驅(qū)動技術(shù)在光碟產(chǎn)品領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用

王賢彤　喬羽

摘 要

如果要談及光碟領(lǐng)域的驅(qū)動技術(shù)，首先應(yīng)該講的就是光碟存儲技術(shù)的發(fā)展，驅(qū)動技術(shù)是光碟發(fā)展的有利后盾，而同時(shí)光碟的發(fā)展又促進(jìn)了驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展。隨著信息社會的發(fā)展，社會信息量的不斷膨脹，海量信息數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，不僅對存儲媒介的儲存容量提出了挑戰(zhàn)，而且對其讀寫速率也提出了更高的要求。上世紀(jì)80年代初，CD光碟技術(shù)以保存音樂為目的而成功應(yīng)用于大眾市場，90年代末DVD以能夠保存SDTV影像而成功進(jìn)入影音市場，隨著HDTV高清影像的出現(xiàn)，2005年后藍(lán)光光碟技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。縱觀每種技術(shù)的出現(xiàn)，無不伴隨著記錄數(shù)據(jù)量的增大，而在這背后，支撐著整個(gè)信息數(shù)據(jù)存儲的光碟媒介又有怎樣的變化，在這里我們將做一概括性的比較剖析。本文介紹了驅(qū)動技術(shù)的在BD中的應(yīng)用。與DVD相比，BD采用了高密度化技術(shù)，這樣決定了在BD驅(qū)動技術(shù)方面也要有所提高，其中較為詳細(xì)介紹了碟片判別，傾斜學(xué)習(xí)，球面收差補(bǔ)正等問題。

【關(guān)鍵詞】BD 高密度化技術(shù) 驅(qū)動技術(shù)

1 引言

藍(lán)光光盤組織成立于2002年5月，由支持推廣藍(lán)光光盤格式應(yīng)用的9家廠商組成，包括日立、LG電子、松下電子、先鋒、飛利浦、三星電子、夏普電子、Sony和Thomson，此后加入的4家為戴爾、惠普、三菱、TDK。雖然BD與HD-DVD誰將作為下一代的藍(lán)光存儲標(biāo)準(zhǔn)這一爭議一直存在，但這也促使兩家不斷推陳出新，進(jìn)行技術(shù)改革。2003年，藍(lán)光激光頭達(dá)到投產(chǎn)水平，但是適合投放市場的藍(lán)光產(chǎn)品在2006年才開始出現(xiàn)。最終以索尼為代表的藍(lán)光陣營還是打敗了以東芝為代表的HD-DVD陣營，北京時(shí)間2007年2月19日下，東芝正式宣布停止推廣HD-DVD，這就意味著以東芝為代表的HD-DVD，在與以索尼為代表的藍(lán)光陣營的“標(biāo)準(zhǔn)之戰(zhàn)”中徹底落敗。

由圖1可以看出，與DVD相比BD采用高密化技術(shù)體現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：DVD技術(shù)采用波長為650nm的紅色激光和物鏡NA為0.6，相鄰軌道間距為0.74um，光學(xué)透明保護(hù)層為0.6mm；而與以索尼為代表的BD技術(shù)采用波長為450nm的藍(lán)紫色激光，通過NA為0.85的物鏡，成功地將聚焦的光點(diǎn)尺寸縮得極小程度，DVD與BD聚焦光點(diǎn)比為5.2：1，相鄰軌道間距為0.32um，此外，BD的盤片結(jié)構(gòu)中采用了0.1mm厚的光學(xué)透明保護(hù)層。由于這些差異決定BD在驅(qū)動技術(shù)方面必須有所提高發(fā)展。

2 BD碟片的判定

表1中的數(shù)據(jù)是CD，DVD和BD三種光碟基本性能參數(shù)之間的簡略比擬，從表中我們可以看出，三種光碟的物理規(guī)格大小相同， 是直徑為120mm的圓盤。

