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1、 光盘驱动器的基本结构及原理 CD-ROM是光盘中的一种，直径为12cm，存储容量可达650MB-740MB，存贮量可达6亿个数据字符以上，如果单纯存放文字，一张光盘相当于15万张16开的纸。而光盘驱动器已成为计算机系统必备的外部存储设备之一。8.1 光盘驱动器的基本结构及原理 8.1.1 光盘驱动器的结构光驱由机械器件、电子器件和光学器件三部分组成。其结构包括光盘头、激光器、光电检测器、光学器件和伺服控制系统等。如图8-1所示。 1光盘头光盘头是光盘的读出系统，它发射出来的激光束照射到光盘的凹凸反光面上，被反光层反射后，经光电检测器将反射回的激光束转换为电信号，再经电子线路处理后得到信号编码
2、，编码经译码后便得到读出的数据。光盘头得到从光盘表面反射回的激光束信号，还可判断出聚焦误差、光道跟踪误差，这些误差信号使聚焦伺服系统和径向光道跟踪伺服系统动作，将激光束调整到最佳位置。光盘头的结构原理如图8-2所示。 2激光器激光器由激光二极管和聚焦透镜等组成。砷化镓半导体激光器可发射出波长为0.78祄、输出功率为0.5mW的激光束。 3光电检测器 光电检测二极管将从光盘表面反射回的激光束转换为电信号，由电信号强弱的变化，便可检测出该信号是来自光盘的凹区、凸区还是两区交界处，并得到聚焦误差、光道跟踪误差及速度误差等，从而由伺服控制系统进行实时调整。 4光学器件如图8-3所示，包括光栅、激光束分
3、离器、放大镜等，准直透镜将激光束变成圆柱形光束。激光束分离器(半反镜)使反射回的激光束射向光电检测二极管，物镜由音圈电机带动下上下移动和沿盘片的径向微量移动，使激光束焦点始终落在光盘的光道上。5伺服控制系统 在光盘驱动器中，有三个基本伺服控制系统：聚焦伺服系统、径向光道跟踪伺服系统和光盘转速控制系统。(1)聚焦伺服系统的目的是进行自动聚焦。聚焦误差检出方式一般采用非点收差法，非点收差法就是根据光盘反射面位置的变化，反射光的聚焦位置移动，通过圆柱面透镜对投影光形状进行变化，用4分割PD差动检出，如图8-4所示。利用该误差信号去控制光学头中的音圈电机，音圈电机带动物镜上下移动，使激光束焦点(直径约
4、1祄)始终落在光盘的信息面上。聚焦误差检出信号=(A+C)-(B+D)/(A+B+C+D) (2)径向光道跟踪伺服系统的目的是使激光束始终落在光盘的光道上。由于光盘上光道很密(每英寸16000条)，若光学头的激光束径向移动读另一光道信息时，有可能会使激光束移动到两光道之间，而未对准光道。径向光道跟踪伺服系统采用了与聚焦伺服系统同一个音圈电机，此电机不但可以上下移动，还可以沿光盘径向微量移动。所以物镜也可作径向微量移动，以使得激光束始终落在光盘的光道上。如图8-6所示。寻道误差检出信号=(A+B)-(C+D)/(A+B+C+D)(3)光盘转速控制系统的目的是用来控制光盘的转速。光盘转速的快慢是通
5、过单位时间读出的编码多少来得知的，当读出的编码比标定的多时，表示转速快了，反之转速慢了。因而，可用这信号去控制光盘驱动马达的转速，使其保持在要求的速度上。 为了获得较高的数据传输率，光驱多采用CAV和PCAV的数据读取技术和一光多道技术。 CAV(恒定角速度)技术采用始终恒定的马达速度读取光盘数据，使其外圈的数据传输率大大提高。高倍速光驱的标称值如52X，是指CAV技术所能达到的最大数据传输率为52倍速，即7800Kbit/s。CAV(部分恒定角速度)技术则是早期低速(12速以下)光驱采用的CLV(恒定线速度，即保持单位时间读出的编码不变)技术和CAV技术的结合，读取内圈数据时用CLV方式，此
