第3章唱机原理PPT讲稿.ppt

第第3 3章唱机原理章唱机原理20九月2022第1页第1页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第2页 3.1 3.1 CDCD唱机基本组成唱机基本组成 3.2 3.2 RFRF放大与伺服信号处理放大与伺服信号处理 3.3 3.3 数字信号处理数字信号处理 3.4 3.4 数字滤波与数数字滤波与数/模转换模转换3.5 3.5 CDCD唱机整机电路分析唱机整机电路分析3.6 3.6 CDCD唱机的维修唱机的维修第2页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第3页CD唱机工作过程:将激光头从光盘上读取到的数字信号，还原为模拟音频信号的过程。是信号编码、调制和记录的反过程。记录时:音频信号经A/D转换、CIRC编码、EFM调制后记录在光盘上 重放时:从光盘上读取信号、EFM解调、CIRC解码、D/A转换后还原模拟音频信号。CDCD唱机分为机芯唱机分为机芯(精密机械和激光头精密机械和激光头)部分和电路部部分和电路部分分 第3页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第4页 机芯部分:装卸光盘、在伺服电路控制下从光盘上读取信号。电路部分:信号处理系统、控制和显示系统、电源 信号处理系统-将光盘信号还原为模拟音频信号 控制和显示系统协调整机工作、完成操作功能和显示工作情况 电源-整机供电由于附加一块解压板，CD唱机就可以构成VCD播放机，而DVD的结构和VCD存在着很大的相似性，所以，理解CD唱机的基本原理，对后续课程的学习有着重大的作用。第4页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第5页第一节 CD唱机基本组成精密机械、激光头、伺服系统、信号处理系统、控制系统和显示电路、电源电路组成。一、CD唱机基本结构第5页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第6页 二、二、CDCD唱机的工作原理唱机的工作原理(一)开机工作过程光盘装入机芯后，控制系统首先进行复位操作，包括机械复位(托盘关闭、激光头在最内圈位置)和电路复位(各数字电路初始化)；然后控制系统发出LD ON(激光管通电)信号点亮激光管并进行聚焦搜索，此时此时各伺服环路是开路的；各伺服环路是开路的；找到焦点后，由RF放大电路发出FOK(聚焦完成)信号，控制系统收到此信号即驱动主轴电动机旋转并接通各伺服环路，激光头开始读TOC(目录表)，读完TOC将其存入RAM，显示总目录及时间信息，主轴电动机停止转动进入待机状态，此时若键人操作指令，CD唱机即按操作指令工作。第6页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第7页(二二)RFRF放大器放大器激光头输出的电信号称为RF信号。RF信号是仅数mV的微弱信号，必须先进行放大并进行补偿、校正，转换为标准的EFM信号，才能被后续的数字信号处理电路识别。RF放大器输出信号幅度(测试点上)为0.8-1.2Vp-p。CD光盘的信迹是由311T等9种不同长度的坑槽组成，在光束扫描信迹时，激光头输出RF信号在示波器上可显示的波形，这种波形称“眼图”。第7页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第8页CD系统EFM信号的数据传输率为4.3218Mbps，1bit通道位占时T0.23s。3T对应的频率约为720kHz。11T对应的频率约为196kHz，即激光头的工作频率范围为196720kHz共有九种频率。激光头的频响具有线性低通滤波器特性，其截止频率约为1440kHz。这样，9种频率获得9种输出幅度。光盘上记录的是脉冲信号，被激光头读出时，低通滤波特性将脉冲波钝化，输出 9种周期的正弦波，用示波器观察，9种周期的正弦波迭加在一起形成眼图。眼图是利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。第8页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第9页RF信号经限幅、补偿、校正，形成EFM信号送数字信号处理电路。RF放大器通常还集成有伺服信号处理电路，形成聚焦、循迹、进给伺服信号送伺服驱动器，驱动伺服执行机构完成聚焦、循迹、进给伺服。第9页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第10(三三)数字信号处理电路数字信号处理电路(DSP)DSP)记录在光盘上的是帧编码结构的信号数字信号处理:将帧编码结构的信号码流还原成帧编码之前的音频数字信号的过程，也称帧解码数字信号处理电路功能：完成EFM解调、分离子码、纠错插补。数字信号处理电路工作过程正是帧编码的逆过程，因其处理对象都是数字信号，故称为数字信号处理电路。