DVD-Laufwerk vom Navigationssystem NX reparieren

Diesen Thread widme ich dem DVD Laufwerk des Navigationssystems NX, welches dem Gerät als Quelle der Navigationskarten dient.

Hier soll es also ausdrücklich nicht darum gehen wie man das Laufwerk gegen ein neues auswechselt, sondern wie man die möglichen Defekte am Laufwerk reparieren kann. Das ganze unterwirft sich nicht zwingend wirtschaftlichen Aspekten, da ist ein Tausch vermutlich oft doch der einzige Weg.

Hier im Wiki habe ich bereits einige gefundene Probleme beschrieben:

https://mk4-wiki.denkdose.de/artikel/nav_nx…werk_reparieren

Details zum Laufwerk lege ich hier ab:

https://mk4-wiki.denkdose.de/artikel/nav_nx…wn/dvd-laufwerk

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35244/  mk4-forum.denkdose.de/attachment/35247/

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35242/  mk4-forum.denkdose.de/attachment/35243/

Ein paar gesammelte Fakten dazu:

1. Vieles deutet darauf hin das es sich hier um ein von Kennwood gefertiges Laufwerk handelt.
2. Der "Chipsatz" ist von Panasonic, heißt die wesentlichen Bauteile wie der große Zentralprozessor, sowie der Laser-Verstärker und die Servosteuerung sind von diesem Hersteller. Meist wird sowas dann auch nach Vorgaben/Typical application note zusammengebaut.
3. Der "AN2022" ist ein 3-Strahl Laser-Vorverstärker. In dem Laufwerk kommt also ein Pickup mit 3-Strahl Technik zum Einsatz. Diese sorgt in einem CD-Laufwerk für eine optimale Tracking-Nachführung. Neben dem Hauptstrahl welcher für das lesen der Daten zuständig ist, gibt es noch seitlich versetzte Hilfsstrahlen welche eine Abweichung von der Optimallinie erkennen und den Kopf entsprechend nachführen.
4. Der Anschluß zum Mainboard ist sog. ein Standard, wenn auch kein PC-Standard. Es ist ein 50-poliger Anschluß der mit Spannungspegel und Signalen dem ATAPI-Schnittstellenschema für 16-Bit Datenübertragung folgt.
5. Auf dem Flash-Speicher ist die Firmware für den großen Mikrocontroller des Laufwerks.
6. Das gesamte Laufwerk wird nur mit 5V betrieben. Zusätzliche 12V wie beim PC, waren eher nur für Festplatten notwendig bei denen die Motore deutlich höhere Leistung haben, da mehr Masse zu bewegen und wesentlich höhere Drehzahlen zu erreichen sind.

Aktuell versuche ich zusammen mit Peter3000 den Fehler in einem Laufwerk welches die Maps DVD nicht mehr erkennt zu finden. Die einfachen Fehlerquellen sollten betreits ausgeschlossen sein, also defekte/verschmutze DVD bzw. Optik.

Die Mechanik, also die Spindel, Einzug und der Schlitten scheinen zunächst unauffällig zu sein.

Die Vermutung lag daher nahe das es der sog. "Pickup" ist, also der Lesekopf. Im NX Laufwerk ist das ein KDP-1C

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35248/
Hierzu findet man im Netz das es sich um einen Pickup für Kennwood Laufwerke handelt. Wenn man will könnte man KDP mit "Kennwood-Disc-Pickup" übersetzen.

Da kein Radiohersteller eigene Laufwerke konstruiert ist es auch nicht verwunderlich das man als Referenz für diesen Pickup zahlreiche andere Fabrikate findet. Zwar haben die Laufwerke einen Flash-Speicher auf dem sich durchaud Custom-Software befinden könnte, ich halte das aber für sehr unwahrscheinlich.

Peter hat basierend auf den Pickup Referenzen ein Opel Navi 800 gekauft. Das darin enthaltebe DVD Laufwerk sieht dem vom NX zwar wirklich sehr ähnlich, es hat aber beim Anschluss nicht funktioniert.

Es hilft auch erstmal nicht wahllos irgendwas durch zu probieren, das wäre nur ein Glückstreffer. Vielmehr würde ich versuchen hinter die elektronische Arbeitsweise eines DVD Laufwerks zu kommen und über die zahlreich belabelten Messpunkte, oder Informationen zum Chipsatz auf der Platine den tatsächlichen Fehler zu finden.

Interessant wäre sicher die Funktion des Lasers und der Empfangsdioden zu überprüfen, damit verbunden die Fokussierung und das Tracking.

Üblicherweise schaltet sich der Spindelmotor eines CD/DVD Laufwerks nur ein wenn zuvor die Fokussierung stattfinden konnte. Ein Laufwerk welches die Disc garnicht erst dreht kann also hier ein Problem haben. Das dient u.a. auch dazu das die Elektronik erkennt ob sich da überhaupt eine Disc im Laufwerk befinde, oder jemand was anderes reingeschoben hat. Diese, seit den ersten CD-Playern eingeführte und seither genutzte Technik nennt sich "Focus Search" (hat nix mit der suche nach einem neuen Ford zu tun

Das "Herzstück" des DVD-Laufwerks ist wohl dieser Zentralprozessor von Panasonic, der "MN103S71F":

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Hierbei handelt es sich um einen Mikrocontroller, d.H. in dem Chip sind neben einer CPU auch noch RAM und zahlreiche Peripheriebausteine enthalten dies es erlauben mit nur wenigen externen Komponenten komplexe Regelaufgaben zu erledigen. Im DVD-Laufwerk übernimmt dieser Chip die Steuerung der Motore für Spindel, Schlitten, Auswurf, den Galvanostantrieb für Tracking und Focus, die Fehlererkennung/Korrektur, die Ansteuerung der Laserdioden und Empfangsmodule, sowie dem Interface zum Host (ATAPI).

