專利名稱：高密度母盤刻錄機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及應(yīng)用于超高速、超高密度的光存儲(chǔ)系統(tǒng)的一種高密度母盤刻錄機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光盤存儲(chǔ)技術(shù)是20世紀(jì)70年代開拓出來的，是繼磁記錄之后新興起的重要信息存儲(chǔ)技術(shù)。近年來光存儲(chǔ)不僅在技術(shù)上取得了重大突破，在商業(yè)性規(guī)模生產(chǎn)方面獲得了巨大成功，以光盤為代表的光學(xué)數(shù)字式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)是信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展中所要求高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)，預(yù)計(jì)到2005年，新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和第三代多媒體出現(xiàn)時(shí)，計(jì)算機(jī)外部存儲(chǔ)容量至少應(yīng)為100GB，數(shù)據(jù)傳輸率至少為40Mbps，現(xiàn)有的各種光盤都不能滿足要求，即使DVD-RAM光盤系統(tǒng)也與此目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)。目前通用的光盤存儲(chǔ)的存儲(chǔ)密度為光斑直徑1.74μm-1.08μm，道間距1.6μm-0.74μm，容量650MB-4.7GB(單層單面)誤差要求小90nm。目前的目標(biāo)是減小波長(zhǎng)、增大數(shù)值孔徑和減小系數(shù)K。將波長(zhǎng)縮短至藍(lán)光段(400nm左右)而數(shù)值孔徑加大至0.8~0.9，最終實(shí)現(xiàn)120mm盤的單面單層容量在20G左右的高密度光盤。對(duì)于下一代的高密度光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)來說，存儲(chǔ)密度有很大的提高?；镜囊鬄椴ㄩL(zhǎng)藍(lán)光段405nm，數(shù)值孔徑加大至0.86-0.9，光斑直徑為200nm，道間距為400nm。誤差要求小于40nm。在這樣的極高精度要求下，以往的控制系統(tǒng)不再適用。對(duì)于高精度的母盤刻錄系統(tǒng)來說，新的控制系統(tǒng)是成功的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高密度母盤刻錄機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括DSP控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使用通用的計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，DSP作為下位機(jī)，用獨(dú)立存儲(chǔ)器和總線控制邏輯實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與DSP之間的通信。DSP的運(yùn)算結(jié)果通過D/A轉(zhuǎn)換控制刻錄執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的刻寫狀態(tài)通過光柵讀數(shù)頭反饋給CPLD，再輸入給DSP控制系統(tǒng)，用以計(jì)算下一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)控制指令。
所述DSP控制系統(tǒng)包括主控DSP1，用于協(xié)調(diào)伺服DSP2和伺服DSP3的控制時(shí)序和指令，在運(yùn)行時(shí)運(yùn)算系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡，即保證刻錄機(jī)光束相對(duì)于母盤按軸向和徑向的運(yùn)行按R＝a*θ的阿基米德螺線的軌跡合成。即由主軸運(yùn)動(dòng)伺服DSP2控制玻璃母盤軸向轉(zhuǎn)動(dòng)和由徑向運(yùn)動(dòng)伺服DSP3控制精密工作臺(tái)的徑向運(yùn)動(dòng)；數(shù)據(jù)RAM4為DSP運(yùn)行時(shí)的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；自舉ROM5用于在DSP上電時(shí)載入啟動(dòng)程序，提供所有的初始化信息；CPLD6為數(shù)據(jù)交換邏輯接口，用于完成處理部件DSP和執(zhí)行部件電機(jī)，反饋元件光柵之間的數(shù)據(jù)鎖存與交換；主機(jī)的存儲(chǔ)器及總線存取邏輯7，用于保證下位機(jī)DSP的工作信息能夠及時(shí)準(zhǔn)確的出現(xiàn)在系統(tǒng)總線上；DSP與主機(jī)的通信總線8，用于完成下位機(jī)與主機(jī)的通信；模擬量轉(zhuǎn)換器9和10用于伺服DSP2、3和圓光柵13、線光柵16之間的數(shù)字模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換；所述執(zhí)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含控制母盤圓周運(yùn)動(dòng)的主軸電機(jī)伺服放大器11，將D/