《光盘驱动器的基本结构及原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光盘驱动器的基本结构及原理（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
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1 5万张1 6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
2、后得到信号编码，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
3、 8-3 所示，包括光栅、激光束分离器、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
4、，音圈电机带动物镜上下移动，使激光束焦点(直径约 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）
5、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 大大提咼。咼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
6、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 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1.2mm,重量约为1418g。其结构见图8-7
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
8、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，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1.6pm，螺线宽度为0.6pm，螺线上代表信息的凹槽深度仅为 0.12pm。CD-ROM上的螺旋线总长度可达5km。2）扇区CD-R
9、OM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
10、）。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： 1 76.4?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
11、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），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）=2
12、70000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?0
13、48/1024/1024=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?336/1024/1024=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
14、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
15、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。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
16、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Con fig.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：进出盒仓电机插针接触不良或电机烧毁；皮带老化；驱动电路损坏；进出盒机械结构中的传动机构损坏。4. 进给系统故障 故障现象：出入盒正常，但放人光盘后
