Giáo trình XỬ LÝ TÍN HIỆU AUDIO VÀ VIDEO - Chương 5 pdf

Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
Chương 5
THIẾT BỊ GHI PHÁT AUDIO VÀ VIDEO
5.1. GIỚI THIỆU
Máy phát CD nói chung là thiết bị dân dụng dùng để ghi phát audio-video rất
quen thuộc với mọi người, hiện nay trên thị trường xuất hiện rất nhiều chủng loại
máy CD khác nhau, từ những mặt hàng nhập nguyên mẫu từ nước ngoài, đến những
hàng lắp ráp sản xuất trong nước, phổ biến nhất là các nhãn hiệu như: Sony, JVC,
Califonia…Tuy là các máy có nguồn gốc xuất xứ khác nhau nhưng nhìn chung
chúng có những đặc điểm về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động gần giống nhau.
So với các máy CD và VCD ra đời trước đây máy hát DVD hiện nay được sử
dụng phổ biến nhất. Với tính năng kỹ thuật cao và có khả năng đọc được nhiều định
dạng đĩa, máy DVD đã trở thành thiết bị quen thuộc nhất ở mọi gia đình.
5.2. MÁY PHÁT CD
Máy CD (Compact Disc Player) là thiết bị dùng để phát lại tín hiệu trên đĩa
CD-DA. Trong các máy CD dân dụng thường chỉ có mạch phát lại tín hiệu mà
không có mạch ghi. Dựa vào mục đích sử dụng mà máy CD có nhiều chủng loại
khác nhau như: máy hát CD gia đình, máy CD dùng trên xe hơi, máy CD xách tay,
máy CD kết hợp. . .
5.2.1. Máy CD để bàn
Là loại máy CD dân dụng phổ biến, hình dạng giống như máy cassete, loại
máy này có thể là loại sử dụng khay đĩa một đĩa hoặc nhiều đĩa. Các đặc trưng cơ
bản của máy:
- Loại hệ thống xử lý âm thanh dạng số dùng đĩa compact
- Đĩa thích hợp: đường kính 120mm, dày 1,2mm
- Thời gian phát: 60 đến 75 phút
- Tốc độ quay đĩa theo hệ thống CLV (1,2 đến 1,4 m/s)
- Dạng tính hiệu: tần số lấy mẫu là 44,1Khz
- Số bit lượng tử:16 bit
- Tốc độ truyền: 4,3218Mhz
- Hệ thống điều chế: EFM

- Đầu đọc dùng tia laser bước sóng 780nm

114
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
5.2.2. Máy CD dùng trên xe hơi
Là loại máy được trang bị trên các xe hơi đời mới. Máy CD này có thể cắm
vào dây cấm đưa tín hiệu CD vào hệ thống âm thanh đang sử dụng, vào máy radio
cassete, hoặc nó có thể được lắp riêng. Các kiểu mới sau này có cả mạch radio
AM/FM.Các đặc trưng cơ bản của máy:
- Hệ thống: hệ thống xử lý âm thanh dạng số dùng đĩa compact
- Đĩa thích hợp: đường kính 120mm, dày 1,2mm
- Thời gian phát: 60 đến 75 phút
- Tốc độ quay đĩa: 200 đến 500 vòng/phút
- Đáp tần: 5 đến 20.000Hz, 2 kênh
- Dạng tính hiệu: tần số láy mẫu là 44,1Khz
- Số bit lượng tử: 16 bit
- Tốc độ truyền: 4,3218Mhz
- Hệ thống điêu chế: EFM
- Đầu đọc dùng tia laser bước sóng 780nm
- Nguồn điện sử dụng:14 VDC.
5.2.2. Máy CD xách tay
Còn gọi là máy CD phone, máy này thường được dùng chung với ống nghe
stereo. Trong một số máy CD tín hiệu lấy ra từ ổ cắm có thể đưa ra amply bên
ngoài, nguồn điện sử dụng thông thường là 12 V. Các đặc trưng cơ bản của máy:
- Hệ thống: hệ thống xử lý âm thanh dạng số dùng đĩa compact.
- Đầu đọc dùng tia laser bước sóng 780nm.
- Công suất phát tia laser 0,04 mW.
- Tốc độ quay đĩa: 200 đến 500 vòng/phút.
- Đáp tần: 20 đến 20.000Hz, 2 kênh.
- Dạng tính hiệu: tần số lấy mẫu là 44,1Khz.

- Số bit lượng tử:16 bit.
- Tốc độ truyền: 4,3218Mhz.
- Hệ thống điêu chế: EFM.
- Nguồn điện sử dụng: 9VDC, pin 6V.

115
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
5.2.3. Máy CD kết hợp
Là máy CD có kết hợp các mạch xử lý tín hiệu radio AM/FM, mạch cassete,
hay các máy sau này có cả chức năng của máy TV.
- Hệ thống: hệ thống xử lý âm thanh dạng số dùng đĩa compact
- Số bit lượng tử: 16 bit.
- Đầu đọc dùng tia laser bước sóng 780nm.
- Hệ thống vệt ghi: loại tùy động 3 tia.
- Bộ lọc dạng số: loại vượt mẫu hai lần.
- Công suất phát tia laser 0,04 mW.
- Tốc độ quay đĩa: 200 đến 500 vòng/phút.
- Đáp tần: 0 đến 18Hz, 2 kênh.
- Điện áp ngõ ra: 0,95V danh định.
- Dạng tính hiệu: tần số lấy mẫu là 44,1Khz.
- Tốc độ truyền: 4,3218Mhz.
- Hệ thống điêu chế: EFM.
5.2.4. Sơ đồ khối và chức năng các khối
Khối RF: nhiệm vụ biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện và khuếch đại
tín hiệu này cấp cho khối servo và xử lý tín hiệu âm thanh.
Khối Data strobe: nhận tín hiệu từ khối RF để tách bit clock giải điều chế EFM
để trả lại mã nhị phân 8 bit của tín hiệu nguyên mẫu. Ngoài ra khối này còn có
nhiệm vụ tách tín hiệu đồng bộ khung để cấp cho mạch Spindle servo.
Khối DSP (Digital signal processing): gọi là khối xử lý tín hiệu số nhận tín
hiệu từ data strobe cấp cho mạch giải đan xen, sửa sai, và tách mã phụ.

