Como Funciona o DVD - II (ART1406)

Em artigo publicado na revista anterior analisamos a gravação de imagens num DVD. Vimos os padrões e formatos, assim como as diversas convenções. Agora analisaremos mais profundamente como funcionam os circuitos internos de um DVD, uma informação que normalmente só é encontrada em publicações dirigidas àqueles que entendem de Eletrônica.

 

A ESTRUTURA DO DVD

O que diferencia o DVD de outras formas de armazenamento de informações é que nele, os dados são gravados de forma física e a leitura é feita por um feixe de raios laser (óptica).

Isso significa que os dados não se perdem com decorrer do tempo e a única forma de deterioração ocorrerá se eles forem removidos fisicamente por arranhões, impactos ou corrosão química.

Por outro lado, como a leitura é óptica, não há atrito nem desgaste o que significa que o número de vezes que ele pode ser usado é ilimitado.

Na leitura, o disco é colocado em movimento e um feixe de raios laser emitido por um diodo semicondutor incide na região onde deve ser feita essa operação.

Uma lente é usada para focalizar a trilha que está sendo lida e de acordo com a reflexão do laser, um fotodiodo recebe os pulsos de luz que vão ser traduzidos numa seqüência de zeros e de uns.

Na figura 1 temos uma unidade óptica de um DVD que contém

justamente esses elementos de leitura.

 


 

 

 

Um ponto crítico dos equipamentos de DVD é certamente a parte ou cabeça de leitura que contém o laser e o fotodiodo, pois a focalização precisa ser extremamente precisa.

O espaçamento entre os rebaixamentos é da ordem de 0,4 nanômetros ou bilionésimos de metro.

A velocidade com que o DVD gira dependerá do tipo (número de faces), ficando entre 3,49 e 3,84 metros por segundo.

A transferência dos dados varia, chegando a um máximo de 10,08 Megabits por segundo.

Para se obter a maior capacidade de armazenamento de dados possível foram desenvolvidas diversas tecnologias de gravação como, por exemplo, as que fazem uso de mais de uma camada e das duas faces, conforme mostra a figura 2.

 


 

 

 

Há, portanto, 4 possibilidades de gravação:

Uma face, uma camada

Uma face, duas camadas

Duas faces, uma camada

Duas faces, duas camadas

 

Com isso temos as seguintes capacidades de armazenamento:

Uma face, uma camada: 4,7 gigabytes

Uma faces, duas camadas: 8, 5 gigabytes

Duas faces, uma camada: 9,4 gigabytes

Duas faces, duas camadas: 17 gigabytes

 

Para a tecnologia de duas camadas, os dados são gravados em um material semitransparente em dois níveis, o que permite à lente focalizar a camada de baixo ou de cima conforme a leitura a ser feita.

 

O LASER

A leitura das informações gravadas é feita através de recursos ópticos especiais incluindo o uso do LASER.

Visto que o LASER também é usado em outros equipamentos de leitura óptica como os drives de CD-ROM ou de CDs de áudio, será interessante recordarmos como ele funciona.

LASER significa Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ou Amplificação de Luz por Emissão Estimulada de Radiação.

Na figura 3 mostramos o espectro eletromagnético na região em torno da luz visível.

 


 

 

Percorrendo o espectro da radiação vermelha até a azul, vemos que a frequência aumenta enquanto o comprimento de onda diminui.

Com frequências menores do que a luz visível e portanto maiores comprimentos de onda encontramos a radiação infravermelha (que não podemos ver), e acima a radiação ultravioleta com maiores frequências e menores comprimentos de onda.

As características principais da radiação LASER são:

* Monocromática: a luz emitida pelo LASER é formada por fótons com igual quantidade de energia, ou seja, correspondendo a um comprimento de onda único ou cor única. O espectro desta luz é muito estreito, veja a figura 4.

 


 

 

* Concentrada - supondo que o flash de luz que excitou os átomos do rubi dure um milésimo de segundo, e que o tempo em que eles devolvem esta luz é de apenas um bilionésimo de segundo, temos uma concentração de 1 milhão de vezes da energia.

 

* Coerente - O feixe que o LASER emite tem as ondas sincronizadas de tal forma que ele pode se propagar a grandes distâncias sem se dispersar. Pode-se conseguir feixes muito estreitos de luz com os raios laser. Um exemplo disso temos nos pequenos Laser Pointers, que conseguem projetar uma pequena seta ou ponto luminoso de grande intensidade a uma boa distância, o que não pode ser conseguido com uma lanterna que use uma lâmpada comum.

 

Estas propriedades tornam o LASER ideal para as aplicações que envolvem a leitura de dados em meios como os CDs, CD-ROM, e DVDs.

 

O DIODO LASER

Agregando à estrutura de um LED comum uma cavidade ressonante espelhada para obter o efeito de ressonância e inversão da população, foi possível criar um dispositivo capaz de emitir radiação LASER.

Esses dispositivos, cuja estrutura e aspecto são mostrados na figura 5 são hoje a base de muitas aplicações importantes como os CDs, DVDs, Leitura de códigos de barras, Trenas e níveis eletrônicos, Instrumentos cirúrgicos, Miras eletrônicas, Instrumentos de precisão, etc.

