1.CD唱机的组成： CD唱机由机械系统、光学系统、伺服系统、信号处理系统和控制系统等组成,如图2-37所示。可实现放音、暂停、快进、快退、编程放音、自动选曲、一曲或多曲重放多种功能,操作方便,使用灵活。
(1)CD唱片：
①CD信号。CD信号为数字信号,模拟音频信号经过采样量化成为PCM(脉冲编码调制)信号后,还要经过EFM(8~14bit调制)编码处理,并在信号中插入控制与显示信号(子码),进行曲目显示及选曲等特殊重放。记录在唱片上的CD信号被分段,每段称为一帧,如图2-38所示。帧与帧之间还要插入作为分隔符的帧同步信号。
②CD唱片的信号轨迹。CD唱片以凸凹的形式记录PCM信号,在聚碳酸酯材料的基片上压印有极高密度的凹坑,代表音乐信息及各种辅助信息,如曲目的时间、位置、信道数等。CD唱片是种光学形式的数字唱片,记录数字信号，
在CD唱片上为一系列深度为0.11um、宽度为0.42μm、长度不等的信号坑。信号坑共有3~11T九种长度,其中T为CD信号的时钟周期。
③信号的读取。CD唱片重放时采用光学非接触方式读取唱片上记录的信息。播放CD唱片时,激光拾音器发射波长为0.78μm的激光束,由CD唱机中的聚焦伺服和循迹伺服系统控制,准确照射在CD唱片的信号轨迹上,经CD唱片反射回的光线量在有信号坑处少在无坑处几乎全部被反射回来,反射光强度的变化由激光拾音器中的光敏二极管检测,变为电信号。
④CD唱片工作特点。如图2-38所示,唱片的最里圈部分称为引入区,内容为CD唱片的目录(T0C),记录CD唱片中的节目数及各节目在唱片中的位置(即从CD唱片开始位置到各节目所在位置的绝对时间)等内容,播放时可显示及选曲。CD唱片最外圈部分称为引出区,指示CD唱片上灌录节目的末尾。CD唱片在进行正常重放时,由内向外进行。
CD唱片在重放时,不是以恒定转速(或称恒定角速度CAV)旋转,而是以1.25m/s的恒线速度(CLV)旋转。转速变化范围为500~200r/min,内圈转速快,外圈转速慢,由CD唱机中的主轴伺服电路控制。
(2)机械系统：CD唱机的杋槭系统由激光拾音器、驱动机构、加载机构和减振机构组成。激光拾音器通过圆柱导轨安装在驱动机构上,用于读取激光唱片上的PCM数字信号和伺服信号,激光拾音器中还安装了轴传动装置和自动功率控制电路(APC),确保有恒定功率的激光東始终正确聚焦地跟踪唱片循迹。驱动机构执行滑板伺服和主轴旋转伺服。加载机构支撑驱动机构(包括激光拾音器)和装载CD唱片。减振机构减少外界对激光拾音器的冲击振动,可防止音乐信号丢失。
①CD唱片加载机构与主轴电动机。CD唱片加载机构是控制CD唱片托盘进出机器的装载机构,CD唱机中设有1~2个托盘位置检测开关(OPEN/ CLOSE开关、 CLOSE LIMIT开关或IN SW/OUT开关),用于检测CD唱片托盘的位置是在机内还是在机外,以及检测唱片托盘运动是否到位,以关闭或接通托盘电动机。主轴电动机(唱盘电动机)带动CD唱片做旋转运动。
②唱片的压片机构。CD唱片装入唱机后,CD唱机主轴上端的一个锥形卡盘要从CD唱片底部卡入CD唱片的中心孔内,将CD唱片顶起,使之与CD托盘分离,并与位于CD唱片上部的一个磁性压盘相配合卡牢CD唱片。该动作由主轴电动机机构整体向上移动完成,退片时主轴电动机机构向下移动,松开CD唱片。压片机构的动力由托盘电动机提供。
另一种压片机构的主轴电动机机构不动,CD唱片上部的压盘向下动作,将CD唱片压在主轴卡盘上。CD唱机也设置一个开关(UP/DOWN开关)检测该动作的完成情况。若CD唱机设置了该开关,则其状态正确与否决定了主轴电动机是否开启,即正确执行压片动作后,主轴电动机才能转动。
