Memorii si procesoare fotonice 01.pdf

30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 11

MEMORII MEMORII I PROCESOARE I PROCESOARE FOTONICEFOTONICE


Structura cursuluiStructura cursului

Prima parte: Memorii fotonice (14 ore)

A doua parte: Procesoare fotonice (14 ore)


Referine bibliograficeReferine bibliografice

Pentru prima parte (Memorii fotonice): O. Iancu, I. Cristea, Memorii fotonice de mare capacitate, Editura

MATRIX ROM Bucureti, 2005 http://www.ecma-international.org/activities/Media/ODC-ST.htm

(pentru unele standarde de discuri optice: CD, DVD) http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_storage i multe alte surse pe

Internet

Pentru a doua parte (Procesoare fotonice): D. Cojoc, N. Pusca, Introducere n procesarea semnalelor optice,

Editura MATRIX ROM Bucureti, 1999 J. W. Goodman, Introduction to Fourier optics B. Wolf, Principles of optics


DesfDesfurarea aplicaiilorurarea aplicaiilor

Cf. planului de nvmnt: seminar 1 or/spt.


Modul de notareModul de notare

30% elaborarea unei teme de cas 35% examen partea I-a (Memorii fotonice) 35% examen partea a II-a (Procesoare fotonice)

Prezena la curs i seminar nu se puncteaz, dar se va ine cont de ea prin acordarea unui bonus la nota final


Partea IPartea I--aaMemorii fotoniceMemorii fotonice


CuprinsCuprins

1> Introducere. Scurt istoric. Clasificare2> Memorii optice ROM: Principii de baz.

Standardul CD-DA (Compact Disc Audio)3> Memorii optice ROM: generaii ulterioare (DVD,

BluRay). Comparaie4> Memorii optice WORM (Recordable)5> Memorii optice complete (RW) cu schimbare

de faz (PC), respectiv magneto-optice (MO)6> Memorii optice WOM: Imprimanta laser7> Memorii optice 3-D


CuprinsCuprins

1> Introducere. Scurt istoric. Clasificare2> Memorii optice ROM. Principii de baz.



de faz (PC), respectiv magneto-optice (MO)6> Memorii optice WOM. Imprimanta laser7> Memorii optice 3-D



1> Introducere. Scurt istoric. Clasificare


IntroducereIntroducere

Dintotdeauna, oamenii au simit nevoia de stocare a informaiei, att pentru schimbul de informaii n cadrul unei generaii, ct i pentru transmiterea acestora generaiilor succesive

Primele medii de stocare (memorii) au fost, n ordine cronologic, plcuele de argil, papirusul, mtasea i hrtia

Odat cu revoluia tehnologic i, n special, cu evoluia sistemelor de calcul, a internetului i a bunurilor de consum electronice nevoia unor memorii externe de mare capacitate, fiabile i interschimbabile


Aplicaii ale stocrii de dateAplicaii ale stocrii de date

Principalele domenii de aplicaii n care stocarea de date n cantiti mari este important: Arhive de date (n special medicale) Distribuia de programe software Materiale multimedia (enciclopedii, aplicaii

interactive) Baze de date on-line (n special servere video) Filme n format digital nregistratoare video (VCR) i camere video


Parametrii de bazParametrii de baz ai memoriilorai memoriilor

Capacitatea Gabaritul Densitatea de informaie Viteza de scriere/citire/tergere Timpul de acces aleatoriu


De ce memorii optice?De ce memorii optice?

Interschimbabile, fiabile i ieftine Densiti de stocare potenial mari

dimensiunea bitului este determinat de lungimea de und a radiaiei laser folosite la citire/scriere

Capul de citire nu vine n contact cu mediul de stocare nu exist riscul deteriorrii mediului de stocare mediul de stocare este interschimbabil

Durata de via a datelor stocate este mare


Clasificarea memoriilor (1)Clasificarea memoriilor (1)

Dup tipul informaiei: analogice

sisteme audio i video (gramofon/fonograf, pe band magnetic)

digitale sisteme de calcul (cartele perforate, pe suport

magnetic, pe substrat semiconductor - CMOS)



Dup principiul de funcionare: manuale (hrtia, tiparul) mecanice electromecanice (gramofonul) electronice (CMOS) magnetice (cu toruri magnetice, pe suport magnetic) feroelectrice supraconductoare (bazate pe efectul Josephson) optice (CD, DVD, BluRay, magneto-optice,

holografice, cu fluorescen)



Dup tipul de acces: ROM (Read Only Memory) WORM (Write Once Read Many times) WOM (Write Only Memory) Complete citete/scrie/terge



Dup modalitatea de stocare a datelor: Memorii optice 2D (cu variante multistrat)

CD, DVD, BD (BluRay Disc), HD-DVD magneto-optice: MD (MiniDisc), Hi-MD alte standarde: VCDHD (Versatile Compact Disc High

Density), DDCD (Double Density CD), EVD (Enhanced Versatile Disc), UMD (Universal Media Disc), UDO (Ultra Density Optical), GD-ROM (Giga Disc ROM)

Memorii optice 3D HVD (Holographic Versatile Disc), SVOD (Stacked

Volumetric Optical Disc) n dezvoltare: 5D DVD (Five-Dimensional DVD),

DMD (Digital Multilayer Disk).


Evoluia istoric a memoriilor (1)Evoluia istoric a memoriilor (1)

aprox sec. XXXIV .H sec.XIX d.H. Scrierea cuneiform, urmat de celelalte scrieri (egiptean,

chinez etc.) i alfabete (grec, latin) Memorie de tipul scrie o dat, citete de oricte ori Densitate mic gabarit mare Timp de acces (scriere/citire) redus


Evoluia istoric a memoriilor (2)Evoluia istoric a memoriilor (2)

sf. sec. XIX sec. XX Memorii mecanice i electromecanice (audio/video, analogice),

dezvoltate rapid n sec. XX 1887 Berliner breveteaz gramofonul (sau fonograful) 1898 Poulsen breveteaz nregistrarea magnetic a sunetului 1910 fonograful cu doz piezo (pick-up-ul) 1947 nregistrarea stereo pe discuri audio 1951 prima nregistrare video pe band magnetic

Memoriile audio/video complete (analogice) s-au dezvoltat pe principiul nregistrrilor pe band magnetic

1920 plastic tape (banda de magnetofon) 1963 casette tape (caseta cu band magnetic) 1970-1980 caseta video (VHS)


Evoluia istoric a memoriilor (Evoluia istoric a memoriilor (33))

sec. XX Pn n 1980, memoriile audio i video au fost aproape n

exclusivitate analogice Memoriile digitale s-au impus de la nceput pentru sistemele de

calcul 1939 memorii digitale IBM (circuite bistabile cu tuburi cu vid) 1945-1950 memorii cu toruri magnetice (ciclu de histerezis

dreptunghiular al feritelor) Memoriile cu toruri magnetice au dominat tehnica de calcul pn

n 1970, dei aveau performane modeste (capacitate, gabarit, timp de acces)

~1960 memorii CMOS pe siliciu (performane foarte bune) ~1970 memorii supraconductoare (efectul Josephson); folosite n

familia de calculatoare Cray


Evoluia istoric a memoriilor (Evoluia istoric a memoriilor (44))

sf. sec. XX 1978 Phillips & Sony lanseaz Compact Disc-ul audio 1986 imprimanta optic cu laser 1988 memoriile optice WORM 1989 memoriile magneto-optice totale 1995 Phillips & Sony lanseaz standardul DVD 2002 Sony lanseaz standardul BluRay Disc


CuprinsCuprins







2> Memorii optice ROM. Principiide baz. Standardul CD-DA

(Compact Disc Audio)


Principii de bazPrincipii de baz (1)(1)

Scanarea discului se face dup principiul microscopiei confocale

Se folosete fascicul laser pentru ca diametrul spotului focalizat s fie minim

Deosebirea dintre biii 0 i 1 pe disc se face n baza coeficientului de reflexie (complex) diferit

