1、武汉工程大学硕士学位论文基于LabVIEW的CD/DVD双机芯参数测试系统研究姓名：李亮申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：刘向明20070501摘要摘 要DVD小机芯参数评价设备的研发是DVD整机开发、生产的重要环节，同时也是我国光存储产业发展较为薄弱的一个环节。本课题在改造商用伺服板的基础上，以提高生产效率为目的，采用基于LabVIEW双机芯评价方案，对某型号DVD小机芯性能参数进行了评价，并通过实验证实此方案的工作效率有较大地提高。课题的工作主要集中在硬、软件两部分。硬件方面主要完成选路开关、机芯进给电机电源和信号前置处理电路的设计；根据需要采集信号的特征，合理选择了一款性价比
2、较高的数据采集卡，并对其进行了配置。软件及其算法的设计是本课题的重点，工作主要集中在小机芯各个性能参数的分析和处理上。在信号处理上，设计了数字滤波器并通过了实验验证。在参数的提取上，DVD的TE信号是一个比较难测量的参数，本文对该信号的处理采用了拟合三角波测量法，通过与标准机测量数据的对比证实该方法可以满足TE信号的测量需要。根据参数Jitter的特点，本文提出了三种仪器测量方案，并把方案一、方案二的测量数据与标准机测量数据进行了重复性和一致性的对比分析，选择了一种性价比较高的Jitter测量方式。1文章最后分析了实际测量参数S曲线二次峰值过高的原因，并采取相应措施避免了这种不良现象的产生。关
3、键词：DVD小机芯、参数测试、LabVIEW、虚拟仪器英文摘要ABSTRACTThe instrument design for the dynamic parameter measurement playedan important role in the development and production process of DVD mecha，but it was a barrier to the development of the domestic optic storage industryTo improve the productive efficiency,the sch
4、eme of doublemecha wasused to evaluate the performance of mecha based on Labview by thecommercial servo board，the dynamic parameter was measured and evaluated，it was justified that the double-mecha scheme was more efficientThe research work was consisted of two parts：hardware and softwaredesignIn th
5、e hardware work，the task included the design of the selectswitch，the power of the sled motor and signalmodulating model was completed，DAQ was chosen and set according to the character of the acquired signalInthe software work，the main task included the analysis and process of theacquired dataThe dig
6、ital filter was developed to decline the noiseA newmethod called fitting triangular-wave was used to measure the amplitude ofTrack Error,which was difficult dynamic parameterCompared to thestandard data，the measured result was acceptableAccording to the character of Jitter,there were three different