数字信号处理电路组成：PLL锁相环电路、同步检测电路、EFM解调器、CIRC解码器和误码补偿电路等第10页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第11第11页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第121.1.PLLPLL锁相环电路锁相环电路PLL锁相环电路的作用：再生位时钟(BCK)信号EFM信号实际上就是一串由高、低电平构成的脉冲串，其边沿变化包含了时间同步信息，这就是位时钟信号，简称为BCK或BCLK。只有提取出位时钟信号信息，才能将数码按编码的顺序和节奏分切，使重放处理的码率，即单位时间内码的传输位数(bit数)，与录制时完全一致。为了从串行的EFM信号中取出各位数据，需要恢复位时钟(BCK)。位时钟恢复电路采用数字锁相环PLL电路。第12页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第13由光盘上读出的RF信号经整形形成EFM信号，和由VCO出来的连续振荡波形进入相位比较器进行比较，当频率不同(相位有差异时)，比较器输出极性不同的控制电压，去控制VCO的振荡频率，从而保证输出振荡频率为4.3218MHz，相位与EFM边沿同步的信号，作为位时钟信号。位时钟信号一一路路送到数字信号处理器中的其他电路，去同步信号处理电路，使之能准确识读数据帧中的各个数据段，以便进行帧解码。另另一一路路送到CLV伺服电路，控制主轴电动机使其线速度保持恒定。第13页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第142.2.同步检测电路同步检测电路同步检测电路作用:提取同步信号。要完成帧解码，必须先找出码头。信号记录时，是把1个字节的子码信号，24个字节的数据及8个字节的纠错信号作为一帧来传送的，每一帧的开头都加上了同步信号。检测出帧同步信号，即确定了数据的码头。找出了码头，就能正确分离各部分数据，进而完成帧解码。在CD帧中，是用11T-11T这一特殊的宽脉冲作为同步信号的。使用11T-11T窗检测器，把符合窗口设定的脉冲序列提取出来，实现帧同步信号检测。第14页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第153.3.EFMEFM解调解调 EFM解调电路是将14bit的EFM信号还原为8bit的信号。第15页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第164.4.CIRCCIRC解码和误码补偿解码和误码补偿CIRC解码是纠错编码的逆过程，用以检测误码并加以纠正。CIRC解码主要进行C1解码、解交织和C2解码处理，输出经过纠错的正确信号。对于无法纠错的信号则不做处理，附上误码标记输送到误码补偿电路。误码补偿是在插补和静音电路中进行，用于减少因没有纠正的误码而引起的噪声。第16页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第17纠错解码器输出的数据以串行方式进入误码补偿电路正确的数据信号-直通误码补偿电路附有误码标记的错误字节-线性插补或前字保持取代误码字节。成片的连续误码-连续误码被静音。经帧解码后输出的主要信号有：串行数据(DATA)、左右声道时钟(LR-CK)、位时钟(BCK)、静音信号(MUTE)、去加重信号(EMPH)等。第17页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第18(四四)数字滤波器和数字滤波器和D D/A A转换器转换器帧解码后输出的数字音频信号，经数字滤波器滤除量化噪声和折叠噪声，最后通过D/A转换器将数字信号转换为模拟音频信号。左、右声道音频信号的分离，可以在D/A转换电路之前或之后完成。目前的CD唱机，通常先分离左、右声道数字音频信号，再用两路D/A转换器将其转换为左、右声道模拟音频信号。数字滤波通常用28倍超取样滤波器，D/A转换器分为多bit和1bit两种方式。第18页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第19超取样数字滤波器（over sampling digital filter）一只8倍（8X）超采样的滤波器便会对每一输入采样产生7个新的采样，从而将采样频率增加8倍。超采样将这些杂乱的频率移到更高的频率上，因而更便于滤除。超取样过滤器会将数/模转换过程中所产生的取样噪声的频率向上推高，使它达到人耳无法听见的范围。8倍超取样数码式滤波器能有效地消除取样噪音，从而改进响应曲线，并播放出更流畅的声音。第19页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第20(五五)控制系统控制系统 控制系统的核心:CPU，是整机的指挥中心。