《音响技术》课件第4章.ppt

1、第4章激光唱机第第4章激光唱机章激光唱机4.1 CD机基础知识机基础知识 4.2 CD机相关知识机相关知识 4.3 CD机拓展知识机拓展知识 第4章激光唱机4.1CD机基础知识机基础知识1982年，由荷兰飞利浦公司和日本索尼公司联合推出了一种被称为CD(CompactDisc)唱机的数字音频设备，它是利用激光头读取固化在光盘上的音频数字信息，再经电路处理还原模拟信号的音频重放设备，又称激光唱机，简称CD机。第4章激光唱机4.1.1CD机的结构与特点机的结构与特点CD机的基本组成包括机芯和电路两部分。1机芯的基本组成机芯的基本组成CD机机芯的基本组成如图41所示，主要由托盘进出机构、光盘装卸机构

2、、光头进给机构、光盘旋转机构、夹持机构和光束聚焦与循迹机构等部分组成。第4章激光唱机图41CD机机芯的基本组成方框图 第4章激光唱机托盘进出机构、光盘装卸机构与夹持机构安装在塑料机座上，托盘通过齿条与机座上的托盘进出机构中的主凸轮啮合。加载电机安装在机座上。唱片旋转机构和光头进给机构安装在钢制芯座上，通过螺钉压固在机座上。芯座嵌在升降凸轮槽内，随着升降凸轮的转动而上下移动。第4章激光唱机2.电路的基本组成电路的基本组成CD机电路的基本组成如图42所示，主要由激光头、信号处理系统、机芯伺服系统、控制显示系统、电源电路等部分组成。图42CD机电路的基本组成方框图 第4章激光唱机激光头（俗称激光拾音

3、器）主要用于读取CD唱片上的数字音频信号，它采用的是一种光学非接触读取信息方式。激光头发射波长为780nm的激光束，由CD机的伺服系统控制，准确照射在信号轨迹上，有信号坑的地方反射激光少，无信号坑的地方激光几乎被全部反射。该反射光强的变化由激光头中光电二极管接收并转变为二进制电信号。信号处理系统包括RF信号处理器、数字信号处理器、数字滤波器与音频数/模变换器以及低通滤波器等。其中数字信号处理(DSP)电路是信号处理系统的核心部分，一般使用超大规模集成电路。第4章激光唱机CD机中含有四种独立的伺服机构，其中，聚焦伺服机构使物镜作上、下微动，以使激光束正确聚焦在唱片的信号面上；循迹伺服机构使物镜作

4、径向微动，以使激光束始终对准信号轨迹中心，正确地进行扫描；进给(滑动)伺服机构使整个激光拾音器沿径向移动，完成正常读碟和特殊播放；主轴伺服机构用恒线速(CLV)方式控制光盘旋转。控制显示电路包括机芯工作状态的控制、电路工作状态的控制、键盘操作与遥控接收以及显示驱动等电路，其核心是一块专用的微处理器(CPU)芯片。CD机的电源常采用串联调整式稳压电路，高档机采用开关稳压电源电路。稳压电源向CD机各部分电路，如数字电路、模拟电路、驱动电机、显示电路等提供工作电源。第4章激光唱机3CD机的特点机的特点CD机与磁带录音机和早期的模拟唱机相比，具有如下几个方面的特点。（1）光盘记录密度高，存储容量大。由

5、于在CD光盘中采用了激光高密度记录技术，使得一张12cmCD光盘上可以存储大约650MB的信息，可以播放74min高质量的双声道立体声伴音。（2）电声性能指标高，重放音响效果好。在CD机中，由于采用了激光技术和数字信号处理技术，使信号的记录与重放技术得到极大的改善，进而使重放的声音更加逼真，音质更加完美。常用CD机的主要性能指标为：频率响应为20Hz20kHz；信噪比大于96dB；动态范围大于96dB；分离度大于96dB；谐波失真小于0.05%。第4章激光唱机（3）非接触读取信息，光盘永不磨损。由于采用激光读取光盘信息，激光头与光盘之间无任何接触，使得光盘不会发生磨损现象，易于长久保存。（4）

6、光盘制作成本低，便于大规模生产。CD光盘制作时，首先是将节目盘录制在母盘上，再将母盘制作成模具，然后在注塑机中直接注压成形。因此，光盘在大批量生产时，工序少，成本低。除此之外，CD机还具有操作功能强、检索速度快、纠错能力较强等特点。第4章激光唱机4.1.2CD机的基本工作原理机的基本工作原理CD机的主要功能是播放CD唱片。CD唱片以适当的速度旋转，激光头拾取从唱片上反射回来的激光束，重新获得数据信息，并尽可能使数据信息精确地还原为原始模拟信号。1激光拾音器激光拾音器1）激光拾音器的作用与性能要求激光拾音器的主要作用是读取CD唱片的反射信号并产生聚焦误差信号和循迹误差信号。目前市场上主要有以So