7、 schemes thatwere listedThrough the repeatability and consistency experiment of themecha，the result of the first and the second scheme were compared to thestandard data respectively,the better one was chosenFinally,the reason reduced to the excessivelevel secondary peak val ue of SIII武汉工程大学硕士学位论文cur
8、ve was analyzed，and the means how to avoid the phenomenon was givenin applicationKey words：DVD meeha parameter evaluation LabVIEW virtual instrumentIV独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名
9、：李昆姗年歹月30日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解我校有关保留、使用学位论文的规定，即：我校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅。本人授权武汉工程大学研究生处可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密， 在缝 年解密后适用本授权书。本论文属于不保密0。(请在以上方框内打“”)学位论文作者签名：李乞2明年了月弓D日指导教师签名：乃f届吒V卯年r月孑。日引言引 言信息存储在现代社会中具有十分重要的地位，光存储是继磁记录之后新兴起的重要信息存储技术。光存储以其容量大、成本低、寿命
10、长、复制速度快、便于保存等显著优点已经成为信息存储的重要手段之一【l】。以光盘为代表的光存储技术已成为当代信息社会中不可缺少的信息载体，并且因其渗透性极强和自成体系而备受社会关注21。中国是世界上最大的整机生产和出口基地，然而2005年我国自己生产的DVD播放机平均利润率可能连O61都达不到。由于没有核心技术、没有品牌，最终使光存储产业变成一个无利润或负利润的产业【31。作为DVDROM和DVD播放机的重要组成部分DVD小机芯，集光学头(Optical Pickup)、主轴电机(Spindle Motor)、滑动电机(Sled Motor)及其传动系统于一体，其功能是：在外部电路的控制下，拾取
11、光盘上的数字信号并输出到外部电路中。因此小机芯的性能在很大程度上直接决定光盘存储信息的读出质量。而小机芯研究、生产以及检测的参数测试评价仪器，目前国内仍不能自行生产，国外也只有少数厂家可以生产，如日本的PulsTec、Eight、DiskWare和法国的Tomson41，但售价昂贵。因此，研制具有自主知识产权的机芯动态信号测试评价设备对我国光存储产业发展具有一定的现实意义。LabVIEW(1aboratory virtual instrument engineering workbench)是一种图形化的编程语言和开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，被公认为是标准的数据采集和
12、仪器控制软件。LabVIEW中标准流程图和图形化程序图使它不像基于文本的传统语言那样难学，从而可以缩短学习过程；利用图形化语言变编程，在保证系统的功能与灵活性同时，可以加快系统的开发速度。基于虚拟仪器技术开发小机芯评武汉工程大学硕士学位论文价设备是一种灵活可靠的选择。首先，传统机芯评价仪都采用一对一的配置模式，不能互换【5儿61，而使用虚拟仪器技术，当测量发生变化时，只需要在原有设备的基础上进行修改或扩展；其次，LabVIEW带有现成即用的函数库，可以方便的用它来集成各种独立台式仪器、数据采集设备、机器视觉产品、GPIB和串口(RS232)设备等p】。本课题利用虚拟仪器技术，并结合近年来光存储