Khối xử lý audio: khối này nhận tín hiệu âm thanh từ DSP cấp cho mạch biến
đổi D/A. Tín hiệu kênh trái và kênh phải ngõ ra được lấy ra nhờ mạch tách kênh
gồm hai mạch LPF.
Khối servo gồm có 4 mạch servo cơ bản như sau:
Focus servo: nhận tín hiệu từ RF để điều chỉnh cuộn dây hội tụ, làm dịch
chuyển vật kính theo phương thẳng đứng để chùm tia hội tụ đúng trên bề mặt CD.
Tracking servo: khối này nhận tín hiệu từ mạch RF cấp điện áp thay đổi cuộn
tracking làm dịch chuyển vật kính theo phương nằng ngang để chùm tia laser luôn
đọc đúng các track.

116
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
Sled servo: nhận tín hiệu điều khiển từ mạch tracking servo để đưa ra điện áp
điều chỉnh Sled motor, tạo tác động điều chỉnh cụm quang học theo từng bước trên
các track từ phía vùng tâm đĩa ra ngoài. Ngoài ra trên máy CD còn trang các hệ
thống nạp đĩa hoặc đưa đĩa ra ngoài. Toàn bộ vận hành của máy được điều khiển bởi
khối vi xử lý.

RF Amp
Servo amp
Focus
Servo
Tracking
Servo
Sled
Servo
Spindle
Servo
Bitclock separate
EFM demodulation
Sync det

Data
strobe
Deinterleave
Error correction
Sub code
RAM
Data
Signal
Processing
System control
Loading
motor
Display Sensor Power
Key
matrix

D/A
LPF
LPF
L- out
R- out
Head
phone
Servo
Spindle
motor
Sled
motor
Đĩa compact
Hình 5.1. Sơ đồ khối máy CD
Spindle servo: nhận tín hiệu phản hồi từ mạch xử lý tín hiệu số cung cấp điện
áp điều khiển vận tốc quay của Spindle motor. Khối này phải đảm bảo vận tốc quay
đĩa theo hệ thống CLV tức vận tốc dài không đổi nhưng vận tốc gốc thay đổi từ 500
vòng/phút khi cụm quang học ở trong cùng và giảm dần còn 200 vòng/phút khi cụm
quang học di chuyển ra ngoài biên.
Khối hiển thị: nhiệm vụ hiển thị các chế độ làm việc của máy như thời gian
phát bản nhạc, số bản nhạc, đếm số track đang phát
Khối xử lý: nhận tín hiệu từ các khối đưa về để xuất ra các lệnh điều khiển
hoạt động của máy theo các chế độ làm việc tương ứng. Ngoài ra, khối xử lý còn có
nhiệm vụ tạo ra các tín hiệu: data, clock để giao tiếp với các mạch DSP, mạch servo.
5.3. MÁY PHÁT VCD

117
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
Máy VCD (Video Compact Disc Player) là thiết bị dùng để phát lại tín hiệu
trên đĩa VCD. Về cấu tạo, máy VCD có các bộ phận giống như máy CD: cụm quang

học, khối RF amp, khối DSP và khối servo. Trên thực tế, máy đọc VCD luôn kèm
theo chức năng đọc đĩa nhạc CD một cách tự động.
Trên máy VCD người ta thiết kế mạch giải nén tín hiệu hình MPEG, mạch đổi
tín hiệu hình từ số ra tương tự (video DA) và khối giải mã R,G,B cấp cho ngõ ra
video. Bên cạnh đó, người ta còn thực hiện các chức năng giải mã âm thanh stereo,
xử lý karaoke, ngắt lời, tăng giảm tone…để cấp cho ngõ audio out. Tất cả các tiêu
chuẩn của máy CD đều đúng với máy VCD. Tuy nhiên, máy VCD còn có các tiêu
chuẩn khác như: Tín hiệu NTSC 3,58/PAL (có thể thay đổi được trên mạch giải
nén). Mức tín hiệu video ở ngõ ra: 1VPP. Trở kháng: 75Ω, không cân bằng. Thời
gian phát tối đa: 75 phút
Sơ đồ khối















RF Amp
Servo

Focus

Servo

Tracking
Servo

Sled
Servo

Spindle
Servo

DSP
Data signal
processing

MPEG
Decoder
Data BCK RLCK
System control
Loading
motor
Display
Sensor
Power
Ke
y
matrix
D/A
LPF
LPF

L- out
R- out
Head
phone
Servo
Spindle
motor
Sled
motor
Đĩa compact
Audio
process
Video
D/A
RGB
encod
OSD
Video
out
DRAM
ROM
Video and audio processor

Hình 5.2. Sơ đồ khối máy VCD

118
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
5.4. CÁC KHỐI CHỨC NĂNG MÁY VCD
Dựa vào chức năng hoạt động của các phần tử trong máy, người ta phân chia
máy VCD làm 5 khối: khối nguồn, khối cơ, khối tín hiệu, khối vi xử lý và khối

servo.
5.4.1. KHỐI TÍN HIỆU
Do tín hiệu video có dải tần rộng và dung lượng dữ liệu lớn nên trước khi ghi
tín hiệu lên đĩa người ta phải tiến hành nén phổ tần lại cho thích hợp, trong quá trình
phát lại người ta phải tiến hành giải nén tín hiệu. Sơ đồ khối mạch giải nén tín hiệu
khi phát lại được biểu diễn ở hình 5.4.
Hiện nay, người ta đã thống nhất tiêu chuẩn nén hình trong VCD là MPEG-1
với hình ảnh có độ phân giải là 252×288 và tần số quét dọc là 25Hz đối với hệ PAL,
độ phân giải 352×240 và tần số quét dọc là 30Hz đối với hệ NTSC.
Máy VCD có khả năng đưa ra hình ảnh có hệ màu PAL và NTSC nhờ sự can
thiệp vào phím ấn đổi hệ trên remote control hoặc phím trước mặt máy. Vì vậy, khi
sử dụng máy VCD ta không cần quan tâm đến hệ màu và tiêu chuẩn dòng quét, tần
số quét, bản thân đĩa VCD cũng không phân biệt các chuẩn này. Việc đổi các chuẩn
sẽ được thực hiện bởi các mã thông tin trên các đường dữ liệu mà khối giải mã
MPEG nhận được.







