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 thiết bị lưu trữ âm dạng số Các nguồn tín hiệu âm mã hóa dạng số (ADC) Sau điều chế ghi đĩa Các tín hiệu số ghi đĩa dạng lỗ trống (pit) mặt phẳng (plat) Người ta sử dụng diode laser để tạo chùm tia laser qua hệ thống thấu kính để tập trung lượng bề mặt đĩa, cường độ tia laser phụ thuộc vào bit tín hiệu ta có pit plant tương ứng mặt đĩa : phát, người ta sử dụng tia laser chiếu mặt đĩa nhận lại tia phản xạ, tùy theo cường độ mạnh yếu tia phản xạ mà ta tạo lại bit 1, thơng tin sau đưa qua mạch hồn điệu DAC để tạo lại tín hiệu âm tần Chất lượng âm ngõ compact disc player cao nhiều so với máy ghi âm analog Đặc tín tín hiệu: • Khơng méo biến dạng • Độ tách kênh tốt • Đặc tín tần số 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 sử dụng có bước sóng λ = 780nm Ở compact disc player, chùm tia laser phát từ diodelaser có bước sóng λ = 780nm , với xạ gây bỏng da, hỏng mắt ™ Tốc độ quay đĩa: thay đổi từ 200 → 500 vòng phút ( cùng: 500v/p, 200 v/p ) Trong đĩa CD, âm mã hóa thành bit Sau ghi lên đĩa đường trịn đồng tâm từ gọi track ™ Số kênh: 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: 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 phẳng, tròn, đường kính 2cm làm policarbonat Phần tâm đĩa lỗ trịn, đường kính 15mm, phần suốt bên ngồi có đường kính từ 26 → 33mm gọi vùng kẹp đĩa, dùng để giữ cố định đĩa bàn xoay Lớp bao phủ có bề rộng từ 46mm → 117mm phản chiếu tia laser, bao gồm: • Phần Lead in: nơi chứa bảng nội dung đĩa, bảng nội dung dùng để chứa thông tin như: tổng số thời gian phát, số nhạc, thời gian cho nhạc,… • Phần Lead out: chứa thông tin kết thúc chế độ phát • Phần chương trình: chứa nội dung thơng tin lưu trữ Tín hiệu âm tần sau qua ADC 16 bit biến điệu PCM Sau đổi thành EFM ghi lên track với chiều dài pit khác nhau: 0,87 µ m → 3,18µ m , bề rộng lổ 0,5µ m Người ta dựa chiều dài pit chia chúng thành lọai khác nhau: T ( 0,87 µ m ) → 11T ( 3,18µ m ) , pit xếp liên tục track Khoảng cách track 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 thơng 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 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 khối: ™ Khối RF : có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện khuếch đại tín hiệu cấp cho khối servo khối DSP ™ Data strobe : có nhiệm vụ nhận tín hiệu RF để tách sóng EFM để trả lại mã nhị phân bit ngun thủy Ngồi cịn có nhiệm vụ tách tín hiệu đồng ghi đĩa ™ Khối DSP: có nhiệm vụ xử lý số tín hiệu, sửa sai, … ™ DAC : có nhiệm vụ phục hồi tín hiệu analog từ ngõ 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 động quay đĩa, để thay đổi tốc độ từ 200 vòng/ phút đến 500 vịng/ 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 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 track cần đọc • Sled servo : Nhận tín hiệu từ ngõ khối tracking servo để biết cần dịch chuyển đầu đọc sang track ™ CPU : Điều khiển họat động 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 VCD VII.KHỐI LASER PICKUP Laser diode: Dùng để tạo ánh sáng laser có bước sóng 780nm, hình dạng diod laser MD GND LD LD MD LD: Laser diode, dùng để phát tia laser cung cấp cho cụm quang học 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 thơng 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 Cấu tạo thực tế 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 Đường tia sáng cụm quang học: Chùm tia laser với bước sóng λ = 780nm tạo từ diode laser, giữ ổn định cường độ sáng nhờ diode mạch APC, chiếu qua lưới tán xạ ( diffraction grating grid ) để phân thành tia gồm tia để đọc tín hiệu 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 tia người ta phải dùng đến sáu diode: diode dùng để đọc thông tin track đĩa hiệu chỉnh độ hội tụ, diode để đọc tia phản xạ phụ, phục vụ cho việc hiệu chỉnh tracking Trong hệ thống tia laser: tia rọi vào track đọc, tia phụ rọi vào khoảng trống 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 Tia phụ Tracking & sled servo Disc Tracking coil RF Amp Focus Focus coil Laser Hình 4.7 Đường tia sáng cụm quang học 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 photo diode ABCD dùng nhận ánh sáng phản xạ từ tia 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 sled Diode giám sát có nhiệm vụ cảm nhận cường độ phát chùm tia laser để mạch ADC hiệu chỉnh cường độ phát cho phù hợp 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 từ diode LD mạnh mức bình thường → LED MD dẫn mạnh → ADC điều chỉnh Q dẫn yếu → LD dẫn yếu, ngược lại - Khối ADC nhận 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 thành phần: • Q4 : cấp dịng cho diode laser • LD ON : lệnh mở nguồn cho diode laser từ vi điều khiển Khi tín hiệu mức cao ( 0V ) ⇒ Q3 ngưng dẫn → Q2 dẫn mạch → cực E Q2 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 Q1 có dẫn hay khơng ⇒ Khơng có dịng điện qua LD Khi chân qua LD ON mức thấp (-5V ) ⇒ Q3 dẫn → Q2 ngưng dẫn Do đó, Q1 phân cực dẫn → Q4 dẫn ™ Nguyên lý ổn định dòng điện qua diode laser: Khi ánh sáng phát từ diode laser mạnh ⇒ MD dẫn mạnh, VB Q1 tăng → Q1 dẫn yếu → VB Q4 giảm → Q4 dẫn yếu ⇒ LD dẫn yếu lại ngược lại c Mạch ADC sử dụng IC Hầu hết máy hát CD đời sử dụng mạch ADC mạch tích hợp Các IC gắn mạch board mạch điện gắn đầu đọc Xem mạch APC dùng IC CXA 1081Q VCC LD 29 LD ON MD 17 VD CXA1081Q Hình 4.9 Mạch ADC dùng IC VCC 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 lớn để phát thay đổi nhỏ dòng điện Dạng tín hiệu mạch RF: 0,5-0,9 V Tín hiệu mẫu mắt (Eye pattern) Hình 2.34 Dạng tín hiệu mạch RF Xem IC CXA 1081M: RFI VCC 30 RF0 /LDON 29 RF- FOK 28 IN EFM 27 LD ASY 26 PD GND 25 PDCB+D CB 24 CP 23 PDCA+C 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 ... Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths Võ Đình Tùng 80 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thơng Disc Tia phụ Tia Tia phụ Tracking & sled servo Disc Tracking coil RF Amp Focus Focus coil Laser Hình... 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... 4.3 Sơ đồ khối 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 khối: ™ Khối RF : có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu quang thành tín