6.光碟機(jī)伺服系統(tǒng)之自動調(diào)整

1、 編稿:喻啟鋒 10/1902光碟機(jī)伺服系統(tǒng)之自動調(diào)整1第一章自動調(diào)整系統(tǒng)描述2 光碟機(jī)自動調(diào)整系統(tǒng),即對品質(zhì)參差不齊的光碟機(jī)機(jī)構(gòu)因溫度,供應(yīng)電壓,各種製造因素及元件老化所作補(bǔ)償?shù)囊环N機(jī)制.然而對光碟片進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整,主要是由於光碟片本身存在偏心,反射訊號不良問題產(chǎn)生,加上使用者或機(jī)器可能對光碟片造成的傷害如刮傷,有污點(diǎn)與透明等情況產(chǎn)生.至於光 碾機(jī)機(jī)構(gòu)來說,下列將舉出其需要補(bǔ)償調(diào)整的一些現(xiàn)象: 光碟機(jī)技術(shù)之自動調(diào)整3(1)電氣現(xiàn)象:光檢測器與調(diào)取頭雷射功率的變 動,前置放大器的補(bǔ)償電壓等. (2)電磁現(xiàn)象:使用在聚集與循軌音圈馬達(dá)的讀 取頭致動器特性的變動等. (3)光學(xué)現(xiàn)象:雷射光束形狀甸鏡

2、片狀況與碟片 反射率所造成的變動等. 光碟機(jī)技術(shù)之自動調(diào)整4 在本文中,將對自動調(diào)整系統(tǒng)中的偏移調(diào)整,循軌平衡調(diào)整,聚集偏壓調(diào)整,迴圈增益調(diào)整作一定的探討.首先將針對自動調(diào)整機(jī)制在光碟機(jī)實(shí)際架中如何對伺服訊號進(jìn)行調(diào)整流程做說明,圖1-1為伺服訊號簡略介紹.圖2-2中對組成自動調(diào)整機(jī)制的四部分加以說明.光碟機(jī)技術(shù)之自動調(diào)整5圖:1-1 伺服訊號介紹光碟機(jī)技術(shù)之自動調(diào)整6圖1-2 組成自動調(diào)整機(jī)制的四部份簡略說明光碟機(jī)技術(shù)之自動調(diào)整7(續(xù))圖1-2 組成自動調(diào)整機(jī)制的四部份簡略說明光碟機(jī)技術(shù)之自動調(diào)整8 聚焦訊號(FE)其最先以偏移調(diào)整對其準(zhǔn)位做校正,其系統(tǒng)聚焦鎖定后,進(jìn)行聚焦偏壓調(diào)整,求得反射訊

3、號之最大量及最小抖動值,最後再進(jìn)行迴較增益調(diào)整,以求符合聚焦迴路之系統(tǒng)規(guī)格,然後進(jìn)入驅(qū)動器輸出驅(qū)動訊號,調(diào)整聚焦音圈馬達(dá).至於RFDC訊號,在進(jìn)行移調(diào)整后,用於聚焦偏壓調(diào)整,其後進(jìn)入訊號解調(diào)程序. 如下圖1-3(1) (2)所示,我們由光學(xué)頭讀取碟片反射訊號,經(jīng)由前置放大器輸出各種伺服訊號FE,TE,RFDC等),隨即進(jìn)入自動調(diào)整機(jī)制.首先以聚焦訊號(FE)之調(diào)整流程為例,來說明光碟機(jī)實(shí)際架中如何對伺服訊號進(jìn)行調(diào)整.圖1-3 (1)光碟機(jī)技術(shù)之自動調(diào)整9 循軌訊號(TE),首先進(jìn)行偏移調(diào)整,以求準(zhǔn)位校正,再進(jìn)入循軌平衡調(diào)整以調(diào)整其循軌訊號準(zhǔn)位，最后亦進(jìn)行迴圈增益調(diào)整，使循軌伺服迴圈符合系統(tǒng)規(guī)格