Panasonic entwickelte eine ganze Serie Mikrokontroller unter "MN103S" die sich in einigen Parametern wie RAM-Größe, usw. unterscheiden. Ich habe mal ein Datenblatt von einem MN103"SA7* angefügt, das ist nicht 100% identisch m it dem "S71*" dürfte aber für unsere Betrachtung keinen relevanten Unterschied machen.

Aus dem Datenblatt kann entnommen werden was dieser Chip alles beinhaltet:

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• 32-Bit 10MHz CPU (mit 1-Byte langen Instruktionen) im LQFP80 Package
• Taktgeneratoren
• Bus Controller
• Interrupt Controller
• ROM Correction
• 61x I/O Ports
• 8 und 16-Bit Timer
• 2x PWM-Steuerungen für 3-phasige Motore
• Watchdog
• 3x Serielle Schnittstelle
• 3x 16-Kanal A/D Wandler
• Integrierter Spannungsregler um den Chip direkt mit 5V betreiben zu können

Das Datenblatt gibt an das die CPU speziell für die Entwicklung für in C geschriebenen Programmen konzipiert ist. Hier das Pinout, welches beim messen durchaus wertvolle Dienste leisten kann:

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Wichtig auch zu wissen mit welchen Spannungspegel der Chip I/O Ports treibt bzw. verarbeitet. Das kann in komplexen Umgebungen durchaus unterschiedlich sein. Der Chip bietet hierfür verschiedene Versorgungseingänge, "VDD" => 5V, "VDD2" => 1.8V, "VDD3" => 3.3V. Der interne Spannungsregler erhält über "VDD" dabei die 5V Betriebsspannung und erzeugt die Hilfsspannungen an VDD2 und VDD3 entsprechend:

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35262/

Extern verbleiben die Firmware im Flash-Speicher, sowie Parameter im EEPROM-Speicher. Der Chip steuert also alle wichtigen Aufgaben des Laufwerks sowie dem Bus-Protokoll (ATAPI) zum Host (Mainboard) per Software.

Beim Anschluß eines funktionierenden Laufwerks über einen selbst gebauten Adapter (FFC<->IDE) konnte ich mit dem Softwaretool "VSO Inspector" folgende Daten über das Laufwerk auslesen:

==================================================
VSO Inspector Report
Version: 2.0.2.0
==================================================
Device: [0:0:0 - KENWOOD DVS-7000 SERIES 5.05 [G] (Usb)]

General ------------------------------------------
 Vendor ...........: KENWOOD 
 Model ............: DVS-7000 SERIES 
 Drive Letter .....: G:
 Revision .........: 5.05
 Date .............: 07/26/06
 Buffer Size ......: 256 KB

DVD Features -------------------------------------
 Region Code ......: Keiner
 Region Control ...: RPC II
 User Changes Left : 5
 Vendor Resets Left: 4

Read Features ------------------------------------
 [ ] CD-R
 [ ] CD-RW
 [ ] HD-BURN
 [X] DVD-ROM
 [ ] DVD-R
 [ ] DVD-RW
 [ ] DVD+R
 [ ] DVD+RW
 [ ] DVD-RAM
 [X] Multisession
 [X] Video CD
 [ ] BD-ROM
 [ ] HD DVD-ROM
 [ ] Hybrid

Write Features -----------------------------------
 [ ] CD-R
 [ ] CD-RW
 [ ] HD-BURN
 [ ] DVD-R
 [ ] DVD-RW
 [ ] DVD-RAM
 [ ] DVD+R
 [ ] DVD+RW
 [ ] DVD+R DL
 [ ] DVD-R DL
 [ ] BD-R
 [ ] BD-RE
 [ ] HD DVD-R
 [ ] HD DVD-RW
 [ ] HD DVD-RAM
 [ ] HD DVD-R DL
 [ ] HD DVD-RW DL
 [ ] Buffer Underrun Protection

Das bestätigt also meine Annahme das es sich hierbei um ein Kennwood-Laufwerk handelt. Die Serie lautet DVS-7000, was wohl bedeutet das die Laufwerke mit der Bezeichnung DVS-7* wohl recht ähnlich sein dürften.

Die Angabe "Buffer 256 KB" verdeutlicht das ein CD-Laufwerk einen Zwischenspeicher benötigt da die Daten nicht immer in perfekt gleichmäßiger Geschwindigkeit vom Lesekopf erfasst werden können was bei Audio oder Videowiedergaben zu Jitter führen würde. Hier wird über ein RAM zwischengepuffert und so kann selbst beim umherfahren des Schlittens für einen kontinuierlichen Datenstrom gesorgt werden. Dieses RAM ist das im Mikrocontroller enthaltene (ganz einfach weil auf der Platine kein externer RAM-Chip enthalten ist). Also ist davon auszugehen das der verwendete µC wenigstens soviel RAM integriert hat, eher deutlich mehr (384 KB oder sogar 512 KB) da er für die Ausführung der Firmware auch Arbeitsspeicher für Variablen benötigt.