6、时转速很快。而当马达的速度达到一定速度向外圈读取时，则采用CAV方式达到最大的读取速度，保持内外圈数据读取的稳定。24X以上的光驱都普遍采用CAV和PCAV的数据读取方式。 “一光多道”技术是激光束可以同时阅读光盘上的多条光道，因此，它比普通的单束技术读取信息范围大。而且，它所增加的数据传输率在整个光盘上都是恒定的。 8.1.2 CD-ROM光盘结构和盘中数据的存放方式 1CD-ROM光盘结构CD-ROM光盘的直径为4.75in(12cm)，中心装卡孔为15毫米，厚度为l.2mm，重量约为1418g。其结构见图8-7。标有字符一面为盘片的最上层，其实是一层涂了漆的保护层；第二层是铝膜反射层，可
7、反射激光束；第三层是聚碳酸脂透明基片。光盘制作时，是将数据从模片上转移到塑料基片上。将光学等级的塑料所制成的熔化树脂注入在一个高精度的注塑模具空腔内，模具的一面是模片。 这一过程只需要几秒钟，其产品是一个其中一面有预刻槽和数据点的塑料盘，预刻槽用来对光道进行径向定位。然后塑料盘载有数据的一面用溅镀法镀上一层极薄纯铝(在真空中利用辉光放电将氩气离子撞击铝表面, 铝原子被弹出而堆积在基板表面形成薄膜)，形成反光层。最后是在铝表面再加上一层坚固的漆膜。这一层漆保护铝膜不会被划伤，不会氧化，并可作为标签印刷的工作表面。 2CD-ROM盘中数据的存放方式 1）光道CD-ROM盘上的光道也是用来存储信息的
8、，光道是用凸坑、凹坑及凸坑和凹坑形成的坑边，对激光束的反射率不同来区别“1”和“0”信息。CD-ROM的光道是一个完整的螺旋形(为等距螺旋线)，如图8-8所示，螺旋线开始于CD-ROM的中心，光盘的光道上不分内外圈，其各处的存储密度相同(等密度存储方式)。 CD-ROM上径向道密度比磁盘大得多，每英寸有16000条，即径向道密度为16000TPI，螺旋线圈与圈之间的距离为1.6m，螺线宽度为0.6m，螺线上代表信息的凹槽深度仅为0.12m。CD-ROM上的螺旋线总长度可达5km。 2）扇区 CD-ROM上的扇区要复杂得多，CD-ROM是在CD-DA(数字音频光盘)基础上发展起来的，数据存放的物
9、理格式类似于CD-DA。CD-ROM定义了三种物理扇区方式，即扇区方式0(Sector Mode 0)、扇区方式1(Sector Mode 1)、扇区方式2(Sector Mode 2)，三种扇区方式的结构如表8-1、表8-2、表8-3所示。从表中可以看出CD-ROM中每扇区有2352个字节，每个扇区有12个同步字节，4个扇区头字节。在4个扇区头字节中，1个字节用于存放扇区方式识别码，另3个字节用于表示扇区地址，格式为：分(0-59或更大)：秒(0-59)：扇区号(0-74)。CD-ROM中的光道为螺线形，采用“分+秒+扇区号”格式。 在CD-ROM中，每秒读出75(0到74)个扇区数据的原因
10、是CD-ROM采用CD-DA技术，在CD-DA中，对音频信号的采样频率为44.1KHz，采样值用16位二进制表示，于是音频信号的数据率为：44.1?(16位，即2个字节)?(左右声道各采样一个)=176.4KB/s 而一个扇区含有2352个字节，因此：176.4?0002352=75个扇区 在扇区方式0中，除12个同步字节和4个扇区头字节内容不恒为零外，剩余的2336个用户字节的内容全为零。显然，该方式不是用于存放用户数据，在CD-ROM中，用作导人区和导出区。 在扇区方式1中，安排了4个字节的错误检测码(EDC)和276个字节的错误控制码(ECC)，此外还有8个字节未定义(即保留8个字节)，
