專利名稱：具有二進(jìn)制調(diào)制的通道的定時(shí)恢復(fù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在光學(xué)系統(tǒng)的鎖相環(huán)路(PLL)中提供可靠相位誤差信號(hào)的方法，所述光學(xué)系統(tǒng)適用于從光盤讀取數(shù)據(jù)。
光盤是以數(shù)字形式保存信息并且通過激光來寫入和讀取的電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。這些盤包括各種CD、DVD和BD的變體。數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在所謂的凹坑與脊(ROM盤)和標(biāo)記與間隔(可重寫盤)中，所述的凹坑與脊和標(biāo)記與間隔通過光學(xué)系統(tǒng)中的激光進(jìn)行讀取并且數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。
用于讀取DVD盤的光學(xué)系統(tǒng)中的激光束的波長(zhǎng)比用于標(biāo)準(zhǔn)CD的激光波長(zhǎng)短。DVD盤是以更窄和小的凹坑產(chǎn)生的，因此允許較大的存儲(chǔ)容量，存儲(chǔ)容量自然也是重點(diǎn)考慮的話題。
在光盤系統(tǒng)中，已知使用鎖相環(huán)(PLL)，其中通過將實(shí)際的零交叉與產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)的零交叉進(jìn)行比較來產(chǎn)生誤差信號(hào)。如果給定光學(xué)系統(tǒng)的激光波長(zhǎng)為λ激光，數(shù)值孔徑為NA，則調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)的截止波長(zhǎng)由λ0＝λ激光/(2·NA)給出。光盤上的最小波長(zhǎng)通過光盤上的最小位長(zhǎng)度來確定，并且隨著光盤的存儲(chǔ)容量的增大而使光盤上位長(zhǎng)度減小，借助于光學(xué)系統(tǒng)讀取的信號(hào)的幅度將減小并且對(duì)于小于λ0的波長(zhǎng)將是零。
因此，通過這些信號(hào)的零交叉產(chǎn)生的相位誤差信號(hào)是由噪聲決定的，并且因此所述相位誤差信號(hào)是不可應(yīng)用的。因此現(xiàn)有技術(shù)中的問題是通過減小盤上的位長(zhǎng)度來增加光盤的容量，并且與此同時(shí)能夠在從光盤讀取和/或?qū)ζ鋵懭氲墓鈱W(xué)系統(tǒng)的鎖相環(huán)中產(chǎn)生可靠的相位誤差信號(hào)。
應(yīng)該注意MTF通常是被定義為通過對(duì)象調(diào)制而分割的圖像的調(diào)制的函數(shù)，并且因此MTF是圖像的空間頻率的函數(shù)，其中該情況下的圖像是光盤上的位模式(bit pattern)。當(dāng)位模式的波長(zhǎng)減小時(shí)，MTF朝零變化并且在對(duì)應(yīng)于上述的截止波長(zhǎng)的所謂截止頻率下為零。
因此本發(fā)明的目的是獲得一種在光學(xué)系統(tǒng)的鎖相環(huán)中提供可靠相位誤差信號(hào)的方法，所述光學(xué)系統(tǒng)適合于從光盤讀取數(shù)據(jù)，所述方法包括步驟讀取光盤上的位模式，由此提供多個(gè)信號(hào)采樣；將所述信號(hào)采樣饋送給鎖相環(huán)中的相位檢測(cè)器；和在所述相位檢測(cè)器中使用連續(xù)信號(hào)采樣的極性變化、即所謂的零交叉來產(chǎn)生用于鎖相環(huán)的相位誤差信號(hào)。該方法的特征在于所述相位檢測(cè)器適合于考慮一個(gè)零交叉之前和之后的多個(gè)信號(hào)采樣的極性以獲得可靠的相位誤差信號(hào)，從而使得噪聲的影響得以減小。
因此，甚至在光學(xué)系統(tǒng)中也能夠提供可靠的相位誤差檢測(cè)，其中光盤上的最小波長(zhǎng)接近甚或小于與光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)的MTF的截止波長(zhǎng)。這使得能夠以較小的位長(zhǎng)度存儲(chǔ)位，由此增加了光盤上的位數(shù)量。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的一優(yōu)選實(shí)施例中，零交叉的品質(zhì)取決于零交叉之前和之后的信號(hào)采樣。因此，零交叉的使用被限制在具有足夠品質(zhì)的情況中。例如，在讀取具有遠(yuǎn)低于MTF的截止頻率的空間頻率的位模式過程中，信號(hào)采樣的幅度較大并且零交叉是可靠的。讀取具有接近或大于所述截止頻率的空間頻率的位模式時(shí)，信號(hào)幅度將是較小的并且零交叉的位置將是不可靠的。
術(shù)語“零交叉的品質(zhì)”包括諸如零交叉之前和之后的信號(hào)采樣的幅度、信號(hào)采樣的信噪比和所讀取的位模式中的標(biāo)記的大小的特征。
