Tài liệu Chương 4: Compact disc player pdf

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
72
CHƯƠNG IV
COMPACT DISC PLAYER

I. KHÁI NIỆM

Compact disc là thiết bị lưu trữ âm thanh dưới dạng số. Các nguồn tín hiệu âm
thanh được mã hóa dưới dạng số (ADC). Sau đó được điều chế và ghi trên đĩa.
Các tín hiệu số được ghi trên đĩa dưới dạng các lỗ trống (pit) hoặc mặt phẳng
(plat). Người ta sử dụng diode laser để tạo chùm tia laser đi qua hệ thống thấu kính để
tập trung năng lượng trên bề mặt của đĩa, cường độ của tia laser phụ thuộc vào các bit
tín hiệu và ta sẽ có các pit và các plant tương ứng trên mặt đĩa : khi phát, người ta
cũng sử dụng tia laser chiếu trên mặt đĩa và nhận lại tia phản xạ, tùy theo cường độ
mạnh yếu của tia phản xạ mà ta tạo lại các bit 0 và 1, thông tin này sau đó đưa qua
mạch hoàn điệu và DAC để tạo lại tín hiệu âm tần.
Chất lượng âm thanh ở ngõ ra của compact disc player cao hơn nhiều so với
các máy ghi âm analog. Đặc tín của tín hiệu:
• Không méo và biến dạng
• Độ tách kênh tốt
• Đặc tín tần số bằng phẳng
• Hệ số méo nhỏ 0,004%
II. CÁC THÔNG SỐ TIÊU BIỂU CỦA MÁY CD PLAYER

 Tiêu chuẩn đĩa:
• Đường kính: 12cm, dày 1,2 mm
• Thời gian phát 60
→
75 phút

• Tia laser được sử dụng có bước sóng 780nm
λ
=
. Ở compact disc player, chùm
tia laser được phát ra từ 1 diodelaser có bước sóng
780nm
λ
=
, với bức xạ này
có thể gây bỏng da, hỏng mắt.
 Tốc độ quay đĩa: thay đổi từ
200 500→
vòng phút ( ở trong cùng: 500v/p,
ngoài 200 v/p )
Trong đĩa CD, âm thanh được mã hóa thành các bit 1 và 0. Sau đó được ghi lên
đĩa trên những đường tròn đồng tâm từ trong ra ngoài và được gọi là các track.
 Số kênh: 2 kênh
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
73
 Đáp ứng tần số: 520Hz KHz→
 Lượng tử hóa tín hiệu: 16 bit
 Độ méo: < 0,008%
 Tần số lấy mẫu: 44,1 KHz
 Hệ điều chế: EFM ( Eight – fourteen Module )
 Công suất phát xạ tia laser:
0, 2mw

III. CẤU TRÚC ĐĨA CD

Đĩa CD cấu tạo là một tấm phẳng, tròn, đường kính 2cm được làm bằng
policarbonat. Phần tâm đĩa là 1 lỗ tròn, đường kính 15mm, phần trong suốt bên ngoài
có đường kính từ
26 33mm→ được gọi là vùng kẹp đĩa, được dùng để giữ cố định đĩa
trên bàn xoay.
Lớp bao phủ có bề rộng từ
46 117mm mm→
phản chiếu tia laser, trong đó bao
gồm:
• Phần Lead in: là nơi chứa bảng nội dung của đĩa, bảng nội dung dùng để chứa
các thông tin như: tổng số thời gian phát, số bản nhạc, thời gian cho mỗi bản
nhạc,…
• Phần Lead out: chứa thông tin kết thúc chế độ phát.
• Phần chương trình: chứa nội dung thông tin lưu trữ.
Tín hiệu âm tần sau khi qua bộ ADC 16 bit sẽ được biến điệu PCM. Sau đó đổi
thành EFM và được ghi lên các track với các chiều dài pit khác nhau:
0,87 3,18mm
µ
µ
→
, bề rộng lổ là
0,5 m
µ
. Người ta dựa trên chiều dài của các pit và
chia chúng thành 9 lọai khác nhau: 3 T
(
)
(
)

0,87 11 3,18mT m
µ
µ
→
, các pit này được
sắp xếp liên tục trên track. Khoảng cách giữa 2 track là
1, 6 m
µ







Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
74
30,87
41,16
51,45
61,74
72,02
82,31
92,60
10 2,89
11 3,16
Tm
Tm

Tm
Tm
Tm
Tm
Tm
Tm
Tm
µ
µ
µ
µ
µ
µ
µ
µ
µ
→
→
→
→
→
→
→
→
→

0,5
µ
m
track
1.6µm
pit
Lead In Lead Out
15
46

117

120mm
Hình 4.1 Cấu trúc đĩa CD
1.2mmm
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
75
IV. SƠ ĐỒ KHỐI KHI GHI TÍN HIỆU CD














