光學儲存原理

光碟機是光學儲存領域中相當成功的應用，光學儲存就是將資料刻在 一個反射平板上面，使其表面有凹凸不平的情形，然後將固定波長之雷射 光經過聚焦後投射於其上，利用光感測器來感測由平板上反射回來的反射 光。由於平板上凹凸不平的現象會使得光造成繞射、散射等現象，因此反 射回來的光會產生明暗不同的情形；光接收器將明暗不同的照度轉成不同 電流（或電壓），最後經由波形整形和訊號處理，如此一來便可以將記錄在 平板上的資料讀回。整個過程可以由圖2-1 來表示。

光感測器 資料

介面 刻有資料之平板

入射光

波形 修整 反射光 反射光

解碼及 錯誤訂正

圖 2-1 光學基本儲存原理

光碟機系統主要分成兩部份，一部份為「資料儲存媒體」，另一部份則 是「資料存取機構」。其中「資料儲存媒體」是所謂的「光碟片」；而「資 料存取機構」即所謂的「光碟機」。

光碟片的直徑約為 12cm、厚度約為 1.2mm，以 CLV(Constant Linear Velocity)的軌道排列為例，大約有 22000 軌左右的軌道以螺旋狀緊密排 列，將螺旋軌道展開則大約有 4.5Km 的總長度。下圖 2-2 所示為光碟片表 層軌道以螺旋排列的示意。

圖 2-2 光碟片螺旋排列示意圖

以 CD 光碟片來說上兩條軌道間的距離大約為 1.6μm，軌道上有著許 多長短不一的凹洞，如圖 2-3 所示；當雷射光當照射到凹洞(Pits) 與 Land 的邊緣，會使得反射光有不同的相位差，造成有不同的明暗度，再藉由光 二極體偵測反射光的強度，將碟片的Pits 與 Land 轉成數位訊號，其如圖 2-4 所示。而為了達到高密度的儲存，縮小軌距(Track Pitch)及減少最小坑洞 (Minimum Pit Length)是最直接的方式，如此可以在相同尺寸的碟片上儲存 較多資料。縮小軌距意味著必須縮小雷射的聚焦光點才能正確地讀取資 料，聚焦光點的直徑大小通常以

NA 6 λ .

0 來決定；所以選擇波長較短的雷射

光源以及NA 值較高的透鏡再搭配上高密度碟片才能增加光碟儲存密度。

圖 2- 3 碟片表面示意圖

圖 2-4 碟片表層反射造成相位差

介紹完碟片後，接下來介紹光碟機的硬體，承如前述的光學讀取原理，

我們需要雷射光源以及光路的設計才能使光點落在碟片的反射層，這部分 我們統稱為光學讀取頭，而帶動讀取頭做垂直或水平移動的機構稱之為致 動器；控制致動器至目標位置則是根據感測反射光點的訊號搭配內部指令 來進行調整，經由此迴授的訊號以及適當的控制器設計則能讓讀取頭順利 的到達目標位置附近。除了控制光學讀取頭這部分外，另一重點則是訊號 解碼，其目的是由反射光點將碟片上的刻痕轉成數位訊號，再藉由檢查碼 以及解碼的動作始能將訊號還原成真正的資料內容，最後經過由特定的介 面與PC 傳輸或是直接撥放。圖 2-5 是 DVD 方塊圖。圖左半是 DVD-ROM 與DVD-Player 共用的部份，右邊是 DVD-player 處理訊號壓縮格式的部分。

本論文主要著重在控制部分，所以解碼或壓縮格式則不再詳述，接下來章 節將詳細介紹光碟機的各部分硬體。

溝槽深度 = λ/4 Land

λ

相位差= 2(λ/4) = λ/2

Pit Land

Track Pitch

Video

For DVD-ROM Only, Add EIDE or SCSI Interface

For DVD-Video Decode Board, Add PCI Interface

Common to DVD-ROM and DVD-Video Player DVD-Video Player and

DVD-Video Decode Board Only

Analog Audio Decoder

(AC-3, MPEG, Linear PCM)

Audio DAC

Mix

Subpicture Decoder

Front Panel Control and

Display IR Interface Read Channel

Demodulator Video CD

DRAM

CPU Bus Optical Pickup

資料來源：Dataquest (Jun. 1996)，工研院電子所 ITIS 計畫修改(Aug. 1996) 圖 2-5 DVD 方塊圖[2]