CPU内部ROM中固化有CD系统的控制程序，并内置译码显示驱动器，外接相应的液晶显示器或荧光显示器，实时显示CD唱机的工作状态。CPU设有系统控制接口,控制整机各部分协调工作，保证CD唱机进行高质量的播放。CPU接受用户的键盘操作指令，并根据数字信号处理电路送来的子码数据实现各种播放功能；实现光盘的加载和卸载控制；实现遥控控制。第20页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第21三、三、CDCD唱机的控制系统唱机的控制系统CD唱机的整机控制系统是以CPU为中心构成的，用以协调整机各部分，包括激光头、信号处理电路、伺服系统及机械系统等协同工作，确保CD唱机进行高质量的播放，并实现面板上功能按键所设定的各种功能。不同型号的CD唱机所采用的CPU型号不同，但其程序结构和控制原理相似，主要取决于所采用的伺服控制和解码IC。任何4bit或8bitCPU，只要其内置ROM的容量满足要求，就可应用于CD系统控制。第21页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第22(一一)整机控制系统的构成整机控制系统的构成 第22页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第231.1.面板功能健及遥控接收器面板功能健及遥控接收器面板功能键及遥控接收器用于输入用户的操作请求。功能键有：1)播放键2)暂停键3)停止键4)快进键(FF)5)快退键(REV)6)前跳健(F.SKIP)7)后跳键(R.SKIP)8)出/入盘键(OPEN/CLOSE)9)随机播放键(BANDOM)l0)重复播放键(REPEAT)11)播放程序存储健(MEMORY或PROGRAM)12)电源ON/OFF键(POWER)第23页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第24各功能的操作是通过键盘扫描程序来获得工作指令的。CPU功能操作部分输出键盘扫描信号，对键盘进行扫描，当有键按下时，相应的键盘输入端就有工作指令输入，通过CPU对工作指令的译码、控制，完成相应按键操作功能。遥控接收器实际是一个红外光电管，将遥控器发射出的编码光信号转换为电信号，送到CPU遥控输入端，通过CPU的译码、控制，实现遥控操作功能。第24页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第25第25页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第262.2.显示显示CD唱机的显示器常用液晶显示屏(LCD)或荧光显示屏(FL)等。LCD工作电压低，功耗小，适于明亮环境下使用；在暗环境下使用时，需要背景灯光。荧光显示屏亮度高，功耗大，须配置专用电源。数字信号处理器送来的Q子码，通过CPU内置的译码驱动器，驱动显示屏显示CD唱机的实时工作状态。第26页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第27第27页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第283.3.机械状态检测开关和开机工作过程机械状态检测开关和开机工作过程CD机的机械系统设置了托盘位置检测开关、激光头限位检测开关。托盘位置检测开关用于检测托盘的出/入状态(OPEN/CLOSE)。激光头限位检测开关用于检测激光头是否在光盘内圈位置。第28页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第29开机通电时，系统控制CPU先检测托盘位置开关的状态托盘处于OPEN(托盘出)状态时：接到OPEN/CLOSE键按下的信号时，发出MI(入盘信号)控制信号至装卸电动机驱动电路，驱动电动机以入盘方向旋转，带动托盘进入机内，直至托盘碰到入盘到位开关，CPU接到托盘到位信号时，使装卸电动机停转；托盘处于CLOSE(托盘入)状态时：接到OPEN/CLOSE键按下信号时，CPU发出MO(出盘信号)控制信号至装卸电动机驱动电路，控制电动机以出盘方向旋转，带动托盘退出机外,直至碰到出盘到位外关，CPU接到出盘到位信号时，使电动机停止转动托盘位置检测开关处于OPEN状态时，CPU将LD ON信号接地，保证出盘状态时，激光器处于关闭状态。第29页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第30托盘位置检测开关处于CLOSE状态时，CPU发出控制信号至伺服系统的伺服控制器，通过控控制制器器内内部部的的控控制制逻逻辑辑形形成成进给控制信号，使激光头移至光盘内圈(导入区附近)、直至激光头座碰到限位检测开关；CPU接到激光头到位信号，发出LDON信号接通激光器；同时伺服控制器控制聚焦伺服环路开路并执行聚焦搜索。