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课件目录. CD 、 VCD 机的特点与光盘结构. CD 、 VCD 机信号的记录与重放. CD 、 VCD 机机芯的组成. CD 、 VCD 机激光头. 伺服系统. 1. CD 机的特点与光盘结构. CD 唱机：（ Compact Disc 意为小型唱片），是将激光光学技术、数字信号处理技术、精密机械伺服技术及微处理器控制技术、高密度记录技术和超大规模集成电路技术等融为一体的数字音频设备。 CD 光盘：采用单面刻录方式，在直径为 12 cm 的光盘上可记录和重放 74 min 的双声道立体声高保真数字音频信号，信息量约 650Mb 。

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  1. 课件目录 • CD、VCD机的特点与光盘结构 • CD、VCD机信号的记录与重放 • CD、VCD机机芯的组成 • CD、VCD机激光头 • 伺服系统 1

  2. CD机的特点与光盘结构 CD唱机：（Compact Disc意为小型唱片），是将激光光学技术、数字信号处理技术、精密机械伺服技术及微处理器控制技术、高密度记录技术和超大规模集成电路技术等融为一体的数字音频设备。 CD光盘：采用单面刻录方式，在直径为12 cm的光盘上可记录和重放74 min的双声道立体声高保真数字音频信号，信息量约650Mb。 CD信号： CD光盘上的音频信号是采用了数字信号的处理方法，其过程是首先将模拟音频信号转变为数字音频信号，然后再将数字音频信号进行纠错、调制等技术处理后记录到CD光盘上，CD光盘上所刻录的信号，只是代表数码信息的坑点 。 2

  3. CD机的特点与光盘结构 （1）光盘的记录密度高、存储容量大。 一张12 cm的CD光盘存储大约650 MB的信息量，播放74 min高质量的双声道立体声伴音。 （2）电声性能指标高，重放的音响效果好。 主要性能指标如下： ① 频率响应：20Hz～20 kHz； ② 信噪比：大于96 dB； ③ 动态范围：大于96 dB； ④ 声道分离度：大于96 dB； ⑤ 谐波失真：小于0.05%； ⑥ 抖晃率：几乎不存在。 CD机的特点 3

  4. CD机的特点与光盘结构 （3）激光非接触读取信息，使光盘永不磨损。 （4）对光盘上的灰尘和划痕具有较强的抵御能力。 原因： ①光盘的信息表面覆盖着一层硬的保护层，使灰尘与划痕不会损伤到信息记录面； ②激光束的聚焦作用，使光盘表面的灰尘和划痕经激光束聚焦到信息记录面时的有效影响面积大大减少； ③在电路中采用了较强的误码纠错技术。 （5）节目的检索速度快，操作功能强。 例如可以方便地实现快速检索，遥控操作，可以进行随机播 放，循环重复播放等等。 （6）光盘制作成本低，特别适合于大批量生产。 因为光盘在注塑机中直接注压成形。制作过程的工序少、速度 快，在大批量生产时，成本非常低廉。 4

  5. CD机的特点与光盘结构 CD光盘的结构 盘片外径120mm，中心孔直径15mm。 从中心孔沿径向往外分五个区域，在直径（26～33）mm之间是夹片区；（46～51）mm之间是导入区；（51～116）mm之间是数区；（116～117）mm之间是导出区；（117～120）mm之间是边沿区。 CD光盘的厚度为1.2mm，从剖面看从下往上分三层：底层为衬底，一般用透明的聚碳酯塑料压铸而成，它具有良好的导光、耐热、耐湿和成型性能，是构成信息坑的主体；中间层为铝反射层，用金属铝在衬底上蒸镀形成，厚度约为0.01m，作用是反射激光；最上层为保护层，一般用硬质的聚丙烯酸酯构成，起保护铝反射层的作用，一般在上面还印有商标等内容。 5

  6. 信息坑 CD机的特点与光盘结构 CD的结构 节目区 导入区 导出区 6

  7. CD机的特点与光盘结构 7

  8. CD光盘上记录的音频信号是由0 和1构成的数字信号。光盘上记录的 信息是由0.5m宽、0.11m深、具有9种不同长度（0.83m ～3.56m）的 信息坑构成的。信息坑由内到外形成螺旋形信息纹，相邻两纹间的距离为 1.6m。CD光盘的信迹分布表情况如图所示，信迹格式如表所示。 CD机的特点与光盘结构 CD光盘信迹分布情况 8

