Slim DVDRW薄型可讀寫式光碟驅動器的工作原理

朱曉鵬

摘要：本文主要介紹DVD-RW（ DVD-ReWritable可重寫式DVD）驅動器的主要功能及性能，結合光碟機自身的功能要求闡述光碟機如何將經過處理后的光束集中且能精確控制并讀取或寫入我們所需要的資料。這是一個光電轉換，經過檢測器捕捉信號傳輸到系統的過程。

【關鍵詞】聚焦控制 定軌控制 速度控制 容錯能力

隨著科學的發展，光碟驅動器（以下簡稱光驅）的功能也越來越強大，目前市場上主要可分為CD-ROM、DVD-ROM、DVD-RW、BD-ROM驅動器等。而DVD-RW光驅有可讀寫的功能，可以讀很多種類的光碟片。光驅是一個結合光學、機械及電子技術的產品。它是電腦用來讀寫光碟片內容的機器也是臺式和筆記本電腦里比較常見的一個部件，隨著多媒體的應用越來越廣泛，使得光驅在計算機諸多配件中已經成為標準配置。

1 內部結構

1.1 激光頭組件

典型光學讀取頭的光系統的結構包括霄射半導體光源、相位光柵、分光棱鏡、瞄準透鏡、光學四分之一波片、聚光物鏡、圓柱透鏡及光接收器等項目。

1.2 主軸馬達（Spindle Motor）

主軸馬達及音圈馬達（Voice Coil Motor，簡稱VCM）是伺服系統之啟動器，負責將讀取頭送到適當的磁區及聚焦。

1.3 光盤托架

也是碟片的承載機構：在通關電開關時負責承載或退出光碟片。

1.4 啟動機構

控制光盤托架的進出和主軸馬達的啟動，通電運行時，啟動機構將使包括主軸馬達和激光的頭組件的伺服機構都處于半加載狀態中。

2 工作原理

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

2.1 激光頭

激光頭組件最為重要也是光驅最精密的部分。它主要負責數據的讀取工作，因此在清理光驅內部的時候要格外小心。在光資訊大量儲存系統中所用的光學讀取頭，主要是利用一個具有高數值孔徑（Numerical Aperture），長工作距離（Long Working Distance）的聚光物鏡將半導體霄射所發射出來的光源聚焦在存有大量信號的碟片上，以達成信號讀出的機構。

2.2 聚焦伺服控制

聚焦伺服系統的目的是進行自動聚焦，保證激光焦點能夠準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，雷射光點至少要具備三個自由度。主軸馬達的旋轉提供了一個自由度，讀寫頭伺服系統則提供了尋軌和聚焦二個自由度。在聚焦伺服系統中，聚焦誤差信號最常用的檢測方法是像散法，又稱非點收差法，用4分割PD差動檢出。利用該誤差信號去控制光學頭物鏡上下移動，使激光焦點始終落在光盤的目標點上。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個傳感器的輸出進行（A+C）-（B+D）運算處理后，基結果為o為正焦，該運算結果便是聚焦誤差信號，表明聚焦正確，則物鏡不動。當碟片遠離物鏡時，則光斑呈橫向橢圓形，此時（A+C）.（B+D）>O為遠焦，聚焦誤差信號為正，控制聚焦電機使物鏡靠近碟片；當碟片靠近物鏡時，則光斑呈縱向橢圓形，此時（A+C）.（B+D）

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

2.3 尋軌伺服控制

尋軌伺服系統的目的是使激光束始終落在光盤的軌道上，分析左右兩側光強度的差異即可確定光點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小的光點，投射到碟片信號而的相鄰坑點上，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的電壓VA、VB及Ve。圖中（b）表示主光束準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。當光點偏離到坑點列的下方時，光點A因位于反射而，其反射光較明亮，而光點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。若光點偏離到坑點列的上方，則光點A因位于軌跡部分，其反射光較暗，而光點C由于處于反射而，則光點C的反射光較明亮，此時VA-VC

循跡精度

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

系統控制電路是控制循跡伺服系統工作的，即當碟片開始旋轉，放大的循跡誤差信號送至循跡線圈時，物鏡便環繞碟片的信號而作橫向移動，執行循跡功能。循跡原理框圖，如圖4所示。

2.4 主軸控制系統

主軸伺服系統又稱旋轉伺服系統，目的是用來控制光盤的轉速，光盤轉速的快慢是通過單位時問讀出的編碼多少來得知的，當讀出的編碼比標定的多時，表示轉速快了，反之轉速慢了。因而，可用這信號去控制光盤驅動馬達的轉速，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技術指從盤片的內道（內圈）向外道移動過程中，單位時問內讀過的軌道弧線長度相等。CAV技術的特點是為保持旋轉速度恒定，其數據傳輸速率是可變的。即檢測光頭在讀取盤片內環與外環數據時，數據傳輸速率會隨之變化。

3 智能糾錯能力

“人工智能糾錯（AIEC）”是指在開發光驅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的策略。對于光碟機而言，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對數據的讀取，對于此種干擾必須提出相對的保護措施，如遇到這種情況光驅會使用存儲在光驅芯片中系統預先設計好的方案，從而對不同情況實行不同的糾錯方法來讀取數據，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，在實際應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為了提高糾錯能力，會將激光頭的功率提高，當激光頭功率增大后，這樣的光驅在初期糾錯能力的確很強，但長時問這種超頻使用會使激光頭嚴重老化，這樣不但使光驅的糾錯能力大幅下降也同時降低光驅的使用壽命。這種以犧牲壽命來換取糾錯性的方法是不可取的。

4 結論

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

參考文獻

[1]關林風，李愛華.光盤驅動器原理和維修技術[M].北京：科學出版社，2006.