Auf mehr Details des µC und der Firmware möchte ich hier erstmal nicht eingehen. Nur soviel sei gesagt das es durchaus denkbar wäre das sich Bosch hier ein paar "Spezialitäten" in die Firmware hat einbauen lassen um das Laufwerk an seinem Navigationssystem zu betreiben. Es wäre also beim Einsatz eines Laufwerks aus einem anderen Gerät durchaus einen Versuch wert den Inhalt des Flash-Chips und des EEPROMs zu übertragen, mindestens aber mal diesen zu vergleichen.

Das könnte ein Grund dafür sein das ein Laufwerk aus einem anderen Navi-Typ, selbst wenn das Laufwerk baugleich erscheint, nicht funktioniert.

In einem der mir vorliegenden, defekten Laufwerke habe ich festgestellt das der "AN41204" (2) sehr heiß wird. Dies ist der Motortreiber für den Schrittmotor des Schlittens und könnte auf einen Defekt am Motor hindeuten. Eine gewisse Betriebstemperatur ist jedoch zu erwarten und normal.

Im Kern arbeiten alle CD-Laufwerke nach dem gleichen Prinzip und bestehen aus:

1.) Einem Linearmotor (3-Phasen "BLDC" Motor) mit Tacho ("Hall"-Geber) welcher direkt die Spindel und damit die Disc antreibt und diese auf einer möglichst konstanten Drehzahl hält.

2.) Einem Schlitten, welcher den Abtastkopf trägt und mit einem Schrittmotor vor und zurück, also zur Spindel hin oder weg bewegt wird

3.) Dem Abtastkopf (Pickup) welcher aus einer Laserdiode besteht die im IR-Bereich sendet, einem Prisma oder einem halbdurchlässigen Spiegel der Licht über eine Konvexe Linse gebündelt auf die unterseite der disc leitet und umgekehrt das davon reflektiete auf eine Empfangsmodul. Über eingebaute Elektromagneten (ein sog. "Galvanoantrieb") kann die federnd aufgehangene Linsenoptik minimal sowohl in Richtung Spindel (Tracking) hin/weg bewegt als auch im Disc-Abstand (Focus) also von Disc weg, zur disc hin bewegt werden.

Ich spreche im weiteren von CD, da eine DVD, Blue Ray, etc. nur Varitionen deselben Prinzips sind.

Die CD selbst hat einen Durchmesser von ca. 120 mm und eine Dicke von ca. 1,2 mm und besteht hauptsächlich aus einem lichtdurchlässigen Kunststoff (PC).

Vereinfacht gesprochen sind die Daten auf einer CD in einer langen Datenkette spiralförmig abgelegt. Diese besteht aus sog. 'Pits', mikroskopisch kleinen Vertiefungen welche für eine andere Lichtbrechung der darüberliegenden Reflextionsschicht sorgen. Damit lassen sie sich sehr gut von den sog. 'Lands', also den nicht eingedrückten Bereichen unterscheiden und so die digitalen Zustände 0 und 1 abbildbar machen.

Ein Pit einer CD ist nur ca. 0,5 µm breit, 1-3 µm lang und 0,15 µm tief. Der Abstand zwischen den Datenreihen der Spirale ("Pitch") beträgt ebenfalls nur knapp 1,6 µm. Bei der industriellen Fertigung einer CD werden die Pits auf der Oberseite der CD eingeprägt und diese anschließend mit einer Reflektionsschicht aus Aluminium bedampft. Darauf kommt dann nochmal eine Lackschicht und ggf. Aufdrucke im Siebdruckverfahren. Dadurch ist die Unterseite mit einer vergleichsweise dicken Schicht etwas unempfindlicher. Wer also eine Disc kaputt machen will, kratzt oben und nicht unten...

Um die Pits optimal erkennen zu können ist eine perfekte Fokusierung des Laserstrahls notwendig. Diese geschieht grundsätzlich permanent um leichte Höhenunterschiede durch, z.b. nicht perfekt planare Discs auszugleichen.

Der Laserstrahl ist trotz der Bündelwirkung der Linse nicht superfein wenn er auf die Oberfläche der Disc trifft. Vielmehr sorgt das Kunststoff des Trägermaterials der Disc dafür das der Strahl mit zunehmender Eindringtiefe immer feiner wird, bis er schließlich auf die reflektierende Schicht trifft. Die Disc selbst wirkt also auch als Linse. Das hat den großen Vorteil das Kratzer auf der Oberfläche der Disc quasi "umleuchtet" werden und macht die hochempfindliche Abtastung so ein gutes Stück robust gegen Oberflächenfehler.

(!) Das ist alles sehr einfach und reduziert dargestellt, es geht hier nur darum das Prinzip zu erläutern. In der Realität gab es durchaus zahlreiche Entwicklungen um die Kernfunktionen zu verbessern, wie 3-Strahl Abtastköpfe, usw.