③径向移动系统。CD唱片旋转时,径向移动系统带动激光拾音器做径向运动,在伺服系统的控制下,激光束才能始终照射在唱片的信号轨迹上读取信息、重放、执行选曲或搜索等操作。径向移动系统的传动机构有齿
条型、丝杠型和线性电动机型,其中以齿条型和丝杠型应用较多。在激光拾音器径向移动机构中设有激光拾音器位置检测开关(1~2个),开关之一的位置相对于CD唱片的最内圈位置,称为激光拾音器起始限位开关( START LIMITSW或 INITIAL LIMIT SW),用于检测激光拾音器运行到CD唱片最内侧时的状态,如图2-39所示。当激光拾音器运行到最内侧时,激光拾音器与内侧限位开关接触,开关闭合。
另一开关位置相对于激光唱片的最外侧,用于检测激光拾音器运行到CD唱片最外侧时的状态。
(3)光学系统：CD唱片在旋转过程中,由于转盘倾斜、唱片翘曲以及唱片放置不当等将产生上下摆动,其最大幅值可达1mm,超出物镜的焦距范围,为此采用聚焦伺服机构,使尖锐微小的光斑始终照射到唱片信息面上。由于转盘和唱片的偏心以及轨迹径向偏差等原因将引起轨迹径向摆动,其最大幅值可达1.0μm,为此采用径向循迹伺服机构,使光斑始终正确地跟踪轨迹。
半导体激光器产生的激光束通过光学系统到达唱片信息反射层,然后返回到光电检测器。通过光电转换,提取唱片上存储的数字音频信号、循迹误差信号(TE)和聚焦误差信号(FE),以便进行聚焦伺服和循迹伺服处理。
光学系统由激光源、光学器件和光检测器三部分组成,即三光束拾音器光学系统,如图2-40所示。激光二极管发射一束功率恒定的激光,射到衍射光栅后,分裂成三束光。中间的光束为主光束,用于拾取射频信号及聚焦误差信号;两侧光束为辅光束,用于拾取循迹误差信号。三束光分别经偏振棱镜、准直透镜、1/4波长板以及物镜后聚焦于CD唱片上,再由CD唱片反射,经偏振棱镜后射向柱面透镜,聚焦于光检测器,光检测器由6只光敏二极管组成,如图2-41所示。主光束射到A、B、C、D等4只光敏二极管上,旁边两束光分别射向E、F两只光敏二极管上。从A、B、C、D光敏二极管上可拾取射频信号、聚焦误差信号以及寻迹误差信号。
(4)伺服系统：主要包括聚焦伺服、循迹伺服、进给伺服和主轴伺服。
①聚焦伺服。利用从反射光中检测出的误差信号,驱动聚焦物镜沿光轴方向移动,跟踪唱片的上下波动,使激光束准确聚焦。
聚焦伺服电路主要由聚焦误差检测、相位补偿及驱动电路组成,如图2-42所示。
聚焦伺服在反射光路径中的柱面透镜使光束形成图像,其形状随唱片的上下波动而改
变,再由四分割光敏二极管组成的光检测器测定光量分布的变化情况。当聚焦准确时,四分割光敏二极管上的成像为圆形,各光敏二极管接收的光量相同,聚焦误差为零,聚焦伺服电路使拾音器的物镜保持不动。若光束聚焦不正确，形成的检测光点将变为椭圆,使4个光敏二极管受光量不等。此时,光检测器将产生大小和极性不同的聚焦误差信号，聚焦误差信号经放大处理后,控制聚焦线移动,调节拾音器物镜在垂直位置,使其聚焦准确。
②循迹伺服。其工作原理与聚焦伺服相似,从反射光中提取误差信号,通过控制光点沿径向移动,以准确跟踪坑点轨迹的移动。循迹伺服电路主要由循迹跟踪误差检测、相位衤偿和驱动等电路组成,如图2-43所示。
