6.光碟机伺服系统之自动调整

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1、 編稿:喻啟鋒 10/19021第一章自動調整系統描述2 光碟機自動調整系統,即對品質參差不齊的光碟機機構因溫度,供應電壓,各種製造因素及元件老化所作補償的一種機制.然而對光碟片進行補償調整,主要是由於光碟片本身存在偏心,反射訊號不良問題產生,加上使用者或機器可能對光碟片造成的傷害如刮傷,有污點與透明等情況產生.至於光 碾機機構來說,下列將舉出其需要補償調整的一些現象:光碟機技術之自動調整3(1)電氣現象:光檢測器與調取頭雷射功率的變 動,前置放大器的補償電壓等.(2)電磁現象:使用在聚集與循軌音圈馬達的讀 取頭致動器特性的變動等.(3)光學現象:雷射光束形狀甸鏡片狀況與碟片 反射率所造成的變

2、動等.光碟機技術之自動調整4 在本文中,將對自動調整系統中的偏移調整,循軌平衡調整,聚集偏壓調整,迴圈增益調整作一定的探討.首先將針對自動調整機制在光碟機實際架中如何對伺服訊號進行調整流程做說明,圖1-1為伺服訊號簡略介紹.圖2-2中對組成自動調整機制的四部分加以說明.光碟機技術之自動調整5圖:1-1 伺服訊號介紹光碟機技術之自動調整6圖1-2 組成自動調整機制的四部份簡略說明光碟機技術之自動調整7(續)圖1-2 組成自動調整機制的四部份簡略說明光碟機技術之自動調整8 聚焦訊號(FE)其最先以偏移調整對其準位做校正,其系統聚焦鎖定后,進行聚焦偏壓調整,求得反射訊號之最大量及最小抖動值,最後再進

3、行迴較增益調整,以求符合聚焦迴路之系統規格,然後進入驅動器輸出驅動訊號,調整聚焦音圈馬達.至於RFDC訊號,在進行移調整后,用於聚焦偏壓調整,其後進入訊號解調程序.如下圖1-3(1)(2)所示,我們由光學頭讀取碟片反射訊號,經由前置放大器輸出各种伺服訊號FE,TE,RFDC等),隨即進入自動調整機制.首先以聚焦訊號(FE)之調整流程為例,來說明光碟機實際架中如何對伺服訊號進行調整.圖1-3(1)光碟機技術之自動調整9 循軌訊號(TE),首先進行偏移調整,以求準位校正,再進入循軌平衡調整以調整其循軌訊號準位，最后亦進行迴圈增益調整，使循軌伺服迴圈符合系統規格,然后進入驅動器,輸出驅動訊號,調整循

4、軌音圈馬達.圖1-3 (2)光碟機技術之自動調整10第二章偏移調整之分析與驗證112-1 動機 在光碟機伺服系統中,當雷射打開後,反射訊號經二极體,前置放大器及類比數位轉換器的組合會對伺服訊號造成直流直流偏壓偏壓.偏移調整主要針對聚焦訊號(FE),循軌訊號(TE)及射頻訊號(RF)移去直流偏壓並放大訊號並降低雜訊,使得光二极體理想上在黑暗區域時,其直流偏壓亦為零.若直流偏壓無法有效去除,則會造成進入DSP中之伺服訊號與雜訊一同被放大,以致資料準確性降低,並經由回授調整其聚焦及循軌伺服狀態,導致伺服不穩定.因此需要由偏移調整,使進入Servo Dsp 之伺服訊號能有效去除偏壓,確保伺服穩定.偏移