Das Arbeitsprinzip scheint so zu sein:

1. Laserdiode aktivieren und Lichteinfall auf Sensormodul prüfen. Liegt kein Lichteinfall vor ist keine Disc im Laufwerk => ENDE
2. Galvanoantrieb für die Fokussierung hoch/runter ansteuern:
   1. Bei schlechtem Fokus (unscharf) streut das Licht auf die Disc und wird auch gestreut reflektiert, das Ergebnis ist ein geringer Lichteinfall im Sensormodul mit einem schwachen Signalpegel.
   2. Je besser der Fokus, desto mehr Licht gelangt durch die Linse und das Prisma zum Sensor und resultiert in einem hohen Signalpegel.
   3. Das rauf/runterfahren muss einen erkennbaren Effekt auf den Sensor haben, er muss eine Messreihe ausgeben die ein schwaches und starkes Signal enthält. Kommt hier eine Messreihe mit gleichem Ergebnis für jede Fokusposition zurück ist es faul, es kann nicht fokussiert werden => STÖRUNG
   4. Der Fokuspunkt mit dem höchsten resultierenden Signalpegel (bester Wirkungsgrad) wird angefahren und beibehalten
3. Die Spindel wird auf langsame Startdrehzahl hochgefahren. Liefert der Hall-Sensor keine Rückmeldung über die Rotation, oder entspricht die Hallgeber-Frequenz nicht gewünschten Drehzahl, bzw. schwankt diese zu stark, stimmt was nicht (Spindelmotor defekt, Spindel blockiert, CD zu schwer oder unwuchtig) => STÖRUNG
4. Der Schlitten wird ganz nach innen zur Spindel gefahren und dann solange wieder zurück bis eine Reflektion am Laser erkannt wird, dann ist der Anfang der CD gefunden. Klappt das nicht weil sich kein Übergang von nicht-Reflektion (Kopf außerhalb der CD) und Reflektion (Kopf am äußeren Rand der CD) ergibt, stimmt was nicht => STÖRUNG
5. Nun wird der Datenanfang der CD gesucht, dazu wird sowohl das Tracking (seitliche Kopfbewegung über Galvanoantrieb) als auch der Schlittenmotor betätigt. Das Tracking dient dabei dazu die Spiralform der Datenkette nachzufahren, dafür ist die Genauigkeit und Geschwindigkeit des Schrittmotors zu gering. Beim Tracking wird ebenfalls die Fokussierung geprüft, wird das Signal zu schwach bewegt sich die Datenkette aufgrund der Rotation der Scheibe zu weit nach innen, das Tracking fährt den Kopf also geringfügig nach. Die seitliche Spurführung hat mechanische Grenzen bei der dann der Schrittmotor quasi grob den nächsten Schritt macht.

In der Innenseite der Disc, also nahe dem Loch, ist die Datenmenge am geringsten, diese nimmt mit zunehmender Entfernung zu da der Radius der Disc nach außen größer wird. Bleibt die Rotationsgeschwindigkeit gleich, ändert sich der Datenfluss. Da ganz außen ein vielfaches der Datenmenge auf eine Spur passt als ganz innen ist somit die Datenflußgeschwindigkeit innen am geringsten und außen am größten. Da die Pits und Lands überall gleich groß sind kompensiert das Laufwerk diesen Umstand durch eine variable Drehzahl der Spindel. Das hört man auch beim Zugriff auf CDs das diese in unterschiedlichen Geschwindigkeiten laufen, je näher der Kopf zum Mittelpunkt fährt desto langsamer dreht die Disc, je weiter nach außen um so schneller. Die Drehzahl liegt hier in einem Bereich von 200 - 500 U/min.

Nach so viel Theorie wollen wir mal ans Messen gehen. Das erste was man aus Erfahrung immer macht ist die Überprüfung der Spannungsversorgungen. Hier liegen gut 90% der Quellen eines technischen Versagens. Die vom Mainboard herangeführten Spannungen sind klar und hier gibt es nur eine +5V Versorgung. Damit werden sowohl Elektronik als auch die Motore angesteuert.

Pin 1-4 vom Flachbandkabel führt +5V für die Motore.

Pin 5-8 ist GND

Pin 9-10 liefert +5V für die Elektronik.

Auf der Oberseite der Platine findet man zahlreiche, gut beschriftete Messpunkte.

(1) "D5V" => Hier liegen direkt die über das FFC Versorgungskabel (Pin 9 und 10) kommende +5V Versorgungsspannung an

(2), (5) P5V => +5V für die Motore (von Pin 1-4 des FFC kommend)

(3), (4) PGND => GND (von Pin 5-8 des FFC kommend)

"D3.3" => 3,3 V vermutlich für den Logik-Pegel der Chips

"A3.3" => 3,3V vermutlich für einen möglichen Analog-Teil. Das Laufwerk selbst hat ja einen analogen Stereo Audio Ausgang

"DRAM1.5V" => 1,5V vermutlich für das interne DRAM des Mikrocontrollers (FIFO-Buffer um Jitter im Audio, verursacht durch Gleichlaufschwankungen des Spindelmotors zu vermeiden)

"DRV1.65" => Genau 1,65V (möglicherweise für den Spindelmotor?)

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35253/

1,5V Spannungsregler

Die 1,5V liefert ein LDO auf der Unterseite der Platine:

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Er wird über einen 3,6 Ohm Vorwiderstand (nahe Eingangspin 1) und einem EMI-Filter (links neben dem Glättkondensator) direkt aus den +5V der Versorgungsspannung D5V gespeist. Die Ausgangsspannung ist laut Datenblatt 1,5V, laut Messgerät sogar ca. 1,7V.

3,3V Spannungsregler

Die 3,3V kommen von einem LDO Regler und werden aus den D5V erzeugt:

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35271/

Am Ausgang sind 3,3V zu messen. Dieser ist direkt mit dem Messpunkt "D3.3" auf der Platinenoberseite verbunden.

Da es nun ans "Eingemachte" geht muss ich auch noch etwas tiefer bohren was die genaue Funktion des Laufwerks angeht, nur so lassen sich die Messergebnisse später auch deuten und verstehen.

