Chương 4: Compact disc player
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
ập trung năng lượng trên bề mặt của đĩa, cường độ của tia laser phụ thuộc vào các bit
ín hiệu và ta sẽ có các pit và các plant...
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
73
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông
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 74
0,5µm
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
pit
9T → 2, 60 µ m
10T → 2,89 µ m
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
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 75
IV. SƠ ĐỒ KHỐI KHI GHI TÍN HIỆU CD
Sound
PCM
soure
OP.M
Laser
Recording Photo
lens sensor
Lense control
system
Hình 4.2 Sơ đồ khối ghi tín hiệu lên đĩa CD
V. SƠ ĐỒ KHỐI KHI PHÁT
Data Strobe
RF Amp
EFM det
LEFT
LPF(L)
Focus
servo
DSP DAC
Spindle
servo
Tracking RIGHT
System LPF(R
servo control
Sled
Display
servo
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
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 77
5VAC Heater
-33VDC Display
15VAC
10VAC
+5V
0
10VAC 7805
15VAC
+8.4V
-5V
7905
-8.4V
+12V
7812
-12V
7912
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
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 78
Đĩa
Objective lens (vật kính)
Hệ thống thấu kính
Thấu kính hình trụ
Bán lăng kính Photo diode array
& tách tia A, b, C, D, E, f
Thấu
Mạch RF Amp
kính
Focus Servo
Lưới mhiễu xạ lõm
Tracking servo
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
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 79
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
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 80
Disc
Tia phụ
Tia chính
Tia phụ
Tracking & Disc
sled servo
Tracking coil
Focus
coil
RF Amp
Focus
Laser
Hình 4.7 Đường đi của tia sáng trong cụm quang học
4.
5. Khối laser diode – diode tách quang
E Tracking
servo &
Sled
A B
D C 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
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 81
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 ?)
LD MD
VCC
Q
LD
Vi xu ly 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
R4
R10
LD MD
Q3 LD ON
Q1 Q2 R7
R2 Q4
R5 R9
R6 R8 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
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
VCC
5 LD 29
LD UP
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
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 83
VIII. KHỐI RF
Focus servo
I-V
Converter
EFM
Wave
A B Adder shaper
D C
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
8 PDCA+C CP 23
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
