CD-R光盘产品常规检测参数与说明

CD-R光盘产品常规检测参数与说明

清华大学光盘国家工程研究中心主任徐端颐教授指出，目前市面销售的CD-R 光盘的分级标准是生产厂商各自制定的，即所谓的A 、B 、C 级，均是厂家各自的品质标准。在裸盘下生产线的时候，通过外观检验、几何检验、刻录兼容性和刻录品质检验等工序，就分出A 、B 、C 级盘片，一般厂商的A 级盘片用来给重大的OEM 客户和自有品牌交货，B 、C 级盘片用来出给小OEM ，或者做白标盘处理。所以，选择和评价CD-R 盘片，不能只看其标称等级，而应看其技术指标及测试标准。

由清华大学光盘国家工程研究中心起草的《可记录光盘（CD-R ）常规检测参数》，已成为中华人民共和国新闻出版行业标准（GY/T 38-2001 ），并于2002 年1 月1 日实施。该标准规定了可记录光盘（CD-R ）常规检测参数，适用于可记录光盘（CD-R ）产品的质量检测。该标准目前制定的技术指标及测试标准最高的为A+ 级盘片，而没有所谓的A++ 或A+++ 级。

第一部分：光盘基本信息与检测标准

?盘片信息

光盘的信息区含有预刻槽，预刻槽含有恒线速度CLV 时钟信息、时间编码和其他相关信息。部分记录盘的信息区分为以下部分：功率校准区PCA 、程序记忆区PMA 、导入区LIA 、程序区LOA 和未记录区URA 。

?常规检测参数

常规检测参数分为两大类。一类是CD-R 机械尺寸检测参数（表一）；另一类是CD-R 光电参数检测参数。本文主要介绍光电参数检测参数。

CD-R 光电检测参数分为以下三类

?全部区域参数

偏心ECC 、径向躁声RN 、垂直偏差DEV 、盘片双折射率BIR 、盘片不平衡度U d, ；

?未记录区参数

归一化摆动幅度NWA 、ATIP 错误率ATER 、ATIP 突发错误长度ABERL 、记录前径向对比度RC b ；

?记录区参数

圆偏振光测量的推挽信号PPC 、串扰XT 、记录后径向对比度RC b 、归一化高频信号I 11 R 、归一化高频信号I 3 R 、对称性

SYM 、反射率R top 、块错误率BLER 、C1 帧突发错误长度BERL ，抖晃JnP （L ）、以及长度偏差DnP 和DnL 。

标准还规定了寿命检测的条件，是指盘片在温度55℃、相对湿度50% 的加速老化条件下放置96h ，性能参数仍须本标准规定。

?检测条件和检测仪器

?检测环境

除非特殊说明，光盘的测试应在下列条件下进行：温度：15℃～35 ℃；相对湿度：45% ～75% ；大气压力：86kPa ～106kPa 。测试前存储于此环境下不少于24 小时，不允许在盘片上出现冷凝现象。

?该标准还规定上各项参数的检测应在一倍速下进行（读）

?检测仪器：采用国家质量技术监督部门指定的仪器进行可记录光盘（CD-R ）的检测。

该标准规定了我国可记录（CD-R ）常规检测参数的检测依据、条件及检测仪器。只有依据该标准规定的检测条件和检测仪器，来进行检测，才可能对CD-R 光盘质量做出准确的结论。