7、ny机芯为代表的三束光激光头和以Philips机芯为代表的单束光激光头，两种结构的主要区别是产生循迹误差信号的方式有所不同。第4章激光唱机为了使激光拾音器能够准确地拾取CD唱片上的数字音频信息，对激光拾音器有如下技术要求：(1)具有自动功率控制(APC)电路，保持激光二极管发射的激光束功率恒定。(2)具有自动聚焦装置，驱动物镜上下垂直移动，使激光束能准确聚焦于CD唱片的信息层，拾取最大的光反射信号。(3)具有自动循迹装置，驱动物镜左右平行移动，使激光束能准确跟踪CD唱片上的信息轨迹。(4)具有光学分光装置，能将发射光和反射光分离。(5)具有光敏接收装置，能将反射光转换成电信号。第4章激光唱机2

8、）激光拾音器的组成与工作原理激光拾音器是CD机中的关键部件，它是利用激光束从CD唱片上读取数字音频信号的光/电转换装置，主要由激光二极管、光学系统及光敏检测器等部件组成。三束光型并非使用三个激光头，而是利用光学原理将激光二极管发射出的激光束一分为三，其等效原理结构如图43所示。由于单束光型的伺服电路比三束光型的要复杂一些，所以实用产品中使用三束光型的较多。激光属于电磁波，具有波动性，它的传播是一面振动，一面向前传播。当电磁波振动平面与前进方向垂直时，称为偏振光。根据合成振动矢量的不同，又可分为直线偏振光和圆形偏振光。第4章激光唱机图43三束光型激光拾音器的等效原理结构 第4章激光唱机在图43中

9、，激光二极管发射波长为780nm的直线偏振光，光电二极管与激光二极管位置靠得很近，处于同一封装内，直接检测激光强度并将其转换为电信号，送至外部的自动功率控制电路APC。APC电路输出控制电压，控制激光二极管的受激状态，使发射的激光功率保持恒定。单束激光经过衍射光栅分裂为三束激光，中间的主光束用于从光碟上拾取数据信息，主光束两边的副光束用于产生循迹信息。第4章激光唱机三束激光穿过偏振棱镜、准直透镜形成平行光束，当继续通过由异方向结晶石英制成的14波长片时，光束偏振方向将逆时针旋转45，由直线偏振光变成圆形偏振光，借助物镜将激光束聚焦后，投射到CD唱片的信号面上。激光束经CD唱片信号面反射逆行，穿

10、过物镜，再次反向穿过14波长片，激光束偏振方向又将逆时针旋转45，变回直线偏振光，但此反射光已与入射光形成90相位差，再次通过偏振棱镜时，将发生90折射而进入柱面透镜，实现了入射光与反射光的分离 第4章激光唱机柱面透镜的作用是产生聚焦信号，当主激光束在CD唱片上聚焦良好时，反射回来的主光束照射在A、B、C、D四只光电二极管的中心，形成一个圆形光斑。若主光束聚焦不良，柱面透镜使反射主光束在四只光电二极管上形成一个椭圆光斑，且椭圆光斑的倾斜方向与聚焦不良的方向有关。光检测器阵列通常由A、B、C、D、E、F六只光电二极管组成，并按一定的阵列方式进行连接。六只光电二极管依据接收到的反射激光束的强度不同

11、，产生以下三种电信号：第4章激光唱机射频信号：RFA+B+C+D，是CD光碟的主信号，又称为眼图信号，它包含了CD光碟的全部数据信息，由主激光束照射在A、B、C、D四只光电二极管上而生成。循迹误差信号：TEE-F，由两个副激光束分别照射在E、F两只光电二极管上而生成，它包含的是主激光束偏离光碟信息轨迹的状态信息。聚焦误差信号：FE(A+C)-(B+D)，由主激光束照射在A、B、C、D四只光电二极管上而生成，它包含的是主激光束在CD光碟上的聚焦状态信息。第4章激光唱机2.RF信号处理电路信号处理电路1）RF信号处理电路的作用RF信号处理电路的主要功能是对来自激光拾音器的光电信号进行放大、对称性校

12、正及波形整形，输出能被正确识别的EFM信号，送至数字信号处理（DSP）电路；同时输出聚焦伺服和循迹伺服的误差信号，送至伺服信号处理电路。第4章激光唱机2）RF信号处理电路的组成与工作原理光检测器阵列输出三个基本信号，即EFM信号、聚焦误差信号和循迹误差信号，如图44所示。图44光检测器阵列输出信号 第4章激光唱机（1）光检测器阵列。由CD唱片反射回来的激光信息，经过六只光电二极管转换成电信号。其中，中间的四只二极管A、B、C、D按对角线形式连接，即A与C一组，B与D一组。这两组光电二极管的输出信号分别馈至聚焦误差放大器和相加放大器，光电二极管E和F的输出信号馈至循迹误差放大器。（2）聚焦误差放

13、大器。聚焦误差放大器首先对A、B、C、D四只二极管的两组输出信号分别进行放大，然后再由一个差分放大器对这两组信号进行比较放大，形成聚焦误差信号。其大小和极性与聚焦误差的程度和方向有关，如图45所示。第4章激光唱机当主激光束在CD唱片上聚焦良好时，反射回来的主光束照射在A、B、C、D四只光电二极管的中心，形成一个圆形光斑，四只光电二极管接收到的激光束相等，则聚焦误差信号FE(A+C)-(B+D)0，无聚焦误差信号产生；若主光束聚焦不良，反射回来的主光束在四只光电二极管上形成一个椭圆光斑，则聚焦误差信号FE(A+C)-(B+D)（或0），即误差信号的极性与聚焦不良所发生的方向有关，信号的幅值与聚焦