Fotodetectorul transform informaia citit optic de pe disc n semnal electric

fotodetector

diod laser

disc optic

divizor de fascicul

colimatorobiectiv


fotodetector

diod laser

disc optic

divizor de fascicul

colimatorobiectiv

cap de citire, deplasabil pe direcie radial

Principii de bazPrincipii de baz (2)(2)

Pista informaional de pe disc este n form de spiral, ncepnd dinspre centrul discului spre periferie

Pentru scanarea complet a datelor, discul se rotete, iar modulul optic de citire (capul optic) se deplaseaz pe direcie radial

Controlul poziiei spotului laser n raport cu spirala informaional necesit bucle de reglaj servo


Structura i dimensiunile Structura i dimensiunile unui CDunui CD--ROMROM/CD/CD--DADA (1) (1)

Legend(1) orificiu central

(15mm)(2) inel de start

(45mm)(3) inel de stop

(118mm)(4) zon de date

(45mm-118mm)(5) adncitur (pit)

min.: 0.87 mmax.: 3.19 m

(6) pauz (land) ntre adnciturimin.: 0.87 mmax.: 3.19 m

(7) pist informaio-nal (spiral fictiv cu pas de 1.6 m)

Standardul CD-ROM (ECMA-130) sauYellow Book este disponibil gratuit la:http://www.ecma-international.org/publications/files/ECMA-ST/Ecma-130.pdf

Standardul CD-DA (IEC 60908) sau Red Book este disponibil contra cost (260 USD) la:http://webstore.ansi.org/ansidocstore/product.asp?sku=IEC+60908+Ed.+2.0+b:1999


Structura i dimensiunile Structura i dimensiunile unui CDunui CD--ROMROM/CD/CD--DADA ((22) )

Legend(1) substrat

transparent (policarbonat;n = 1.550.1)

(2) strat metalicreflectorizant(Al, mai rar Ag, Au)

(3) strat protector(4) etichet comercial(5) pist informaio-

nal (spiral fictiv de-a lungul creia sunt dispuse adnciturile)

(6) pasul pistei Standardul CD-ROM (ECMA-130) sauYellow Book este disponibil gratuit la:http://www.ecma-international.org/publications/files/ECMA-ST/Ecma-130.pdf

Standardul CD-DA (IEC 60908) sau Red Book este disponibil contra cost (260 USD) la:http://webstore.ansi.org/ansidocstore/product.asp?sku=IEC+60908+Ed.+2.0+b:1999


Imagine la microscop a unui discImagine la microscop a unui disc


AltAlt imagine similarimagine similar


PolicarbonatulPolicarbonatul

Face parte din categoria polimerilor termoplastici Transparen optic foarte bun Prelucrabilitate foarte bun (poate fi modelat

prin injecie la cald, cu mare precizie) Precizie dimensional foarte bun Ieftin Rezisten mecanic bun Rezisten foarte bun la cldur i umezeal


Principiul de citire: interferena Principiul de citire: interferena distructivdistructiv (1)(1)

Vedere n seciune tangenial la pist


Principiul de citire: interferena Principiul de citire: interferena distructivdistructiv (2)(2)

Vedere frontal(1) Tranziie 1/0 (i similar pentru 0/1); (2) Bit citit 1; (3) Bit citit 0


DimensiuneaDimensiunea bituluibitului (1)(1)

Este dictat de diametrul spotului focalizat pe disc Diametrul spotului laser focalizat este limitat de

fenomenul de difracie, conform relaiei:

unde:ds este diametrul spotului laser focalizat, definit dup criteriul

FWHM (Full Width Half Maximum), la jumtate din incidan0 este lungimea de und n vid a fasciculului laserNA este apertura numeric a sistemului optic de focalizare (n

spe, a lentilei de focalizare)

NAd s 06.0



Evident, pentru o dimensiune mic a bitului, trebuie ca diametrul spotului ds s fie ct mai mic

Trebuie, deci, ca NA s fie ct mai mare (maximum 1) Pe de alt parte:

tolerana permis a buclei de reglaj al focalizrii (NA)-2 tolerana permis buclei de reglaj al poziiei pe pist (NA)-3 tolerana permis a grosimii substratului discului (NA)-4

Pentru ca toleranele mecanice de mai sus s aib valori acceptabil de mari, trebuie ca NA s fie ct mai mic

n practic, se face un compromis ntre aceste dou cerine contradictorii



n cazul standardului Compact Disc (CD-DA i CD-ROM) s-au ales urmtoarele valori:0 = 780 nm (diod laser pe GaAs/AlGaAs)NA = 0.45

pentru care rezult un diametru al spotului focalizat:ds 1.04 m

Dei am fi tentai s credem c lungimea bitului Lb pe direcia de scanare a datelor trebuie s fie mai mare sau cel puin egal cu diametrul spotului ds, n realitate Lb


DimensiuneaDimensiunea bituluibitului ((44))

Vedere frontal(1) Tranziie 1/0 (i similar pentru 0/1); (2) Bit citit 1; (3) Bit citit 0

A se observa c spotul acoper mai mult de 3 bii!



Avantajul acestei compactri informaionale este c se ctig n termeni de densitate de informaie

Exist ns i un dezavantaj, i anume faptul c se introduce (n mod deliberat) interferen inter-simbolic (ISI)

Din fericire, aceast ISI poate fi eliminat folosind detecie de tip ML (Maximum Likelihood) n locul celei clasice, cu prag, dar asta cu preul creterii complexitii detectorului


Calculul capacitCalculul capacitii CDii CD--uluiului

Considernd c: informaia util pe disc este stocat ntre diametrele 45 mm i

118 mm pista informaional, n form de spiral, poate fi aproximat cu o

sum de cercuri concentrice, numite in continuare piste, cu raze n progresie aritmetic cu pasul de 1.6 m

putem calcula: Diametrul mediu al unei piste, Dmediu = (118 + 45)/2 = 81.5 mm Lungimea medie a unei piste, Lmediu = piDmediu 256 mm Numrul de piste n zona util, npiste = (118 - 45)/2/1.6e-3

22812.5 piste n fine, capacitatea este: N = npiste Lmediu/Lb = 20.13 Gbii


Nu cumva sunt prea muli biiNu cumva sunt prea muli bii??

N = 20.13 Gbii = 20.13 x 109 / 8 bytes = 2.34 GiB !!! Cu toii tim, ns, c un CD-ROM are aprox. 700 MiB.

Unde este diferena? Diferena se justific n felul urmtor:

Zona efectiv de date utile se ntinde ntre diametrele 50 mm i 116 mm (la nceputul i sfritul discului exist zonele Lead-in i Lead-out care nu conin date utile, ci informaii de sistem)

Datele de utilizator nu sunt stocate ca atare pe disc, ci sufer mai multe procesri preliminare:

codare de tip CIRC (Cross-Interleaved Reed-Solomon Code) pentru protecie la erori

codare de tip RLL (Run-Length Limited) pentru adaptare la caracteristicile suportului memoriei (discului)

introducere de bii suplimentari pentru control (cuvinte de sincronizare, bii de margine, informaii auxiliare etc.)


