Pour le microprocesseur de traitement du signal qui comprend le SSP (servo signal processor) et le DSP (digital signal processor) : 

         Commander le positionnement exact du faisceau laser (focalisation, pistage et déplacement du bloc optique) ;

         Analyser le signal RF ;

         Corriger les bits manquants par le circuit de correction d’erreur ;

         Transformer le signal EFM en 8 bits (décodage) ;

         Contrôler la vitesse de rotation du disque CD

   Pour le microprocesseur de contrôle ou CPU (Central Processing Unit) :

         Allumer le faisceau laser ;

         Ouvrir et fermer le plateau du disque CD ;

         Afficher le numéro de plage, le temps écoulé et le type de fonctionnement (lecture, pause etc.) ;

         Réaliser la liaison entre la programmation, le clavier et la commande à distance.

Le microprocesseur ou unité centrale de traitement de données, est un circuit intégré capable d'exécuter des commandes qui lui sont  demandées, selon les données qui lui sont transmises. C'est le cerveau électronique du lecteur de disques compacts. 

Le C.P.U. relie toutes les sections du lecteur et contrôle le décodage du disque, la mémoire programmable, l'indicateur fluorescent ainsi que les boutons pour le fonctionnement de l'appareil (Play, Stop, Open/Close, etc...)

Le C.P.U. contrôle également le traitement du signal et les opérations mécaniques. Un autre travail important du C.P.U. est le contrôle des données numériques transmises par le décodeur. Il doit décider si ces données sont muettes (Mute), reconstruites ou acceptables.

Les signaux provenant des photodiodes passent aussi par le C.P.U. afin que celui-ci puisse contrôler le tracking, la focalisation ainsi que la vitesse de rotation du disque.

Le C.P.U. a une série d'instructions à exécuter quand l'appareil est mis en marche. Ces instructions permettent au C.P.U., par exemple, de savoir si le tiroir du disque est ouvert, et s'il l'est de le fermer. Cela lui permet de vérifier s'il y a un disque dans le compartiment et de le jouer s'il y en a un.

Le C.P.U. s'occupe de toutes les parties du lecteur de disques compacts. Mais chaque sous-système de l'appareil peut travailler de façon autonome, sous certaines conditions.

Les circuits qui contrôlent le Laser, par exemple, peuvent quelques fois régler le bloc optique pendant que le C.P.U. contrôle ces circuits. Le moteur pour la vitesse du disque est parfois contrôlé par la R.A.M. et d'autres fois par le C.P.U.

1.      Le CPU ouvre et ferme le compartiment du disque. Deux interrupteurs (Open/close SW ) l’informent que le plateau est complètement sorti ou complètement rentré afin qu’il puisse arrêter la rotation du moteur LM = « Loading Motor ». 

2.      Le SSP via le BTL déplace le bloc optique à l’aide du moteur FM = « Feed Motor » pour amener le LASER sous le TOC. Le SSP reçoit la commande du DSP qui lui-même la reçoit du CPU. 

3.      Lorsque le Laser est positionné sous le TOC, la mécanique du bloc optique actionne un interrupteur de fin de course (Reset SW = limit switch) qui envoie l’information au microprocesseur de contrôle pour lui signifier que le bloc optique est prêt pour le début du processus de lecture.

4.      Le DSP allume le LASER (LDON), la commande vient préalablement du microprocesseur de contrôle.

5.      Le SSP via le BTL déplace la lentille du bloc optique de bas en haut puis de haut en bas (2 à 3 fois) afin de faire la mise au foyer (focus).

6.      Lorsque le focus est effectué, le SSP informe le DSP en lui envoyant un signal FOK (focus Okay).

7.      Le DSP ayant reçu le signal FOK, fait tourner le moteur du disque SM = « Spindle Motor » via le BTL.

8.      Le Laser fait la lecture du TOC. 

9.      Le SSP envoie les informations du TOC au DSP qui va les stocker dans la RAM puis ce même DSP arrête le moteur du disque. 

Note : dans certains modèles, la lecture du disque commence directement après la lecture du TOC et son enregistrement dans la RAM. L’étape 10 n’est alors pas nécessaire.