14、不良的程度有关。该误差信号驱动聚焦线圈，使物镜作垂直方向移动，完成自动聚焦功能。第4章激光唱机图45聚焦误差信号的产生原理 第4章激光唱机（3）循迹误差放大器。E和F光电二极管的输出信号只用于循迹。若两个副激光束分别照射在E、F两只光电二极管上的激光相等，则循迹误差信号TEE-F0，说明激光束没有偏离光碟信息轨迹，无循迹误差信号产生。反之，则循迹误差信号TEE-F0，有循迹误差信号产生，信号的大小和极性与循迹误差的程度和方向有关，如图46所示。该误差信号经差分放大器放大，驱动循迹线圈，使物镜作水平方向移动，完成自动循迹功能。第4章激光唱机图46循迹误差信号的产生原理 第4章激光唱机（4）相加放

15、大器。相加放大器的输入信号是A、B、C、D四只二极管的两组输出信号。这两组信号在放大器中相加，输出的是四只二极管的求和信号，该信号称为射频信号或眼图波形，它包含来自唱片上的全部数据信息，如图47所示。图47眼图波形 第4章激光唱机为了还原原始模拟音频信息，还应对射频信号作进一步处理。RF射频信号的波形反映了激光唱机和激光唱片的特性，信号周期与唱片上的凹坑或凸点的长度有关，同时也与信号处理器的时钟频率有关。信号的最短周期对应唱片上最短的凹坑或凸点的长度，等于时钟周期的三倍（时钟频率为4.3218MHz）。相加放大器的输出信号，经电容C耦合，分别送往EFM比较器、FOK放大器和镜式放大器。第4章激

16、光唱机（5）EFM比较器。相加放大器输出的射频信号，一路经EFM比较器进行放大，转换成前后沿陡峭的方波信号输出。方波信号的波形是否规范直接影响后级电路的工作状态，因为方波信号的前后沿正是代表了数据流中的数字1。在CD唱片制作过程中，CD母片的“铸模”由于连续压制会出现磨损，使得唱片的凹坑或凸点的边缘失去明显界限，CD机识别凹坑的起始点位置产生较大偏差，影响了数字1的有效检出。为此，EFM比较器通常有两路输入信号，即射频信号和ASY（不对称）电压，ASY电压是通过方波射频信号与解码器中锁相环的时钟信号相比较，再经过滤波后产生的，所以ASY信号与EFM的时基保持严格同步，可以确保数据1在准确位置被

17、检出。第4章激光唱机（6）FOK（聚焦确认）放大器。相加放大器输出的另一路射频信号送FOK放大器。CD唱片插入唱机时，聚焦伺服系统首先驱动物镜完成聚焦动作，使射频信号输出最大，经FOK放大器放大，输出一个高电平的FOK信号，该信号再送往与聚焦有关的电路，使聚焦伺服系统处于闭环受控状态。在多数CD唱机中，FOK信号同时作为唱片已经插入，要求控制电路做好放唱准备的标志。第4章激光唱机（7）镜式（循迹搜索）放大器。相加放大器输出的射频信号，第三路送镜式放大器产生镜式信号。控制电路依据镜式信号识别激光束的循迹是否正确。当镜式信号为低电平时，表示激光束正确循迹；当镜式信号为高电平时，表示激光束循迹存在偏

18、差。如果镜式信号保持高电平的时间超过规定值，控制电路将会输出触发信号，驱动循迹伺服系统纠正循迹偏差，直至镜式信号保持低电平为止。另外，唱机执行自动选曲操作时，也要用到镜式信号。在RF放大电路后面通常还有失落检测器，其作用是检测RF信号中的信号失落，稳定循迹伺服，防止失落影响，并将检测信号提供给数据切块电路进行处理，以免出现数据错位。在RF放大电路后面还有离轨检测器，其作用是当CD唱机在搜索、跳越状态时，循迹伺服电路关闭，CPU则通过离轨检测信号确定激光头的位置。第4章激光唱机3.伺服控制系统伺服控制系统1）伺服控制系统的作用与组成CD机中包含各种伺服系统，以便使激光束准确聚焦在唱片表面上，同时

19、能使激光束在唱片表面正确循迹。CD机的机械操作系统比较简单，由驱动电机、光学装置、加载/去加载机构以及能使物镜作垂直和水平移动的驱动线圈构成。CD机通常有3只电机作为机械系统的动力源，分别是托盘电机(TrayMotor)，又称装载电机，负责带动CD托盘和CD唱片压片机构动作；径向给进电机(FeedMotor)，负责带动激光头作径向移动；主轴电机(DiscMotor)，又称唱盘电机，负责带动CD唱片旋转。第4章激光唱机CD唱片装载机构是控制CD唱片托盘进出机器的装置。为了检测CD托盘的位置以及托盘移动是否到位，以便关闭或接通托盘电机，在CD机中设有位置检测开关。主轴电机系统带动CD唱片作恒线速旋

