работа сервосхем и основные сигналы впроцессе считывания диска

При установке компакт-диска двигатель позиционирования (Slidemotor) перемещает лазерную головку в начальное положение, пока не замкнетсяконцевик "Начальное положение головки". (В некоторых моделях для передвижениякаретки и позиционирования имеется не два, а один двигатель.) Дальше головканачинает медленно отъезжать, пока не разомкнется концевик.

По сигналу LDON сервосхема автоматического питания лазера(ALPC - Automatic Laser Power Control) подает питание на лазерный диод. Иногдамогут применяться дополнительные концевики для блокировки включения лазера ипредотвращения попадания в глаза лазерного луча при разобранном механизме, аиногда лазер постоянно включен при закрытой каретке. Система ALPC поддерживаетна заданном уровне мощность излучения лазерного диода. Текущую мощностьизлучения контролирует фотоприемник, помещенный в одном корпусе с лазернымдиодом.

Сервопроцессор начинает вырабатывать импульсы начального поискафокуса (FSR), которые поступают к сервосхемам фокусировки и далее черездрайвер - на фокусирующую линзу. Сервосхема фокусировки предназначена длякомпенсации биений компакт-диска (вверх-вниз). Драйвер (выходной каскад)используется для усиления мощности сигналов. Линза начинает перемещатьсявверх-вниз. При точной фокусировке луча на поверхности компакт-диска сигналошибки фокусировки FE=(A+C)-(B+D) станет минимальным, отключится подачаимпульсов FSR, и сервосхема фокусировки начнет управлять фокусирующей катушкойс помощью сигнала FEM, который представляет собой скорректированный сигнал FE.После удачной фокусировки вырабатывается сигнал FOK (FocusOk). Если после 3-4FSR-импульсов сигнал FOK не вырабатывается, то определяется отсутствиекомпакт-диска, и работа проигрывателя останавливается.

Сигнал FOK поступает к сервосхемам управления скоростьювращения двигателя (СУСВД). Они вырабатывают сигналы MON (разрешение), MDS(обороты), MDP (фаза), CLV (управление) для управления работой двигателя ирегулирования его скорости вращения. Двигатель начинает вращаться и набиратьскорость. В некоторых проигрывателях импульсы запуска двигателя генерируютсяеще до подачи сигнала FOK вместе с FSR-импульсами. При постоянной угловойскорости вращения от начала к концу диска увеличиваются диаметр дорожки и линейнаяскорость. СУСВД поддерживает на постоянном уровне линейную скорость вращениядиска, а после остановки проигрывателя притормаживает обороты двигателя.

Номинальная скорость потока считываемой информации с диска 4,3218Мбит/с.

Одновременно сигнал FOK поступает к сервосхеме трекинга иактивизирует ее работу. Эта сервосхема обеспечивает точное прохождение луча поцентру дорожки. Для отслеживания положения луча используется сигнал ошибкитрекинга (TE=E-F). Отфильтрованная высокочастотная составляющая сигнала TE(сигнал TER) поступает на катушку трекинга. Катушка трекинга перемещает линзу вперпендикулярном к дорожкам направлению и может обеспечить считывание до 20треков без перемещения ЛГ. Отфильтрованная низкочастотная составляющая сигналаTE (сигнал RAD) подается на двигатель позиционирования, который перемещает ЛГпо полю диска. Лазерная головка периодически перемещается, когда количествопрочитанных дорожек выходит за пределы, допустимые для катушки трекинга.

Схемы трекинга не могут самостоятельно определить нахождение лучана информационной дорожке или между ними. Для этого используется зеркальныйдетектор, который по амплитуде высокочастотного сигнала EFM определяетположение луча и корректирует его. Если луч находится между дорожками, тоамплитуда сигнала EFM минимальна. При удачном отслеживании сервосхемы трекингавырабатывают сигнал TOK (Tracking OK).

После этого начинается считывание информации с диска.Протактированный импульсами с кварцевого генератора, PLL-детекторподстраивается по частоте и фазе к высокочастотному EFM-сигналу и выделяет изнего данные. В сдвиговом регистре последовательные данные преобразуются впараллельные. Дальше информация декодируется, проходит начальную обработку(деперемежение, коррекция ошибок и т.п.) и помещается в буфер "половинногосостояния". СУСВД поддерживает заполнение буфера на уровне 50%. Еслискорость вращения низкая и буфер заполнен менее чем на 50%, то сервосхемаувеличит обороты двигателя, и наоборот. Можно на некоторое время притормозитьдиск, но звук не прервется. Это объясняется наличием буфера. Похожий принципработы в AntiShock-схемах, но у них емкость и процент заполнения больше.

Информация в буфер записывается и считывается по импульсам WFCK иRFCK соответственно. Считанная информация разделяется на аудиоданные и субкод.Субкод - это служебная информация, которая содержит синхронизирующие биты,сведения о текущем треке, времени. Субкод используют сервосхемы дляпозиционирования лазерной головки в нужную точку. Скорость потока субкодасоставляет 58,8 кбит/с. Аудиоданные обрабатываются в звуковых схемах, и навыход поступает аналоговый аудиосигнал.

