Chuong4

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

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

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

73

™ Đáp ứng tần số: 5 Hz → 20 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 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: 0,87 µ m → 3,18µ m , bề rộng lổ là 0,5µ m . Người ta dựa trên chiều dài của các pit và

chia chúng thành 9 lọai khác nhau: 3 T ( 0,87 µ m ) → 11T ( 3,18µ m ) , các pit này được sắp xếp liên tục trên track. Khoảng cách giữa 2 track là 1, 6µ m

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

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

3T → 0,87 µ m 4T → 1,16 µ m 5T → 1, 45µ m 6T → 1, 74 µ m 7T → 2, 02µ m 8T → 2,31µ m 9T → 2, 60 µ m 10T → 2,89 µ m

74

0,5µm

pit track

11T → 3,16 µ m

1.6µm

Lead In

Lead Out

1.2mmm

15 46 117 120mm Hình 4.1 Cấu trúc đĩa CD

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

75

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

IV. SƠ ĐỒ KHỐI KHI GHI TÍN HIỆU CD Sound soure

PCM

OP.M Laser

Recording lens

Photo sensor Lense control system

Hình 4.2 Sơ đồ khối ghi tín hiệu lên đĩa CD

V. SƠ ĐỒ KHỐI KHI PHÁT RF Amp

Focus servo

Data Strobe EFM det

DSP

LPF(L)

LEFT

LPF(R

RIGHT

DAC

Spindle servo Tracking servo Sled servo

System control

Display Power

SERVO Hình 4.3 Sơ đồ khối khi phát tín hiệu CD

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

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

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

77

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 5VAC

Heater -33VDC Display

15VAC 10VAC 10VAC0

7805

+5V

15VAC +8.4V

7905

-5V

-8.4V

7812

7912

+12V

-12V

Hình 4.4 Nguồn của một VCD

VII.KHỐI LASER PICKUP

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

MD GND LD LD

MD

0

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 )

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

78

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Đĩa Objective lens (vật kính) Hệ thống thấu kính Thấu kính hình trụ Photo diode array A, b, C, D, E, f

Bán lăng kính & tách tia Thấu kính lõm

Lưới mhiễu xạ

Laser diode

LD

MD

Hình 4.5 Khối laser pickup

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

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

Mạch RF Amp Focus Servo Tracking servo

79

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Focus coil

Objective lens

Tracking coil

Nam châm vĩnh cửu

Thấu kính tia

Thấu kính hình trụ Diode laser Photo detector Lưới tán xạ Hình 4.6 cấu tạo mắt đọc

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.

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

80

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Disc Tia phụ

Tia chính

Tia phụ Tracking & sled servo

Disc

Tracking coil

RF Amp Focus

Focus coil

Laser

4.

Hình 4.7 Đường đi của tia sáng trong cụm quang học

5. Khối laser diode – diode tách quang E A

B

D

C

Tracking servo & Sled RF. Amp & Forcus Amp

F

APC LD

MD

Hình 4.8 Khối laser diode – diode tách quang

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

81

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

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 ?) VCC

Vi xu ly

LD

Q

MD

LD

LD ON APC

FB

- 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

LD

R4

MD Q1

Q2

R7

Q3

R10

R2

LD ON

Q4 R5

R6

R8

R9

R11

R3 -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 Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng

82

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

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 VCC

5 LD

29

LD ON

6 MD 17 VD

CXA1081Q

Hình 4.9 Mạch ADC dùng IC

VCC

6. Mạch bảo vệ mắt Tray

SW IN

OUT

UP +

LD ON

-

-VCC

Hình 4.10 Mạch bảo vệ mắt Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng

UP

83

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

VIII. KHỐI RF Focus servo

I-V Converter A D

B C

Adder

Wave shaper

EFM

Focus servo

I-V Converter

Asymmetry

Hình 4.11 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: 0,5-0,9 V

Tín hiệu mẫu mắt (Eye pattern) Hình 2.34 Dạng tín hiệu ra của mạch RF

Xem IC CXA 1081M: 1 RFI

VCC 30

2 RF0

/LDON 29

3 RF-

FOK 28

4 IN

EFM 27

5 LD

ASY 26

6 PD

GND 25

7 PDCB+D

CB

24

CP

23

8 PDCA+C 9

MIRR 22

10 E

DEF 21

11 F

TE

20

12 E0

FE

19

13 E1

FE BIAS 18

14 VR

VEE 17

15 CC2

CC1 16

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