13、技术的发展，对DVD双机芯参数评价系统的开发做出了一些理论和实践性的探索、尝试。第1章绪论第1章绪论11 DVD小机芯性能参数评价系统简介111小机芯的基本结构及其工作原理DVD小机芯如图1一l所示，其功能是在外部电路的控制下，拾取盘面上的数字信息并输出到外部电路中，小机芯性能的高低直接决定读出信号质量的好坏，因此对其性能参数的评价是DVD整机生产过程中很重要的一个环节。在研究小机芯的性能参数评价系统之前，必须了解机芯的基本结构和工作原理，这样才能够正确地提取其中的各种参数lilSa图11DVD小机芯DVD小机芯是集成度很高的光机电产品，主要由光学头和精密机械系统二部分组成。光学头由激光二级管
14、、光电探测器以及与之相关的光学元件组成，用于产生会聚于光盘信息面上的读写光斑，写入与拾取信息，检测位置误差。精密机械系统由各种运动执行机构组成，包括主轴电机、进给电机、光学头的二维力矩器以及传动机构，是高精度实现光盘系统所需要各种运动的执行部件19l。一武汉工程大学硕士学位论文其工作原理是：如图12，激光二极管发出激光，经过一系列光学元件(光栅、准直镜、物镜)分束、整形、会聚成直径为微米级的光斑，在ACT聚焦和寻迹伺服、主轴电机伺服及进给电机伺服的共同作用下，光斑精确地落在光盘表面的信道上。带有信息的反射光束通过偏振光分光镜后，经过FM(反射镜)照到PDIC(光电探测器)上，在这里光信号转换为
15、电信号。需要注意的是，光盘上的信息是以螺旋线形式记录的，在伺服系统的作用下(该伺服系统的误差信号由PDIC检出)，主轴电机带动盘片以一定的速度旋转，进给电机带动光学头粗寻轨，二维力矩器带动物镜沿光盘轴向和径向运动，进行精寻轨。在一个标准时钟周期内，当光斑从光盘表面的凹坑向平台过渡，或者是从平台向凹坑过渡时，光电探测器上就会检测出1信号，否则就是0信号，光电探测器输出0、1这样的电脉冲，经过解码后，就完成了对光盘数字信息的读取，整个过程如图13所示001。激光镜反射镜 光电探测器图12光学头光路图第1章绪论Data Decoder图13小机芯系统结构框图112 DVD小机芯性能参数评价系统小机芯
16、性能参数的测试主要包括三方面【11】：与激光二极管相关的参数测试，如激光二极管的工作电流；与伺服特性相关的参数测试，如聚焦误差幅值、寻迹误差幅值等；与读出信号相关的参数测试，RF信号幅值，RF信号的抖晃(Jitter)。小机芯测试评价系统包括四部分：机械部分，伺服控制和信号调理模块，计算机系统，其他外部设备121。机械部分，主要完成对小机芯的机械定位功能；伺服控制和信号调理模块，完成激光器的恒功率控制、聚焦、跟踪、寻道以及主轴伺服等功能，同时可以完成对聚焦预搜索信号以及聚焦、跟踪等相关信号的预处理；计算机系统，该模块主要完成对测试信号的读取、数字处理以及测试结果的输出等功能；其他设备，包括示波
17、器、RF LEVEL表和Jitter表等，用于波形监控、RF幅值和Jitter的测量。一台完整的小机芯测试评价系统如图14所示，示波器、Jitter表、RF Level表通过同轴电缆连接到伺服箱，DVD小机芯固定于机械平台武汉工程大学硕士学位论文上，通过排线与伺服箱相连，计算机系统读取测试信号，经过软件分析处理后，显示评价结果到计算机屏幕上供用户参考【131。图1-4 DVD小机芯测试评价机12行业内DVD小机芯评价设备的基本情况目前行业内DVD小机芯评价设备基本上都被日本企业所垄断，代表有Pulstec、DiskWare(MemoryTech)、Eight等公司。Pulstec的光存储检测设
18、备在行业中占有重要地位，其自主开发的光学头及小机芯的检测、评价仪器已成为行业内事实上的标准机。代表产品OPAS 700A是一款高效率、低成本且品质稳定的DVD小机芯光学头评价设备。图15为Pulstec公司生产的OPAS 700A评价机，整个仪器系统包括工业控制计算机、机械平台单元、多自由度平台运动控制单元、信号处理及伺服控制单元、测量单元五部分，其中运动控制单元采用多轴控制器对精密平台进行多自由度精密控制；测量单元用专用的Jitter测试模块，可以完成DVD和CD Jitter的测试。系统各功能模块与工控机之间采用GPIB总线连接【l 41。Diskware公司将DSP技术和FPGA技术应用