Laser
Pickup

RF
Amp
DSP
MPEG
Video

Decoder
Video
DAC
RGB
Encoder
R,G,B
OSD
Data clock
RF
converter
(
μ
p)
Video
out
Video
out
Mạch xử
lý audio

Hình 5.3. Sơ đồ mạch xử lý tín hiệu video trong máy VCD
 Khối giải nén MPEG video
Khối giải nén MPEG làm nhiệm vụ giải nén tín hiệu video và audio khi phát
lại, do trong lúc ghi cả hai tín hiệu này cùng được nén và ghi lên VCD. Khối giải
nén cũng là bộ phận khác nhau căn bản giữa máy CD và VCD.
Tín hiệu từ khối DSP cấp cho khối giao tiếp chủ (host interface) theo ba đường
tín hiệu, sau đó cấp cho khối DRAM controller, tại khối này có nhiều đường data

119
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video

(dữ liệu), address (địa chỉ), điều khiển (control) liên lạc với bộ nhớ RAM ở bên
ngoài. Cuối cùng, khối video display là khối giao tiếp với mạch D/A của bộ phận
hình ảnh.







DRAM
controller
Host
interface
Video
display unit
MPEG
decording
Internal
processor
Colour space
converter
Data
FIFO
Data
control
Data
BCK
LRCK

DRAM BUS

Hình 5.4. Sơ đồ khối mạch MPEG
 RAM và ROM sử dụng trong máy VCD
DRAM (Dynamic Random Access Memory): bộ nhớ truy xuất trực tiếp loại
động, gọi tắt là RAM động. Các bộ nhớ RAM động sử dụng trong VCD thường có
dung lượng từ 1M đến 16Mbyte, trong khi đó bộ nhớ ROM thường được sử dụng
với dung lượng khoảng 1Mbyte. Chúng thường sử dụng kèm với mạch giải nén
MPEG để lưu trữ dữ liệu và tăng tốc độ xử lý trên IC giải nén.








MPEG
DECODER


MD, MA
MD
OE
D
0
– D
n
A
0

– A
n
ROM

Hình 5.5. Sơ đồ giao tiếp IC ROM và MPEG
ROM (Read Only Memory) là bộ nhớ chỉ đọc, ROM sử dụng trong VCD
thường có dung lượng nhỏ hơn DRAM, chúng cũng được liên lạc trực tiếp lên khối
giải nén video. Các chân địa chỉ A (address) có thể là các tuyến địa chỉ nhớ MA
(memory address) hoặc dữ liệu nhớ MD (memory tata) liên lạc với mạch giải nén.
 Khối RGB-DAC
Khối RGB-DAC có nhiệm vụ chuyển đổi các bit dữ liệu chứa hình ảnh bao
gồm các thông tin về chói, màu, đồng bộ…thành tín hiệu dạng tương tự để có thể

120
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
cung cấp cho ngõ vào của máy thu hình (màn hình thử). Sơ đồ khối của mạch RGB-
DAC được thể hiện như hình 5.6.
Thông thường người ta đưa dữ liệu theo ba tuyến khác nhau, mỗi tuyến chứa 8-
16 bit đổi thành các tín hiệu R,G, B dạng tương tự.



Input
buffer
encoder Latch
Buffer
D/A C
Digital
input
RGB

output

Hình 5.6. Sơ đồ khối RGB-DAC
 Khối giải mã RGB
Khối giải mã RGB có nhiệm vụ lấy các tín hiệu R,G,B dạng tương tự tại ngõ ra
để tái tạo các tín hiệu truyền hình, các tín hiệu đồng bộ ngang (H.sync), đồng bộ dọc
(V.sync)
 Khối giải ném âm tần
Trong máy đọc đĩa hình, ngoài khối giải nén tín hiệu hình, người ta thiết kế
khối chức năng giải nén tín hiệu âm thanh nhằm tái tạo tín hiệu âm thanh đã được
nén cùng với tín hiệu hình. Sơ đồ khối của khối giải nén âm tần như hình 5.7.






MPEG
AUDIO
MPEG
VIDEO
Audio
SW
LPF
LPF

D/A
RAM
L out
R out

Hình 5.7. Sơ đồ khối mạch giải nén âm tần
Ngõ ra tín hiệu âm thanh này được lấy từ dữ liệu của khối giải nén hình ảnh
MPEG, sau đó được xử lý giải nén, chuyển đổi D/A, tách hai kênh trái phải riêng
biệt sau đó khuếch đại cấp cho hai ngõ audio out L-R. Ngoài ra, trên khối giải nén
âm tần người ta còn thực hiện các chức năng dành cho karaoke bao gồm các tầng
mix giữa các ngõ vào micro và âm nhạc nền, tăng âm tone cho phần mic…
 Khối vi xử lý chủ
Khối vi xử lý chủ (host μcom) trên máy đọc VCD có nhiệm vụ giao tiếp với
khối giải nén hình thông qua các đường liên lạc HA (host address), HD (host data).

121
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
Giao tiếp với khối giải nén âm thanh, giao tiếp với các bộ nhớ ROM/RAM và giao
tiếp với khối vi xử lý chính của máy.
5.4.2. KHỐI NGUỒN
Khối nguồn trong máy VCD làm nhiệm vụ cung cấp năng lượng cho tất cả các
khối trong máy hoạt động, bằng cách tạo ra các mức điện áp thích hợp cung cấp cho
các mạch điện. Dựa vào nguyên lý làm việc ta phân khối nguồn ra làm hai loại
- Nguồn AT (all time): là nguồn xuất hiện ngay khi cấp điện vào không chịu
sự tác động điều khiển của vi xử lý. Ví dụ như nguồn cấp cho IC vixử lý,
IC giải mã phím…
- Nguồn PC (power control): là nguồn điều khiển, nguồn này chỉ xuất hiện
khi có sự tác động điều khiển của vi xử lý. Ví dụ nguồn cấp cho các mạch
xử lý tín hiệu, các motor…
Dựa vào nguyên tắc ổn áp người ta phân làm hai loại nguồn: ổn áp xung
(switching power) và ổn áp tuyến tính.
5.4.2.1. Khối nguồn ổn áp tuyến tính
Mạch nguồn ổn áp tuyến tính là mạch nguồn thường được sử dụng trong các
thiết bị xử lý âm thanh như máy cassette, biến thế thường được cấu tạo từ những
cuộn dây và lõi sắt (sillic). Phần tử điều hòa điện áp là các phần tử tuyến tính:

transistor, zener, IC ổn áp…Sơ đồ khối như hình 5.8.


