Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
Chương 5
THIẾT BỊ GHI PHÁT AUDIO VÀ VIDEO
5.1. GIỚI THIỆU
Máy phát CD nói chung là thiết bị dân dụng dùng để ghi phát audio-video rất
quen thuộc với mọi người, hiện nay trên thị trường xuất hiện rất nhiều chủng loại
máy CD khác nhau, từ những mặt hàng nhập nguyên mẫu từ nước ngoài, đến những
hàng lắp ráp sản xuất trong nước, phổ biến nhất là các nhãn hiệu như: Sony, JVC,
Califonia…Tuy là các máy có nguồn gốc xuất xứ khác nhau nhưng nhìn chung
chúng có những đặc điểm về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động gần giống nhau.
So với các máy CD và VCD ra đời trước đây máy hát DVD hiện nay được sử
dụng phổ biến nhất. Với tính năng kỹ thuật cao và có khả năng đọc được nhiều định
dạng đĩa, máy DVD đã trở thành thiết bị quen thuộc nhất ở mọi gia đình.
5.2. MÁY PHÁT CD
Máy CD (Compact Disc Player) là thiết bị dùng để phát lại tín hiệu trên đĩa
CD-DA. Trong các máy CD dân dụng thường chỉ có mạch phát lại tín hiệu mà
không có mạch ghi. Dựa vào mục đích sử dụng mà máy CD có nhiều chủng loại
khác nhau như: máy hát CD gia đình, máy CD dùng trên xe hơi, máy CD xách tay,
máy CD kết hợp. . .
5.2.1. Máy CD để bàn
Là loại máy CD dân dụng phổ biến, hình dạng giống như máy cassete, loại
máy này có thể là loại sử dụng khay đĩa một đĩa hoặc nhiều đĩa. Các đặc trưng cơ
bản của máy:
- Loại hệ thống xử lý âm thanh dạng số dùng đĩa compact
- Đĩa thích hợp: đường kính 120mm, dày 1,2mm
- Thời gian phát: 60 đến 75 phút
- Tốc độ quay đĩa theo hệ thống CLV (1,2 đến 1,4 m/s)
- Dạng tính hiệu: tần số lấy mẫu là 44,1Khz
- Số bit lượng tử:16 bit
- Tốc độ truyền: 4,3218Mhz
- Hệ thống điều chế: EFM

- Số bit lượng tử:16 bit.
- Tốc độ truyền: 4,3218Mhz.
- Hệ thống điêu chế: EFM.
- Nguồn điện sử dụng: 9VDC, pin 6V.

115
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
5.2.3. Máy CD kết hợp
Là máy CD có kết hợp các mạch xử lý tín hiệu radio AM/FM, mạch cassete,
hay các máy sau này có cả chức năng của máy TV.
- Hệ thống: hệ thống xử lý âm thanh dạng số dùng đĩa compact
- Số bit lượng tử: 16 bit.
- Đầu đọc dùng tia laser bước sóng 780nm.
- Hệ thống vệt ghi: loại tùy động 3 tia.
- Bộ lọc dạng số: loại vượt mẫu hai lần.
- Công suất phát tia laser 0,04 mW.
- Tốc độ quay đĩa: 200 đến 500 vòng/phút.
- Đáp tần: 0 đến 18Hz, 2 kênh.
- Điện áp ngõ ra: 0,95V danh định.
- Dạng tính hiệu: tần số lấy mẫu là 44,1Khz.
- Tốc độ truyền: 4,3218Mhz.
- Hệ thống điêu chế: EFM.
5.2.4. Sơ đồ khối và chức năng các khối
Khối RF: nhiệm vụ biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện và khuếch đại
tín hiệu này cấp cho khối servo và xử lý tín hiệu âm thanh.
Khối Data strobe: nhận tín hiệu từ khối RF để tách bit clock giải điều chế EFM
để trả lại mã nhị phân 8 bit của tín hiệu nguyên mẫu. Ngoài ra khối này còn có
nhiệm vụ tách tín hiệu đồng bộ khung để cấp cho mạch Spindle servo.
Khối DSP (Digital signal processing): gọi là khối xử lý tín hiệu số nhận tín
hiệu từ data strobe cấp cho mạch giải đan xen, sửa sai, và tách mã phụ.