4、,然后進(jìn)入驅(qū)動器,輸出驅(qū)動訊號,調(diào)整循軌音圈馬達(dá).圖1-3 (2)光碟機(jī)技術(shù)之自動調(diào)整10第二章偏移調(diào)整之分析與驗(yàn)證112-1 動機(jī) 在光碟機(jī)伺服系統(tǒng)中,當(dāng)雷射打開後,反射訊號經(jīng)二極體,前置放大器及類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器的組合會對伺服訊號造成直流偏壓. 偏移調(diào)整主要針對聚焦訊號(FE),循軌訊號(TE)及射頻訊號(RF)移去直流偏壓並放大訊號並降低雜訊,使得光二極體理想上在黑暗區(qū)域時,其直流偏壓亦為零. 若直流偏壓無法有效去除,則會造成進(jìn)入DSP中之伺服訊號與雜訊一同被放大,以致資料準(zhǔn)確性降低,並經(jīng)由回授調(diào)整其聚焦及循軌伺服狀態(tài),導(dǎo)致伺服不穩(wěn)定.因此需要由偏移調(diào)整,使進(jìn)入Servo Dsp 之伺服訊號

5、能有效去除偏壓,確保伺服穩(wěn)定.偏移調(diào)整分析與驗(yàn)證122.2 調(diào)整原理 如圖2-1偏移調(diào)整之架構(gòu)圖所示,將模擬之伺服訊號輸入到取樣器中,而取樣器對訊號進(jìn)行128次取樣,並取其平均值,亦可取256個取樣值作為平均,但是會增加一些DSP運(yùn)算時間,也會影響伺服性能.SourceSampler128samples(fs=88.2KHZ)Result(Register)圖2-1 偏移詷整之架構(gòu)偏移調(diào)整分析與驗(yàn)證132-3 實(shí)驗(yàn) 如圖2-2所示,由光二極體經(jīng)前置放大器所得之伺服訊號(如RF,FE,TE等)送入伺服DSP處理,在DSP中首先經(jīng)過A/D然後對信號進(jìn)行128次取樣求出偏移調(diào)整補(bǔ)償值,其後對伺訊號減

6、去補(bǔ)償值,送入數(shù)位等化器中作訊號增益與之補(bǔ)償,並經(jīng)D/A由DSP輸出,最後作為驅(qū)動訊號,即藉由偏移調(diào)整值對伺服訊號進(jìn)行準(zhǔn)位調(diào)整. 圖2-2偏移調(diào)整分析與驗(yàn)證142-4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 由圖2-3 a顯示未經(jīng)偏移調(diào)整之系統(tǒng)偏移量的十次測試平均值,雜亂分佈,而圖2-3 b為經(jīng)偏移調(diào)整后,其十次測試平均偏移量區(qū)間介於2.35V2.5V間,與讀取提供之參考電壓吻合,證明其偏移值確實(shí)有經(jīng)調(diào)整過,並對伺服訊號準(zhǔn)位作補(bǔ)償.而且,若沒有做偏移調(diào)整,聚焦動作中極易失敗,讀取品質(zhì)不好的碟片時,更易使馬達(dá)失控.圖2-3 a 偏移調(diào)整分析與驗(yàn)證15圖2-3 b 偏移調(diào)整分析與驗(yàn)證16第三章循軌平衡調(diào)整之分析與驗(yàn)證173-1