Biến thế Chỉnh lưu ổn áp
Vin Vout
+
_



Hình 5.8. Sơ đồ khối nguồn ổn áp tuyến tính
Ưu điểm của loại nguồn này là cấu tạo đôn giản dể chế tạo dể sửa chữa, có độ
ổn định cao do tần số điện áp ngõ vào và ra khi chưa chỉnh lưu là không đổi, có thể
chế tạo bộ nguồn có công suất lớn.
Nhược điểm loại nguồn này là biến thế kích thước lớn bất tiện sử dụng.




122
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video

Hình 5.9. Sơ đồ nguyên lý nguồn ổn áp tuyến tính
5.4.2.2. Khối nguồn ổn áp xung
Nguồn ổn áp xung là nguồn có phần tử điều hòa điện áp là xung dao động tạo
ra từ mạch dao động điều khiển. Sơ đồ khối nguồn ổn áp xung như biểu diễn ở
hình 5.10.
Hình 5.10. Sơ đồ khối nguồn ổn áp tuyến tính

123
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
Nguyên tắc thực hiện: trong thời gian khoá đóng cuộn dây cấp dòng từ nguồn
qua tải (RL

).Trong thời gian khóa mở cuộn dây xả dòng theo chiều ngược lại qua
RL và qua D, switch đóng mở là một khóa điện đóng mở theo xung điều khiển.

Điều khển
từ vi xử lý
+V out
+V in
D
R
L
C

T
T
ON
T

OFF




Xung điều khiển có dạng
T = T
ON
+ T
OFF


Và Vo được tính bởi
V
O
= V
OFF
T
ON
T


Ý nghĩa: tần số xung đóng mở giữ nguyên, khi thay đổi thời gia ngắt mở sẽ
làm thay đổi mức điện áp ngõ ra, nếu thời gian T
ON
càng lớn thì điện áp ngõ ra càng
lớn.
Ưu điểm: nguồn có tầm ổn áp lớn, biến thế kích thước nhỏ tiện lợi sử dụng,
cho nên hầu hết các thiết bị điện tử sau này thường sử dụng nguồn ổn áp xung.
Nhược điểm: nguồn có cấu tạo phức tạp khó chế tạo khó sửa chữa, có độ ổn

định không cao, thường xuyên gây nhiểu do luôn thay đổi ở mạch dao động.
Về nguyên tắc người ta thực hiện ổn áp xung theo 3 phương pháp như sau:
 Phương pháp thay đổi tần số
Trong phương pháp này điện áp ngõ ra được thay đổi bằng cách giữnuyên thời
gian T
ON
, nhưng thay đổi thời gian T
OFF
. Phương pháp này còn gọi là phương pháp
thay đổi tần số xung.



T
ON
T
OFF


124
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
Nhược điểm của phương pháp này là khi tần số thay làm cho các tải có tần số
thay đổi theo dẫn đến độ gợn són sẽ thay đổi trong quá trình làm việc, bởi vì khi tính
toán thiết kế các linh kiện người ta chỉ căn cứ vào đáp ứng tần số ở một giá trị nhất
định.

Hình 5.11. Sơ đồ nguyên lý nguồn ổn áp xung

 Phương pháp thay đổi độ rộng xung

125
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
Với phương pháp nàyy người ta giữ nguyên tần số của xung đóng mở, nhưng
thay đổi thời gian T

ON
. Đây là phương pháp rất phổ biến thường hay được sử dụng
vì mạch này hoạt động ổn hơn.
5.4.2.3. Nhận dạng khối nguồn
Khối nguồn là bộ phận dể nhận dạng trong máy VCD, để nhận dạng khối
nguồn ta căn cứ vào các dấu hiệu sau:
Biến áp nguồn: thường là biến áp có kích thước lớn nhất, liên lạc trực tiếp với
dây cắm điện thông qua cầu chì và cầu nắn diode. Trong thực tế có hai loại biến thế:
biến thế loại thường: kích thước lớn, lõi được ghép từ các lá tole silic, biến thế loại
switching: có kích thước nhỏ, lõi dược cấu tạo từ các hạt ferit ép đặc.
Trong nguồn ổn áp xung ta thấy có phần tử tạo dao động, phần tử đóng ngắt,
phần tử lọc nhiễu và đặc biệt là cầu chỉnh lưu nằm trước biến thế.
Sau mạch chỉnh lưu ta thấy có các tụ lọc gợn có kích thước lớn. Dựa vào giá trị
điện áp danh định ghi trên tụ mà ta có thể suy đoán được các mức áp trên mạch mà
ta đang dò. Ví dụ tụ hoá có giá trị 2200μF/16V thì ta suy ra mức điện áp trên hai
đầu tụ có thể là 12V và không vượt quá 16V. Trong mạch nguồn ta còn thấy các
phần tử ổn áp như transistor, IC ổn áp, diode zenner.
5.4.3. KHỐI SERVO
Khối servo trong máy CD gồm có bốn mạch servo chính: focus servo, tracking
servo, sled servo, spindle servo, làm nhiệm vụ điều chỉnh vận tốc quay và pha quay
của các motor, đồng thời điều chỉnh chùm tia laser của đầu đọc, đảm bảo cho việc
ghi phát tín hiệu trên CD luôn được trung thực.
5.4.3.1. Mạch Focus servo
Sơ đồ mạch focus servo như biểu diễn ở hình 5.12. Khối này nhận tín hiệu từ
RF, điều chỉnh cuộn dây hội tụ, làm dịch chuyển vật kính theo phương thẳng đứng
để chùm tia hội tụ đúng trên bề mặt CD để tín hiệu phát lại là trung thực nhất.
Tùy thuộc vào vị trí của vật kính so với CD mà chùm sáng có các hình dạng
khác nhau. Cường độ sáng nhận được từ các diode A+C và B+D được đưa đến
mạch khuếch đại so sánh để tạo ra tín hiệu sai lệch hội tụ (FE), sau đó đến mạch so
pha, mạch khuếch đại thúc cấp điện áp sai lệch cho cuộn dây hội tụ sẽ tạo ra từ

trường di chuyển vật kính theo phương thẳng đứng sao cho khoảng cách của vật
kính đúng với bề mặt CD để chùm tia hội tụ lên CD thành một điểm cực nhỏ khi đó
tín hiệu phát lại là trung thực nhất.