  9. CD光盘的信迹格式

  10. CD机的特点与光盘结构 CD光盘的信号内容 共2万圈 数据块 激光头 螺旋形 信息排列 同步信号 10

  11. CD机的特点与光盘结构 CD光盘的制作过程 （1）盘基准备 在直径12cm、厚6mm经光学研磨和真空镀膜后的玻璃圆盘上均匀涂上一层0.12m厚的光刻胶，并把涂有光刻胶的盘基在65℃的烘箱中烘烤半小时左右。 11

  12. CD机的特点与光盘结构 （2）原盘刻录 将涂胶原盘置于刻录机转盘上，使转盘按恒线速度旋转。同时将需录制的音频信号经编码后送至光调制器，根据信号的高低电平对感光胶照射，使之感光，形成感光信息坑。 12

  13. CD机的特点与光盘结构 （3）化学处理 指显影和定影，把光刻胶被暴光的区域溶解掉，形成凹坑形式的信息坑，定影后的原盘如图所示。 13

  14. CD机的特点与光盘结构 （4）父盘制作 在定影后的原盘上电铸一层约（50~100）nm厚的金属原盘压模，该模称为“父盘”，其凹凸情况与原盘相反。 14

  15. 《现代视听技术》 CD机的特点与光盘结构 （5）母盘制作 通常父盘不直接用来复制商品CD光盘。用父盘通过电铸的方法复制出若干个凹凸情况与原盘一致的镀镍盘，这种盘称为母盘。 15

  16. CD机的特点与光盘结构 （6）子盘制作 指用母盘通过压铸的方法复制出若干个凹凸情况与母盘相反的注塑模，这种注塑模称为子盘. 16

  17. CD机的特点与光盘结构 （7）注塑压制光盘衬底 用子盘作为模，经注塑机压制出凹凸情况与母盘相同的光盘衬底。 17

  18. CD机的特点与光盘结构 （8）镀铝反射膜 在光盘衬底上蒸镀一层厚约0.1m的铝反射层。 18

  19. CD机的特点与光盘结构 （9）涂保护层 在铝反射层上涂上一层聚丙烯酸酯材料，用以保护铝反射层。 19

  20. CD信号的记录与重放 CD信号的记录过程 记录过程：CD-DA系统记录时，先用A/D变换器把连续的模拟音频信号转换成字长为16bit的数字音频信号，接着进行CIRC编码，形成一帧中包括24个音频信号字节和8个纠错控制字节的CIRC码，然后再把8bit的字节转换成14bit的EFM脉冲信号，最后用EFM脉冲信号对激光调制器进行控制，以信息坑有、无的形式把信号记录在CD光盘上。 CD信号记录过程所采用的关键技术有3项： （1）A/D变换技术； （2）纠错编码技术（采用CIRC纠错编码）； （3）数据调制技术（采用EFM调制）。 23

  21. 时间 多工器3 时间 多工器2 时间 多工器1 低通 滤波 A/D 变换 L 音频 纠错 编码 EFM 调制 低通 滤波 A/D 变换 光盘数字 坑点信号 同步字 R 音频 控制字 光　盘 CD信号的记录与重放 1.A/D转换和多路复用 左右两个声道的模拟声音分别进行A/D转换。 采样频率为44100HZ，每个样本为16 bit,经多路复用将样本交替排成单一的“比特流”。 数据传输率为 16bit×44100Hz×2=1.4112Mbit/s 24

  22. CD信号的记录与重放 编制帧组 左右两个声道的各6各样本，共计12个样本为一组，称为一个声音帧。排够1帧就向后电路送出。 排列顺序：L0R0L1R1L2R2L3R3L4R4L5R5 16bit×12=192bit 每帧数据为： 24个字节为了与其他数据相区别，将其命名为24个音频字符。 即： L0AL0BR0AR0BL1AL1BR1AR1BL2AL2BR2AR2BL3AL3BR3AR3BL4AL4BR4AR4BL5AL5BR5AR5B 25