A轉(zhuǎn)換器9的模擬信號(hào)量放大，輸出驅(qū)動(dòng)功率，驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)12運(yùn)行，圓光柵讀數(shù)頭13，將主軸電機(jī)12的當(dāng)前轉(zhuǎn)角位置信息反饋給CPLD6送給DSP控制系統(tǒng)用以計(jì)算下一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)控制指令；另一路是控制刻寫光學(xué)頭作徑向進(jìn)給的徑向電機(jī)伺服放大器14，將D/A轉(zhuǎn)換器10的模擬信號(hào)量放大，輸出驅(qū)動(dòng)功率，驅(qū)動(dòng)徑向電機(jī)15及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)把電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成徑向的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)刻寫光學(xué)頭運(yùn)動(dòng)；線光柵讀數(shù)頭16，把徑向電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)角位置信息送給反饋給CPLD6，再輸入給DSP控制系統(tǒng)，用以計(jì)算下一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)控制指令。
所述高密度母盤刻錄機(jī)包括利用激光器做光盤刻錄光源，玻璃母盤通過法蘭盤或定位鎖緊裝置固定在氣浮主軸上，刻寫光學(xué)頭安裝在精密工作臺(tái)上，該精密工作臺(tái)和大理石氣浮工作臺(tái)固定在一起，用于刻錄過程中，實(shí)現(xiàn)沿徑向的高精度均速進(jìn)給，及與玻璃母盤的圓周運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成在盤上刻出精確的阿基米德螺線軌跡。
本發(fā)明的有益效果1.本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔并可在運(yùn)行在通用計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)上，高性能的浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理芯片的處理速度快，輸出精度高，工作穩(wěn)定。2.直接線性功放驅(qū)動(dòng)，避免了高頻電磁干擾、光柵分辨率高，保證系統(tǒng)的高精度工作。3.本發(fā)明的處理體系結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，并適用于不同的目標(biāo)系統(tǒng)，可在系統(tǒng)運(yùn)行，也可以節(jié)省空間脫機(jī)運(yùn)行。


圖1為高密度母盤刻錄機(jī)控制系統(tǒng)示意圖；圖2為高密度母盤刻錄機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明為高密度母盤刻錄機(jī)控制系統(tǒng)，包含一個(gè)高密度母盤刻錄機(jī)(如圖2所示)，一個(gè)控制系統(tǒng)(如圖1所示)，該高密度母盤刻錄機(jī)控制系統(tǒng)為DSP控制系統(tǒng)，包含用于在運(yùn)行時(shí)運(yùn)算系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)軌跡主控DSP1，即保證刻錄機(jī)光束相對(duì)盤片按軸向和徑向運(yùn)行按R＝a*θ的阿基米德螺線運(yùn)動(dòng)方程的軌跡合成?？刂撇Ａ副P軸向轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸運(yùn)動(dòng)伺服DSP2和控制精密工作臺(tái)徑向運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)伺服DSP3。主控DSP1協(xié)調(diào)伺服DSP2和伺服DSP3的控制時(shí)序和指令，保證系統(tǒng)的整體工作穩(wěn)定可靠；所述DSP控制系統(tǒng)的核心部分是DSP，邏輯上是三個(gè)，在設(shè)計(jì)中可用提高軟件的復(fù)雜度的方法來?yè)Q取簡(jiǎn)單的PCB板布線，采用并行的程序，在一個(gè)DSP內(nèi)部實(shí)現(xiàn)三個(gè)DSP的功能，這樣的并行程序會(huì)減輕系統(tǒng)的硬件負(fù)荷，而且會(huì)提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。對(duì)DSP的內(nèi)核可以有較好的開放性；數(shù)據(jù)RAM4為DSP運(yùn)行時(shí)的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；自舉ROM5用于在DSP上電時(shí)載入啟動(dòng)程序，提供所有的初始化信息；CPLD6為數(shù)據(jù)交換邏輯接口，用于完成處理部件DSP和執(zhí)行部件電機(jī)，反饋元件光柵之間的數(shù)據(jù)鎖存與交換；主機(jī)的存儲(chǔ)器及總線存取邏輯7，用于保證下位機(jī)DSP的工作信息能夠及時(shí)準(zhǔn)確的出現(xiàn)在系統(tǒng)總線8上；DSP與主機(jī)的通信總線8，用于完成下位機(jī)與主機(jī)的通信；模擬量轉(zhuǎn)換器9和10用于伺服DSP2、3和圓光柵13、線光柵16之間的數(shù)字模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。