V. SƠ ĐỒ KHỐI KHI PHÁT

Sound
soure

Laser
PCM
OP.M
Recording
lens

Photo
sensor
Lense control
system
Hình 4.2 Sơ đồ khối ghi tín hiệu lên đĩa CD
LEFT

DAC

RIGHT

LPF(L)

LPF(R

DSP
Data Strobe
EFM det

System
control

Power
Spindle
servo
Tracking
servo

Sled
servo
Focus
servo
SERVO
RF Amp

Display

Hình 4.3 Sơ đồ khối khi phát tín hiệu CD
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
76
Nhiệm vụ của các khối:
 Khối RF : có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện và khuếch
đại tín hiệu này cấp cho khối servo và khối DSP.
 Data strobe : có nhiệm vụ nhận tín hiệu RF để tách sóng EFM để trả lại mã nhị
phân 8 bit nguyên thủy. Ngoài ra còn có nhiệm vụ tách tín hiệu đồng bộ được
ghi trên đĩa.
 Khối DSP: có nhiệm vụ xử lý số tín hiệu, sửa sai, …
 DAC : có nhiệm vụ phục hồi tín hiệu analog từ ngõ ra số từ khối DSP để cấp
cho cách mạch lọc hạ thông để tạo LEFT, RIGHT
 Khối Servo:
• Spindle : có nhiệm vụ nhận tín hiệu phản hồi từ DSP để điều khiển vận tốc
quay của động cơ quay đĩa, để thay đổi tốc độ này từ 200 vòng/ phút đến 500
vòng/ phút.
• Focus servo : nhận tín hiệu từ RF- Amp để điều khiển điện áp cấp cho cuộn dây
Focus oil để tăng độ hội tụ của chùm ánh sáng laser.
• Tracking servo: nhận tín hiệu hồi tiếp từ RF Amp để điều khiển cuộn tracking
làm cho chùm ánh sáng chiếu đúng track cần đọc.
• Sled servo : Nhận tín hiệu từ ngõ ra của khối tracking servo để biết khi nào cần
dịch chuyển đầu đọc sang track mới.
 CPU : Điều khiển mọi họat động của hệ thống.
 Display : Màn hình hiển thị

VI. MẠCH NGUỒN TRÊN CD PLAYER

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
77
-5V
-8.4V
7812
+12V
5VAC
7912
Heater
Display
-12V
-33VDC
0
15VAC
7805
10VAC
+5V
10VAC
+8.4V
15VAC
7905

VII.KHỐI LASER PICKUP

1. Laser diode: Dùng để tạo ánh sáng laser có bước sóng 780nm, hình dạng của
diod laser





LD: Laser diode, dùng để phát ra tia laser cung cấp cho cụm quang học và
diode MD.
MD: Monitor diode ( diode giám sát ), nhận ánh sáng từ diode laser tới để cung
cấp cho mạch APC ( Automatic Power Control )

LD
MD
0
MD
GND
LD
Hình 4.4 Nguồn của một VCD
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
78

















2. Cấu tạo thực tế của cụm quang học:
Một số thuật ngữ:

• Focus coil: cuộn hội tụ
• Tracking coil: cuộn tracking
• Obiective lens: vật kính
• Beam splitler: Bộ tách tia
• Cylinder lens: thấu kính hình trụ
• Grating grid: lưới tán xạ
• Photo detector: tách sóng quang






Thấu kính hình trụ






Đĩa
Objective lens (vật kính)
Hệ thống thấu kính
Thấu
kính
lõm
Laser diode
LD MD
Mạch RF Amp
Focus Servo

Tracking servo

Bán lăng kính
& tách ti
a

Lưới mhiễu xạ
Hình 4.5 Khối laser pickup
Photo diode array
A, b, C, D, E, f
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
79

3. Đường đi của tia sáng trong cụm quang học:
Chùm tia laser với bước sóng
780nm
λ
=
tạo ra từ diode laser, được giữ ổn định
cường độ sáng nhờ diode mạch APC, chiếu qua lưới tán xạ ( diffraction grating grid )
để phân thành 3 tia gồm 1 tia chính để đọc tín hiệu và nhận dạng độ hội tụ, hai tia phụ
dùng để xác định đường track tạo tín hiệu hiệu chỉnh tracking coil.
Trong hệ thống laser 3 tia người ta phải dùng đến sáu diode: 4 diode được dùng
để đọc thông tin trên các track của đĩa và hiệu chỉnh độ hội tụ, 2 diode để đọc các tia
phản xạ phụ, phục vụ cho việc hiệu chỉnh tracking.
Trong hệ thống 3 tia laser: tia chính rọi vào giữa track đang đọc, 2 tia phụ rọi
vào khoảng trống giữa 2 track.


