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CD-Player Wissen + Service aus 1992

Auf diesen Seiten wird das damalige Wissen des Autors Rodekurth teilweise erst mal original zitiert und jeweils mit aktuellem Wissen kommentiert. Der Autor hatte 1992 entweder noch nicht alle Informationen erhalten, die teilweise noch Firmengeheimnis waren oder irgendwo ganz tief im Text versteckt waren. Auch die beschriebenen Mustergeräte und Komponenten sind nur ein Bruchteil der damals am Mark befindlichen Produkte. Von den Senkrechtladern ist nichts zu lesen und auch SPDIF war scheinbar unbekannt. Weiterhin konzentriert sich der Autor auf die großen älteren Audio-CD-Player. Aber gerade bei der PC-CD-Technik wurden die größten Innovationen eingeführt, die dyynamische Auswuchtung unrunder CDs zum Beispiel und das beschreiben von CDs. Die einführende Seite finden Sie hier.

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5.6 Der Fotodioden-Signalprozessor

Laser- und Photo-Dioden Schaltplan

Das aus der Laserabtasteinheit mittels der vier Dioden A-D generierte Diodenstromsignal wird im Fotodiodenprozessor weiterverarbeitet und erzeugt folgende Informationen:

ein verstärkungsgeregeltes HF-Signal für die Demodulierung des EFM-Signals, ein niederfrequentes Fokusfehlersignal (FE, FELAG) zur Fokusnachregelung, Radialfehlersignale (REp RE2) (diese werden für die Spurnachführung, mit Hilfe derer der Laserstrahl in der Spur gehalten wird, benötigt)

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Monitorinformationen, um Temperatur- und Alterungseinflüsse des Lasers und der Fotodioden zu kompensieren.

Das HF-Signal, welches neben den Audiosignalinformationen auch die Subcode-Informationen, also Zusatzdaten, enthält, wird durch Summation der Fotodiodenströme gewonnen. Der Gesamtstrom der Fotodioden, welcher proportional zum Laserstrom ist, läßt sich, ohne die HF-Daten und damit die automatische Verstärkungsregelung zu beeinflußen, messen.

Der HF-Regelkreis besteht aus dem HF-Vorverstärker, dem Entzerrer und den über einen extern angekoppelten Rückführungszweig bestehenden Ausgangsverstärker.

Der Vorverstärker kann zweistufig aufgebaut sein, er enthält einen Vollweggleichrichter und einen entsprechenden Stromschalter. Dieser dient dazu, während Drop-Outs den Regelkreis zu unterbrechen, um den HF-Pegel in dieser Zeit auf nahezu konstantem Wert zu halten. Das HF-Signal wird in dem im Rückführungszweig liegenden Pegeldetektor gemessen, vollweggleichgerichtet und mit der internen Stromreferenz I int verglichen.

In der Track-Search-Funktion muß der Eingang (DODS) aktiviert sein, um das HF-Signal konstant zu halten. Dies geschieht, indem der Rückführungskreis durch den Stromschalter unterbrochen wird. Die Laserströme von A ..... D werden direkt zugeführt, die benötigten Tiefpaßfilter sind voll integriert. Über eine automatische Verstärkungsregelung (AGC) wird der mittlere Summengleichrichterstrom der Fotodioden konstant gehalten, sofern sich der Laserstrahl in der Spur befindet.

Das HFL-Signal aus dem Pegeldetektor schaltet den Diodensummenstrom immer dann ab, wenn das Eingangssignal unter 62,5% absinkt. Der Wert ergibt sich im Hinblick auf die optimale Arbeitsweise des TL-Detektors.

Die Auswertung des HFL-Signals bietet noch weitere Vorteile: die Regelschleife wird durch Drop-outs praktisch nicht beeinflußt, der Verstärkungspegel ändert sich also nicht. Der Summenstrom nimmt während der Funktion Track-Search beim Überqueren einer jeden Spur einen konstanten Wert an. Dies ermöglicht eine sofortige optimale Spurhaltung bei Erreichen der gewünschten Spur.
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5.6.1 Das TL-Signal

Das Radialfehlersignal hält während der Wiedergabe das Lasersystem in der Spur, während bei Search-Funktionen das System quer über die Spuren geführt werden muß. Um die Spurführung aufrecht zu erhalten, müssen dem Servoprozessor Informationen darüber zugeführt werden, ob sich das Abtastsystem über einer Spur befindet oder nicht.