  23. 8bit×24=192bit

  24. 时间 多工器3 时间 多工器2 时间 多工器1 低通 滤波 A/D 变换 L 音频 纠错 编码 EFM 调制 低通 滤波 A/D 变换 光盘数字 坑点信号 同步字 R 音频 控制字 光　盘 CD信号的记录与重放 3.CIRC纠错 （1）交叉交织器 （2）第一次里德-索罗门编码（C2编码器） 产生四个校验码，Q0、Q1、Q2、Q3 每帧就为： （3）交错延迟存储器 （4）第二次里德-索罗门编码（C1编码器） 产生四个校验码，P0、P1、P2、P3 每帧就为： （5）存储器 28个字节 32个字节 每帧数据为： 8bit×32=256bit 27

  25. 8bit×32=256bit

  26. 时间 多工器3 时间 多工器2 时间 多工器1 低通 滤波 A/D 变换 L 音频 纠错 编码 EFM 调制 低通 滤波 A/D 变换 光盘数字 坑点信号 同步字 R 音频 控制字 光　盘 CD信号的记录与重放 4.加入子码 经过CIRC纠错编码的数字信号，还要加入子码（控 制显示码、控制字），每个帧内加入一个字节（8bit） 的子码。 即：P、Q、R、S、T、U、V和W。 每帧数据为： 8bit×33=264bit 29

  27. 8bit×33=264bit

  28. 时间 多工器3 时间 多工器2 时间 多工器1 低通 滤波 A/D 变换 L 音频 纠错 编码 EFM 调制 低通 滤波 A/D 变换 光盘数字 坑点信号 同步字 R 音频 控制字 光　盘 CD信号的记录与重放 5.EFM 调制 对数据的要求？ 数据信息应该为多少位？ 数据信息是否为？ 14bit×33=462bit 包含耦合位数据信息： 14bit×33+ 3bit×33=561bit 31

  29. 时间 多工器3 时间 多工器2 时间 多工器1 低通 滤波 A/D 变换 L 音频 纠错 编码 EFM 调制 低通 滤波 A/D 变换 光盘数字 坑点信号 同步字 R 音频 控制字 光　盘 CD信号的记录与重放 6.帧同步信号 帧同步信号的作用： • 标示帧与帧之间的分界线的信息，送给CPU，以利进行同步控制； • 送给主轴伺服电路，进行光盘转速控制。 帧同步信号不同于所有其他数据信息，它由24 位数字组成： 100000000001000000000010 数据信息：561bit+27=588bit 加上它的耦合位，共27 bit. 33

  30. CD信号的记录与重放 小结 （1）CD-DA系统以帧为单元记录信号； （2）每帧中包含左、右声道各6个16bit的音频字，并把每个16bit的字分成两个8bit 的信息字，共计有24个信息字； （3）每帧中除信息字外还添加有8个8bit的纠错字和一个8bit的显示控制字； （4）每个8bit的字经EFM调制后转换成14bit的字，并在每个14bit字后增加3bit 的连接位，构成17bit的字； （5）在每帧开始处添入一个（24+3）bit的同步字。 综上所述，CD-DA系统的格式特点是：采用帧结构记录方式、CIRC纠错 编码、EFM调制，每帧中计有33个17bit的字节和一个（24+3）bit的同步 字，每帧包含的bit数为: 33×17+24+3=588（bit） 35

  31. 36

  32. 光　　盘 D/A变换 LPF RF信 号处理 同步字 分离 EFM 解调 子码 分离 CIRC纠错解码 L/R声 道分离 L输出 D/A变换 LPF R输出 同步字 子码 L/R时钟 CD信号的记录与重放 重放过程 CD-DA系统重放时，先利用激光头发出的光束把CD光盘上的信息坑还原成 EFM信号，接着进行同步检出和EFM解调，获得帧同步信号和CIRC码，然后再对 CIRC码进行解码，完成检错与纠错，还原出16bit的数字音频信号，最后用D/A转 换器把数字音频信号还原成模拟音频信号。 37

