terça-feira, 16 de novembro de 2010

Como funciona os CD's...


Introdução 

     CD são as iniciais da expressão inglesa para disco compacto. A palavra compacto se refere ao fato de que esse tipo de disco armazena muito mais dados (ou informações) do que um disco de vinil.
     Os aparelhos de CD podem reproduzir qualquer informação que esteja gravada, ou seja, codificada na forma digital de zeros e uns, nos CD’s.
     Estritamente falando, os CD’s são discos compactos que já vêm de fábrica com programas (softwares) ou músicas gravadas. Os CD-R’s são discos compactos que vêm de fábrica virgens e onde o usuário pode gravar dados uma única vez. Os CD-RW’s são discos compactos que vêm de fábrica virgens e onde o usuário pode gravar e regravar dados muitas e muitas vezes.
     De qualquer forma, o processo de leitura é o mesmo e por questões didáticas a discussão é feita com o CD.
     Os CD’s são feitos de plástico (policarbonato) com 1,2 mm de espessura. Os mais comuns são os CD’s de 12 cm de diâmetro, com capacidade de 74 minutos de áudio e 650 MB de dados, e os de 8 cm de diâmetro, com capacidade de 21 minutos de áudio e 180 MB de dados.
     No centro do disco existe um orifício de 1,5 cm de diâmetro onde se encaixa um prolongamento do eixo do motor de tracionamento para fazer girar o disco.

Trilha Ótica 

     Os dados são codificados com cavidades microscópicas (pits) separadas por regiões planas (lands), colocadas ao longo de uma única trilha contínua, muito longa e na forma de uma espiral, com início nas proximidades do centro do disco.




     Diz-se que a trilha inicia nas proximidades do centro do disco porque é a partir daí que se dá a sua leitura.
     Nos discos rígidos de computadores, a informação é codificada em trilhas que são circunferências concêntricas.
     Nesse contexto, a unidade de medida de comprimento mais apropriada é o micrômetro, que vale um milésimo de milímetro:

     1mm = 10-6m

     As cavidades têm cerca de 0,5 mm de largura e ¼ dessa medida de altura. O comprimento é variável e codifica os dados. O comprimento mínimo é de cerca de 0,83 mm. As cavidades e, portanto, os segmentos adjacentes da trilha em espiral, estão separados lateralmente por uma distância de cerca de 1,6 mm.
     A informação é codificada em seqüências de bits. Os degraus formados na passagem de uma cavidade para um plano e de um plano para uma cavidade representam os bits 1. As outras regiões representam os bits 0.
     As dimensões microscópicas das cavidades e dos planos entre elas são da ordem de grandeza dos comprimentos de onda das radiações eletromagnéticas visíveis e, por isso, a difração produz efeitos visuais quando se olha para a face gravada de um CD.


     O disco de plástico (policarbonato) é feito a partir de um molde. Uma vez moldado o disco de plástico, uma película metálica refletora (de alumínio e, mais raramente, de prata ou ouro) com espessura de 0,05 a 0,10 mm é vaporizada sobre a parte gravada. Sobre esta película metálica e para sua proteção é depositada uma camada de acrílico com espessura de 10 a 30 mm. Finalmente, sobre a camada de acrílico, vai a etiqueta do fabricante.
     O disco é lido a partir da face oposta à etiqueta.

Componentes Básicos de um Aparelho de CD 

     O aparelho de CD tem a função de encontrar e ler os dados codificados na trilha do disco. Como os dados estão codificados em traços extremamente pequenos, o equipamento deve ser muito preciso.


     São componentes básicos de um aparelho de Cd o motor de tração do CD, o mecanismo de posicionamento do sistema ótico de leitura e o sistema ótico de leitura.
     O motor de tração do CD faz girar o disco com uma velocidade angular precisamente controlada entre 200 e 500 rotações por minuto. Essa velocidade depende da localização dos traços que estão sendo lidos.
     Onde quer que estejam, os traços devem ser lidos com a mesma velocidade. Por isso, a medida que o sistema ótico de leitura é deslocado para a borda do disco, o motor que aciona o disco vai diminuindo sua velocidade angular de modo a fazer com que os traços passem pelo laser com velocidade constante.
     O mecanismo de posicionamento do sistema ótico de leitura move esse sistema de modo que o feixe laser possa seguir a trilha em espiral dos traços. Como a leitura começa pela região central do CD, o mecanismo de posicionamento move o laser do centro para a borda do disco.
     O sistema ótico de leitura é composto de um dispositivo laser, um conjunto de lentes e outros dispositivos óticos e sensores fotoelétricos. Devido à sua complexidade, esse componente é discutido separadamente.