10.      Le CPU attend la commande PLAY du clavier pour commencer la lecture des pistes.

ABRÉVIATIONS :

LM = Loading Motor = Moteur de chargement du disque

SM = Spindle Motor = Moteur de rotation du disque

FM = Feed Motor = Moteur de transport du bloc optique

LDON = Laser Diode ON = Allumage de la diode laser

SSP = Servo Signal Processor = Processeur d’asservissement

DSP = Digital Signal Processor = Processeur du traitement digital

FOK = Focus Okay = Focalisation exécutée

TOC = Table Of Content = Table des matières

CPU = Control Processor Unit = Unité de contrôle

SW = Switch = Interrupteur

TRV = Traverse enforced output (Feed motor)

TVD = Traverse drive output (Feed motor)

FOD = Focus drive output

ECM = Spindle Motor Drive Signal (Enforced mode output)

ECS = Spindle Motor Drive Signal (Servo error signal output)

1.      Émettre 

Cette fonction se charge de créer un faisceau laser très fin en direction du disque. Laser signifie « Light Amplification by Simulated Emission of Radiation » soit Amplification de lumière par émission simultanée de rayonnement. 

La lumière émise par une lampe est de type polychromatique, les fréquences émises sont nombreuses. Ce type de lumière ne correspond pas à cette application. 

La lumière émise par la source laser est caractérisée par une pureté spectrale. La réflexion sera plus facile à analyser. La longueur d’onde est de 780 nm, lumière visible proche du rouge. 

De plus le rayonnement laser peut être émis dans un angle faible. La puissance lumineuse même faible concentrée dans un petit angle permet d’obtenir une intensité lumineuse importante. 

2.      Capter

La réflexion du faisceau laser doit être captée et ses variations seront converties en un signal électrique qui sera exploité.

Le faisceau lumineux est émis (onde incidente) perpendiculairement au plan du disque qui possède une surface réfléchissante. Le faisceau réfléchi (onde réfléchie) revient donc dans un même axe. Un miroir semi-transparent permet de dissocier les deux faisceaux. Le faisceau réfléchi est ainsi dirigé vers les photodiodes qui vont capter le signal.

L’intensité du faisceau réfléchi dépend :

     De l’intensité du faisceau incident ;

     De la qualité de la métallisation du disque ;

     De la distance entre le disque et la lentille de focalisation ;

     Du contenu de l’information enregistrée (forme des micro-bosses) ;

      De l’alignement sur la piste.

3.      Réguler

La chute de la puissance émise pour un courant constant d’alimentation de la diode laser limite beaucoup     trop son utilisation dans le temps.

Une régulation est alors effectuée par une boucle d’asservissement : l’émission arrière de la diode laser est convertie par une photo diode en une tension alternative à la puissance émise. Cette tension permet de compenser les variations de la puissance d’émission due au vieillissement, en augmentant le courant dans la diode.

Le courant consommé par la diode laser est de l’ordre de 50 à 60 mA lorsque la diode est neuve. Ce courant augmente lors du vieillissement de la diode et peut atteindre 100 mA. À ce stade (environ 6000H d’utilisation) la diode laser est épuisée, il faut procéder à son remplacement

4.      Déplacer radialement, suivi de piste (Tracking)

Cette fonction assure le déplacement de la lentille pour que le faisceau suive précisément la piste. Elle permet un petit déplacement radial de la lentille (3 à 5 mm).

Le système utilisé permet à l’aide d’aimants et d’une bobine d’attirer le socle de la lentille d’un côté ou de l’autre.

5.      Déplacer verticalement, dispositif de commande de la focalisation (Focus actuator)

Cette fonction permet de placer la lentille à une distance idéale constante du disque pour obtenir une réflexion optimum du faisceau sur les photodiodes.

Le dispositif de commande de la focalisation est constitué d’une bobine portant la lentille et d’un aimant. Le fait d’alimenter la bobine en positif ou en négatif fait monter ou descendre la bobine et donc la lentille.

6.      Déplacer radialement le moteur du bloc optique (Sled motor)

Lorsque le dispositif de commande du suivi de piste n’arrive plus à suivre la piste (la spirale va vers l’extérieur), le moteur à courant continu du chariot déplace le bloc optique complet pour la suivre.

7.      Calculer les déplacements, contrôleur (Servo controler)

Cette fonction assure l’asservissement en position de la lentille et du bloc optique. Elle contrôle donc les bobines des dispositifs de commande de la focalisation (Focus) et du suivi de piste (Tracking) ainsi que le moteur de déplacement du bloc optique.

8.      Entraîner en rotation, moteur du disque (Spindle, Turntable ou Disk motor)

Le disque étant circulaire, il est indispensable de l’entraîner en rotation pour accéder à toutes les informations. De plus, les informations doivent être lues à vitesse constante, il faut donc ajuster la vitesse de rotation du disque en fonction de la position du laser par rapport au centre du disque. Il faudra faire tourner moins vite le support si le laser se positionne vers l’extérieur du disque.