Capul de citire optic (1)Capul de citire optic (1)

Legend Tipul de polarizare a fasciculului laser liniar liniar (dir. ortogonal) fasc. reflectat circular dr. circular st. fasc. incident

matrice de fotodetectoare

diod laser

disc optic

lam /4

reea de difracie

lentil cilindric

colimator

obiectiv divizor de fascicul polarizat

Dioda laser (DL) emite fascicul laser polarizat liniar

Colimatorul (C) conine elemente optice anamorfice pentru a da form circular fascicului laser emis de DL

Reeaua de difracie (DG) genereaz dou fascicule secundare, de intensitate mic, utile pentru controlul poziiei pe pist (v. metoda celor 3 fascicule)





diod laser

disc optic

lam /4

reea de difracie

lentil cilindric

colimator


Divizorul de fascicul polarizat (PBS) este un deflector sensibil la starea de polarizaie: dac fasciculul este polarizat , trece nedeflectat, dac e polarizat , este deflectat

Lama /4 (QWP) schimb tipul de polarizare din liniar n circular sau invers

Obiectivul (O) focalizeaz fasciculul laser pe disc (de fapt, pe stratul n care sunt stocate datele)





diod laser

disc optic

lam /4

reea de difracie

lentil cilindric

colimator


Discul prin reflexie (defazajpi radiani) schimb tipul de polarizare din circular dreapt n circular stng

Lentila cilindric (CL) este necesar pentru obinerea semnalului de eroare de focalizare (v. metoda astigmatic)

Matricea de fotodectoare conine 4 sau mai multe fotodiode, care genereaz semnalul util i semnalele de eroare pentru buclele de reglaj servo



Structura capului de citire optic prezentat anterior are dou avantaje importante: Fasciculul incident i cel reflectat de pe disc sunt

separate de ctre PBS, evitnd astfel apariia de caviti parazite prin ntoarcerea fasciculului napoi spre dioda laser

Posibilitatea realizrii automate a focalizrii fasciculului pe disc prin deplasarea obiectivului (de fapt, a ultimei lentile a acestuia) pe direcia perpendicular pe disc, deplasare comandat de bucla de reglaj servo aferent


Semnalele de eroare pentru Semnalele de eroare pentru buclele de reglaj servobuclele de reglaj servo (1)(1)

Urmrirea i citirea corect de ctre capul optic a datelor stocate de-a lungul spiralei fictive de pe disc, presupune urmtoarele reglaje: reglajul de focalizare (focus control), prin deplasarea lentilei de

focalizare pe direcia perpendicular pe disc reglajul de poziionare pe pist, care se face prin dou

mecanisme: deplasarea grosier a capului optic pe direcia radial a discului

(sledge control) deplasarea fin a lentilei de focalizare pe direcia radial a discului

(tracking control) reglajul turaiei discului (spindle control)


Semnalele de eroare pentru Semnalele de eroare pentru buclele de reglaj servobuclele de reglaj servo (2)(2)

Aceste reglaje se fac cu ajutorul unor bucle de reglaj servo, care la rndul lor necesit cte o informaie de eroare

Semnalele de eroare de focalizare i de poziionare pe pist se obin din semnalele electrice obinute la fotodectector, dup cum se va vedea n continuare

Semnalul de eroare pentru bucla de reglaj a turaiei discului se obine pe alte ci


Semnalul de eroare de focalizareSemnalul de eroare de focalizare

Exist dou metode de obinere a informaiei de eroare de focalizare: Metoda astigmatic (cea mai folosit) Metoda Foucault (are mai multe variante; nu

vom vorbi despre ea)


Semnalul de eroare de focalizareSemnalul de eroare de focalizareMetoda astigmaticMetoda astigmatic (1)(1)

Se folosete o lentil cilindric n sistemul optic de citire(situat, n general, n faa fotodetectorului)

Sistemul optic de focalizare devine astigmatic (n loc de un unic focar, exist dou linii focale, una pentru razele din planul meridian, cellalt pentru razele din planul sagital)



Lentil astigmatic (cilindric)



Semnalul de eroare de focalizare (focus error):FE = (A + C) (B +D)


Semnalul de eroare de poziionare pe pistSemnalul de eroare de poziionare pe pist

Exist mai multe metode de obinere a informaiei de eroare de poziionare pe pist: Metoda celor 3 fascicule Metoda PP (Push-Pull) Metoda DPD (Differential Phase Detection)

despre care nu vom vorbi n acest curs


Semnalul de eroare de poziionare pe pistSemnalul de eroare de poziionare pe pistMetoda celor 3 fascicule (1)Metoda celor 3 fascicule (1)

Folosete 3 fascicule laser incidente pe disc: fasciculul principal care este incident central, pe pista

informaional 2 fascicule secundare care sunt incidente parial pe pista

informaional Cele 2 fascicule secundare sunt obinute cu ajutorul unei

reele de difracie situate imediat dup dioda laser Aceste fascicule sunt de intensitate mult mai mic dect

fascicului principal La fotodetector, n afar de cele 4 fotodiode centrale,

sunt necesare dou fotodiode satelit pe care vor ajunge cele 2 fascicule secundare dup reflexia pe disc


Semnalul de eroare de poziionare pe pistSemnalul de eroare de poziionare pe pistMetoda celor 3 fascicule (2)Metoda celor 3 fascicule (2)

Semnalul de eroare de poziionare pe pist(tracking error):TE = (E - F)


Semnalul de eroare de poziionare pe pistSemnalul de eroare de poziionare pe pistMetoda Metoda PushPush--PullPull (1)(1)

Folosete un singur fascicul (cel principal), n consecin nu necesit existena reelei de difracie


Semnalul de eroare de poziionare pe pistSemnalul de eroare de poziionare pe pistMetoda Metoda PushPush--PullPull (2)(2)

Semnalul de eroare de poziionare pe pist(tracking error):TE = (A + D) (B + C)


Semnalele de control servoSemnalele de control servo

Buclele de reglaj servo au rolul de a menine semnalele de eroare ct mai aproape de zero. Pentru acesta, n funcie de valoarea instantanee a semnalelor de eroare se genereaz semnalele de control ale actuatoarelor, care sunt urmtoarele: semnalul de control al focalizrii semnalul de control al poziionrii pe pist semnalul de control al turaiei discului

Actuatoarele sunt de dou feluri: motoare electrice pentru rotirea discului (spindle control) i

controlul grosier al poziiei spotului pe pist (sledge control) actuatoare electromagnetice pentru controlul focalizrii (focus

control) i reglajul fin de poziionare pe pist (tracking control); aceste actuatoare acioneaz asupra lentilei de focalizare


Actuatoarele electromagnetice ale Actuatoarele electromagnetice ale lentilei de focalizare (1)lentilei de focalizare (1)

Ultima lentil din sistemul optic ce se gsete n capul de citire, numit lentil de focalizare, are 2 grade de libertate: o micare de translaie pe vertical (perpendicular pe disc) o micare de translaie pe direcia radial a discului

Prima translaie permite controlul focalizrii, folosind metoda astigmatic descris anterior

A doua translaie permite controlul fin al poziiei spotului laser focalizat pe pist (controlul grosier fiind obinut prin deplasarea ntregului cap optic neilustrat n figur)


Actuatoarele electromagnetice ale Actuatoarele electromagnetice ale lentilei de focalizare (2)lentilei de focalizare (2)

Lentila de focalizare este montat pe un actuator electromagnetic ce funcioneaz pe acelai principiu cu difuzorul

n figura de mai jos este ilustrat un exemplu de actuator electro-magnetic pentru controlul focalizrii (actuatorul pentru controlul poziiei radiale a lentilei bazndu-se pe acelai principiu) Lentila L este solidar cu bobina

mobil BM Ansamblul LBM este suspendat cu

ajutorul unei suspensii mecanice SMntr-un cmp magnetic constant, obinut cu un magnet permanent MPi un miez magnetic moale MM

Controlul focalizrii se face cu ajutorul curentului IFC prin bobina BM: dac IFC > 0, lentila se va deplasa, de ex., n sus (apropiindu-se de disc) dac IFC < 0, lentila se va deplasa n jos (ndeprtndu-se de disc)


Exemple de actuatoare Exemple de actuatoare electromagneticeelectromagnetice

Sony KSS361A Optical Pickup

http://www.repairfaq.org/sam/kss361a.gif



Sony KSS110C Optical Pickup

http://www.repairfaq.org/sam/kss110c.gif



Philips OPU from Magnavox

Model AH197M37 Modular Stereo System

http://www.repairfaq.org/sam/philcdp.gif



Sony PlayStation3 (PS3) KES-400A BluRay Optical Pickup Unit

http://www.fineartradiography.com/hobbies/lasers/blu-ray/optics.html


Semnalul HF citit de pe discSemnalul HF citit de pe discCaracteristiciCaracteristici

HF = High Frequency Este semnalul principal din care, la citirea

discului, se extrage informaia stocat pedisc

Se obine tot din semnalele electrice obinute la fotodectector:

HF = (A + B + C + D) Banda semnalului HF: aprox. 700 KHz (pt.