19、到其评价设备产品开发中，除了信号前置放大部分采用模拟处理方式之外，其余全部采用数字处理技术，伺服控制、数据采集处理及评价全部由软件灵活实现，因此极大地简化了系统硬件结构，降低了成本，而且伺服算法调整非常方便，第1章绪论非常适宜大规模生产线使用。图16为Diskware公司生产的DPM一100DVD评价设备的照片。Eight的产品初期采用模拟电路设计，近期逐步采用了基于DSP技术的数字处理方式，因此产品价格相对较低。图17为Eight公司的Ptop883VD评价机。除了上述三家日本公司之外，Optodevice和Shibasoku等日本公司也是生产评价机的专业企业，除此之外，一些较大规模的DVD
20、光学头生产企业诸如索尼、日立、三协等也相继开发出适合自己产品特点的评价设备，并大量应用于其生产线中。115【 逗取图1-5 O-PAS 700A 图l一7PtopS$3圈l一6DPM一10013基于虚拟仪器技术开发小机芯的测试评价系统131虚拟仪器技术IMIll711蹲I仪器与计算机技术的深层次结合产生了全新的仪器概念。一般来说武汉工程大学硕士学位论文将数据采集卡插入到计算机插槽中，利用软件在屏幕上生成虚拟面板，在软件的引导下进行信号的采集、运算、分析和处理，实现仪器功能并完成测量测试的全过程，这就是虚拟仪器。即由数据采集卡、计算机及显示器这种结构模式组成仪器通用硬件平台，在此平台基础上调用软
21、件完成某种功能的测试任务，便构成该种功能的测量仪器。在此平台上，调用不同的测试软件就可以构成不同功能的虚拟仪器，故可以方便地将多种测试功能基于一体，实现多功能集成仪器。因此可以说， “软件就是仪器”，极大地强调了软件的重要性。132虚拟仪器和传统仪器的比较传统仪器的功能固定而且由厂商定义，虚拟仪器则由用户定义。传统仪器把所有软件和测量电路封装在一起，利用仪器前面板为用户提供一组有限的功能。而虚拟仪器提供地是完成测量或控制任务所需的所有软件和硬件设备，功能完全由用户自定义。此外，利用虚拟仪器技术，用户还可以使用高效且功能强大的软件来自定义采集、分析、存储、共享和显示功能。，图1-8a，b分别是是
22、传统仪器与基于软件的虚拟仪器结构框图。图l-8a传统仪器结构框图 图1-8b虚拟仪器结构框图第1章绪论133基于虚拟仪器的小机芯测试评价系统近些年来，随着虚拟仪器技术的长足发展，虚拟仪器的应用领域越来越广泛。本课题基于虚拟仪器技术开发一套CDDVD小机芯参数评价系统，与传统利用纯硬件电路开发相比较而言，使用虚拟仪器技术具备以下优势：1系统硬件结构简单，开发时间少，成本低。体现在两方面，二方面是以前所需要大量的仪器设备都可以通过软件和板卡来实现，比如说信号处理中数字滤波器的使用，就大大简化了系统硬件开支；另一方面基于LabVIEW环境的编程效率高，上手快，缩短了系统软件的开发时间。2操作更加方便
23、。虚拟面板可以根据用户不同需求灵活定义，这就使得操作更加友好，人性化。3系统集成性强。传统仪器提供了精确的特定测量，虚拟仪器软件提供了与常用普通仪器总线(如GPIB、串行总线和以太网)相连接的函数库。这就使得虚拟仪器可以与其兼容来扩展和延伸自己的功能。4系统升级方便，维护简单。虚拟仪器是“一个软件定义的系统，其中基于用户需要的软件定义了通用测量硬件的功能“。因此说系统升级的本质就是软件的升级，系统的维护就是软件的维护。14自主开发小机芯测试评价系统的背景和现实意义近年来，我国DVD产业取得飞速发展，有资料显示，前年全球DVD播放机消费量大约为3000多万台，而我国DVD播放机产量达到1500万
24、台，已成为世界DVD产品的最大生产国。与此同时，我国DVD播放机的出口规模也在不断扩大，2001年出口量达到1050万台，目前拥有全球市场20至25的份额。中国产DVD播放机对美出口实现大幅增长，继去年4月份在美销量首次与日本持平后，目前己超过日本，一跃成为对美出口的最大DVD播放机原产国。然而，尽管我国DVD企业生武汉工程大学硕士学位论文产、出口实力不俗，但有一个明显的缺陷，尚未掌握DVD核心技术和标准。影响我国民族光存储产业发展的因素之一就是关键生产测试设备(如评价机、调整机等)完全依赖进口，国外企业利用技术垄断不断提高产品价格，巨大的设备投资令国内DVD厂商望而生畏，而且这些设备具有专一
25、性，不可避免地会造成DVD生产企业重复投资，一定程度上限制了我国民族光存储产业的发展【19】1201|21l。作为DVDROM和DVD播放机的重要组成部分DVD小机芯，在研发、生产以及检测时需要有一套完整的评价装置，以评价小机芯的各项性能参数指标，为小机芯的研制及生产提供一定的技术依据【22l。15课期研究的主要工作本课题直接源于武汉鸿景(Aatek)科技有限公司。在鸿景公司现有电测机的基础上，开发基于LabVIEW的DVD双机芯参数评价系统。课题要求对所要测试DVD小机芯光电信号参数的产生、提取方法进行分析，运用LabVIEW的强大数据处理功能，设计参数测试评价系统，建立评价系统的模型。该模
