3.1 伺服系统的基本结构和工作原理

VCD机的伺服系统是由多个自动控制环路构成的自动控制系统，它是确保激光头正确跟踪光盘信息纹的部分。我们都知道，信息是以螺旋形的排列刻印在光盘的盘面上的，在播放时，光盘由主轴电动机驱动，相对激光头旋转，激光头在光盘下面由内侧向外侧移动，读取光盘上的信息。

激光头发射的激光束只有准确地扫描在信息纹上，才能正确地读取信息。实际上，光盘在旋转过程中往往会有偏摆，即相对于激光头有径向的跳动和轴向的偏摆。另外，光盘旋转时，信息纹与激光头的相对速度也会有不稳定的情况。这些因素的存在会影响信息的读取。因此，为了正确地读取信息，对这些偏差需分别用伺服系统的各部分进行控制。

3.1.1 VCD机伺服系统的基本结构和伺服电路

VCD/DVD机在光盘和激光头相互运动的过程中读取信息，伺服系统是在相互运动中通过对聚焦线圈、循迹线圈、主轴电动机和进给电动机的驱动，达到自动跟踪的目的。伺服系统各个部分之间的关系示意图如图3-1所示。

VCD机是由CD机芯和A/V解码电路相结合而成的，伺服系统是CD机芯的主要部分，即VCD机和CD机的机芯部分基本是相同的。DVD机伺服电路的精度要求比CD/VCD高，但基本原理是相同的。伺服系统的电路结构方框图如图3-2所示。

1.聚焦伺服环路

当光盘旋转时，由于机械误差，其盘面相对于激光头会有上下偏摆，这样会使激光头射出的激光束的聚焦点不能准确地射到盘面上。聚焦伺服电路通过检测聚焦误差，然后转换成聚焦线圈的控制信号。当出现误差时，能迅速调整物镜，实现焦点跟踪。

2.进给伺服环路

进给伺服是循迹的粗调系统，它通过进给电动机的驱动来实现信息纹的跟踪。在影碟机播放时，光盘每旋转一周，进给电动机使激光头在水平方向移动一个信息纹的间距。

3.循迹伺服环路

光盘旋转时，不仅有上下偏摆，而且还有水平方向的误差。影碟机播放时激光头由进给电动机驱动，沿水平方向运动，使激光束跟踪光盘上的信息纹。激光束如偏离信息纹，也会影响信息的读取。进给电动机的驱动远不能满足跟踪光盘信息的要求。循迹伺服电路通过检测循迹误差，然后转换成控制循迹线圈的电流，系统通过微调镜头，使激光束准确地跟踪光盘上的信息纹。

4.主轴伺服环路

主轴电动机是驱动光盘的机构。VCD/DVD光盘在播放时要求信息纹与激光头之间的相对速度为恒定线速度，这样主轴电动机的旋转角速度则是不断变化的。主轴电动机的旋转误差，是通过对读取的数据速率来检测的。主轴伺服通过对数据速率误差的检测，来控制电动机的转速，从而使读取的数据稳定。

5.激光二极管的功率控制

VCD机在播放过程中要求激光二极管的发光功率恒定。如果激光二极管发光强度不稳定，激光头输出的信号幅度就不稳定，会影响数据信号的提取。为了使激光头中的激光二极管发光强度稳定，在激光二极管的供电电路中设置了自动功率控制电路（APC）。电路通过对激光二极管所发出光的强弱的检测，对供电电流进行控制，从而达到稳定激光功率的作用。

3.1.2 聚焦伺服的基本结构和工作原理

读取光盘信息时，激光头所发射的激光束其聚焦点必须投射到光盘上。当光盘有上下偏摆时，VCD机通过调整聚焦镜头使激光束的聚焦点跟踪光盘盘面的变化，来解决这个问题。

聚焦伺服环路是由激光头、聚焦误差检测与放大电路、伺服处理电路、聚焦驱动电路和聚焦线圈等部分构成的，如图3-3所示。

在激光头中，从光盘盘面反射回来的激光束是随光盘上信息内容变化的，通过光敏二极管组件可以将光信息转换成电信号，光敏二极管组件的输出把读取的光盘信息转换成电流信息。为了能同时检测聚焦误差，在激光头的光路中设置了一个柱面透镜，其检测原理如图3-4所示。这个柱面透镜的原理是焦点的位置不同，反射回来的光点的形状不同，即焦点正确时，在光敏二极管组件上呈现圆形；而偏离时，成椭圆形，偏离的方向不同，椭圆的长轴方向则不同。根据这个原理，将分割光敏二极管的对角线二极管之和进行比较，就可以检测出聚焦误差。误差电压与焦点的变化呈S形曲线。误差电压经数字伺服电路处理之后，将误差电压转换成聚焦线圈的控制信号，控制信号经驱动放大器放大后，将控制电流送到聚焦线圈中，线圈中有电流会使聚焦镜头作相应的上下移动，从而纠正了聚焦点的偏移量。播放时会不断产生误差，伺服系统不断地进行纠正，使聚焦点被控制在允许的范围内。

激光头上射出激光束的部位都装有一个透镜，激光束通过透镜后将光束的焦点射在光盘盘面上，透镜上下移动会使聚焦点上下移动。为了实现对透镜聚焦点的控制，将聚焦线圈、循迹线圈与透镜制成一个组件，将这个组件置于磁场之中，聚焦线圈的结构图如图3-5所示，聚焦线圈的骨架与透镜同轴地固定在一起，它就像动圈扬声器，当线圈中有电流时，线圈连同透镜一起在磁场中上下移动。