 


 

 

Uma propriedade importante da luz é que ela só poderá iluminar um objeto se ele for maior do que o seu comprimento de onda.

Os primeiros diodos laser emitiam radiação no espectro infravermelho e (portanto de maior comprimento de onda), apropriados à leitura dos rebaixos dos CDs de música.

No entanto, para o DVD os rebaixos usados são menores e a luz dos diodos infravermelhos se tornou inadequada para se realizar a sua leitura.

Para esta aplicação foram necessários novos tipos de diodos laser capazes de emitir luz com menor comprimento de onda, ou seja, vermelha visível.

 

CIRCUITOS TÍPICOS:

Na figura 6 temos o diagrama de blocos de um DVD básico.

 


 

 

Variações em torno desta arquitetura podem ocorrer, dependendo do número de funções adicionais que possam ser agregadas.

O bloco 1 é o setor de leitura dos sinais do DVD que se baseia na emissão de um feixe LASER e na detecção dos reflexos por um foto-diodo ou fototransistor.

O ponto crítico deste circuito é a focalização que é feita de modo automático com um servo que movimenta a lente de modo que focalize a camada onde os dados estão gravados.

Este circuito de ajuste é em especial importante quando os dados devem ser lidos em duas camadas.

Na figura 7 mostramos uma unidade de leitura óptica que contém esses elementos.

 


 

 

O controle do circuito de servo é feito a partir de um microcontrolador que no caso do aparelho que serve de exemplo é o STI 5505.

Os sinais processados pelo circuito aparecem na forma digital em sua saída e são enviados a um decodificador que os passa ao microprocessador.

No diagrama de blocos, o “digital front-end” é que envia esse sinal ao “DVD decoder” no microprocessador.

Veja que neste tipo de equipamento a maioria das funções está reunida em blocos completos ou circuitos integrados, havendo poucos componentes a serem testados.

O coração da parte eletrônica do DVD é justamente um microprocessador ou em alguns casos um DSP (Processador Digital de Sinais).

A função deste circuito é tomar o sinal digital obtido do sensor e processá-lo para que seja entregue aos canais de áudio e vídeo.

Veja que os sinais obtidos na saída do “front end”, e que portanto são gravados no disco, estão na forma comprimida.

São utilizados algoritmos que permitem reduzir a quantidade de bits necessários para sua representação sem que haja perda da qualidade.

O som do DVD é um pouco diferente do CD.

No CD, para a conversão da informação digital na forma analógica, a amostragem é feita numa frequência de 44,1 kHz, enquanto que no DVD a amostragem é feita numa frequência de 96 kHz.

No DVD o sistema usado é o MPEG-1 o qual possui até 8 canais discretos na configuração 7.1.

Como também é utilizado o sistema SDDS dependendo do fabricante do equipamento pode ocorrer decodificações diferentes caso, em que o fabricante indica a disposição correta dos alto-falantes.

 

CIRCUITOS COMERCIAIS

Os DVD-Players ou Reprodutores de DVD são todos elaborados com circuitos dedicados contendo microprocessadores e outras funções bastante complexas em circuitos integrados.

Tais circuitos integrados realizam então as funções básicas mudando apenas a aparência externa e alguns recursos adicionais que cada fabricante vai colocar no seu modelo específico.

Analisemos alguns desses circuitos:

 

a) Setor de áudio

Na figura 8 temos um diagrama parcial da PCI de áudio de um DVD típico nacional.

 


 

 

Mostramos apenas um dos canais, mas são utilizados circuitos integrados comuns para fornecer 6 canais de áudio de saída.

Um bloco importante é da saída de vídeo que é mostrado na figura 9.

 


 

 

Também nesse caso mostramos apenas um dos canais, já que os três (RGB) são iguais.

Este bloco tem uma configuração bastante simples empregando transistores bipolares comuns.

Evidentemente, as funções mais complexas estão contidas no microprocessador.

Num exemplo típico de DVD nacional, o microprocessador STI5505 é fabricado em invólucro BGA de 208 pinos, o que torna muito difícil uma eventual substituição caso ocorra algum problema.

Evidentemente, deve ser feita a troca da placa caso isso ocorra.

Outro bloco que troca informações com o do mecanismo é aquele que alimenta o diodo LASER e os sensores.

Estas funções são exercidas a partir da troca de dados com o bloco “deck motor control” (controlador).

A fonte de alimentação é do tipo chaveado tendo o circuito integrado U801 como elemento básico, e que tem o diagrama de blocos mostrado na figura 10.

 


 

 

Observamos que é comum nesses aparelhos as fontes não serem isoladas da rede e não terem proteção, caso em que se recomenda, para maior segurança, o uso de filtros de linha.

É importante observar que num DVD player não temos exclusivamente sinais digitais.

Os sinais de áudio e vídeo enviados para os televisores são analógicos.

É importante observar que o número de blocos varia de aparelho para aparelho, uma vez que também devemos incluir a possibilidade do recurso do controle remoto.

Assim sendo, para os DVDs comerciais, cada um dos blocos pode ser executado por um circuito integrado comum ou então podem ser encontrados diversos blocos num único CI.


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