Накопители CD-ROM

Накопители CD-ROM давно стали массовым средством хранения и распространения различного рода информации. Это достаточно надежные устройства, но проходит время, и им также, козе и другой технике, требуется обслуживание, приходится осу­ществлять их ремонт. Для квалифицированного обслуживания, а тем более ремон та, необходимо подробно познакомиться с принципами построения и схемотехникой устройств данного типа,

Основные принципы построения и работы

Информация с компакт диска (CD) (Учитывает­ся при отсутствии механическою контакта между считывающим устройством и вращающимся дис­ком с помощью узкого лазерного луча, который вырабатывается полупроводниковым лазером. На CD размещена непрерывная спиральная дорояс- тса, начинающаяся у внутреннего диаметра диска и идущая к внешнему диаметру. Дорожка CD представляет собой последовательность мельчай­ших выемок и дисковом материале (иитов) и отра­жающих поверхностей (флотов). Ширина питом составляет 0,4-0,5мкм, глубина - 0.1 мкм. Рассто­яние между соседними дорожками, которое на­звано шагом спиральной дорожки, постоянно и составляет 1.6 мкм (см. Рис. 1.).

Световой поток от лазера фокусируется с помо­щью сложной оптической системы, она условно показана на рис. 2 в виде линзы JI. Точка фокуса Ф луча лазера располагается на поверхности диско­вого носителя записи Д. При совмещении точки фокуса с питом П отраженный от поверхности ми­кроуглубления световой поток О за счет дифрак­ции практически не попадает на поверхность лин­зы. Однако если световой поток ОД отражается от поверхности диска, покрытого защитным слоем

ЗС, он достигает линзы и, пройдя через расщепи­тель P, попадает на фотоприемпик. Сигнал вос­произведения цифровой пластинки представляет собой последовательность прерываемых отраже­ний лазерного луча. При этом логической единице соответствует участок отражающей поверхности, а логическому нулю - участок рассеивающей по­верхности, 'i: е. микроуглубление. От размеров пи- тов, однозначно определяемых параметрами за­писанного сигнала, зависят характеристики вы­ходного сигнала фотоприемника. Таким образом, существует связь между параметрами записывае­мого и воспроизводимого сигналов.

Р - расщепитель, ФП - фотоприемпик, Л-линза, ЗС защитный слой, Д - диск, Ф фокус, Г1 - пит, О - отраженный от пита световой поток, ОД - отраженный от флэта световой поток

Рис. 2. Считывание записанной информации c. CD

В связи с тем. что между считывающим уст­ройством и CD отсутствует механический контакт и информация располагается под защитным сло­ем. CD не изнашивается и не теряет своих качест­венных параметров в процессе эксплуатации, а частички пыли на поверхности диска, имеющиеся отпечатки пальцев и легкие царапи­ны практически не влияют на воспроизведение (см. Рис. 3.).

Оптическая система (оптическая головка) уста­навливается в требуемую зону доролски записи с помощью системы позиционирования (см. Рис4.).

Специальная система автоматического регулиро­вания радиального слежения (САР-РС) и система автоматического регулирования радиального привода обеспечивают совмещение оптической головки (ОГ) с дорожкой CD но время работы. CD приводится в движение двигателем, который яв­ляется исполни-тельным элементом системы ав­томатического регулировании скорости враще­ния диска (CAP-JIC - система автоматического ре­агирования линейной скорости). При этом обес­печивается постоянная линейная скорость вос­произведения 1.25 м/с и считывание информа­ции с постоянной скоростью 4,3218 Мбит/с. (тех­нология CLV-Constanl Linear Velocity). Скорость вращения зависит от положения ОГ над дорож­кой. Число оборотов в минуту является перемен­ным и изменяется непрерывно от 500 об/мин при расположении головки воспроизведения на внут­реннем диаметре CD (в начале проигрывания) до 200 - на внешнем диаметре. Новые накопители CD-ROM используют CD, записанные по техноло­гии CLV, а считывают данные с постоянной угло­вой скоростью CAV (Constant Angular Velocity).

