컴팩트 디스크 플레이어

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배경

컴팩트 디스크, 단순히 CD로도 알려져 있으며 표면에 디지털 데이터가 기록된 광 저장 매체입니다. 컴팩트 디스크 플레이어는 광빔을 이용하여 기록된 데이터를 읽고 원본 정보(음악, 사진 또는 데이터)를 정확하게 재생하는 장치입니다. 플레이어는 광학 수단으로 정보를 읽기 때문에 디스크에 물리적인 마모가 없습니다. 모든 CD 플레이어에 사용되는 기본 기술은 플레이어가 오디오, 비디오 또는 컴퓨터 응용 프로그램용으로 설계되었는지 여부에 관계없이 본질적으로 동일합니다. 이 기사에서는 오디오(특히 홈 오디오) 애플리케이션용으로 설계된 플레이어에 초점을 맞출 것입니다.

컴팩트 디스크 시스템의 역사는 디지털 전자, 레이저 광학 및 대규모 통합(LSI) 기술의 급속한 발전이 있었던 1970년대 초반으로 거슬러 올라갑니다. 많은 회사에서 아날로그 방식이 아닌 디지털 방식을 사용하여 오디오 신호를 광학 형식으로 저장할 수 있는 가능성을 모색하기 시작했습니다. 오디오 신호를 변조하는 실용적인 방법은 Claude E. Shannon이라는 과학자가 1948년에 발표한 이론을 사용하여 발견되었습니다. 펄스 코드 변조(PCM)로 알려진 이 방법은 짧은 시간 간격 동안 오디오 신호를 샘플링한 다음 디지털 형식으로 저장하기 위해 샘플을 숫자 값으로 변환합니다.

디지털 형식으로 오디오 저장( 오디오 인코딩이라고 함) 많은 양의 데이터가 필요합니다. 예를 들어, 1초의 오디오 정보를 저장하려면 백만 비트의 데이터가 필요합니다. 매우 작은 영역에 수십억 비트의 데이터를 저장할 수 있는 광 디스크가 이러한 응용 분야에 이상적인 것으로 밝혀졌습니다. 광 디스크는 핀헤드만큼 작은 영역에 최대 100만 비트의 데이터를 저장할 수 있습니다. 디지털 오디오를 녹음하고 저장하는 기술이 발견되자 제조업체는 이렇게 작은 영역에 저장된 데이터를 읽고 처리할 방법을 찾기 시작했습니다. 레이저 장치(레이저는 매우 작은 영역에 초점을 맞출 수 있는 매우 좁은 광선을 방출함)를 사용한 실험은 매우 성공적임이 입증되었습니다. LSI 기술의 발전은 디스크에 저장된 엄청난 양의 데이터가 연속 음악을 제공할 수 있을 만큼 충분히 빠르게 처리될 수 있음을 의미했습니다. 이제 완전한 CD 시스템의 개발을 위한 단계가 설정되었습니다.

많은 회사들이 컴팩트 디스크 시스템과 관련된 다양한 기술에 대한 초기 연구 및 실험에 참여했지만 일본의 Sony와 네덜란드의 Philips라는 두 회사가 이러한 기술을 완전한 시스템으로 성공적으로 병합한 것으로 인정받고 있습니다. 두 회사는 컴팩트 디스크 시스템에 대한 특정 표준을 개발하기 위해 협력했으며 1981년에 35개 제조업체로 구성된 컨소시엄이 이 표준을 채택하는 데 동의했습니다. 최초의 컴팩트 디스크 플레이어는 1982년 말에 유럽과 일본 시장에, 1983년 초.

원자재

컴팩트 디스크 플레이어는 매우 정교한 전자 장비입니다. 단순한 외부에는 오디오 신호를 매우 명확하고 선명한 음악으로 읽고 처리하는 복잡한 내부 메커니즘이 포함되어 있습니다. 다양한 구성 요소에는 시스템의 전자 프로세스를 지시하는 마이크로칩이 포함된 하우징 캐비닛, 광 픽업 어셈블리 및 인쇄 회로 기판(PCB)이 포함됩니다.

