Slim DVDRW薄型可读写式光碟驱动器的工作原理

朱晓鹏

摘要：本文主要介绍DVD-RW（ DVD-ReWritable可重写式DVD）驱动器的主要功能及性能，结合光碟机自身的功能要求阐述光碟机如何将经过处理后的光束集中且能精确控制并读取或写入我们所需要的资料。这是一个光电转换，经过检测器捕捉信号传输到系统的过程。

【关键词】聚焦控制 定轨控制 速度控制 容错能力

随着科学的发展，光碟驱动器（以下简称光驱）的功能也越来越强大，目前市场上主要可分为CD-ROM、DVD-ROM、DVD-RW、BD-ROM驱动器等。而DVD-RW光驱有可读写的功能，可以读很多种类的光碟片。光驱是一个结合光学、机械及电子技术的产品。它是电脑用来读写光碟片内容的机器也是台式和笔记本电脑里比较常见的一个部件，随着多媒体的应用越来越广泛，使得光驱在计算机诸多配件中已经成为标准配置。

1 内部结构

1.1 激光头组件

典型光学读取头的光系统的结构包括霄射半导体光源、相位光栅、分光棱镜、瞄准透镜、光学四分之一波片、聚光物镜、圆柱透镜及光接收器等项目。

1.2 主轴马达（Spindle Motor）

主轴马达及音圈马达（Voice Coil Motor，简称VCM）是伺服系统之启动器，负责将读取头送到适当的磁区及聚焦。

1.3 光盘托架

也是碟片的承载机构：在通关电开关时负责承载或退出光碟片。

1.4 启动机构

控制光盘托架的进出和主轴马达的启动，通电运行时，启动机构将使包括主轴马达和激光的头组件的伺服机构都处于半加载状态中。

2 工作原理

在光碟驱动器读写的控制中，最主要有寻轨伺服系统、聚焦伺服系统和光盘转速控制系统。光驱想要从光碟片上获取信号必须实现光斑与光盘轨道的循迹伺服和聚焦伺服，还要进行主轴转速控制。

2.1 激光头

激光头组件最为重要也是光驱最精密的部分。它主要负责数据的读取工作，因此在清理光驱内部的时候要格外小心。在光资讯大量储存系统中所用的光学读取头，主要是利用一个具有高数值孔径（Numerical Aperture），长工作距离（Long Working Distance）的聚光物镜将半导体霄射所发射出来的光源聚焦在存有大量信号的碟片上，以达成信号读出的机构。

2.2 聚焦伺服控制

聚焦伺服系统的目的是进行自动聚焦，保证激光焦点能够准确聚焦到光盘信号的凹坑上，但有些碟片的翘曲使得资料凹坑分布呈三度空问，使得相对于凹坑而言，雷射光点至少要具备三个自由度。主轴马达的旋转提供了一个自由度，读写头伺服系统则提供了寻轨和聚焦二个自由度。在聚焦伺服系统中，聚焦误差信号最常用的检测方法是像散法，又称非点收差法，用4分割PD差动检出。利用该误差信号去控制光学头物镜上下移动，使激光焦点始终落在光盘的目标点上。为检测出碟片信号而与物镜问的距离，在光电二极管组成的光检测器与碟片之问的光路中，放入一聚光物镜，如图1所示。聚光物镜只在X方向上起作用。当聚焦位置最佳时，投射到作为检测器的四分割光电二极管上的光斑为圆形，各光电二极管上接收的光量相等，即4个传感器的输出进行（A+C）-（B+D）运算处理后，基结果为o为正焦，该运算结果便是聚焦误差信号，表明聚焦正确，则物镜不动。当碟片远离物镜时，则光斑呈横向椭圆形，此时（A+C）.（B+D）>O为远焦，聚焦误差信号为正，控制聚焦电机使物镜靠近碟片；当碟片靠近物镜时，则光斑呈纵向椭圆形，此时（A+C）.（B+D）

聚焦伺服系统工作时，首先使物镜作垂直移动，寻找其正确的聚焦点，之后是维持良好聚焦的工作条件，是在完成调焦并接收到FOK信号之后进行的。聚焦伺服系统原理图，如图2所示。在调焦期问，为防JL聚焦误差信号扰乱调焦工作，第一级放大器一般是关断的。

