Slim DVDRW薄型可讀寫式光碟驅(qū)動器的工作原理

朱曉鵬

摘要：本文主要介紹DVD-RW（ DVD-ReWritable可重寫式DVD）驅(qū)動器的主要功能及性能，結(jié)合光碟機(jī)自身的功能要求闡述光碟機(jī)如何將經(jīng)過處理后的光束集中且能精確控制并讀取或?qū)懭胛覀兯枰馁Y料。這是一個光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)過檢測器捕捉信號傳輸?shù)较到y(tǒng)的過程。

【關(guān)鍵詞】聚焦控制 定軌控制 速度控制 容錯能力

隨著科學(xué)的發(fā)展，光碟驅(qū)動器（以下簡稱光驅(qū)）的功能也越來越強(qiáng)大，目前市場上主要可分為CD-ROM、DVD-ROM、DVD-RW、BD-ROM驅(qū)動器等。而DVD-RW光驅(qū)有可讀寫的功能，可以讀很多種類的光碟片。光驅(qū)是一個結(jié)合光學(xué)、機(jī)械及電子技術(shù)的產(chǎn)品。它是電腦用來讀寫光碟片內(nèi)容的機(jī)器也是臺式和筆記本電腦里比較常見的一個部件，隨著多媒體的應(yīng)用越來越廣泛，使得光驅(qū)在計算機(jī)諸多配件中已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)配置。

1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.1 激光頭組件

典型光學(xué)讀取頭的光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括霄射半導(dǎo)體光源、相位光柵、分光棱鏡、瞄準(zhǔn)透鏡、光學(xué)四分之一波片、聚光物鏡、圓柱透鏡及光接收器等項目。

1.2 主軸馬達(dá)（Spindle Motor）

主軸馬達(dá)及音圈馬達(dá)（Voice Coil Motor，簡稱VCM）是伺服系統(tǒng)之啟動器，負(fù)責(zé)將讀取頭送到適當(dāng)?shù)拇艆^(qū)及聚焦。

1.3 光盤托架

也是碟片的承載機(jī)構(gòu)：在通關(guān)電開關(guān)時負(fù)責(zé)承載或退出光碟片。

1.4 啟動機(jī)構(gòu)

控制光盤托架的進(jìn)出和主軸馬達(dá)的啟動，通電運(yùn)行時，啟動機(jī)構(gòu)將使包括主軸馬達(dá)和激光的頭組件的伺服機(jī)構(gòu)都處于半加載狀態(tài)中。

2 工作原理

在光碟驅(qū)動器讀寫的控制中，最主要有尋軌伺服系統(tǒng)、聚焦伺服系統(tǒng)和光盤轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。光驅(qū)想要從光碟片上獲取信號必須實現(xiàn)光斑與光盤軌道的循跡伺服和聚焦伺服，還要進(jìn)行主軸轉(zhuǎn)速控制。

2.1 激光頭

激光頭組件最為重要也是光驅(qū)最精密的部分。它主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的讀取工作，因此在清理光驅(qū)內(nèi)部的時候要格外小心。在光資訊大量儲存系統(tǒng)中所用的光學(xué)讀取頭，主要是利用一個具有高數(shù)值孔徑（Numerical Aperture），長工作距離（Long Working Distance）的聚光物鏡將半導(dǎo)體霄射所發(fā)射出來的光源聚焦在存有大量信號的碟片上，以達(dá)成信號讀出的機(jī)構(gòu)。

2.2 聚焦伺服控制

聚焦伺服系統(tǒng)的目的是進(jìn)行自動聚焦，保證激光焦點(diǎn)能夠準(zhǔn)確聚焦到光盤信號的凹坑上，但有些碟片的翹曲使得資料凹坑分布呈三度空問，使得相對于凹坑而言，雷射光點(diǎn)至少要具備三個自由度。主軸馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)提供了一個自由度，讀寫頭伺服系統(tǒng)則提供了尋軌和聚焦二個自由度。在聚焦伺服系統(tǒng)中，聚焦誤差信號最常用的檢測方法是像散法，又稱非點(diǎn)收差法，用4分割PD差動檢出。利用該誤差信號去控制光學(xué)頭物鏡上下移動，使激光焦點(diǎn)始終落在光盤的目標(biāo)點(diǎn)上。為檢測出碟片信號而與物鏡問的距離，在光電二極管組成的光檢測器與碟片之問的光路中，放入一聚光物鏡，如圖1所示。聚光物鏡只在X方向上起作用。當(dāng)聚焦位置最佳時，投射到作為檢測器的四分割光電二極管上的光斑為圓形，各光電二極管上接收的光量相等，即4個傳感器的輸出進(jìn)行（A+C）-（B+D）運(yùn)算處理后，基結(jié)果為o為正焦，該運(yùn)算結(jié)果便是聚焦誤差信號，表明聚焦正確，則物鏡不動。當(dāng)?shù)h(yuǎn)離物鏡時，則光斑呈橫向橢圓形，此時（A+C）.（B+D）>O為遠(yuǎn)焦，聚焦誤差信號為正，控制聚焦電機(jī)使物鏡靠近碟片；當(dāng)?shù)拷镧R時，則光斑呈縱向橢圓形，此時（A+C）.（B+D）

聚焦伺服系統(tǒng)工作時，首先使物鏡作垂直移動，尋找其正確的聚焦點(diǎn)，之后是維持良好聚焦的工作條件，是在完成調(diào)焦并接收到FOK信號之后進(jìn)行的。聚焦伺服系統(tǒng)原理圖，如圖2所示。在調(diào)焦期問，為防JL聚焦誤差信號擾亂調(diào)焦工作，第一級放大器一般是關(guān)斷的。