5、調整分析與驗證122.2 調整原理 如圖2-1偏移調整之架構圖所示,將模擬之伺服訊號輸入到取樣器中,而取樣器對訊號進行128次取樣,並取其平均值,亦可取256個取樣值作為平均,但是會增加一些DSP運算時間,也會影響伺服性能.SourceSampler128samples(fs=88.2KHZ)Result(Register)圖2-1 偏移詷整之架構偏移調整分析與驗證132-3 實驗 如圖2-2所示,由光二极體經前置放大器所得之伺服訊號(如RF,FE,TE等)送入伺服DSP處理,在DSP中首先經過A/D然後對信號進行128次取樣求出偏移調整補償值,其後對伺訊號減去補償值,送入數位等化器中作訊號增

6、益與之補償,並經D/A由DSP輸出,最後作為驅動訊號,即藉由偏移調整值對伺服訊號進行準位調整.圖2-2偏移調整分析與驗證142-4 實驗結果 由圖2-3 a顯示未經偏移調整之系統偏移量的十次測試平均值,雜亂分佈,而圖2-3 b為經偏移調整后,其十次測試平均偏移量區間介於2.35V2.5V間,與讀取提供之參考電壓吻合,證明其偏移值確實有經調整過,並對伺服訊號準位作補償.而且,若沒有做偏移調整,聚焦動作中极易失敗,讀取品質不好的碟片時,更易使馬達失控.圖2-3 a 偏移調整分析與驗證15圖2-3 b 偏移調整分析與驗證16第三章循軌平衡調整之分析與驗證173-1 動機 在循軌平衡調整系統中,主要針

7、循軌誤差訊號(TE)的低頻成分作調整,因為軌訊號是由讀取頭中的光二極體E與F的差別電壓值大所產生,故當循軌訊號非以前置放大器所提供之參考(VC)相對稱時,其差值經放大則導致誤差訊號準確性下降,使得雷射光點沒有處於軌道中心而偏擺至一邊,容易造成讀錯軌或鎖軌能力降低以致向內或向外失控地移動.循軌平衡調整是為了使循軌訊號在讀取頭所提供的準位下對稱,以利往後循軌及尋軌伺服性能之要求,故必須對光二極體E與F所產生的訊號做適當的調整,增加伺服穩定性.循軌平衡調整分析與驗證183-2 調整原理 如圖3-1所示,輸入兩類比低頻伺服訊號,將其做放大處理及經差分比較器求得其兩訊號之誤差值,然後經低取樣率之類比數位

8、轉換器,因處理訊號頻率較低,其後經判斷窗口,與系統之參考電壓比較後,得到一誤差控制訊號,最後經數位類比轉換器輸出,對G2進行修正調整其放大性能.我們針對平穩調整機制的影響,將其對跨軌訊號的調整作模擬如圖3-2 a及圖3-2 b所示,可知其調整前與調整後之差異,即原先跨軌訊號非以讀取頭所提供之參考電壓為中心準位,面調整後其躍準位以考電壓為主,確實有達到其要求.循軌平衡調整分析與驗證19圖3-1 循軌平衡調整之架構循軌平衡調整分析與驗證20循軌平衡調整分析與驗證圖3-2a 循軌訊號調整前之模擬圖3-2b 循軌訊號調整後之模擬213-3實驗 對於循軌平衡系統這機制如圖3-3所示,E與F訊號經由GE與

9、GF的放大後進入器,而得到跨軌記號.然後此訊號經由A/D,並在循軌平衡(Track Balance)中求出當時準位與參考準位(VC)之差異值,然後經D/A得到一修正訊號,輸出至GF對其進行調整,以求得較佳的跨軌訊號.循軌平衡調整分析與驗證圖3-3循軌平衡調整之機制223-4結果 以十片碟片樣本為主,經數位示波器量取其循軌訊號,分成調整前及調整後各十次測試資料,並求其平均值如圖3-4及圖3-5所示,可發現在其整體平均值有往上提升,相對於讀取頭所產生之參考準位則越接近,證明循軌平衡調整之性能,對各式碟片之讀取效能確有改善.循軌平衡調整分析與驗證23循軌平衡調整分析與驗證圖3-4 號調整前準位之平均

