驅動技術在光碟產品領域的發展與應用

王賢彤　喬羽

摘 要

如果要談及光碟領域的驅動技術，首先應該講的就是光碟存儲技術的發展，驅動技術是光碟發展的有利后盾，而同時光碟的發展又促進了驅動技術的發展。隨著信息社會的發展，社會信息量的不斷膨脹，海量信息數據的出現，不僅對存儲媒介的儲存容量提出了挑戰，而且對其讀寫速率也提出了更高的要求。上世紀80年代初，CD光碟技術以保存音樂為目的而成功應用于大眾市場，90年代末DVD以能夠保存SDTV影像而成功進入影音市場，隨著HDTV高清影像的出現，2005年后藍光光碟技術應運而生。縱觀每種技術的出現，無不伴隨著記錄數據量的增大，而在這背后，支撐著整個信息數據存儲的光碟媒介又有怎樣的變化，在這里我們將做一概括性的比較剖析。本文介紹了驅動技術的在BD中的應用。與DVD相比，BD采用了高密度化技術，這樣決定了在BD驅動技術方面也要有所提高，其中較為詳細介紹了碟片判別，傾斜學習，球面收差補正等問題。

【關鍵詞】BD 高密度化技術 驅動技術

1 引言

藍光光盤組織成立于2002年5月，由支持推廣藍光光盤格式應用的9家廠商組成，包括日立、LG電子、松下電子、先鋒、飛利浦、三星電子、夏普電子、Sony和Thomson，此后加入的4家為戴爾、惠普、三菱、TDK。雖然BD與HD-DVD誰將作為下一代的藍光存儲標準這一爭議一直存在，但這也促使兩家不斷推陳出新，進行技術改革。2003年，藍光激光頭達到投產水平，但是適合投放市場的藍光產品在2006年才開始出現。最終以索尼為代表的藍光陣營還是打敗了以東芝為代表的HD-DVD陣營，北京時間2007年2月19日下，東芝正式宣布停止推廣HD-DVD，這就意味著以東芝為代表的HD-DVD，在與以索尼為代表的藍光陣營的“標準之戰”中徹底落敗。

由圖1可以看出，與DVD相比BD采用高密化技術體現在一下幾個方面：DVD技術采用波長為650nm的紅色激光和物鏡NA為0.6，相鄰軌道間距為0.74um，光學透明保護層為0.6mm；而與以索尼為代表的BD技術采用波長為450nm的藍紫色激光，通過NA為0.85的物鏡，成功地將聚焦的光點尺寸縮得極小程度，DVD與BD聚焦光點比為5.2：1，相鄰軌道間距為0.32um，此外，BD的盤片結構中采用了0.1mm厚的光學透明保護層。由于這些差異決定BD在驅動技術方面必須有所提高發展。

2 BD碟片的判定

表1中的數據是CD，DVD和BD三種光碟基本性能參數之間的簡略比擬，從表中我們可以看出，三種光碟的物理規格大小相同， 是直徑為120mm的圓盤。

容量方面，CD的存儲容量最小，DVD次之，單面BD盤有25GB的存儲能力，最高達50GB。

要達到精確聚焦的目的，就必須要減少激光頭所使用激光的波長，或是提高光頭物鏡的光圈。因此更短的激光波長，可以使得BD激光頭發出的激光束被更準確聚焦在高密度的記錄點上。BD使用405納米波長的藍紫激光，相對于CD技術的780納米和DVD技術的650納米，BD所用的讀寫激光波長要短的多，所以激光頭所發出的激光束可以被更加精確的聚焦到高密度的記錄點上。

相對于CD光頭物鏡的NA 0.45和DVD光頭物鏡的NA 0.6，BD光頭物鏡的NA值NA被提高到了0.85，這也是為了更準確的聚焦。

BD碟片的判定的原理和實現方法都比較簡單，主要是利用CD，DVD，BD的保護層厚度不同來實現的（CD保護層厚為1.2mm）。碟片起動時，先發BD laser，以此判別BD與CD/DVD：，由于BD laser 不能到達CD/DVD記錄層，所形成的S字是由于表面的反射，其幅值小于BD layer形成的S字。