第30页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第31在聚焦搜索过程中，由RF放大器检测聚焦误差信号，并判断有无盘片。当发现无盘片时，系统停止工作，并显示NODISC(无盘)状态。若有盘片，则由RF放大器形成FOK(聚焦搜索完成)信号CPU接到FOK信号，发出控制信号至伺服控制器及数字信号处理器，分别控制聚焦、循迹伺服环路及主轴伺服电路进入正常工作状态。此时，激光头扫描光束导入信迹，当读到同步信号后，读出导入信道上的目录表(TOC)，并将TOC记录的有关信息存入CPU外接RAM并显示出来。第31页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第324.4.CPUCPU与各部分联系接口与各部分联系接口第32页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第33(二二)对伺服系统的控制对伺服系统的控制CD唱机伺服系统的功能主要包括：聚焦伺服及聚焦搜索；循迹伺服；进给伺服及随机选曲播放；主轴伺服；APC控制。伺服系统的这些功能都是在CPU的控制下实现的。为减少CPU的工作量通常采用间接控制的工作方式。其特点是CPU将有关伺服控制指令送到伺服控制逻辑，再由该逻辑电电路路形成各种伺服控制信号，控制各伺服系统的动作。第33页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第34前进第34页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第351.1.对激光头的控制对激光头的控制CPU对 伺 服 控 制 器 发 出 4bit并 行 指 令 数 据(CNT1CNT4)，伺服控制器的控制逻辑电路接收指令数据并进行解码，然后再向伺服电路发送控制信号以控制激光头的工作方式。第35页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第36第36页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第372.2.对主轴伺服的控制对主轴伺服的控制CD唱机的主轴旋转是CLV方式的，因此主轴伺服也称CLV伺服。CPU对CLV伺服的控制是通过MDATA、MCLK、MLD三条引线将CLV伺服控制指令发送给数字信号处理器。MLD：数据输出指令，表示数据处理的开始时刻MCLK：用于数据传输的数据时钟MDATA：指令数据，是由4bit地址和4bit指令数据构成的串行数据。第37页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第383.3.随机选曲播放随机选曲播放要实现随机选曲播放，需要CD唱机的激光头、伺服系统及信号处理系统等在CPU控制下协同动作，利用子码数据中的时间信息来确定目标位置。CD光盘上记录了用于系统控制的子码信号。CD唱机的选曲操作，是利用Q子码的时间信息，通过计算激光头当前位置与目标位置的时间差，并由时间差求出激光头需要移动的距离，然后完成进结移动，使激光头到达目标位置。第38页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第39CD唱机开机工作时，首先读出记录在CD盘导入区目录表的检索信息(包括各曲目的相对时间信息、总曲目数、总播放时间等)。并把各曲目的起始时间信息存入CPU内的RAM中。选曲播放时，CPU根据目录表信息计算激光头当前位置与目标位置的时间差，再把时间差值信息(分、秒、帧)转换成信迹条数或电压值，作为移动距离控制激光头进行高速移动。第39页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第40(三三)对数字信号处理器的控制对数字信号处理器的控制CD唱机播放时，CPU从数字信号处理器中提取已解码的Q子码数据，将其中的曲目号、播放时间等信息送显示器实时显示；同时提取子码数据中的去加重(EMPH)信号，对去加重网络进行ON/OFF控制。根据数字信号处理器提供的反馈信息(STAT信号)，对重放信号处理过程进行控制。第40页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第41第41页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第42 四、四、CDCD唱机电路唱机电路第42页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第43第二节第二节 RFRF放大与伺服信号处理放大与伺服信号处理RF放大器通常与形成聚焦、循进误差信号的电路及APC电路等集成在集成电路中。RF放大器组成:加法放大电路、波形均衡电路及数据限幅电路等。第43页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第441.1.