126
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video














Hình 5.12. Sơ đồ khối mạch Focus servo máy VCD
Khi khoảng cách vật kính đúng với CD thì chùm sáng hội tụ lên các diode cảm
quang là vệt sáng hình tròn, khi đó cường độ sáng nhận được của A+C=B+D làm
cho áp sai lệch hội tụ tạo ra từ mạch khuếch đại so sánh bằng 0, tức là vật kính đã
đúng không cần điều chỉnh.

Khi khoảng cách vật kính quá gần với CD thì chùm sáng hội tụ lên các diode
cảm quang là vệt sáng hình elip đứng, khi đó cường độ sáng nhận được của diode
A+C > B+D làm cho áp sai lệch hội tụ tạo ra từ mạch khuếch đại so sánh có giá trị
dương (+), điện áp này cấp cho cuộn dây tạo từ trường di chuyển vật kính xa CD.




Khi khoảng cách vật kính quá xa với CD thì chùm sáng hội tụ lên các diode
cảm quang là vệt sáng hình elip ngang, khi đó cường độ sáng nhận được của diode
A B
C D
I/V
converter
I/V
converter
A + C
+
_
Focus
Error
Laser
diode
Pit
Đĩa
compact
Tia chính
Phase
correc
Drive

Focus
coil
B + D
Tia phụ E
Bán lăng
kính
Phương
đứng

A
B
D C
+
_
0
Vật kính
đúng với CD
V+

A
B
D C
+
_
Vật kính quá
gần CD

127
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
A+C < B+D làm cho áp sai lệch hội tụ tạo ra từ mạch khuếch đại so sánh có giá trị

âm (-), áp này cấp cho cuộn dây tạo từ trường di chuyển vật kính gần lại CD.


A
B
D C
+
_
V-
Vaät kính
q
uaù xa CD




5.4.3.2. Tracking servo
Khối này nhận tín hiệu từ mạch RF cấp điện áp thay đổi cuộn tracking làm
dịch chuyển vật kính theo phương nằng ngang để chùm tia laser luôn đọc đúng các
track. Khi phát lại, hai chùm tia laser phụ E và F chiếu lên bề mặt CD gặp các pit
phản xạ trở lại, khi đến bán lăng kính chùm tia đổi phương 90
0
sau đó rọi lên 4
diode cảm quang ABCD. Tùy thuộc vào vị trí của chùm tia chính so với các đường
track, mà chùm sáng phản xạ lại của E và F có cường độ khác nhau.

I/V
converter
I/V
converter
F
+
_
Tracking
Error
Laser
diode
Pit
Đĩa
compact
Tia chính
Phase
correct
Drive
Tracking
coil
E
Tia phụ F
Bán lăng

kính
Phương
ngang

E F
Tia phụ E
Hình 5.13. Sơ đồ khối mạch Tracking servo máy VCD
Cường độ sáng của diode E và F được đưa đến mạch khuếch đại so sánh sẽ tạo
ra tín hiệu sai lệch tracking (TE), sau đó đến mạch so pha, mạch khuếch đại thúc
cấp điện áp sai lệch cho cuộn dây hội tụ tạo ra từ trường di chuyển vật kính theo
phương nằm ngang sao cho chùm tia chính luôn đọc đúng các track để tín hiệu phát
lại là trung thực nhất.

128
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
Khi chùm tia chính đúng đọc đúng track, khi đó ánh sáng phản xạ của hai tia
phụ lên hai diode E và F có cường độ bằng nhau, khi đó áp sai lệch tracking từ mạch
so sánh bằng 0 tức là vị trí của vật kính đã đúng không cần điều chỉnh
Khi chùm tia chính lệch sang bên trái, khi đó ánh sáng phản xạ của hai tia phụ
lên hai diode E và F có cường độ khác nhau, cường độ sáng nhận được của diode
E>F khi đó áp sai lệch tracking từ mạch so sánh có giá trị âm (-), áp sai lệch này cấp
cho cuộn dây tạo từ trường di chuyển vật kính sang bên phải giúp cho tia chính đọc
đúng track để tín hiệu phát lại là trung thực nhất.
Khi chùm tia chính lệch sang bên phải, khi đó ánh sáng phản xạ của hai tia phụ
lên hai diode E và F có cường độ khác nhau, cường độ sáng nhận được của diode
E<F khi đó áp sai lệch tracking từ mạch so sánh có giá trị dương (+), áp sai lệch này
cấp cho cuộn dây tạo từ trường di chuyển vật kính sang bên trái giúp cho tia chính
đọc đúng track để tín hiệu phát lại là trung thực nhất.

E
F
E
F
E
F
+ -
0
+ -
-
•
+ -
+
•
Hình 5.14. Biểu diễn vị trí lệch của các tia phụ
5.4.3.3. Mạch Spindle servo
Mạch này có nhiệm vụ nhận tín hiệu phản hồi từ mạch xử lý tín hiệu số DSP
cung cấp điện áp điều khiển vận tốc quay và pha quay của Spindle motor. Khối này
phải đảm bảo vận tốc quay đĩa theo hệ thống CLV tức vận tốc dài không đổi từ 1,2
đến 1,4 m/s nhưng vận tốc gốc thay đổi từ 500 vòng/phút khi cụm quang học ở
trong cùng và giảm dần còn 200 vòng/phút khi cụm quang học di chuyển ra ngoài
biên. Mạch tự động điều chỉnh vận tốc quay motor như ở hình 5.15.
Để thực hiện được điều này mạch điều chỉnh vận tốc lấy tín hiệu đồng bộ

khung (f
FCK
) tách được khi đọc lại để so sánh với vận tốc chuẩn tạo ra từ dao động
thạch anh, kết quả tạo ra áp sai lệch vận tốc cấp cho mạch MDA để điều chỉnh lại
vận tốc quay motor.