20、转。CD唱片压片机构的动力由托盘电机提供。CD唱片装入唱机后，被压片机构卡牢，这一动作由主轴电机机构整体作向上移动完成，退片时该机构向下移动，松开CD唱片。通常设一位置开关（U/DSW）检测压片动作完成情况，确保正确执行了压片动作后，主轴电机才可以转动。第4章激光唱机激光头径向移动系统的动力由径向进给电机提供。在CD唱片旋转的同时，径向移动系统带动激光头作径向移动。在伺服系统的控制下，激光束始终照射在唱片的信号轨迹上，读取信息，执行重放、选曲或搜索操作。径向移动系统的传动机构有齿条型、丝杠型和线性电机型。该系统也设有位置检测开关，相对于唱片的最内圈位置为起始限位开关，最外圈位置开关可有可无。C

21、PU根据激光头位置检测开关的状态，启动CD机激光头工作、启动或关闭激光头径向进给电机的动作。第4章激光唱机为确保激光束能准确跟踪唱片轨迹并成像在光电检测器上，按规定的速率读出数据，在激光唱机中，通常应具有以下四种独立的伺服系统：聚焦伺服系统驱动物镜垂直移动，使激光束在唱片的放音面上保持良好聚焦。循迹伺服系统驱动物镜横向移动，使激光束始终沿着信息轨迹扫描。进给伺服系统又称滑动伺服系统，与循迹伺服系统共同作用，使激光束精确跟踪信息轨迹；另外执行选曲操作时，可使激光头沿径向快速移动到指定位置。主轴伺服系统依据激光束所处的不同位置，改变主轴的旋转速度，确保唱片以恒线速度旋转，使激光头在单位时间内拾取相

22、同的信息量。第4章激光唱机2）伺服控制系统的工作原理（1）聚焦伺服系统。聚焦伺服系统的工作过程：放大聚焦误差信号，放大后的信号驱动聚焦线圈，聚焦线圈套在物镜上带动物镜作垂直移动，保持激光束在唱片的放音面上精确聚焦。聚焦伺服系统的控制原理如图48所示。第4章激光唱机图48聚焦伺服系统控制原理框图 第4章激光唱机图中系统控制电路控制聚焦伺服系统各电路协调工作。刚开机时，激光头大多不在聚焦误差S曲线跟踪范围之内，所以必须执行聚焦搜索动作，使激光头物镜在垂直方向作大幅度上下移动，找到焦点，使物镜进入聚焦伺服可以控制的范围。执行聚焦搜索时，系统控制先断开聚焦伺服环路，由系统控制向聚焦驱动电路输入锯齿波搜

23、索驱动信号，驱动物镜作上下3次搜索动作。若唱机正常，物镜动作一次即可完成搜索。找到焦点后，再接通伺服环路。聚焦搜索的另一作用是判断机内是否装入了唱片。第4章激光唱机当唱片和物镜之间的距离接近焦距，FOK检测电路输出高电平，聚焦搜索停止，接通聚焦伺服环路开关，使系统进入聚焦跟踪状态。此时，聚焦误差检测电路检测出聚焦误差信号，经放大、相位补偿、聚焦驱动电路，驱动聚焦线圈带动物镜作垂直方向上下移动，始终跟踪唱片，实现聚焦伺服控制。第4章激光唱机（2）循迹伺服系统。循迹伺服系统的工作过程：放大循迹误差信号，放大后的信号驱动循迹线圈，循迹线圈也套在物镜上带动物镜作水平移动，保持激光束在唱片的放音面上始终

24、对准信息轨迹的中心。循迹伺服系统的控制原理如图49所示。当激光束偏离信号轨迹时，循迹误差信号检测器根据偏离方向可以获取不同极性的误差信号，经相位补偿、驱动放大后输出到循迹线圈，控制物镜作径向移动，修正激光束的位置偏差，达到循迹伺服目的。第4章激光唱机图49循迹伺服控制系统原理框图第4章激光唱机（3）进给伺服系统。径向进给伺服是通过径向进给电机控制整个激光头在唱片有效工作区内作径向移动，属于循迹粗伺服。而循迹伺服是通过光头内的循迹线圈控制物镜在激光头这个小范围内作径向移动，跟踪唱片轨迹，属于循迹细伺服。唱片正常重放时，激光头物镜沿螺旋状音轨进行顺次扫描，进给伺服控制激光头所做的径向移动是间歇式的

25、，在激光头停止不动的情况下，物镜仍可以在一定范围内对唱片轨迹加以跟踪。随着重放的进行，物镜在循迹伺服的作用下偏离光头机械中心，向唱片外侧移动继续跟踪唱片轨迹，循迹误差信号逐渐增大。当物镜不能继续向外侧移动跟踪轨迹时，循迹误差信号也逐渐增大到某一门限电平，径向进给电机被启动，推动整个激光头向唱片外侧移动一步，然后光头再次停下，物镜重新回到循迹调节器的机械中心，循迹误差信号逐渐减小，进给电机停止工作，由物镜完成循迹细伺服。第4章激光唱机选曲时，系统控制电路首先断开进给伺服回路，进给电机被加上一定的正或负电压，使激光头快速地从内圈移至外圈或相反。激光头移动的距离是通过计算以1.6m为周期的循迹误差信