加法放大电路加法放大电路 第44页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第45 2.2.波形均衡电路波形均衡电路(1)(1)码间干扰码间干扰 在数据识别电路中，以输出波形幅度的中点作为比较电平；当输出大于比较电平时，判断为1，低于比较电平时判断为0。因此，当U0过高(接近甚至高于比较电平)时，将导致误码，即对应凹坑处，数据识别电路判断为1。这种现象称为码间干扰第45页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第46(2)(2)波形均衡滤波器波形均衡滤波器 第46页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第473.3.数据限幅电路数据限幅电路 数据限幅电路又称数据块电平控制DSLC(Data Slice Level Control)电路，或数据切块电路。数据限幅电路作用：对RF信号作波形整形处理(又称双值化处理)，以便得到标淮的脉冲波形。设置DSLC原因：在EFM调制中，选择适当的结合码,使得相邻两个编码字形成的坑槽和镜面长度尽量相等，这样，读取的RF信号高电平、低电平发生概率相同，各为50，RF信号的直流分量为0。但因光盘制造的误差及电路特性等因素，会造成读出的RF信号产生非对称失真；此时，信号偏离原中心，产生正、负脉冲宽度误差，从而在后面的数据选通电路中，导致数据的错误读入。第47页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第48第48页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第49因此，必须设置DSLC电路，对RF信号波形进行双值化整形处理。DSLC电路能自动控制限幅电平，并以最合适的电平进行波形整形。第49页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第504.4.镜面检测电路镜面检测电路 CD唱机在工作时，常常遇到激光头横越信迹的操作；为保证准确拾取信号，需要一个判断激光束扫描在信迹上还是在镜面上的信息，这就是镜面信号(MIRR)。镜面检测工作原理：激光束扫描在信迹上拾取的平均信号电平，要比扫描在镜面上拾取的信号电平低，因此，在RF放大器后设置一电平比较器，RF放大器输出的RFO信号经底部和顶部保持电路后与比较电平进行比较，比比较较电电平平的的值值设设在在信信号号电电平平与与镜镜面面电电平平之之间间，电电平平比比较较器器的的输输出出即即为为MIRRMIRR。激光束扫描在信迹上时MIRR为低电平、在镜面上时MIRR为高电平。第50页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第51若MIRR为高电平的时间越过设定值，控制系统就会对循迹伺服环路发出控制指令，控制激光头物镜径向微动，直到MIRR低电平为止。第51页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第525.5.APC(APC(自动功率控制自动功率控制)电路电路激光二极管的光输出具有较大的负温度特性，要获得恒定的输出功率，就必须对其工作电流加以控制。电路借助监控光电二极管组成了APC电路，来保证激光二极管输出功率不受温度影响。第52页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第53第53页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第54二、伺服信号处理二、伺服信号处理在整个播放过程中，要确保激光束焦点(直径约1.0m)始终准确落在宽0.5m、间距为1.6m的螺旋形信号轨迹上。CD-DA系统规定激光束焦点跟踪信迹的允许误差是：聚焦方向为lm，径向为0.l5m。如此高的精度单靠精密机械来实现是不可能的，故CD唱机采用伺服控制的方式实现对信息轨迹高精度的动态跟踪。第54页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第551.1.聚焦伺服聚焦伺服激光头聚焦透镜将光束会聚时存在一定焦深，焦深就是有效的聚焦范围。激光头聚焦透镜的焦深约2m，而光盘旋转时上下摆动的幅度范围超过1mm；要有效地读取光盘信号面上的信息，就必须使激光头随光盘上下运动，使光盘信号面始终处于激光束焦点的焦深范围内。第55页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第561)FE检测用来取得聚焦误差信号，电位器RP1用于聚焦补偿调整。由于激光头存在制造误差(光路误差和光检测器特性误差)，使得在聚焦良好时FE0；因此设置校正电位器，通过调整RP1电位器，使得聚焦良好时FE0：第56页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第572)RP2用来调整环路增益。