循迹伺服控制信号用于开机后的快速自由选曲,使整个激光拾音器沿唱片径向大幅度移动,以便移到唱片上的选定部分播放。进给伺服控制信号根据唱机面板上的按键输入信息,驱动输出送往进给伺服电动机,通过滑动或摆动臂机构实现对激光拾音器的进给控制。当选曲结束,激光拾音器进入选定的循迹跟踪范围时,由中央处理器发出循迹跟踪伺服控制信号接通循迹跟踪伺服环路,进入循迹跟踪伺服。循迹误差检测提供物镜偏离循迹中心的方向和大小的信息,经相位补偿和驱动电路后变成物镜驱动器中循迹跟踪线圈的电流,产生磁场力使激光拾音器物镜沿径向移动,实现精确的循迹跟踪。
③进给伺服。在唱片正常重放时,进给伺服与寻迹伺服配合,使光束跟踪唱片轨迹;
在进行选曲、搜索等操作时,进给伺服控制整个激光拾音器快速沿唱片径向运动,在寻迹伺服的配合下完成选曲定位操作。在唱片正常重放时进给伺服控制激光拾音器所做的径向运动是间歇式的,当激光拾音器停止不动时,物镜仍可在一定范围内对唱片轨迹跟踪。随着重放的进行,物镜在寻迹伺服的作用下偏离光头中心,向唱片外侧运动继续跟踪唱片轨迹。当物镜不能继续向外侧运动跟踪轨迹时,进给伺服电动机起动,推动整个激光拾音器向唱片外侧移动一步,然后光头再次停下,由物镜完成跟踪(细)伺服。打开唱机盖,重放一张CD唱片,即可观察到激光拾音器径向进给的间歇动作。径向进给伺服是通过径向电动机控制整个激光拾音器在唱片有效工作区内做径向移动,属于跟踪粗伺服;寻迹伺服是通过光头内的跟踪线圈控制物镜在激光拾音器小范围内做径向移动跟踪唱片轨迹,属于跟踪细伺服。
进给伺服主要由低通滤波器、驱动放大器及进给电动机等组成,如图2-44所示。进给伺服的误差信号是从寻迹伺服驱动放大输出处获得,经低通滤波、进给驱动放大后,驱动进给电动机带动激光拾音器沿径向移动,从而实现进给伺服。
正常放音时,激光拾音器物镜沿着螺旋状音轨进行顺序扫描,随着放音的不断进行,物镜逐渐地偏离寻迹调节器的机械中心,并且寻迹误差信号也随之逐渐增大,当寻迹误差信号大到一定程度(某一门限电压)时,进给电动机开始工作,使激光拾音器做径向移动,此时物镜重新回到寻迹调节器的机械中心,调节器电压逐渐减小,进给电动机停止工作。放音时进给伺服动作如图2-45所示。
当选曲时,系统控制电路首先断开进给伺服回路,然后在进给电动机上加上一定的正或负电压,使激光拾音器快速地从内圈(或外圈)移至外圈(或内圈)。激光拾音器移动的距
离是通过计算以16μm为周期的寻迹误差信号的周期数后得到。
当第一次移动结束后,必须使寻迹伺服系统工作,以重放信号。由此计算出与目标位置的偏移量,然后根据再次的音轨计算,进行正向或反向的移动修正,完成整个选曲过程。
④主轴伺服。激光拾音器在CD唱片上以12-14ms的恒定线速度(CLV)扫描音轨激光拾音器在读取唱片内圈信息时唱片转得快,读取外圈信息时唱片转得慢,激光拾音器从内圈往外圈移动时,CD唱片的转速逐渐减慢,一般由500r/min减慢至200r/min主轴伺服原理如图2-46所示,射频放大器输出的EFM信号,经帧同步检出电路,取出帧同步信号,此信号与晶振产生的标准7.35Hz信号同时送到相位比较器,进行频率、相位比较,比较结果经伺服控制电路后产生主轴误差信号,经驱动放大后,控制主轴电动机旋转的速度与标准7.35Hz信号频率差或相位差为零,从而实现主轴伺服。
主轴伺服使激光拾音器在单位时间内拾取的信息量为恒量。
实现方法一:将激光拾音器拾取信息的输入速率与晶体振荡器产生的某一参考频率相比较,若信息输入速率大于参考频率,则说明主轴转速过快,此时,比较电路输出一个信号，经微处理器控制主轴伺服电路,使主轴减速,直至输入速率与参考频率相等。
实现方法二:分析时基校正器的地址关系。若唱片转速过快,则写入地址会偏向读出地址;若唱片转速过慢,则写入地址会偏离读岀地址。两个地址相减产生一个误差信号,用此信号控制主轴电动机的转速。