Le disque est entraîné en rotation par un moteur à courant continu. Ce moteur doit faire tourner le disque à une vitesse allant de 200 à 500 tr/min sans variations brusques. Ceci permet d’obtenir une lecture à flot constant de données.

9.      Calculer la vitesse (Servo controler)

Cette fonction assure l’asservissement de vitesse de rotation du disque. Le servo contrôleur modifie la vitesse en fonction de la fréquence de réception des bits de synchronisation lus, fournis par le décodeur. La consigne d’asservissement est d’avoir un flot de données reçues constant et l’information de vitesse réelle provient de la fréquence de réception du bit Q.

10.      Décoder et corriger

Cette fonction interprète le signal RF pour en déduire des niveaux logiques. Cette suite d’informations est décodée (désentrelacement) puis corrigée à l’aide de bits de contrôle et de filtres numériques. Si le décodage ne peut avoir lieu (erreur trop importante), cette fonction ordonne un silence (mute) en sortie. 

Cette fonction formate aussi les informations numériques pour les orienter vers la sortie numérique série de l’appareil si elle existe.

11.      Convertir

Ce bloc est constitué d’un convertisseur numérique analogique suivi d’un filtre « passe bas ».

Ce convertisseur traduit la suite des nombres en deux tensions analogiques représentant les voies audio gauche et droite. La qualité d’un lecteur CD dépend essentiellement de cette fonction.

12.      Amplifier

Cette fonction adapte le niveau de sortie du convertisseur à un niveau ligne. Elle permet aussi d’effectuer un silence (mute) en l’absence de signal. Le « mute » est commandé par le décodeur ou/et par la fonction « commander, gérer ».

13.      Afficher Commander Gérer, processeur principal (Main processeur ou CPU)

À partir des ordres de l’utilisateur et d’informations diverses provenant de diverses fonctions, ce bloc donne les ordres à l’intérieur de l’appareil. Il est souvent lié au décodeur, au servo et à l’afficheur par un bus série. Ce bloc assure aussi l’affichage des informations de temps, plage, de titre et d’option sélectionnée ainsi que les programmations effectuées par l’utilisateur.

14.      Charger le disque, déplacement du plateau du CD (Tray, Loading motor ou Open/Close)

Pour les lecteurs simples cette fonction permet le chargement du disque en ouvrant, en fermant le tiroir du disque. 

Pour les appareils plus évolués du type multi CD (3, 5, 100 CD ou plus), cette fonction assure aussi le changement du disque.

15.      Alimenter (Power supply)

Cette fonction se charge de transformer l’énergie électrique fournie (120 AC ou batterie) en plusieurs tensions nécessaires au bon fonctionnement de l’appareil.

Le rayon laser effectue la lecture des données numériques qui se trouvent sur le disque compact. Ces données sont ensuite détectées par les photodiodes. Le signal recueilli par les photodiodes fournit :

Les informations de focalisation (focus) (A+B)-(C+D)

Le signal de pistage (tracking) E et F

Le signal RF (audio) (A+B) + (C+D)

Le signal RF (radio fréquence) est un signal modulé très faible contenant les données numériques du disque. Si ce signal n'est pas amplifié, il est inutilisable dans les circuits de traitement des données numériques. C'est pour cette raison qu'on l'amplifie à son maximum. De plus, le temps de réponse des photodiodes ne permet pas d’obtenir un signal carré mais plutôt un signal sinusoïdal. Amplifié et traité (redressé), le signal RF est alors appelé EFM (signal audio modulé).

La modulation EFM ou "Eight To Fourteen", est une méthode qui consiste à convertir l'audio en forme numérique par une autre manière numérique plus pratique qui définit la longueur des "pits" et des "lands" sur le disque par des 1 et des 0. La modulation EFM est la dernière étape du traitement de données avant la gravure du disque compact.

Au lieu de traduire les pits et les lands directement en bits, on les passe d'abord par un codeur qui convertit les mots de 8 bits en des mots de 14 bits. De cette manière les mots ont moins de transitions. Ce qui est important à spécifier, c'est qu'en modulation EFM, ce n'est pas la densité d'informations qui est changée à cause d'un nombre plus grand de bits au centimètre carré, mais la qualité de la transmission qui est augmentée. Ceci est dû au fait que le nombre de transitions est minimisé et ces transitions sont plus espacées les unes des autres.