聚焦伺服开路的增益过大或过小时，均影响伺服系统性能。当增益过大时，抗缺陷(如CD盘上的刮伤及污迹等)干扰能力下降，甚至导致系统不能稳定工作；而当增益过小时，抗振动干扰能力下降，聚焦误差增大。因此设置调整电位器，使环路增益适中，以获得稳定的伺服。第57页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第583)校正网络用来改变FE信号的相位，调整适当时可缩短过渡过程，减少稳态误差。驱动放大用来获得足够的功率，以驱动聚焦线圈。第58页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第594)聚焦伺服只有在有效检测范围内才起作用。采用像散法时，有效检测范围为100m，而实际上，CD盘信号面与激光束焦点间的偏离范围可达500m以上。因此，要设置聚焦搜索电路，在实际偏离量超出跟踪范围而导致聚焦伺服控制失效时，能将信号面与焦点的偏离量拉入跟踪范围。第59页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第60基本原理：当离焦时，伺服处理电路将离焦信号(伺服状态SENSE)传送给控制系统，伺服控制器发出控制信号，将Sl接通，使聚焦伺服环路断开，同时将S2接通，使聚焦搜索电路产生的1Hz左右的正弦波信号，直接送入聚焦驱动放大电路，驱动聚焦透镜作大幅度上下移动，在移动过程中将焦点与光盘信号面的偏离量减小，直至落入FE检测器的跟踪范围第60页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第615)聚焦完成检测(又称FOK检测)的作用：检测激光束焦点与光盘信号面间的距离是否落入聚焦伺服跟踪范围内，一旦落入则形成FOK信号送控制系统，再由控制电路断开S1和S2，聚焦伺服环路进入跟踪工作状态。第61页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第62在聚焦搜索过程中，RF加法器输出端的信号幅度(见图315b)，会随着焦距的接近而增大，其交流成分就是激光头读取的信号。波形经隔直电容器后，得到交流成分；与相减，提取信号中的直流成分；在比较器中与基准电平VREF比较，便形成FOK信号。VREF由FE检测器跟踪范围的大小决定。第62页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第632.2.循迹伺服循迹伺服要使激光束焦点始终能精确扫描信息轨迹，且循迹允差在0.15 m之内，就需要采用循迹伺服控制。CD唱机循迹伺服的作用是在重放过程中，通过控制激光头聚焦透镜作径向偏移，使激光束焦点中心(由聚焦透镜的光心决定)能以0.15m的精度，在CD光盘信号面上循迹扫描因各种偏心因素而导致径向摆动的信息轨迹。第63页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第64TE检测用于获取循迹误差信号，电位器RP3用于循迹平衡调整。同样由于激光头光路误差和光检测器特性误差等因素、使得循迹良好时TE不为0；为此设置循迹平衡调整，使循迹良好时TE0。第64页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第65RP4是循迹增益调整电位器。为了得到稳定的循迹伺服，回路的增益要适宜。当增益过大时，抗缺陷干扰能力下降(易发生跳轨)；而当增益过小时，抗振动干扰能力下降(也导致跳轨)。因此，在循迹伺服环路必须设置增益调整电位器，以保证系统增益处于最佳值。第65页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第66循迹伺服环路设有环路控制ON/OFF开关S3，以便在不同的工作方式(正常播放/选曲播放)下实现回路通断状态的转换。正常播放方式中，S3断开，环路接通；TE信号经相位校正及放大后驱动循迹线圈。此时环路的作用是控制激光束焦点准确扫描光盘信息轨迹。第66页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第67在选曲播放方式中，S3闭合，此时TE信号不送驱动器。正向、反向跳转驱动电流源I1和I2通过接通S4/S5加到驱动放大电路，形成循迹线圈驱动电压。工作状态转换开关S3、S4、S5均由系统控制CPU的工作指令形成的伺服控制信号控制。第67页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第683.3.进结伺服进结伺服CD光盘节目区径向范围约33mm。正常播放时，激光束焦点在信号面的信息轨迹上，由内圈到外圈依次扫描信息轨迹拾取信号。要播放完节目区的全部内容，激光束必须移动33mm的范围。显然，仅依靠循迹伺服调节机构驱动聚焦透镜作径向偏移是无法实现的，必须同时配合激光头作径向移动。