구성 요소의 미로를 수용하는 캐비닛은 일반적으로 가볍고 강화된 알루미늄으로 만들어집니다. 레이저는 가스로 채워진 작은 유리관과 레이저 빔을 생성하는 작은 전원 공급 장치이며, 포토다이오드(콤팩트 디스크에서 빛이 전기 신호로 반사되는 반도체 부품)는 일반적으로 실리콘 또는 게르마늄으로 만들어집니다. . 광학 픽업의 렌즈와 거울은 고광택 유리 또는 플라스틱으로 만들어집니다. 이 어셈블리는 자체 플라스틱 인클로저에 보관됩니다. 저항, 트랜지스터 및 커패시터와 같은 전자 부품의 대부분은 PCB에 부착된 마이크로칩에 포함되어 있습니다. 이러한 구성 요소의 기본 재료는 일반적으로 실리콘입니다. 다양한 하위 어셈블리를 함께 연결하는 하드웨어는 다양한 금속 및 플라스틱 너트, 나사, 와셔, 풀리, 모터, 기어, 벨트 및 케이블로 구성됩니다.

디자인

컴팩트 디스크는 약 74분 분량의 오디오 정보가 들어 있는 직경 4.75인치(12.065센티미터)의 폴리카보네이트 플라스틱 디스크입니다. 디스크에 있는 모든 정보가 음악인 것은 아닙니다. 그 중 일부는 오류 감지, 동기화 및 표시 목적으로 사용됩니다. CD의 정보는 랜드 라는 들여쓰기 형태의 나선형 트랙에 인코딩됩니다. 및 구덩이 바이너리 고점과 저점을 나타냅니다. CD 플레이어의 레이저가 "읽는" 것은 이러한 들여쓰기입니다.

개념적으로 CD 플레이어의 디자인은 축음기(레코드) 플레이어의 디자인과 유사합니다. 레코드와 마찬가지로 컴팩트 디스크는 턴테이블에서 회전하고 오디오는 픽업 장치로 읽습니다. 그러나 모터는 레코드 플레이어와 달리 턴테이블을 일정한 속도로 회전시키지 않고 턴테이블 중심에서 픽업까지의 거리에 따라 조정한다. 또한 CD 플레이어의 픽업 장치는 기계식 스타일러스(바늘)가 아니라 CD와 물리적으로 접촉하지 않는 광학 레이저 ​​빔입니다. 이 레이저는 랜드와 피트가 포함된 디스크 트랙에 빔을 집중시키고 CD 플레이어의 감지기(포토다이오드)는 랜드에서 반사된 빛과 피트에서 반사된 빛의 차이를 감지합니다. 포토다이오드는 이 반사광을 전기 신호로 바꿉니다. 전자 회로 기판에 전달된 이 신호는 다시 소리로 변환됩니다.

컴팩트 디스크 플레이어에는 기본적으로 세 개의 하위 어셈블리가 있습니다. 디스크 드라이브 메커니즘 어셈블리; 광 픽업 어셈블리; 및 플레이어 내부의 다른 시스템을 조정하고 서보 메커니즘 및 데이터 디코딩 회로를 포함하는 전자 회로 기판 어셈블리. 서보 메커니즘에 신호를 보내어 회로 기판은 모터 속도, 포커싱 및 광 픽업의 추적을 조정합니다. 디코딩 회로로의 데이터 흐름을 관리합니다. 제어판의 다양한 버튼에 대한 응답으로 디스플레이 정보를 제공합니다.

디스크 드라이브 메커니즘은 CD를 고정하는 스핀들과 CD를 회전시키는 모터로 구성됩니다. 스핀들 모터 라고 하는 모터 플라스틱 디스크 로딩 트레이 또는 턴테이블 아래에 장착됩니다. 섀시(CD 플레이어의 베이스 또는 프레임)에 장착된 별도의 모터는 로딩 트레이를 플레이어 안팎으로 움직입니다. 이것은 모터에 부착된 기어를 통해 이루어지며 디스크를 제자리에 고정하기 위한 클램프를 올리거나 내리기 위해 더 큰 기어도 작동합니다.

광픽업은 레이저, 포토다이오드, 각종 렌즈와 거울로 구성되어 있습니다. 전체 서브어셈블리는 레일에서 앞뒤로 미끄러지며 회로 기판에서 지시 신호를 수신하는 서보 메커니즘에 의해 제어됩니다. 광학 픽업은 일반적으로 디스크를 위치시키는 클램프 아래에 위치하며 어셈블리를 움직이는 모터는 레일에 가까운 섀시에 장착됩니다. 이 메커니즘은 렌즈와 거울을 통해 레이저 빔을 콤팩트 디스크의 아래쪽으로 향하게 하여 작동합니다. 렌즈와 거울은 빔의 초점을 적절하게 유지합니다. 빔이 디스크의 구덩이에 부딪히면 빛이 반사되지 않고 포토다이오드가 분리된 상태로 유지됩니다. 빔이 땅에 닿으면 빛이 렌즈와 거울을 통해 포토다이오드로 다시 반사되어 전기 신호를 생성합니다. 이 신호는 데이터 디코딩 시스템에 의해 재생을 위한 오디오 신호로 변환되는 전자 회로 기판 어셈블리로 전송됩니다.