Оптическая головка является одним из основ­ных узлов CD-привода. ОГ формирует лазерным лучом правильное световое пятно диаметром око­ло 1 мкм, "просматривает" им поверхность CD и производит считывание информации. ОГ в своем составе имеет ряд оптических элементов, с помо­щью которых световое излучение полупроводни­кового лазера фокусируется строго н плоскости CD. Считывание информации осуществляется фотоприемником, который реагирует па лазер­ный луч. отраженный от поверхности CD.

Свет обычно представляет собой спектр элект­ромагнитных излучений различных длин волн, испускаемых во все стороны множеством не свя­занных между собой микроизлучателей (напри­мер. солнечный свет или свет от нити накалива­ния. т.- е. излучаемый, как правило, вследствие термической эмиссии). При таком излучении (не- когерентном) затруднена возможность манипуля­ций со световым пучком для его однозначных про­странственно-временных преобразований.

Для оптической системы накопителей CD необ­ходимо когерентное излучение о определенной длиной волны и фазой. Такой спет получается благодаря индуцированной или стимулированной эмиссии в рп-переходе ишкекциошюго лазерного диода (1LD). Когерентный све товой пучок дает воз­можность после отражения, например, па поля­ризующей поверхности, осуществить поворот фа­зы таким образом, чтобы полностью разделить исходный и отраженный лучи, что и необходимо в оптической системе CD-ROM накопителя.

В большинстве устройств CD лазерный диод имеет отдельный (независимый) источник пита­ния и схемы управления питанием. Чтобы ILD на­чал излучать, сила тока, протекающего через пе­го, должна достичь определенной величины. По достижении порогового значения лазерный диод начинает работат ь стабильно и генерирует посто янное световое излучение. Максимальный ток возбуждения лазерных диодов в накопителях CD составляет 40-70 мА (у некоторых диодов он до­стигает 100 мА). При увеличении тока возбужде­ния резко возрастает мощность луча лазера, и возникает опасность быстрого разрушения лазе­ра. Ток 150 мА разрушает любые лазерные диоды. ILD чувствительны к колебаниям температуры ок­ружающей среды и сильно реагируют на измене­ние питающего тока. Для обеспечения безопасно­сти работы 1LD необходимо постоянно контроли­ровать эмиссию светового потока с лазерного дио­да. Автоматический контроль питания TLD осуще­ствляется применением схем с отрицательной об­ратной связью, когда при уменьшении мощности лазерного луча увеличивается ток возбуждения ILD. а увеличение мощности лазерного луча 1LD вызывает обратный процесс (система автомати­ческого регулирования мощности лазерного луча САР-М).

Кроме задачи считывания ОГ решает задачи слежения за поверхностью CD. Микрообъектив ОГ. который фокусирует свет в пятно микронных размеров, имеет малую глубину резкости. Если поверхность CD сместится в вертикальном на­правлении на единицы микрон, то размер свето­вого пятна на поверхности CD увеличится, что приведет к нарушению процесса считывания ин­формации или к его прекращению. Несмотря на жесткие требования, предъявляемые к компакт- дискам в процессе изготовления, биения поверх­ности диска, вызываемые также и несовершенст­вом механических узлов устройства, должны быть непременно скомпенсированы. Для компенсации таких отклонений в каждом устройстве имеются встроенные системы автоматического регулиро­вания фокуса (САР-Ф), обеспечивающие постоян­ство размера светового пятна на поверхности компакт-диска. Важным элементом системы фо­кусировки лазерного луча является фотодетектор, который выполняет следующие три основные функции:

- генерацию сигналов для автофокусировки;

- генерацию сигналов отслеживания, обеспечива­ющих точное сопровождение лазерного луча по дорожке диска;

- генерацию цифровых информационных сигна­лов.

Во многих накопителях CD-ROM имеются встроенные буферы (кэш память), что позволяет передавать в компьютер большие массивы дан­ных за одно обращение. Благодаря буферу данные в компьютер могут передаваться с постоянной скоростью, что очень важно для мультимедийных систем.