7、 動機(jī) 在循軌平衡調(diào)整系統(tǒng)中,主要針循軌誤差訊號(TE)的低頻成分作調(diào)整,因?yàn)檐売嵦柺怯勺x取頭中的光二極體E與F的差別電壓值大所產(chǎn)生,故當(dāng)循軌訊號非以前置放大器所提供之參考(VC)相對稱時,其差值經(jīng)放大則導(dǎo)致誤差訊號準(zhǔn)確性下降,使得雷射光點(diǎn)沒有處於軌道中心而偏擺至一邊,容易造成讀錯軌或鎖軌能力降低以致向內(nèi)或向外失控地移動.循軌平衡調(diào)整是為了使循軌訊號在讀取頭所提供的準(zhǔn)位下對稱,以利往後循軌及尋軌伺服性能之要求,故必須對光二極體E與F所產(chǎn)生的訊號做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,增加伺服穩(wěn)定性.循軌平衡調(diào)整分析與驗(yàn)證183-2 調(diào)整原理 如圖3-1所示,輸入兩類比低頻伺服訊號,將其做放大處理及經(jīng)差分比較器求得其兩訊

8、號之誤差值,然後經(jīng)低取樣率之類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器,因處理訊號頻率較低,其後經(jīng)判斷窗口,與系統(tǒng)之參考電壓比較後,得到一誤差控制訊號,最後經(jīng)數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器輸出,對G2進(jìn)行修正調(diào)整其放大性能.我們針對平穩(wěn)調(diào)整機(jī)制的影響,將其對跨軌訊號的調(diào)整作模擬如圖3-2 a及圖3-2 b所示,可知其調(diào)整前與調(diào)整後之差異,即原先跨軌訊號非以讀取頭所提供之參考電壓為中心準(zhǔn)位,面調(diào)整後其躍準(zhǔn)位以考電壓為主,確實(shí)有達(dá)到其要求.循軌平衡調(diào)整分析與驗(yàn)證19圖3-1 循軌平衡調(diào)整之架構(gòu)循軌平衡調(diào)整分析與驗(yàn)證20循軌平衡調(diào)整分析與驗(yàn)證圖3-2a 循軌訊號調(diào)整前之模擬圖3-2b 循軌訊號調(diào)整後之模擬213-3實(shí)驗(yàn) 對於循軌平衡系統(tǒng)這機(jī)制

9、如圖3-3所示,E與F訊號經(jīng)由GE與GF的放大後進(jìn)入器,而得到跨軌記號.然後此訊號經(jīng)由A/D,並在循軌平衡(Track Balance)中求出當(dāng)時準(zhǔn)位與參考準(zhǔn)位(VC)之差異值,然後經(jīng)D/A得到一修正訊號,輸出至GF對其進(jìn)行調(diào)整,以求得較佳的跨軌訊號.循軌平衡調(diào)整分析與驗(yàn)證圖3-3循軌平衡調(diào)整之機(jī)制223-4結(jié)果 以十片碟片樣本為主,經(jīng)數(shù)位示波器量取其循軌訊號,分成調(diào)整前及調(diào)整後各十次測試資料,並求其平均值如圖3-4及圖3-5所示,可發(fā)現(xiàn)在其整體平均值有往上提升,相對於讀取頭所產(chǎn)生之參考準(zhǔn)位則越接近,證明循軌平衡調(diào)整之性能,對各式碟片之讀取效能確有改善.循軌平衡調(diào)整分析與驗(yàn)證23循軌平衡調(diào)整分

10、析與驗(yàn)證圖3-4 號調(diào)整前準(zhǔn)位之平均圖3-4 號調(diào)整後準(zhǔn)位之平均24第四章聚焦偏壓調(diào)整之分析與驗(yàn)證254-1動機(jī) 因?yàn)槎秳恿?(JITTER)代表單位時間內(nèi)訊號大小的變動量,在各種電子系統(tǒng)中無不要求降低其抖動量,其影響對聚焦伺服而言,決定是否由於拌動量過大造成聚焦伺服不容易切入閉迴路控制,使得聚焦鎖上.對於循軌與尋軌伺服而言,其拌動量容易造成鎖軌能力降低,軌數(shù)誤數(shù),讀錯軌等狀況發(fā)生.對於主軸伺服控制及碟片讀出訊號解調(diào)影響更大,由於拌動量影響訊號的正確性,造成從訊號中取出的時序發(fā)生延遲，變快大中型變慢等狀況，使得轉(zhuǎn)盤失控事項(xiàng)解調(diào)出的資料錯誤及影音失真等情形産生。因此聚焦偏壓調(diào)整對於往後訊號解調(diào)品