Sistema Ótico de Leitura 

     Existem vários sistemas óticos de leitura de CD’s. O mais comum parece ser o de três feixes e esse é o que se discute aqui.


     A radiação eletromagnética tem caráter transversal, ou seja, os campos elétrico e magnético que a constituem oscilam em direções perpendiculares um ao outro e à direção de propagação. O diodo laser produz um feixe de radiação eletromagnética plano polarizada (no plano da figura) na região do infravermelho do espectro, com comprimento de onda de 0,780 mm no ar.
     A rede de difração divide o feixe em vários feixes, dos quais o feixe central e os dois laterais adjacentes, um de cada lado, são aproveitados.
     Como os feixes estão polarizados no plano da figura, a face comum aos dois prismas não pode refletir qualquer porção apreciável dos feixes (para a direita, na figura) porque, se isso acontecesse, a radiação refletida passaria a ter caráter longitudinal. Assim, os prismas deixam passar os feixes plano polarizados sem desvios apreciáveis.
     A lente colimadora deixa todos os raios de todos os feixes paralelos uns aos outros e ao raio central do feixe central.
     O polarizador circular deixa os feixes circularmente polarizados e a lente de focagem foca esses feixes no CD.
     O feixe central é usado para a leitura dos dados. A lente de focagem reduz a largura desse feixe de modo que ele atinge o CD com uma seção reta de aproximadamente 800 mm de diâmetro.


     A camada de policarbonato, por sua vez, reduz a largura do feixe laser até cerca de 1,7 mm na camada metálica.
     O índice de refração do policarbonato é de 1,55. Portanto, o comprimento de onda da rediação laser dentro da camada de plástico é de aproximadamente 0,5 mm.
     As cavidades têm 0,125 mm de profundidade, ou seja, ¼ do comprimento de onda da radiação laser na camada de policarbonato. A parte do feixe central refletida numa cavidade percorre meio comprimento de onda a mais que a parte refletida num plano.
     Assim, quando o feixe central está passando por uma região de transição plano-cavidade, a intensidade do feixe refletido é menor que a intensidade do feixe incidente devido à interferência destrutiva entre a parte do feixe que se reflete na cavidade e a parte que se reflete no plano.
     Essa mudança de intensidade do feixe indica o bit 1. A falta de mudança indica o bit 0.
     O feixe refletido percorre o caminho inverso e, ao passar pelo polarizador circular, fica plano polarizado numa direção perpendicular ao plano da figura. Agora, a face comum aos dois prismas reflete o feixe na direção do detector fotoelétrico, através da lente de focagem e da lente cilíndrica.

Ajuste do Foco 

     A lente cilíndrica colocada junto ao detector é usada no ajuste do foco do feixe central sobre os traços do CD. O setor central do detector fotoelétrico, onde se forma a imagem do feixe central, é formado por quatro elementos foto-sensíveis independentes.


     Se o feixe central está focado nos traços do CD, a sua imagem no detector fotoelétrico é circular (figura (a)).
      Se o feixe central está focado antes dos traços do CD, ou seja, se o CD está mais afastado do sistema ótico do que deveria, a imagem no detector é elíptica (figura (b)).
     Se o feixe central está focado depois dos traços do CD, ou seja, se o CD está mais próximo do sistema ótico do que deveria, a imagem no detector é elíptica, mas girada 90o em relação ao caso anterior (figura (c)).
     Como o setor do detector fotoelétrico onde se forma a imagem do feixe central é formado por quatro elementos independentes, se a intensidade da radiação eletromagnética nesses elementos não for a mesma, um mecanismo apropriado corrige a posição do cabeçote leitor em relação ao disco.

Ajuste na Trilha 

     Além dos quatro elementos do setor central do detector fotoelétrico onde se forma a imagem do feixe central, existem mais dois elementos foto-sensíveis colocados um de cada lado do setor central (A e B nas figuras acima).
     Sobre esses elementos devem se formar as imagens dos dois feixes laser laterais. Se o feixe central está alinhado com a trilha de traços, os feixes laterais incidem sobre regiões planas (P na figura (a) abaixo).