전자 회로 기판 어셈블리는 광학 픽업 시스템, 데이터 디코딩 및 제어 시스템을 작동하는 서보 메커니즘용 회로를 포함하는 인쇄 회로 기판으로 구성됩니다. 보드 어셈블리에는 많은 집적 회로 칩, 마이크로프로세서 및 대규모 통합 구성 요소가 있습니다.

CD 플레이어의 핵심 어셈블리는 광 픽업 어셈블리입니다. 컴팩트 디스크 아래에서 앞뒤로 움직일 수 있도록 레일에 위치합니다. CD에 레이저 빔을 조사하여 작동합니다. 레이저가 땅에 닿으면 반사된 빛이 포토다이오드로 이동하여 전기 신호를 생성합니다. 차례로 신호는 CD 플레이어의 회로 기판으로 이동하여 신호를 음악으로 변환합니다.

제조
프로세스

오늘날의 제조 환경에는 단일 제조 및 조립 방법이 없습니다. 제품은 점점 더 하위 어셈블리로 만들어지고 더 큰 하위 어셈블리 또는 최종 제품으로 함께 제공됩니다. 로봇 공학 및 컴퓨터 실행 라인을 통해 프로세스의 어느 지점에서나 하위 어셈블리의 모든 상태에 거의 모든 부품을 설치할 수 있습니다. 시퀀스는 수정 또는 품질 관리 체크 포인트를 허용하기 위해 몇 분 안에 변경할 수 있습니다. 따라서 여기에 설명된 제조 프로세스는 업계에서 사용되는 실제 제조 프로세스와 유사한 접근 방식을 따릅니다. 이 프로세스는 먼저 다양한 하위 어셈블리와 관련하여 설명된 다음 설명에서 다양한 하위 어셈블리를 결합하여 최종 제품을 만드는 방법을 자세히 설명합니다.

광 픽업 서브어셈블리

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1 외부 계약자로부터 구입하여 디스크 클램프 아래에 레이저와 포토다이오드를 설치합니다. 어셈블리의 다양한 렌즈와 미러는 필요한 만큼 초점을 맞추고 빛을 전달할 수 있도록 적절한 간격과 정렬을 거쳐야 합니다. 그런 다음 전체 어셈블리가 플라스틱 케이스에 보관됩니다. 케이스는 압출 또는 사출 성형과 같은 일반적인 플라스틱 성형 공정 중 하나로 만들어지며 렌즈와 미러(보통 실리콘)는 적절한 모양으로 절단된 다음 연마제로 미세하게 연마됩니다. 반도체 포토다이오드는 실리콘이나 게르마늄과 같은 물질을 준비하고 연마한 다음 불순물을 추가하여 층을 만들어 만듭니다. 그런 다음 전기 접점이 추가됩니다. 광학 구성 요소가 제 위치에 있으면 광학 픽업 위치를 지정하는 데 도움이 되는 기어와 벨트가 제자리에 놓입니다.

디스크 드라이브 하위 어셈블리

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2 다음으로 옵티컬 픽업을 움직일 모터를 기어와 벨트에 연결하여 샤시에 올려줍니다. 이제 로딩 트레이가 중앙에 있고 디스크를 회전시킬 스핀들 모터가 설치됩니다. 옵티컬 픽업이 부착된 클램프를 로딩 트레이와 인접하게 위치시킨 후, 트레이, 클램프, 픽업 모터를 CD 플레이어의 캐비닛에 있는 로딩 드로어에 장착합니다.

전자 회로 기판 하위 어셈블리

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3 마지막으로 조립할 전자 부품입니다. CAD(Computer-Aided Design) 패키지를 사용하여 엔지니어가 설계한 회로 기판은 (마스킹) 패턴이 전사된 구리 피복 베이스로 구성됩니다. 스크린 인쇄 또는 이와 유사한 방법을 통해 감광성 물질로 코팅된 후 패턴 영역을 화학적으로 에칭하여 다층 기판을 생성합니다. 이 층은 회로를 구성하는 다양한 트랜지스터와 커패시터로 구성됩니다. 보드에 장착되는 작은 마이크로칩(보통 실리콘으로 만들어짐)은 훨씬 더 작은 규모를 제외하고는 동일한 방식으로 만들어집니다. 제조업체에 따라 CD 플레이어에는 하나의 큰 회로 기판 또는 여러 개의 작은 기판이 있을 수 있습니다. 패널에 부착된 후 회로는 CD 플레이어의 전면 제어판, 스위치 어셈블리 및 마지막으로 전원 공급 장치에 부착됩니다.