26、型通过数据采集卡从相匹配的伺服系统进行电信号参数的提取，并在LabVIEW界面中显示和比较参数测量值是否在规格之内，从而完成对Mecha C3 DVD小机芯性能的评价。本课题设计的参数评价系统与以往评价设备的不同之处有两点：第一，结合工厂生产实际情况，采用双机芯评价方案，即在评价一个机芯的同时可以拆装另一个机芯，降低整套评价系统的空闲时间，提高设备的利用率和生产效率；第二，对于DVD性能参数TE的处理采用了一种新的算法，并通过实验证实了该算法可以提高测量的精度，满足测量TE信号幅值的要求。第1章绪论综上所述，本课题主要内容：1硬件的设计：完成双机芯评价选路开关、机芯进给电机电源、各个参数模拟运
27、算和滤波电路的设计；根据评价参数的特征对数据采集卡进行选型和设置；2软件的设计：在LabVIEW环境下编程实现信号的采集、滤波、分析处理及其测试结果的显示和存储。3实现对DVD小机芯特性参数的评价，比较对比生产线上标准机的基准，验证本测试评价系统的重复性和一致性，为今后完善机芯参数评价设备提供一定的实验依据。本课题对DVD小机芯性能参数的分析和处理上做出了一些尝试和探索，希望可以为未来全面国产化DVD小机芯评价设备做出一些有益的借鉴和帮助。武汉工程大学硕士学位论文第2章双机芯测试评价系统的总体结构设计21 DVI)双机芯测试评价系统211 DVD小机芯测试原理DVD小机芯的信号通道主要包括光通
28、道和电通道。为了实现光盘的正常播放和信号的正确读取，需要相应的伺服系统以保证激光束可以聚焦在盘片上的正确位置。在机芯伺服系统中，有聚焦、跟踪、主轴和进给伺服，在四套伺服系统的共同作用下，小机芯才能正确地从盘片中读取记录信息。小机芯参数评价就是通过对电通道中的各种信号(读出信号和伺服信号)进行测量来评估该小机芯的光学性能【19】【231。212总体设计方案一般来说，测试设备按其功能可分为四大部分：信号读出单元、信号预处理单元、参数分析单元和主控单元。其中信号读出单元、信号预处理单元、主控单元的结构是基本固定的，而参数分析单元的构成通常有二种基本形式：使用通用仪器(硬件模拟电路)或者是使用数据采集
29、卡采集信号后用软件编程的方式来实现。使用通用仪器方案的优点是测试精度高、可靠性强；缺点是仪器的成本比较高。相反，使用采集卡和软件编程的方案相对成本比较低，硬件主要完成信号的输入输出、调理和运算的功能，评价过程的控制、参数的分析处理及最终评价结果的显示存储功能由软件来完成。本课题选用后一种方案数据采集型评价系统，其结构框图如图21所示。本评价设备以提高生产效率为出发点，采用基于LabVIEW双机芯评价方案。图22是小机芯评价系统结构框图。第2章双机芯测试评价系统的总体结构设计图21总体设计方案图22小机芯测试评价系统结构框图本方案是一种全新的测试方案，优点在于：木双机芯评价效率高，适用于工厂生产
30、使用；宰技术核心是软件，用户可以根据自身需要灵活定义；乖开发周期大大缩短且维护成本较低。22系统的硬件体系DVD双机芯评价系统的硬件体系包括选路开关、信号前置处理板、伺服控制板、数据采集卡和计算机。221选路开关要进行双机芯评价，需要设计开关进行信号的选通，如图23所示。若在引脚1上加载“H”电平，则在引脚3和引脚2之间，即S2导通，这时小机芯B就接收伺服控制信号，开始评价。同时要求该电路可以互锁，即在S2闭合时，S1必须处于断开状态。武汉工程大学硕士学位论文图23选路开关电路中常用开关有很多种，有继电器开关，二极管开关，晶体管开关，FET开关和CMOS开关等。考虑到伺服控制信号属低幅高频范畴
31、，很易受干扰，因此开关的选用应该以下4点为目标：1)导通状态下剩余的电阻R伽；2)导通状态下剩余的电压V；3)断开状态下的漏电流Ioff；4)工作速度与噪声。下面就对上述几种开关的特性进行比较，确定选用何种类型开关。继电器开关是利用电磁效应，衔铁在电磁力吸引下克服弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合，使继电器闭合【24】【25】。由于在继电器闭合的瞬间，会对电路产生一定的电磁干扰，这对伺服控制信号而言是很不利的。所以先排除使用继电器开关。二极管开关导通电阻高，但在导通的情况下，Von剩余06V的正向电压，同时V具有约一25W。C这样大的温度系数。同样，晶体管处于导通
32、时，会存在10mV左右的残留电压，且残留电压随温度变化而变化。与前面三种开关相比，FET和CMOS开关具有较好的特性，适用于精密的模拟电路使用。这两类开关在断开状态其电阻都是接近无限大，且在导通状态无剩余电压。不过，CMOS门的IC元器件种类比较多，同时价格上也比FET便宜【26】。第2章双机芯测试评价系统的总体结构设计综上所述，选路开关使用CMOS门的IC元件，通过数据采集卡的DIO端口来控制开关的闭合，实现机芯伺服信号的选通。222前置处理电路和伺服控制板前置处理电路的总体结构有两种方案可供选择，不同之处在于测试参数的产生方式。以DVD四象限PDIC为例，方案一如图24所示，前置处理电路仅
33、将从PDIC检出的A、B、C、D信号进行滤波、放大及均衡处理后，由数据采集卡采集输入到计算机。这样做的好处是节省了采集卡模入通道，但其缺点是显而易见的。衡量小机芯性能的读出参数和伺服参数都是由A、B、C、D这四个信号通过一定算法得到的，如果要在计算机中通过软件来合成这些信号，则要求A、B、C、D信号必须是同步采入的。而实际情况是这四个信号被采入到计算机后，信号不可避免会出现失真和不同步现象，通过计算机软件对这些带有误差的信号进行合成时，误差会进一步增大。此方案提高测试精度的方法也只有选用高性能数据采集卡。ABCD-I,IW卜矿B lOWr,x一 卜信号处理 数据采模块 C IOW 集卡 D l
34、ow 一 卜图24前置处理电路方案一方案二如图25所示，四个信号先经过模拟运算电路合成所需要测试的信号，再进行滤波放大，最后将这些处理好的参数信号通过数据采集卡送入计算机。此方案的优点在于，所需的测试信号是通过模拟集成运算电路合成的，通过合理选用运算放大器的频宽，就可以同步地合成A、武汉工程大学硕士学位论文B、C、D这四个信号，保_,7-舸11试信号具有足够的精度。缺点就是此方案的设计较方案一复杂，但测试精度较高，所以前置处理电路的设计选用方案二。图2-5前置处理电路方案二综上所述，可以看出设计前置处理电路的目的有二点：1)除了激光二极管特性参数之外，其它所需测量的信号(测试盘片读出信号、伺服
35、信号和PDIC性能参数)都是从光电探测器检出的。光电探测器送来的电信号往往很微弱，且带有噪声干扰，为了便于后续计算机的分析处理，需要将从PDIC输出的信号合成后进行抗混叠滤波，压缩信号频带的宽度。在满足采样定理的前提下，降低采集卡采样频率，避免出现混叠现象。比如说FE信号在盘片一倍速(V=348ms)旋转的情况下271，其频率大概在20KHz左右。而DVD最小信息凹坑为Lmin-049m，最长凹坑为Lmax=199mL21，由式：fmin=VLm觚-击斋-183脚 (21)赤 脚 (21)厶敬 =最警_87(2-2)=VLmin MHz厶敬 =赤郐一RF信号大致在183MHz-一87 MHz，
36、显然这时I强信号对FE信号来说就是一个高频干扰。第2章双机芯测试评价系统的总体结构设计系统的干扰信号包括周期性干扰信号和随机性干扰信号，前者包括市电干扰和主轴电机因偏心所造成的对读出信号的干扰等；后者包括测试盘片的表面质量以及地基平台的震动及其它不确定因素引起的干扰。消除这些干扰除了采取硬件滤波放大等措施，在软件设计上对原始数据进行数字滤波和平滑处理之外，测量现场的接地和静电屏蔽对消除干扰也十分重要【2】【33】。2)根据所需测试信号的算法原理，对A、B、C、D信号进行模拟电路运算，得到系统所需的参数信号，由采集卡的模拟输入端口采集这些经过调理的参数信号交给计算机分析、处理。223数据采集卡(
37、DAQ)llSl2911301131I基本功能：数据采集卡是对多路模拟信号进行长时间的数字化测量，从而获得大量数据以便进一步分析处理，它是外部被测模拟信号进入测量系统的通道。数据采集卡的性能指标：在选择数据采集卡构建虚拟仪器时，必须对数据采集卡的性能指标有所了解。数据采集卡的性能指标如下：1采样频率(Sampling Rate)采样频率是指在单位时间内数据采集卡对模拟信号的采集次数，是数据采集卡的重要技术指标。由采样定理知，为了使采样后输入的离散数据序列能够无失真地复原输入信号，采样频率Fs至少为输入信号最高有效频率k的2倍，这样采样数据才能包含原始信号的所有频率分量的全部信息。实际系统中，为
38、了保证数据采样精度，一般有下列关系：Fs=(7-一10)fm“ (23)式中，Fs为采样频率，fm觚为信号最高有效频率。武汉工程大学硕士学位论文2分辨率(Resolution)分辨率可以用AD转换的位数来衡量。ADC的位数越多，分辨率就越高，可分辨的电压就越小。采集卡分辨率足够高时，数字化信号才具有足够的电压分辨能力，从而能比较好地恢复原始信号。例如一个12位采集卡，它可以将模入电压量化为212=4096。3增益(Gain)增益主要用于在ADC之前对信号进行放大。使用增益可以使送给ADC的信号尽可能地接近满量程，从而更好地复原信号。比如使用NI-6014E数据卡采集一个幅值为05V交流电信号，
39、该采集卡的量程在一1010V，分辨率是16位，增益为100。这时增益放大器会将该信号放大20倍，达到该采集卡AD转换的满量程，其最小可分辨电压Q为：10-(-10)Q=i万=305IrtV(24)该数据采集卡的量化误差e为：eI号QI=1525“v (25)对比放大前后的相对误差rl、r2，有：=二=00003 p1 05吃=百e=0000015(26)(27)可以看出，对信号进行放大后，可以提高AD转换的精度，从而能比较好地恢复原始信号。4电压输入范围(Range)电压范围由ADC能进行模数转换的模拟信号的最高和最低的电压决定。一般来说，采集卡的电压范围是可调的，选择与信号电压变化相匹第2章
40、双机芯测试评价系统的总体结构设计配的电压范围，就能得到更高的采样精度。5数据采集卡选型的注意事项数据采集卡需要根据实际被测信号来选择合适的位数、最高采样频率等指标。一般来说，提高数据采样的精度可以从二方面来实现，一是选用具有较高位数的高性能采集卡，这样直接导致系统成本的提高；二是合理选择增益和输入电压的范围。因为一个采集卡的分辨率、输入电压范围和增益共同决定了可分辨的最小电压。如果输入信号的改变量比采集卡的最小分辨率低，就应该将信号放大，并且适当提高增益。23系统的软件体系小机芯评价系统的软件控制着整个测量系统，它告诉采集卡什么时候从那个通道获取数据，什么时候发出控制指令，同时对原始数据做分析
41、处理，并将最后结果表示成容易理解的方式，例如图表或文件等。231虚拟仪器的核心软件系统的软件设计采用“虚拟仪器”的编程风格，具有良好的人机对话功能且操作简单方便，整个系统的软件结构框图如图26所示。圈图国图26系统软件结构框图蓦武汉工程大学硕士学位论文232驱动程序层032I与硬件(如数据采集卡)打交道，首先要有驱动程序层，本课题选用MDAQ 75。DAQ软件提供了虚拟仪器软件和硬件之间的连通性以用于测量和控制，并提供了一个DAQ与计算机的接口【301。233应用程序其次是应用程序层，即软件的开发环境，该层提供了用户与DAQ接口。本课题在Windows2000操作系统平台上，选用LabVIEW
42、 71的程序开发环境。234测试评价程序测试与评价系统(应用程序层)是整个软件的核心，主要完成虚拟仪器的功能控制、数据采集、信号处理、数据分析和结果显示。软件设计的难点集中在数据采集和处理两方面。数据采集应根据所需测试信号的特征，选择合适的测量方式，合理选用数据采集卡。数据处理应力争消除原始数据中所含有的各种干扰信号和杂波信号，提高测试结果的可靠性。24小机芯性能参数的物理意义以及提取方法1211811341135I 136113711381139I小机芯性能参数分DVD，CD两部分。在实际生产中往往先评DVD部分，后评CD部分，下面分析小机芯评价项目的物理意义和提取方法。241与激光二极管功
43、率特性相关的参数对于特定波长的激光二极管而言，最重要得是它的伏安特性和功率特性，如图27所示，Itll是激光二极管的阈值电流(Threshold Current)。激光二极管的正常工作区域是在AB(图27a)段上；此时电压幅值和激光器输出的光功率与电流值成正比，虽然IIm时二极管开始辐射激光，但此刻的激光并不稳定，通常情况下取I=13I。h，可以获得优质的激光。第2章双机芯测试评价系统的总体结构设计当二极管上所加的电流I超过一定值(超过B点)，此时激光二极管的电压幅值和输出的光功率与电流值不再成正比，二极管进入饱和区，在饱和区内，激光二极管会因为电流过大或电压过高而损坏或被击穿。从图27b可见