容量方面，CD的存儲容量最小，DVD次之，單面BD盤有25GB的存儲能力，最高達(dá)50GB。

要達(dá)到精確聚焦的目的，就必須要減少激光頭所使用激光的波長，或是提高光頭物鏡的光圈。因此更短的激光波長，可以使得BD激光頭發(fā)出的激光束被更準(zhǔn)確聚焦在高密度的記錄點(diǎn)上。BD使用405納米波長的藍(lán)紫激光，相對于CD技術(shù)的780納米和DVD技術(shù)的650納米，BD所用的讀寫激光波長要短的多，所以激光頭所發(fā)出的激光束可以被更加精確的聚焦到高密度的記錄點(diǎn)上。

相對于CD光頭物鏡的NA 0.45和DVD光頭物鏡的NA 0.6，BD光頭物鏡的NA值NA被提高到了0.85，這也是為了更準(zhǔn)確的聚焦。

BD碟片的判定的原理和實(shí)現(xiàn)方法都比較簡單，主要是利用CD，DVD，BD的保護(hù)層厚度不同來實(shí)現(xiàn)的（CD保護(hù)層厚為1.2mm）。碟片起動時(shí)，先發(fā)BD laser，以此判別BD與CD/DVD：，由于BD laser 不能到達(dá)CD/DVD記錄層，所形成的S字是由于表面的反射，其幅值小于BD layer形成的S字。

3 傾斜對BD的影響

圖2可以看出由于傾斜，對激光束的聚焦點(diǎn)有不良的影響，這種現(xiàn)象稱為Comma收差。Comma收差正比于NA3和保護(hù)層厚度，反比于波長，由此可以計(jì)算出傾斜對BD和DVD的影響比為0.76：1，這說明傾斜對BD的影響更小。

為了減小Tilt的影響，BD采取用了全面Tilt學(xué)習(xí)和內(nèi)周Tilt學(xué)習(xí)。全面Tilt學(xué)習(xí)的是依據(jù)在不同disc位置處聚焦驅(qū)動出力的不同，計(jì)算出碟片Tilt的角度，計(jì)算公式如下：

FC-tilt= arctan（FC drive/L）

其中FC-tilt 為碟片傾斜的角度；FC drive為碟片兩個(gè)不同位置聚焦出力的差；L碟片兩個(gè)不同位置的距離。內(nèi)周Tilt學(xué)習(xí)，通過改變Lens tilt 以尋求到MLSE的最小值，其對應(yīng)的Lens tilt 即為最佳學(xué)習(xí)值Best_tilt。由于在實(shí)際系統(tǒng)中，不僅碟片有Tilt，而且Lens自身也有一定的Tilt，因此在實(shí)際控制過程中不僅補(bǔ)正碟片有Tilt，而且也要補(bǔ)正Lens Tilt，而這兩者補(bǔ)正的和值就是Best_tilt。在實(shí)際控制過程中，對碟片不同區(qū)實(shí)時(shí)進(jìn)行內(nèi)周Tilt學(xué)習(xí)將花費(fèi)很多時(shí)間，而全面Tilt花費(fèi)時(shí)間很少。因此，在工程調(diào)整中調(diào)整出Lens tilt，這個(gè)值與Lens有關(guān)，被稱為Tilt-offset