CD-DA sau CD-ROM 1x)


Semnalul HF citit de pe discSemnalul HF citit de pe discDiagramaDiagrama ochiochi

Cf. standardului CD-ROM (ECMA-130)

Msurat pe osciloscop pentru un CD Player

http://www.repairfaq.org/sam/cdeye.gif


Semnalul HF citit de pe discSemnalul HF citit de pe discControlul puterii optice a laserControlul puterii optice a laseruluiului

Pentru ca nivelul semnalului HF s nu varieze (caz n care citirea discului ar fi afectat de erori), trebuie ca puterea optic a diodei laser din capul optic de citire s fie bine controlat

Acest lucru se face cu ajutorul unei bucle de reglaj (ALPC Automatic Laser Power Control)ce folosete informaia de la o fotodiod care monitorizeaz puterea optic emis de dioda laser i care de obicei se gsete n aceeai capsul cu aceasta


TehnologiaTehnologia de de nregistrare i realizare a nregistrare i realizare a Compact DiscCompact Disc--uluiului

n continuare, vom descrie tehnologia de nregistrare i realizare a Compact Disc-ului (standardul CD-DA)

Cu excepia prii de digitizare a semnalului audio, tehnologia de nregistrare pentru CD-DA este identic i pentru CD-ROM

Tehnologia de nregistrare presupune 3 etape: realizarea discului original realizarea matrielor metalice cu ajutorul crora se

produc n serie discurile care ajung la utilizatori producerea n serie a discurilor propriu-zise


TehnologiaTehnologia de de nregistrarenregistrare//realizare a CDrealizare a CD--uluiuluiRealizarea discului original (1)Realizarea discului original (1)

nregistrarea discului original se face n studiouri profesionale, n condiii tehnologice deosebite (camer alb, clasa 100)

Pentru nregistrarea informaiei pe disc se folosete radiaie laser cu lungime de und mic (violet sau UV): lasere cu Ar (0 = 457.9 nm) lasere cu He-Cd (0 = 441.6 nm) lasere cu excimeri (ArF:0 = 193 nm; XeF:0 = 308 nm)



Schema bloc de principiu a instalaiei de nregistrare a discului original



Generatorul de tact produce frecvena de ceas (4.32 MHz) necesar funcionrii generatorului semnalelor de nregistrare, corelat cu comanda motorului de rotire a discului i cu comanda de deplasare radial a sistemului optic de poziionare pe disc a fasciculului laser

Generatorul semnalelor de nregistrare digitizeaz i codeaz semnalul audio (conform unei proceduri ce va fi descris puin mai trziu) n vederea nregistrrii pe disc



Semnalul de nregistrare comand modulatorul temporal elasto-optic care modulez n intensitate fasciculul laser

Baleierea discului de-a lungul razei sale se face cu ajutorul unui sistem optic de poziionare pe disc a fasciculului laser de scriere, n mod sincron cu rotirea discului i cu semnalul de nregistrare. Astfel se nregis-treaz informaia pe disc de-a lungul spiralei, cf. standardului

Compact Disc-ul original pe care se nregistreaz informaia cu ajutorul laserului este obinut n urma unui proces tehnologic descris n continuare



Se pornete de la un disc de sticl (a), dedimensiune mai mare (diametru 240 mm,grosime 6 mm) lefuit cu precizie de zeci de nanometri

Pe acest disc de sticl se depune mai nti o pelicul de agent de cuplare silan, urmat de un strat de fotorezist (b)

Discul este apoi expus radiaiei laser UV sau violet (c) care e modulat de semnalul de nregis-trare, conform instalaiei descrise anterior

(f)

Laser violetsau UV

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

sticl lefuit

sticlfotorezist

masc fotorezist(discul original)

depunere metalic(nichel)

discul master sau tat

expunere fotorezist



Dup expunere, zonele de fotorezist expuse sunt ndeprtate folosind un lichid de developare, rmnnd adncituri n stratul de fotorezist

Masca de fotorezist rezultat este n continuare acoperit cu un strat metalic subire de protecie (uzual, oel sau Ni) care se depune prin evaporare, obinndu-se astfel discul original (d) (f)

Laser violetsau UV

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

sticl lefuit

sticlfotorezist




expunere fotorezist



n aceast etap, discul original, care conine informaia pozitiv, poate fi verificat folosind un aparat de redare pentru a analiza corectitudinea i precizia nregistrrii

(f)

Laser violetsau UV

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

sticl lefuit

sticlfotorezist




expunere fotorezist


TehnologiaTehnologia de de nregistrarenregistrare//realizare a CDrealizare a CD--uluiuluiRealizarea matrielor (1)Realizarea matrielor (1)

Dup verificare, pe discul original, care e conductiv, se depune un strat gros de Ni (e) prin metoda galvanic (baie galvanic cu electrolit de nichel)

Discul metalic astfel obinut este apoi separat de discul original de sticl i limpezit. Se obine astfel discul master sau discul tat (f)

Deoarece la ultima operaie stratul de fotorezist se deterioreaz, discul original se va utiliza o singur dat

(f)

Laser violetsau UV

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

sticl lefuit

sticlfotorezist




expunere fotorezist



Discul tat (master) conine informaia negativ i nu se folosete la producia n serie a CD-urilor

n schimb, discul tat este folosit pentru generarea galvanic a 4-5 copii pozitive, numite discuri mam (g)

La rndul su, fiecare disc mam este folosit pentru generarea galvanic a 4-5 copii negative, numite discuri fiu sau matrie (h)

(g)

(h)

discul tat(father)

discul mam(mother)

discul fiu (son) sau matri



Imagine mrit la microscop a unei matrie de CD


TehnologiaTehnologia de de nregistrarenregistrare//realizare a CDrealizare a CD--uluiuluiRealizarea CDRealizarea CD--ului propriuului propriu--zis (1)zis (1)

Discurile fiu se folosescca matrie metalice (i)pentru fabricarea n seriea CD-urilor folosind pro-cedeul matririi prin in-jecie (injection moulding) a policarbonatului (j)

Discul din policarbonat obinut n urma injeciei (k) conine informaia pozitiv, exact ca discul original

(i)

(j)

(k)

(l)

(m)

matri metalic(discul fiu)mas plastic(policarbonat)

discul obinut prinprocedeul matri-rii prin injecie.

strat metalicreflectorizant (Al)

strat protector

etichet


Tehnologia de nregistrare/realizare a CDTehnologia de nregistrare/realizare a CD--uluiuluiRealizarea CDRealizarea CD--ului propriuului propriu--zis (2)zis (2)

Pe substratul din policarbonat se depune apoi stratul metalic reflectorizant (l) cu grosime de 50-100 nm. Cel mai frecvent se folosete Al (ieftin), dar i Cu, Ag, Au (variante mai scumpe)

Urmeaz depunerea lacului de protecie (de grosime 6-7 m) i imprimarea etichetei comerciale (m)

(i)

(j)

(k)

(l)

(m)

matri metalic(discul fiu)mas plastic(policarbonat)

discul obinut prinprocedeul matri-rii prin injecie.

strat metalicreflectorizant (Al)

strat protector

etichet


Tehnologia de nregistrare/realizare a CDTehnologia de nregistrare/realizare a CD--uluiuluiRealizarea CDRealizarea CD--ului propriuului propriu--zis (zis (33))