3 傾斜對BD的影響

圖2可以看出由于傾斜，對激光束的聚焦點有不良的影響，這種現象稱為Comma收差。Comma收差正比于NA3和保護層厚度，反比于波長，由此可以計算出傾斜對BD和DVD的影響比為0.76：1，這說明傾斜對BD的影響更小。

為了減小Tilt的影響，BD采取用了全面Tilt學習和內周Tilt學習。全面Tilt學習的是依據在不同disc位置處聚焦驅動出力的不同，計算出碟片Tilt的角度，計算公式如下：

FC-tilt= arctan（FC drive/L）

其中FC-tilt 為碟片傾斜的角度；FC drive為碟片兩個不同位置聚焦出力的差；L碟片兩個不同位置的距離。內周Tilt學習，通過改變Lens tilt 以尋求到MLSE的最小值，其對應的Lens tilt 即為最佳學習值Best_tilt。由于在實際系統中，不僅碟片有Tilt，而且Lens自身也有一定的Tilt，因此在實際控制過程中不僅補正碟片有Tilt，而且也要補正Lens Tilt，而這兩者補正的和值就是Best_tilt。在實際控制過程中，對碟片不同區實時進行內周Tilt學習將花費很多時間，而全面Tilt花費時間很少。因此，在工程調整中調整出Lens tilt，這個值與Lens有關，被稱為Tilt-offset

Tilt_offset = Best_tilt - FC_tilt

Tilt-offset 被保存到光驅的EEPROM中，在市場光驅讀BD碟時，用來計算Best_tilt

4 球面收差對BD的影響

由于保護層僅0.1mm，而且激光波長短，光點小，受到球面收差的影響大。如圖3所示，球面收差是由于光束內外側聚焦點不一致造成的。因此，在BD中球面收差調整的目的就是使光束內外側聚焦點一致。主要是通過調整光頭中準直透鏡，參見圖1中的保護層補正（一般稱為球面收差補正）。球面收差補正主要是通過工程調整結果，再次進行調整使球面收差的影響減小至最小。通過調整準直調整透鏡（球面收差補正量SA）和聚焦位置DF取得TE信號最好的兩點，由這兩點確定的斜率稱為TE尾根（工程調整值），沿著TE尾根，TE信號質量衰減最慢；左圖沿著TE尾根，變化SA和DF，可以求得MLSE最小值的點（DF0，SA0）（工程調整值）。在市場光驅讀BD碟時，依據TE尾根和（DF0，SA0），就可以快速而且準確的學習到球面收差補正的最佳值（DF1，SA1）。endprint

5 TE信號極性的判別

BD_R存在兩種類型的disc：普通型，disc寫過后，反射率下降（on groove）；新類型， disc寫過后，反射率上升（in groove ）。因此這兩種disc的TE信號的極性相反，因此需要進行TE極性判別。判別方法：在Groove中如果TE由高向低（圖4中箭頭所示），則disc類型為普通型，反之為新類型。

6 其他與驅動相關的BD技術

6.1 地址格式

WBL信號有兩個作用：提供記錄時序和地址信息。為了防止碟片的種種不良狀況：相鄰軌跡記錄數據的噪聲，碟片的損壞等，將兩種WBL信號的調制方式合并起來。一種調制方式稱為MSK（minimum-shift-keying），另一種稱為STW（saw-tooth-wobble）。

6.2 信號處理技術PRML

由于BD采用的是2T17PP的編碼系統，而且記錄密度高，所以最小長度的mark（2T）小于光點的直徑，當所記錄的信號被播放時，RF信號中將產生bit錯誤，尤其是最小長度記號的邊緣。通過PRML的過慮，可以與內建的標準數字信號模型相比對，找出局部相似的地方后，即可匹配成相應的數據信號，從而提高了讀取抗干擾能力。

7 結束語

本文簡單介紹了記錄媒體的發展，以及應記錄媒體發展而不斷進步的驅動技術，例舉了一些驅動方面的控制技術。正如開篇所講到的驅動技術是應光碟技術的發展而發展的。在不久的將來全息光盤儲存技術的完善，勢必會帶來驅動技術革命性的進步。

參考文獻

[1] Blu-ray Disc association .White paper Blu-ray Disc Format Part1.A physical format specifications for BD-RE 2nd Edition.2006.2。