  33. CD信号的记录与重放 CD-DA系统的主要技术指标如下： （1）电声性能 声道数：2（双声道） 播放时间：60min（最大74min） 频率范围：20Hz～20kHz 动态范围：≥90dB 信噪比：≥90dB 声道分离度：≥90dB 谐波失真：＜0.05% （2）信号格式 采样频率：44.1kHz 量化级数：16bit 调制方式：EFM 二进制数：补码 纠错方式：CIRC 传输速率：2.03Mb/s 冗余度：约30% 38

  34. CD机机芯的基本组成 翻开机盖 机芯电路板 42

  35. CD机机芯的基本组成 激光头和机芯 激光头物镜 光盘定位锁定盘 43

  36. CD机机芯的基本组成 激光头的底部 激光头导轨 激光二极功率调整 光盘驱动电机 激光头连接 软排线 进给传动齿轮 电机连接插件 激光头驱动螺杆 激光头进给电机 44

  37. 光　　　盘 系统控制 　　　伺服 CD机机芯的基本组成 传动 机构 托盘进 出机构 夹持机构 加载 电机 光盘装 卸机构 激光头进 给机构 进给 电机 光盘旋 转机构 聚焦与循迹机构 主轴电机 机芯基本组成框图 45

  38. CD机机芯的基本组成 机芯的基本组成 （1） 机芯的结构：机芯主要有6大部分组成： ①托盘进出机构； ②光盘装卸机构； ③激光头进给机构； ④光盘旋转机构； ⑤夹持机构； ⑥激光束的聚焦与循迹机构。 （2）机芯中的电机：机芯中的驱动电机通常有3个： ①加载电机； ②进给电机； ③主轴电机。 46

  39. CD机机芯的基本组成 机芯各部分的主要作用机芯各机构的主要作用 （1）托盘进出机构 托盘进出机构是在微处理器的控制之下，由加载电机驱动，带动有关传动机构动作，完成托盘的移进或移出任务。当按下CD机的OPEN／CLOSE键，即可使CPU控制加载电机的正反转，实现托盘的进出动作。 （2）光盘装卸机构 也是由加载电机驱动，完成光盘的抬起（装载）和下降（卸载）动作。装载时，由加载电机带动使旋转盘抬起，使托盘中的光盘被旋转盘托起，从而实现了将光盘安装到旋转盘上的目的；卸载时，旋转盘下降，使旋转盘上的光盘被卸下来重新放回到托盘中，以便由托盘进出机构将卸下的光盘移出机外。 （3）光盘旋转机构 光盘旋转机构由主轴电机和安装在主轴电机上的旋转盘等组成，由主轴驱动电路带动主轴电机的运转，使光盘高速平稳地旋转。 47

  40. CD机机芯的基本组成 （4）夹持机构 夹持机构的作用是依靠其中的永磁体，将光盘吸附在旋转盘上，以免光盘高速旋转时的偏移。 （5）激光头进给机构 用于将激光头组件沿光盘的半径方向移动。 由进给齿轮、齿条、滑动杆和进给电机组成，进给电机由驱动电路驱动。进给机构还可根据控制指令，可以执行寻曲、静像、跳跃、重放等功能，即其前进的状态可以根据控制指令而变化。 （6）聚焦与循迹机构 分别由聚焦伺服电路和循迹伺服电路驱动激光头物镜机构的聚焦线圈和循迹线圈，以保证激光头的激光束能准确地聚焦于光盘的信号面并准确地跟踪光盘上的信号轨迹，拾取信号。 48

  41. CD机激光头 激光头拾音技术--激光头是激光唱机的关键部件 激光头作用：利用激光束读取光盘上的坑点信号，并通过光电转换，将光盘上的坑点信号转变为电信号输出。 激光头种类：有单光束和三光束两种。 单光束激光头的特点：构造简单、成本低，伺服功能强，搜索速度快，电路调整简单，一般只需调整1～2个参数，但伺服电路较复杂。 三光束激光头的特点：结构稳定可靠、抗震能力强，但结构比较复杂，电路调试点多，成本比单光束激光头稍微偏高。 56

  42. CD机激光头 激光头结构组成（三光束激光头） 激光头的内部光路结构 三光束型激光头在半导体激光器的发射口处安装有一个衍射光栅，将激光束一分为三；成为三条光束后，经半透分光棱镜和准直透镜将光束变为平行光；通过物镜机构的聚焦透镜（物镜）入射到光盘表面上；反射光则经过分光棱镜将入射光与反射光分离后；通过柱面透镜由光敏检测器接收并转换成RF信号输出。 58