11、質(zhì)及伺服不可忽視的影響，尤其對一此特殊碟片更顯重要如圖4-1所示，即當(dāng)讀取刮傷片或碟片太髒時，其訊號抖動量變化更大，更顯出聚焦偏壓調(diào)整的重要性。聚焦偏壓調(diào)整之分析與驗(yàn)證26聚焦偏壓調(diào)整之分析與驗(yàn)證圖4-1 特殊片之訊號抖動量274-2 調(diào)整原理 一般在光碟機(jī)中抖動量的來源大致可歸納爲(wèi)四種：符號抖動量(Mark jitter),指碟片上之時序標(biāo)記已呈現(xiàn)不規(guī)則性,故對於讀出之資料即有抖動量産生,較嚴(yán)重之情況通常發(fā)生在碟片不當(dāng)生産時或?qū)蓪懭氲瑹洸环€(wěn)時慣性抖動量(Eccentricity jitter),指讀取頭在尋軌時呈現(xiàn)線性速度變動，原因在於Sled馬達(dá)之慣性.機(jī)械式抖動量(Mechanic

12、al jitter),主要由於主軸馬 達(dá)轉(zhuǎn) 動時所産生之震動所造成.讀取頭抖動量(Head jitter),指在光學(xué)系統(tǒng)中由於聚焦偏壓的影響，決定是否得到RF訊號的最大反射量,即相對RF抖動量是否爲(wèi)最小.聚焦偏壓調(diào)整之分析與驗(yàn)證28 以下我們以讀取頭抖動量爲(wèi)主，即在聚焦偏壓調(diào)整系統(tǒng)中,主要利用聚焦偏壓來控制讀取頭中物鏡的移動,以求得讀取讀號的抖動量爲(wèi)最小。聚焦偏壓與接收訊號的抖動量之一般關(guān)係如圖4-2所示，兩者之間存在類似U形分布，故存在抖動量最小值之狀況。因此可藉由此項(xiàng)關(guān)係求出其最佳聚焦偏壓值。聚焦偏壓調(diào)整之分析與驗(yàn)證圖4-2 聚焦偏壓與訊號抖動量的關(guān)係294-3 實(shí)驗(yàn) 其方法爲(wèi)：輸入聚焦偏

13、壓的中心值，並使用在該值下讀出之訊號抖動值作爲(wèi)往後調(diào)整之參考值.(在此狀況下，不傳動失去聚焦?fàn)顟B(tài)，爲(wèi)系統(tǒng)硬體最基本之要求).當(dāng)在點(diǎn)M時出現(xiàn)第一次抖動量增加(相對於前次取得之抖動量),且判斷有隨聚焦偏壓增加，抖動量減少。取一點(diǎn)有隨聚焦偏壓增加而抖動量減少即C,求出a點(diǎn)其隨偏壓增加而抖動量增加。同理，依3求出點(diǎn)b其隨偏壓減少而抖動量增加，但若C點(diǎn)至中心值有隨偏壓減少而抖動量增加，該偏壓即爲(wèi)b點(diǎn)。A點(diǎn)與b點(diǎn)的中心點(diǎn)視最佳聚焦偏壓點(diǎn)C，但若以點(diǎn)C爲(wèi)最佳聚焦偏壓點(diǎn)，則面對刮傷笥時很可能因抖動量急速增加，而失去聚焦?fàn)顟B(tài)。聚焦偏壓調(diào)整之分析與驗(yàn)證30聚焦偏壓調(diào)整之分析與驗(yàn)證圖4-3 最佳聚焦偏壓點(diǎn)示意圖314-4 結(jié)果 經(jīng)過驗(yàn)證其聚焦偏壓在調(diào)整前與調(diào)整後是