南京航空航天大学：《多媒体技术及其应用》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 光盘存储技术 4.2.4 CD_ROM驱动器工作原理 4.3 CD_I交互式光盘系统

第11讲 CD ROM驱动器 4.2.4 CD ROM驱动器工作原理 1. CD ROM光驱的基本结构 2.激光头与光调制解调原理 3.伺服控制 43CD咬交互式光盘系统 43.1CDI光盘的数据格式 432CDI系统结构 1.CDI系统组成原理 2.CDI音频处理子系统 3.CDI视频处理子系统 4. CD RTOS结构与功能

第11讲 CD_ROM驱动器 4.2.4 CD_ROM驱动器工作原理 1. CD_ROM 光驱的基本结构 2. 激光头与光调制解调原理 3. 伺服控制 4.3 CD_I交互式光盘系统 4.3.1 CD_I光盘的数据格式 4.3.2 CD_I系统结构 1. CD_I系统组成原理 2. CD_I音频处理子系统 3. CD_I视频处理子系统 4. CD_RTOS结构与功能

4.2.4 CD ROM驱动器工作原理 1. CD ROM光驱的基本结构 转盘驱功电机 ()该写光头 光淘解调周 CL控制 系|光 统驱 旋转转盘 EDC/ECC 控接 制 聚焦/光道跟踣踪 (1)激光读写:包括信号读写激光头,光调制解调器 (2)伺服控制ε聚焦控制,光道跟踪控制,CLV光盘转速控制 (3)错误检测与校正信号处理(EDC/ECC) (4)信号的系统控制和光驱接口

4.2.4 CD_ROM驱动器工作原理 1.CD_ROM光驱的基本结构 (1)激光读写：包括信号读写激光头，光调制解调器 (2)伺服控制：聚焦控制，光道跟踪控制，CLV光盘转速控制 (3)错误检测与校正信号处理（EDC／ECC） (4)信号的系统控制和光驱接口

2.激光头与光调制解调原理 (1)激光头的结构与工作原理 D(O)BD B D B C数据:DS=A+B+C+D 误差:ES=(A+C)(B+D) ES0 四象限光电二极管 光盘片 柱面适镜 半导体激光器 (Po=0.5mw) ↑↑↑↑ 准直透镜单向反射镜物镜

2.激光头与光调制解调原理 (1)激光头的结构与工作原理

基本结构:激光头是 CD ROM光驱的关键部件,精细复杂; 其组成部分及作用为: ①激光器:产生输出功率恒定的激光源 及波长为780mm的扫描激光束; 通过激光束扫描方式读取光盘数据 ②光学元件:包括准直透镜、物镜、单向反射镜和柱面透镜等 用于激光束传输、聚焦、光道跟踪及径向定位 ③光电二极管:采用四象限光电检测二极管, 将光信号DS转换成电信号; 检出聚焦误差信号ES,送放大和校正 从而控制伺服电机

基本结构：激光头是CD_ROM光驱的关键部件，精细复杂； 其组成部分及作用为： ①激光器：产生输出功率恒定的激光源 及波长为780nm的扫描激光束； 通过激光束扫描方式读取光盘数据 ②光学元件：包括准直透镜、物镜、单向反射镜和柱面透镜等 用于激光束传输、聚焦、光道跟踪及径向定位 ③光电二极管：采用四象限光电检测二极管， 将光信号DS转换成电信号； 检出聚焦误差信号ES，送放大和校正， 从而控制伺服电机

基本原理:正向一检取光盘信息;反向一实现光/电信号转换 ①正向光路(水平方向): a.激光器发出激光束,通过四镜射向光盘信息面,以扫描凹坑 b.聚焦光束投射在光道的凸区时,激光反射,形成强光信号; 投射在凹坑(粗糙面)时,激光散射,形成弱光信号 故通过反射光的强弱变化,可检测出通道位的0和1状态 ②反向光路(垂直方向): a.单向反射镜的正面接收反射光 并把激光射角移相90°射向柱面透镜 b柱面透镜把y方向折射光送光电管,实现光/电信号转换 最终,光电管阵列分离出数据信号DS,送光调制解调器; 分离出聚焦误差ES;送伺服控制

基本原理：正向—检取光盘信息；反向—实现光／电信号转换 ① 正向光路（水平方向）： a. 激光器发出激光束，通过四镜射向光盘信息面，以扫描凹坑 b. 聚焦光束投射在光道的凸区时，激光反射，形成强光信号； 投射在凹坑（粗糙面）时，激光散射，形成弱光信号 故通过反射光的强弱变化，可检测出通道位的0和1状态 ② 反向光路（垂直方向）： a. 单向反射镜的正面接收反射光， 并把激光射角移相90°射向柱面透镜 b. 柱面透镜把y方向折射光送光电管，实现光／电信号转换 最终，光电管阵列分离出数据信号DS，送光调制解调器； 分离出聚焦误差ES；送伺服控制