Instalaie de matriare prin injecie (TW2000)

http://www.diytrade.com/china/4/products/4603438/Plastic_Injection_Molding_Machine_TW2000.html



Ilustrarea procedeului de matriare prin injecie

http://alexpb.com/notes/wp-content/uploads/2007/12/injectionmold.gif



Ilustrarea procesului tehnologic de realizare a CD-urilor

How It's Made how DVD & CD Are Madehttp://www.youtube.com/watch?v=YZKD2aYLTWw



Ilustrarea procesului tehnologic de realizare a CD-urilor

CD DVD Disc Replication Process - Explained by www.cdrom2go.comhttps://www.youtube.com/watch?v=9BHNyTTx9W8


DigitizareaDigitizarea i codarea semnalului audio i codarea semnalului audio lala nregistrarea CDnregistrarea CD--uluiului audio (1)audio (1)

Aceast operaie este necesar pentru: conversia semnalului audio n format digital protecia datelor mpotriva erorilor de citire

Posibilele surse de erori: defecte de producie zgrieturi pe disc (accidentale sau datorate manipulrii

defectuoase a discului) particule de praf i/sau amprente de grsime pe disc zgomotul inerent n procesul de citire a discului pierderea sincronizrii (atunci cnd datorit cauzelor de mai sus

sunt afectate cuvintele de sincronizare)



Tipuri de erori posibile: izolate (single bit) este afectat un singur bit n rafal (burst) sunt afectai mai muli bii consecutiv

Soluii: folosirea de coduri de canal (prin analogie cu sistemele de

comunicaii) pentru protecie mpotriva zgomotului la citirea depe disc

folosirea de coduri corectoare de erori reordonarea datelor (interleaving) pentru o mai bun eficien a

codurilor corectoare de erori n cazul erorilor n rafal interpolarea eantioanelor audio eronate folosind eantioanele

adiacente citite corect



Metoda de codare folosit n standardul CD-DA: codor CIRC (Cross-Interleaved Reed-Solomon Code) care este

o combinaie de cod corector de erori i reordonare ncruciat a datelor

codor (modulator) EFM (Eight-to-Fourteen Modulation) care are rolul de a reduce numrul de tranziii 01 i 10 (echivalent cu a evita adnciturile scurte pe disc i, implicit, cu a crete raportul semnalzgomot)

Performane teoretice de corecie a erorilor n rafal: doar cu codarea CIRC: pn la 4000 bii (echivalent cu 2.4 mm

de-a lungul spirei informaionale) codare CIRC + interpolarea eantioanelor: pn la 13700 bii

(echivalent cu 8.5 mm de-a lungul spirei informaionale)


Descrierea codorului folosit n Descrierea codorului folosit n standardul CDstandardul CD--DA (1)DA (1)

Conversia A/D Frecvena de eantionare: fe = 44,1 KHz

Aceast valoare provine dintr-un standard mai vechi de nregistrare digital a semnalului audio pe videocasete PAL

Banda semnalului audio: 20 Hz ... 22.05 KHz Cuantizare: 16 bii/canal

Fiecare eantion al celor 2 canale audio (stang/drept) este cuantizat pe 16 bii

Frecvena de bit: 2 canale x 16 bii/canal x 44,1KHz = 1.4112 Mbii/s Numrul de bii necesar unei ore de audiie:

N1h = 3600 s x 1.4112 Mbii/s = 5.08 Gbii

Coversie A/D Codare CIRCAdugare cuvnt

de control (subcode)

semnal digital

cuvinte de 16 bii1.4112 Mbii/s

cadru de 32 de octei

(24 + 4 + 4)1.8816 Mbii/s


(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s

canalul drept

canalul stngsemnalaudio



Codarea CIRC Specificat de standardul IEC 60908 (CD-DA), dar folosit

identic i pentru standardul ECMA-130 (CD-ROM); difer doar datele de intrare care nu mai provin din eantioane audio, ci din fiiere de date

12 eantioane audio de 16 bii (6 din canalul stng i 6 din canalul drept):L0 R0 L1 R1 L2 R2 L3 R3 L4 R4 L5 R5 (12 cuvinte de 16 bii)

sunt grupate ntr-un cadru de 24 de octei (de durat 136.05 s):LH0 LL0 RH0 RL0 LH1 LL1 ... RH5 RL5 (24 de octei)(L0) (R0) (L1) ... (R5)



semnal digital



(24 + 4 + 4)1.8816 Mbii/s


(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s

canalul drept



CodorulCodorul CIRC CIRC pentrupentru CDCD--ROMROM(cf. ECMA(cf. ECMA--130)130)



Codarea CIRC (cont.) Octeii provenii din

eantioanele pare sunt ntrziai cu 2 cadre i apoi reordonai prin ncruciare

Prima codare (C2) Reed-Solomon:RS(n,k) = RS(28,24)(se adaug 4 octei pentru corecia de erori) Codorul CIRC (cf. ECMA-130)



semnal digital



(24 + 4 + 4)1.8816 Mbii/s


(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s

canalul drept




Codarea CIRC (cont.) Cei 28 de octei rezultai

dup prima codare RS sunt ntrziai diferit, cu 0 pn la 27 x D cadre(unde D = 4)

A doua codare (C1) Reed-Solomon:RS(n,k) = RS(32,28)(se adaug nc 4 octei pentru corecia de erori) Codorul CIRC (cf. ECMA-130)



semnal digital



(24 + 4 + 4)1.8816 Mbii/s


(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s

canalul drept




Codarea CIRC (cont.) Octeii pari din cei 32 de

octei rezultai dup a doua codare RS sunt ntrziai cu un cadru

Cei 8 octei pentru corecia de erori(afereni codrilor C2 i C1) sunt negai pentru a putea gestiona absena semnalului audio pe durata pauzelor Codorul CIRC (cf. ECMA-130)



semnal digital



(24 + 4 + 4)1.8816 Mbii/s


(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s

canalul drept




Adugarea cuvntului de control (subcode) Celor 32 de octei obinui dup codarea CIRC li se adaug (pe

prima poziie) un cuvnt de control de 8 bii, cunoscut sub denumirea de cuvnt de subcod, rezultnd astfel un cadru de 33 de octei

Octeii de control (subcod) din 98 de cadre succesive, structurai n forma unui tabel, alctuiesc aa-numitele subcoduri sau canale (n total 8), denumite p-channel, q-channel, .a.m.d. pn la w-channel;

Aceste subcoduri conin n principal informaii referitoare la adresarea fizic pe disc: numrul de nregistrri (tracks) de pe disc, lungimea i durata acestora, durata i poziia pauzelor dintre nregistrri .a.



semnal digital



(24 + 4 + 4)1.8816 Mbii/s


(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s

canalul drept




Codarea (modulaia) EFM Octeii de date sunt convertii n cuvinte de 14 bii cu ajutorul

unui cod RLL(d,k) = RLL(2,10) ce respect urmtoarele condiii: minimum 2 bii 0 consecutivi maximum 10 bii 0 consecutivi

Conversia se face pe baza unei tabele de conversie, specificat n standardul IEC 60908 (CD-DA) i ECMA-130 (CD-ROM); mai jos sunt ilustrate primele 5 linii din aceast tabel

semnal de nregistrare

(moduleazlaserul de scriere)

Codare(modulaie)

EFM

Adugare bii de margine i cuvnt

de sincronizareConversie

NRZ / NRZI cadru 33 de cuvinte

a cte 14 bii

cadru de 588 de bii

(24 + 3 + 33 x (14 + 3))cadru de 33 de octei

(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s



Codarea (modulaia) EFM (cont.) Din cele 214 = 16384 de combinaii posibile de 14 bii, 267

satisfac condiiile codului RLL(2,10). Din acestea: 256 se asociaz cu cele 28 combinaii posibile de 8 bii 1 este pstrat pentru cuvntul de sincronizare a cadrelor 10 nu sunt folosite



Codare(modulaie)

EFM




a cte 14 bii

cadru de 588 de bii


(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s



Adugarea cuv. de sincronizare i a biilor de margine Celor 33 de cuvinte de cod EFM de 14 bii li se adaug la

nceput un cuvnt de sincronizare de 24 de bii: Cuvntul de sincronizare (rezervat) este urmtorul:

100000000001000000000010 Cele 33 de cuvinte de cod EFM de 14 bii i cuvntul de

sincronizare de 24 de bii se concateneaz cu ajutorul a cte 3 bii de margine:100000000001000000000010 000 01000100100010 000 10001000100010 010 00100010000100 ....