129
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video








RF

D/A
LPF
LPF
L- out
DSP
Frequency
comparison
XTAL
7350Hz
MDA M
R- out
f

FCK
tách được

Hình 5.15. Sơ đồ khối mạch điều chỉnh vận tốc quay Spindle motor
Mạch điều chỉnh phase quay: mạch này phải đảm bảo pha quay của motor
quay luôn được ổn định, tức làm đảm bảo sau cho pha của xung clock tương ứng
với data khi phát lại (BCK) phải cùng pha với xung clock chuẩn đưa vào tri xuất dữ
liệu.
Để thực hiện được điều này mạch điều chỉnh pha quay motor lấy tín hiệu so
sánh là pha của xung clock tương ứng với dữ liệu khi phát lại (f
BCK
) có tần số đã ổn
định bởi mạch điều chỉnh vận tốc, để so sánh với pha của xung clock chuẩn f
0SC
=
4,3218MHz tạo ra từ dao động thạch anh chuẩn, kết quả tạo ra áp sai lệch về pha
cấp cho mạch MDA để điều chỉnh lại pha quay của motor. Mạch tự động điều chỉnh
pha quay motor như ở hình 5.16.
Như vậy trong mạch spindle servo gồm có hai mạch: mạch điều chỉnh vận tốc
gọi là mạch chỉnh thô, còn mạch điều chỉnh pha quay gọi là tinh chỉnh.








RF

D/A
LPF
LPF
L- out
DSP
Frequency
comparison
XTAL
4,3218MHz
MDA M
R- out
F
BCK
= 4,3218MHz
Hình 5.16. Sơ đồ khối mạch điều chỉnh phase quay Spindle motor

130
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
5.4.3.4. Mạch Sled servo
Khối này nhận tín hiệu điều khiển từ mạch tracking servo để đưa ra điện áp
điều chỉnh sled motor, tạo tác động điều chỉnh cụm quang học theo từng bước trên
các track từ phía vùng tâm đĩa ra ngoài, sau cho chùm tia luôn đọc đúng các track.
Mạch sled servo còn gọi là mạch chỉnh thô, ngoài ra trên máy CD còn trang bị các
hệ thống nạp đĩa hoặc đưa đĩa ra ngoài. Toàn bộ vận hành của máy được điều khiển
bởi khối vi xử lý.



Tracking
servo

Mạch tích
phân
Tầng so
sánh
Tầng
lái
M
TEO
drive

Hình 5.17. Sơ đồ khối mạch Sled servo máy VCD
Điện áp trung bình của tín hiệu tracking error (TE) từ mạch tracking servo đưa
tới, có giá trị răng theo thời gian, tín hiệu này được đưa tới mạch tích phân để sửa
dạng tính hiệu sau đó đưa tới tầng so sánh để so sánh với thành phần chuẩn kết quả
áp sai lệch sled motor tạo ra để lái sled motor sau cho vật kính được giữ trong tầm
điều chỉnh so với điện áp chuẩn ngay tại tâm của hệ cơ.
5.4.4. KHỐI VI XỬ LÝ
Khối vi xử lý là bộ phận trung tâm, làm nhiệm vụ điều hành tất cả các hoạt
động trong máy, bằng cách tác động điều khiển trực tiếp đến tất cả các khối giúp
cho việc ghi phát tín hiệu diễn ra một cách đồng bộ.
Tác động đến khối cơ: điều khiển sự hoạt động của các phần tử trong khối cơ
để thực hiện việc nạp đĩa vào, lấy đĩa ra, quay đĩa…
Tác động đến khối nguồn, điều khiển việc cấp nguồn PC (power control) cho
các mạch điện trong máy.
Tác động đến khối tín hiệu, điều khiển việc xử lý tín hiệu khi ghi và phát tương
ứng với từng chế độ làm việc của máy.
Tác động đến khối chỉnh cơ, thực hiện việc điều khiển vòng quay của các
motor giúp cho việc ghi phát tín hiệu diễn ra bình thường.
Để tiện lợi cho việc khảo sát khối vi xử lý trong máy người ta phân chia ra
thành từng khu vực khác nhau. Dựa vào chức năng hoạt động của khối, người ta

phân chia khối vi xử lý ra làm 3 khu vực khảo sát chính như sau:
Khu vực phục vụ chính cho vi xử lý: là các điều kiện cần thiết để cho vi xử
lý làm việc như: nguồn AT (5V), xung clock chuẩn, mạch Reset

131
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
Khu vực các lệnh ngõ vào: có thể phân ra làm 3 loại
Các lệnh ngõ vào từ các phím điều khiển, các phím nằm phía trước mặt máy,
thông qua các phím nhấn này thì lệnh được đưa về vi xử lý. Các lệnh ngõ vào từ các
cảm biến (sensor), thông thường các lệnh này được thiết kế để làm các mạch bảo vệ
trong máy hoặc thực hiện các chuyển động nối tiếp trong máy. Lệnh vào từ mạch tín
hiệu, là các lệnh được đưa về vi xử lý để điều khiển từng chế độ làm việc của máy.
Khu vực các lệnh ngõ ra: có thể chia làm 4 loại.
Lệnh ra điều khiển hoạt động của các motor trong các chế độ làm việc như:
play, close/open, stop Lệnh ra đều khiển đóng mở các mạch điện tín hiệu trong các
chế độ làm việc như điều khiển mạch data strobe, mạch DSP mạch công tắc E–E,
mạch xử lý audio Lệnh ra điều khiển các mạch đèn chỉ thị như điều khiển các đèn
hiển thị ở các chế độ làm việc của máy…Lệnh ra điều khiển các nguồn PC (nguồn
điều khiển) để cung cấp các mức nguồn cho mạch điện hoạt động.
5.4.4. 1. Khu vực phục vụ chính vi xử lý
Cấp nguồn cho vi xử lý: trước hết là nguồn áp AT(5V) cung cấp cho vi xử lý,
nguồn này sẽ xuất hiện ngay khi mới cấp điện vào để vi xử lý sẵn sàng làm việc khi
tiếp nhận các lệnh mới.
Nguồn xung clock chuẩn: vì hoạt động bằng xung nên vi xử lý phải được
cung cấp một xung chuẩn thật ổn định gọi là xung clock. Thông thường xung clock
chuẩn này được tạo ra từ mạch dao động thạch anh. Thực ra, bên trong vi xử lý là
tập hợp của các mạch điện dạng số như các bộ đếm, các thanh ghi dịch cho nên
xung clock là cơ sở để tạo ra các số nhị phân và để truy xuất các dữ liệu trong khi
xử lý. Thạch anh tạo xung dao động cấp cho vi xử lý có thể nằm trong hoặc ngoài vi
xử lý như hình 5.33.

