§10-3光盤(pán)機(jī)伺服原理光盤(pán)光學(xué)頭要想從光盤(pán)表面獲取信號(hào)，必須實(shí)現(xiàn)光斑與光盤(pán)軌道的循跡伺服和聚焦伺服，還要進(jìn)行主軸轉(zhuǎn)速控制。一、循跡伺服原理（1）三光束法檢測(cè)原理為保證跟蹤其節(jié)距僅為1.6μm的信號(hào)軌跡，必須設(shè)有伺服系統(tǒng)。循跡伺服系統(tǒng)是VCD機(jī)中最重要的伺服機(jī)構(gòu)之一，其作用是通過(guò)物鏡的橫向移動(dòng)，使激光束能正確地環(huán)繞碟片的信號(hào)面循跡。在CD與VCD系統(tǒng)中，廣泛采用三光束法取出循跡信號(hào)誤差，如圖10-7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(hào)面的相鄰坑點(diǎn)上，各自的反射光分別由A、B、C三個(gè)光電二級(jí)管組合的光檢測(cè)器所接收，并輸出與其明暗程度相對(duì)應(yīng)的電壓VA、VB及VC。圖中（b）表示主光束準(zhǔn)確的照射到主信跡上，此時(shí)從副光束A、C檢出的光量相等，即VA-VC=0，說(shuō)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(shí)，光點(diǎn)A因位于反射面，其反射光較明亮，而光點(diǎn)C因位于主信跡部分，其反射光因繞射而變得較暗，則兩個(gè)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＞0。若光點(diǎn)偏離到坑點(diǎn)列的上方，則光點(diǎn)A因位于主信跡部分，其反射光較暗，而光點(diǎn)C由于處于反射面，則光點(diǎn)C的反射光較明亮，此時(shí)VA－VC＜0。可見(jiàn)VA－VC之差是被用來(lái)作循跡伺服誤差信號(hào)的。此循跡誤差信號(hào)，經(jīng)電子電路放大后，傳遞到雙軸傳動(dòng)系統(tǒng)，執(zhí)行自動(dòng)控制操作，便保證了光點(diǎn)B始終能循跡在主信跡上，完成導(dǎo)向任務(wù)，使VA－VC之差始終保持在誤差范圍之內(nèi)。副光點(diǎn)A副光點(diǎn)A副光點(diǎn)B副光點(diǎn)C副光點(diǎn)B+0_(b)+_(a)副光束A主光束光點(diǎn)B軌跡副光束C(c)圖10—7三光束法尋跡原理尋跡誤差信號(hào)（2）循跡精度光盤(pán)軌跡的節(jié)距僅為1.67μm，光斑（艾里斑）直徑為（取λ=780nm，NA=0.45）而光盤(pán)偏心與主軸跳動(dòng)達(dá)±70μm。對(duì)存在循跡誤差時(shí)信號(hào)讀取情況考察的表明，循跡誤差最好抑制到±0.1μm左右，則伺服增益為（3）二級(jí)循跡伺服系統(tǒng)循跡線圈驅(qū)動(dòng)光學(xué)頭作精伺服，消除高頻誤差；滑動(dòng)進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)光學(xué)頭小車(chē)作粗伺服，消除低頻誤差。循跡原理框圖，如圖10-8所示。偏心等偏心等碟片直流檢出功率放大器光學(xué)頭尋跡誤差信號(hào)檢測(cè)相位補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)放大滑動(dòng)電機(jī)（粗伺服）四桿機(jī)構(gòu)（精伺服）圖10-8循跡伺服系統(tǒng)框圖系統(tǒng)控制電路是控制循跡伺服系統(tǒng)工作的，即當(dāng)?shù)_(kāi)始旋轉(zhuǎn)，放大的循跡誤差信號(hào)送至循跡線圈時(shí)，物鏡便環(huán)繞碟片的信號(hào)面作橫向移動(dòng)，執(zhí)行循跡功能。二、聚焦伺服原理象散法檢測(cè)原理聚焦伺服系統(tǒng)的作用，是通過(guò)垂直移動(dòng)物鏡，使激光束在碟片的信號(hào)面上始終保持著良好的聚焦。聚焦伺服機(jī)構(gòu)亦是激光影碟機(jī)的最重要機(jī)構(gòu)之一。