Codare(modulaie)

EFM




a cte 14 bii

cadru de 588 de bii


(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s



Adugarea cuv. de sincro i a biilor de margine (cont.) Alegerea biilor de margine se face respectnd (n ordine)

urmtoarele constrngeri:1) respectarea cerinelor codului EFM pentru irul de bii obinut prin

concatenarea cuvintelor de cod de 14 bii (minimum 2 bii 0 imaximum 10 bii 0 consecutivi)

2) succesiunea 100000000001000000000010 nu poate aprea n urma concatenrii cuvintelor de cod de 14 bii, fiind rezervat cuvntului de sincronizare

3) valoarea sumei digitale (DSV Digital Sum Value) pentru semnalul scris pe disc trebuie meninut ct mai mic (echivalent cu rejecia componentei continue a semnalului); aceast cerin este important pentru buna funcionare a buclelor de reglaj servo



Codare(modulaie)

EFM




a cte 14 bii

cadru de 588 de bii


(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s



Adugarea cuv. de sincro i a biilor de margine (cont.) n urma concatenrii cuvintelor de cod EFM i a cuvntului de

sincronizare cu biii de margine, rezult aa-numitul cadrul de bii de canal care conine 588 de bii de canal:

(24 sincro + 3 margine + 33 x (14 cod EFM + 3 margine)) = 588 de bii Frecvena de bit: fb = 4.3218 MHz (1x CD) Frecvena cadrelor: fc = 7350 Hz Frecvena subcodurilor (98 de cadre): fsc = 75 Hz Lungime bit: Lb = 0.29 m viteza liniar: vlin = Lb x fb 1.25 m/s Corespunztor, turaia discului va varia ntre ~202 rot/min

(pentru raza maxim) i ~532 rot/min (pentru raza minim)



Codare(modulaie)

EFM




a cte 14 bii

cadru de 588 de bii

(24 + 3 + 33 x (14 + 3))4.3218 Mbii/s


(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s



Conversia NRZ/NRZI NRZ=Non-Return-to-Zero NRZI=Non-Return-to-Zero, Inverted Biii de canal nu se scriu ca atare pe disc, ci conform regulii:

1 = variaie de relief pe disc, adic tranziie de la adncitur la pauz (pitland) sau invers (landpit)

0 = nicio variaie de relief pe disc Pentru aceasta, este nevoie de conversia NRZ/NRZI. Exemplu:

NRZ: 10000000000100000000001001000100010010000100...NRZI: 11111111111000000000001110000111100011111000...

n secvena NRZI, care este semnalul final ce moduleaz laserul de scriere a CD-ului, 0 corespunde cu putere optic mic (rezult un land), iar 1 cu putere optic mare (se scrie un pit)



Codare(modulaie)

EFM




a cte 14 bii

cadru de 588 de bii

(24 + 3 + 33 x (14 + 3))4.3218 Mbii/s


(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s


RedareaRedarea Compact DiscCompact Disc--uluiuluiSchema bloc a aparatului de redare (CD Player)Schema bloc a aparatului de redare (CD Player)


RedareaRedarea Compact DiscCompact Disc--uluiuluiBlocurile principaleBlocurile principale

Blocul de procesare a semnalului principal Controlerul servo Dispozitivul mecanic de fixare a discului (mechadeck), mpreun cu

motoarele ce rotesc discul i deplaseaz capul optic Capul optic de citire (mpreun cu actuatoarele electromagnetice

aferente) Controlerul de sistem (mpreun cu interfaa de utilizator i cu afiajul)


RedareaRedarea Compact DiscCompact Disc--uluiuluiBlocul de procesare a semnalului principalBlocul de procesare a semnalului principal

Execut operaiile inverse celor discutate la nregistrarea CD-ului: Detecia semnalului NRZ (canalul de citire) din semnalul HF de la capul optic Recuperarea cadrelor de date (detecia cuvntului de sincronizare) Decodarea (demodulaia) EFM Decodarea CIRC (incluznd restabilirea ordinii naturale a eantioanelor, corecia

erorilor i semnalizarea erorilor necorectabile) Interpolarea eantioanelor care nu au putut fi citite corect Conversia D/A


RedareaRedarea Compact DiscCompact Disc--uluiuluiControlerul servo (1)Controlerul servo (1)

Are rolul de a menine fasciculul laser focalizat pe pista informaional prin urmtoarele reglaje:

reglajul focalizrii prin deplasarea lentilei de focalizare pe vertical (focus control) reglajul poziionrii pe pist:

grosier, prin comanda motorului ce deplaseaz pe direcia radial a discului sania pe care e montat capul optic (sledge control)

fin, prin deplasarea lentilei de focalizare pe direcia radial (tracking control) reglajul turaiei motorului care rotete discul (spindle control)


RedareaRedarea Compact DiscCompact Disc--uluiuluiControlerul servo (2)Controlerul servo (2)

Despre primele 2 reglaje (focalizare i poziionare pe pist) s-a discutat anterior

Pentru reglajul turaiei discului se folosete o memorie tampon (FIFO)n care datele citite de pe disc sunt stocate nainte de a fi procesate:

dac memoria este prea plin (>50%) se comand reducerea vitezei de rotaie dac memoria este prea goal (


RedareaRedarea Compact DiscCompact Disc--uluiuluiDispozitivul de fixare a discului (Dispozitivul de fixare a discului (mechadeckmechadeck))

Conine urmtoarele componente: suportul de fixare a discului capul optic motorul de rotire a discului motorul (pas cu pas) pentru deplasarea capului optic motorul pentru sertarul de inserie/extracie a discului din/n aparat (tray motor)


RedareaRedarea Compact DiscCompact Disc--uluiuluiCapul optic de citireCapul optic de citire

Montat pe un dispozitiv de tip sanie ce gliseaz pe direcia radial a discului Conine componente de diferite tipuri:

optice (lentile, prisme, oglinzi etc.) optoelectronice (dioda laser, fotodiode) electronice (circuite integrate) actuatoare electromagnetice pentru deplasarea lentilei de focalizare

Greutate:


RedareaRedarea Compact DiscCompact Disc--uluiuluiExemple de cap optic iExemple de cap optic i mechadeckmechadeckProductor: Three Sixty International Group Ltd. (Hong Kong)

Model: Laser Head KDP4H, KDP4C, KCP4C (for portable or car CD player)http://threesixtyltd.en.made-in-china.com/product-list-1.html


RedareaRedarea Compact DiscCompact Disc--uluiuluiExemple de cap optic iExemple de cap optic i mechadeckmechadeck

Productor: SonyModel: D2 (CD player)

http://www.repairfaq.org/sam/d2.gif


RedareaRedarea Compact DiscCompact Disc--uluiuluiControlerul de sistemControlerul de sistem

Gestioneaz funcionarea global a aparatului de citire: Coordoneaz controlerul servo pentru poziionarea pe disc a spotului laser, n

baza informaiilor auxiliare citite de pe disc (tabela de subcoduri) i furnizate de ctre blocul de procesare a semnalului principal

Proceseaz comenzile primite de la utilizator Afieaz informaiile de sistem (numrul nregistrrilor, numrul nregistrrii

curente, durata total a nregistrrilor, durata nregistrrii curente)


n final, cteva n final, cteva cifrecifrepentru CDpentru CD--DADA/CD/CD--ROMROM

Caracteristici generale Capacitatea de stocare:

CD-DA n bii fizici (de canal): ~18.53 Gb (2.16 GiB) n bii de date (digital audio): ~750MiB n minute: 74 min

(durata Simfoniei a IX-a de Beethoven)CD-ROM 650 MiB / 74 min; 700 MiB / 80 min

Densitatea informaional:CD-DA n bii fizici (de canal): ~25.7 MiB/cm2 n bii de date (digital audio): ~8.7 MiB/cm2CD-ROM ~7.6 MiB/cm2

Rata de transfer: 150 KiB/s Viteza liniar de citire: 1.25 m/s Viteza de rotaie: 202 532 rot/min

Parametri optici Lungimea de und: 780 nm (IR, AlGaAs) Apertura numeric (NA): 0.45 Diametrul spotului pe disc: ~1 m Profunzimea de focalizare: ~2 m Pasul spiralei informaionale: 1.6 m Lungimea bitului: 0.29 m Lungimea pistei informaionale: ~5.7 km Dimensiunea simbolurilor pe disc

(pits & lands): 0.87 m, 3.19 m


CuprinsCuprins







3> Memorii optice ROM: generaii ulterioare (DVD, BluRay). Comparaie


Standardul Standardul DVDDVD--ROMROMCaracteristici generaleCaracteristici generale

DVD = Digital Versatile Disc / Digital Video Disc Succesorul standardului Compact Disc (generaia a II-a) Lansat n 1995 de DVD Consortium (devenit ulterior

DVD Forum), avnd ca membri fondatori urmtoarele 10 firme: Hitachi, Matsushita, Mitsubishi, Pioneer, Philips, Sony, Thomson, Time Warner, Toshiba i JVC

Aplicaii: stocarea de informaie video n format digital sau stocarea de date

Ca i CD-ul, este disponibil n dou variante: Standard DVD (disc de 120 mm) MiniDVD (disc de 80 mm)


Standardul Standardul DVDDVD--ROMROMCaracteristici opticeCaracteristici optice

Folosete radiaie laser cu lungime de und mai mic ( = 650 nm) de culoare roie

Sistemul optic de citire are apertura numeric mai mare (NA = 0.6)

n consecin, diametrul spotului laser este mai mic (ds 650 nm) ceea ce permite: reducerea pasului spiralei informaionale (track pitch) la 0.74 m micorarea lungimii adnciturilor (pits) i a pauzelor (lands) de-a

lungul pistei pn la valoarea minim de 0.4 m i, n consecin, micorarea lungimii bitului la Lb = 133.3 nm

reducerea lrgimii adnciturilor (pits) la 0.32 m Grosimea substratului de policarbonat, msurat dinspre

direcia de citire, este de 0.6 mm (jumtate fa de CD), dar grosimea discului este tot de 1.2 mm


Standardul Standardul DVDDVD--ROMROMImagine la microscop: comparaie cu CDImagine la microscop: comparaie cu CD

http://pioneer.jp/crdl/tech/dvd/2.html

1.6 m

0.87 m min.

0.74 m

0.4 m min.


Standardul Standardul DVDDVD--ROMROMAli parametri (la viteza 1x)Ali parametri (la viteza 1x)

Rata de transfer: 1318 KiB/s = 1.29 MiB/s Rata de bit de canal: 26.15625 MHz Viteza liniar: 3.49 m/s (SL); 3.84 m/s (DL) Viteza de rotaie: 565 1481 rot/min (SL);

622 1630 rot/min (DL)


Standardul Standardul DVDDVD--ROMROMCapacitatea de stocareCapacitatea de stocare

Poate avea mai multe straturi informaionale (pn la 4) n funcie de: numrul de fee accesibile:

1 fa = Single-Sided (SS); 2 fee = Double-Sided (DS) numrul de straturi pe fiecare fa:

1 strat = Single-Layer (SL); 2 straturi = Dual-Layer (DL) Capacitatea de stocare (Standard DVD):

DVD-5 (SS SL) 1 strat: 4.70 GB (4.38 GiB) DVD-9 (SS DL) 2 straturi: 8.54 GB (7.95 GiB) DVD-10 (DS SL) 2 straturi: 9.40 GB (8.75 GiB) DVD-18 (DS DL) 4 straturi: 17.08 GB (15.90 GiB)


Standardul Standardul DVDDVD--ROMROMCreterCretereea capacita capacitii n raport cu CDii n raport cu CD--ulul

Creterea capacitii la DVD-ROM (4.38 GiB) fa de CD-ROM (650 MiB) se datoreaz urmtorilor factori: lungimea de bit mai mic (0.133 m, fa de 0.29 m) 2.180x pasul pistei mai mic (0.74 m, fa de 1.6 m) 2.162x zona de date puin mai mare (87.6 cm2, fa de 86.6 cm2) ~1.018x cod de canal mai eficient (EFM+ 8/16, fa de EFM 8/17) ~1.063x cod FEC mai eficient (13% din rata de canal, fa de 25%) ~1.160x overhead mai mic al sectorului fizic pe disc (sector de 2060 de octei din

care 2048 de date, fa de sector de 2352 de octei din care 2048 de date) ~1.142x

Total: ~6.76x


Standardul Standardul DVDDVD--ROMROMStructura disculuiStructura discului


Standardul Standardul DVDDVD--ROMROMDe ce grosime mai micDe ce grosime mai mic a substratuluia substratului??

A fost aleas jumtate (0.6 mm) din valoarea folosit la CD-ROM, din dou motive: pentru a reduce efectul aberaiei de sfericitate

datorate traversrii substratului de policarbonat de ctre fascicul laser focalizat (convergent)

la DVD, NA este mai mare, deci nclinarea razelor convergente este mai mare

pentru a reduce efectul aberaiei de com datorate nclinrii suprafeei nregistrate a discului (tilt) relativ la direcia normal de citire, fenomen pregnant mai ales n zonele periferice ale discului


Standardul Standardul DVDDVD--ROMROMIlustrarea efectului de Ilustrarea efectului de tilt tilt la CD i DVDla CD i DVD

CD

spot de diametru mareadncituri (pits) mari

doar deviaii mari pot distorsiona fasciculul reflectat

DVD

spot de diametru micadncituri (pits) mici

deviaii mai mici pot distorsiona fasciculul reflectat (la aceeasi

grosime a substratului)

substrat mai subire


Standardul Standardul DVDDVD--ROMROMRezistena discului la praf i zgrieturiRezistena discului la praf i zgrieturi (1)(1)

Varianta de disc cu substrat de 0.6 mm este nefavorabil din punctul de vedere al rezistenei la particule de praf i zgrieturi, deoarece diametrul spotului laser pe suprafaa discului este proporional cu grosimea substratului

Diametrul spotului pe disc: la CD: ~ 377 m la DVD: ~ 262 m

n consecin, o particul de praf sau o zgrietur de dimensiuni similare va afecta semnificativ citirea discului DVD, n timp ce discul CD va fi citit fr probleme

http://pioneer.jp/crdl/tech/dvd/2.html

Zgrietur / Praf


Standardul Standardul DVDDVD--ROMROMRezistena discului la praf i zgrieturi (2)Rezistena discului la praf i zgrieturi (2)

Compensarea neajunsului menionat anterior se face cu ajutorul codului corector de erori, care e mult mai puternic fa de codul CIRC folosit la CD n timp ce la CD capacitatea de corecie a erorilor n rafal este

echivalent cu 2.29 mm de pist, la DVD aceast capacitate de corecie corespunde cu 6 mm de pist (adic mai mult dect dublu fa de CD)

Mai mult dect att, varianta cu 2 substraturi de policarbonat de 0.6 mm lipite are i un avantaj: stratul nregistrat este protejat la zgrieturi pe oricare dintre feele discului n timp ce la CD, stratul nregistrat este foarte aproape de suprafaa

etichetei comerciale (~0.1 mm), fiind expus la zgrieturi, la DVD, stratul nregistrat se gsete ntre cele dou subtraturi de cte 0.6 mm fiecare, fiind mai bine protejat.