Vi xử lý

OSC



Vi xử lý
OSC
Clock in




Hình 5.18. Cấu trúc của mạch dao động thạch anh
Đối với loại mạch sử dụng dao động thạch anh ngay bên trong vi xử lý, ta có
thể nhận dạng được nhờ chân lệnh clock nối ra bên ngoài. Đối với mạch sử dụng
dao động từ bên ngoài, ta có thể nhận dạng nhờ chân clock in.

132
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
Lệnh reset (chân ALC): chân lệnh này nhằm trả dữ liệu của vi xử lý trở về
trạng thái ban đầu khi mới cấp điện vào để vi xử lý sẵn sàng tiếp nhận các lệnh mới.
Ví dụ máy đang hoạt động ở chế độ play, lúc đó dữ liệu trong vi xử lý tương
ứng với trạng thái play, bổng nhiên bị cúp điện. Khi có điện trở lại thì chân lệnh
reset sẽ tác động trả dữ liệu trong vi xử lý về trạng thái ban đầu.

5.4.4.2. Khu vực các lệnh vào vi xử lý
 Lệnh vào từ các phím điều khiển
Lệnh vào từ các phím điều khiển (key input) là những lệnh vào tác động thông
qua các phím điều khiển nằm phía trước mặt máy như: play, close/open, FF hoặc
các phím điều khiển từ remote cotrol để đưa về vi xử lý. Để thực hiện được các lệnh
điều khiển loại này người ta thường dùng phương pháp ma trận phím như hình 5.34.
Ở phương pháp này, người ta thiết lập các đường xung địa chỉ AD
1
, AD
2
,
AD
3
và các đường nhận xung lệnh ngõ vào KE
1
, KE
2
, KE
3
Các xung địa chỉ có
độ rộng khác nhau từ vi xử lý đi ra rồi lại đi vào vi xử lý thông qua các phím điều
khiển như: play, close/open, stop từ đó vi xử lý sẽ hiểu được phím lệnh nào đã
được tác động. Ví dụ khi ngõ vào KE
1
nhận được xung có độ rộng nhỏ nhất thì đó là
phím Eject được nhấn, cũng ngõ vào KE
2
nhưng nếu nhận được xung AD3 có độ
rộng lớn nhất thì đó là lệnh stop được tác động.

AD1
AD2
AD3

KE1
KE2
KE3

AD1
AD2
AD3


KE1
KE2
KE3
Xung địa chỉ

V
i
xử lý

Data
Clock
Ready
IC giải mã
Xung địa chỉ

Hình 5.19. Sơ đồ mạch giải mã phím lệnh
 Lệnh vào từ các cảm biến
Cảm biến vị trí khay đĩa (tray sensor): có nhiệm vụ nhận dạng vị trí khay đĩa
đang ở ngoài hay trong máy nhờ một khoá điện hoặc một cảm biến quay. Khay đĩa
dịch chuyển theo rãnh trượt thông qua chuyển động quay của loading motor. Vị trí
của khay đĩa ở trong hay ngoài hệ cơ được nhận diện bởi tray SW, có khi còn được

133
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
gọi là open hay close SW dựa vào các mức cao hay thấp do các khoá điện tác động
tạo ra.

Chốt định vị
khay đĩa
SW 2
Rãnh trượt
khay đĩa
SW 1

Hình 5.20. Sơ đồ cảm biến vị trí khay đĩa
Sử dụng khóa điện: bình thường SW hở, vi xử lý nhận mức cao H. Khi đĩa đã
vào trong máy, SW đóng vi xử lý nhận mức thấp, ra lệnh ngắt motor loading.

Open
Close

Vi xử lý
MDA
Motor
5V
R1
SW
R1





Hình 5.21. Sơ đồ mạch cảm biến vị trí khay đĩa dùng khóa điện
Sử dụng photo transistor: người ta dựa vào khoảng che của hệ cơ để nhận biết
trạng thái của khay đĩa. Chẳng hạn, khi đĩa ở vị trí ngoài cùng, ánh sáng từ led hồng
ngoại không đến được photo transistor, transistor ngưng hoạt động, chân tray sensor
ở mức cao. Khi đĩa ở vị trí trong cùng, ánh sáng đi đến photo transistor làm
transistor dẫn, vi xử lý nhận mức thấp, lệnh điều khiển MDA làm ngắt động cơ.

Open
Close

Vi xử lý

MDA
Motor
5V
R2
R3
R1





Hình 5.22. Sơ đồ mạch cảm biến vị trí khay đĩa dùng bộ cảm quang

134
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
Cảm biến nhận diện vị trí cụm quang học: trong máy cụm quang học được
bố trí trên hệ cơ chuyển động tịnh tiến từ trong ra ngoài hoặc từ ngoài vào trong
theo phương vuông góc với các đường tròn đồng tâm của đĩa. Để dịch chuyển cụm
quang học, người ta sử dụng sled motor.
Khoá điện nhận dạng vị trí cụm quang học được sử dụng để khống chế chuyển
động của khối này khi ở vị trí trong cùng hoặc ngoài cùng so với đĩa. Ví dụ trong
các máy Sony, khoá điện up/down được trang bị để nhận dạng trạng thái của cụm
quang học với mạch điện được minh hoạ như hình 5.23.