(2)象差法作用原理 基本思想:利用物镜、反射镜和柱面透镜与光电管阵列的 有机组合,在四象限光电二极管上形成三种象差状态, 以检测和分离出光盘上的数据信号DS和聚焦误差信号ES ①光聚焦点离盘信息面太近:反射光经柱面透镜会聚后, 将产生水平方向上的椭圆形图像; 因而左右(B,D)两光电管上得到的光强更大, 故检测出的误差信号为: ES=(A+C)-(B+D)<0 ②光聚焦点离盘信息面适中:四个光电管接收到的光强一致 会聚光将形成圆形图像,产生等量的输出信号.即: ES=(A+C)-(B+D)=0

(2) 象差法作用原理 基本思想：利用物镜、反射镜和柱面透镜与光电管阵列的 有机组合，在四象限光电二极管上形成三种象差状态， 以检测和分离出光盘上的数据信号DS和聚焦误差信号ES ① 光聚焦点离盘信息面太近：反射光经柱面透镜会聚后， 将产生水平方向上的椭圆形图像； 因而左右（B，D）两光电管上得到的光强更大， 故检测出的误差信号为： ES = (A + C) - (B + D) < 0 ② 光聚焦点离盘信息面适中：四个光电管接收到的光强一致， 会聚光将形成圆形图像，产生等量的输出信号．即： ES = (A + C) - (B + D) = 0

③光聚焦点离盘信息面太远:上下两光电管获得的光强更大, 会聚光将形成垂直方向上的椭圆图像.故检测误差信号为: ES=(A+C)-(B+D)>0 ④数据信号DS可从四象限光电管阵列的输出信号中提取: DS=A+B+c+D 实现上述象差法及其信号叠加原理的逻辑电路如下图所示: A+C (A+C)-(B+D) ∑ 聚焦误差信号ES ∑ ∑ (A+C+(B+D) B+D 数据信号DS

③ 光聚焦点离盘信息面太远：上下两光电管获得的光强更大， 会聚光将形成垂直方向上的椭圆图像．故检测误差信号为： ES = (A + C) - (B + D) > 0 ④ 数据信号DS可从四象限光电管阵列的输出信号中提取： DS = A + B + C + D 实现上述象差法及其信号叠加原理的逻辑电路如下图所示：

(3)光调制解调原理 调制过程:把光电管阵列输出的数据DS变换为14位通道位, 并插入3位合并位等,进行数字信号重构, 以生成通道位数据流.通道位串存放在缓存器中 解调过程:通过逆变换,首先从通道位中检测出同步位, 剔除合并位;再把14位通道位变换成8位数据, 以还原成原始的帧格式 经EFM解调的输出信号, 方面传送给错误检测和校正环节(EDC/ECC); 另一方面,通道位串与晶体振荡器产生的时钟信号合成, 形成定时信号输出,以保持数据输出速度恒定, 用于控制CLV伺服电机

(3)光调制解调原理 调制过程：把光电管阵列输出的数据DS变换为14位通道位， 并插入3位合并位等，进行数字信号重构， 以生成通道位数据流．通道位串存放在缓存器中 解调过程：通过逆变换，首先从通道位中检测出同步位， 剔除合并位；再把14位通道位变换成8位数据， 以还原成原始的帧格式 经EFM解调的输出信号， 一方面传送给错误检测和校正环节（EDC／ECC）； 另一方面，通道位串与晶体振荡器产生的时钟信号合成， 形成定时信号输出，以保持数据输出速度恒定， 用于控制CLV伺服电机

3.伺服控制 种控制电机:聚焦控制,光道跟踪控制,CLV光盘转速控制 激光头 光电二极管反射镜物镜 电子线路光道跟踪聚焦控制 转盘驱动 CLⅴ控制

3.伺服控制 三种控制电机：聚焦控制，光道跟踪控制，CLV光盘转速控制

(1)聚焦伺服控制 基本思想:使扫描光的聚焦点准确地落在光盘的信息面上; 以消除光盘机械转盘在旋转运行时所产生的轴向偏差 物镜亠反射镜→光电管→电子线路→聚焦控制 ①物镜:可上下(垂直)移动,以实现聚焦功能, 检测出聚焦光点与光盘信息面之间的距离变化; 经反射镜和柱面透镜改变光电管所接收到的图像形状, 并产生聚焦误差信号(称象差法) ②反射镜:具有正向反射(不让光线通过)的功能, 它把反射激光束信号移相90°,让柱面透镜吸收 柱面透镜:对(X,Y)向光线形成不同折射率以控制光电管

(1)聚焦伺服控制 基本思想：使扫描光的聚焦点准确地落在光盘的信息面上； 以消除光盘机械转盘在旋转运行时所产生的轴向偏差 物镜 → 反射镜 → 光电管 → 电子线路 → 聚焦控制 ① 物镜：可上下（垂直）移动，以实现聚焦功能， 检测出聚焦光点与光盘信息面之间的距离变化； 经反射镜和柱面透镜改变光电管所接收到的图像形状， 并产生聚焦误差信号 （称象差法） ② 反射镜：具有正向反射（不让光线通过）的功能， 它把反射激光束信号移相90° ，让柱面透镜吸收 柱面透镜：对（X,Y）向光线形成不同折射率以控制光电管