2.3 寻轨伺服控制

寻轨伺服系统的目的是使激光束始终落在光盘的轨道上，分析左右两侧光强度的差异即可确定光点是否正确的落在欲寻轨道之上。由于光盘上光道很密（每英寸16000条），若光学头的激光束径向移动读取另一光道信息时，有可能会使激光束移动到两个光道之问，而未对准光道。在寻轨时，广泛采用三光束法取出循迹信号误差，如图3所示。在图中，给出了主、副三光束光线照射到碟片上的变化情况。主、副三光束均被聚焦成极细小的光点，投射到碟片信号而的相邻坑点上，各自的反射光分别由A、B、C三个光电二级管组合的光检测器所接收，并输出与其明暗程度相对应的电压VA、VB及Ve。图中（b）表示主光束准确的照射到主軌迹上，此时从副光束A、C检出的光量相等，即VA-VC=O，说明主光束照射正确，勿须循迹。当光点偏离到坑点列的下方时，光点A因位于反射而，其反射光较明亮，而光点C因位于轨迹部分，其反射光变得较暗，则两个光电二极管输出的电压不等，即VA>VC，如图中（a）所示，其差VA-VC>O。若光点偏离到坑点列的上方，则光点A因位于轨迹部分，其反射光较暗，而光点C由于处于反射而，则光点C的反射光较明亮，此时VA-VC

循迹精度

光盘轨迹的节距仅为1.67Wn，光斑（艾里斑）直径为（取λ=780nm，NA=0.45）

系统控制电路是控制循迹伺服系统工作的，即当碟片开始旋转，放大的循迹误差信号送至循迹线圈时，物镜便环绕碟片的信号而作横向移动，执行循迹功能。循迹原理框图，如图4所示。

2.4 主轴控制系统

主轴伺服系统又称旋转伺服系统，目的是用来控制光盘的转速，光盘转速的快慢是通过单位时问读出的编码多少来得知的，当读出的编码比标定的多时，表示转速快了，反之转速慢了。因而，可用这信号去控制光盘驱动马达的转速，使其保持在要求的速度上。主要分为CAV （constant angular velocity）. CLV（constantlinear velocity）、PCAV和Zone-CLV这四种方式。CLV技术指从盘片的内道（内圈）向外道移动过程中，单位时问内读过的轨道弧线长度相等。CAV技术的特点是为保持旋转速度恒定，其数据传输速率是可变的。即检测光头在读取盘片内环与外环数据时，数据传输速率会随之变化。

3 智能纠错能力

“人工智能纠错（AIEC）”是指在开发光驱时对一些受不正常的外界因素影响的情况下做出的相对应的策略。对于光碟机而言，常常会有一些外来的干扰影响其性能，其中最常见的是撞击（shock）及碟片刮痕、沾染杂物、偏心等情况，这些外力原因都会影响光驱对数据的读取，对于此种干扰必须提出相对的保护措施，如遇到这种情况光驱会使用存储在光驱芯片中系统预先设计好的方案，从而对不同情况实行不同的纠错方法来读取数据，可以有效提高光盘读取的正确率。但是，AIEC毕竟是一种模糊的纠错技术，在实际应用和解决问题上总会有不尽人意的地方，所以有些品牌的光驱为了提高纠错能力，会将激光头的功率提高，当激光头功率增大后，这样的光驱在初期纠错能力的确很强，但长时问这种超频使用会使激光头严重老化，这样不但使光驱的纠错能力大幅下降也同时降低光驱的使用寿命。这种以牺牲寿命来换取纠错性的方法是不可取的。

4 结论

本文提出了光碟驱动器在读取数据的过程中寻迹和聚焦会直接影响光驱的纠错能力以及稳定性和速度控制的重要性。如果光驱的寻迹和聚焦性能很差，在读光碟片的时候就会出现读取数据错误的现象，生活中常见的例子就是听音乐会出现跳音、卡滞等现象；聚焦和寻道是光驱激光头工作时最重要的两项性能，我们所说的读盘质量好的光驱都是在这两方而性能优秀的产品。

参考文献

[1]关林风，李爱华.光盘驱动器原理和维修技术[M].北京：科学出版社，2006.