因此，CD唱机设有进给伺服系统，执行大范围的径向移动。在进行随机播放时，如搜索、快进、快退、选曲等工作方式中，需要激光头进行远距离轨迹跨越移动时，也必须由进给机构实现。第68页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第69正常播放：系统控制CPU通过工作指令，使伺服控制器发出进给ON/OFF信号，进给环路开关S6断开，进给伺服环路接通。此时，循迹线圈驱动信号经低通滤波、相位补偿后作为进给驱动电路的输入，该电路有一个门限电压，只有当输入高于门限电压时才有输出，因此输入电压较小时，进给电动机不旋转。第69页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第70随着播放的进行，聚焦透镜光心在循迹线圈驱动下，激光束依次从内到外扫描信息轨迹，激光束中心向外围的径向偏移量渐增，与此过程对应的循迹驱动电压波形是线性增加的阶段。当输入电压达到门限电压后，进给驱动放大器输出驱动电压，进给电动机转动，驱动激光头向外圈作径向移动，从而使激光束中心重回循迹调节机构的机械中心，此时对应的循迹驱动电压减至最小，进给驱动器输出为0，进给电动机停止旋转。然后随着播放的进行，循迹驱动电压又逐渐增加，重复以上过程。进给伺服系统在循迹驱动信号控制下，激光头作间歇式移动。第70页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第71选曲播放：控制系统通过伺服控制器发出进给ON/OFF信号，使进给环路开关S6闭合，此时进给环路断开。电流源I3或I4通过S7/S8的闭合向进给驱动电路输入正或负的电流，使进给电动机正向或反向旋转，驱动激光头向盘片外圈或内圈高速移动。移动距离是通过计算当前位置与目标仿置的时间差得到的。整个选曲播放的实现过程是在系统控制CPU控制下，进给伺服与循迹伺服、信号处理电路等部分协同动作完成的。第71页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第724.4.主轴伺服主轴伺服主轴伺服是指播放过程中，根据激光头的位置，控制主轴电动机的转速。保证整个播放过程激光束与信息轨迹的线速度保持不变。主轴伺服分三步进行：第一步为加速阶段，主轴电动机起动后，控制电路首先将主轴电动机加速至能读出帧同步信号，约500r/min。第二步为CLV速度伺服，比较信号为帧同步信号，此阶段为粗伺服。第三步为CLV相位伺服，比较信号为位时钟信号，此阶段为精伺服。第72页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第73精伺服是用锁相环电路实现，基准信号由晶体振荡器产生。重放的位时钟信号与基准位时钟信号在锁相环电路里进行相位比较，输出误差信号去控制主轴驱动电路，就能获得精确的相位伺服。第73页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第74三、伺取驱动电路三、伺取驱动电路伺服驱动电路实际上是多通道OCL或BTL功率放大器，分别驱动聚焦、循迹线圈和进给、主轴电动机。伺服驱动电路通常设有热保护电路，当过载发热严重时，自动切断电源。BTL(BridgeTiedload):常称为桥接电路中一般用两块集成IC，让其负载的两端是两个放大器的输出端。其中一个IC的输出是另外一个IC的镜像输出。这样一来负载上将得到原来单端输出的2倍电压，理论上来讲电路的输出功率也就将增加到4倍，BTL电路能充分利用电压，很容易能获得较高的功率。所以一般的多媒体音箱或其低音炮等有很多采用这种电路。BTL电路的优点：只需要单电源供电，且不用变压器和大电容，输出功率高。缺点是所用管子数量多，很难做到管子特性理想对称，且管子总损耗大，转换效率低。第74页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第75第三节第三节 数字信号处理数字信号处理CD唱机的数字信号处理电路通常由一块集成电路承担，主要功能:数据选通、位时钟恢复；帧同步检测/保护；EFM解调；CIRC解码；插补/静音；超取样数字滤波等。第75页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第76一、数据选通与位时钟恢复一、数据选通与位时钟恢复1.数据选通电路数据选通电路的作用是从DSLC输出的双值化EFM信号的311T的9种周期的脉冲序列中，正确识别这些脉冲宽度并作为数据读入。通过读出EFM信号的同步位时钟脉冲来识别脉冲宽度。第76页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第772.位时钟形成电路位时钟是数字信号的读写时钟，解调数字信号，一定要有位时钟。一般用锁相环路从EFM信号中取得位时钟，其工作原理为：输入的EFM信号用边沿检测的方法得到EFM边沿脉冲，用此边沿脉冲与VCO振荡频率进行相位比较，得到与EFM信号同相的位时钟。