Standardul Standardul DVDDVD--ROMROMObservaii legate de discurile DualObservaii legate de discurile Dual--LayerLayer

La discurile de tip Dual Layer, cele 2 straturi informaionale se citesc de pe aceeai fa a discului

De aceea, apar urmtoarele probleme: aberaia de sfericitate este mai mare la citirea stratului #1 ca urmarea

grosimii mai mari (substrat + strat separator) traversat de fasciculul laser focalizat

cross-talk ntre cele dou straturi, lucru ce conduce la degradarea SNR-ului (indiferent care din cele 2 straturi este citit)

Din acest motiv, lungimea bitului la aceste discuri este cu 10% mai mare (146.7 nm, fa de 133.3 nm)

Alegerea grosimii stratului separator(55 m) e rezultatul minimizrii simultane a aberaiei de sfericitate suplimentare i a cross-talk-ului

laser

Stratul #0

Stratul #1

Strat separator


Standardul Standardul DVDDVD--ROMROMParticularitParticulariti ale procesului tehnologici ale procesului tehnologic (1)(1)

Etapa de realizare a discului master (pe suport de sticl) sufer unele modificri fa de CD: grosimea stratului de fotorezist (120 nm la DVD, fa de 140 nm

la CD) laser de scriere UV (Ar i Kr, 351 nm), fa de laser albastru sau

violet la CD apertura numeric a SO de scriere (0.9 la DVD, fa de 0.6 la

CD) la formatul DVD-9 (Dual Layer) e necesar ca la masterizarea

stratului #1 (cel mai adnc) discul s fie rotit n sens invers, iar scrierea s se fac fie de la centru spre margine (PTP Parallel Track Path), fie invers (OTP Opposite Track Path)


Standardul Standardul DVDDVD--ROMROMParticularitParticulariti ale procesului tehnologici ale procesului tehnologic (2)(2)

Etapa de realizare a discului final prin procedeulmatririi prin injecie sufer i ea modificri fa de CD: sunt necesare dou operaii de matriare prin injecie (pentru

fiecare jumtate de disc) substratul de policarbonat obinut este de dou ori mai subire

(0.6 mm fa de 1.2 mm la CD) substratul fiind mai subire, parametrii tehnologici (timpul i

temperatura de injecie) trebuie ajustai este necesar o operaie n plus, aceea de lipire a celor dou

substraturi; n plus, la discurile DL, n urma acestei operaii trebuie s rezulte un strat transparent i de grosime adecvat

timpii de prelucrare sunt mai mari calitatea discului final (n special jitter i tilt) este critic la DVD


Standardul BStandardul BDD--ROMROMCaracteristici generaleCaracteristici generale

BD = Blu-ray Disc Succesorul standardului DVD (generaia a III-a) Lansat n 2002 de Blu-ray Disc Founders (BDF), devenit

ulterior Blu-ray Disc Association (BDA), avnd ca membri fondatori urmtoarele 9 firme: Sony, Panasonic, Pioneer, Philips, Thomson, LG, Hitachi, Sharp i Samsung

Aplicaii: stocare video n format digital HD (High-Definition), Sony PlayStation3 sau stocare de date

Ca i CD-ul i DVD-ul, este disponibil n dou variante: Standard disc (diametru de 120 mm) Mini disc (diametru de 80 mm)


Standardul BStandardul BDD--ROM ROM Caracteristici opticeCaracteristici optice

Folosete radiaie laser cu lungime de und i mai mic ( = 405 nm) de culoare albastru-violet

Sistemul optic de citire are apertura numeric i mai mare (NA = 0.85)

n consecin, diametrul spotului laser este i mai mic (ds 286 nm) ceea ce permite: reducerea pasului spiralei informaionale (track pitch) la 0.32 m micorarea lungimii adnciturilor (pits) i a pauzelor (lands) de-a

lungul pistei pn la valoarea minim de 0.149 m i, n consecin, micorarea lungimii bitului la Lb = 74.5 nm

Grosimea substratului de policarbonat, este de ~1.1 mm, dar citirea se face prin stratul de protecie de doar 0.1 mm (mai puin de o zecime dect la CD)


Standardul BStandardul BDD--ROM ROM Comparaie cu CD i DVDComparaie cu CD i DVD


Standardul Standardul BDBD--ROMROMAli parametri (la viteza 1x)Ali parametri (la viteza 1x)

Rata de transfer: 6.74 MiB/s Rata de bit de canal: 66 MHz Viteza liniar: 7.367 m/s Viteza de rotaie: 1192 3127 rot/min


Standardul BStandardul BDD--ROMROMCapacitatea de stocareCapacitatea de stocare

n prezent, exist 2 formate de discuri (120 mm): 25 GB/strat 27 GB/strat (format rezervat, neaccesibil pe pia)

Ambele formate pot avea 1 sau 2 straturi informaionale

Capacitatea de stocare: BD-ROM 25 GB/strat 1 strat: 25.03 GB (23.31 GiB) BD-ROM 25 GB/strat 2 straturi: 50.05 GB (46.61 GiB) BD-ROM 27 GB/strat 1 strat: 27.02 GB (25.16 GiB) BD-ROM 27 GB/strat 2 straturi: 54.04 GB (50.33 GiB)


Standardul BStandardul BDD--ROMROMCreterCretereea capacita capacitii n raport cu DVDii n raport cu DVD--ulul

Creterea capacitii la BD-ROM (23.31 GiB) fa de DVD-ROM (4.38 GiB) se datoreaz, printre altele, urmtorilor factori: lungimea de bit mai mic (74.5 nm, fa de 133.3 nm) 1.120x pasul pistei mai mic (0.32 m, fa de 0.74 m) 2.313x cod de canal mai eficient (17PP 2/3, fa de EFM+ 8/16) ~1.333x .......


Standardul BStandardul BDD--ROMROMStructura disculuiStructura discului


Standardul BStandardul BDD--ROMROMGrosimea stratului de protecieGrosimea stratului de protecie

Grosimea de 0.1 mm a stratului de protecie a fost aleas dup dou criterii: pentru a reduce efectul aberaiei de sfericitate

datorate traversrii substratului de policarbonat de ctre fascicul laser focalizat (convergent)

la BD, NA este cea mai mare (0.85), deci nclinarea razelor convergente este mai mare

pentru a reduce efectul aberaiei de com datorate nclinrii suprafeei nregistrate a discului (tilt) relativ la direcia normal de citire, fenomen pregnant mai ales n zonele periferice ale discului


Standardul BStandardul BDD--ROMROMIlustrarea efectului de Ilustrarea efectului de tilt tilt la DVD i BDla DVD i BD

DVD

spot de diametru mareadncituri (pits) mari

doar deviaii mari pot distorsiona fasciculul reflectat

BD

spot de diametru micadncituri (pits) mici

deviaii mai mici pot distorsiona fasciculul reflectat (la aceeasi

grosime a substratului)

substrat mai subire


Standardul BStandardul BDD--ROMROMAvantajul substratuluiAvantajul substratului

Substratul de 1.1 mm nu trebuie s fie transparent (citirea nu se face prin el)

Se elimin astfel problema birefringenei substratului (important la CD i mai ales la DVD), indus de procesul de fabricaie a discurilor prin injecia policarbonatului

Se ctig astfel n termeni de timp de prelucrare (la DVD, timpii sunt mari pentru ca trebuie rcire lent a plasticului dup injecie, pentru a nu a avea birefringen mare)


Standardul Standardul DVDDVD--ROMROMTehnologiaTehnologia de realizare a stratului de proteciede realizare a stratului de protecie

Date post:	17-Dec-2015
Category:	Documents
Upload:	jadaky91
View:	61 times
Download:	9 times

Memorii si procesoare fotonice 01.pdf

Documents