UP



Vi xử lý
5V

R1
SW 1
R1
5V
R1
SW
2
R2
DOW







Cụm
quang học
Thanh
trượt
Đĩa
compact
Sled
motor
Hình 5.23. Sơ đồ cảm biến nhận diện vị trí cụm quang học
Mạch cảm biến điều khiển từ xa: thông thường khối giải mã tín hiệu hồng
ngoại được bố trí ngay bên trong vi xử lý. Để nhận tín hiệu từ bộ điều khiển từ xa
tới, người ta sử dụng bộ thu tín hiệu hồng ngoại IR (infrared receiver). Mô hình
mạch có thể được biễu diễn như hình 5.24.

R/C in


Vi xử lý
5V




Hình 5.24. Sơ đồ mạch điều khiển từ xa
5.4.4.3. Khu vực các lệnh ra
Lệnh ra điều khiển mở nguồn PC

Tương tự như máy VCR, trên máy CD, VCD người ta thiết kế mạch điều khiển
đóng mở nguồn cung cấp bằng cách tác động lệnh power on/ off. Điện áp ở ngõ ra

135
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
có thể được sử dụng để cung cấp cho các khối servo, DSP…và còn có thể được
dùng để cung cấp cho khối hiển thị.
 Các lệnh điều khiển motor
Các lệnh điều khiển motor thường tồn tại dưới dạng một đường lệnh hay tổ
hợp nhiều đường lệnh điều khiển thể hiện dưới dạng mức logic (L/H). Thông tường
để điều khiển các motor thực hiện nhiều chế độ làm việc người ta thiết kế các mã
lệnh điều khiển bằng cách tổ hợp tuyến tính các chân lệnh điều khiển từ vi xử lý.
 Lệnh mở nguồn diode laser
Để tăng tuổi thọ của diode laser cũng như bảo vệ mắt khi chưa có đĩa vào máy,
người ta không cấp nguồn cho diode laser khi khay ở vị trí bên ngoài, bằng cách
thiết kế đường lệnh mở nguồn cho diode laser.

Khi chân LD on = L, transistor Q dẫn, nguồn cấp cho diode laser, đây là mô
hình chung nhất, thường gặp nhất trong các máy CD. Mạch tự động điều chỉnh công
suất phát ta laser (APC) cơ bản thường được dùng trong các máy CD có cấu trúc
như hình 5.43.


LD ON

CPU

Mạch APC
LD MD
Q +5V





Hình 5.25. Sơ đồ mạch điều khiển đóng mở diode laser
Lệnh điều khiển đóng mở nguồn cấp tia laser xuất phát từ vi xử lý gọi là LD on
tác động ở mức thấp, thường được sử dụng mạch có cấu trúc như hình 5.26, thường
được sử dụng trong các máy VCD hiện nay.
Trong mạch điều khiển cấp nguồn phát tia laser thường được thiết kế một biến
trởc chỉnh công suất phát tia. Trong sơ đồ hình 5.26, biến trở VR151 chỉnh thiên áp
cho Q102, và tác động của diode MD được cộng thêm hoặc trừ bớt mức điện áp
này. Vì thế VR151 điều chỉnh công suất phát tia laser. Công suất tia laser phát ra
được điều chỉnh trước ở nơi sản xuất, việc điều chỉnh công suất công suất tia laser là
quang trọng vì nó làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của diode laser, nên ta không tự động
điều chỉnh biến trở công suất này

136
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video









LD
C151
LD on
MD
R152
R153
VR151
R102
R101 R103
R104
R105
R106
C105
C106
R107
Hình 5.26. Sơ đồ mạch điều điều chỉnh công suất phát tia laser
 Lệnh câm âm thanh
Lệnh mute (audio mute) xuất phát từ khối vi xử lý thường được dùng để làm

câm tín hiệu âm thanh ngõ ra bằng cách ngắt âm thanh ở ngõ ra, nối mass ngõ ra
hoặc khống chế khối DSP. Các dạng làm câm âm thanh ở ngõ ra.
Làm câm bằng mức logic: ở đây người ta sử dụng mức logic H hoặc L để ngắt
âm thanh. Khi chân mute = H, Q
1
ngưng, Q
2
và Q
3
dẫn, nối mass âm thanh ở ngõ ra.









Mute

CPU

Q
1
+5V
•

•

+ -
•

•

+ -
L- out
R- out
Q
2
Q
3
Hình 5.27. Sơ đồ mạch làm câm tín hiệu audio.
Làm câm bằng chương trình: phương pháp này được thực hiện trên các máy
hiện đại. Khi sản xuất, người ta nạp chương trình ngắt vào bộ nhớ. Trong trường
hợp ngắt, một chuỗi xung nối tiếp được cấp vào IC DSP, bằng cách tách dò xung
làm ngắt (bằng số lượng xung, căn cứ vào sự đột biến về cạnh hoặc mức logic) mà
khối DSP sẽ hoạt động hay bị khoá. Mô hình hoạt động của phương thức này được
minh hoạ như hình 5.45.

137
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video



CPU

DSP

Hình 5.28. Sơ đồ mạch làm câm tín hiệu audio.
5.4.4.4. Lệnh ra điều khiển khối giải mã hiển thị
Khối giải mã hiển thị (display) hiện nay được thiết kế theo hai dạng: bố trí
ngay bên bên ngoài ngoài hoặc trong vi xử lý.


CPU +
DISPLAY



DISPLAY
-Vcc 3VAC
G
0
- G
m
S
0
- S
m
3VAC






Hình 5.29. Sơ đồ mạch giao tiếp điều khiển và hiển thị.

Khối giải mã hiển thị bố trí chung với vi xử lý: khi đó ở bên ngoài người ta bố
trí các chân giao tiếp với đèn hiển thị, đó là các chân G (grid), S (segment). Sơ đồ
giao tiếp được minh hoạ như hình 5.46.
Khối hiển thị ở bên ngoài: trong trường hợp này người ta thiết kế các chân dữ
liệu (aata), xung nhịp (clock), báo sẵn sàng (ready)…để giao tiếp giữa vi xử lý và
mạch giải mã hiển thị (display decoder). Mô hình hoạt động được biểu diễn như
hình 5.47.

DECODER



DISPLAY
-Vcc
V
AC
G
0
- G
m
S
0
- S
m
V
AC
Data
Clock

CPU

5V






Hình 5.30. Sơ đồ mạch giao tiếp điều khiển và hiển thị

138