30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 11
MEMORII MEMORII I PROCESOARE I PROCESOARE FOTONICEFOTONICE
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 22
Structura cursuluiStructura cursului
Prima parte: Memorii fotonice (14 ore)
A doua parte: Procesoare fotonice (14 ore)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 33
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 44
DesfDesfurarea aplicaiilorurarea aplicaiilor
Cf. planului de nvmnt: seminar 1 or/spt.
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 55
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 66
Partea IPartea I--aaMemorii fotoniceMemorii fotonice
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 77
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 88
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 99
Partea IPartea I--aaMemorii fotoniceMemorii fotonice
1> Introducere. Scurt istoric. Clasificare
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 1010
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 1111
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 1212
Parametrii de bazParametrii de baz ai memoriilorai memoriilor
Capacitatea Gabaritul Densitatea de informaie Viteza de scriere/citire/tergere Timpul de acces aleatoriu
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 1313
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 1414
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 1515
Clasificarea memoriilor (2)Clasificarea memoriilor (2)
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 1616
Clasificarea memoriilor (3)Clasificarea memoriilor (3)
Dup tipul de acces: ROM (Read Only Memory) WORM (Write Once Read Many times) WOM (Write Only Memory) Complete citete/scrie/terge
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 1717
Clasificarea memoriilor (4)Clasificarea memoriilor (4)
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).
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 1818
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 1919
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 2020
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 2121
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 2222
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 2323
Partea IPartea I--aaMemorii fotoniceMemorii fotonice
2> Memorii optice ROM. Principiide baz. Standardul CD-DA
(Compact Disc Audio)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 2424
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 2525
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 2626
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 2727
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 2828
Imagine la microscop a unui discImagine la microscop a unui disc
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 2929
AltAlt imagine similarimagine similar
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 3030
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 3131
Principiul de citire: interferena Principiul de citire: interferena distructivdistructiv (1)(1)
Vedere n seciune tangenial la pist
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 3232
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 3333
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 3434
DimensiuneaDimensiunea bituluibitului (2)(2)
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 3535
DimensiuneaDimensiunea bituluibitului (3)(3)
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 3636
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!
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 3737
DimensiuneaDimensiunea bituluibitului (5)(5)
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 3838
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 3939
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.)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 4040
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 4141
Capul de citire optic (2)Capul de citire optic (2)
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
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 4242
Capul de citire optic (3)Capul de citire optic (3)
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
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 4343
Capul de citire optic (4)Capul de citire optic (4)
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 4444
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 4545
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 4646
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 4747
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 4848
Semnalul de eroare de focalizareSemnalul de eroare de focalizareMetoda astigmaticMetoda astigmatic (2)(2)
Lentil astigmatic (cilindric)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 4949
Semnalul de eroare de focalizareSemnalul de eroare de focalizareMetoda astigmaticMetoda astigmatic (3)(3)
Semnalul de eroare de focalizare (focus error):FE = (A + C) (B +D)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 5050
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 5151
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 5252
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 5353
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 5454
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 5555
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 5656
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 5757
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 5858
Exemple de actuatoare Exemple de actuatoare electromagneticeelectromagnetice
Sony KSS361A Optical Pickup
http://www.repairfaq.org/sam/kss361a.gif
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 5959
Exemple de actuatoare Exemple de actuatoare electromagneticeelectromagnetice
Sony KSS110C Optical Pickup
http://www.repairfaq.org/sam/kss110c.gif
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 6060
Exemple de actuatoare Exemple de actuatoare electromagneticeelectromagnetice
Philips OPU from Magnavox
Model AH197M37 Modular Stereo System
http://www.repairfaq.org/sam/philcdp.gif
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 6161
Exemple de actuatoare Exemple de actuatoare electromagneticeelectromagnetice
Sony PlayStation3 (PS3) KES-400A BluRay Optical Pickup Unit
http://www.fineartradiography.com/hobbies/lasers/blu-ray/optics.html
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 6262
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 6363
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 6464
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 6565
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 6666
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 6767
TehnologiaTehnologia de de nregistrarenregistrare//realizare a CDrealizare a CD--uluiuluiRealizarea discului original (2)Realizarea discului original (2)
Schema bloc de principiu a instalaiei de nregistrare a discului original
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 6868
TehnologiaTehnologia de de nregistrarenregistrare//realizare a CDrealizare a CD--uluiuluiRealizarea discului original (3)Realizarea discului original (3)
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 6969
TehnologiaTehnologia de de nregistrarenregistrare//realizare a CDrealizare a CD--uluiuluiRealizarea discului original (4)Realizarea discului original (4)
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 7070
TehnologiaTehnologia de de nregistrarenregistrare//realizare a CDrealizare a CD--uluiuluiRealizarea discului original (5)Realizarea discului original (5)
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 7171
TehnologiaTehnologia de de nregistrarenregistrare//realizare a CDrealizare a CD--uluiuluiRealizarea discului original (6)Realizarea discului original (6)
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
masc fotorezist(discul original)
depunere metalic(nichel)
discul master sau tat
expunere fotorezist
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 7272
TehnologiaTehnologia de de nregistrarenregistrare//realizare a CDrealizare a CD--uluiuluiRealizarea discului original (7)Realizarea discului original (7)
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
masc fotorezist(discul original)
depunere metalic(nichel)
discul master sau tat
expunere fotorezist
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 7373
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
masc fotorezist(discul original)
depunere metalic(nichel)
discul master sau tat
expunere fotorezist
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 7474
TehnologiaTehnologia de de nregistrarenregistrare//realizare a CDrealizare a CD--uluiuluiRealizarea matrielor (2)Realizarea matrielor (2)
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 7575
TehnologiaTehnologia de de nregistrarenregistrare//realizare a CDrealizare a CD--uluiuluiRealizarea matrielor (3)Realizarea matrielor (3)
Imagine mrit la microscop a unei matrie de CD
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 7676
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 7777
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 7878
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 7979
Tehnologia de nregistrare/realizare a CDTehnologia de nregistrare/realizare a CD--uluiuluiRealizarea CDRealizarea CD--ului propriuului propriu--zis (zis (44))
Ilustrarea procedeului de matriare prin injecie
http://alexpb.com/notes/wp-content/uploads/2007/12/injectionmold.gif
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 8080
Tehnologia de nregistrare/realizare a CDTehnologia de nregistrare/realizare a CD--uluiuluiRealizarea CDRealizarea CD--ului propriuului propriu--zis (zis (55))
Ilustrarea procesului tehnologic de realizare a CD-urilor
How It's Made how DVD & CD Are Madehttp://www.youtube.com/watch?v=YZKD2aYLTWw
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 8181
Tehnologia de nregistrare/realizare a CDTehnologia de nregistrare/realizare a CD--uluiuluiRealizarea CDRealizarea CD--ului propriuului propriu--zis (zis (66))
Ilustrarea procesului tehnologic de realizare a CD-urilor
CD DVD Disc Replication Process - Explained by www.cdrom2go.comhttps://www.youtube.com/watch?v=9BHNyTTx9W8
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 8282
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 8383
DigitizareaDigitizarea i codarea semnalului audio i codarea semnalului audio lala nregistrarea CDnregistrarea CD--uluiului audio (2)audio (2)
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 8484
DigitizareaDigitizarea i codarea semnalului audio i codarea semnalului audio lala nregistrarea CDnregistrarea CD--uluiului audio (3)audio (3)
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 8585
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
cadru de 33 de octei
(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s
canalul drept
canalul stngsemnalaudio
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 8686
Descrierea codorului folosit n Descrierea codorului folosit n standardul CDstandardul CD--DA (2)DA (2)
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)
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
cadru de 33 de octei
(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s
canalul drept
canalul stngsemnalaudio
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 8787
CodorulCodorul CIRC CIRC pentrupentru CDCD--ROMROM(cf. ECMA(cf. ECMA--130)130)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 8888
Descrierea codorului folosit n Descrierea codorului folosit n standardul CDstandardul CD--DA (3)DA (3)
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)
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
cadru de 33 de octei
(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s
canalul drept
canalul stngsemnalaudio
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 8989
Descrierea codorului folosit n Descrierea codorului folosit n standardul CDstandardul CD--DA (4)DA (4)
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)
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
cadru de 33 de octei
(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s
canalul drept
canalul stngsemnalaudio
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 9090
Descrierea codorului folosit n Descrierea codorului folosit n standardul CDstandardul CD--DA (5)DA (5)
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)
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
cadru de 33 de octei
(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s
canalul drept
canalul stngsemnalaudio
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 9191
Descrierea codorului folosit n Descrierea codorului folosit n standardul CDstandardul CD--DA (6)DA (6)
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.
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
cadru de 33 de octei
(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s
canalul drept
canalul stngsemnalaudio
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 9292
Descrierea codorului folosit n Descrierea codorului folosit n standardul CDstandardul CD--DA (7)DA (7)
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 9393
Descrierea codorului folosit n Descrierea codorului folosit n standardul CDstandardul CD--DA (8)DA (8)
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
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 9494
Descrierea codorului folosit n Descrierea codorului folosit n standardul CDstandardul CD--DA (9)DA (9)
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 ....
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 9595
Descrierea codorului folosit n Descrierea codorului folosit n standardul CDstandardul CD--DA (10)DA (10)
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
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 9696
Descrierea codorului folosit n Descrierea codorului folosit n standardul CDstandardul CD--DA (11)DA (11)
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)
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))4.3218 Mbii/s
cadru de 33 de octei
(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 9797
Descrierea codorului folosit n Descrierea codorului folosit n standardul CDstandardul CD--DA (12)DA (12)
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)
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))4.3218 Mbii/s
cadru de 33 de octei
(1 + 24 + 4 + 4)1.9404 Mbii/s
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 9898
RedareaRedarea Compact DiscCompact Disc--uluiuluiSchema bloc a aparatului de redare (CD Player)Schema bloc a aparatului de redare (CD Player)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 9999
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 100100
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 101101
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 102102
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 (
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 103103
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 104104
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:
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 105105
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 106106
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 107107
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 108108
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 109109
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 110110
Partea IPartea I--aaMemorii fotoniceMemorii fotonice
3> Memorii optice ROM: generaii ulterioare (DVD, BluRay). Comparaie
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 111111
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 112112
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 113113
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.
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 114114
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 115115
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 116116
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 117117
Standardul Standardul DVDDVD--ROMROMStructura disculuiStructura discului
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 118118
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 119119
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 120120
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 121121
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.
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 122122
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 123123
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 124124
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 125125
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 126126
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 127127
Standardul BStandardul BDD--ROM ROM Comparaie cu CD i DVDComparaie cu CD i DVD
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 128128
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 129129
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 130130
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 .......
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 131131
Standardul BStandardul BDD--ROMROMStructura disculuiStructura discului
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 132132
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 133133
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
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 134134
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)
30/04/1530/04/15 Memorii i Procesoare Fotonice (Master Optoelectronic 2014/2015) 135135
Standardul Standardul DVDDVD--ROMROMTehnologiaTehnologia de realizare a stratului de proteciede realizare a stratului de protecie
Top Related