26、号的周期数而确定的。通常，激光头一次移动很难达到目标位置，在第一次移动后，必须使循迹伺服系统工作，重放信号，计算出与目标位置的偏移量，进行正向或反向的移动修正，完成选曲过程。进给伺服系统的控制原理如图410所示。第4章激光唱机图410进给伺服系统控制原理框图 第4章激光唱机（4）主轴伺服系统。主轴伺服的目的，就是使激光头在单位时间内拾取的信息量为一恒定值。光盘在刻录时，是以恒定线速度（CLV）刻录信息坑点的，激光头在读取光盘信息时，也应该匀速读取坑点信息。由于光盘信息轨迹的半径各不相同，要保持恒线速度旋转，主轴电机的转速应随光盘半径增大而变慢。主轴伺服系统控制原理框图如图411所示。第4章激光

27、唱机图411主轴伺服系统控制原理框图 第4章激光唱机激光头在读取唱片内圈信息时，唱片转得快些，约为500rmin；激光头从内圈向外圈移动时，CD唱片的转速应逐渐降低，一般由500r/mim减至200r/min，约有2.5倍的变化。由此可见，要保证CD唱片的恒线速度，驱动唱盘的主轴电机必须作变速运动，始终保持光头与被读取轨迹的相对速度为1.25m/s。第4章激光唱机主轴伺服原理是先从EFM信号中，经帧同步检测电路取出帧同步脉冲，主轴电机转速正常时，帧同步脉冲频率为7.35kHz（EFM信号数据频率为4.3218MHz，一个信息帧由588位数据组成，则帧同步脉冲频率为4.3218MHz588=7.

28、35kHz）。当主轴电机旋转过快或过慢时，从EFM信号中取出的帧同步脉冲频率将大于或小于7.35kHz。此时读出的帧同步脉冲频率与机内标准的7.35kHz信号同时送至相位比较器，进行频率、相位比较。比较结果送伺服控制电路，产生主轴伺服误差信号，经驱动放大后，改变主轴电机的旋转速度，使帧同步脉冲频率自动锁定在7.35kHz，以避免由此而引起的图像抖动和彩色闪烁。第4章激光唱机4.数字信号处理（数字信号处理（DSP）电路）电路1）DSP电路的作用与组成DSP电路的主要功能是把模拟信号形式的RF信号进一步整形成数字EFM信号，并进行EFM信号解调，再经过纠错、去交织等处理，输出音频数据至D/A变换器

29、；同时分离出子码数据，送CPU进行系统控制和显示。EFM解调与数字信号处理电路原理框图如图412所示。第4章激光唱机图412EFM解调与数字信号处理电路原理框图 第4章激光唱机2）DSP电路的工作原理射频放大器输出EFM信号送数字信号处理电路，对VCO进行锁相，使压控振荡器VCO的输出信号频率为8.6436MHz，经二分频电路产生4.3218MHz的位时钟信号；同时，EFM信号经闭锁/边沿检波器送23位移位寄存器。寄存器的输出分两路，一路送帧同步检波器，取出帧同步信号，送主轴伺服电路，控制主轴电机的转速；另一路送EFM解调器进行解调，将每个14位数据恢复为对应的8位数据，同时将其中的耦合位去掉

30、，再除去其中的控制字和纠错字，将剩下的数据两两配对成16位PCM数据。第4章激光唱机经EFM解调后的PCM数据信号，一般要先写入RAM，然后从RAM中读出，再送回信号处理电路。由于经RAM重新读出的数据，受晶体振荡器产生的位时钟脉冲控制，从而消除了唱机转速变化及其抖晃对数据读出的影响。由RAM重新读出的PCM数据，经过CIRC纠错、补偿、去交织等运算处理后，以串行方式输出串行数据到数字滤波器和D/A变换器，还原出原始模拟音频信号。子码解码器用于从数据流中检测出8位控制数据信息，将这些控制信息送微处理器，进行系统控制和显示。第4章激光唱机5.数字滤波器和数字滤波器和D/A变换器变换器1）数字滤波

31、器和D/A变换器的作用数字滤波器的主要作用是提高音频信号的信噪比，D/A变换器的作用是将DSP电路输出的数字音频信号转换成模拟音频信号。第4章激光唱机2）数字滤波器和）数字滤波器和D/A变换器的工作原理变换器的工作原理D/A变换器在将数字音频信号转换成模拟音频信号的过程中，会产生量化噪声和重叠噪声，降低了音频信号的信噪比。数字滤波器采用过量取样技术，即通过内插方式使取样频率倍增，可以有效降低量化噪声和重叠噪声，改善滤波效果，提高音频信号的信噪比。第4章激光唱机D/A变换器把DSP电路输出的音频数字信号转换成模拟音频信号，通常有两种方式：（1）采用数字信号直接控制模拟电子开关网络，通过开关切换权