RF Amp
Servo amp
Focus
Servo
Tracking
Servo
Sled
Servo
Spindle
Servo
Bitclock separate
EFM demodulation
Sync det

Data
strobe
Deinterleave
Error correction
Sub code
RAM
Data
Signal
Processing
System control
Loading
motor
Display Sensor Power
Key
matrix

học, khối RF amp, khối DSP và khối servo. Trên thực tế, máy đọc VCD luôn kèm
theo chức năng đọc đĩa nhạc CD một cách tự động.
Trên máy VCD người ta thiết kế mạch giải nén tín hiệu hình MPEG, mạch đổi
tín hiệu hình từ số ra tương tự (video DA) và khối giải mã R,G,B cấp cho ngõ ra
video. Bên cạnh đó, người ta còn thực hiện các chức năng giải mã âm thanh stereo,
xử lý karaoke, ngắt lời, tăng giảm tone…để cấp cho ngõ audio out. Tất cả các tiêu
chuẩn của máy CD đều đúng với máy VCD. Tuy nhiên, máy VCD còn có các tiêu
chuẩn khác như: Tín hiệu NTSC 3,58/PAL (có thể thay đổi được trên mạch giải
nén). Mức tín hiệu video ở ngõ ra: 1VPP. Trở kháng: 75Ω, không cân bằng. Thời
gian phát tối đa: 75 phút
Sơ đồ khối
RF Amp
Servo

Focus

L- out
R- out
Head
phone
Servo
Spindle
motor
Sled
motor
Đĩa compact
Audio
process
Video
D/A
RGB
encod
OSD
Video
out
DRAM
ROM
Video and audio processor

Hình 5.2. Sơ đồ khối máy VCD

118
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
5.4. CÁC KHỐI CHỨC NĂNG MÁY VCD
Dựa vào chức năng hoạt động của các phần tử trong máy, người ta phân chia
máy VCD làm 5 khối: khối nguồn, khối cơ, khối tín hiệu, khối vi xử lý và khối

Decoder
Video
DAC
RGB
Encoder
R,G,B
OSD
Data clock
RF
converter
(
μ
p)
Video
out
Video
out
Mạch xử
lý audio

Hình 5.3. Sơ đồ mạch xử lý tín hiệu video trong máy VCD
 Khối giải nén MPEG video
Khối giải nén MPEG làm nhiệm vụ giải nén tín hiệu video và audio khi phát
lại, do trong lúc ghi cả hai tín hiệu này cùng được nén và ghi lên VCD. Khối giải
nén cũng là bộ phận khác nhau căn bản giữa máy CD và VCD.
Tín hiệu từ khối DSP cấp cho khối giao tiếp chủ (host interface) theo ba đường
tín hiệu, sau đó cấp cho khối DRAM controller, tại khối này có nhiều đường data

119
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video

DRAM BUS

Hình 5.4. Sơ đồ khối mạch MPEG
 RAM và ROM sử dụng trong máy VCD
DRAM (Dynamic Random Access Memory): bộ nhớ truy xuất trực tiếp loại
động, gọi tắt là RAM động. Các bộ nhớ RAM động sử dụng trong VCD thường có
dung lượng từ 1M đến 16Mbyte, trong khi đó bộ nhớ ROM thường được sử dụng
với dung lượng khoảng 1Mbyte. Chúng thường sử dụng kèm với mạch giải nén
MPEG để lưu trữ dữ liệu và tăng tốc độ xử lý trên IC giải nén. MPEG
DECODER MD, MA
MD
OE
D
0
– D
n
A
0

output

Hình 5.6. Sơ đồ khối RGB-DAC
 Khối giải mã RGB
Khối giải mã RGB có nhiệm vụ lấy các tín hiệu R,G,B dạng tương tự tại ngõ ra
để tái tạo các tín hiệu truyền hình, các tín hiệu đồng bộ ngang (H.sync), đồng bộ dọc
(V.sync)
 Khối giải ném âm tần
Trong máy đọc đĩa hình, ngoài khối giải nén tín hiệu hình, người ta thiết kế
khối chức năng giải nén tín hiệu âm thanh nhằm tái tạo tín hiệu âm thanh đã được
nén cùng với tín hiệu hình. Sơ đồ khối của khối giải nén âm tần như hình 5.7.
MPEG
AUDIO
MPEG
VIDEO
Audio
SW
LPF
LPF