物鏡雖能將激光束聚焦在碟片的信號(hào)面上，但鑒于碟片本身存在的不平，翹曲或偏心等輕微變形，在高速旋轉(zhuǎn)中不可避免的要產(chǎn)生上下抖動(dòng)的面振動(dòng)，使物鏡與碟片的間距發(fā)生改變，而產(chǎn)生聚焦誤差，這樣便無(wú)法保證其焦點(diǎn)始終都落在碟片的信號(hào)面上。為了確保物鏡與碟片的間距不變，焦點(diǎn)時(shí)刻落在碟片的信號(hào)面上。為了確保物鏡與碟片的間距不變，焦點(diǎn)時(shí)刻落在碟片的信號(hào)面上，就必須有聚焦伺服機(jī)構(gòu)予以保證。為檢測(cè)出碟片信號(hào)面與物鏡間的距離，聚焦誤差信號(hào)最常用的檢測(cè)方法是像散法，又稱(chēng)非點(diǎn)收差法。像散法，是在光電二極管組成的光檢測(cè)器與碟片之間的光路中，放入一圓柱形透鏡，如圖10-9所示。圓柱形透鏡只在X方向上起作用。在此透鏡作用下，當(dāng)聚焦位置最佳時(shí)，投射到作為檢測(cè)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(gè)傳感器的輸出進(jìn)行（①＋③）－（②＋④）運(yùn)算處理后，基結(jié)果為0，該運(yùn)算結(jié)果便是聚焦誤差信號(hào)，表明聚焦正確，則物鏡不動(dòng)。當(dāng)?shù)h(yuǎn)離物鏡時(shí)，則光斑呈橫向橢圓形，此時(shí)（①＋③）－（②＋④）＞0，聚焦誤差信號(hào)為正，控制聚焦電機(jī)使物鏡靠近碟片；當(dāng)?shù)拷镧R時(shí)，則光斑呈縱向橢圓形，此時(shí)（①＋③）－（②＋④）＜0，聚焦誤差信號(hào)為負(fù)，控制聚焦電機(jī)使物鏡遠(yuǎn)離碟片。依此控制碟片與物鏡間的距離時(shí)刻保持一定，就始終保證了焦點(diǎn)落在碟片的信號(hào)面上。光源光源柱面透鏡Y子午焦線ABX弧矢焦線PBS物鏡光盤(pán)信號(hào)面ANJFB①②③④過(guò)近正確過(guò)遠(yuǎn)①①+③+②+④++聚焦誤差信號(hào)-圖10—9像散法構(gòu)成及原理圖<0近焦N=0正焦J>0遠(yuǎn)焦F（2）聚焦精度激光聚焦焦深為（設(shè)λ=780μm,NA=0.45）：取目標(biāo)值±1μm。而光盤(pán)上下跳動(dòng)達(dá)±500μm，則伺服增益：（3）聚焦伺服系統(tǒng)為使物鏡能作垂直移動(dòng)，保持激光束在碟片信號(hào)面上的聚焦，聚焦線圈是套在物鏡上的。系統(tǒng)控制電路控制聚焦伺服系統(tǒng)的工作，保證在激光接通之后，能進(jìn)行及時(shí)地聚焦伺服。聚焦伺服系統(tǒng)工作時(shí)，首先使物鏡作垂直移動(dòng)，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(hào)之后進(jìn)行的。聚焦伺服系統(tǒng)原理圖，如圖10-10所示。在調(diào)焦期間，為防止聚焦誤差信號(hào)擾亂調(diào)焦工作，第一級(jí)放大器一般是關(guān)斷的。碟片上下移動(dòng)碟片上下移動(dòng)光學(xué)頭聚焦誤差信號(hào)檢出相位補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)放大器圖10-10聚焦伺服系統(tǒng)原理框圖三、主軸伺服系統(tǒng)主軸伺服系統(tǒng)又稱(chēng)旋轉(zhuǎn)伺服系統(tǒng)，其作用是保證碟片在播放時(shí)，隨著激光頭閱讀點(diǎn)由內(nèi)圈移向外圈時(shí)，閱讀點(diǎn)的線速度（CLV）基本上恒定不變，即碟片以正確速度旋轉(zhuǎn)。VCD影碟機(jī)的轉(zhuǎn)速與CD唱機(jī)一樣，碟片內(nèi)圈轉(zhuǎn)速約500r/min，外圈轉(zhuǎn)速約200r/min，其轉(zhuǎn)速有約2.5倍的變化。主軸伺服系統(tǒng)，將根據(jù)碟片上的所獲得的數(shù)據(jù)速率，與影碟機(jī)內(nèi)部的基準(zhǔn)率進(jìn)行比較，而使碟片轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。