32、电流或权电阻。例如将16位数字信号送入由16位电子开关网络组成的D/A变换器，对应数字信号为1的电子开关将闭合，将所有对应于数字1的支路电流相加，再经过电流电压变换，就可获得一个与该数字信号所含1的个数成正比的模拟电压值。当连续不断的数字信号输入D/A变换器，便能获得原始模拟信号。常用模拟开关网络的位数有16位、18位、20位、24位之分。位数越多，则D/A变换的精度越高，信号还原越准确，信噪比越高，音质、音色的保真度越好。（2）利用脉冲宽度调制器（PWM）将16bit的数字信号转换成比特流，即转换成脉宽与之数据大小相对应的脉冲串，再通过低通滤波器将脉冲串积分成与之大小相对应的音频信号。第4章

33、激光唱机6.控制与显示系统控制与显示系统1）控制与显示系统的作用CD机的控制系统是整机的指挥中枢，如图413所示。控制系统的核心是微处理器，其内部固化了系统软件程序、存储器、输入/输出接口等。微处理器的输入信号来自各功能操作按键、遥控器、状态检测传感器、各限位开关所产生的操作信息。微处理器根据这些信息与CD机的实际工作状态进行判断和运算，产生各种控制指令，输出到相应的执行机构，同时将有关信息通过显示器显示出来。第4章激光唱机图413CD机的控制系统框图 第4章激光唱机2）控制与显示系统的组成与工作原理控制系统由电路控制和机械控制两部分组成。电路控制包括：按键、遥控器、各种开关检测等信息的输入、

34、各伺服电路控制、数字信号处理电路控制、各种信息的显示控制、音频电路（如静噪、去加重）控制等。机械控制包括：出入盘机构的控制、进给机构的控制等。第4章激光唱机微处理器输出各种状态信息，驱动多功能显示屏，可以显示系统的工作状态。目前CD机普遍采用液晶显示或荧光屏显示方式。由于液晶本身不发光，所以液晶显示需借助其它发光体作为背景光源；荧光显示是一种真空管式结构，显示器中的每个字符为一个显示单元，显示单元中的字符笔划由金属片组成，金属片上涂以荧光粉，并作为真空管的阳极。显示器的多个单元共用一个阴极，通过灯丝给阴极加热，使阴极发射电子，电子发射到阳极使阳极发光，显示出相应字符。栅极电压相对阴极为负，可以

35、控制电子飞向阳极，每个显示单元的栅极连接在一起。为了显示多种字符，显示屏通常由多个显示单元构成，微处理器通过对这些栅极进行快速扫描，实现多字符显示。第4章激光唱机7.电源系统电源系统1）CD机电源系统的作用CD机的电源系统为数字处理电路、各种伺服电路、模拟信号放大电路、电机及显示电路等提供所需的各种电源，其中包括：供CPU及小信号处理电路（LD、RF放大、DSP、数字滤波器）的5V稳压电源，供驱动电机及音频放大电路的8V非稳压电源，供多功能显示屏灯丝的1.5V交流电源和直流30V的屏栅电源等。第4章激光唱机2）CD机电源系统的组成与工作原理CD机的电源系统主要有串联调整式稳压电源和开关稳压电源

36、两种电路形式。串联调整式稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等部分组成。基本稳压原理是由取样电路检测输出电压的变化，通过反馈的方式控制调整管的导通状态，使输出电压基本保持不变。串联调整式稳压电源的结构框图如图414所示。第4章激光唱机图414串联调整式稳压电源的结构框图 第4章激光唱机开关稳压电源的核心是一个DC/DC变换器，基本稳压原理是由取样电路检测输出电压的变化，通过反馈的方式改变开关脉冲的占空比或频率，使输出电压基本保持不变；另外通过改变开关变压器的匝数比可获得不同的直流电压。开关电源的结构框图如图415所示。第4章激光唱机图415开关电源的结构框图 第4章激光唱机8.C

37、D机实用电路分析机实用电路分析采用Sony方案的CD机主电路框图如图416所示。主要电路由以下四块集成电路组成：D110：RF信号处理电路CXA1821M。D109：数字信号处理与数字伺服处理电路CXD2545Q。D105：聚焦、循迹、进给和主轴电机驱动电路BA6392FP。D111：加载电机驱动电路BA6209A。第4章激光唱机图416Sony方案的CD机主电路框图 第4章激光唱机该电路工作时，激光头将唱片反射回来的激光信号转换为高频电信号，送RF信号处理电路D110，该高频信号经D110放大、整形等处理，输出EFM信号送数字信号处理和数字伺服处理电路D109。D109的输出信号分两路，一路

38、为聚焦误差、循迹误差等伺服信号，送D105进行驱动放大后，分别实施对聚焦线圈、循迹线圈、进给电机、主轴电机的伺服控制；另一路为数据信号，包括串行数据（DATA）、位时钟（BCK）、左右声道信号（LRCK）等，该路信号送解码电路，还原模拟音频信号。第4章激光唱机复位时钟和数据通信电路如图417所示。接通电源瞬间，复位脉冲对微处理器进行复位，同时输出复位脉冲送D109的81脚，D109完成复位后，电路进入正常工作状态。图417复位时钟和数据通信电路 第4章激光唱机图418托盘进/出控制电路 第4章激光唱机当微处理器收到闭仓（CLOSE）指令时，从D111的3脚输入加载信号，经D111放大后，由7、

