Nichts ist perfekt. Auch in der digitalen
Signalübertragung - ob es sich um
Audio- oder “gewöhnliche” Daten han-
delt, steckt der Fehlerteufel. Mögliche
Fehlerquellen einer digitalen Übertra-
gung ergeben sich sowohl im System
(dem CD-Player/Brenner) als auch im
Speichermedium, der CD. Ein Teil der
Systemfehler (vor allem der in der Elek-
tronik begründete wie Aliasing, Nichtli-
nearität, Rauschen) läßt sich von vorn-
herein durch einen geeigneten Schal-
tungsaufbau reduzieren, ein anderer

durch Fehlerschutzmaßnahmen. Dabei
werden Fehler durch Paritäts- oder zykli-
sche Redundanzprüfung (Cyclic
Redundancy Check CRC) erkannt,
durch Verschachtelung (Cross-Interlea-
ved Reed-Solomon CIRC) korrigiert
oder - sollte dies nicht mehr möglich
sein - das gestörte Signal interpoliert.
Andere Fehlerquellen im System sind
rein mechanischer Natur. Die meisten
und am häufigsten auftretenden Fehler
des Speichermediums CD dürften
bekannt sein: Verschmutzung oder Zer-

störung der CD-Oberfläche (Kratzer).
Diese auffälligen Fehler betreffen in der
Regel eine Vielzahl von Bits (Bündelfeh-
ler). Allerdings gibt es auch Einzelbit-
fehler beispielsweise durch eine Pit-
Asymmetrie oder durch Materialmän-
gel.
Es treten auch Fehler aufgrund man-
gelhafter Spurlage (tracking) und
Fokussierung des Lasers auf. Es ist halt
kein leichtes Stück Arbeit, einen Laser
genau und ungeachtet der oft schwie-
rigen Umgebungsbedingungen auf

X-12 - 3/99 Elektor

EXTRA

———————————————————— PC-P

LUS

Um die Qualität eines digitalen Übertragungskanals
beziehungsweise Speichermediums beurteilen zu
können, läßt sich das sogenannte Augenoszillo-
gramm (eye pattern) heranziehen. Es steht üblicher-
weise in jedem CD-ROM-Laufwerk/Brenner zur Verfü-
gung und kann mit geradezu lächerlich einfachen
Mitteln ausgewertet werden.

Entwurf von Wilfried Foede

Strahl

Tracking

prinzipielle Signalverarbeitung

Pit

D1

D1

D2

D3

D4

D2

D3

Spur zu weit links

Radial-Trackingfehler (RE)

(D1 + D2) - (D3 + D4)

HF - Signal

D1 + D2 + D3 + D4)

Licht vorhanden

D4

Fokussierung

D1

D2

D3

Disc zu nah

D4

Richtig fokussiert

Disc zu weit entfernt

Strahl auf der Spur

Spur zu weit rechs

992002 - 11

kein Licht vorhanden

D1

D2

D3

D4

Fokussierfehler (FE)

(D1 + D4) - (D2 + D3)

CD-ROM-Tester

Eye-Pattern-Meter mißt die Brenn-Qualität

Bild 1. Durch Kombination der Fotodiodenströme D1...D4 gewinnt man nicht nur das Nutzsignal HF, sondern auch Informationen zur
Fokus- und Spureinstellung.

den Mikrometer genau auszurichten.
Um eine gute Signalübertragung zu
garantieren, sollte der Laserpunkt der
Mittellinie der Spur auf

±0,1 µm genau

folgen. Dies erfordert ein ausgeklügel-
tes Regelsystem und eine schnell arbei-
tende, präzise und über Jahre hinweg
haltbare Mechanik.
Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten,
eine Laser-Abtast- oder Schreib-Einheit
zu konstruieren, alle Versionen haben
eines gemeinsam. Das Signal, das der
Fotodetektor (also die Empfangsein-
richtung der Lasereinheit mit vier Foto-
dioden) empfängt, liefert nicht nur den
Datenstrom, sondern auch wichtige
Informationen zur Steuerung der Laser-
einheit. Dies wird durch eine Interpre-
tation der vier Fotodioden-Ströme
erreicht (Bild 1).
Während das Signal FE zur Korrektur des
Fokussierungsfehlers durch den Fokus-
Aktuator und die Radialfehlersignale
RE1 und RE2 von der Spursteuerungs-
einrichtung benötigt werden, erhält
man durch Addition aller vier Fotodi-
odenströme das Nutzsignal mit der
Bezeichnung HF. Das Signal durchläuft
eine automatische Verstärkungsrege-
lung, wird symmetriert und verläßt den
Bereich der Servoelektronik.
Über eine Beeinflussung des Nutzsignals
durch die niederfrequenten Steuersig-
nale oder umgekehrt muß man sich
übrigens nicht den Kopf zerbrechen -
durch die EFM-Modulation (Eight-to-
Fourteen) gebraucht das Nutzsignal
lediglich den Frequenzbereich von 20
kHz bis 1,5 MHz und ist so völlig getrennt
vom Bereich der Steuersignale.

