时代洪流下的牺牲品~三菱LS120 SuperDisk软盘驱动器拆解/探寻光伺服寻道技术

梅贻琦

关于这个帖子，是发在拆机乐园还是硬件博物馆更好这个问题，确实斟酌了很久。但在我看来，硬件博物馆里的硬件，应该符合“老而罕有”这两个要素，而今天拆解的这款硬件，恰恰符合这两个要素——足够老，也足够罕有。



一.介绍

这次拆解的主角，是一台三菱的LS120 Superdisk软盘驱动器。LS120，是3M、Compaq、松下、三菱和日立等六家公司，在1996年推出的一种容量为120MB的软盘驱动器。

可能很多人会说了，普通的3.5寸软盘难道不是1.44MB嘛，怎么变成120MB了？

确实——但这LS120可不普通。

LS-120磁盘，与传统软盘一样，仍采用传统的磁记录存储方式，但其磁头定位，却采用了一个黑科技——光学定位激光伺服技术。该驱动器每条磁道的扇区数不再相同，由于磁头灵敏度的提高，扇区划分可以不再迁就读写头，越外围的磁道，可划分更多的扇区。LS-120的最内圈磁道有51个扇区，而最外围的磁道高达92个扇区。

LS-120磁盘上的每个磁道之间，有一宽度为4.57μm的伺服参考光道，LS-120软盘驱动器就利用伺服参考光道反射回来的光束，能立即定位到磁头在软盘片上的确切位置。LS-120软盘驱动器的平均寻道时间为65ms，盘片转速为720转/分。由于采用了光学定位激光伺服技术，LS-120软盘驱动器具有很高的可靠性和稳定性。

LS-120软盘驱动器的读写磁头，设有两个铁芯磁头，一个用于读写120MB的LS-120软盘，另一个用于读写1.44MB和720kB的标准普通软盘。而且LS-120软盘驱动器从外形尺寸到操作命令都与1.44MB的标准软驱完全相同，DOS及Windows等操作系统，会自动将LS-120软盘驱动器识别为A驱。甚至这种软驱还有一种黑科技，运用光学辅助伺服，可以把普通的1.44MB软盘格式化成32MB的软盘，让一张盘容量翻N倍，在那个时代看来妥妥的黑科技。



LS120使用的特殊软盘，日立麦克赛尔生产，与传统的1.44MB软盘，在外观上有所区别。


搭载LS120驱动器的Thinkpad 600Z笔记本电脑，在当年妥妥的神机，普通人高攀不起的玩意儿。

新的问题又来了，为什么这东西这么好用，却没有得到大规模推广呢？

答案还真不怪这东西。

LS120出道的时候，CD已经得到普及，一张CD-ROM可以存储700MB的容量，而哪怕是使用专用的LS120磁盘，最高容量也才120MB，因此随着光盘的普及和固态存储的性价比提升，LS120就随着ZIP，JAZ，磁光盘等软盘替代品一起，被历史洪流所渐渐遗忘。

时至今日，LS120驱动器依旧非常少见，全网找不到几台，哪怕是万能的闲鱼，好不容易找到一两台，价格也是令人望而却步，某种程度上也说明了这种驱动器格式的罕有及市场层面的失败。


二.我与这台驱动器的渊源

上周末，一个机缘巧合之下，我在逛旧货市场时发现了一台安捷伦的示波器，虽然外壳已经破烂不堪，但卖家就地拆开以后，我在其内看到了这个LS120驱动器。软驱的外观，上面醒目的激光警示标识，它显得那样特殊。虽然当时的我不知道这是什么硬件，但好奇心还是战胜了钱包，以20元把它带回了家。

通过谷歌查阅它的型号后，才了解到上述这种特殊的格式——LS120。以及神秘而独特的光学辅助伺服技术。遂大手一挥，开拆！亲手剥离附在它上面那层久远而神秘的面纱，看看当年的黑科技究竟如何。


三.拆机


有请主角登场


软驱正面，巨大的标签几乎占据了整个上盖


侧面，和普通笔记本光驱一样的厚度


前脸，与普通软驱一样，是插软盘的舱门，不过与普通软驱有所不同的是，LS120并非采用机械式弹出，而是内置了一个弹出软盘的电机，出盘则通过电子按键完成，有点像磁光盘。


软驱底部，巨大的主板映入眼帘，白色的贴纸下隐藏的是带动盘片旋转的无刷电机，银色的盖板可以单独打开，便于维修内部组件


与传统软驱外观上最大的不同——接口，有别于传统笔记本软驱采用的排线，这东西采用了和笔记本光驱类似的ide接口


标签特写，软驱为三菱电机生产，泰国制造，激光警示标签的意思是“内有1类激光辐射，小朋友不要打开用肉眼看”