第77页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第78二、同步信号检测与保护二、同步信号检测与保护每帧数字信号中，除了音频数据外，还有子码及纠错码、结合码等。此外，还在各帧开始处加上 了 脉 冲 宽 度 为11T11T这样一种帧内其他数据中不存在的波形作为同步信号。检测出帧同步信号，就能确定数据的码头。第78页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第79三、三、EFMEFM解调与数据分离解调与数据分离EFM解调电路的作用：将256种14bit的EFM信号按其调制规则转换成原来的8bit数据。这种转换是采用程序逻辑矩阵(PLA)实现的。第79页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第80四、纠错与插补四、纠错与插补1.CIRC解码CIRC解码是按照CIRC编码的逆过程，依次进行C1解码、去交织及C2解码,并加以纠错、插补,还原成左右声道各6个取样点的音频数字信号。第80页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第81CIRCCIRC解码过程解码过程经EFM解调、子码分离后的32字节数据码流，以串行方式进人寄存器阵列。接着向RAM接口控制单元发出写入外部RAM请求，得到写允许响应后，在写入帧时钟(WFCK：7.35kHz)控制下，将数据写入外部RAM。读出RAM中的数据时，由读出帧时钟(RFCK)控制。这个写/读过程实际上是数据码流时基校正的过程，因为写入时钟锁相于重放EFM信号位时钟，故写入数据包含有与重放EFM信号相同的时基误差(这一误差是由主轴旋转的抖动引起的)。而读出时钟锁相于系统位时钟，因此，读出数据码流便消除了原有的时基误差。第81页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第82在RAM中，32字节为l帧的数据，先进行偶次字节的2帧延时后读出至C1解码器。在C1解码器中，将28个字节的数据与4个字节的P校验码进行纠错运算，得出4个检错因子。若数据中无误码，则4个检错因子均为0，此时4个P校验码被删去，这1帧数据中的24字节的音频数据和4字节Q校验码便原样再次写入RAM中；若数据中有误码被检出，则Cl解码器对数据进行纠错处理后，再将这1帧数据和Q校验码写入RAM中；若数据中误码太多，Cl解码器不能纠正，则产生1个C1误码标志，送至C2解码器指示该帧数据有末校正的误码。而这帧含误码的24字节数据和4字节Q校验码，原封不动地写入RAM中。第82页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第83由于在CIRC编码时，一帧数据经交织延时后分布在108帧中，所以写入RAM的每帧数据要经0108帧不等的延时去交织处理；这样，C1解码器中未能校正的误码被分散在l08帧中，再将数据逐帧送入C2解码器，利用4字节的Q校验码进行纠错解码，将误码加以纠正；若1帧内误码较多无法纠正时，则C2解码器不加改变地将这帧24字节数据写人RAM，并产生C2误码标志，下级电路根据C2误码标志进行插补或静音处理。经C2解码后的数据，在RAM中进行数据合并、解扰码后恢复为原16位的PCM数据，送至移位寄存器以串行方式输出数据。第83页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第842.2.插补与静音插补与静音CIRC解码器遇到无法纠错的误码时，将带有误码的数据帧原封不动地与C2误码标志一起送至插补/静音处理电路。插补电路通过前字保持法或线性插补法等方式对误码进行补偿。这种补偿只能在误码不太长时才有效，当误码过长，超过插补电路的工作范围时，就以淡入淡出(原值平滑过渡到零，再平滑过谈到原值)的方式跳过这段误码，以抑制噪声，这就是静音。第84页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第85第四节第四节 数字滤波与数数字滤波与数/模转换模转换一、数字滤波器CD唱机播放过程中，DSP输出的16bit音频信号数据要经过D/A转换和低通滤波(LPF)，才能还原为取样前的模拟音频信号。D/A转换器输出的只是接近原模拟信号的阶梯状态波形，该波形包含有取样前原信号所没有的高频成分(量化噪声)。这些高频成分要用LPF滤除。LPF的要求：对020kHz的音频信号能无损地通过，而对取样、量化产生的高频谐波要全部滤除。要实现这一功能，必须使用衰减特性很陡的高阶LPF。但高阶LPF的延时特性将使信号高频部分产生严重的相位失真。解决这一矛盾的办法是使用超取样数字滤波器。第85页，共129页，编辑于2022年，星期二20九月2022第86超取样就是在原来以44.1kHz为取样频率的取样点之间通过运算处理插入若干数据，其结果使取样频率增加若干倍。由于这些