第二部分：常规检测参数与质量控制

?基本检测参数

1 、偏心：偏心ECC 为全部区域参数之一。偏心是盘片中心孔的几何中心相对盘片信息道/ 预刻槽的几何中心的偏差。单位一般用um 表示。

在驱动器中光学头读取信息时，轨道跟踪伺服机构使光学头在半径方向快速移动，跟随轨道读出信息。径向跟踪伺服机构的跟踪能力和频率响应有一定的范围。光学头的惯性又会限制伺服机构的反应速度，偏心值太高会影响光学头的轨道跟踪。《红皮书》规定CD-DA 唱盘的偏心指标范围是+ 70um ，《黄皮书》规定CD-ROM 的偏心指标范围是+ 50um 。这是因为CD-ROM 的随机访问情况比CD 多。偏心值高，轨道搜索困难，随机访问情况时间增加。事实上以上指标是在一倍速的情况下制定的，目前的光盘读写速度往往是几十倍速（如8X 、12X 、16X 、24X 、32X 、48X 、52X 等）在驱动器跟踪能力不变的情况下，意味着速度每增加一倍，偏心指标要求缩小一倍。因此，CD-R 生产厂必须重视盘片的偏心指标，努力使偏心值降到最小，以适应高速读写盘片的要求。CD-R 盘片的偏心的产生往往是由于压模（Stamper ）的偏心，因此，控制压模（Stamper ）的偏心至关重要。

该标准规定CD-R 盘片的偏心ECC 的指标范围是+ 50um 。偏心的测量方法是：盘片转速控制在一倍速线速度，在道跟踪开环条件下，盘片旋转一周，推挽信号与地电平相交次数除以 4 ，乘以轨道节距而得。

2 、反射率R TOP (Reflectivity)

反射率R TOP 是CD-R 光盘的一个重要技术质量指标，它是指测量刻录盘片读出时的最高反射电平。R TOP= R 0 * （I TOP /I 0 ）;

I TOP 表示被测光盘最高反射电平；I 0 表示未记录区反射光电平；R 0 是盘片的内径或外径处的镜面部分测量的反射率。最大反射光电平I TOP (mv) 要转换成R TOP （% ）测量设备必须正确定标。这就需要使用类似于荷兰菲利蒲公司特制的5B 标准校正盘（单价：200 美金/ 片），该校正盘的反射率是由菲利蒲实验室根据已知反射率的金盘确定的。《橙皮书》规定R TOP >65% 。R TOP 偏小会直接导致读出HF 高频信号幅度小，影响读出效果。HF 高频信号低于指标在无自动增益控制电路的光盘驱动器将无法读出（不认盘）。不过基于当前在光驱中一般都有自动增益控制单元，因此在R TOP 指标的控制上，目前企业一般控制在60% 左右。我们在经过大量测试和实践中发现，R TOP 不小于50% 时，用现在的光驱读出应该没有问题。提高CD-R 光盘反射率R TOP 除了要适当调节染料层厚度外，可检查反射银的溅镀厚度是否足够，增加银反射层厚度会有助于提高R TOP 。

3 、Jitter 和长度偏差Length deviation

在CD-R 光盘的刻录过程中，无论在光盘内记录什么内容，如音乐、图像、数据等，在光盘上体现的是3T ～11T 共9 种不同长度的信息坑（groove ）和信息台(land) 。信息坑和信息台的长度变化至关重要。对于某种信息坑和信息台，例如3T 信息坑，它的前沿和后沿的位置由于种种原因会有一个随机偏移，光盘上众多的3T 信息坑的前沿和后沿的位置偏移的统计分布是高斯分布，前后沿平均值之间的长度即为信息坑的平均长度。回绕这个前沿和后沿位置平均值的标准偏差即为抖晃，而实际长度和理论长度之间的偏差为长度偏差。抖晃Jitter 和长度偏差Length deviation 的测量需要借助于专门的

测试设备，如高精度的时间间隔分析仪（Time Interval Analysis ），分析仪对3T-11T 的信息坑和信息台的扫描峰值大量采样获得时间间隔数据并统计计算标准偏差得到3T-11T 的Jitter 值；通过比较被检测光盘的3T-11T 信息坑和信息台的峰值时间数据与3T-11T 信息坑和信息台的理论时间数据而得到长度偏差Length deviation 。

光盘驱动器的数据传输率为4.3218 兆位/ 秒，每位数据的标准时间间隔T 是231.4ns ，1T 走过的距离为0.278um 。3T ～11T 信息坑和信息台(land) 的理想时基长度为n*231.4ns 。标准规定信息坑TnP 和信息面TnL 的抖晃Jitter ，JnP 和JnL(n=3 ～11) 小于35 秒。

