Opslag dichtheid van diverse media
advertisement
Optisch data opslag E.R.Eliel G.W. ‘t Hooft •Inleiding •geschiedenis •optica van de cd speler •elektronica van de cd speler http://molphys.leidenuniv.nl/~eliel/teaching/fmt/fmt.html Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 1 Literatuur Philips Optical Storage http://www.km.philips.com/laseroptics/ General Info CD-ROM http://www.os.philips.com/cd/cd-rom/geninfo/index.html#opti History of CD-ROM http://www.research.philips.com/pressmedia/background/optrec/index.html How Compact Disk Work http://www.howstuffworks.com/cd.htm Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 2 Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde Geschiedenis 3 Plaat en speler Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 4 Trends in video opslag Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 5 Opslag dichtheid van diverse media 100 DVD 40GB 2 Dichtheid (bits/m ) DVD 20GB 10 DVD-ROM 4.7GB DVD-RAM 2.6 GB DVD RAM CD-ROM 650 MB CD-R MD CD-RW 1 JAZ MO ZIP Hard disc 0.1 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 jaar Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 6 Lichtweg van de compact disk beschermende acryle laag Diode laser Prisma’s Polarizerende deelspiegel Compact disk lens spiegel lens Astigmatische lens kwart-lambda plaat 4-voudige detector Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 7 3-D Lichtweg Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 8 Laser en prisma paar Halfgeleider laser : 0.8 x 3 m2 Intensiteit Spot op de plaat in // richting te groot of lichtverlies door afkappen in richting Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde // -300 00 300 Hoek 9 prisma paar d 0 p- polarisatie Qb =tan-1(n) a d1 = n.d0 d1 a = cot -1(n) Twee prisma’s: in één richting vergroting van de bundeldiameter met n2 Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 10 Optische resolutie (pedrotti & pedrotti, §16-4) min = 1.22 D xmin = f min = f min 1.22 1.22 = D NA Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde Q 11 Optische plaat Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 12 Invloed van stof substraat 1.2mm substraat lens gecorrigeerde lens Meten door lucht Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde Meten door substraat 13 Focus met astigmatisme C B A 4 3 1 2 te veraf te dichtbij Focus fout signaal: 1+3-2-4 Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 14 Focus fout signaal + 1 2 4 3 Plaat te ver weg V0=1+3-(2+4) + + 1 2 4 3 1 2 4 3 - Plaat in focus Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde - Plaat te dichtbij 15 Foucault methode 1 in focus 2 3 4 te dichtbij Fout signaal: 1+4-2-3 te veraf Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 16 Spoor volgen met 3 spots A 2 extra detectoren 1 extra tralie B C + signaal = A-C Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 17 radieel fout signaal Detector signaal A Modulatie diepte radiële afstand [m] 0.4m C A radiële afstand [m] A-C C -1.6 radiële afstand [m] 0 1.6 Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde radiële afstand [m] 18 CD als tralie -2de -1ste 0de 1ste Evenwijdige bundel -1ste 0de 2de 1ste a(sin i sin o ) = m Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 19 Spoor volgen Interferentie tussen 0de orde en 1ste of –1ste orde B A Volg signaal = A-B Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde Staphoogte: /8 Fase verschil : p/2 20 Schema actuatoren plaat focus radiële positie motor lade open/dicht veren lens elektromagneten motor slede positie Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 21 loopwerk Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 22 Deelspiegel I=0.5 I=0.5 I=1 I=0.25 I=0.25 ¼ van het licht maar naar de detector ¼ van het licht terug de laser in (extra ruis) Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 23 Polariserende deelspiegel + /4 plaat /4 PBS 450 X-as X+iY X-Y X+Y /4 : 900 ~ eip/2=i •Al het licht naar de detector •Extra /4 plaatje + coating in deelspiegel Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 24 hoog frequent signaal langs het spoor oogpatroon 0 : < 30% 1 : > 70% detectie niveau Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 25 klok signaal ingang signaal klok signaal HF signaal lus filter fase detector De tijdsduur van een hoog of laag signaal moet vergeleken worden met een signaal met een‘vaste’ periode. Deze klok wordt uit het ruwe signaal teruggewonnen. spanning naar frequentie omzetten 3Tclk 5Tclk 7Tclk 3Tclk klok Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 26 kodering Als er heel veel 1-en of 0-en achter elkaar komen dan kan de klok niet teruggewonnen worden. Daarom hooguit 11 1-en of 0-en achter elkaar. Als de 1-en en 0-en elkaar te vlug afwisselen kan je makkelijk interferentie tussen de verschillende symbolen krijgen. Daarom minstens 3 1-en of 0-en achter elkaar. EFM (Eight-to-Fourteen Modulation): Van alle digitale getallen van 14 bits zijn er 267 die voldoen aan de (2,10) regel, d.w.z minimaal 3 en maximaal 11. Hiervan worden er 256 = 28 gebruikt. 10010000000010 xxx 3 extra bits om woorden aan elkaar te plakken 01111010 Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 27 DAC (1 bit) DAC=Digital Analog Converter 2R iin - Vuit Een OpAmp probeert de ingangen op dezelfde spanning te houden + 2R 2R s1VR i1 = iin = 2R i1 VR + 1 0 s1=0,1 Vuit = iin 2 R = s1VR Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 28 DAC (2 bit) 2R Va R Vb=0 iin - 2R 1 2R i2 0 si=0,1 i1 1 + 2R Va Va Vb s2VR Va i2 = = 2R R 2R 2Va s2VR = R 2R 0 VR Va s1VR i1 = iin = R 2R s2VR s1VR iin = 2 2R 2R s2 Vuit = ( s1 )VR 2 + Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 29 DAC (n-bit) 2R R R iin + 2R - 2R 1 2R in 0 1 2R i2 0 i1 1 sn Vuit = ( n 1 2 0 s2 s1 1 0 )VR 2 2 VR + •Slechts 1 OpAmp en 2 soorten weerstanden •Alle weerstanden moeten hetzelfde zijn met een nauwkeurigheid van 1:2n Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 30 Bemonsteren s i g n a a l Tijd Bemonstertijd: t = 22.8 s Bemonsterfrequentie: F = 44.1 kHz Hoogste audio frequentie: 22 kHz Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 31 N bits 2N niveaux 2-N nauwkeurigheid Kwantisering Stap grootte: q Stap grootte: q Stap grootte: q X X X Q Q Q X afronden q 2 XQ X q 2 X afbreken q XQ X 0 X Modulus afbreken q XQ X 0 als X 0 0 XQ X q als X 0 Niet lineairiteit: ( x y )Q xQ yQ Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 32 overloop XP verzadiging XP Xm Xm Xm -Xm -2Xm Xm -Xm X -Xm -3Xm nulstelling Xm X -Xm XP Xm -Xm 2Xm 3Xm X -Xm Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde Zaagtandvormige overloop 33 ADC 2t = in comparator filter kwantisatie Q 1 fmax 0/1 1/-1 DAC In plaats van 1 signaal met N bits geeft de uitgang M signalen van 1 bit De kwantisator hoeft maar 1 niveau heel nauwkeurig te weten Het filter, de comparator en de DAC bepalen hoeveel 1-en en 0-en Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 34 van Digitaal naar Analoog (DAC) reset R2 digitaal getal (N) Vin R C + Vuit tijd NVint N Vuit = Vin dt = RC RC Vin = 1V C = 10 F R = 100k Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde t = 1 s Vuit = N V 35
