循軌伺服控制系統

2.3.1 循軌原理

承如前一節循軌伺服系統所述，一個循軌伺服系統包含了循軌致動器、

誤差感測器、誤差訊號放大器、補償控制器等。其目的是希望能將讀取頭的 光點鎖定在資料軌道上，當光點照在軌道正中央時，讀取訊號強、波形清晰；

當光點沒有照在軌道正中央時(即偏軌)，讀取訊號弱、波形模糊，導致讀取 訊號時，容易發生漏失或誤判的情形。通常我們可以將碟片的軌道與感測後 的訊號對應成一個類似S的曲線，稱為S-curve，下圖2-13是碟片軌道對應循 軌誤差的訊號。

圖 2-13 碟片表層與 TE 訊號之對應

由圖中可發現，當光點恰落在軌道的正中央，對應的曲線剛好是零點的 位置；若不在正中往兩邊偏移時，會隨著偏移的距離而增加或減少其值，我 們可以利用正負號來判定目前偏移的方向，也可利用其值來量化偏移的距 離。若偏移過大而脫離了線性區，造成波形進入下一個S曲線時，則表示已 經光點已經落到鄰近的下一個軌道上了。所以，一般將零點設為控制系統的 設置點，可預期的輸出訊號將會在零點上下跳動；藉由加入適當的控制器，

希望可以將循軌誤差壓抑在我們能容忍的範圍。至於如何形成S曲線的循軌 誤差，則在下一節詳細說明。

2.3.2 循軌誤差偵測

目前已發展成熟且較常使用的循軌誤差偵測方式有三光束法、推挽法、

外差法及差動相位檢測法，其說明如下：

1. 三光束法(Three-Beam)：三光束法顧名思義是利用三個雷射光束來達到循 軌誤差偵測的目的，也是一般CD常使用的感測方法。這種方法是利用相位 光柵繞射分光的特性，以物鏡將第0 階與±1 階共三道光束聚於光碟片上的 同一軌道。如圖2-14 所示，中間的光點就是第0 階的光點，也就是未被繞 射的光點，而在左右兩個繞射光點就是±1 階的光點。中間的光束是讀取資 料用的，另外兩個光束則是用來偵測循軌誤差。這三個光束打在光碟片上 後，會反射回讀取頭的光二極體陣列，中間的光感測器所偵測的A、B、C、

D 可以用來得到RF 訊號，而剩下的E、F 兩個光二極體正是產生循軌誤差 訊號的來源。循軌誤差訊號(TE)為E-F，在正確循軌時，由於±1 階的雷射光 束都照射在非凹洞(Land)上，所以反射光是一樣強，因此TE=0 。當雷射頭 偏左或偏右時，由於E 或F 會照射到凹洞(Pit)，所以會造成E 與F 的反射光 量不同，也就是TE<0或TE>0

圖 2-14 三光束原理

E

F

A B D

C

E

F

TE

2. 推挽法(Push-Pull)：由於光碟片上的溝槽密度相當高，如果將光碟片沿直 徑方向切開將可發現其截面是有許多整齊之溝槽所組成。而這些溝槽結構在 雷射光反射時相當於一個光柵，因此當雷射光照射在光碟片上時，會產生第 0 階與±1 階的繞射光，經由適當的安排，這三個繞射光會互相干涉，當溝 深為8l時可獲得最強的跨軌訊號，之後這三個繞射且互相干涉的反射光經由 物鏡由光二極體偵測，會因為循軌正確與否而產生不同的干涉光強度差異。

當循軌正確時，光二極體接收左右兩端的干涉光強度一致，如圖2-15所示。

若偏向任一方，則左右兩端的干涉光強度就會產生差異，因此將光二極體陣 列左右兩端訊號相減即可獲得循軌誤差訊號，這種方式也很容易實現，但是 其對碟片晃動的容忍度較差。

圖 2-15 推挽式

3. 外差法(Heterodyne)：外差法所採用的循軌訊號主要是以四分光感測器接 收繞射產生之訊號再加以計算而得。當光點打到光碟片表面時，由於光碟面 上有很多間距相同的軌道，軌道上有3T 到11T 的凹洞，因此排列整齊的凹 洞使光點產生繞射反應，故在反射光路上就有很多的繞射光束，它們彼此疊

加在一起，當光點在不同光碟面位置時，其繞射光束之相位會改變但其位置 不變。譬如作軸向掃瞄(Radial Scan)時，其重疊干涉部分之能量變化是上下 變化，但左右維持不變。當作切線掃瞄(TangentialScan)時，其重疊干涉部分 之能量變化是左右變化，而上下維持不變。故用四分光感測器可得到外差訊 號HTD=(A+C)-(B+D)。根據外差訊號和總訊號兩找做比較及訊號處理可得到 外差循軌誤差訊號。

4. 差動相位檢測法(Differential Phase Detection, DPD)：由於DVD碟片軌距約 只有CD的二分之一，所以DVD不能採用三光束法的循軌方式，而其狹小軌 距則是適合使用相位差分檢測方式來產生循軌誤差訊號。參考圖2-16，從碟 片反射回來的雷射光，會受到碟片表面凹洞繞射影響而減小，使得四分接收 器上對角和的訊號也分別減小。當光束通過凹洞時，若是在軌道的正中央，

則兩對角和的訊號會有相同相變化；若光束是在凹洞所構成軌道的右邊，則 四分接收器上1與3的對角和訊號，其相位會領先2與4的對角和訊號；反之，

若光束是在凹洞所構成軌道的左邊，則1與3的對角和訊號相位會落後2與4 的對角和訊號。

圖 2-16 四分接收器對角和之相位差