CD-R 光盘刻录产生抖晃和长度偏差的主要原因是染料记录层的厚

度影响、记录材料的非线性、染料涂层厚度的不均匀和灵敏度的不均

匀等。由于记录材料的非线性，使得3T 的信息坑太短、11T 的信息坑又太长。局部的厚度和灵敏度都会引起信息坑边缘的变化。当然，除与CD-R 光盘的因素外，抖晃和长度偏差还有其他原因，如盘片的转速、光盘刻录机的光学头特性及电路特性（均衡器、限幅器、锁相环）等。抖晃和长度偏差是CD-R 光盘刻录质量的一个重要参数，该参数的超标会引起高的块错误率BLER （即不能正确读出光盘上的原始记录数据）。随着数据记录密度的提高，该参数的指标控制将显得更重要。

4 、块错误率BLER 和突发错误长度BERL

已刻录的CD-R 光盘和CD 光盘一样含有许许多多的0 和1 ，任何光盘本身的原始缺陷或盘片表面的灰尘、划痕、擦伤都会导致这些数据读出错误。所以，为保证使已记录的数据能够被正确地恢复，CD-R 光盘在记录格式中采用纠错编码，即在记录数据时加入奇偶校验位，这些奇偶校验位能用来检出、定位和纠正读出错误。与此对应，驱动器系统中含有C1 、C2 两个纠错解码器。在读出过程中，驱动器是按数据块读取的，但由于驱动器的纠错能力是有限，所以光盘上的严重缺陷，使得驱动器读出的数据含有错误数据块，每秒测得的错误数据块的个数就称之为块错误率。在 1 倍速的情况下，驱动器每秒读出7350 个数据块，标准规定BLER<220 数据块/ 秒。突发错误长度BERL 是指测量每秒含有连续错误的数据块数。《红皮书》规定，在任何情况下，连续的错误块数应小于7 ，也就是说突发错

误长度BERL 应小于7 。《黄皮书》规定CD-ROM 光盘

BERL<5 。

从上面的分析可以看出，CD-R 光盘上的数据不仅要能正确地记录，而且也要准确地读出。即使原始数据记录准确，由于某些CD-R 盘片先天的不足，如反射率偏低和存在划痕等，导致在标准光盘驱动器上也不能准确读出原始数据，使得保存原始数据失败。

?径向噪声RN

RNb ：记录前由残余跟踪误差引起的推挽信号

R n a ：记录后由残余跟踪误差引起的推挽信号

在光盘读出系统中，径向差分信号用于光斑对轨道的跟踪伺服。由信息轨道或预刻槽的缺损会在径向差分信号中产生噪声，从而使读出光斑偏离信息轨道或预刻槽中心。径向噪声RN 就是在闭环情况下读出光斑偏离轨道中心的距离的均方根值。径向噪声RN 的值愈大，表示读出光斑偏离轨道或预刻槽中心的距离愈大，这样读出光斑失去轨道跟踪的可能性愈大。径向噪声RN 的指标是小于30nm 。

?归一化摆动幅度NWA

CD-R 光盘盘基上复制有螺旋状预刻槽轨道，预刻槽以22.05KHz 的频率在盘片径向作等幅摆动，摆动幅度WGA 为30nm 。允许范围是25-36nm 。实际上预刻槽的摆动幅度不易直接测量，但可从归一

化摆动信号推导而得。归一化摆动幅度NWA 是沟槽摆动信号的均方根值和径向跟踪误差峰峰值的比值。二者之间存在一一对应关系，标准规定NWA 允许的范围为0.035 ～0.075 。由于摆动的预刻槽轨道通过载频22.05KHz 给出电机转动的控制信号，又通过对载频的调制给出时间码信息，因此摆动幅度大小将直接影响能否正确读起隐含的信息。所以要严格控制NWA 或WGA 的上下限指标。NWA 的大小与压模的预刻槽摆动幅度有关外，也反映了染料在沟槽中的填充情况，一般染料层太厚、染料在沟槽内填充过分会使NWA 减小。? ATIP 错误率和ATIP 突发错误长度ABERL （记录前信息）