10、圖3-4 號調整後準位之平均24第四章聚焦偏壓調整之分析與驗證254-1動機 因為抖動量(JITTER)代表單位時間內訊號大小的變動量,在各種電子系統中無不要求降低其抖動量,其影響對聚焦伺服而言,決定是否由於拌動量過大造成聚焦伺服不容易切入閉迴路控制,使得聚焦鎖上.對於循軌與尋軌伺服而言,其拌動量容易造成鎖軌能力降低,軌數誤數,讀錯軌等狀況發生.對於主軸伺服控制及碟片讀出訊號解調影響更大,由於拌動量影響訊號的正確性,造成從訊號中取出的時序發生延遲，變快大中型變慢等狀況，使得轉盤失控事項解調出的資料錯誤及影音失真等情形産生。因此聚焦偏壓調整對於往後訊號解調品質及伺服不可忽視的影響，尤其對一此特殊

11、碟片更顯重要如圖4-1所示，即當讀取刮傷片或碟片太髒時，其訊號抖動量變化更大，更顯出聚焦偏壓調整的重要性。聚焦偏壓調整之分析與驗證26聚焦偏壓調整之分析與驗證圖4-1 特殊片之訊號抖動量274-2 調整原理 一般在光碟機中抖動量的來源大致可歸納爲四種：1.符號抖動量(Mark jitter),指碟片上之時序標記已呈現不規則性,故對於讀出之資料即有抖動量産生,較嚴重之情況通常發生在碟片不當生産時或對可寫入碟片燒錄不穩時2.慣性抖動量(Eccentricity jitter),指讀取頭在尋軌時呈現線性速度變動，原因在於Sled馬達之慣性.3.機械式抖動量(Mechanical jitter),主要

12、由於主軸馬 達轉 動時所産生之震動所造成.4.讀取頭抖動量(Head jitter),指在光學系統中由於聚焦偏壓的影響，決定是否得到RF訊號的最大反射量,即相對RF抖動量是否爲最小.聚焦偏壓調整之分析與驗證28 以下我們以讀取頭抖動量爲主，即在聚焦偏壓調整系統中,主要利用聚焦偏壓來控制讀取頭中物鏡的移動,以求得讀取讀號的抖動量爲最小。聚焦偏壓與接收訊號的抖動量之一般關係如圖4-2所示，兩者之間存在類似U形分布，故存在抖動量最小值之狀況。因此可藉由此項關係求出其最佳聚焦偏壓值。聚焦偏壓調整之分析與驗證圖4-2 聚焦偏壓與訊號抖動量的關係294-3 實驗 其方法爲：1.輸入聚焦偏壓的中心值，並使用

13、在該值下讀出之訊號抖動值作爲往後調整之參考值.(在此狀況下，不傳動失去聚焦狀態，爲系統硬體最基本之要求).2.當在點M時出現第一次抖動量增加(相對於前次取得之抖動量),且判斷有隨聚焦偏壓增加，抖動量減少。3.取一點有隨聚焦偏壓增加而抖動量減少即C,求出a點其隨偏壓增加而抖動量增加。4.同理，依3求出點b其隨偏壓減少而抖動量增加，但若C點至中心聚焦偏壓調整之分析與驗證30聚焦偏壓調整之分析與驗證圖4-3 最佳聚焦偏壓點示意圖314-4 結果 經過驗證其聚焦偏壓在調整前與調整後是否有所改善如圖4-4所示,白色部份代表調整前之抖動量(JITTER);黑色部份代表詷整後之抖動量(JITTER),因此可由圖中看出系統對樣本經由聚焦偏壓調整可獲得較佳之聚焦偏壓值.在實驗中,我們可發現若其初始偏壓設定過大,則光碟機系統在一開始變有可能失控,而無法控制.尤其讀取品質不好的光碟片時,這些現象更明顯.聚焦偏壓調整之分析與驗證32聚焦偏壓調整之分析與驗證圖4-3 碟片樣本一與二抖動量調整前後的差異33