El lector de CD
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Estructura de un CD • • • Visto desde abajo el CD presenta una espiral con resaltes (“pits”) y llanuras (“lands”) en aluminio reflectante Los resaltes son de λ/4=125 nm, para luz verde La espiral puede llegar a 5000 m de longitud Etiqueta Acrílico Aluminio 1,2 mm Policarbonato Láser 0,5 µm 1,6 µm 0,5 µm Superficie real de un CD (x32) 2 Superficie real de un CD Sistema de lectura Láser de semiconductor verde Un juego de 4 fotodiodos detecta la luz Una lente enfoca el láser sobre la superficie del disco La luz reflejada pasa por una lente cilíndrica Enfoque automático • El foco debe mantenerse con precisión de ±0,5 µm • La superficie de un disco tiene desviaciones de ±0,4 mm • Es necesario un mecanismo de enfoque que mueva el objetivo de forma automática para mantener el foco Disco Objetivo Bobina móvil Imán Señal de error en enfoque automático Foco XY Foco XZ Disco lejos Disco cerca • Para los rayos del plano XY el foco está más cerca de la lente que para los rayos del plano XZ. • A la izquierda de los fotodetectores el haz se alarga en la dirección Z • A la derecha de los fotodetectores el haz se alarga en la dirección Y • Un movimiento del disco equivale a un movimiento proporcional de los fotodetectores Seguimiento de pista • La separación entre pistas en el disco es de 1,6 µm • El láser debe situarse sobre los resaltes con precisión de 0,1µm • El agujero del disco puede estar descentrado hasta 100 µm • Una vuelta del disco podría desplazar los resaltes una distancia equivalente a 600 pistas respecto al láser • Esto obliga a utilizar un mecanismo de seguimiento automático, controlado por una señal de error radial Obtención de la señal de error radial Una rejilla de difracción divide el haz láser en 3 subhaces El central es el de lectura de información Los dos laterales permiten realizar el seguimiento automático de la pista En el detector se incluyen dos fotodiodos (E y F) para estos haces E E-F>0 A B F D C E-F=0 E-F<0 Correción de error radial Corrección fina • • La señal de error controla un actuador que desplaza el objetivo unos pocos milímetros en dirección radial, dentro de la cabeza lectora Esto compensa la excentricidad del agujero, vibraciones y pequeños movimiento irregulares Corrección gruesa • La señal de error controla un motor de corredera que desplaza la cabeza lectora en dirección radial, en todo el ancho del disco • Esto permite seguir la pista conforme parece desplazarse hacia el exterior al girar el disco Los dos mecanismos actúan simultáneamente, funcionando el motor de corredera cuando el objetivo ha agotado su capacidad de seguimiento Un lector de CD real cabeza lectora motor de corredera corredera motor del disco motor de bandeja Mecanismo de corredera motor corredera cabeza lectora Proceso de lectura del disco • La pista se lee desde el interior del disco hacia el exterior (permite discos de tamaño variable y maximiza el rendimiento de producción) • La pista se lee a 1,2 m/s, de forma que los bits tienen duración constante • Esto exige que el disco gire a menor velocidad (angular) cuando se está leyendo la periferia que cuando se lee el centro • Existe un servo de velocidad lineal constante (CLV) que realiza esta función, apoyándose en la señal leída por los fotodetectores Estructura de la información 1 muestra canal derecho = 2 octetos 1 muestra canal izquierdo = 2 octetos Audio 6 intervalos de muestreo = 24 octetos = 192 bits entrelazado y codificación Reed-Solomon CIRC genera 4 octetos de paridad P y 4 octetos de paridad Q 1 octeto de subcódigo de información sobre la grabación Datos 24 octetos de audio + 8 paridad + 1 subcódigo = 33 octetos modulación EFM: eight to fourteen modulation cada octeto se convierte en 14 bits + 3 de enlace Se añaden 27 bits de sincronismo Canal 33 x 17 bits de datos + 27 bits de sincronismo = 588 bits Una trama de CD contiene la información de 6 intervalos de muestreo en un total de 588 bits. La velocidad de canal es 4,3 Mbps frente a los 1,4 Mbps de audio. EFM Cada octeto de datos se representa con una palabra código de 14 bits Una palabra código no contiene menos de 2 ni más de 10 ceros seguidos. Sólo hay 267 palabras código válidas de las 16384 posibles. Se emplean 256 para codificar octetos y 2 para sincronismo. 3 bits de enlace permiten cumplir el criterio entre palabras código. 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 8 8 2 octetos = 16 bit de datos 14 14 3 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 2 x 14 +3 = 31 bits de canal NRZ NRZI Señal de control de láser de corte Pista del disco. Resaltes y llanuras tienen longitud mínima 3T y máxima 11T. Siendo T la longitud de 1 bit de canal. 3T <> 833 – 972 nm (1,2 m/s velocidad) 11T <> 3054 – 3560 nm (1,4 m/s velocidad) Resaltes/Llanuras 4T 3T 4T 4T 9T 4T La señal de RF Lectura de intensidad luminosa de los fotodiodos Resaltes y llanuras alternados de duración 4T Resaltes y llanuras alternados de duración 3T En las llanuras cortas el láser toca los resaltes laterales. La reflectividad es menor Resaltes y llanuras aleatorios Varias trazas sucesivas pueden superponerseen un osciloscopio dando lugar a un diagrama de ojo La señal de control de velocidad Ondas RF. Diagrama de ojo • El diagrama de ojo tiene cruces por el nivel de continua que están separados T segundos. 0.8 0.6 0.4 5T 4T 3T 0.2 • Lecturas del surco a velocidades diferentes de la nominal hacen que la separación aumente o disminuya. 0 Reloj de datos de canal Intensidad luminosa 1 0 1 2 3 4 5 xT 6 7 8 9 10 • Una comparación de fase con un reloj interno de periodo T (valor nominal) permite dar una indicación de si la velocidad es mayor o menor que la nominal. Estructura de un CD-R Etiqueta Acrílico Aluminio CD 1,2 mm Policarbonato Láser Acrílico Etiqueta Oro, plata CD-R Policarbonato Pigmento: Cianina Ftalocianina Añil 17 Superficies de CD y CD-R 18