     Então, os setores laterais do detector fotoelétrico recebem radiações eletromagnéticas de mesma intensidade (P na figura (b)). Essa intensidade é relativamente alta porque os feixes laser laterais incidem apenas em regiões planas.
     Mas, se o feixe central deixa de estar alinhado com a trilha de traços (Q na figura (a)), os setores laterais do detector passam a receber radiações eletromagnéticas de intensidades diferentes porque um dos feixes laterais passa a incidir, pelo menos parcialmente, também em cavidades (Q na figura (b)).
     Novamente, um mecanismo apropriado corrige a posição do cabeçote leitor em relação à trilha de dados.

CD-R 

     O CD-R é um disco compacto que pode ser gravado uma única vez. Uma vez gravado, o conteúdo do CD-R não pode mais ser modificado ou apagado e regravado.


     Um CD-R difere de um CD comum porque a camada refletora de alumínio é plana e porque tem uma camada extra, ativa, composta por um corante orgânico foto-sensível.
     Para servir de guia ao sistema de gravação e de leitura, o CD-R vem de fábrica com uma ranhura em espiral desenhada no substrato de policarbonato, com forma idêntica àquela dos CD's comuns, de modo a poder ser lido pelos mesmos dispositivos de leitura.
     O gravador de CD funciona de modo similar ao leitor de CD discutido acima, mas utiliza um feixe laser de alta intensidade para o processo de gravação e um feixe laser de baixa intensidade para o processo de leitura.
     A camada ativa no CD-R virgem é translúcida e, nas regiões onde é atingida pelo feixe laser gravador, torna-se permanentemente opaca. Assim, num CD-R, os dados são codificados por regiões opacas e translúcidas do mesmo modo que num CD comum os dados são codificados por cavidades (pits) e planos (lands). E um CD-R pode ser lido nos mesmos dispositivos de leitura dos CD's comuns.
     No processo de leitura, o feixe laser utilizado tem baixa intensidade para não afetar as propriedades óticas (opacidade e translucidez) das diferentes regiões da camada ativa.

CD-RW

     O CD-RW é um disco compacto que pode ser gravado, apagado e regravado mais de mil vezes e, como o CD-R, vem de fábrica com uma ranhura em espiral desenhada no substrato de policarbonato para servir de guia ao sistema de gravação e de leitura.


     Um CD-RW difere de um CD-R porque a camada extra é, na verdade, um conjunto de três camadas, duas de proteção, constituídas de material dielétrico, e a outra, a camada ativa, posicionada entre elas, constituída por uma liga especial de prata, antimônio, telúrio e índio que, no estado original, tem uma estrutura policristalina que a torna translúcida.
     O sistema de leitura e gravação de um CD-RW difere do sistema de leitura de um CD comum porque, no primeiro, o dispositivo laser pode operar com diferentes potências, resultando em feixes laser de diferentes intensidades.
     No processo de gravação de um CD-RW, certas regiões da camada ativa são atingidas pelo feixe laser de alta intensidade, de modo tal que suas temperaturas são elevadas até cerca de 600oC. Nessa temperatura, a liga sofre uma mudança de fase, passando do estado sólido ao estado líquido.
     Com o posterior abaixamento da temperatura mais ou menos rápido, a liga retorna ao estado sólido, mas com uma estrutura amorfa. Assim, essas regiões da camada ativa se tornam opacas.
     As camadas de material dielétrico absorvem o excesso de energia da camada ativa durante o processo de gravação, evitando que a sua temperatura aumente muito mais do que o necessário.
     Como no caso do CD-R, também num CD-RW os dados são codificados pelas regiões opacas e translúcidas.
     No processo de apagamento das informações gravadas em um CD-RW, a camada ativa é percorrida pelo feixe laser de média intensidade, de modo tal que a sua temperatura é elevada até não muito mais do que cerca de 200oC.
     Permanecendo nessa temperatura um certo intervalo de tempo, a liga sofre uma mudança de fase, passando do estado sólido amorfo ao estado sólido cristalino.
     Com o posterior abaixamento da temperatura, a liga permanece no estado sólido cristalino. As regiões da camada ativa que antes eram opacas se tornam translúcidas novamente. A partir daí o CD-RW está pronto para ser novamente gravado.
     No processo de leitura, o CD-RW é percorrido pelo feixe laser de baixa intensidade, de modo a não afetar as propriedades óticas (opacidade e translucidez) das diferentes regiões da camada ativa.
     Os padrões criados num CD-RW pelo processo de gravação são menos distintos que os padrões criados num CD ou num CD-R, de modo que o sistema de leitura deve ser mais sensível. Apenas aqueles designados MultiLeitura (MultiRead) são apropriados para a leitura confiável.


FONTE:
http://www.ufsm.br/gef/DC.htm

obrigado pela visita

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