Optisch data opslag

1
Optisch data opslag
E.R.Eliel G.W. t Hooft

• Inleiding
• geschiedenis
• optica van de cd speler
• elektronica van de cd speler

http//molphys.leidenuniv.nl/eliel/teaching/fmt/f
mt.html
2
Literatuur
Philips Optical Storage http//www.km.philips.co
m/laseroptics/ General Info CD-ROM
http//www.os.philips.com/cd/cd-rom/geninfo/inde
x.htmlopti History of CD-ROM http//www.researc
h.philips.com/pressmedia/background/optrec/index.h
tml How Compact Disk Work http//www.howstuffwor
ks.com/cd.htm
3
Geschiedenis
4
Plaat en speler
5
Trends in video opslag
6
Opslag dichtheid van diverse media
7
Lichtweg van de compact disk
beschermende acryle laag
Compact disk
Polarizerende deelspiegel
Diode laser
Prismas
lens
spiegel
lens
kwart-lambda plaat
Astigmatische lens
4-voudige detector
8
3-D Lichtweg
9
Laser en prisma paar
Halfgeleider laser 0.8 x 3 mm2
Spot op de plaat in // richting te groot of
lichtverlies door afkappen in ? richting
10
prisma paar
d0
p- polarisatie
Twee prismas in één richting vergroting van de
bundeldiameter met n2
Qb tan-1(n)
a
a cot -1(n)
d1 n.d0
d1
11
Optische resolutie
(pedrotti pedrotti, 16-4)
Dqmin
Q ?
12
Optische plaat
13
Invloed van stof
substraat
1.2mm substraat
lens
gecorrigeerde lens
Meten door substraat
Meten door lucht
14
Focus met astigmatisme
C
B
A
4
1
3
te veraf
2
te dichtbij
Focus fout signaal 13-2-4
15
Focus fout signaal

1
2
-
4
3
Plaat te ver weg
V013-(24)


1
2
1
2
-
-
4
3
4
3
Plaat in focus
Plaat te dichtbij
16
Foucault methode
1
in focus
2
3
4
te dichtbij
Fout signaal 14-2-3
te veraf
17
Spoor volgen met 3 spots
A
2 extra detectoren 1 extra tralie
B
C

-
signaal A-C
18
radieel fout signaal
Detector signaal
A
Modulatie diepte
radiële afstand mm
0.4mm
C
A
1.0mm
radiële afstand mm
20mm
A-C
radiële afstand mm
C
1.6
0
-1.6
radiële afstand mm
19
CD als tralie
-2de
-1ste
0de
1ste
-1ste
Evenwijdige bundel
0de
2de
1ste
20
Spoor volgen
Interferentie tussen 0de orde en 1ste of 1ste
orde
Staphoogte l/8 Fase verschil p/2
Volg signaal A-B
21
Schema actuatoren
plaat
focus
motor
radiële positie
motor
lade open/dicht
veren
lens
elektromagneten
motor
slede positie
22
loopwerk
23
Deelspiegel
I0.5
I0.5
I1
¼ van het licht maar naar de detector ¼ van het
licht terug de laser in (extra ruis)
24
Polariserende deelspiegel l/4 plaat
l/4
PBS
450
X-as
l/4 900 eip/2i

• Al het licht naar de detector
• Extra l/4 plaatje coating in deelspiegel

25
hoog frequent signaal
langs het spoor
totale detector signaal
oogpatroon
0 lt 30 1 gt 70
detectie niveau
26
klok signaal
ingang signaal
lus filter
fase detector
De tijdsduur van een hoog of laag signaal moet
vergeleken worden met een signaal met eenvaste
periode. Deze klok wordt uit het ruwe signaal
teruggewonnen.
spanning naar frequentie omzetten
klok signaal
3Tclk
3Tclk
5Tclk
7Tclk
HF signaal
klok
27
kodering
Als er heel veel 1-en of 0-en achter elkaar komen
dan kan de klok niet teruggewonnen worden. Daarom
hooguit 11 1-en of 0-en achter elkaar.
Als de 1-en en 0-en elkaar te vlug afwisselen kan
je makkelijk interferentie tussen de
verschillende symbolen krijgen. Daarom minstens 3
1-en of 0-en achter elkaar.
EFM (Eight-to-Fourteen Modulation) Van alle
digitale getallen van 14 bits zijn er 267 die
voldoen aan de (2,10) regel, d.w.z minimaal 3 en
maximaal 11. Hiervan worden er 256 28 gebruikt.
xxx
10010000000010
3 extra bits om woorden aan elkaar te plakken
01111010
28
DAC (1 bit)
DACDigital Analog Converter
2R
Een OpAmp probeert de ingangen op dezelfde
spanning te houden
iin
-
Vuit
2R
2R

i1
1
0
s10,1
VR
29
DAC (2 bit)
2R
Va
Vb0
-
R
iin
2R
2R
2R

si0,1
i1
i2
1
0
1
0
VR
30
DAC (n-bit)
2R
-
R
R
iin
2R
2R
2R
2R

i1
i2
in
1
0
1
0
1
0
VR

• Slechts 1 OpAmp en 2 soorten weerstanden
• Alle weerstanden moeten hetzelfde zijn met een
  nauwkeurigheid van 12n

31
Bemonsteren
?signaal
Tijd?
32
Kwantisering
N bits 2N niveaux 2-N nauwkeurigheid
33
overloop
34
ADC
filter
kwantisatie
in
comparator
0/1
Q
1/-1
DAC
In plaats van 1 signaal met N bits geeft de
uitgang M signalen van 1 bit
De kwantisator hoeft maar 1 niveau heel
nauwkeurig te weten
Het filter, de comparator en de DAC bepalen
hoeveel 1-en en 0-en
35
van Digitaal naar Analoog (DAC)
reset
R2
digitaal getal (N)
Vin
C
R
-

Vuit
tijd