影碟機(jī)內(nèi)部的基準(zhǔn)頻率，是通過(guò)PLL（鎖相環(huán)）來(lái)鎖定的，在PLL鎖定范圍內(nèi)，CD方式的碟片與激光頭是起著異常精密的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器的作用，即PLL的檢出起著與頻率測(cè)速發(fā)電機(jī)（FC）的相同作用。四、傳動(dòng)伺服系統(tǒng)傳動(dòng)伺服系統(tǒng)的作用，是在物鏡的操作開(kāi)始達(dá)到極限時(shí)，分級(jí)移動(dòng)其光學(xué)裝置。傳動(dòng)伺服系統(tǒng)又稱(chēng)滑動(dòng)送進(jìn)伺服系統(tǒng)或滑動(dòng)觸頭伺服系統(tǒng)。滑動(dòng)送進(jìn)伺服系統(tǒng)，是指用滑動(dòng)方式沿碟片半徑方向移動(dòng)激光頭，來(lái)實(shí)現(xiàn)順序讀出、跳軌選曲、快進(jìn)、快退等功能。由于移動(dòng)方向相對(duì)軌跡走向?yàn)闄M向（與軌跡方向垂直），又稱(chēng)橫向移動(dòng)系統(tǒng)。激光碟片上的信跡是由內(nèi)圈至外圈的連續(xù)螺紋，在利用循跡伺服跟蹤一條信跡時(shí)，激光束還必須作相應(yīng)地由內(nèi)至外的徑向移動(dòng)，以便物鏡與碟片之間的相對(duì)位置始終保持正確。徑向移動(dòng)的速度是極慢的，故又穩(wěn)定為滑動(dòng)伺服。傳動(dòng)伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力，是利用循跡驅(qū)動(dòng)電流分量，由傳動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)激光頭，使物鏡以機(jī)械中心為原點(diǎn)不斷地作徑向移動(dòng)。激光頭的移動(dòng)情況是依據(jù)放映情況而定，有常速放映的定速移動(dòng)、慢鏡頭的慢速移動(dòng)、隨機(jī)搜索的高速移動(dòng)，由定速至慢速及慢速至高速等隨機(jī)操作而發(fā)生的狀態(tài)突變。在這諸多的急劇變化情況下，要完成瞬時(shí)跟蹤，對(duì)傳動(dòng)電機(jī)的要求比較高，為此多采用非常精密的齒輪電機(jī)。在VCD影碟機(jī)中，根據(jù)不同的使用目的，傳動(dòng)伺服方式有多種形式。常用的有搖臂式、齒輪齒條或送進(jìn)螺桿方式及線性電機(jī)方式等。其中，搖臂式的光學(xué)系統(tǒng)必須用單光束伺服，需移動(dòng)整個(gè)激光頭，驅(qū)動(dòng)質(zhì)量大，易在低頻出現(xiàn)二次共振，使設(shè)計(jì)困難。齒輪齒條或送進(jìn)螺桿方式，雖讀出信號(hào)的速度比其它結(jié)構(gòu)慢，但成本低兼，故被廣泛用于普及機(jī)中。齒輪齒條式送進(jìn)機(jī)構(gòu)，如圖10-11所示。光盤(pán)光盤(pán)送進(jìn)電機(jī)二軸調(diào)整機(jī)構(gòu)激光頭圖10—11齒輪齒條送進(jìn)機(jī)構(gòu)齒輪齒條系統(tǒng)線性電機(jī)方式讀取信號(hào)時(shí)，要根據(jù)欲到達(dá)的目標(biāo)軌跡設(shè)定某種速度曲線，即根據(jù)要移動(dòng)的距離，使其時(shí)間與速度的曲線最佳，可用最短時(shí)間到達(dá)目標(biāo)軌跡。這樣的移動(dòng)應(yīng)加反饋，或?qū)σ苿?dòng)機(jī)構(gòu)加制動(dòng)，都需速度檢測(cè)器。線性電機(jī)方式，則多用于如對(duì)CD-ROM等存取性能要求較高的場(chǎng)合。§10-4光盤(pán)盤(pán)面信息結(jié)構(gòu)一、光盤(pán)結(jié)構(gòu)光盤(pán)在光盤(pán)系統(tǒng)中是作為信息載體。