Augenoszillogramm

Eine Möglichkeit, die Qualität der digi-
talen Übertragung zu beurteilen, ist das
sogenannte Augenoszillogramm. Es
entsteht, indem man das HF-Signal an
den Y-Eingang, den aus dem HF-Signal
gewonnenen Systemtakt an den X-Ein-
gang eines Oszilloskops legt. Es ergibt
sich eine augenförmige Figur. Eine Viel-
zahl dieser Figuren übereinander ergibt
dann ein Augenoszillogramm wie in
Bild 2. Im Idealfall wären sämtliche
Augen deckungsgleich, doch durch
Fokussierungs- und Radialfehler erge-
ben sich in der Praxis Verzerrungen.
Daraus lassen sich mehrere Qualitäts-
kriterien des Übertragungskanals und
des Speichermediums ablesen. Das
Auge ist innen so breit wie der minimale
Abstand der Taktflanken des binären
Datenstroms. Die Differenz in der Breite
der Augen gibt Auskunft über den Jitter,
aus dem Unterschied in der Augenhöhe
läßt sich der Einfluß der Amplituden-
schwankungen ablesen. Die “innere”

Augenhöhe entspricht dem Rauschab-
stand des digitalen Signals.

Anwendung

Auch wenn ein CD-Player/Rekorder
noch so hoch integriert ist, das HF-Sig-
nal und der Systemtakt lassen sich mit
Sicherheit im Gerät abgreifen. Am Inter-
essantesten ist es sicherlich, wie oben
beschrieben ein Oszilloskop mit diesen
Signalen zu füttern. Es läßt sich aber
auch mit dem (auf Masse bezogenen)
HF-Signal etwas anfangen. Es gibt näm-
lich - so man es vom Gleichspan-
nungsoffset befreit - exakt das Verhältnis
zwischen Pits und Nicht-Pits an, die
sogenannte Pit-to-Land-Ratio.
Man schließt ein gewöhnliches
Drehspulinstrument wie in Bild 3 über
einen Kondensator (zur Wechselspan-
nungskopplung) und einen einstellba-

ren Widerstand (R1 und P1) an. Eine
Schottky-Diode arbeitet als Gleichrichter.
Das HF-Signal ist ausreichend belastbar.
Das Drehspulinstrument wird so einge-
stellt, daß mit einer beliebigen vorge-
fertigten CD ein Zeigerausschlag von
etwa 90 % erreicht wird. Die Anzeige
kann verwendet werden, um eine
Laserdioden-Einheit optimal (auf maxi-
male Anzeige) auszurichten. Dies ist ins-
besondere bei Dreistrahl-Lasern inter-
essant, da deren Mechanik recht anfäl-
lig ist. Es lassen sich aber auch
vergleichende Untersuchungen ver-
schiedener CD-R-Typen vornehmen
(wie dies auch in der Intention des
Autors lag). Ist eine preiswerte No-
Name-CD-R genau so gut wie ein teures
Markenprodukt? Läßt sich für einen
bestimmten CD-Brenner eine optimale
CD-R-Marke finden?

(982002)rg

PC-P

LUS

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Elektor

EXTRA

X-13 - 3/99

Pit-Track

RF-Signal

3T

4T

5T

6T

7T

8T

9T 10T 11T

Sampling

Time

Margin

Signal

Transition

Noise

Margin

a

2

a

1

a

992002 - 12

Bild 2. Das Augendiagramm gibt den “Gesundheitszustand” des Nutzsignals an.

R1

680

Ω

C1

10n

5k

RT1

M 1

D1

BAT85

I

992002 - 13

CD - PLAYER

Bild 3. Mit einer Minimalschaltung läßt sich die Qualität der Datenübertragung darstellen.