摆动的周期数，称为预刻槽绝对时间信息ATIP 。通过对摆动预刻槽载频的调制，使预刻槽含有时间码信息。在整个CD-R 光盘上，ATIP 时间码贯穿了各个区域，其中某些区域还包括专用信息和附加信息，由此组成了整个信息区。信息区由ATIP 的发生而开始，并随着ATIP 结束而终止。此外，ATIP 时间码包含了驱动器电机转动信息和时间码信息，相应的数据格式称为ATIP 帧，ATIP 时间码在整片光盘上是单一递增的。ATIP 帧每帧共42 位，频率为

75Hz ，帧结构如下所示：

数据位

4 位

8 位

8 位

8 位

14 位

共42 位数据内容同步码

分钟

秒

帧

CRC 校验码

《橙皮书》规定，将占用信息区中一些ATIP 时间码之中的“分”、“秒”、“帧”信息部分来存放专用信息。专用信息包括最佳刻录功率、导入区开始时间、导出区开始时间或附加容量；附加信息是指最高刻录速度、附加容量、导出区的长度、最高刻录速度下最佳刻录功率、记录介质类型、记录介质标示码等。上述这些信息对CD-R 光盘的读写起到十分重要的作用。ATIP 数据格式中虽有CRC 循环冗余校验码进行检错纠错，它的读写错误率必须有限制。标准规定，ATIP 错误率ATER 的值不超过7 个每秒，即每秒钟检测到的错误

最多为7 个。ATIP 突发错误长度ABERL 是连续的ATIP 数。标准规定允许最大连续3 个错。ABERL 很重要，因为它指示了出现大得足以影响1 个以上数据块的物理缺陷。

?记录前、记录后径向对比度RCb 、R c a

RCb 、R c a 分别表示CD-R 光盘在记录前和记录后槽中心和台中心反射光强度的差值与和值之比。

RC=2 ×(I L －I G ) ／(I L ＋I G )

其中，I L 为台（Land ）中心反射光强度；I G 为槽（Goove ）中心反射光强度。

标准规定记录前径向对比度RCb 应大于0.05 ，记录后径向对比度Rca 应在０ .3-0.6 。在整个盘片上记录后径向对比度的最大变化不超过±２０％。

记录前径向对比度与压模的预刻槽几何尺寸（宽度、深度）有关，也与染料层的厚度有关。一般来讲，RCb 值小，染料层厚；RCb 值大，染料层薄。可以根据RCb 的测量结果来调整生产工艺，RCb 的下限值0.05 可以用来作为染料层厚度的上限。

８、圆偏振光测量的推挽信号PPC

推挽信号PP 是衡量盘片径向伺服能力大小的参数，即驱动器光学头能否跟踪盘片上的信息轨道。PP 值太小表示轨道跟踪能力差，从而产生径向跟踪问题；PP 值太大会引起径向伺服饱和，从而产生锁轨问题。标准规定CD-R 盘片用圆偏振光测量的PP 值应在0.08 ～0.12 。CD-R 光盘的PP 值大小和预刻槽参数及数据刻录的凹坑轨道有关外，与染料层的厚度也有关系。一般来讲，染料层越薄，PP 值越大。因此PP 值的上限可以作为调节染料层厚度的下限。

９、串扰XT

串扰是在两相邻轨道之间读出的高频信号幅值和在轨道上读出的高频信号幅值的比值。表征高频信号中的噪声水平。标准规定，XT 应小于５０％。较高的XT 会歪曲高频信号HF ，从而导致较高的块错误率BLER 。

１０、归一化高频信号I 11 R 、I 3 R

在光盘存储中，模拟信号通过采样、量化转换成数字信号。数字信号不能直接转换成记录脉冲进行记录，否则会降低存储密度，其低频分量会干扰由低频信号控制的轨道跟踪和聚焦伺服的正常工作，直接记录还会有数据同步的问题。《红皮书》规定规定采用EFM （８－１４）调制码，将８位数据转换为１４位通道位，并规定在１４位的各种组合中，在两个０－１的跃变之间最小间隔是３T 、最大间隔为１１T 。这样，任何数据在CD 光盘上对应的只是3T ～11T 的