39、8脚输出驱动电流，使加载电机正转，将托盘水平移动至机内播放位置。托盘到位后，位置开关S1闭合，将托盘进仓到位的信息输入微处理器，微处理器输出信号控制加载电机停转，完成托盘进仓动作。当微处理器收到开仓（OPEN）指令时，微处理器向D111的2脚输出卸载信号，经D111放大后，由7、8脚输出反向驱动电流，使加载电机反转，将托盘水平外移至机外固定位置。托盘到位后，位置开关S2闭合，将托盘出仓到位的信息输入微处理器，微处理器输出信号控制加载电机停转，完成托盘出仓动作。第4章激光唱机图419激光头组件控制电路 第4章激光唱机CD机加电后，激光头被复位，微处理器输出激光二极管工作指令（LDON），并送D1

40、10的19脚，D110的1脚被置于低电平，三极管V103导通，为激光二极管LD提供驱动电流，激光二极管发射激光。当激光强度过强或过弱时，激光检测二极管PD将激光强度转变为电信号送APC电路，经APC电路运算放大后，通过改变D110的1脚电压，控制V103的导通状态，改变LD的发光强度，达到自动控制LD发光功率的目的。图中电位器用于设置PD的偏置电压，调整电位器可设置LD发射的初始激光功率。第4章激光唱机索尼机芯激光头采用6分光敏接收器，如图417所示。其中光敏管A、B、C、D用于接收主激光束，产生聚焦误差信号与RF信号；两个边缘光敏管E、F接收辅助激光束，产生循迹误差信号。若物镜聚焦良好，主激

41、光束照在A、B、C、D上的是一个正圆，如图420（a）所示，各光敏管接收相等光通量，则(A+C)-(B+D)0，此时无聚焦误差信号输出。当物镜聚焦不良时，照在A、B、C、D上的是一个横向或竖向椭圆，如图420（b），（c）所示，此时在A、B和C、D上的光通量不等，即(A+C)-(B+D)0，此信号即为聚焦误差信号。第4章激光唱机图420激光头6分光敏接收器 第4章激光唱机如图419所示，将聚焦误差信号送D109进行数字处理，由D109的8、9脚输出聚焦伺服PWM信号，经D105进行聚焦驱动放大，由D105的1、2脚输出驱动信号，接入聚焦线圈，聚焦线圈带动物镜进行垂直移动，保持最佳聚焦状态。光敏

42、二极管E、F为循迹伺服提供误差信号，激光头的两束辅助光束经唱片反射后照射在E、F上。当激光束循迹正确时，E、F上的光信号强度相等，E-F=0，无循迹误差信号产生；当激光束循迹发生偏离时，E、F上的光信号强度不相等，E-F0，此信号即为循迹误差信号。将该信号送D109进行数字处理，由D109的4、6脚输出循迹伺服PWM信号，经D105进行循迹驱动放大，由D105的12、13脚输出驱动信号，接入循迹线圈，循迹线圈带动物镜进行水平微动，保持最佳循迹状态。第4章激光唱机进给误差信号也由光敏接收器E、F产生。将循迹误差信号经低通滤波器取出低频成分，形成进给误差信号。将该信号送D109进行数字处理，由D1

43、09的2、100脚输出进给伺服PWM信号，经D105进行进给驱动放大，由D105的16、17脚输出驱动信号，驱动进给电机转动，并带动激光头作步进水平位移，但位移量不可超出循迹伺服控制范围。由D110输出的RF信号送D109进行数字处理，由D109的96脚输出主轴伺服PWM信号，经D105进行驱动放大，由D105的26、27脚输出驱动信号，驱动主轴电机转动。由于采用了PLL锁相环电路，主轴驱动信号与位时钟频率保持严格同频同相，使主轴电机保持恒线速度转动。第4章激光唱机实训实训8CD机机芯的拆卸与安装机机芯的拆卸与安装1实训目的实训目的(1)掌握CD机机芯拆卸与安装的一般方法及基本操作技能。(2)

44、掌握CD机机芯拆卸与安装的注意事项及安全规范。2实训设备与工具CD机1台，防静电工作台1张，平口金属夹2个，防静电无尘软布1块，塑料零件盒1个，常用电子操作工具1套。第4章激光唱机3实训内容、方法与步骤实训内容、方法与步骤（1）CD机的拆卸步骤。机盖带仓前盖机芯组件夹持盖碟片托盘激光头前面板印刷板后盖组件。（2）拆卸上机盖。拔下电源插头，用螺钉旋具（十字螺刀）拧下机身两边和后边的螺钉，然后轻轻拉开左右两边，并将机盖后半部分向上微抬，取下机盖，如图421所示。第4章激光唱机图421上机盖拆卸示意 第4章激光唱机(3）拆卸带仓前盖。通电拆卸：插上电源插头，按下进/出盒键，打开托盘，如托盘内有光盘，

