2024年4月29日发(作者：)

光盘驱动器的基本结构及原理

CD-ROM是光盘中的一种，直径为12cm，存储容量可达650MB-740MB，存贮量可达6

亿个数据字符以上，如果单纯存放文字，一张光盘相当于15万张16开的纸。而光盘驱动

器已成为计算机系统必备的外部存储设备之一。

8.1 光盘驱动器的基本结构及原理

8.1.1 光盘驱动器的结构

光驱由机械器件、电子器件和光学器件三部分组成。其结构包括光盘头、激光器、光电检测

器、光学器件和伺服控制系统等。如图8-1所示。

1．光盘头

光盘头是光盘的读出系统，它发射出来的激光束照射到光盘的凹凸反光面上，被反光层反射

后，经光电检测器将反射回的激光束转换为电信号，再经电子线路处理后得到信号编码，编

码经译码后便得到读出的数据。

光盘头得到从光盘表面反射回的激光束信号，还可判断出聚焦误差、光道跟踪误差，这些误

差信号使聚焦伺服系统和径向光道跟踪伺服系统动作，将激光束调整到最佳位置。光盘头的

结构原理如图8-2所示。

2．激光器

激光器由激光二极管和聚焦透镜等组成。砷化镓半导体激光器可发射出波长为0.78祄、输

出功率为0.5mW的激光束。

3．光电检测器

光电检测二极管将从光盘表面反射回的激光束转换为电信号，由电信号强弱的变化，便

可检测出该信号是来自光盘的凹区、凸区还是两区交界处，并得到聚焦误差、光道跟踪误差

及速度误差等，从而由伺服控制系统进行实时调整。

4．光学器件

如图8-3所示，包括光栅、激光束分离器、放大镜等，准直透镜将激光束变成圆柱形光束。

激光束分离器(半反镜)使反射回的激光束射向光电检测二极管，物镜由音圈电机带动下上下

移动和沿盘片的径向微量移动，使激光束焦点始终落在光盘的光道上。

5．伺服控制系统

在光盘驱动器中，有三个基本伺服控制系统：聚焦伺服系统、径向光道跟踪伺服系统和

光盘转速控制系统。

(1)聚焦伺服系统的目的是进行自动聚焦。聚焦误差检出方式一般采用非点收差法，非点收

差法就是根据光盘反射面位置的变化，反射光的聚焦位置移动，通过圆柱面透镜对投影光形

状进行变化，用4分割PD差动检出，如图8-4所示。利用该误差信号去控制光学头中的音

圈电机，音圈电机带动物镜上下移动，使激光束焦点(直径约1祄)始终落在光盘的信息面上。

聚焦误差检出信号=(A+C)-(B+D)/(A+B+C+D)

(2)径向光道跟踪伺服系统的目的是使激光束始终落在光盘的光道上。由于光盘上光道很

密(每英寸16000条)，若光学头的激光束径向移动读另一光道信息时，有可能会使激光束移

动到两光道之间，而未对准光道。径向光道跟踪伺服系统采用了与聚焦伺服系统同一个音圈

电机，此电机不但可以上下移动，还可以沿光盘径向微量移动。所以物镜也可作径向微量移

动，以使得激光束始终落在光盘的光道上。如图8-6所示。

寻道误差检出信号=(A+B)-(C+D)/(A+B+C+D)

(3)光盘转速控制系统的目的是用来控制光盘的转速。光盘转速的快慢是通过单位时间读出

的编码多少来得知的，当读出的编码比标定的多时，表示转速快了，反之转速慢了。因而，

可用这信号去控制光盘驱动马达的转速，使其保持在要求的速度上。

为了获得较高的数据传输率，光驱多采用CAV和PCAV的数据读取技术和一光多道技

术。

CAV(恒定角速度)技术采用始终恒定的马达速度读取光盘数据，使其外圈的数据传输率

大大提高。高倍速光驱的标称值如52X，是指CAV技术所能达到的最大数据传输率为52

倍速，即7800Kbit/s。

CAV(部分恒定角速度)技术则是早期低速(12速以下)光驱采用的CLV(恒定线速度，即

保持单位时间读出的编码不变)技术和CAV技术的结合，读取内圈数据时用CLV方式，此

时转速很快。而当马达的速度达到一定速度向外圈读取时，则采用CAV方式达到最大的读

取速度，保持内外圈数据读取的稳定。24X以上的光驱都普遍采用CAV和PCAV的数据读

取方式。

“一光多道”技术是激光束可以同时阅读光盘上的多条光道，因此，它比普通的单束技术读

取信息范围大。而且，它所增加的数据传输率在整个光盘上都是恒定的。

8.1.2 CD-ROM光盘结构和盘中数据的存放方式

1．CD-ROM光盘结构

CD-ROM光盘的直径为4.75in(12cm)，中心装卡孔为15毫米，厚度为l.2mm，重量约为

14～18g。其结构见图8-7。标有字符一面为盘片的最上层，其实是一层涂了漆的保护层；

第二层是铝膜反射层，可反射激光束；第三层是聚碳酸脂透明基片。

光盘制作时，是将数据从模片上转移到塑料基片上。将光学等级的塑料所制成的熔化树脂注

入在一个高精度的注塑模具空腔内，模具的一面是模片。 这一过程只需要几秒钟，其产品

是一个其中一面有预刻槽和数据点的塑料盘，预刻槽用来对光道进行径向定位。然后塑料盘

载有数据的一面用溅镀法镀上一层极薄纯铝(在真空中利用辉光放电将氩气离子撞击铝表面,

铝原子被弹出而堆积在基板表面形成薄膜)，形成反光层。最后是在铝表面再加上一层坚固

的漆膜。这一层漆保护铝膜不会被划伤，不会氧化，并可作为标签印刷的工作表面。

2．CD-ROM盘中数据的存放方式

1）光道

CD-ROM盘上的光道也是用来存储信息的，光道是用凸坑、凹坑及凸坑和凹坑形成的坑边，

对激光束的反射率不同来区别“1”和“0”信息。

CD-ROM的光道是一个完整的螺旋形(为等距螺旋线)，如图8-8所示，螺旋线开始于

CD-ROM的中心，光盘的光道上不分内外圈，其各处的存储密度相同(等密度存储方式)。

CD-ROM上径向道密度比磁盘大得多，每英寸有16000条，即径向道密度为16000TPI，

螺旋线圈与圈之间的距离为1.6μm，螺线宽度为0.6μm，螺线上代表信息的凹槽深度仅为

0.12μm。CD-ROM上的螺旋线总长度可达5km。

2）扇区

CD-ROM上的扇区要复杂得多，CD-ROM是在CD-DA(数字音频光盘)基础上发展起来

的，数据存放的物理格式类似于CD-DA。CD-ROM定义了三种物理扇区方式，即扇区方式

0(Sector Mode 0)、扇区方式1(Sector Mode 1)、扇区方式2(Sector Mode 2)，三种扇区方

式的结构如表8-1、表8-2、表8-3所示。

从表中可以看出CD-ROM中每扇区有2352个字节，每个扇区有12个同步字节，4个扇区

头字节。在4个扇区头字节中，1个字节用于存放扇区方式识别码，另3个字节用于表示扇