D/A
RAM
L out
R out

transistor, zener, IC ổn áp…Sơ đồ khối như hình 5.8. Biến thế Chỉnh lưu ổn áp
Vin Vout
+
_
Hình 5.8. Sơ đồ khối nguồn ổn áp tuyến tính
Ưu điểm của loại nguồn này là cấu tạo đôn giản dể chế tạo dể sửa chữa, có độ
ổn định cao do tần số điện áp ngõ vào và ra khi chưa chỉnh lưu là không đổi, có thể
chế tạo bộ nguồn có công suất lớn.
Nhược điểm loại nguồn này là biến thế kích thước lớn bất tiện sử dụng.

122
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video

OFF

Xung điều khiển có dạng
T = T
ON
+ T
OFFVà Vo được tính bởi
V
O
= V
OFF
T
ON
TÝ nghĩa: tần số xung đóng mở giữ nguyên, khi thay đổi thời gia ngắt mở sẽ
làm thay đổi mức điện áp ngõ ra, nếu thời gian T
ON
càng lớn thì điện áp ngõ ra càng
lớn.
Ưu điểm: nguồn có tầm ổn áp lớn, biến thế kích thước nhỏ tiện lợi sử dụng,
cho nên hầu hết các thiết bị điện tử sau này thường sử dụng nguồn ổn áp xung.
Nhược điểm: nguồn có cấu tạo phức tạp khó chế tạo khó sửa chữa, có độ ổn


Hình 5.11. Sơ đồ nguyên lý nguồn ổn áp xung

 Phương pháp thay đổi độ rộng xung

125
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
Với phương pháp nàyy người ta giữ nguyên tần số của xung đóng mở, nhưng
thay đổi thời gian T

trường di chuyển vật kính theo phương thẳng đứng sao cho khoảng cách của vật
kính đúng với bề mặt CD để chùm tia hội tụ lên CD thành một điểm cực nhỏ khi đó
tín hiệu phát lại là trung thực nhất. 126
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video Hình 5.12. Sơ đồ khối mạch Focus servo máy VCD
Khi khoảng cách vật kính đúng với CD thì chùm sáng hội tụ lên các diode cảm
quang là vệt sáng hình tròn, khi đó cường độ sáng nhận được của A+C=B+D làm
cho áp sai lệch hội tụ tạo ra từ mạch khuếch đại so sánh bằng 0, tức là vật kính đã
đúng không cần điều chỉnh.


Focus
coil
B + D
Tia phụ E
Bán lăng
kính
Phương
đứng

A
B
D C
+
_
0
Vật kính
đúng với CD
V+

A
B
D C
+
_
Vật kính quá
gần CD

127
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
A+C < B+D làm cho áp sai lệch hội tụ tạo ra từ mạch khuếch đại so sánh có giá trị


I/V
converter
I/V
converter
F
+
_
Tracking
Error
Laser
diode
Pit
Đĩa
compact
Tia chính
Phase
correct
Drive
Tracking
coil
E
Tia phụ F
Bán lăng


E
F
E
F
E
F
+ -
0
+ -
-
•
+ -
+
•
Hình 5.14. Biểu diễn vị trí lệch của các tia phụ
5.4.3.3. Mạch Spindle servo
Mạch này có nhiệm vụ nhận tín hiệu phản hồi từ mạch xử lý tín hiệu số DSP
cung cấp điện áp điều khiển vận tốc quay và pha quay của Spindle motor. Khối này
phải đảm bảo vận tốc quay đĩa theo hệ thống CLV tức vận tốc dài không đổi từ 1,2
đến 1,4 m/s nhưng vận tốc gốc thay đổi từ 500 vòng/phút khi cụm quang học ở
trong cùng và giảm dần còn 200 vòng/phút khi cụm quang học di chuyển ra ngoài
biên. Mạch tự động điều chỉnh vận tốc quay motor như ở hình 5.15.
Để thực hiện được điều này mạch điều chỉnh vận tốc lấy tín hiệu đồng bộ

