Bài giảng Thiết bị đầu cuối viễn thông: Compact disc player

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 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 780nmλ = . Ở compact disc player, chùm tia laser được phát ra từ 1 diodelaser có bước sóng 780nmλ = , 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 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 73 ™ Đáp ứng tần số: 5 20Hz 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 46 117mm mm→ 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 3,18m mµ µ→ , bề rộng lổ là 0,5 mµ . Người ta dựa trên chiều dài của các pit và chia chúng thành 9 lọai khác nhau: 3 T ( ) ( )0,87 11 3,18m T mµ µ→ , các pit này được sắp xếp liên tục trên track. Khoảng cách giữa 2 track là 1,6 mµ Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 74 3 0,87 4 1,16 5 1,45 6 1,74 7 2,02 8 2,31 9 2,60 10 2,89 11 3,16 T m T m T m T m T m T m T m T m T m µ µ µ µ µ µ µ µ µ → → → → → → → → → 0,5µm track 1.6µm pit Lead In Lead Out 15 46 117 120mm Hình 4.1 Cấu trúc đĩa CD 1.2mmm Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 75 IV. SƠ ĐỒ KHỐI KHI GHI TÍN HIỆU CD V. SƠ ĐỒ KHỐI KHI PHÁT Sound soure Laser PCM OP.M Recording lens Photo sensor Lense control system Hình 4.2 Sơ đồ khối ghi tín hiệu lên đĩa CD LEFT DAC RIGHT LPF(L) LPF(R DSP Data Strobe EFM det System control Power Spindle servo Tracking servo Sled servo Focus servo SERVO RF Amp Display Hình 4.3 Sơ đồ khối khi phát tín hiệu CD Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 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 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 77 -5V -8.4V 7812 +12V 5VAC 7912 Heater Display -12V -33VDC 0 15VAC 7805 10VAC +5V10VAC +8.4V 15VAC 7905 VII.KHỐI LASER PICKUP 1. Laser diode: Dùng để tạo ánh sáng laser có bước sóng 780nm, hình dạng của diod laser 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 ) LD MD 0 MD GND LD Hình 4.4 Nguồn của một VCD Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 78 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 Thấu kính hình trụ Đĩa Objective lens (vật kính) Hệ thống thấu kính Thấu kính lõm Laser diode LD MD Mạch RF Amp Focus Servo Tracking servo Bán lăng kính & tách tia Lưới mhiễu xạ Hình 4.5 Khối laser pickup Photo diode array A, b, C, D, E, f Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 79 3. Đường đi của tia sáng trong cụm quang học: Chùm tia laser với bước sóng 780nmλ = 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. Nam châm vĩnh cửu Focus coil Tracking coil Objective lens Photo detector Thấu kính hình trụ Thấu kính tia Lưới tán xạ Diode laser Hình 4.6 cấu tạo mắt đọc Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 80 4. 5. Khối laser diode – diode tách quang RF Amp Focus Disc Laser Tracking coil Focus coil Tracking & sled servo Disc Tia phụ Tia chính Tia phụ Hình 4.7 Đường đi của tia sáng trong cụm quang học B C E RF. Amp & Forcus Amp LD Tracking servo & Sled F MD D A APC Hình 4.8 Khối laser diode – diode tách quang Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 81 Vi xu ly LD ON LD VCC FB APC Q LD MD 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 ?) - 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 Q4 LD ON R9 MD Q1 R11 LD R7 Q3 R6 Q2 R5 R3 R4 R10 R8 R2 -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 Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 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 6. Mạch bảo vệ mắt Hình 4.9 Mạch ADC dùng IC VCC LD MD VD LD ON 29 UP5 6 17 CXA1081Q Hình 4.10 Mạch bảo vệ mắt UP SWTray - + OUTIN -VCC LD ON VCC Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng 83 CC1 10 8 VEE PD CC2 PDCB+D DEF 15 E F 1 26 23PDCA+C 11 E0 16 GND 13 E1 29 5 27 FOK CB VR 18 19 RFI RF- 14 6 21 30 CP IN 3 VCC 2 LD 9 MIRR /LDON FE BIAS 12 22 EFM 25 17 28 4 FE 20 24 RF0 ASY 7 TE VIII. 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: Tín hiệu mẫu mắt (Eye pattern) Xem IC CXA 1081M: I-V Converter I-V Converter Adder Asymmetry A B D C Wave shaper Focus servo EFM Focus servo Hình 4.11 Khối RF 0,5-0,9 V Hình 2.34 Dạng tín hiệu ra của mạch RF