11、只有2048个用户字节。由于扇区方式1具有很强的检错和纠错能力，因此方式1适用于保存误码率很低的信息，如计算机程序、用户数据等。 扇区方式2与扇区方式0的结构相似，但其中的2336个字节用户可以用于存放用户数据，但由于没有安排检错和纠错码，适用于存放误码率要求不高的信息，如声音、图像等。 3）CD-ROM存储容量的计算方法对于60分钟的标准CD-ROM，可以算出CD-ROM总扇区数：总扇区数=60(分钟)?0(每分钟60秒)?5(每秒读出75个扇区)=270000个扇区如存放计算机软件等重要数据来说，采用扇区方式1，则CD-ROM的总容量为：270000?048/1024/1024=527MB
12、如存放声音、图像等多媒体信号，可以采用方式2，则CD-ROM的总容量为：270000?336/1024/1024=601MB 标准CD-ROM外沿有5mm区域未使用，如果在该区域也录有数据，则CD-ROM可达74分钟。不过这一区域处于CD-ROM外沿，录人数据较困难，也不易保持清洁，因此一般不用。 对于74分钟的CD-ROM，扇区总数=74?0?5=333000 如存放计算机软件等重要数据来说，采用扇区方式1，则CD-ROM的总容量为： 333000?048/1024/1024=650MB 如存放声音、图像等多媒体信号，可以采用方式2，则CD-ROM的总容量为： 333000?336/1024
13、/1024=742MB 因此说CD-ROM的容量为527MB到742MB，但CD-ROM上的信息不一定达到这个数，即CD-ROM盘未必是满的。 8.1.3 光盘驱动器读盘原理从激光器发出的激光束经透镜准直和聚焦后，射向光盘铝反射层。当激光束照射到光盘的凹槽边界时，反射光束强弱发生变化，这时读出的为“1”数据信息，反之，当激光照射到槽底或凸面的平坦部分时，反射光强度没有变化，认为读出的是“0”数据信息。反射光导入光电检测二极管，由光电检测二极管根据反射光的强弱不同转换为用1、0表示的电信号。从而得到光盘中存储的编码信息，编码信息再经译码后，便可得到其所存的信息状态。图8-9给出了读盘过程中光束路
14、径的变化。8.1.4 光盘刻录机光盘刻录机CD-R(CD-Recordable)指的是一种允许对CD进行一次性刻写的特殊存储技术；而CD-RW(CD-ReWritable)指的是另外一种允许对CD进行多次重复擦写的特殊存储技术。CD-R的工作原理是：CD-R盘片上涂抹一些用激光就可以改变其反光特性的特殊材料。目前，市场上常见的材料有三种，它们由于颜色的不同而相对应的盘片被分别称为金盘、蓝盘、绿盘。它采用一次写入技术，刻录数据时，利用高功率的激光束射到CD-R盘片，使盘片上的介质层发生化学变化，模拟出二进制数据0和1的差别，把数据正确地存储在光盘上。CD-R可以被几乎所有CD-ROM读出和使用。
15、CD-RW盘片中的特殊介质会产生结晶和非结晶两种状态，通过激光束的照射，介质层可以在这两种状态中相互转换，达到多次重写入的目的。更准确地说CD-RW叫做可擦写的光盘刻录机。它利用较高瓦数的激光在空白的光碟片上刻出可供读的反光点。不过，可擦写是以降低反光信号为代价的，它的反光率只有20左右，比一般盘片的反光率70要小得多，所以，只能在特定的机器(如刻录机)上读。8.2 光盘子系统常见故障分析与处理光盘驱动器故障有硬故障和软故障两类。常见的硬故障有接口故障、光学器件故障、机械器件故障、控制电路故障等。引起软故障的原因大多是由驱动程序不匹配或中断设置不正确造成冲突等。 8.2.1 光盘子系统常见故障分析 1开机检测不到光驱或者检测失败 可能的原因：光驱损坏或光驱IDE接口插接不良；数据线损坏；跳线错误。 2光驱已检测到，但不能用，并提示“Invalid drive specification” 可能是光驱软件没有安装在硬盘上，或因误操作而将其删掉了；可能是Config.sys和Autoexec.bat中没有配置装入驱动软件的相应语句。 3进出盒故障 进出盒故障可能出现的原因：进出盒仓电机
