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DVD/CD-ROM光碟量測技術
 

【作者: Leon Lin】   2000年08月01日 星期二

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DVD/VCD/CD的應用將成為影音多媒體上的代名詞,許多電玩已經配備DVD-ROM並於此領域裡快速的發展當中。光碟機無法背離高容量的儲存空間及高速的儲存速率,然而自開始採用的光碟技術迄今,在業界具備專業的光碟機量測工具卻寥寥無幾。


目前數位示波器可以搭配光碟量測工具達成量測目的,此獨特的量測工具能模擬光碟機上的實際信號,在未來許多光碟產品的設計領域裡可以精準的完成信號量測及分析,並適合應用在研發光碟機,因為這個獨特且強大的量測工具,量測的內容兼具TIA(Time Interval Analyzer)及類比示波器(Analog Scope)兩者的功能,為滿足最新一代的光碟機的量測需求,並配備波道模擬為核心功能,因為模擬的功能完全依據光碟機之標準,量測參數可以自由的更換並容易的被採用。


波道模擬(Channel Emulation)

波道模擬是使用軟體技術實現光碟量測技術的主軸,這項技術已經應用在硬碟機量測領域裡多年,並得到頗高的評價。新一代的光碟已經承認此應用技術,可以處理被廣泛的應用在CLV(Constant Linear Velocity)模式的主軸馬達控制之光碟機量測,及目前高倍速採用類似硬碟機架構的CAV(Constant Angular Velocity)模式之光碟,與DVD使用的ZCLV(Zone Constant Linear Velocity)模式。


(圖一)是光碟機內部信號處理的方塊圖,RF信號經過等化器(Equalizer)重組還原信號,並透過刨切的方式(Sliced)濾除低頻變化的軌跡,再轉換成為二進位信號,然後鎖相電路(PLL)再從二進位信號粹取出時脈信號。然而二進位信號與時脈之時間讀值有重要的意義,如此的信號處理通常已經整合成積體電路,所以無法確實的被量測,因此欲評估此類的信號必須透過軟體模擬的方式達成信號處理的目的。


《圖一 光碟機內部信號處理方塊圖》
《圖一 光碟機內部信號處理方塊圖》

等化器(Equalizer)

等化器可移除雜訊且重組波形,它是基礎的低通率波器,功能如同貝索濾波器(Bessel Filter),如(圖二)表示信號經過等化器後之結果,上方的波形是未經處理的原始RF信號,下方是等化器重組後的波形,可明顯的觀察到下方的3T信號之電壓振幅被增加並且移除雜訊,此儀器量測功能內部已經預設DVD之截止頻率(Cut off)及推進(Boost)之初始值,但是此兩項變數設定允許工程師手動調整設定值,並進一步分析於不同條件之設定值的產品特性。


《圖二 》
《圖二 》

切片(Slicer)

光碟機上的碟片可隨意抽換,但並非類似硬碟機的方式固定安裝於主軸馬達上,同時硬碟機亦比較堅固,所以光碟片之物理的振動現象比較大,因為如此,通常擷取到的RF信號必然有低頻的振動基線(Low Frequency Baseline Fluctuation)的現象發生,當切片器將RF信號編碼為二進位信號時,低頻振動的信號將對信號產生時間抖動(Jitter)的影響,如欲降低或排除時間抖動因素,使用低通率波器可過濾出低頻振動的基線,並減去如同位準變化的基線,如(圖三)表示移除基線的狀況。圖三中第一組波形是未經處理的原始RF信號,第二組波形是使用低通率波器粹取出低頻振動的基線,第三組波形是移除基線的波形。


《圖三 》
《圖三 》

光碟信號的分析(Analysis of Optical Disk Signal)

特殊的光碟參數量測透過波道模擬的方式可以應用在信號上,(圖四)中上方是擷取到的DVD的RF信號,並使用量測功能將所有信號的凹面波寬以統計圖表的方式表示,觀察統計圖從3T到14T,但是所有信號的品質並不是非常理想,因為每一個T的統計圖並沒有明顯的分清楚。(圖五)中如果更改切片(Slicer)的頻寬從5kHz to 16.3kHz,所得到的統計圖表可以分開的很清楚,與上方的FR信號相較,可觀察到低頻的抖動基線已經被濾除。


《圖五 》
《圖五 》

按照規格書裡描述的所有量測參數如(表一)所示,幾乎所有的量測參數的定義都如同規範所定義,並可以透過波道模擬的方式提供與實際產品非常接近的分析結果,並可以允許工程師透過數據值的設定改找到最理想的硬體特性。



《表一 光碟機標準量測參數》
《表一 光碟機標準量測參數》

熱昇溫現象造成邊緣位移

光碟機有兩種記錄資料的方式:1.只能記錄一次的CD-R;2.可重覆讀寫的CD-RW。這兩種方式都是使用雷射能量加熱於媒體,系統上物理的凹面的邊緣的位置依據開始記錄的溫度決定,如(圖六)記錄一段較長的凹面時,媒體的溫度停留在高溫時間延長,因此在雷射能量關閉後,媒體的溫度不是立即的下降,所以邊緣往後位移。換言之,記錄較短的凹面時,媒體的溫度不會立即昇高,因此,雷射能量關閉後媒體的溫度立即下降,邊緣的時間往前位移,在實際的燒錄光碟機上,必須調整記錄的方式達到雷射能量的控制,使邊緣誤差達到最小的位移。


《圖六 熱昇溫現象造成邊緣位移》
《圖六 熱昇溫現象造成邊緣位移》

進階分析(Advanced Analysis)

此外,並使用新的技術將兩組量測的參數讀值之相互關係以XY座標方式表示,欲完成此特殊的量測功能,趨勢圖是最適合被採用,趨勢圖功能將每一筆量測到的參數讀值按照順序顯示在畫面上,因此透過軌跡的變化過程可觀察到量測讀值的變化,同樣的狀況下,於同一信號源上量測兩種的不同的參數並將參數讀值轉換成兩組趨勢圖,並以座標的方式最容易表現此兩組參數之間的相互關係。從(圖七)中表示的是凹面波寬(Pit Width)與凹面電壓(Pit Top)之間的互動關係,很清楚的觀察到兩者之間的變化非常穩定。除此之外,類比顯示的技術可以獲得頻率的分佈變化,並使用游標量測獲得量測數據。


《圖七 》
《圖七 》

如上述的所敘述的功能之外,並搭配JTA(Jitter & Timing Analysis)量測工具可以達成許多特殊的分析優勢,實際上光碟的量測,如上述刨切後二進位信號與時脈的相對時間關係是非常重要的,JTA將此時間的變化關係以時域的抖動軌跡方式表現出來。時間抖動軌跡(JitterTrack)的優勢即是可完整的對照原始信號與軌跡之間的關係,然而在JitterTrack發現異常的相位差Skew時,此功能允許進一步的調查未經處理的信號源並找到出錯的位置。


透過波道模擬的技術可滿足量測多種格式的光碟機,不但可量測目前現有產品,同時並具備研發新產品的能力,它將是所有光碟機研發工程師們最強大的量測工具。


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