44、，当IIth时，PoI的斜率很大，且Po随温度变化而变化，因此，激光二极管的工作电流I叩直接决定了激光二极管的使用效率和寿命。工作电流的提取方法是(如图28所示)：读取自动功率控制电路(Automatic Power Circuit)里取样电阻R上的电压幅值，UAa是A，B两点间的电压差。对于DVD和CD而言，APC回路是相同的，区别仅仅是电阻R的值。测量取样电阻，RDVO=50 Q，RcD=127 Q。、Iop=UAaR (28)图27激光二极管的伏安特性和功率特性APc|fIl络，P图28半导体激光器工作电流测试方框图武汉工程大学硕士学位论文242与伺服特性相关的参数1)聚焦误差幅值S-L
45、ev：在聚焦伺服时，读写光斑焦点偏离信号面的位移量Z作为输入，聚焦误差信号FE当作输出，那么就可以得到一个函数，我们称之为S曲线，如图29所示。聚焦伺服实际上是一个位移量Z一电信号量如的变换系统。哩-Zo 八VO Zo 一图29 S曲线DVD进行工作的时候，必须先要定焦。理想的情况下，当Z=0时，焦点刚好落在信号面上，此时FE信号的幅值UFE=O；由于盘片旋转时的上下起伏，产生了离焦，因此会有S曲线出现。由于伺服系统的变换应该是线性的，所以对S曲线进行线性化，在两个峰值的中间可以找到一段线性区(-Zo，Zo)，在这段区域，离焦的位移量与聚焦误差信号的幅值成正比，对照UFE的幅值就可以精确知道盘
46、片的偏离量。当偏离量z落在(-Zo，Zo)范围后，向伺服控制系统发出反馈FOK信号，通知伺服控制系统退出聚焦搜索工作状态，进入聚焦伺服工作状态。S Lev是聚焦误差信号UFE的幅值大小，这个参数表征了读写光斑的焦平面与光盘信号面偏离的程度。Mecha C3小机芯的误差检测方法为像散法，通过检测从PDIC上的四象限ABCD的输出电压来计算，S_Lev=(UA+Uc)一(UB-I-UD) (29)2)跟踪误差幅值TE Lev光盘信号面上记录信息的信道是以螺旋线状分布的。读写光斑必须第2章双机芯测试评价系统的总体结构设计由内到外逐圈扫描信道，这一过程中，读写光斑对信道的径向跟踪伺服控制可以分为两部分
47、：为实现由信道螺旋状分布决定的径向跟踪关系而设置的径向跟踪控制；为克服由各种因素引起的径向跟踪误差而进行径向跟踪控制【2】。Mecha C小机芯的跟踪伺服方法有两种，DVD部分采用DPD(差动相位差法)方式，CD部分采用三光束方式。采用DPD方法获取跟踪误差时，从四象限光电探测器输出的电压信号UA、UB、UC、UD经过两个加法电路将UA、UC和UB、UD分别相加后在进行相位差检测，最后经过低通滤波后输出TE Lev，图210是DPD法的检测电路。三光束包含拾取信号的主光束和两束检测跟踪误差用的辅助光束。主光束经过反射后打在PDIC的ABCD象限上，两辅助光束反射到E、F象限上，当跟踪无误差时，
48、E、F象限上获得的光能量应该相等，E、F之差就反映了跟踪误差的大小和方向。通过检测E、F象限电压输出，经过低通滤波后求和，最后输出TE Lev。“rELev-Phase(UA+Uc)Phase(UB+UD)】DPD法 (210)TE Lev=UEUF 三光束法 (211)图210 DPD法检测电路3)光电探测器偏置PD XY在装配过程中，PDIC的安装位置精度会直接影响小机芯读取信号的质量。PDIC的安装误差导致即使在聚焦良好的情况下，从PDIC上输出垫堡三堡奎兰堡主兰垡笙茎的聚焦伺服电压却不等于零。PD XY是衡量回光在PDIC的X、Y方向上相对于中心点偏离程度的物理量，如图21 1所示。P
49、D XY的定义式为：PD X： !匕坠2二!坠坠2100 呢+呢+(212)PI)Y：!么坠2二!堡堡2100 一呢+呢+ (213)图211 6象限PDIC4)E、F相位差EFphase(仅对CD)在三光束法中，激光光束通过光栅被分成三束光，其中0级光斑用来读取盘片信号，士1级光斑(E、F光斑)用来定轨。因为E、F光束在沿盘片径向移动时，是同步的，当E最强的时候，F上分布的光强应该是最弱的。因此在理想情况下，E、F象限上两者光强具有1800的相位差。但由于种种原因(光路，盘片问题)，造成E、F光斑相对于主光斑左右不等距，会使E，F相位差为1 80-士A，这里相位的偏移就是EFphase，如图2一12所示。考虑到主轴电机、光学头等装配误差，会使光盘的旋转中心与0级光斑产生夹角，因此导致土1级光斑与信迹的切线就形成一定的