９种长度的凹坑。在驱动器读出的网眼信号图中，其中３T 对应的信号幅度I 3 最小，１１T 对应的信号幅度I 11 最大。I 3 的值应保持在0.3 ～0.7 ；I 11 应大于0.6 。高频信号幅值太低会引起解码的困难，产生高的块错误率，甚至产生不可纠正的错误。由于CD-R 光盘的反射率指标比CD 光盘指标低，CD-R 光盘的高频信号幅度比CD 光盘的低。所以CD-R 光盘的高频信号采用I 11 R 和I 3 R 来表示，它们分别是测量的I 11 ／I top 和I 3 ／I top 的比值。这样用反射率归一化后，排除了因反射层引起的高频信号幅度变化。I 11 R 和I 3 R 主要和记录凹坑的好坏有关。从CD-R 光盘生产工艺来看，CD-R 的压模和所用染料有密切关系，压模上ATIP 数据格式中已含有最佳记录功率和写入策略等有关信息，不同的染料有不同的最佳记录功率，例如花箐染料的典型写入功率为５.6mw ，酞箐染料的典型写入功率为7.2mw 。如果所用压模和染料并不相匹配，记录功率不是太高就是太低，记录凹坑肯定不好，读出的高频信号必然不会符合标准要求。标准规定I 11 R ≥0.6 、0.3 ≦I 3 R ≦0.7 。

11 、对称性

在光盘读出信号中，高频信号I 3 、和I 11 的中心电平往往不一定重合，这是因为3T 的凹坑长度和3T 岸的长度不等的缘故。对称性SYM 就是用I 3 、中心电平和I 11 中心电平的相对位置来描述3T 凹坑与岸的对称情况的参数。

当3T 凹坑长度与3T 岸的长度相等时，SYM=0 ，I 3 、和I 11 的中心电平重合。

如果3T 凹坑长度大于3T 岸的长度时，SYM ＜0 ，I 3 、的中心电平低于I 11 的中心电平。如果3T 凹坑长度小于3T 岸的长度时，SYM ﹥0 ，I 3 、的中心电平高于I 11 的中心电平。

标准规定–15% ≤SYM ≤+10% 。SYM 太高会引起读出信号解码电平限幅器（用来区分读出I 3 、I 4 、I 5 、…I 11 信号）出错，引起BLER 和Jitter 增大。CD-R 光盘SYM 指标主要与写入功率有关，用最佳写入功率写入时，同一周期的凹坑和岸是等长的。当用低于最佳功率写入时，凹坑较短，岸较长，SYM ﹤0 ；当用高于最佳功率写入时，凹坑较长，岸较短，SYM ﹥0 。

关于《计算机世界》与清华大学光盘国家工程研究中心联合主办

可记录CD-R 光盘评测的方案

一、评测依据：

中华人民共和国新闻出版行业标准：

可记录光盘CD-R 常规检测参数（CY/T 38-2001 ）二、评测参数：

可记录光盘（CD-R ）光电检测参数

1 、全部区域参数

偏心Ecc ≦±60um

径向噪声RN ≦30nm

R n b ：记录后由残余跟踪误差引起的推挽信号。

2 、记录前参数

归一化摆动幅度NWA 0.035—0.060

ATIP 错误率ATER≦7

ATIP 突发错误长度ABERL ≦3

记录前，径向对比度RCb>0.05

圆偏振光测量的推挽信号PPC 0.04—0.12

3 、记录后参数

串扰XT≦50%

记录后径向对比度RCa 0.3—0.6

归一化高频信号I 11R ≥0.6

归一化高频信号I 3R 0.3-0.7

对称性SYM ：-15%--+15%

反射率R top > 60%

块错误率BLER<220

才C1 帧突发错误长度BERL<7

抖晃Jitter :JnP<35ns ，n=3-11;JnL<35ns,n=3-11 长度偏差Length deviation

3T

4T 5T 6T 7T 8T 9T 10T

11T

DnP

-74.2 +5.8

-58.1 +26.9

-37 +53

-35.9 +59.1

-34.8 +65.2

-28.7 +76.3

-27.6 +82.4

-31.5 +83.5

-35.4 +84.6