Focus

Es ist logisch das der Laserstrahl möglichst scharf gebündelt auf den Pits und Lands ankommen soll, damit dieser optimal reflektiert wird und die Sensoren den Unterschied bestmöglich erkennen können. Die Höhe der Linse und damit den Fokuspunkt wird ja über den Galvanostatantrieb gesteuert. Aber wie erkennt nun die Elektronik ob es scharf oder unscharf ist?

Hier bedient man sich eines optischen Effekts indem der Laserstrahl durch eine sog. "astigmatische Linse" geführt wird. Diese bündelt das Licht, aber der zylinderförmige Teil in der Mitte der Linse sorgt dafür das nur wenn der Reflektionspunkt des Strahls scharf ist, das reflektierte Licht auf dem Sensor kreisförmig ankommt. Ist der Fokuspunkt verschoben (unscharf) bildet sich in der Reflektion eine elliptische Form, also ein stark gequetschter Kreis.

Der Sensor besteht aus 4 Fotodioden (A-D), hier mal schematisch dargestellt:

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In Szenario 1) ist nur das Empfangs-Array zu sehen. Von jeder Fotodiode wird der Lichteinfall separat über einen der A/D-Wandler vom µC gemessen. Es gibt also zu jedem Sensor einen Messwert welcher der Menge des einfallenden Laserlichts entspricht.

In 2) ist ein perfekt fokussierter Laserstrahl auf dem Array abgebildet. Der Lichtpunkt ist kreisförmig und verteilt sich somit gleichmäßig über alle 4 Empfangsdioden, was vier gleiche Messwerte für die Steuerung zur Folge hat. Die Linse befindet sich hier also in perfektem Abstand zur Disc.

Abbildung 3) zeigt den Zustand wenn die Linse zu weit von der Disc entfernt ist. Der aufgrund der Linsenform sich bildende Lichtpunkt verteilt sich nun ungleichmäßig über die Sensoren. B und D erhalten dabei die größte Lichtmenge, A und C deutlich weniger. Somit weis die Steuerung das sich die Linse zu weit von der Disc entfernt befindet und kann über den Galvanostat nachsteuern und diese anheben bis Zustand 2) wieder erreicht ist.

Die 4) zeigt das gleiche wie 3) und in umgekehrter Richtung. Hier ist die Linse zu nah an der Disc, was dann die größte Lichtmenge in A und C zur Folge hat.

Die Elektronik weis also zu jedem Zeitpunkt ob sich der Lasterstrahl perfekt fokussiert oder nicht und in welche Richtung gegen zu steuern ist. Dieses Ergebnis wird permanent in Form eines "Focus Error" Signals ausgegeben. Dieses wird mathematisch aus der Differenz der Summe der diagonalen Sensoren gebildet:

FE = (A + C) - (B + D)

Heißt vereinfacht ausgedrückt das im Falle eines optimal eingestellten Fokus das FE-Signal einen 0-Pegel aufweist, da auf allen Sensoren dieselbe Lichtmenge einwirkt. Ist der Abstand zur Disc zu gering verringert sich der Pegel, ist er zu gering, erhöht er sich. Heraus kommt eine typische "S-Kurve":

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FE = Focus Error Pegel

Z = Entfernung Linse/Disc

Diese S-Kurve misst die Elektronik nach dem einlegen einer Disc und vor dem starten des Spindelmotors ein indem sie die Linse in beide Endpositionen fährt. Das interessante an diesem Verfahren ist, das sich damit auch mehrlagige Discs wie die DVD eine ist, erkennen lassen, also die Anzahl sowie die Position der Lagen. Denn wann immer ein solcher 0-Durchgang erkannt wird, ist dies das Fokuszentrum der Lage. Zum physikalischen Aufbau einer DVD kann man an anderer Stelle nochmal gesondert drauf eingehen.

Für unsere Fehlersuche ist es wichtig dieses Prinzip zu kennen und zu wissen wo man den FE messen kann und wie er sich verhalten muss. Sollte die Elektronik nicht in der Lage sein auf den 0-Durchgang einzuregeln liegt ein Defekt vor. Entweder ist der Antrieb der Linse nicht in Ordnung (Treiber/Galvanostat) oder es liegt sonst ein mechanisches Problem vor. Auch eine verschmutzte Linse wird dieses Problem erzeugen (die Brillenträger unter uns kennen das ;-).

Tracking

Das Tracking ist sehr gut vergleichbar mit dem Spurhalte-Assistenten im Fahrzeug. Es versucht den Abtastpunkt des Laserstrahls optimal in der Mitte der "Spur" zu halten.

Hier unterscheiden sich die für DVD und CD eingesetzten Techniken in der Tat und ich möchte kurz die Funktion bei CD-ROM erklären: Hier CD kommen für die Spurhaltung zwei zusätzliche Laserstrahlen und Sensoren zum Einsatz, welche leicht links und rechts neben den Abtaststrahl gerichtet sind. Aufgrund des Abstands der "Rillen" untereinander müssen diese im Normalbetrieb immer auf eine voll reflektierende Fläche treffen. Ist dies nicht mehr der Fall weil das Tracking zu weit nach links oder rechts rutscht, erkennen diese Hilfsstrahlen die Pits der jeweils vorherigen oder nachfolgenden Spur. Nun kann die Elektronik gegenregeln.