1.3 Преобразование звука

Преобразование звука из цифрового в аналоговый формат происходит взвуковых схемах. Первоначально данные левого и правого каналов смешаны(мультиплексированы) и размещены в одном потоке. Аудиоданные проходятдальнейшую обработку (интерполяция, замещение) в цифровых аудиосхемах.

Для улучшения качества звука и уменьшения шумов могутиспользоваться цифровые фильтры и схемы ускоренной выборки (OVERSAMPLING).Цифровые фильтры преобразуют разрядность аудиосигнала с 16 до 18 или 20 бит,уменьшая ступеньку квантования в выходном сигнале. При использовании18-разрядного фильтра и ЦАП ступенька уменьшается в 4 раза и, соответственно,звук становится более приятным. Схемы ускоренной выборки перемещают шумыквантования (>22 кГц) в область более высоких частот. Данные для ЦАПсчитываются и преобразуются со скоростью в 2, 4, 8 или 16 раз большей, чемноминальная.

ЦАП преобразовывает цифровые сигналы в аналоговую форму. Возможны два варианта (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Включение ЦАП взвуковых схемах

В дорогих моделях используется вариант, показанный на рис. 1.5,а.Мультиплексированный цифровой сигнал поступает на демультиплексор, который потактирующим импульсам разделяет его на 2 цифровых потока соответственно длялевого и правого каналов. Для каждого канала используется свой ЦАП. В другомварианте (рис. 1.5,б) применяется один ЦАП, аналоговый сигнал с которогоразделяется коммутатором на два канала. В обоих случаях линия задержкииспользуется для выравнивания по времени данных правого и левого каналов.

Аудиосигналы с выхода ЦАП усиливаются и поступают на выходныефильтры. Фильтры обрезают высокочастотные составляющие (>20 кГц), шумыквантования и сглаживают ступеньку.

В аудиосхемах используются транзисторные ключи, которыеуправляются сигналом MUTE и закорачивают выходной сигнал на корпус. Если дисксчитывается нормально, то в режимах "Воспроизведение" или"Перемотка по треку" процессор отключает блокировку звука. Во всехостальных режимах функция MUTE активизирована.

От качества фильтра напрямую зависит качество аудиосигнала. Вдорогих моделях используют фильтры более высоких порядков.

1.4 Функционирование проигрывателя в различных режимах

1.4.1 Загрузка диска

При включении проигрывателя в сеть вырабатывается сигнал сбросаReset, который обнуляет регистры процессора. Процессор проверяет положениекаретки, лазерной головки (при необходимости позиционирует в начальноеположение) и наличие компакт-диска. В некоторых моделях при наличии дискапроигрыватель переходит в режим воспроизведения.

При нажатии клавиши "Open/Close" процессор подает сигнална двигатель каретки, каретка выезжает. При полном выезде каретки срабатываетконцевик "Конечное положение каретки", и процессор останавливаетдвигатель. В некоторых моделях проигрывателей применяются электрические схемыбез концевиков, которые по силе тока, потребляемого двигателем, определяютначальное и конечное положения каретки.

Диск устанавливается в каретку. При повторном нажатии клавиши"Open/Close" процессор запускает двигатель. Каретка заезжает, пока несработает концевик "Начальное положение каретки". Дискустанавливается на столик и прижимается к нему. Проигрыватель пытается считатьзаголовок диска.

Информация с диска считывается в направлении от центра. Физическизаголовок расположен в начале компакт- диска. В нем записана информация околичестве композиций, общем времени и т.п. Если информация считается удачно,на экране высветятся характеристики диска. В противном случае на дисплеепоявится сообщение "Error", "No Disc" или "-", ав некоторых моделях режим воспроизведения будет заблокирован.

1.4.2 Воспроизведение

ЛГ начинает считывать диск, ищет начало первого трека и начинаетвоспроизводить его. Одновременно отображаются номер и время трека на дисплее.

1.4.3 Пауза

Приостанавливается воспроизведение диска. Выходной аудиосигналблокируется. Лазерная головка остается на одном месте.

1.4.4 Перемотка по трекам“<<”,”>>”

ЛГ ищет начало нужного трека и начинает его воспроизводить.

1.4.5 Перемотка по треку “<”, “>

В этом режиме ускоренно проигрывается трек. Процессор вырабатывает сигналы JF (прыжок вперед) и JP (прыжок назад). Катушка трекинга и ЛГ медленно перемещаются вперед (назад). Считывающий луч постоянно перепрыгивает с текущей дорожки на следующую. С помощью детектора подсчитывается количество пересеченных дорожек. Соответственно вырабатывается сигнал для управления катушкой трекинга (до 25 треков) и двигателем позиционирования. Амплитуда аудиосигнала на выходе немного снижается.

Обсудить на форуме