它上面的信息存貯格式是從磁盤(pán)引伸過(guò)來(lái)的，主要有光盤(pán)軌道格式和光盤(pán)扇區(qū)格式。90mm直徑磁光盤(pán)信息結(jié)構(gòu)如圖10-12所示，從徑向看，從里到外分成四個(gè)區(qū)：反射區(qū)、導(dǎo)入?yún)^(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、導(dǎo)出區(qū)；從元周方向看，每個(gè)軌道分成25個(gè)扇區(qū)，扇區(qū)編號(hào)為從0到24。41.041.040.0﹜24.022.9﹜22.6﹜﹜導(dǎo)出區(qū)數(shù)據(jù)區(qū)導(dǎo)入?yún)^(qū)反射區(qū)扇區(qū)圖10—12磁光盤(pán)信息結(jié)構(gòu)圖單位：mm表10-190mm磁光盤(pán)盤(pán)面信息結(jié)構(gòu)區(qū)域名半徑（mm）從到軌道號(hào)從到導(dǎo)入?yún)^(qū)1、反射區(qū)2、信號(hào)獲得區(qū)3、內(nèi)圈測(cè)試區(qū)4、內(nèi)圈控制區(qū)22.6022.9022.9023.5323.5323.9723.9724.00-688-293-292-17-16-1數(shù)據(jù)區(qū)24.0040.0009999導(dǎo)出區(qū)外圈控制區(qū)外圈測(cè)試區(qū)3、緩沖區(qū)40.0040.0240.0240.4640.4641.00100001001510016102911029210624二、光盤(pán)格式軌道格式ODF一扇區(qū)長(zhǎng)度預(yù)溝槽預(yù)溝槽1.60±0.1mODF一扇區(qū)長(zhǎng)度預(yù)溝槽預(yù)溝槽1.60±0.1m圖10圖10—13軌道扇區(qū)物理結(jié)構(gòu)90mm硬光盤(pán)軌道為螺旋線型，其幾何結(jié)構(gòu)為溝——臺(tái)式（如圖10-13所示），數(shù)據(jù)記錄在臺(tái)上。道間距為1.60μm±0.10μm。每軌道25個(gè)扇區(qū)，扇區(qū)編號(hào)從0到24，扇區(qū)數(shù)據(jù)容量為512字節(jié)。每字節(jié)以16個(gè)信道位表示，則每軌道有290000個(gè)信道位長(zhǎng)。盤(pán)片轉(zhuǎn)速為30HZ，則位時(shí)鐘頻率為扇區(qū)格式盤(pán)片控制區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)軌道的扇區(qū)格式為：每個(gè)扇區(qū)均包括一個(gè)預(yù)格式頭，一個(gè)編置檢測(cè)（ODF）區(qū)，一個(gè)間隙（GAP）區(qū)和一個(gè)能記錄512個(gè)用戶(hù)字節(jié)的記錄區(qū)；扇區(qū)總長(zhǎng)為725字節(jié)，其中預(yù)格式頭52字節(jié)，ODF區(qū)長(zhǎng)1字節(jié)，GAP長(zhǎng)5字節(jié)，記錄區(qū)長(zhǎng)度為667字節(jié)。如圖所示字節(jié)數(shù)212-字節(jié)數(shù)212TrackIDSectorCRCNo.No.No.TrackIDSectorCRCNo.No.No.圖10-1490mm磁光盤(pán)扇區(qū)格式字節(jié)數(shù)字節(jié)數(shù)SMVFO1AMID1VFO2AMID2VFO2AMID3PAODFGAPVFO3SYNCDATAFIELDUserdataCRC,ECCResyncPAEUFFER51215815815115123639112預(yù)格式頭[52字節(jié)]記錄區(qū)[667字節(jié)]預(yù)格式信息是以燒蝕的方式刻錄在盤(pán)面上，不可更改，各部分信息的含義如表10-2所示。其中，用戶(hù)數(shù)據(jù)區(qū)包括512個(gè)用戶(hù)字節(jié)，4個(gè)未定義字節(jié)，4個(gè)CRC字節(jié)，80個(gè)ECC字節(jié)，39個(gè)R