  43. E B C A D F CD机激光头 激光头的光路 光盘 物镜 聚焦机构 光敏检测器 聚焦透镜 半反射镜 柱面透镜 准直透镜 衍射光栅 59

  44. CD机激光头 各部件的主要功能 （1）半导体激光器装置 ①激光二极管（LD） ：其作用是通电后发射为760～780 nm的红外激光。 ②激光功率检测二极管（PD）：其作用是将照射到其表面上的激光的光强转化为相应大小的电信号。以便通过激光功率自动控制电路（APC）对LD进行小范围的自动调节和控制，以保持激光功率的恒定。 （2）衍射光栅 其作用是把一束激光分裂成3条激光束。中间的光束是主光束（实线），用于从光盘上拾取数据，并为伺服系统提供激光束在光盘上的聚焦误差信息；在主光束两旁的激光束（虚线）为辅助光束（副束），用于为伺服系统提供循迹误差信息。 （3）偏振光分离器（偏振分光棱镜、半透棱镜） 其作用是使激光束的入射光与反射光分离。 （它是根据光的偏振现象配合1/4波长片，使垂直极化的入射激光束可以透射直通而到达光盘，而光盘上反射回来的水平极化激光束则不能透射只有折射，使反射光转向光电检测器阵列A，B，C，D，E和F）。 60

  45. CD机激光头 （4）准直透镜 准直透镜的作用是将激光束变为平行光束。 （5）1/4片波长片（也叫偏振滤波器） 1/4波长片的作用是使通过的激光束的偏振方向旋转45°。 入射光与反射光的偏振方向相差90°，由1/4波长片与偏振分光棱镜配合，即可使激光束的入射光与反射光分离。 （6）物镜 其作用是使入射光束聚焦在光盘的信号面上，并使焦点能够跟踪光盘上的信号轨迹。 在物镜上套有聚焦线圈和循迹线圈。 聚焦线圈水平放置，可以控制物镜垂直方向移动，使激光束准确聚焦在光盘信息坑上； 循迹线圈垂直放置，可以控制物镜水平径向移动，使激光束准确地跟踪光盘上的信息纹轨，达到正确地循迹的目的。 61

  46. CD机激光头 （7）柱面透镜 柱面透镜的作用是对反射的激光束进行单方向聚焦，以便产生聚焦误差信号。 当激光束在光盘上聚焦良好时，反射回来的主光束将照在ABCD 4只光电二极管的中心，形成一个圆形的光斑； 如果聚焦不良，柱面透镜将会使主光束在4只光电二极管上形成一个椭圆形光斑。 椭圆形光斑的倾斜方向与主光束在光盘上的聚焦方向有关。 （8）光电检测器阵列 光电检测器阵列的作用是进行光电转换。 它由6只光电二极管组成，6只光电二极管分别连接到几个独立的电路上，以便处理拾取到的数据，用作射频RF信号处理，聚焦和循迹控制。 三光束激光头大多装在进给驱动机构上，放音时激光头沿光盘的半径方向运动。 62

  47. 三光束型激光头的光路结构图 物镜 A D F CD机激光头 光盘 光盘上的螺纹状信息轨 迹(由凹坑和凸岛组成) 物镜：(使激光束 聚焦于光盘的信息坑 并跟踪信息纹轨) 循迹方向(横向移动) 1／4波长片：(使激光束 的偏振方向旋转45o) 聚焦方向(垂直移动) 柱面透镜：(对反射 光进行单方向聚焦) 准直透镜：(将激光束 变为平行光束) 侧视 前视 E 偏振光反射面 B C 偏振分光棱镜： (分离入射光与反射光) 光敏检测器阵列： (进行光电转换产 生RF信号，并产 生聚焦误差和循迹误差信号) 衍射光栅： (将一条激光束分裂为三条光束) 激光束 激光通/断控制 (LD：ON/OFF) LD PD 半导体激光器： (激光二极管LD和 激光功率检测二极管PD) APC 63

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