Bei der DVD werden nur die vier inneren Sensoren, wie sie auch für die permanente Fokusbestimmung verwendet werden, genutzt. Ein Trackingfehler wird hier über verschiedene Verfahren errechnet. Das DPP (Differential-Push-Pull) schaut sich dabei den Unterschiedlichen Empfangspegel der linken und rechten Sensorhälfte an. Sind beide Hälften gleich stark ausgeleuchtet befindet sich der Strahl perfekt in der Mitte der Spur. Hat eine Hälfte mehr Licht als die andere befindet sich der Abtaststrahl leicht neben der Spur. Das funktioniert sogar bei schlecht eingestelltem Fokus und selbst bei Discs die keine Daten enthalten. Die Formel dazu lautet:

DPP = (A+ D) - (B + C)

Die andere Methode nennt sich DPD (Differentrial-Phase-Detect) und basiert auf dem Prinzip das bei vorbeilaufenden Daten (Pits) im Vergleich der Sensoren A+C sowie B+D die Signale exakt zur selben Zeit entstehen (Phasengleich). Liegt der Abtaststrahl etwas neben der Spur wird ein Teil des Lichts schräg reflektiert was dafür sorgt das ein Pit/Land zwar von beiden Hälften erkannt wird, aber es einen minimalen zeitlichen Versatz gibt. Für diese Technik muss die CD jedoch Daten enthalten, wovon in der Regel aber auch auszugehen ist. Auch wenn der Aufwand dieser Methode komplexer erscheint als im DPP Verfahren sind die Ergebnisse deutlich besser, wodurch es sich zur bevorzugten Methode des Trackings etabliert hat.

Der Tracking-Fehler wird ebenfalls immer als Signal ausgeführt, dieses nennt sich dann "TE" (Tracking Error). Wie beim FE gibt es die Abweichung zur Mitte an. Es gibt also einen 0-Pegel und abweichend davon einen negativen bzw. positiven Ausschlag. Auch hier gilt das Signal geeignet zu überprüfen um Fehler in der Ansteuerung (Treiber), in den Aktoren (Galvanostat), Sensoren (Positionserfassung) oder Mechanik (Linse, Führung) ermitteln zu können. Ein schlechtes Tracking kann sich z.B. durch ständiges wiederholen einer Leseanforderung desselben Bereichs (Datei) bemerkbar machen.

Für die Kennwood-Serie konnte ich bislang noch immer kein Service Manual finden. Nach intensiver Recherche habe ich aber herausgefunden das das LG-Laufwerk GDR-8162B ziemlich genau denselben Chipsatz verwendet und es dafür ein sehr gutes Service Manual gibt. Damit können wir in jedem Fall starten, auch wenn das Laufwerk mechanisch etwas anders konstruiert ist.

Im Manual heißt es:

Focus Error Signal –> (a+c) - (b+d). This signal is generated in RF AMP IC (IC101) and controls the pick-up’s up and down to focus on DVD Disc.

Tracking Error Signal (DPD Method) –> Differential phase of A and B + Differential phase of C and D. This signal is generated in RF AMP IC (IC101) and controls the pick-up’s left and right shift to find the track on DVD Disc.

RF Signal –> (a+b+c+d). This signal is converted to DATA signal in DSP IC (IC201).

Für die nachfolgenden Messungen mache ich erstmal einen Versuchsaufbau ohne Anschluß an irgendein Gerät.

Benötigt wird eine 5V Spannungsquelle (mind. 1 A). Ideal ist ein Labornetzteil mit einstellbarer Stromanzeige und vor allem Strombegrenzung/Sicherheitsabschaltung.

Die Versorgungsspannungen für den Digital-Bereich und den Power-Bereich (Motore, Laser) sind auf der Platine komplett getrennt ausgeführt. Das ist von daher gut, das man sie unabhängig voneinander testen kann.

Hier im Bild findet man die Punkte an denen man +5V und GND für den jeweiligen Bereich anlegen muss:

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35266/

Ich starte indem ich beide Eingänge versorge. Der Startablauf bei einem intakten Laufwerk ohne eingelegte DVD ist dann folgender:

1. Die Elektronik wird initialisiert (z.B. starten der Firmware aus dem Flash, lesen der Daten aus dem EEPROM, Kommunikation mit den Peripheriebausteinen aufbauen, etc.)
2. Disc-Erkennung ("Disc search"). Die Linse wird kurz nach unten und nach oben bewegt.
3. Der Schlitten wird zum Anfang der Disc ganz nach innen in Richtung Spindel gefahren ("Pickup slide to TOC area")
4. Der Auswurfmotor wird betätigt
5. Power-Safe modus wird eingenommen

Ich habe die Stromaufnahme währenddessen mit einem Tischmultimeter aufgezeichnet und man erkennt diese Phasen darin:

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35268/

Der Ruhestrom beträgt ca. 210 mA.

Diesen Zyklus muss ein intaktes Laufwerk durchfahren. Leider hat dieses Laufwerk keine LED zur Betriebsanzeige. Es gibt auf dem Board einen TP mit der Beschriftung "CD ON", das könnte evtl. etwas ähnliches sein. In einem Laufwerk mit LED würde die vollständig durchfahrene Initialisierung angezeigt werden. So, ohne, tappt man zunächst etwas im dunklen.

So, ich habe nun die funktionierende Platine gegen eine nicht funktionierende getauscht.

Die Stromaufnahme steigt auch hier am Anfang kurz auf 230 mA um dann auf ca. 200 mA zu verbleiben. Am Laufwerk selbst tut sich rein garnichts, keine Linsenbewegung, keine Schlittenbewegung, kein Auswurfmotor. Lasse ich die P5V weg, also ohne Stromversorgung für die Motore, ergibt sich exakt das gleiche Bild. Es liegt also nahe das es ein Problem im Leistungsteil geben könnte.