Tilt_offset = Best_tilt - FC_tilt

Tilt-offset 被保存到光驅(qū)的EEPROM中，在市場光驅(qū)讀BD碟時(shí)，用來計(jì)算Best_tilt

4 球面收差對BD的影響

由于保護(hù)層僅0.1mm，而且激光波長短，光點(diǎn)小，受到球面收差的影響大。如圖3所示，球面收差是由于光束內(nèi)外側(cè)聚焦點(diǎn)不一致造成的。因此，在BD中球面收差調(diào)整的目的就是使光束內(nèi)外側(cè)聚焦點(diǎn)一致。主要是通過調(diào)整光頭中準(zhǔn)直透鏡，參見圖1中的保護(hù)層補(bǔ)正（一般稱為球面收差補(bǔ)正）。球面收差補(bǔ)正主要是通過工程調(diào)整結(jié)果，再次進(jìn)行調(diào)整使球面收差的影響減小至最小。通過調(diào)整準(zhǔn)直調(diào)整透鏡（球面收差補(bǔ)正量SA）和聚焦位置DF取得TE信號最好的兩點(diǎn)，由這兩點(diǎn)確定的斜率稱為TE尾根（工程調(diào)整值），沿著TE尾根，TE信號質(zhì)量衰減最慢；左圖沿著TE尾根，變化SA和DF，可以求得MLSE最小值的點(diǎn)（DF0，SA0）（工程調(diào)整值）。在市場光驅(qū)讀BD碟時(shí)，依據(jù)TE尾根和（DF0，SA0），就可以快速而且準(zhǔn)確的學(xué)習(xí)到球面收差補(bǔ)正的最佳值（DF1，SA1）。endprint

5 TE信號極性的判別

BD_R存在兩種類型的disc：普通型，disc寫過后，反射率下降（on groove）；新類型， disc寫過后，反射率上升（in groove ）。因此這兩種disc的TE信號的極性相反，因此需要進(jìn)行TE極性判別。判別方法：在Groove中如果TE由高向低（圖4中箭頭所示），則disc類型為普通型，反之為新類型。

6 其他與驅(qū)動相關(guān)的BD技術(shù)

6.1 地址格式

WBL信號有兩個(gè)作用：提供記錄時(shí)序和地址信息。為了防止碟片的種種不良狀況：相鄰軌跡記錄數(shù)據(jù)的噪聲，碟片的損壞等，將兩種WBL信號的調(diào)制方式合并起來。一種調(diào)制方式稱為MSK（minimum-shift-keying），另一種稱為STW（saw-tooth-wobble）。

6.2 信號處理技術(shù)PRML

由于BD采用的是2T17PP的編碼系統(tǒng)，而且記錄密度高，所以最小長度的mark（2T）小于光點(diǎn)的直徑，當(dāng)所記錄的信號被播放時(shí)，RF信號中將產(chǎn)生bit錯(cuò)誤，尤其是最小長度記號的邊緣。通過PRML的過慮，可以與內(nèi)建的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號模型相比對，找出局部相似的地方后，即可匹配成相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號，從而提高了讀取抗干擾能力。

7 結(jié)束語

本文簡單介紹了記錄媒體的發(fā)展，以及應(yīng)記錄媒體發(fā)展而不斷進(jìn)步的驅(qū)動技術(shù)，例舉了一些驅(qū)動方面的控制技術(shù)。正如開篇所講到的驅(qū)動技術(shù)是應(yīng)光碟技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。在不久的將來全息光盤儲存技術(shù)的完善，勢必會帶來驅(qū)動技術(shù)革命性的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1] Blu-ray Disc association .White paper Blu-ray Disc Format Part1.A physical format specifications for BD-RE 2nd Edition.2006.2。

[2]Blu-ray Disc association .White paper Blu-ray Disc Part1.C physical format specifications for BD-ROM 5th Edition.2007.3。

作者單位

中國華錄松下電子信息有限公司 遼寧省大連市 116023endprint

5 TE信號極性的判別

BD_R存在兩種類型的disc：普通型，disc寫過后，反射率下降（on groove）；新類型， disc寫過后，反射率上升（in groove ）。因此這兩種disc的TE信號的極性相反，因此需要進(jìn)行TE極性判別。判別方法：在Groove中如果TE由高向低（圖4中箭頭所示），則disc類型為普通型，反之為新類型。

6 其他與驅(qū)動相關(guān)的BD技術(shù)

