Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Chương 4: Compact Disc Player

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 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). S

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 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 λ=780nm Ở compact disc player, chùm tia laser được phát ra từ 1 diodelaser có bước sóng λ=780nm, 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

™ Đáp ứng tần số: 5Hz→ 20KHz

™ 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 46mm→ 117mm 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: 0,87µm→ 3,18µm, bề rộng lổ là 0,5 mµ Người ta dựa trên chiều dài của các pit và chia chúng thành 9 lọai khác nhau: 3 T (0,87µm)→ 11 3,18T( µm), các pit này được sắp xếp liên tục trên track Khoảng cách giữa 2 track là 1, 6 mµ

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 74

3 0,87

4 1,16

5 1, 45

6 1,74

8 2,31

9 2, 60

11 3,16

µ µ µ µ µ µ µ µ µ

→

→

→

→

→

→

→

→

→

0,5µm

track 1.6µm

pit

15

46

117 120mm

Hình 4.1 Cấu trúc đĩa CD

1.2mmm

IV SƠ ĐỒ KHỐI KHI GHI TÍN HIỆU CD

V SƠ ĐỒ KHỐI KHI PHÁT

Sound soure

Laser

PCM

OP.M

Recording

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 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

-8.4V

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 )

0

MD GND

LD

Hình 4.4 Nguồn của một VCD

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 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 tia

Lưới mhiễu xạ

Hình 4.5 Khối laser pickup

Photo diode array

A, b, C, D, E, f

3 Đường đi của tia sáng trong cụm quang học:

Chùm tia laser với bước sóng λ=780nm 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 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

Vi xu ly LD

ON

VCC

FB APC

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

R6

Q2

R5 R3

R4

R10

R8 R2

-5VDC

Nhiệm vụ của các thành phần:

• Q4 : 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 ) ⇒ Q3 ngưng dẫn → Q2 dẫn mạch →cực E của Q2 và Q3 tiến

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 82

đến mức thấp (-5V) ⇒ Q4 ngưng dẫn dù cho Q1 có dẫn hay không ⇒ Không

có dòng điện qua LD Khi chân qua LD ON ở mức thấp (-5V ) ⇒ Q3 dẫn →

Q2 ngưng dẫn Do đó, nếu Q1 được phân cực dẫn → Q4 dẫn

™ Nguyên lý ổn định dòng điện qua diode laser:

Khi ánh sáng phát ra từ diode laser quá mạnh ⇒ MD dẫn mạnh, VB của Q1 tăng → Q1 dẫn yếu →VB của Q4 giảm → Q4 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

SW Tray

-+

OUT IN

-VCC

LD ON

VCC

10 8

VEE PD

CC2

PDCB+D

DEF

15

E F

1

26

23 PDCA+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

/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

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