45、取出放妥，用双手将带仓前盖向前拔出，按下进/出盒键，关闭托盘，拔下电源插头。断电拆卸：拔下电源插头，用手转动带仓电机的皮带轮，打开托盘，如托盘内有光盘，取出放妥，用双手将带仓前盖向前拔出，用手转动带仓电机的皮带轮，关闭托盘。拆卸带仓前盖如图422所示。第4章激光唱机图422带仓前盖拆卸示意 第4章激光唱机（4）拆卸机芯组件。用螺钉旋具（十字螺刀）拧下机芯与机箱连接的螺钉，然后轻轻向后上方拉出机芯，如图423所示。图423机芯组件拆卸示意 第4章激光唱机（5）拆卸夹持盖。将夹持盖两边的2个卡簧片轻轻向外拨动（双手配合），使夹持盖与机芯架松脱，然后向上方取出夹持盖。（6）拆卸碟片托盘。用镊子将碟片

46、托盘的固定弹簧取下，取出固定片，用手转动带仓电机的皮带轮，向外移出托盘，同时将横臂与旋转凸轮脱离，用小平口螺刀将托盘两边的2个塑料卡簧片轻轻向外拨动（两边配合），使托盘与机芯架松脱，然后轻轻向前方推出碟片托盘。第4章激光唱机（7）拆卸激光头。将激光头与印制电路板相连的柔性接线排轻轻拔出，立即用平口金属夹使软排线短路，以防静电损坏激光二极管，用手转动带仓电机的皮带轮，使激光头上升到位，用平口螺刀轻轻撬出激光头四角的4个塑料卡销，取出激光头，用防静电无尘软布包裏，以防损坏光学机构。（8）拆卸前面板。（9）拆卸印刷板和后盖组件。（10）CD机的安装步骤，需依照拆卸步骤的相反顺序依次进行。第4章激光唱

47、机4实训注意事项实训注意事项（1）工作台应保持整洁和干燥，铺垫防静电橡胶，无杂物和金属物。（2）应详细记录各机构件的原始位置、紧固方式，紧固件的类型、数量和安装位置，对于非金属紧固件，必须确认其紧固原理，谨慎操作。（3）实训结束，所有的机构件应恢复原始位置，所有的卡、销、簧、连杆、支架、齿轮等准确到位，所有的紧固件紧固力矩符合要求。（4）拔插连接线时，应抓住接插件轻轻拔插，不得抓住导线拔插，并记录连接线的安装位置和方向。第4章激光唱机（5）拔出激光头和主板的软排线后，应立即将其短路。（6）取出激光头后应将其包裹在防静电软布中。（7）拆卸后的机芯（包括激光头组件）不可放入碟片通电试机，以免碟片飞

48、出，导致人员或设备的损伤。（8）拆卸后的机芯若需通电检查，应注意人身安全。（9）保持前面板、显示屏和整机外壳的装饰完整、清洁，不得与硬物擦碰。第4章激光唱机5实训报告与要求实训报告与要求对实训过程进行总结，并回答以下问题：（1）拆装CD机的过程中有哪些注意事项？（2）简述CD机的一般拆卸步骤。（3）实训机的机芯由哪些机构组成？（4）实训机有几只电动机，各有何作用？第4章激光唱机实训实训9CD机信号测试机信号测试1实训目的实训目的（1）学会用示波器测量RF眼图信号和晶振时钟信号。（2）学会用示波器测量数字信号。（3）学会用示波器测量模拟音频信号。2实训仪器设备实训仪器设备CD机1台，彩色电视机1

49、台，测试盘1张，万用表1只，示波器（20MHz）1台、常用电子操作工具1套。第4章激光唱机3实训内容、方法与步骤实训内容、方法与步骤1）用示波器测量RF信号波形测试点为RF信号处理器的输出端（一般电路板上均标明有“RF”字样）。（1）使示波器的设定电压为200mVdiv，扫描时间为0.5s，输入状态为AC。（2）将示波器探头接电路板上的RF信号测试点，接通电源，播放测试光盘，即可在示波器上观察到RF眼图信号波形。第4章激光唱机2）用示波器测量聚焦伺服跟踪情况测试点为主电路板上“FE”输出端（一般电路板上均标明有“FE”字样）。将示波器探头接到电路板上的“FE”信号测试点，接通电源，播放测试光盘

50、，用示波器观察聚焦伺服跟踪变化情况。当操作功能键由停止（STOP）向播放状态切换时，聚焦伺服的噪声带将由大变小，然后稳定在某一区域。第4章激光唱机3）用示波器测量循迹伺服跟踪情况测试点为主电路板上“TE”输出端（一般电路板上均标明有“TE”字样）。将示波器探头接到电路板上的“TE”信号测试点，接通电源，播放测试光盘，用示波器观察循迹伺服跟踪变化情况。当操作功能键由停止（STOP）向播放状态切换时，循迹伺服的噪声带将由大变小，然后稳定在某一区域。第4章激光唱机4）用示波器（或数字频率计）测量晶振时钟信号（1）CPU工作时钟测量。测试点为CPU集成电路外接晶振元件的引脚处。（2）DSP电路主时钟测