Il contrôle le moteur de déplacement du bloc optique (Feed Motor). Lorsque la lentille du bloc optique est positionnée sous le "TOC", le mécanisme du bloc optique appuie sur un interrupteur de fin de course (limit switch) qui avertit alors le CPU (microprocesseur de contrôle) que le système est prêt pour le début de la lecture. Il contrôle également le focus et le tracking ; en effet les signaux des photodiodes A, B, C, D (RF et correction de focalisation "focus error") et ceux des photodiodes E et F sont envoyés à l'ampli RF. Par la suite, ils entrent dans le SSP qui fait la correction nécessaire avec l'aide du DSP(voir RAM et CIRC), pour en sortir des signaux clairement lisibles. Les signaux de correction sont envoyés dans des amplificateurs de courant pour pouvoir alimenter les bobines de correction.

Lors de l'introduction du disque compact dans le lecteur, le DSP demande au SSP de positionner le bloc optique de façon à pouvoir lire le TOC (Table Of Contents) ou table de matières. Les données sont emmagasinées dans la RAM pour y être, par la suite, récupérées lorsque le CPU, à l'aide des commandes externes, veut aller lire les pistes. Par exemple , l'utilisateur veut écouter la piste #3. Il le signal à l'aide des touches appropriées. Ces touches sont décodées par le CPU qui commande le DSP, où la table de matières était au préalable emmagasinée, d'aller lire la piste demandée. Le DSP fait tourner le disque et demande alors au SSP de positionner le bloc optique sur la piste #3 et la lecture commence .
La remise en ordre de la séquence implique une précision totale pour la séparation des divers échantillons. Ce travail est confié à un VCO piloté par un PLL (fréquence d’oscillation = 4.3218 Mhz).

Le décodeur transmet, au microprocesseur, toutes les données numériques pour que celles-ci soient vérifiées. Il arrive parfois que le CPU décide de reconstruire certaines données qui sont manquantes ou qu'il juge inacceptables ou erronées. Ces données sont alors acheminées à la RAM, où elles sont emmagasinées et reconstruites. La RAM procède à cette tâche en ayant accès aux circuits d'erreur et de correction. Elle vérifie la parité des bits et détermine s'il y a erreur. Si c'est le cas, le codeur C.I.R.C (Cross Interleave Reed-Solomon Code) est sollicité pour corriger l'erreur. Le C.I.R.C prend les données situées avant et après l'erreur, en fait la moyenne sous forme de données numériques. Cette moyenne remplace la donnée manquante ou erronée.

Le signal EFM qui contient des données numériques provenant du disque doit être dirigé avec une horloge. Sans cela, le traitement de ces données ne pourra pas se faire correctement dans les circuits de traitement des données numériques. C'est pour cela que le circuit PLL est utilisé.

Une boucle à verrouillage de phase (PLL) est une boucle de réaction comprenant un détecteur de phase, un filtre passe bas, un oscillateur à fréquence réglée par variation de tension (VCO). Au lieu de réinjecter une tension, une boucle à verrouillage de phase réinjecte une fréquence et la compare avec la fréquence d'entrée. Cela permet à l'oscillateur à verrouillage de phase de se verrouiller sur la fréquence d'entrée.

Le détecteur de phase a pour but de comparer la phase du signal de sortie par rapport au signal de référence.

Le rôle du VCO (Voltage Controled Oscillateur) est de contrôler les variations de tension du filtre et les convertir en variation de fréquence. Il synchronise toutes les données passant par les circuits de traitement des données numériques.

La conversion d'un signal audio en données numériques, utilisée par le disque compact, élimine les problèmes de détérioration du signal et les frottements de l'aiguille sur le disque que l'on retrouvait dans les mécanismes à lecture analogique. Donc, un format numérique utilisé pour l'enregistrement et la lecture du disque compact fournit un résultat d'une extrême précision et tout simplement plus performant aux oreilles de l'auditeur. Le circuit D/A est un circuit qui convertit le signal audio numérique en signal analogique.

Le processus de conversion de données numériques en un signal audio analogique débute par la conversion des données numériques en tension. Il faut garder une tension constante entre chaque donnée numérique à l'aide d'un "sample and hold" qui joue le rôle d'une mémoire.

Le circuit de contrôle de la puissance laser (APC = Automatic Power Control) allume le laser et vérifie sa puissance pour assurer une lumière constante durant la lecture du disque CD. Le courant que fournit le transistor driver Q est d’environ 50 mA.

Le laser génère une lumière de puissance 0.1 mW à 0.4 mW. Une diode « monitrice » (power diode PD ou monitor diode MD) placée en arrière de la diode laser permet de capter sa puissance pour permettre avec l’aide du transistor Q, le contrôle de son courant de fonctionnement.

Un potentiomètre est incorporé dans le « feed-back » pour réajuster la puissance avec le vieillissement du laser.