受刑者和刑具的合影


拧下一颗螺丝，分离上盖


自己的小比例车模也派上用场——这乌尼莫克的车斗刚好用来装螺丝



开盖，与传统软驱差不多的结构，只不过左下角多了一个弹出软盘的电机


先拆出仓电机



出仓电机特写，电机是普通的直流有刷电机，不过很小。电机与齿轮组做在了一起，通过排线与主板连接



随着电机的取出，控制盘片仓升降的齿轮和小连杆也脱离了主体


舱门也取下来了


插入盘片时打开盘片上保护小门的机构



拆解磁头寻道电机，为保证寻道速度和精确性，LS120没有采用传统软驱惯用的步进电机，而是直接采用和ZIP类似的直线电机。可以把它理解成一个小型的磁悬浮列车，工作时固定在磁头上的线圈通电，与永磁体相吸相斥，从而把磁力转变成机械运动。



永磁体特写，这是直线电机的定子部分


取下盘仓，盘仓分为两部分，可在出仓电机驱动下升降


上半部分特写


下半部分特写


取下盘仓后的软驱，可以看到主轴电机和磁头运动线圈


磨刀霍霍向磁头


支撑磁头模组运动的金属杆和金属杆固定片


断开磁头模组与主板通信的三条排线，便可取下磁头模组


磁头模组特写


磁头模组另一面特写，主要是光学伺服的电路



上下磁头特写，每一面都有两个磁头(黑色条点)


上下磁头合在一起时的特写


重磅的来了——光学伺服部分的特写，激光二极管和激光感测器都装在磁头模组下方，激光发射到盘片的特殊区域后反射回来，通过计算激光发射到反射的时间差，即可推算磁头相对于磁道的位置。同理也可精准定位磁头，让磁头去该去的磁道读取数据。



磁头直线电机特写，“磁悬浮列车和轨道”


磁头组件合影


拆掉磁头后的软驱，还剩主板和主轴电机



用来侦测盘片写保护的微动开关，以及出仓按钮


一个霍尔元件，个人推测是检测盘片是否插入到位用的


撕掉软驱背面的白色贴纸，露出了主轴电机的定子线圈


拧下四颗螺丝，分离主板，主板正面特写


主板背面特写，PCB是三菱电机自产


富士通的主控芯片


三菱自家的磁头信号处理芯片


NEC的电机驱动芯片


富士通的缓存芯片


拆的差不多了，拧下固定软驱底部盖板的螺丝，原来对应的是磁头组件的位置，应该是便于生产时调整激光伺服光路及检测磁头寻道用



盖板特写，磁头运动对应位置有黑胶


分离主轴电机定子


定子线圈特写，柱状布局，很好看


转子部分也被我敲下来了


支撑转子的滚珠轴承特写，注意检测主轴电机转速的霍尔元件


霍尔元件也可以取下来


拆完以后的大合影




特写——光，电，磁一体化的集大成之作



番外：光伺服寻道系统原理探究

为了一探到底LS120的独门秘术——光伺服寻道技术，我对那个特殊的磁头，又进行了一番拆解。


激光发射/感测模块特写，二者合二为一


光电信号放大芯片/可调电位器特写，用于放大激光感测器送来的微弱电信号


整个光伺服系统的“大脑”——姑且叫它伺服控制芯片吧


上下磁头特写


每一组磁头里，又可分为两个不同的小磁头，一个负责对付1.44MB普通软盘，另一个专为LS120专用软盘服务，各司其职


为了帮助大家理解，我还画了一个简图，展示整个光伺服系统的工作原理


原理图2.0——真实部件辅助展示版


(完)

邪恶海盗

围观一下,没见过这玩意...


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yunzhang

我买过这东西用，但是盘片很贵！

xjmar

这个比1.44M的软驱复杂多了。

solarshen666

各个年代有各个年代的黑科技，不知道百年以后的黑科技是什么

wqwq212

维修过的吧，怎么还会有飞线。

kpj001

同期还有 ZIP MO 等，都输给了CD-R，毕竟耗材便宜

情临天下

确实够古老的存储设备，好像在以前的苹果机上看到过120M的磁盘

zhkrid

当年确实是高科技

tjzbf

见过，用不起

dee465470374

听都没听过这玩意

shiyutong

那个时候就有这么好的制作工艺，真的是了不起，我那会儿做的电路板还都是插件的。

zzchao1975

没见过当时的黑科技

aping365

我还有一个原包装的LS-120

fjt41

这是发现了激光的强大功能，结果只是用来寻道辅助磁头，有点点错科技树的感觉

dianziguan

软磁盘最大的问题是寿命短，落上点灰尘转一圈就报废了。被淘汰很正常。

xw801

shiyutong 发表于 2023-12-5 12:03
那个时候就有这么好的制作工艺，真的是了不起，我那会儿做的电路板还都是插件的。 ...

当年日本的半导体芯片的技术比美国还牛。

玛德陛下

旧货市场还能淘到如此宝贝，真是难得

haha20152016

还真没见过这个东西

pbfrank

当年也只在杂志上看过介绍，毕竟这货出来得有点晚了，没几年就到光盘刻录机横行了，而且价格实在是普通人无法承受的，当然，zip也一样。便宜才是王道吧！其实最主要的是U盘，那时虽然贵，但它真的方便好用啊！超级软驱也好，Zip软驱也好，真正取代它们的，还是U盘啊