FCK
tách được

Hình 5.15. Sơ đồ khối mạch điều chỉnh vận tốc quay Spindle motor
Mạch điều chỉnh phase quay: mạch này phải đảm bảo pha quay của motor
quay luôn được ổn định, tức làm đảm bảo sau cho pha của xung clock tương ứng
với data khi phát lại (BCK) phải cùng pha với xung clock chuẩn đưa vào tri xuất dữ
liệu.
Để thực hiện được điều này mạch điều chỉnh pha quay motor lấy tín hiệu so
sánh là pha của xung clock tương ứng với dữ liệu khi phát lại (f
BCK
) có tần số đã ổn
định bởi mạch điều chỉnh vận tốc, để so sánh với pha của xung clock chuẩn f
0SC
=
4,3218MHz tạo ra từ dao động thạch anh chuẩn, kết quả tạo ra áp sai lệch về pha
cấp cho mạch MDA để điều chỉnh lại pha quay của motor. Mạch tự động điều chỉnh
pha quay motor như ở hình 5.16.
Như vậy trong mạch spindle servo gồm có hai mạch: mạch điều chỉnh vận tốc
gọi là mạch chỉnh thô, còn mạch điều chỉnh pha quay gọi là tinh chỉnh. RF


Mạch tích
phân
Tầng so
sánh
Tầng
lái
M
TEO
drive

Hình 5.17. Sơ đồ khối mạch Sled servo máy VCD
Điện áp trung bình của tín hiệu tracking error (TE) từ mạch tracking servo đưa
tới, có giá trị răng theo thời gian, tín hiệu này được đưa tới mạch tích phân để sửa
dạng tính hiệu sau đó đưa tới tầng so sánh để so sánh với thành phần chuẩn kết quả
áp sai lệch sled motor tạo ra để lái sled motor sau cho vật kính được giữ trong tầm
điều chỉnh so với điện áp chuẩn ngay tại tâm của hệ cơ.
5.4.4. KHỐI VI XỬ LÝ
Khối vi xử lý là bộ phận trung tâm, làm nhiệm vụ điều hành tất cả các hoạt
động trong máy, bằng cách tác động điều khiển trực tiếp đến tất cả các khối giúp
cho việc ghi phát tín hiệu diễn ra một cách đồng bộ.
Tác động đến khối cơ: điều khiển sự hoạt động của các phần tử trong khối cơ
để thực hiện việc nạp đĩa vào, lấy đĩa ra, quay đĩa…
Tác động đến khối nguồn, điều khiển việc cấp nguồn PC (power control) cho
các mạch điện trong máy.
Tác động đến khối tín hiệu, điều khiển việc xử lý tín hiệu khi ghi và phát tương
ứng với từng chế độ làm việc của máy.
Tác động đến khối chỉnh cơ, thực hiện việc điều khiển vòng quay của các
motor giúp cho việc ghi phát tín hiệu diễn ra bình thường.
Để tiện lợi cho việc khảo sát khối vi xử lý trong máy người ta phân chia ra
thành từng khu vực khác nhau. Dựa vào chức năng hoạt động của khối, người ta
Vi xử lý

OSC
Vi xử lý
OSC
Clock in

Hình 5.18. Cấu trúc của mạch dao động thạch anh
Đối với loại mạch sử dụng dao động thạch anh ngay bên trong vi xử lý, ta có
thể nhận dạng được nhờ chân lệnh clock nối ra bên ngoài. Đối với mạch sử dụng
dao động từ bên ngoài, ta có thể nhận dạng nhờ chân clock in.

132
Chương 5: Thiết bị ghi phát audio và video
Lệnh reset (chân ALC): chân lệnh này nhằm trả dữ liệu của vi xử lý trở về
trạng thái ban đầu khi mới cấp điện vào để vi xử lý sẵn sàng tiếp nhận các lệnh mới.
Ví dụ máy đang hoạt động ở chế độ play, lúc đó dữ liệu trong vi xử lý tương
ứng với trạng thái play, bổng nhiên bị cúp điện. Khi có điện trở lại thì chân lệnh
reset sẽ tác động trả dữ liệu trong vi xử lý về trạng thái ban đầu.