(5)信号处理系统：激光拾音器输出的主信号经RF放大后送到数字信号处理电路进行EFM译码、纠错等处理,然后送D/A转换器将脉冲编码的数字音频信号转换为模拟音频信号输出,如图2-47所示。数字信号处理电路还从CD数字信号中解调出控制与显示信号(即子码信号),送系统控制系统供显示和选曲等使用。激光拾音器输出的辅助信号经RF放大器处理后输出聚焦误差信号、跟踪误差信号和径向伺服误差信号,供相关伺服电路使用。
由数字信号处理电路提供比较信号供主轴伺服使用。
通常,EFM解调与数字信号处理电路集中在一块集成电路中,如图2-48所示。射频放大器输出的EFM信号送到数字信号处理器,对压控振荡器(VCO)进行锁相,使VCO的频率为数字时钟的两倍,即8.64MHz。再经闭锁/边沿检波器及23位移位寄存器,识别出EFM信号中的帧同步信号后分成两路,一路送帧同步检测器,取出帧同步信号,再送到主轴伺服电路;另一路信号送人EFM解调器进行解调,将每个14位信号恢复成对应的8位信号,同时将其中的连接位去掉。除去8位信号中的控制字和纠错字,剩余信号将两两配对成16位的PCM信号送往RAM,PCM信号经交织处理后,用RAM去交织处理,再进行纠错处理。经EFM解调后的信号先写入RAM,再送回信号处理电路。由于经RAM重新读入的数据由晶体振荡器产生的时钟脉冲控制,其不受CD唱机的转速及其抖晃影响。
(6)控制系统：CD唱机控制系统由电路控制与机械控制两部分组成,控制显示板显示、机械系统工作和唱片托盘电动机工作,如图2-49所示。
①电路控制。包括面板按键、遥控器以及开关检测(如进给内限开关、托盘出/入开关)等各种信息的输入控制,对各伺服电路控制,对数字信号源处理电路控制,对各种信
息的显示控制,对音频电路(如静噪声、去加重)控制。
②机械控制。包括出/入盘机构控制和进给机构控制等。
由功能操作按键、遥控器及状态检测传感器产生的指令信号输入微处理器,微处理器根据指令信号与CD唱机的实际工作状态进行判断和处理,产生相应的输出指令控制机械和电路工作,实现系统控制。
2.CD唱机的工作原理：
CD唱机的数字信号以凹坑或镜面的形式记录在CD唱片上,重放时,激光拾音器从唱片上拾取信号。首先激光拾音器向唱片发射激光束,激光束穿过透明的片基后聚焦到信息面上,原来直径为1mm的激光束经片基折射(折射率为1.5)后到达信息面时,变成直径为1.0μm的光点,如图2-50所示。再由唱片反射层反射回来,通过检测反射光的强弱,即可判定光点处是凹坑还是镜面,从而读取唱片上记录的数字信号。
举例:如图2-51所示,当激光束照射到凹坑时,由于反射光的衍射,造成反射光量少,此时光敏二极管输出为低电平;当激光束照射到镜面时,反射光量较多,光敏二极管输出为高电平。因此,激光拾音器发出的激光束通过扫描唱片上的凹坑或镜面,可获得强、弱不同的反射光束。该光束照射到拾音器的光检测器上,通过光检测器将反射光束的强弱变化转换成高频电信号,高频电信号送到射频放大器进行整形、放大,输出EFM信号到数字信号处理器进行EFM译码、CIRC插补等处理,还原出16位数字音频信号。经D/A转换及低通滤波后,可获得模拟的音频信号。
另外,数字信号处理器还提供串行子码资料,经系统微处理器处理后,对激光唱机进行相应控制和显示。数字信号处理器外接RAM,对资料排序及去抖晃处理。经EFM解调后的数字信号先存入RAM,再进行数据处理。RAM进行纠错处理时,对所需的资料交织排列和缓冲。
