马建设1，2，潘龙法1，方南1
(1清华大学光盘国家工程研究中心，北京10084；
2清华江奎光盘技术联合实验室)
1前言
随着社会信息化的发展，光存储以其容量大、寿命长、成本低、复制速度快等显著优点已经成为现代社会信息存储的重要手段之一，而dvd类产品更是新一代数字视听技术和数字化信息存储设备的典型代表和潮流［1，2］。作为光存储系统重要组成部分的dvd光学头，直接决定存储信息的读出质量和性能。而作为dvd光学头研究、生产以及检测关键设备的参数测试及评价仪，目前世界上只有少数几家公司可以生产，因此研制开发具有自主知识产权的dvd光学头参数测试与评价仪对提高我国光盘产业的技术水平具有一定的现实意义。
2总体结构及组成模块简介
由于dvd系统存储数据密度大、控制精度高、尤其是读出射频信号频率很高，因此在参数测试与评价仪的设计及开发过程中要充分考虑仪器的抗干扰能力、工作可靠性、测试精度、系统响应的快速性以及建立适当的评价体系等各方面的因素。
图2—1为dvd光学头性能参数测试与评价仪的总体构成，下面将分别介绍其各组成模块的构成及功能。
(1)机械平台及光学头夹具模块
该模块主要由机架底板、5自由度高精度测试平台、光学头夹具等几部分组成，完成光学头和测试盘片的机械定位功能。
(2)平台控制及相关驱动模块
该模块主要包括测试平台的驱动电机及其功放电路、位移及角度反馈单元、多轴运动控制单元及其接口电路等部分组成，通过控制测试平台可以调整光学头和测试盘片的相对位置，从而达到最佳的测量效果。
(3)激光器驱动及光学头伺服模块
该模块组成如图2—2所示，主要完成激光器的恒功率控制、以及聚焦、寻迹、主轴和寻道伺服等功能，同时可以产生聚焦预搜索(s-curve)、聚焦和寻迹开环和闭环等相关测试信号的提取。
(4)参数测试及仪器控制模块
该模块主要完成相关测试信号的放大、滤波、均衡处理以及测量仪器的控制等功能，其组成如图2—3所示。
由于dvd系统存储数据密度大、读出信号频率高，需要诸如高性能可程控数字存储示波器作为数据采集设备。另外，有些参数诸如读出hf信号抖晃值(jitter)的测量还需要时序分析仪等专用仪器，为了保证这些仪器在工业控制机统一管理下协调工作，一般采用gpib总线作为测试仪器的控制总线。测量仪器(数字示波器、时序分析仪、频谱分析仪等)在程序的控制下，完成测试信号的测量及数据采集功能，并将测试结果通过gpib总线传送给计算机。
(5)虚拟仪器及测试结果评价模块
该模块主要完成整个测试系统的协调、控制、测试数据处理及光学头测试结果的评价及输出等功能，该模块以软件为主，整个系统应具有“虚拟仪器”的编程风格，操作和控制简单方便。
3体系结构分析
3.1dvd光学头性能参数分类
dvd光学头是集光机电一体化的高科技产品，其特性参数主要反映在3方面：与激光二极管功率特性相关的参数，诸如探测二极管工作电流(im)、光路功率(ld power)、激光二极管工作电流(itop)、光路的微分效率(α)等；与聚焦和寻迹伺服特性相关的参数，诸如聚焦预搜索曲线的峰值(s-curve level)及平衡(s-curve balance)、离焦探测器的平衡(pd balance)、开环寻迹信号的峰值(te-level)及平衡(te balance)、cd模式时探测器e、f象限的相位差(e-f- phase)、伺服串扰(servo cross talk)等；与读出信号相关的性能参数，诸如散焦值(de focus)、rf信号串扰(rf crosstalk)、rf信号抖晃(rf- jitter)、rf信号调制比(rf modulation ratio)等。
3.2硬件体系结构设计分析
dvd光学头对参数测试与评价仪硬件体系的设计要求严格，测试平台的精度、测试电路的精度和抗干扰能力以及系统各组成模块之间的相互干扰等因素都会影响系统的最终测试精度及评价结果的准确性。
测试平台的设计应从提高平台的精度着手，其中包括严格控制平台各装配面机械加工的形位公差和尺寸链，提高平台调整时的线性度，防止调整时出现爬行现象。
针对聚焦和寻迹伺服模块的设计，采用数字伺服和模拟伺服各有优缺点，数字伺服运行可靠且伺服参数调整方便，模拟伺服响应快，精度高。采用模拟和数字混合的伺服系统则可以综合两方面的优势，具体地说，误差信号提取可以采用模拟电路实现，而伺服算法由dsp进行数字运算实现，伺服模块设计时应着重考虑提高伺服系统的增益调整范围，以适应不同种类和规格的光学头。
参数测试电路设计重点放在提高测试精度及抗干扰能力方面。提高测试电路的频带宽度和选用高精密元器件是非常重要的。在设计印制电路板时，应充分考虑工艺性要求，包括电源线和地线的布线、退耦电容的配置、市电的干扰消除以及高频屏蔽电缆的选用等问题。
3.3软件体系设计分析
整个软件体系包括应用程序、虚拟仪器控制程序和驱动程序3个层次。驱动程序主要是gpib接口卡、可程控开关板、数字示波器和时序分析仪的驱动程序，用以建立与计算机接口的通讯与数据传输协议。虚拟仪器控制程序主要完成模拟数字示波器和时序分析仪等测量仪器的面板显示、操作指示等功能。应用程序是整个软件系统的核心，用以完成虚拟仪器系统的功能控制、数据采集、数字滤波、数据分析、结果显示、测试结果评价等功能。
软件设计的难点集中在数据采集及处理两方面。针对dvd系统的高频小信号特点，可以采用宽频带数字示波器进行数据采集和信号捕捉。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。
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。
消除这些干扰除了前面所采取的硬件措施之外，在软件设计时需要考虑对原始数据进行必要的数字滤波和平滑处理。
3.4评价体系的建立
评价体系包括确定参数的量程范围、建立光学头的评价标准以及仪器的标定3个方面。不同种类的光学头，参数的测量范围是不同的，应根据相应的测量范围设定仪器的增益和量程。在光学头生产和使用的不同阶段其评价标准是不尽相同的，前者在某种程度上应该严格一些，所以在建立评价标准时应充分考虑这些差别。在仪器使用之前，应该使用标准的光学头和测试盘片对仪器进行标定，根据标定结果对仪器进行调整和改进。
4结论
笔者利用在上述方案基础上研制的dvd光学头动态信号测试与评价仪，对某种型号播放机使用的dvd光学头进行了实际测试，测试结果与光学头生产厂家提供的数据基本吻合，说明该测试系统已经达到了设计要求，能够满足科研和光学头生产及使用厂家的需要。
［参考文献］
［1］徐端颐新型超高密度、超大容量光存储的基础研究［c］2001年全国光存储学术会议论文集1
［2］潘龙法我国光盘产业的现状与规模［c］2001年全国光存储学术会议论文集，63