3.1.3 循迹伺服的基本结构和工作原理

聚焦系统仅仅能纠正光盘上下的偏摆，而信息纹水平方向（圆盘的径向）的偏摆是由循迹伺服系统及进给伺服来纠正的。为此在激光头的镜头（物镜）上还设有一个循迹调整线圈，它是与聚焦线圈垂直的。循迹线圈中有电流，会使镜头在水平方向微调。循迹误差的检测方法是与激光头的结构有关的，激光头有三光束方式，也有单光束方式，其循迹误差检测的方法是不同的。

在三光束的激光头中，光检测部分专门设有循迹误差检测光敏二极管，其检测原理如图3-6所示的E、F。

三光束激光头所发射的光束经光栅分裂成三个光束，中间的光束是检测声像信息和聚焦误差的，两侧的两个光束被称之为辅助光束，辅助光束专门用来检测循迹误差。由于这个结构，当主光束发生偏离时，辅助光束的光点也随之偏离。如果主光束设有偏离，辅助光束检测二极管的感光量是对称的，相减为0；而偏离时辅助光束检测二极管的输出就不对称了，两者相减就得到了误差。误差控制的原理与聚焦环路相同。

循迹线圈与物镜的结构示意图如图3-7所示，循迹线圈是绕在水平方向磁芯架上的，物镜与永磁体构成一体，当线圈中有电流的时候，由于线圈磁场对镜头永磁体的作用，会使物镜沿水平方向移动。电流的流向变化会使物镜移动的方向也发生变化。

将循迹误差的检测和循迹线圈的驱动构成一个自动控制环路，这就是循迹伺服系统，如图3-8所示。

在播放时，如果出现跟踪误差，设在光敏二极管组件中的两只循迹误差检测二极管的输出电流就会不平衡。这两个二极管的输出经运算放大器就会检测出循迹误差信号，并进行放大。误差信号经伺服电路的处理，然后转换成校正信号。校正信号经过驱动电路进行功率放大，最后去驱动循迹线圈。由循迹线圈的磁场作用去微调物镜，使激光束跟踪信息纹的误差减小，于是达到了自动控制的目的。光盘机在工作中会不断地发生误差，伺服系统便会不断地检测误差，从而消除误差。它是一个动态的自动控制环路，不断产生误差，又不断消除误差，使激光束控制在允许的误差范围内，从而保证光盘机的正常播放。

3.1.4 进给伺服的基本结构和工作原理

进给伺服是驱动进给电动机完成进给运动的控制系统。在播放光盘时，进给电动机驱动激光头作水平运动，正常播放时，主轴电动机每转一周，激光头要移动一个信息纹的间距，在搜索和跳选时，进给电动机高速旋转，使激光头可以跨越多条信息纹。因此，进给伺服直接受系统控制电路的控制。在正常播放时，进给伺服与循迹伺服是有关联的，进给相当于循迹的粗调。

当装入光盘后，加载机构到位，状态开关将信号传给微处理器，微处理器先输出驱动指令，使激光头从初始位置迅速向光盘的内侧移动，当到达光盘的目录信号位置时，设在激光头导轨上的位置开关动作，激光头停止向内圆移动，开始对光盘的搜索。完成搜索工作后，显示VCD字符并处于等待状态。在操作播放键或选曲键后，开始播放。

在实际的VCD机电路中，上述各伺服环路和驱动电路都是集成于一体的。这样可以大大简化电路的结构，伺服电路与激光头及机芯是紧密相关的。观察激光头是否有进给动作可初步判断进给系统是否有故障。

3.1.5 主轴伺服的基本结构和工作原理

主轴伺服是控制主轴电动机旋转的电路。播放时，主轴电动机带动光盘旋转，这种相对运动的线速度要求是恒定的，即1.3m/s，这样才能使激光头读出的信号频率和相位是稳定的，即数据速率是稳定的。由于光盘信息纹是螺旋排列的，激光头在内圆和外圆读取信息时相对的线速度是恒定的，实际上角速度是不断变化的。伺服电路不断调整电动机的角速度，其构成环路如图3-9所示。从光盘上读出的信息是一帧一帧的数据组合，每帧数据的开头都有帧同步信号，主轴电动机旋转的不稳定性会引起帧同步信号频率和相位的误差，在数字信号处理电路中，将从数据信号中分离出的帧同步信号与基准信号进行比较，就可以检测出主轴电动机的旋转误差，将误差信号转换成控制信号，这就是DSP电路中恒线速（CLV）伺服电路的功能。控制信号经驱动放大器放大后去驱动主轴电动机。

3.1.6 伺服系统的故障表现和快修巧修方法

1.伺服系统的故障表现

VCD机激光头和伺服电路不良都会引起播放不良或者不能进入正常播放状态的故障。其表现为能正常装卸光盘但不能读盘，显示“无盘”（NO DISC），光盘不旋转或转动下立即停机。

伺服预放电路、数字伺服处理电路及伺服驱动电路损坏都可能引起这种故障。

2.快修巧修的方法

如果出现不读盘或读盘不良的情况，应对激光头、激光头连接软排线、伺服预放电路、伺服处理电路及伺服驱动电路进行检查。

（1）检查连接软排线

图3-10所示是检查软排线的方法。主要是查软排线是否良好，有无折断的情况，插件处是否锁紧。

（2）检测伺服预放电路

图3-11所示是伺服预放电路的检测，应在播放时检测RF信号波形和聚焦、循迹误差信号波形，如波形不良则伺服预放电路有故障。

（3）检测数字伺服处理电路

图3-12所示是数字伺服电路的检测。如无输出则集成电路有故障。