D/A轉(zhuǎn)換器9由伺服DSP2將模擬信號(hào)量放大，輸出驅(qū)動(dòng)功率，驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)12運(yùn)行，刻錄機(jī)的圓光柵讀數(shù)頭13，將主軸電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)角位置信息反饋給CPLD6送給主控DSP1控制系統(tǒng)用以計(jì)算下一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)控制指令；D/A轉(zhuǎn)換器10的模擬信號(hào)量放大，輸出驅(qū)動(dòng)功率，驅(qū)動(dòng)徑向電機(jī)15及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)把電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成徑向的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)刻寫頭運(yùn)動(dòng)；另一路線光柵讀數(shù)頭16，把徑向電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)角位置信息送給反饋給CPLD6，送給主控DSP1控制系統(tǒng)用以計(jì)算下一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)控制指令。
上述控制系統(tǒng)的控制過程為系統(tǒng)上電時(shí)，DSP控制系統(tǒng)讀取的外部自舉ROM5的boot程序，啟動(dòng)正常運(yùn)行，把需要的程序和數(shù)據(jù)裝載到外部RAM4通過存儲(chǔ)器及總線存取邏輯7和通信總線8接受母盤刻錄命令后，DSP1、2、3按照由阿基米德螺線推導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)方程發(fā)指令。指令由CPLD6送到軸向和徑向的D/A轉(zhuǎn)換器，通過D/A輸出軸向和徑向的模擬控制量，分別由各自的伺服放大器進(jìn)行功率放大，其功率輸出驅(qū)動(dòng)軸向和徑向電機(jī)動(dòng)作，配合形成準(zhǔn)確的阿基米德螺線，完成刻錄軌跡?？啼涍^程中，光柵不斷檢測(cè)軸向和徑向電機(jī)轉(zhuǎn)角信息，經(jīng)過倍頻，判向、計(jì)數(shù)送給DSP。DSP根據(jù)當(dāng)前的反饋信息，運(yùn)算下條指令，兩條指令最短間隔為200微秒。從而，保證刻錄軌跡為精確阿基米德螺線，完成高密度母盤的刻錄。
本實(shí)施例采用TMSVC33-120高性能浮點(diǎn)運(yùn)算DSP作為下位機(jī)的CPU，ALTERmax9056C器，用鎖存器完成外部接口鎖存光柵信息。用PA26線性功率放大器驅(qū)PLD作為信號(hào)讀取，分頻判向，總線時(shí)序控制，CY7C133雙口RAM作為數(shù)據(jù)緩沖動(dòng)電機(jī)，反饋元件采用RENISHAW高精度光柵，控制算法采用最佳阻尼比算法?？刂七\(yùn)行精度為11nm誤差，小于高密度光存儲(chǔ)系統(tǒng)的精度要求，工作穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種高密度母盤刻錄機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括DSP控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使用通用的計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，DSP作為下位機(jī)，用獨(dú)立存儲(chǔ)器和總線控制邏輯實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與DSP之間的通信。DSP的運(yùn)算結(jié)果通過D/A轉(zhuǎn)換控制刻錄執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的刻寫狀態(tài)通過光柵讀數(shù)頭反饋給CPLD，再輸入給DSP控制系統(tǒng)，用以計(jì)算下一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)控制指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高密度母盤刻錄機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述DSP控制系統(tǒng)包括主控DSP(1)，用于協(xié)調(diào)伺服DSP(2)和伺服DSP(3)的控制時(shí)序和指令，在運(yùn)行時(shí)運(yùn)算系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡，即保證刻錄機(jī)光束相對(duì)于母盤按軸向和徑向的運(yùn)行按R＝a*θ的阿基米德螺線的軌跡合成，即由主軸運(yùn)動(dòng)伺服DSP(2)控制玻璃母盤軸向轉(zhuǎn)動(dòng)和由徑向運(yùn)動(dòng)伺服DSP(3)控制精密工作臺(tái)的徑向運(yùn)動(dòng)；數(shù)據(jù)RAM(4)為DSP