Лазерная плоскостная оптическая считывающая система

В настоящее время в приводах CD-ROM широ­ко используется лазерная плоскостная считываю­щая система (FOP-система) в которой использует­ся полупроницаемая зеркальная призма (см. Рис. 7). На рис. 6 представлены основные элементы FOP-системы pi прохождение лазерного луча через ее элементы. Лазерный луч, вырабатываемый лазерным диодом, первоначально проходит через дифракционную решетку.

При прохождении све­тового луча через узкую щель па ее выходе образу­ются. наряду с главным (самым ярким) лучом, по меньшей мере два боковых луча (рис. 6.). Так называемый боковой луч первого порядка со­держит почти 25% энергии главного луча и ис- иользуется для системы отслеживания доролски записи. Прошедшие, полупроницаемую зеркаль­ную призму лучи (рис. 6,7). проходя коллиматор, становятся параллельными и, отразившись от зеркальной призмы, сфокусированные объекти­вом, попадают на информационную поверхность CD. Отраженный от поверхности CD свет прохо­дит оптические элементы в обратной последова­тельности. В полупроницаемой зеркальной приз­ме половина отраженного от CD лазерного излу­чения отююняется па детектирующее устройство. При этом предварительно луни проходят двояко­вогнутую линзу (см. рис. 6) прежде, чем они попа­дают на детекторное иоле (фотодиодная матрица). Предварительная двояковогнутая линза делает пучок расходящимся, так что уже при малом рас­стоянии между зеркальной призмой и детектор­ным полем на поле падает световое пятно доста­точного размера. Размер светового пятна должен быть таким, чтобы были освещены все элементы фотодиодпой матрицы детекторного поля (рис.9.).

Двояковогнутая предварительная линза обес­печивает компактность оптической системы ла­зерного накопителя (рис. 8). Цилиндрическая линза служит совместно с главным, поделенным на четыре зоны (A-D). детекторным полем (фото-диодной ма трицей) для распознавания состояния фокусировки. Цилиндрическая линза вызывает диеторсию лазерного луча (при неправильной фо­кусировке луча на поверхности диска), придавал пятну луча вытянутую форму (рис 10.).

Из суммы сигналов четырех зон (A+B+C+D) вос­станавливается ВЧ-сигнал, который содержит цифровую информацию.

В диффере1щиалыюм усилителе из сигналов, генерируемых четырьмя фотодатчиками (A-D), выраба тывается также и сигнал ошибки фокуси­ровки.

Два детектора боковых лучей (E+F) вместе с бо­ковыми лучами, полученными в дифракционной решетке, служат для отслеживания ошибки про­хождения считывающего луча по середине ин­формационной дорожки (рис. 11).

При оптимальном следовании главного луча по информационной дорожке соседние питы, распо­ложенные на дорожке рядом со считываемым пи­том, освещаются правым или левым краем соот­ветствующих боковых лучей, так что отраженные от CD боковые лучи вызывают одинаковый сигнал с обоих детекторных полей (E+F). Так как форми­рование выходного напряжения происходит на дифференциальном усилителе, при смещении главного луча о информационной дорожки па вы­ходе усилителя формируется паирялсегше коррек­ции, полярность которого зависит от направле­ния отклонения, а величина пропорциональна степени отклонения главного луча от дорожки за­писи.

Описанные выше элементы лазерного накопи­теля CD могут располагаться производителем очень по-разному. Однако с точки зрения поиска неисправностей, точная конфигурация оптичес­ких линз практически не имеет никакого значе­ния. В случае неисправности заменяется весь мо­дуль. Можно проследить сигналы рассогласова­ния с фотосенсоров через серводвигатель и обрат­но. на катушку радиального трекинга. Нужно за­менить весь узел, если:

- па серводвигателе нет сигналов с фотодиодов,

- сигналы с серводвигателя есть, но катушка ради­ального трекинга не перемещает линзу (или в не­которых случаях, специальное корректирующее зеркало).

Предлагаю ознакомиться с аналогичными статьями: