Лекция 8 мин.
Привет, мой друг, тебе интересно узнать все про принцип оптического считывания информации в cd-проигрывателях, тогда с вдохновением прочти до конца. Для того чтобы лучше понимать что такое принцип оптического считывания информации в cd-проигрывателях , настоятельно рекомендую прочитать все из категории электромеханические устройства электронных аппаратов.
Для считывания информации с компакт-диска используется лазерная головка (ЛГ). В корпусе ЛГ установлены лазерный диод, внутренняя оптическая система (дифракционная решетка, цилиндрическая, коллиматорная и другие линзы, призма), катушки фокусировки и трекинга с фокусирующей линзой, лазерный диод(рис. 1.1).
Рис. 1.1. Конструкция лазерной головки
При подаче напряжения питания полупроводниковый лазерный диод генерирует когерентный (разность фаз волн постоянна во времени) луч, который с помощью дифракционной решетки разделяется на основной луч и два дополнительных. Пройдя через элементы оптической системы и фокусирующую линзу, эти лучи попадают на компакт-диск (рис. 1.2).
 |
Точную фокусировку лучей на диске осуществляют катушки фокусировки, устанавливающие нужное положение линзы. Отразившись от диска, лучи снова попадают на фокусирующую линзу и дальше в оптическую систему. При этом отраженные лучи отделяются от падающих благодаря их разной поляризации. Перед тем, как попасть на фотодатчики (фотодиодную матрицу), основной луч проходит через цилиндрическую линзу, в которой используется эффект дисторсии для определения точности фокусировки (рис. 1.3).
 |
Если луч сфокусирован точно на поверхности компакт-диска, отраженный луч на фотодатчиках имеет форму круга, если перед или за поверхностью - форму эллипса.
Сигналы с фотодатчиков предварительно усиливаются, и по разности сигналов (A+C) и (B+D) определяется ошибка фокусировки FE (Focus Error). При точной фокусировке сигнал FE равен нулю.
Два боковых луча попадают на датчики E и F. Они используются для отслеживания прохождения основного луча по считываемой дорожке (треку) (рис. 1.4).
 |
Разность сигналов E и F определяет ошибку трекинга (отслеживания дорожки) TE (Tracking Error).
Суммарный сигнал с датчиков A, B, C и D представляет собой высокочастотный (RF) сигнал (>4 МГц) в формате EFM (Eight-to-Fourteen Modulation). Он содержит закодированную аудиоинформацию и дополнительные данные.
При установке компакт-диска двигатель позиционирования (Slide motor) перемещает лазерную головку в начальное положение, пока не замкнется концевик "Начальное положение головки". (В некоторых моделях для передвижения каретки и позиционирования имеется не два, а один двигатель.) Дальше головка начинает медленно отъезжать, пока не разомкнется концевик.
По сигналу LDON сервосхема автоматического питания лазера (ALPC - Automatic Laser Power Control) подает питание на лазерный диод. Иногда могут применяться дополнительные концевики для блокировки включения лазера и предотвращения попадания в глаза лазерного луча при разобранном механизме, а иногда лазер постоянно включен при закрытой каретке. Система ALPC поддерживает на заданном уровне мощность излучения лазерного диода. Текущую мощность излучения контролирует фотоприемник, помещенный в одном корпусе с лазерным диодом.
Сервопроцессор начинает вырабатывать импульсы начального поиска фокуса (FSR), которые поступают к сервосхемам фокусировкии далее через драйвер - на фокусирующую линзу. Сервосхема фокусировки предназначена для компенсации биений компакт-диска (вверх-вниз). Драйвер (выходной каскад) используется для усиления мощности сигналов. Линза начинает перемещаться вверх-вниз. При точной фокусировке луча на поверхности компакт-диска сигнал ошибки фокусировки FE=(A+C)-(B+D) станет минимальным, отключится подача импульсов FSR, и сервосхема фокусировки начнет управлять фокусирующей катушкой с помощью сигнала FEM, который представляет собой скорректированный сигнал FE. После удачной фокусировки вырабатывается сигнал FOK (FocusOk). Если после 3-4 FSR-импульсов сигнал FOK не вырабатывается, то определяется отсутствие компакт-диска, и работа проигрывателя останавливается.
Сигнал FOK поступает к сервосхемам управления скоростью вращения двигателя (СУСВД). Они вырабатывают сигналы MON (разрешение), MDS (обороты), MDP (фаза), CLV (управление) для управления работой двигателя и регулирования его скорости вращения. Двигатель начинает вращаться и набирать скорость. В некоторых проигрывателях импульсы запуска двигателя генерируются еще до подачи сигнала FOK вместе с FSR-импульсами. При постоянной угловой скорости вращения от начала к концу диска увеличиваются диаметр дорожки и линейная скорость. СУСВД поддерживает на постоянном уровне линейную скорость вращения диска, а после остановки проигрывателя притормаживает обороты двигателя.
Номинальная скорость потока считываемой информации с диска 4,3218 Мбит/с.
Одновременно сигнал FOK поступает к сервосхеме трекинга и активизирует ее работу. Эта сервосхема обеспечивает точное прохождение луча по центру дорожки. Для отслеживания положения луча используется сигнал ошибки трекинга (TE=E-F). Отфильтрованная высокочастотная составляющая сигнала TE (сигнал TER) поступает на катушку трекинга. Катушка трекинга перемещает линзу в перпендикулярном к дорожкам направлению и может обеспечить считывание до 20 треков без перемещения ЛГ. Отфильтрованная низкочастотная составляющая сигнала TE (сигнал RAD) подается на двигатель позиционирования, который перемещает ЛГ по полю диска. Лазерная головка периодически перемещается, когда количество прочитанных дорожек выходит за пределы, допустимые для катушки трекинга.
Схемы трекинга не могут самостоятельно определить нахождение луча на информационной дорожке или между ними. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Для этого используется зеркальный детектор, который по амплитуде высокочастотного сигнала EFM определяет положение луча и корректирует его. Если луч находится между дорожками, то амплитуда сигнала EFM минимальна. При удачном отслеживании сервосхемы трекинга вырабатывают сигнал TOK (Tracking OK).
После этого начинается считывание информации с диска. Протактированный импульсами с кварцевого генератора, PLL-детекторподстраивается по частоте и фазе к высокочастотному EFM-сигналу и выделяет из него данные. В сдвиговом регистре последовательные данные преобразуются в параллельные. Дальше информация декодируется, проходит начальную обработку (деперемежение, коррекция ошибок и т.п.) и помещается в буфер "половинного состояния". СУСВД поддерживает заполнение буфера на уровне 50%. Если скорость вращения низкая и буфер заполнен менее чем на 50%, то сервосхема увеличит обороты двигателя, и наоборот. Можно на некоторое время притормозить диск, но звук не прервется. Это объясняется наличием буфера. Похожий принцип работы в AntiShock-схемах, но у них емкость и процент заполнения больше.
Информация в буфер записывается и считывается по импульсам WFCK и RFCK соответственно. Считанная информация разделяется на аудиоданные и субкод. Субкод - это служебная информация, которая содержит синхронизирующие биты, сведения о текущем треке, времени. Субкод используют сервосхемы для позиционирования лазерной головки в нужную точку. Скорость потока субкода составляет 58,8 кбит/с. Аудиоданные обрабатываются в звуковых схемах, и на выход поступает аналоговый аудиосигнал.
Преобразование звука из цифрового в аналоговый формат происходит в звуковых схемах. Первоначально данные левого и правого каналов смешаны (мультиплексированы) и размещены в одном потоке. Аудиоданные проходят дальнейшую обработку (интерполяция, замещение) в цифровых аудиосхемах.
Для улучшения качества звука и уменьшения шумов могут использоваться цифровые фильтры и схемы ускоренной выборки (OVERSAMPLING). Цифровые фильтры преобразуют разрядность аудиосигнала с 16 до 18 или 20 бит, уменьшая ступеньку квантования в выходном сигнале. При использовании 18-разрядного фильтра и ЦАП ступенька уменьшается в 4 раза и, соответственно, звук становится более приятным. Схемы ускоренной выборки перемещают шумы квантования (>22 кГц) в область более высоких частот. Данные для ЦАП считываются и преобразуются со скоростью в 2, 4, 8 или 16 раз большей, чем номинальная.
ЦАП преобразовывает цифровые сигналы в аналоговую форму. Возможны два варианта (рис. 1.5).
 |
В дорогих моделях используется вариант, показанный на рис. 1.5,а. Мультиплексированный цифровой сигнал поступает на демультиплексор, который по тактирующим импульсам разделяет его на 2 цифровых потока соответственно для левого и правого каналов. Для каждого канала используется свой ЦАП. В другом варианте (рис. 1.5,б) применяется один ЦАП, аналоговый сигнал с которого разделяется коммутатором на два канала. В обоих случаях линия задержки используется для выравнивания по времени данных правого и левого каналов.
Аудиосигналы с выхода ЦАП усиливаются и поступают на выходные фильтры. Фильтры обрезают высокочастотные составляющие (>20 кГц), шумы квантования и сглаживают ступеньку.
В аудиосхемах используются транзисторные ключи, которые управляются сигналом MUTE и закорачивают выходной сигнал на корпус. Если диск считывается нормально, то в режимах "Воспроизведение" или "Перемотка по треку" процессор отключает блокировку звука. Во всех остальных режимах функция MUTE активизирована.
От качества фильтра напрямую зависит качество аудиосигнала. В дорогих моделях используют фильтры более высоких порядков.
Работа оптического привода основана на использовании лазерного луча, который считывает информацию с поверхности диска. Устройство состоит из оптической системы, электродвигателей, механизма перемещения лазерной головки, электронной платы управления и интерфейса подключения к компьютеру.
Наиболее распространенные неисправности можно разделить на несколько основных групп.
Одной из частых причин проблем со считыванием является скопление пыли и других загрязнений на линзе лазерной головки. Из-за этого лазерный луч может неправильно фокусироваться, что приводит к ошибкам чтения.
Основные признаки неисправности:
диск не распознается устройством;
считывание информации происходит медленно;
при воспроизведении аудио или видео возникают прерывания;
устройство несколько раз пытается прочитать диск.
Для устранения проблемы необходимо проверить чистоту диска и оптической системы. Очистку внутренних компонентов следует выполнять осторожно, чтобы не повредить линзу или механизм ее подвески.
Лазерный диод является основным элементом системы считывания. Со временем его характеристики могут ухудшаться, вследствие чего снижается качество чтения информации.
К характерным признакам относятся:
невозможность чтения определенных типов дисков;
нестабильная работа даже с чистыми дисками;
повторные попытки распознавания носителя;
полный отказ считывания при исправном механизме вращения.
В таком случае может потребоваться профессиональная диагностика оптического блока или его замена. Самостоятельно регулировать мощность лазера без соответствующего оборудования не рекомендуется, поскольку это может привести к окончательному повреждению устройства.
Механизм оптического привода состоит из подвижных деталей, которые со временем изнашиваются или загрязняются. Чаще всего проблемы возникают с двигателем вращения диска, механизмом перемещения лазерной головки и системой открытия лотка.
Типичные признаки:
лоток не открывается или не закрывается;
диск не вращается;
во время работы слышны посторонние звуки;
лазерная головка перемещается рывками;
диск вращается неравномерно.
Причинами могут быть износ приводного ремня, загрязнение направляющих, повреждение шестерен или неисправность электродвигателя.
Устройство может не работать из-за проблем с питанием, повреждения кабелей, неисправности разъемов или электронных компонентов.
Основные признаки:
привод не определяется операционной системой;
лоток не реагирует на команды;
устройство периодически исчезает из списка оборудования;
привод не получает питание или работает нестабильно.
В таких случаях необходимо проверить кабели, разъемы, подачу питания и правильность подключения устройства. Для внешних приводов также важно проверить USB-кабель и порт.
Не все неисправности связаны с физическим повреждением оборудования. Иногда причиной становятся некорректные драйверы, настройки операционной системы или несовместимость программного обеспечения.
Для устранения таких проблем необходимо:
проверить, распознается ли привод системой;
проверить состояние устройства в диспетчере устройств;
обновить или переустановить соответствующие драйверы при необходимости;
проверить работу привода с помощью другой программы или на другом компьютере.
Профилактическое обслуживание помогает предотвратить неисправности и продлить срок эксплуатации оборудования.
Перед использованием необходимо проверять диск на наличие царапин, пыли и отпечатков пальцев. Загрязненный диск следует очищать мягкой безворсовой тканью движениями от центра к краю, а не по кругу.
Не рекомендуется использовать диски с глубокими царапинами, трещинами или деформациями, поскольку они могут вызывать ошибки чтения и нарушать баланс при вращении.
Корпус привода и вентиляционные отверстия необходимо периодически очищать от пыли. Для внутренней очистки оптической системы следует использовать специальные средства и методы, разрешенные производителем.
Нельзя прикасаться к линзе пальцами, применять абразивные материалы или бесконтрольно использовать жидкости. Чистящие диски следует применять только в том случае, если это допускается производителем конкретного устройства.
Для стабильной работы необходимо:
избегать попадания влаги и пыли внутрь корпуса;
не подвергать устройство ударам и сильной вибрации;
не использовать диски с трещинами;
обеспечивать надлежащую вентиляцию компьютера;
не перемещать устройство во время вращения диска;
правильно подключать и отключать внешние приводы.
Рекомендуется время от времени проверять чтение дисков разных типов, работу лотка, уровень шума и стабильность подключения.
Если появляются посторонние звуки, регулярные ошибки чтения или повторные попытки распознавания диска, следует провести диагностику до полного отказа устройства.
Ремонт оптических приводов необходимо начинать с определения причины неисправности. Замена деталей без предварительной проверки может привести к лишним расходам и не устранить проблему.
Сначала необходимо проверить сам диск: попробовать прочитать другой исправный носитель, осмотреть поверхность на наличие повреждений и, по возможности, проверить подозрительный диск на другом устройстве.
Затем следует проверить подключение привода, наличие питания, состояние кабелей и распознавание устройства операционной системой.
Если привод не читает ни одного диска, но нормально определяется компьютером, необходимо проверить оптическую систему, механизм вращения и перемещения лазерной головки.
Если есть основания полагать, что причиной неисправности является загрязнение, необходимо выполнить очистку в соответствии с рекомендациями производителя.
Для внутренней очистки обычно требуется отключить устройство от питания, осторожно открыть корпус и обеспечить доступ к оптическому блоку. Линзу очищают только подходящим средством и материалом, не надавливая на нее.
Если пользователь не имеет опыта работы с чувствительной электроникой, целесообразнее обратиться в сервисный центр.
Если лоток не открывается или не закрывается, сначала необходимо проверить, нет ли механического препятствия.
После отключения питания можно осмотреть доступные элементы механизма на наличие повреждений. В некоторых моделях причиной неисправности является растянутый или поврежденный приводной ремень. В таком случае его заменяют совместимым элементом подходящего размера.
Поврежденные шестерни и другие механические детали также требуют замены. Не следует вытягивать лоток с усилием, поскольку это может повредить механизм.
Если устройство не включается или не определяется системой, необходимо проверить кабели, разъемы и подачу питания. При наличии соответствующих навыков можно измерить электрические параметры в соответствии с сервисной документацией производителя.
Ремонт платы управления, замену поврежденных компонентов и восстановление дорожек следует выполнять с использованием соответствующего оборудования. Перед открытием корпуса устройство обязательно отключают от питания.
Если подтверждена неисправность лазерного диода, системы фокусировки или других элементов оптического блока, целесообразно рассмотреть замену соответствующего узла.
При выборе запасной части необходимо учитывать модель устройства, совместимость компонентов и доступность сервисной документации. Во многих случаях замена всего привода оказывается экономически целесообразнее ремонта отдельных компонентов.
После ремонта следует проверить открытие лотка, распознавание дисков, стабильность считывания и отсутствие посторонних шумов.
Во время технического обслуживания необходимо соблюдать следующие требования:
Перед разборкой полностью отключить устройство от питания.
Использовать антистатические средства защиты при работе с электронными компонентами.
Не смотреть непосредственно в лазерный излучатель и не включать открытый оптический блок без соблюдения требований лазерной безопасности.
Не прикасаться к электронным компонентам мокрыми руками.
Использовать подходящие инструменты и совместимые запасные части.
Не ремонтировать электрические узлы без соответствующей подготовки.
Особое внимание следует уделять лазерной безопасности, поскольку оптические приводы содержат источники лазерного излучения, которые при определенных условиях могут быть опасны для глаз.
Я хотел бы услышать твое мнение про принцип оптического считывания информации в cd-проигрывателях Надеюсь, что теперь ты понял что такое принцип оптического считывания информации в cd-проигрывателях и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории электромеханические устройства электронных аппаратов
Комментарии