運(yùn)行時(shí)的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；自舉ROM(5)用于在DSP上電時(shí)載入啟動(dòng)程序，提供所有的初始化信息；CPLD(6)為數(shù)據(jù)交換邏輯接口，用于完成處理部件DSP和執(zhí)行部件電機(jī)，反饋元件光柵之間的數(shù)據(jù)鎖存與交換；主機(jī)的存儲(chǔ)器及總線存取邏輯(7)，用于保證下位機(jī)DSP的工作信息能夠及時(shí)準(zhǔn)確的出現(xiàn)在系統(tǒng)總線上；DSP與主機(jī)的通信總線(8)，用于完成下位機(jī)與主機(jī)的通信；模擬量轉(zhuǎn)換器(9)和(10)用于伺服DSP(2)、(3)和圓光柵(13)、線光柵(16)之間的數(shù)字模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高密度母盤刻錄機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述執(zhí)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含控制母盤圓周運(yùn)動(dòng)的主軸電機(jī)伺服放大器(11)，將D/A轉(zhuǎn)換器(9)的模擬信號(hào)量放大，輸出驅(qū)動(dòng)功率，驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)(12)運(yùn)行，圓光柵讀數(shù)頭(13)，將主軸電機(jī)(12)的當(dāng)前轉(zhuǎn)角位置信息反饋給CPLD(6)送給DSP控制系統(tǒng)用以計(jì)算下一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)控制指令；另一路是控制刻寫光學(xué)頭作徑向進(jìn)給的徑向電機(jī)伺服放大器(14)，將D/A轉(zhuǎn)換器(10)的模擬信號(hào)量放大，輸出驅(qū)動(dòng)功率，驅(qū)動(dòng)徑向電機(jī)(15)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)把電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成徑向的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)刻寫光學(xué)頭運(yùn)動(dòng)；線光柵讀數(shù)頭(16)，把徑向電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)角位置信息送給反饋給CPLD(6)，再輸入給DSP控制系統(tǒng)，用以計(jì)算下一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)控制指令。
4.一種由權(quán)利要求1所述高密度母盤刻錄機(jī)控制系統(tǒng)控制的高密度母盤刻錄機(jī)，其特征在于所述高密度母盤刻錄機(jī)包括利用激光器做光盤刻錄光源，玻璃母盤通過法蘭盤或定位鎖緊裝置固定在氣浮主軸上，刻寫光學(xué)頭安裝在精密工作臺(tái)上，該精密工作臺(tái)和大理石氣浮工作臺(tái)固定在一起，用于刻錄過程中，實(shí)現(xiàn)沿徑向的高精度均速進(jìn)給，及與玻璃母盤的圓周運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成在盤上刻出精確的阿基米德螺線軌跡。
全文摘要
本發(fā)明屬于光存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域的一種高密度母盤刻錄機(jī)控制系統(tǒng)。它是在通用計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)上，運(yùn)用高性能的DSP浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理芯片的上下位機(jī)控制系統(tǒng)。它包含DSP控制系統(tǒng)和執(zhí)行結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、母盤刻錄機(jī)。由母盤刻錄機(jī)的圓光柵讀數(shù)頭、線光柵讀數(shù)頭實(shí)時(shí)采集軸向和徑向電機(jī)轉(zhuǎn)角信息，通過存儲(chǔ)運(yùn)算，總線時(shí)序控制及D/A轉(zhuǎn)換等DSP系統(tǒng)控制下，驅(qū)動(dòng)軸向和徑向電機(jī)動(dòng)作，配合形成準(zhǔn)確的阿基米德螺線，完成刻錄軌跡。本發(fā)明控制系統(tǒng)及母盤刻錄機(jī)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并適用于不同的目標(biāo)系統(tǒng)，控制精度高，穩(wěn)定性好，可在系統(tǒng)運(yùn)行，也可以節(jié)省空間脫機(jī)運(yùn)行?？梢员ＷC高密度母盤的成功刻錄，從而保證高密度光存儲(chǔ)系統(tǒng)的成功開發(fā)。
文檔編號(hào)G06F9/38GK1402141SQ0213106
公開日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2002年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月28日
發(fā)明者李慶祥, 李晟, 李玉和, 訾艷陽(yáng) 申請(qǐng)人:清華大學(xué)