Diese Information liefert das TL-Signal. Dieses Signal wird bei Vorliegen zweier Bedingungen erfüllt. Die Servo-Prozessorroutine bei Spurverlust- Behandlung wird durch das TL-Signal nur bei Einwirkung von Stößen auf den Player eingeleitet. Im letzteren Fall kann TL, von entsprechender Software unterstützt, für eine extreme Konstanz der Spurhaltung bei mechanischer Einwirkung sorgen.

5.6.2 Die FE-, FELAG-Signale

Durch die bei Einstrahlsystemen verwendete doppelte Foucault-Fokussierung (Wirbelstrom- Fokussierung) kann der Laserspot selbst bei einem Höhenschlag der Platte von 1mm im Fokuspunkt gehalten werden.

Dieser erzeugt zwei verschiedene Fokusfehlersignale (FE und FELAG) für den Fokussier-Servokreis. FELAG ist das Basisfokus- Fehlersignal, FE ist die korrigierte Version von FELAG. Diese Normierung kompensiert die ungleiche Ausleuchtung der beiden Diodenpaare, hervorgerufen durch einen Radialtracking-Fehler.

Folgt der Laserstrahl während der Wiedergabe exakt der Spur, so gilt das für die Ströme I-fe entspricht ~ I-felag.

Während der Startphase muß der Laserstrahl, ausgehend von einer unbekannten Ruheposition der Optik, fokussiert werden. Die Initialisierung wird mittels des permanenten Signals (SI/RD) zur Fo-kussierung durchgeführt.

5.7 Der Demodulator PLL-Kreis

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  • Anmerkung : Ein PLL "Phase locked loop" Konzept (oder Kreis) soll ein voreingestelltes Frequenz-Signal immer wieder auf das Referenzsignal "zwingen". Im sogenanten Loop (Kreis) wird so lange (nach-)geregelt, bis die Phase des geregelten Signales mit dem Vergleichssignal überein stimmt und das funktioniert sehr gut.
  • Auch bei analogen Plattenspielern mit elektronischem oder Direktantrieb wird so die Drehzahl bei unterschiedlicher Belastung des Motors konstant gehalten.

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Um den Bittakt aus dem digitalisierten HF-Signal, welches mit 4,3218 MBit/s ankommt, zu gewinnen, wird ein schmalbandiger PLL-Kreis verwendet. Die PLL-Schleife besteht aus zwei digitalen Frequenzdetektoren (grobe und feine Frequenzregelung), einem Phasendetektor, einem Loopfilter und einem VCO.

Die beiden Frequenzdetektoren haben die Aufgabe, die PLL-Frequenz in den Fangbereich des Phasendetektors zu steuern. Der VCO arbeitet als vollständig integrierter RC-Oszillator, der auf der doppelten Frequenz der Eingangsrate arbeitet. Intern wird diese Frequenz geteilt. Die entstehende Frequenz wird als Clock für den Demodulator und die Ein- und Ausgabeschieberegister verwendet.

Der Frequenzdetektor für die Grobabstimmung vergleicht die VCO-Frequenz mit der halben Frequenz des externen Taktes. Zudem liefert der Detektor Steuersignale für die Grobabstimmung des VCO, um dann den Fangbereich der Feinabstimmung zu erreichen.

Der Fangbereich erstreckt sich von 2,8224 MHz bis 5,6448 MHz. Der Fein-Frequenzdetektor modifiziert die VCO-Abstimmung soweit, daß die Frequenz innerhalb des PLL-Fangbereiches liegt. Diese Feinabstimmstufe wird nach dem Einrasten der PLL intern abgeschaltet, und der VCO wird nur noch über den Phasendetektor gesteuert.

5.7.1 Die Synchronisierung

Die abgetrennten seriellen Daten werden in einem mit 4,3218 MHz getakteten 23 Bit-Schieberegister in Paralleldaten umgewandelt. In diesem Register wird der Beginn eines jeden Datenframes, also das Synchronisier-Bitmuster, detektiert. Ferner werden mittels dieses Schieberegisters die Aufbereitung der 14 Bit-Datensymbole für den EFM-Decoder vorgenommen und hiermit Datenlängenfehler detektiert.

Zufällige Synchronisationsmuster können den EFM-Decoder außer Tritt bringen. Diese Fehlinformationen können durch Drop-outs oder Fingerabdrücke auf der CD entstehen. Bei evtl. verwendetem Doppel-Synchronisations- Muster- Detektionsverfahren wird der Bitzähler mit der Teilerzahl (588) nur dann zurückgesetzt, wenn er zwei Bitmuster in korrektem, das heißt in 588-Bit-Abstand detektiert.

Da der durch Demodulation gewonnene Datentakt mit dem einlaufenden Datentakt phasenstarr verkoppelt ist, wird entsprechend der EFM-Codierungstabelle jedem 14Bit-Wort eines von 256 8Bit-Worten zugeordnet.