2.3 尋軌伺服控制

尋軌伺服系統(tǒng)的目的是使激光束始終落在光盤的軌道上，分析左右兩側(cè)光強(qiáng)度的差異即可確定光點(diǎn)是否正確的落在欲尋軌道之上。由于光盤上光道很密（每英寸16000條），若光學(xué)頭的激光束徑向移動讀取另一光道信息時，有可能會使激光束移動到兩個光道之問，而未對準(zhǔn)光道。在尋軌時，廣泛采用三光束法取出循跡信號誤差，如圖3所示。在圖中，給出了主、副三光束光線照射到碟片上的變化情況。主、副三光束均被聚焦成極細(xì)小的光點(diǎn)，投射到碟片信號而的相鄰坑點(diǎn)上，各自的反射光分別由A、B、C三個光電二級管組合的光檢測器所接收，并輸出與其明暗程度相對應(yīng)的電壓VA、VB及Ve。圖中（b）表示主光束準(zhǔn)確的照射到主軌跡上，此時從副光束A、C檢出的光量相等，即VA-VC=O，說明主光束照射正確，勿須循跡。當(dāng)光點(diǎn)偏離到坑點(diǎn)列的下方時，光點(diǎn)A因位于反射而，其反射光較明亮，而光點(diǎn)C因位于軌跡部分，其反射光變得較暗，則兩個光電二極管輸出的電壓不等，即VA>VC，如圖中（a）所示，其差VA-VC>O。若光點(diǎn)偏離到坑點(diǎn)列的上方，則光點(diǎn)A因位于軌跡部分，其反射光較暗，而光點(diǎn)C由于處于反射而，則光點(diǎn)C的反射光較明亮，此時VA-VC

循跡精度

光盤軌跡的節(jié)距僅為1.67Wn，光斑（艾里斑）直徑為（取λ=780nm，NA=0.45）

系統(tǒng)控制電路是控制循跡伺服系統(tǒng)工作的，即當(dāng)?shù)_始旋轉(zhuǎn)，放大的循跡誤差信號送至循跡線圈時，物鏡便環(huán)繞碟片的信號而作橫向移動，執(zhí)行循跡功能。循跡原理框圖，如圖4所示。

2.4 主軸控制系統(tǒng)

主軸伺服系統(tǒng)又稱旋轉(zhuǎn)伺服系統(tǒng)，目的是用來控制光盤的轉(zhuǎn)速，光盤轉(zhuǎn)速的快慢是通過單位時問讀出的編碼多少來得知的，當(dāng)讀出的編碼比標(biāo)定的多時，表示轉(zhuǎn)速快了，反之轉(zhuǎn)速慢了。因而，可用這信號去控制光盤驅(qū)動馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，使其保持在要求的速度上。主要分為CAV （constant angular velocity）. CLV（constantlinear velocity）、PCAV和Zone-CLV這四種方式。CLV技術(shù)指從盤片的內(nèi)道（內(nèi)圈）向外道移動過程中，單位時問內(nèi)讀過的軌道弧線長度相等。CAV技術(shù)的特點(diǎn)是為保持旋轉(zhuǎn)速度恒定，其數(shù)據(jù)傳輸速率是可變的。即檢測光頭在讀取盤片內(nèi)環(huán)與外環(huán)數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)傳輸速率會隨之變化。

3 智能糾錯能力

“人工智能糾錯（AIEC）”是指在開發(fā)光驅(qū)時對一些受不正常的外界因素影響的情況下做出的相對應(yīng)的策略。對于光碟機(jī)而言，常常會有一些外來的干擾影響其性能，其中最常見的是撞擊（shock）及碟片刮痕、沾染雜物、偏心等情況，這些外力原因都會影響光驅(qū)對數(shù)據(jù)的讀取，對于此種干擾必須提出相對的保護(hù)措施，如遇到這種情況光驅(qū)會使用存儲在光驅(qū)芯片中系統(tǒng)預(yù)先設(shè)計好的方案，從而對不同情況實行不同的糾錯方法來讀取數(shù)據(jù)，可以有效提高光盤讀取的正確率。但是，AIEC畢竟是一種模糊的糾錯技術(shù)，在實際應(yīng)用和解決問題上總會有不盡人意的地方，所以有些品牌的光驅(qū)為了提高糾錯能力，會將激光頭的功率提高，當(dāng)激光頭功率增大后，這樣的光驅(qū)在初期糾錯能力的確很強(qiáng)，但長時問這種超頻使用會使激光頭嚴(yán)重老化，這樣不但使光驅(qū)的糾錯能力大幅下降也同時降低光驅(qū)的使用壽命。這種以犧牲壽命來換取糾錯性的方法是不可取的。

4 結(jié)論

本文提出了光碟驅(qū)動器在讀取數(shù)據(jù)的過程中尋跡和聚焦會直接影響光驅(qū)的糾錯能力以及穩(wěn)定性和速度控制的重要性。如果光驅(qū)的尋跡和聚焦性能很差，在讀光碟片的時候就會出現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)錯誤的現(xiàn)象，生活中常見的例子就是聽音樂會出現(xiàn)跳音、卡滯等現(xiàn)象；聚焦和尋道是光驅(qū)激光頭工作時最重要的兩項性能，我們所說的讀盤質(zhì)量好的光驅(qū)都是在這兩方而性能優(yōu)秀的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1]關(guān)林風(fēng)，李愛華.光盤驅(qū)動器原理和維修技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2006.