Nam châm
vĩnh cửu
Focus
coil
Tracking
coil
Objective lens
Photo detector
Thấu kính hình trụ

Thấu kính tia
Lưới tán xạ

Diode laser
Hình 4.6 cấu tạo mắt đọc
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
80
















4.
5. Khối laser diode – diode tách quang

RF Amp
Focus

Disc
Laser
Tracking coil
Focus
coil

Tracking &
sled servo

Disc

Tia phụ
Tia chính
Tia phụ
Hình 4.7 Đường đi của tia sáng trong cụm quang học
B

C
E
RF. Amp & Forcus
Amp
LD
Tracking
servo &
Sled
F
MD
D
A
APC
Hình 4.8 Khối laser diode – diode tách quang
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
81
Vi xu ly LD
ON
LDLD
LD
VCC
FB
APC
Q
LD MD
Hệ thống gồm 4 photo diode ABCD dùng nhận ánh sáng phản xạ từ tia chính
để đưa đến mạch khuếch đại cao tần. Hai diode E, F nhận tín hiệu phản xạ từ hai tia
phụ để đưa đến mạch hiệu chỉnh tracking và sled.

Diode giám sát có nhiệm vụ cảm nhận cường độ phát của chùm tia laser để
mạch ADC hiệu chỉnh cường độ phát cho phù hợp.
5. Khối mạch ADC
a. Sơ đồ khối (xem lại chữ ADC ?)






- Khi ánh sáng phát ra từ diode LD mạnh hơn mức bình thường → LED MD
dẫn mạnh → ADC điều chỉnh Q dẫn yếu → LD dẫn yếu, và ngược lại.
- Khối ADC còn nhận chỉ thị mở nguồn cho diode laser từ vi xử lý.
b. Mạch ADC sử dụng transistor
R1
Q4
LD ON
R9
MD
Q1
R11
LD
R7
Q3
R6
Q2
R5
R3
R4
R10

R8
R2
-5VDC

Nhiệm vụ của các thành phần:
• Q
4
: cấp dòng cho diode laser
• LD ON : lệnh mở nguồn cho diode laser từ vi điều khiển. Khi tín hiệu này ở
mức cao ( 0V )
⇒ Q
3
ngưng dẫn
→
Q
2
dẫn mạch
→
cực E của Q
2
và Q
3
tiến
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
82
đến mức thấp (-5V) ⇒ Q
4
ngưng dẫn dù cho Q

1
có dẫn hay không ⇒ Không
có dòng điện qua LD. Khi chân qua LD ON ở mức thấp (-5V )
⇒ Q
3
dẫn →
Q
2
ngưng dẫn. Do đó, nếu Q
1
được phân cực dẫn → Q
4
dẫn.
 Nguyên lý ổn định dòng điện qua diode laser:
Khi ánh sáng phát ra từ diode laser quá mạnh
⇒ MD dẫn mạnh, V
B
của Q
1

tăng
→
Q
1
dẫn yếu
→
V
B
của Q
4

giảm
→
Q
4
dẫn yếu ⇒ LD dẫn yếu lại và ngược
lại.
c. Mạch ADC sử dụng IC
Hầu hết các máy hát CD đời mới đều sử dụng mạch ADC là mạch tích hợp.
Các IC này có thể được gắn trên mạch board mạch điện chính hoặc gắn ngay trên đầu
đọc.
Xem mạch APC dùng IC CXA 1081Q









6. Mạch bảo vệ mắt

Hình 4.9 Mạch ADC dùng IC
VCC
LD
MD
VD
LD
ON
29
UP
5
6
17
CXA1081Q
Hình 4.10 Mạch bảo vệ mắt
UP
SWTray
-
+
OUTIN
-VCC
LD ON
VCC
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
83
CC1
10
8

VEE
PD
CC2
PDCB+D
DEF
15
E
F
1
26
23PDCA+C
11
E0
16
GND
13 E1
29
5
27
FOK
CB
VR
18
19
RFI
RF-
14
6
21
30

CP
IN
3
VCC
2
LD
9 MIRR
/LDON
FE BIAS
12
22
EFM
25
17
28
4
FE
20
24
RF0
ASY
7
TE
VIII. KHỐI RF

Mạch I – VC có tổng trở vào rất lớn để phát hiện được sự thay đổi nhỏ của
dòng điện. Dạng tín hiệu ra của mạch RF:

Tín hiệu mẫu mắt
(Eye pattern)


Xem IC CXA 1081M:













I-V
Converter
I-V
Converter

Adder
Asymmetry
A B
D C
Wave
shaper
Focus servo
EFM
Focus servo
Hình 4.11 Khối RF
0,5-0,9 V
Hình 2.34 Dạng tín hiệu ra của mạch RF