TWI292149B - Disc drive apparatus - Google Patents

Description

1292149 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 中讀取資訊的光碟片 本發明一般相關於從光學儲存碟片 驅動裝置。 【先前技術】 如普遍瞭解的，光學儲存 子请伴碟片包含儲存空間的至少一個 執，以連續螺旋的形式或是多 夕们同心圓的形式，其中資兮 以資料樣式的形式儲存在儲存 ^ f二間。光碟可以疋唯碩的型 態，其中的資訊在製造期間絡 ]錄寫，該資料只能被使用者 取。此光學儲存碟片也可以是 #^ & 冩入型怨，其中貢訊可由 使用者儲存。典型的光碟範例 丁观例有，例如，CD、DVD。 【發明内容】 =光學儲存碟片上的儲存空間讀取資訊…光碟片驅 動衣置包含’在一方面，旋轉襞置來收納並旋轉一光碟， 而另方面疋光#裝置來以光束掃描儲存執。因為光碟技 術的-般性’資訊可以儲存在光碟的方式，以及光學資料 可以攸光碟上項取的方式，是普遍瞭解的，不需在此更詳 盡的說明這個技術。 X光千知^田1置包含光束產生裝置（典型是雷射二極 )光子仏測為’用來接收從碟片反射回來的反射光以 及二來產生f氣檢測H輸出㈣，裝置用來導引光線從產 士 -到碟片上’以及裝置用來導引反射光從碟片到檢測 反射光根據正在掃描軌道的資料樣式調變，該調變轉 澤成氣檢測器輪出信號的調變。

O:\90\90013.DOC 1292149 一般，該導引裝置包含光束分離器。圖丨圖解的說明光碟 機1中的光學路徑。一雷射30產生光束31，其由光束分離器 40做90。反射（光束32)，從碟片2(反射光束33)反射，並通過 光束分離器40朝向檢測器50 (穿透光束34)。替代的，這個 配置可以冑光學路徑直接從雷射到碟片並使得從碟片到檢 測器的角度為90。。 問題是部分的反射光束33不遵循預期路徑到檢測器5〇, 而是反射回光束分離器40朝向雷射3〇(迴授光束35)，而將， 響雷射30本身的操作。這個現象，本質上瞭解的，表示為 光學迴授雜訊（〇FN)〇OFN造成信號對雜訊比（snr)的亞化。 在本技藝中，藉由以非常高的切換頻率的切換雷身⑽及 ⑽而壓抑贈’稱為"讀取調變"。此切換頻率， "調變頻率"’在遠高㈣料通道頻寬的頻率範圍選擇，以 避免貧料信號的干擾。實際上，調變頻率的 300 _ 500 MHz。 ^ ^ 這個觀點中的實際問題是雷射有相當大的寄生電容的事 當大部分的調變電流將會流到這個電容而不是產生 一。k個部分，稱為”盲目電流”，對輸出 二 獻，但確實會造成產生、功率沒有貢 根據本發日月一舌π # 勒的内一電阻的流失。 很艨奉毛明重要觀點，這個問題藉由力兩6 LC震滠哭兩故品* 运射電容併入 展i —路而克服或至少減輕，該情形 電容性部分可以由雲湯π + A°周交电k的 辰盪裔電路中循環電流# 此能量實質的保留在震盪哭+ 、貝、提供，如 r^ 展盪為電路中而不是被浪費揸 【實施方式】 W掉°

O:\90\90013.DOC 1292149 要说明雷射一極體的電氣行為，岡9链-十 L 局圖2顯不雷射二極體裝置 30的替換圖，連結到驅動 勒-包路60。電氣上，雷射二極體 1置30表現像是（實質上理想的 〜W )一極體DL與差動電阻心的 串連組合，以及寄生電交P #、击& 毛奋Ll亚連的連接到該串連組合。此 运射裝置30有兩端子做電氣連接一 电乳逆接，表不為陽極端子37及因 極端子38。 驅動器電路6 0有供應端子61及6 2，田办、当4立z 1 ^ 响丁 01次〇2，用來連接到電源供應 PS。此驅動器電路60有輸出端子63及64分別連接到雷射二 極體裝置30的陽極端子37及陰極端子％。一般來說，當陽 極端子37上的電壓有足夠高過陰極端子％上的電壓時，會 有電流流經雷射二極體裝置30而會產生雷射光31。 曰 圖3A為圖解說明光輸出功率ρ〇υτ之雷射特性的圖表（向 上的垂直軸）相對於雷射電流Ilaser (水平軸）。在臨限電流L 之下，典型為大約40 mA的等級，此雷射二極體產生很少或 沒有光。如果雷射電流甚至只要高於臨限電流一些爪八，雷 射二極體就產生足夠用來讀取光碟的光。 圖3A還顯示調變雷射3〇的傳統模式，其中雷射係以包含 位準實質上等於臨限電流1,的1)(：電流成分Idc及一有需要的 調變頻率及一小震幅的AC電流成分的驅動電流來操作，在 電流凹陷處足以抑制光產生以及在電流突出處允許光產 生。曲線26說明這樣的驅動電流（水平軸）為時間函數（向下 垂直軸）；曲線27說明對應產生的光信號（水平軸）為時間的 函數（向下垂直軸）。這個光信號的工作週期顯示為實質上等 於 50% 〇 O:\90\90013.DOC -8 - 1292149 然而，在這種操作模式下，在位準 • 社位半h固疋流動的DC電流 將造成相當的功率消耗。 圖3 B為類似圖3 A的圖表，作規力目丨^ 仁現在則祝明不同的操作模 式。驅動電流28現在的DC電流成分ιη你、、隹每# ^ ^ 风刀iDC位準實質上低於臨限 电k It。AC電流成分則有對痒軔离 男对應奴回的振幅，所以電流突出 處延伸到臨限電流It之上0整體的# 篮的九輸出功率將實質的等於 相較於圖3 A中說明的模式，如果在* 、 、 禾隹私，爪突出處下方且在臨 限電流It (陰影表面A2)上的^ ^ )上的表面面積與圖3A(陰影表面A1) 的是相等的話。在此同時，電流得最低值（凹陷處的最深 的點）有實質上降低的電流值，並可以在此電流成份^大 約為臨限電流W5G%時等於零（調變深度為卿〇)。接著， 平均電流相較於圖3八說明的模式降低一半。然而，在這個

If形下相當大的電容性電流產生在雷射二極體的寄生電容 cT.〇 洛:者#統的驅動器有電阻特性，該情形下這個模式相 田又2效率’因為到雷射的電流路徑中電感性及電容性損 失。結果’傳統的驅動器不能餽送雷射3G比從電源供應ps 接收位準為高的電壓及電流。 圖^兒明本發明之下的基本原則。驅動器電路60包含電感 ip取好以線圈實做，併入電流路徑在其輸出端子63及64 ^ 匕在使用上，當雷射二極體裝置3 0連接到驅動 “路6〇的輸出端子63及64,該電感L及雷射二極體裝置30 、寄生甩谷CL形成部分的電流路徑，其中電氣能量可以共 振方式乂換從電感L到電容Cl以及反過來也一樣。因此，此

O:\90\90013.DOC 1292149 電感L及寄生電容CL為震盪器電路65中的能量交換元件。為 簡化起見，驅動器電路60的其他元件，用來餽送電源到該 電路65,不顯示在圖4中。再者，此震盈器電路_含至少 一個串連此電感L的DC-阻絕電容器，其DC_阻絕電容器為 簡化起見也不顯示。 -旦被激化，此LC震盪器將持續運作，而一迴路電流“ 將來回流度’僅有很少的損失，纟由此封閉迴路“的整體 電感及整體電容決定的頻率上，對熟習本技藝的人是很清 楚的。 該迴路電流66構成雷射驅動電流的Ac電流成分，例如圖 3B的電流28。LC震^電路_ —個重要好處是這個从 電流成分的電氣能量實皙姑彳足@ ^ ^ U月b里I貝破保留在此電路中。除可能的其 他電流成分外，電源供舞p S σ| μ〆、 化U/、而要補償迴路中AC能量的損 失。維持震盪電路65所需要的蕾、、六π、，，丄 、 吓而罟的電流可以比在迴路中流動之 AC電流振幅低的多（典型的 的，AC電流大小在大約5〇_6〇瓜乂 等級，需要的餽送電流可以你 w 包’丨u Μ低於10 mA)，而同時在驅動器 輸出端子63，64上的電壓作辨士 _

私土〈口諕大小可以向於從電源供應PS 接收在驅動器輸入端子6丨6 卞I，62上的輸入電壓；這是傳統的電 阻式驅動器做不到的。 那極雜元件的整流特性使之报難用就_ 那樣間早的基本電路。 /下面’驅動器電路的較佳具體實例將參考圖5_7加以討 δ两 0 圖5說明一

一較佳具體實施

O:\90\90013.DOC -10- 1292149 例。，個具體實例包含並連組合的電感（線圈）乙及反相器 71第電容器74連接反相器71的輸入節點72到參考電壓 (#大地），例如經由第二供應端子62。第二電容器乃連接反相 :71的輸出節點73 (經由第一輸出端子63)到雷射裝置川的 陽極知子37’其陰極端子3 8連接（經第二輸出端子64)到相同 的參考電壓（大地）。最好，兩個電容器74及75有類似的電容 值更好的疋有相同電谷值。一自舉二極體％連接雷射裝 置30的陽極端子37(經第一輸出端子63)到正的電壓參^ Vr，例如3.3V，例如經由第一供應端子61。反相器^可能 有電源供應端子川及/或71b，連接到驅動器6〇的輸入端子 2:)62(這些連接為簡化起見在圖5忽略）。反相器η可以 簡單貫做為標準的兩個電晶體的反相器電路。 寄生電容匕，電感L，以及兩個負載電容器74及75組合構 成LC振£器電路7Ge如對熟習本技藝的人很清楚的，在這 個具體實例中的LC振盈器7〇係以朽⑽振簠器實做。因為 這樣的振盪ϋ為眾所皆知的，不必要在此深人討論它的操 作。簡單的摘要，操作如下。 ” 當反相器71的輸入節點72為高電位而反相器71的輪出節 點^為低電位，第二負載電容器75經由自舉二極體％充電 至幾乎正電壓參考值Vr。雷射裝置3〇截止，因為在陽極端 子37上的陽極電壓低於雷射臨限電壓（大約4 V)。 在特疋時刻，反相器71的輸入節點72減少得夠多使得反 相时71的輸出節點73轉為高電位。接著，雷射裝置％的陽 極而子3 7上的電壓將會是反相器輸出電壓加上在第二負載

O:\90\90013.DOC -11 - 1292149 電容器75上的電遷’幾 體實例中，正電壓夫❹v 考^。在示範性具 多考值VR也同時是反相器7 昼，例如，這個供應電壓為3.3 V， ：'應電 37上的電壓大約，比田射=3G㈣極端子 比田射的4 V臨限電壓高得多。 供應電-vR ’與在自舉二極體上76的任何電壓降姓人 的，係選擇來造成雷射裝置3。陽極端子37上的 二 低於雷射裝置3〇的臨限位 ▲ 在反相裔71的輸出節點73為 兩電位的-半週期期間内，二極體76處於阻絕情形而電源 供應（參閱圖4)除了振盪電路7〇的偏Μ電流外不提供電流; 現在電流將從第二負載電容器75流經雷射裝置3〇，將雷L 裝置30的寄生電容Cl充電。 田 在反相态71的輸出節點73為低電位的一半週期期間内， 雷射裝置3〇為截止的。第二負載電容器75從雷射裝置3〇的 寄生電容器CL以及經二極體76從正電源供應充電，如上述 的。現在由正電源供應提供的電流量實質的對應在雷射裝 置30中消耗的能源量，也就是雷射電流的Dc部分。相當^ 的AC電流實質的保留在LC振盪電路7〇中由寄生電容器 CL，電感L，以及兩個負載電容器74及75。這可允許大的, 變深度，接著儲存DC電流在此雷射裝置3〇中。 應注意到此振盪器電路70的振盪頻率ω是由電流迴路的 整體電感LT以及電流迴路的整體電容Ct決定的，根據公式 仞=1/V(LtCt) 0 還應注意振盪器電路70的品質因素Q是由由電流迴路的 整體電感LT以及電流迴路的整體電容Ct決定的，根據公式 O:\90\90013.DOC -12- 1292149 ㈣/Rs· V(LtCt) ’其中Rs代表電流迴路的等效串連電阻。 還要注意的是增加了負載電容器74及75的電容值將合降 ，電流迴路的整體電容值Ct，而其增加線紅的電感錢增 電流迴路的整體電感Lt，所以是可能選擇適當的值以便 取得想要的頻率及想要的品質因素Q。 圖6說明雷射裝置30的驅動電路6〇之第二較佳具體實 例。這個電路類似於上面參考圖5討論的電路，但將^舉: 極體現在以可控制開關8G取代，纟由振^電㈣中:個 適當節點上_控制。這種開關8〇的優於自舉二極體76 的好處是由二極體上電壓降造成的損失可以降低或甚至消 除’甚至在非常高的振盪頻率下。 在圖6中，這個開關80實做為麵〇8阳其源極連接到雷 射裳置3G的陽極端子37而其&極則連接到正電壓|考v。 一偏壓電隨連接此FET的閘極到其沒極。電容器似接 FET的閘極到反相器71的輸人節點72。透過這個電容器μ， FET的閘極跟隨反相心的輸人節點72的電壓擺動。當反相 器71的輸出節點73為低電位，其輸人節點以高電壓，因 此FET 8G閘極上的電壓為高電位來驅動阳為斷路因此第 二電容器75透過FET 80的低歐姆没極_源極路徑被實際地 充電而沒有損失。 、' 熟習本技藝的人很清楚本發明不限制在上面討論的示範 性具體實例，而是在本發明保護性範疇内，如後附申請專 利範圍中定義的，可能有不同變化及修改。 例如’振盪器不必須為如圖5及6說明的皮爾斯（pierce)型 O:\90\9OO13.DOC -13- 1292149 態··原則上，可以使用任何型態的振蘯器。藉由替代範例 的方式，此振盪器可以實做為柯皮特斯（colpitts)振盪器， 哈特雷（Hartley)振盪器等等。 圖7A-B說明根據柯皮特斯振盪器的具體實施例。圖7a的 具體貝例為共集極的具體實例，包含一 Npn電晶體9〇其射 極連結到雷射端子37經由第一連結電容器92。91代表自舉 二極體，相對於二極體76。第二連結電容器93連接在電晶 體90的基極與射極之間。電感L連接在電晶體90的基極與集 極之間。一電流源94連接到電晶體9〇的射極。一正電壓源 連接到電晶體90的集極。 圖7B的具體實例為共基極的具體實施例。這個實例中 正電壓源連接到電晶體9G的基極；第二連結電容器^連』 在電晶體90的集極盘射搞 . ,往/、射極之間，而電感L連接在電晶體$ 的集極與正電壓源之間。 因為柯皮特斯振盪器本質上為眾所皆知的 7A-B具體實例的操作說明加以忽略。

個:=一§则的具體實施例。^ —反相輸w電晶體95_ 的電晶體95,9m 晶體96的基極*桎）連接到自己的非反相輸入（1 可以看到負的差二回授。在輸出及輸入的節點上 效的補償了迴路中的T其並聯的連接到振盈器迴路q 【圖式簡單說明】 損失;也就是|，無衰減”。 本毛明的這些及其他觀點，特色及優點進—步由上

O:\90\90013.DOC -14- 1292149 說明及根據本發明之雷射驅動器電路之示範性具 考圖式加以解釋，*中相同的參考號碼；：: 列參 元件，而其中： 頰似的 圖！圖解地說明磁碟機元件以便說明㈣雜_ 圖2顯不雷射二極體及驅動器電路之電氣取代圖. 圖3A-B為說明雷射：極體|置電氣特性的圖表； =4為說明本發明基本特色的電氣圖；以及 圖式代…'路之不同較佳具體實例的電氣圖 飞代表付號說明】 1 2 光碟片驅動裝置 碟片 26, 27 曲線 28 驅動電流 3〇 雷射裝置 31，32 光束 33 反射光束 34 穿透光束 35 回授光束 37 1%極端子 38 陰極端子 40 光束分離器 50 檢測器 60 驅動器電路

O:\90\90013.DOC -15 - 1292149 61，62 供應端子 63, 64 輸出端子 65 震盪器電路 66 迴路電流 70 共振電路 70 LC振盪器電路 71 反相器 72 輸入節點 73 輸出節點 74 第一電容器 75 第二電容器 76 自舉二極體 80 可控制開關 81 偏壓電阻 82 電容器 90 電晶體 91 自舉二極體 92 第一連結電容器 93 第二連結電容器 94 電流源 95, 96 電晶體 O:\90\90013.DOC -16-

Claims (1)

1292149 拾、申請專利範園： 1. 一種光碟片驅動^ AJL ^ m m . . . k ^ 初我置，包含一雷射裝置，用來產生光束 以光學讀取碑H L ^ a 、％ *月上的資料，該雷射裝置被併入一 LC振盪 電路。 2·如申明專利範圍第1項的光碟片驅動裝置，其中該LC振 盪σσ包路包含一電流路徑，其中該雷射裝置及電感，最 好實做成線圈，係以串連配置連結。 3·如申：專利乾圍第2項的光碟片驅動裝置，其中該LC振 盈“路包含至少一個電容以串連的方式竊合至該雷 射裝置及該電感。 4·:種雷射驅動器電路，用來驅動一半導體雷射，其有 輸出端子及第二輸出端子來分別連結待驅動的雷 的陽極端子與陰極端子； 此雷射驅動器電路包含一 到兮笙其至少有一端子連 到该寺輸出端子的至少一個端子。 5· t申請專利範圍第4項的雷射驅動器電路，其還包含 電容器，其分別連結在該電感及該第一或第二 ®、子之間。 6·:申請專利範圍第4或5項的雷射驅動器電路，立中兮 感有一端子，其連結到該第一輪出 ^ 結到該第二輪出端子。 “子亚有另-端子 7.利範圍第4或5項的雷射驅動器電路 早向導體，其連結在該輸出端子复 I 之Hu 丁 /、甲之一與電壓參 曰，b單向導體最好包含一個二極體。 〇：\9〇\9〇〇 l3D〇(： 1292149 8.如申請專利範圍第7項的 導體勺入“ 田料動益電路，其中該單向 中之__ “及3亥輪出端子定義的電流路徑 位置上出現的電壓得到 關，竽]的枱號控制之可控制開 雀位置取好對應至該電感的一 Q如由4宙立丨μ 個知子或疋分接點。 9· 申明專利乾圍第4或5項的雷射彳 、 田町馬動裔電路，其還包冬 一以並聯方式連結到該電感的反相器。 1〇·:申請專利範圍第4或5項的雷射驅動器電路，盆包含— 二：㈣器的輸出級，例如皮爾斯振盈器，柯皮特斯 又盪器，哈特雷振盪器的，連結 、 . 』至）一個該輸出端子。 11 一種先束產生裝置，其包含一 ^ ^ 低骒甲睛專利範圍篦4 或項的雷射驅動器電路所驅動之半導體雷射。 12_ —種光碟機驅動裝置 其包 W 甲印專利範圍第4或5 項的一雷射驅動器電路。 13· —種光碟機驅動裝置其 項的光束產生裝置。 3如申清專利範圍第U O:\90\90013.DOC 2-