AD1
AD2
AD3

KE1
KE2
KE3

AD1
AD2
AD3 KE1
KE2
KE3
Xung địa chỉ

V
i
xử lý

Hình 5.20. Sơ đồ cảm biến vị trí khay đĩa
Sử dụng khóa điện: bình thường SW hở, vi xử lý nhận mức cao H. Khi đĩa đã
vào trong máy, SW đóng vi xử lý nhận mức thấp, ra lệnh ngắt motor loading.

Open
Close

Vi xử lý
MDA
Motor
5V
R1
SW
R1 Hình 5.21. Sơ đồ mạch cảm biến vị trí khay đĩa dùng khóa điện
Sử dụng photo transistor: người ta dựa vào khoảng che của hệ cơ để nhận biết
trạng thái của khay đĩa. Chẳng hạn, khi đĩa ở vị trí ngoài cùng, ánh sáng từ led hồng
ngoại không đến được photo transistor, transistor ngưng hoạt động, chân tray sensor
ở mức cao. Khi đĩa ở vị trí trong cùng, ánh sáng đi đến photo transistor làm
transistor dẫn, vi xử lý nhận mức thấp, lệnh điều khiển MDA làm ngắt động cơ.

Open
Close

Vi xử lý

R1
SW 1
R1
5V
R1
SW
2
R2
DOW

Cụm
quang học
Thanh
trượt
Đĩa
compact
Sled
motor
Hình 5.23. Sơ đồ cảm biến nhận diện vị trí cụm quang học
Mạch cảm biến điều khiển từ xa: thông thường khối giải mã tín hiệu hồng
ngoại được bố trí ngay bên trong vi xử lý. Để nhận tín hiệu từ bộ điều khiển từ xa
tới, người ta sử dụng bộ thu tín hiệu hồng ngoại IR (infrared receiver). Mô hình
mạch có thể được biễu diễn như hình 5.24.


Khi chân LD on = L, transistor Q dẫn, nguồn cấp cho diode laser, đây là mô
hình chung nhất, thường gặp nhất trong các máy CD. Mạch tự động điều chỉnh công
suất phát ta laser (APC) cơ bản thường được dùng trong các máy CD có cấu trúc
như hình 5.43. LD ON

CPU

Mạch APC
LD MD
Q +5V Hình 5.25. Sơ đồ mạch điều khiển đóng mở diode laser
Lệnh điều khiển đóng mở nguồn cấp tia laser xuất phát từ vi xử lý gọi là LD on
tác động ở mức thấp, thường được sử dụng mạch có cấu trúc như hình 5.26, thường
được sử dụng trong các máy VCD hiện nay.
Trong mạch điều khiển cấp nguồn phát tia laser thường được thiết kế một biến
trởc chỉnh công suất phát tia. Trong sơ đồ hình 5.26, biến trở VR151 chỉnh thiên áp
cho Q102, và tác động của diode MD được cộng thêm hoặc trừ bớt mức điện áp
này. Vì thế VR151 điều chỉnh công suất phát tia laser. Công suất tia laser phát ra
được điều chỉnh trước ở nơi sản xuất, việc điều chỉnh công suất công suất tia laser là
quang trọng vì nó làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của diode laser, nên ta không tự động
điều chỉnh biến trở công suất này


câm tín hiệu âm thanh ngõ ra bằng cách ngắt âm thanh ở ngõ ra, nối mass ngõ ra
hoặc khống chế khối DSP. Các dạng làm câm âm thanh ở ngõ ra.
Làm câm bằng mức logic: ở đây người ta sử dụng mức logic H hoặc L để ngắt
âm thanh. Khi chân mute = H, Q
1
ngưng, Q
2
và Q
3
dẫn, nối mass âm thanh ở ngõ ra.
Mute

CPU

Q
1
+5V
•

•



Hình 5.28. Sơ đồ mạch làm câm tín hiệu audio.
5.4.4.4. Lệnh ra điều khiển khối giải mã hiển thị
Khối giải mã hiển thị (display) hiện nay được thiết kế theo hai dạng: bố trí
ngay bên bên ngoài ngoài hoặc trong vi xử lý. CPU +
DISPLAY
DISPLAY
-Vcc 3VAC
G
0
- G
m
S
0
- S
m
3VAC
Hình 5.29. Sơ đồ mạch giao tiếp điều khiển và hiển thị.

5V
Hình 5.30. Sơ đồ mạch giao tiếp điều khiển và hiển thị

138