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15万张16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，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)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高。高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

1．CD-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l.2mm，重量约为14～18g。其结构见图8-7。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面。

2．CD-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1.6μm，螺线宽度为0.6μm，螺线上代表信息的凹槽深度仅为0.12μm。CD-ROM上的螺旋线总长度可达5km。

2）扇区

CD-ROM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