6.1 地址格式

WBL信號有兩個(gè)作用：提供記錄時(shí)序和地址信息。為了防止碟片的種種不良狀況：相鄰軌跡記錄數(shù)據(jù)的噪聲，碟片的損壞等，將兩種WBL信號的調(diào)制方式合并起來。一種調(diào)制方式稱為MSK（minimum-shift-keying），另一種稱為STW（saw-tooth-wobble）。

6.2 信號處理技術(shù)PRML

由于BD采用的是2T17PP的編碼系統(tǒng)，而且記錄密度高，所以最小長度的mark（2T）小于光點(diǎn)的直徑，當(dāng)所記錄的信號被播放時(shí)，RF信號中將產(chǎn)生bit錯(cuò)誤，尤其是最小長度記號的邊緣。通過PRML的過慮，可以與內(nèi)建的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號模型相比對，找出局部相似的地方后，即可匹配成相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號，從而提高了讀取抗干擾能力。

7 結(jié)束語

本文簡單介紹了記錄媒體的發(fā)展，以及應(yīng)記錄媒體發(fā)展而不斷進(jìn)步的驅(qū)動技術(shù)，例舉了一些驅(qū)動方面的控制技術(shù)。正如開篇所講到的驅(qū)動技術(shù)是應(yīng)光碟技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。在不久的將來全息光盤儲存技術(shù)的完善，勢必會帶來驅(qū)動技術(shù)革命性的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1] Blu-ray Disc association .White paper Blu-ray Disc Format Part1.A physical format specifications for BD-RE 2nd Edition.2006.2。

[2]Blu-ray Disc association .White paper Blu-ray Disc Part1.C physical format specifications for BD-ROM 5th Edition.2007.3。

作者單位

中國華錄松下電子信息有限公司 遼寧省大連市 116023endprint

5 TE信號極性的判別

BD_R存在兩種類型的disc：普通型，disc寫過后，反射率下降（on groove）；新類型， disc寫過后，反射率上升（in groove ）。因此這兩種disc的TE信號的極性相反，因此需要進(jìn)行TE極性判別。判別方法：在Groove中如果TE由高向低（圖4中箭頭所示），則disc類型為普通型，反之為新類型。

6 其他與驅(qū)動相關(guān)的BD技術(shù)

6.1 地址格式

WBL信號有兩個(gè)作用：提供記錄時(shí)序和地址信息。為了防止碟片的種種不良狀況：相鄰軌跡記錄數(shù)據(jù)的噪聲，碟片的損壞等，將兩種WBL信號的調(diào)制方式合并起來。一種調(diào)制方式稱為MSK（minimum-shift-keying），另一種稱為STW（saw-tooth-wobble）。

6.2 信號處理技術(shù)PRML

由于BD采用的是2T17PP的編碼系統(tǒng)，而且記錄密度高，所以最小長度的mark（2T）小于光點(diǎn)的直徑，當(dāng)所記錄的信號被播放時(shí)，RF信號中將產(chǎn)生bit錯(cuò)誤，尤其是最小長度記號的邊緣。通過PRML的過慮，可以與內(nèi)建的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號模型相比對，找出局部相似的地方后，即可匹配成相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號，從而提高了讀取抗干擾能力。

7 結(jié)束語

本文簡單介紹了記錄媒體的發(fā)展，以及應(yīng)記錄媒體發(fā)展而不斷進(jìn)步的驅(qū)動技術(shù)，例舉了一些驅(qū)動方面的控制技術(shù)。正如開篇所講到的驅(qū)動技術(shù)是應(yīng)光碟技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。在不久的將來全息光盤儲存技術(shù)的完善，勢必會帶來驅(qū)動技術(shù)革命性的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1] Blu-ray Disc association .White paper Blu-ray Disc Format Part1.A physical format specifications for BD-RE 2nd Edition.2006.2。

[2]Blu-ray Disc association .White paper Blu-ray Disc Part1.C physical format specifications for BD-ROM 5th Edition.2007.3。

作者單位

中國華錄松下電子信息有限公司 遼寧省大連市 116023endprint