Die Spannungsregler für die Betriebsspannungen 1,5V und 3,3V funktionieren einwandfrei. Die Stromaufnahme zeigt das zumindest die Elektronik durchaus arbeitet.

Der Oszillator schwingt auf der notwendigen Frequenz von 16,9344 MHz:

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35272/  mk4-forum.denkdose.de/attachment/35274/

Dann nehme ich mir als nächstes den Motor-Treiber IC301 (AN41204A) vor.

Dieser steuert die Motore, u.a. den Schlitten der sich nach dem einschalten ja in die TOC-Position bewegen müsste.

Der Schlittenmotor ist ein Schrittmotor und verfügt über 4 Anschlüsse für seine zwei Spulen "A+" und "A-" sowie "B+" und "B-":

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35275/

Diese Pins (Hi-Side) kommen direkt vom Motortreiber IC301:

A+ => FO4 (44)

A- => R04 (45)

B+ => FO5 (47)

B- => RO5 (48)

Die jeweiligen Ansteuerungen sind:

CH4 => IN4 (7) treibt A(+-)

CH5 => IN5 (6) treibt B(+-)

Die Eingangssignale sind auf Testpunkte auf der Platinenoberseite geführt und kommen direkt vom µC:

"SLD1" = IN4 = DRV4 (58) von IC201

"SLD2" = IN5 = DRV4 (59) von IC201

Schaut man sich auf dem funktionierenden Board diese Testpunkte parallel auf dem Oszi an, schaut das so aus:

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35276/  mk4-forum.denkdose.de/attachment/35277/

Man erkennt wie ein phasenverschobenes, trapezförmiges Signal für die beiden Wicklungen bereitgestellt wird, folglich müsste ein angeschlossener Motor sich bewegen. Auf dem defekten Board erkennt man dasselbe Signal, der Eingang ist hier also wohl in Ordnung.

Schaue ich mir die Ausgangsseite (Power-Stufe) des IC301 an, erkenne ich beim intakten Board einen entsprechenden Pegel:

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35278/

(Gelb = Eingangssignal, Rosa = Ausgangsstufe)

Auf dem defekten Board allerdings kommt nichts am Ausgang:

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35279/

Das Bild ist für alle 4 Ausgänge gleich, Flatline.

Nun überprüfe ich die Eingangsbedingungen. Es gibt einen MUTE welcher alle Motore ausschaltet. Dieses Signal liegt beim IC301 auf Pin 18 und nennt sich "STBY". Es wird über einen Transistor vom IC201 (DRV7, Pin 62) geschaltet und ist am Testpunkt "DRMU" (Drive-Mute) auf der Platinenoberseite abgreifbar. Der Signalverlauf sieht bei intaktem und bei dem defekten Board so aus:

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35280/

Also die grundsätzliche Ansteuerung in Ordnung.

Dann schaue ich noch nach den Stromversorgungen. Der AN41204A besitzt für jede Treiberstufe einen eigenen Eingang. Für die Schrittmotor-Stufe des Schlittens ist das VMST auf Pin 43. Hier kommen saubere 5V von P5V an.

Somit glaube ich das der Motor-IC defekt ist.

Diesen habe ich dann entlötet:

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35281/

und durch den vom intakten Board ersetzt. Motore und Pickup angeschlossen, Spannung drauf und

TATAAAA das Laufwerk läuft wieder und spielt DVDs ab!

Ersatzteil ist bestellt, gibts in China (klar) und mit etwas Glück beim Elektronikverwerter. Habe welche für knapp 10€ das Stück bekommen, gebraucht, was ok ist. Größere Mengen würde ich in China ordern, da kosten sie rund 5€ / Stk. neu. Dafür wartet man halt ein paar Wochen.

Ok, nachdem ich den ersten von drei Patienten wieder heilen konnte, gleich auf zum nächsten Problemfall!

Ich habe hier noch ein Laufwerk liegen welches nach dem aktivieren merkwürdigt rattert. Für den Versuchsaufbau im gezeigten Video wird das Laufwerk nur mit +5V Versorgungsspannung angesteuert, es besteht keine Verbindung zum Mainboard. Auch habe ich den Pickup (Laser, Linsen-Galvanostat) von der Platine getrennt, sowie die defekte Platine in ein zuvor geprüftes Laufwerkschassis eingebaut. Es ist also wirklich nur die Ansteuerung für den Schlittenmotor im Spiel:

Normalerweise fährt der Kopfschlitten nach dem einschalten in Richtung TOC-Area (Mitte). Dort müsste er dann wieder ca. 3 mm in die andere Richtung zurück fahren um an den Anfang der Disc zu kommen. Stattdessen bewegt sich der Schlitten ab und zu mal ein paar mm (im Video leider nicht zu sehen), meist rüttelt er aber nur hin und her, so als würde er mechanisch blockieren, bzw. wäre ein Zahn des Umlenkgetriebes am Motor defekt. Da ich aber eine zuvor geprüfte Mechanik nutze kann ich mechanische Probleme ausschließen.

Jetzt kommt es auch darauf dran wie die Firmware im µC erkennt wann der Schlitten ganz nach innen gefahren wurde und ob dieser Zustand überwacht wird. Ich habe dazu folgende Theorie:

Initialisierungsroutine für den Kopfschlitten

Wie im Oszillogramm der Steuersignale (abgreifbar an den Messpunkten "SLD1" und "SLD2") für den Schrittmotor schon zu erkennen war, legt die Firmware für ca. 1,5 Sekunden einen "Marschbefehl zur Mitte" an:

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35282/

Am Ende der Signalreihe für die Bewegung nach innen, erkennt man in der Vergrößerung eine Phasenumkehr der beiden Schrittmotorsignale, was eine kurze Bewegung zurück nach außen zur Folge hat:

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35284/

Die Idee dieser Bewegung ist es den Schlitten mit dem Pickup in eine definierte Ausgangssituation zu fahren, dort wo die Disc "beginnt". Diesen Bereich nennt man die TOC-Area (TOC = Table-Of-Contents = Inhaltstabelle).