[2]Blu-ray Disc association .White paper Blu-ray Disc Part1.C physical format specifications for BD-ROM 5th Edition.2007.3。

作者單位

中國華錄松下電子信息有限公司 遼寧省大連市 116023endprint

5 TE信號極性的判別

BD_R存在兩種類型的disc：普通型，disc寫過后，反射率下降（on groove）；新類型， disc寫過后，反射率上升（in groove ）。因此這兩種disc的TE信號的極性相反，因此需要進行TE極性判別。判別方法：在Groove中如果TE由高向低（圖4中箭頭所示），則disc類型為普通型，反之為新類型。

6 其他與驅動相關的BD技術

6.1 地址格式

WBL信號有兩個作用：提供記錄時序和地址信息。為了防止碟片的種種不良狀況：相鄰軌跡記錄數據的噪聲，碟片的損壞等，將兩種WBL信號的調制方式合并起來。一種調制方式稱為MSK（minimum-shift-keying），另一種稱為STW（saw-tooth-wobble）。

6.2 信號處理技術PRML

由于BD采用的是2T17PP的編碼系統，而且記錄密度高，所以最小長度的mark（2T）小于光點的直徑，當所記錄的信號被播放時，RF信號中將產生bit錯誤，尤其是最小長度記號的邊緣。通過PRML的過慮，可以與內建的標準數字信號模型相比對，找出局部相似的地方后，即可匹配成相應的數據信號，從而提高了讀取抗干擾能力。

7 結束語

本文簡單介紹了記錄媒體的發展，以及應記錄媒體發展而不斷進步的驅動技術，例舉了一些驅動方面的控制技術。正如開篇所講到的驅動技術是應光碟技術的發展而發展的。在不久的將來全息光盤儲存技術的完善，勢必會帶來驅動技術革命性的進步。

參考文獻

[1] Blu-ray Disc association .White paper Blu-ray Disc Format Part1.A physical format specifications for BD-RE 2nd Edition.2006.2。

[2]Blu-ray Disc association .White paper Blu-ray Disc Part1.C physical format specifications for BD-ROM 5th Edition.2007.3。

作者單位

中國華錄松下電子信息有限公司 遼寧省大連市 116023endprint

5 TE信號極性的判別

BD_R存在兩種類型的disc：普通型，disc寫過后，反射率下降（on groove）；新類型， disc寫過后，反射率上升（in groove ）。因此這兩種disc的TE信號的極性相反，因此需要進行TE極性判別。判別方法：在Groove中如果TE由高向低（圖4中箭頭所示），則disc類型為普通型，反之為新類型。

6 其他與驅動相關的BD技術

6.1 地址格式

WBL信號有兩個作用：提供記錄時序和地址信息。為了防止碟片的種種不良狀況：相鄰軌跡記錄數據的噪聲，碟片的損壞等，將兩種WBL信號的調制方式合并起來。一種調制方式稱為MSK（minimum-shift-keying），另一種稱為STW（saw-tooth-wobble）。

6.2 信號處理技術PRML

由于BD采用的是2T17PP的編碼系統，而且記錄密度高，所以最小長度的mark（2T）小于光點的直徑，當所記錄的信號被播放時，RF信號中將產生bit錯誤，尤其是最小長度記號的邊緣。通過PRML的過慮，可以與內建的標準數字信號模型相比對，找出局部相似的地方后，即可匹配成相應的數據信號，從而提高了讀取抗干擾能力。

7 結束語

本文簡單介紹了記錄媒體的發展，以及應記錄媒體發展而不斷進步的驅動技術，例舉了一些驅動方面的控制技術。正如開篇所講到的驅動技術是應光碟技術的發展而發展的。在不久的將來全息光盤儲存技術的完善，勢必會帶來驅動技術革命性的進步。

參考文獻

[1] Blu-ray Disc association .White paper Blu-ray Disc Format Part1.A physical format specifications for BD-RE 2nd Edition.2006.2。

[2]Blu-ray Disc association .White paper Blu-ray Disc Part1.C physical format specifications for BD-ROM 5th Edition.2007.3。

作者單位

中國華錄松下電子信息有限公司 遼寧省大連市 116023endprint