최종 조립

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4 다양한 하위 어셈블리가 준비되면 최종 어셈블리를 완료하기 위해 서로 연결 및 인터페이스됩니다. 이 단계에서 수행되는 대부분의 작업은 작업자가 수행합니다. 이제 CD 플레이어가 테스트를 거쳐 포장을 위해 보내집니다.

품질 관리

앞서 언급했듯이 컴팩트 디스크 플레이어는 매우 정교한 장치이며 업계 표준에 따라 플레이어가 올바르게 작동할 수 있도록 제조 초기부터 최종 단계까지 엄격한 품질 관리 조치를 취합니다.

컴팩트 디스크 플레이어의 구성 요소 중 많은 부분이 전문 공급업체에서 만들어지기 때문에 플레이어 제조업체는 고품질 부품을 생산하기 위해 이러한 공급업체에 의존해야 합니다. 가장 중요한 요소 중 일부는 광학 픽업 어셈블리의 요소입니다. 예를 들어, 레이저 픽업에 사용되는 렌즈와 거울은 고품질 유리로 만들어지며 표면을 깨끗하고 얼룩 없이 유지하기 위해 제조 과정에서 사람의 접촉을 피해야 합니다. 유사하게, 전자 회로 부품은 단일 먼지 입자라도 회로의 오작동을 일으킬 수 있기 때문에 "클린룸" 환경(특수 공기 필터 및 의류 요구 사항 포함)에서 만들어야 합니다. 회로 기판과 칩은 회로의 결함을 정확히 찾아내기 위해 진단 기계에 의해 여러 수준에서 테스트됩니다.

플레이어 제조사의 품질 관리를 위해 디스크 드라이브 어셈블리는 모터, 스핀들, 로딩 트레이 및 다양한 기어의 적절한 정렬을 위해 검사됩니다. 또한 광학 픽업은 렌즈와 레이저 빔의 적절한 정렬을 확인합니다. 서브어셈블리가 캐비닛에 함께 연결되면 모든 배선 연결이 적절한 전기 접촉과 다른 구성 요소와의 올바른 인터페이스에 대해 검사됩니다. 벨트, 풀리 및 기어를 점검하기 위한 육안 검사는 품질 관리 프로세스의 필수적인 부분입니다. 최종 검사는 작업자가 시스템의 결함을 추적할 수 있도록 하는 특수 신호 및 패턴을 생성하는 테스트 디스크를 재생하는 것으로 구성됩니다. 또한 다양한 전면 패널 스위치 및 버튼이 표시된 기능을 수행하고 패널에 적절한 정보를 표시하는지 확인합니다.

미래

CD 시스템 기술은 지난 몇 년 동안 많은 발전을 이루었고 컴팩트 디스크 시스템을 위한 새로운 응용 프로그램이 매일 발견되고 있습니다. 시장은 이미 CD-ROM, CD-Video 및 CD-Interactive의 도입을 보았습니다. 소비자들의 관심을 끌었던 최신 제품은 TV와 컴퓨터 화면에 사진을 표시할 수 있는 Kodak의 Photo-CD입니다. 이 사진은 클립 아트 이미지처럼 사용자가 편집하거나 자를 수 있습니다.

오디오 CD 시스템은 앞으로 몇 년 안에 많은 새로운 기능을 도입하게 될 것입니다. 고급 원격 제어 기능을 갖춘 플레이어는 현재 개발 단계에 있습니다. CD 플레이어용 하우징은 상단 덮개 또는 "보닛"과 전면 제어판을 포함합니다. 컴팩트 디스크 플레이어의 안팎으로 미끄러지는 로딩 트레이에 있습니다. 이러한 기능을 통해 사용자는 노래 제목, 아티스트 이름 및 노래의 실제 가사와 같은 정보를 리모콘 자체에 표시할 수 있습니다. 카세트 테이프와 같은 녹음 및 재생 기능도 개발 중입니다. CD의 방대한 저장 기능은 또한 많은 광범위한 멀티미디어 응용 프로그램에 적합하며 컴팩트 디스크가 모든 사람을 위한 데이터 교환의 공통 매체가 될 가능성이 큽니다. 오디오, 비디오 및 컴퓨터 애플리케이션.