Die obige Sequenz wurde ohne angeschlossene Motore aufgezeichnet und stellt so eine Art "Fallback" default dar. Sie wird also ohne weitere Konditionen genau so ausgegeben. Schließt man hingegen nur den Schrittmotor des Schlittens an, so wird dies in eine Bewegung umgesetzt. Da die Firmware des Laufwerks jedoch nicht erkennen kann wann der Schlitten in der Zielposition angekommen ist, kommt es zu einer mechanischen Blockade am Endanschlag des Schlittens. Hier greift dann die Rutschkupplung mit der der Schlitten auf der Spiralwelle aufgesetzt ist. Ich habe für Euch mal den Schlitten zerlegt um das zu zeigen:

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35301/ => ohne Blechdeckel =>mk4-forum.denkdose.de/attachment/35299/

Rutschkupplung im Detail:

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35300/

Blockiert also nun der Schlitten am mechanischen Anschlag und der Schrittmotor dreht aufgrund eines fehlenden Endanschlagsignals weiter und das Drehmoment wird größer als die Federspannung auf die Rutschkupplung, so gibt diese nach und die Spirale rutscht durch. Das hört man auch:

Die korrekte Endposition erkennt die Firmware an einem kleinen Endtaster der mechanisch und elektrisch am Spindelmotor befestigt ist:

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35302/

Der Kopfschlitten fährt zunächst solange in Richtung Spindel (Mitte), bis der Endtaster voll durchgedrückt ist und die Bewegung stoppt:

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35304/

Danach fährt er sofort in die andere Richtung bis der Taster gerade nicht mehr betätigt ist. Damit hat der den Pickup auf die TOC-Area positioniert:

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35303/

In diesem Fall (Normalzustand) gibt es auch keine ratternden Geräusche:

Selbst wenn sich der Schlitten beim einschalten bereits in der TOC-Area befindet, wird diese kleine Bewegung durchgeführt:

Zurück zum "ratternden" Schlitten.

Das Problem entsteht definitiv in der Elektronik, da ein Wechsel der Mechanik selbiges mit sich zog. Es könnte also mal wieder am Motor-Treiber IC liegen. Das schaue ich mir daher als erstes genauer an.

Die obige Ansteuerung habe ich auch auf der defekten Platine, die µC-Seite scheint also auch hier in Ordnung zu sein:

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Am Power-Ausgang des Motor-ICs sehe ich ebenfalls erwartete Signale (hier gemessen an A+ und B+):

mk4-forum.denkdose.de/attachment/35286/

Wenn also ausgangsseitig alles gut ausschaut, im Ergebnis aber keine Bewegung sondern ein rattern herauskommt, dann frage ich mich gerade wo das Problem liegen könnte? Es wäre natürlich eine Maßnahme auf bloßem Verdacht hin auch hier das Motor-IC auszuwechseln. Was könnte da kaputt gehen? Evtl. kann eine der beiden Leistungsstufen nicht mehr genug Strom liefern, oder sonst etwas ist in der Regelung defekt.

Das will ich natürlich genau wissen, daher kommt ein IC-Tausch für mich erstmal noch nicht in Frage.

Die eingangsseitigen 5V an VMST kann ich messen, ebenso die 1,65V an VREF. Das STBY-Signal (gespeist durch DRMU) ist auch ok und entspricht meinen zuvor gemachten Messungen. Weitere Bauteile sind hier nicht im Spiel, die Ansteuerung erfolgt unmittelbar durch Pins vom µC und die Power-Ausgänge gegen direkt an den Motor.

Das Rattern selbst ist vom Klang her dasselbe, was bei einem intakten Laufwerk zu hören ist, wenn der Schlitten am Endanschlag (Laufwerksmitte) angekommen ist. Dieses kann meiner Meinung nach nur entstehen weil der Strom durch die Spulen zu hoch wird, der Motor-IC dies erkennt und den Ausgang abschaltet. Kurz darauf wird er wieder aktiviert. Das Ergebnis ist ein schnarren im Takt der Abschaltung. Da es keine externe Programmierung oder Beschaltung bezüglich des Abschaltstromes gibt, kann es sich eigentlich nur um einen Fehler im IC handeln.

Der Drive-Output-Current für CH4+5 liegt übrigends bei max. 1A (!) das ist schon ganz schön ordentlich für so einen Mini-Schrittmotor.

UPDATE: Laufwerk gerettet!

Es war doch der Motor-Treiber IC. Eine Phase ging nicht sauber durch, daher das rattern. Nun schnurrt es wieder wie ein Kätzchen:

Und hier noch ein Mini wie man eine Disc aus dem Laufwerk bekommt ohne Gewalt anzuwenden:

Auf der Platinenoberseite befinden sich ganz oben, außen zwei Testpunkte "+LOAD" und "-LOAD". Diese sind direkt mit dem Lademotor verbunden und können gefahrlos im abgesteckten Zustand des Laufwerks mit 5V belegt werden. Je nach Polarität zieht der Motor die Disc ein oder wirft diese aus.