Ebenfalls detektiert werden Subcodedaten, die dann vom Subcodeprozessor weiterverarbeitet werden. Die Audio-Daten gelangen zusammen mit dem zugehörigen Fehlerflag-Bits zu einem Vor-FIFO-RAM., die hier kurz zwischengespeichert werden und so eine Fehlerkorrektur der Daten ermöglichen.

5.7.2 Die Verarbeitung der Subcode-Daten

Der Subcode-Bereich führt folgende Aufgaben aus: Generierung eines seriellen Bitstromes aus den Subcodedaten, Erzeugung des Pause-Bits, um das Auffinden des nächsten Programmstückes auf Disc zu ermöglichen, Verarbeitung der Q-Kanal-Subcodedaten, Erzeugung der Deemphasis-(DEEM)Informationen.

Zum einen stehen Subcode-Daten einmal als 588-Bit-Frame als 10 Bit Burst (SDAB) zur Verfügung, gesteuert durch den Takt (SCAB). Jeder Burst beinhaltet folgende Informationen: Subcode Kanal bis Q, R, S, T, V, W, Q-Kanal Paritätsprüfflag, Subcodefeh-lerflag, Subcode-Synchronsignal.

Anschließend an den Taktburst wird ein Pausenbit (P-Bit) ausgegeben, welches mit der ansteigenden Flanke von SWAB ausgelesen wird. Das Pausensignal wird zwischen den Programmstücken (Tracks) generiert und ist während der Spursprungfunktion nicht definiert. Zur Zeit erhält nur der Q-Kanal des Subcodes Informationen (Tracknummer, Indexnummer, Deemphasis-Signal, Absoluttime, Relativtime). Im Q-Kanal-Prozessor werden die Q-Bits aus 96 aufeinanderfolgenden Datenbursts kumuliert.

16 Bit werden für eine Überprüfung auf Übertragungsfehler (CRC) verwendet, die übrigen 80 Bit werden an den Servo-prozessor ausgegeben. Die Kommunikation zwischen Prozessor und Decoder verläuft auf der Basis des Handshaking-Protokolles, um die Rechenzeit zu minimieren. Wünscht der Prozessor Daten zu erhalten, sendet er über QRA ein Anforderungssignal an den Decoder. Steht ein vollständiges Datenframe (80 Bit) zur Verfügung, quittiert dieser den Empfang der Anforderung und aktiviert Q-DATA, den seriellen Datenausgang.

Die Daten werden nun, kontrolliert durch die Clock QCL, seriell ausgegeben. Der Prozessor beendet die Anforderung, indem die QRA-Leitung auf 0 gezogen wird. Dadurch wird der QDATA-Ausgang abgeschaltet und der Decoder beginnt wieder mit dem Sammeln neuer Subcodedaten. Das Deemphasissignal wird aus dem vierten Bit des Q-Kanals gewonnen und dann ausgegeben; es dient dazu, die Übertragungscharakteristik des nachgeschalteten Tiefpaßanalogfilters zu modifizieren.

5.8 Aufbau und Arbeitsweise eines Decoders

Der Decoder als Zusammenfassung von verschiedenen Schaltungsaufbauten verarbeitet das vom Servoteil zur Verfügung gestellte HF-Signal weiter. Hierzu wird es mittels einer Datenabtrennstufe (Dataslicer) in ein Digitalsignal umgewandelt. In einem hochstabilisierten PLL-Kreis wird der Datentakt zurückgewonnen.

Das Datensignal wird im EFM-Decoder, aus einem 14-Bit- ein 8-Bit-Datenwort, umgewandelt. Jetzt können Audio-Informationen und Subcode-Daten getrennt und der Weiterverarbeitung zugeführt werden. Die Audio-Informationen durchlaufen fehlerkorrigiert eine Interpolationslogik. Mittels eines 16-Bit-DAW-Wandlers wird das serielle Analogsignal regeneriert. Der Datenverkehr zwischen Decoder und DAW erfolgt über einen I2-S-Bus.

Die Aufgabe des Decoders besteht darin, Datenabtrennung, PLL zur Rückgewinnung des Bittaktes, Synchronisationkreise, EFM-Demodula-tor, Subcode-Prozessor mit Rückgewinnung und Ausgabe, Fehlerinterpolationsschaltung, FIFO-Speicher (Plattendrehzahl- Schwankungskontrolle), Erzeugung der Plattenteller-Drehzahlregelungssignale, Mutingfunktionen, I2-S Bus-Schnittstelle durchzuführen.
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