應(yīng)該注意信號(hào)的頻率和波長(zhǎng)成反比，使得其頻率高于所述截止頻率的信號(hào)具有低于所述截止波長(zhǎng)的波長(zhǎng)，反之亦然。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，通過具有約束d的游程長(zhǎng)度受限(RLL(d))編碼來存儲(chǔ)光盤上的數(shù)據(jù)，約束d是游程長(zhǎng)度(即，盤上的極性變化之間的最小間隔等于d+1)。游程長(zhǎng)度受限編碼是編碼技術(shù)的高級(jí)族類，而編碼技術(shù)是當(dāng)前在所有類型的光盤中使用的。當(dāng)通過其上以RLL編碼存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的盤使用根據(jù)本發(fā)明的方法時(shí)，通過本發(fā)明方法提供的增加的盤容量與當(dāng)前最頻繁使用的編碼技術(shù)相結(jié)合。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述相位檢測(cè)器適合于考慮零交叉之前和之后的n個(gè)信號(hào)采樣的極性，其中n滿足條件n≥d+2。這為用于產(chǎn)生可靠相位誤差信號(hào)的信號(hào)采樣的數(shù)量提供了可容易實(shí)現(xiàn)的指導(dǎo)方向。
本發(fā)明的這些和其它方面通過之后所述的實(shí)施例將變得顯而易見，并將參照這樣的實(shí)施例對(duì)其進(jìn)行闡釋。
將結(jié)合附圖更詳細(xì)的說明本發(fā)明，其中

圖1是用于進(jìn)行位檢測(cè)(現(xiàn)有技術(shù))的一般概念的示圖；圖2為普通鎖相環(huán)(現(xiàn)有技術(shù))的示圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖；圖4表示一鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，其等價(jià)于圖3中的結(jié)構(gòu)，并且將被用于結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的方法；圖5a-5c表示并入了根據(jù)本發(fā)明的方法的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)；圖6表示由于符號(hào)間干擾(ISI)引起的檢測(cè)相位誤差的頻譜；圖7表示防混淆濾波器的幅度頻率響應(yīng)；圖8表示結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明的方法的定時(shí)恢復(fù)電路的一個(gè)實(shí)施例；圖9表示圖5a和5c中的結(jié)構(gòu)的SNRTR值。
圖1是用于在包含以二進(jìn)制調(diào)制編碼進(jìn)行編碼的位的盤上進(jìn)行位檢測(cè)(現(xiàn)有技術(shù))的一般概念的示圖。當(dāng)播放盤時(shí)，通過光學(xué)系統(tǒng)中的讀取裝置，即激光來讀取盤上的凹坑和脊(用于只讀介質(zhì)ROM)或標(biāo)記和間隔(用于可重寫介質(zhì))?；谄溟L(zhǎng)度，每個(gè)凹坑/標(biāo)記被解釋為零的序列；基于其長(zhǎng)度，每個(gè)脊/間隔被解釋為一的序列。來自用于讀取可重寫和/或只讀盤的光學(xué)系統(tǒng)中的讀取裝置的信號(hào)被饋送給均衡器10，并從其傳送給鎖相環(huán)20以及檢測(cè)器，例如維特比檢測(cè)器30。在圖2中示出了鎖相環(huán)20的一個(gè)例子，圖2表示通常已知的鎖相環(huán)。
鎖相環(huán)20包括相位檢測(cè)器40、環(huán)路濾波器50和振蕩器60，振蕩器例如是壓控振蕩器。相位檢測(cè)器40將輸出信號(hào)的相位與參考信號(hào)的相位進(jìn)行比較。如果在兩個(gè)信號(hào)之間存在相位差，則相位檢測(cè)器40就產(chǎn)生一個(gè)與這兩個(gè)信號(hào)之間的相位差成比例的輸出電壓。該輸出電壓通過環(huán)路濾波器并接著作為壓控振蕩器(VCO)的輸入來控制輸出頻率。由于該自校正技術(shù)，所述輸出信號(hào)將與參考信號(hào)同相。當(dāng)對(duì)兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行同步時(shí)，兩個(gè)信號(hào)之間的相位差為零或幾乎為零。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。在步驟101，從光盤讀取位模式，由此提供多個(gè)信號(hào)采樣Sk。在步驟102，將這些采樣Sk饋送給鎖相環(huán)中的第一相位檢測(cè)器。在步驟103，鎖相環(huán)檢測(cè)信號(hào)采樣流Sk中的零交叉。在步驟104，執(zhí)行操作以確保選擇可靠的零交叉。一種可行的方法是選擇在至少n個(gè)正采樣之后和在至少n個(gè)負(fù)采樣之前的零交叉。
所述數(shù)量n優(yōu)選的取決于信號(hào)的性能。因此根據(jù)本發(fā)明的方法，只使用具有充分性能的零交叉以獲得用于在鎖相環(huán)中進(jìn)行定時(shí)恢復(fù)的相位信息，因此步驟104會(huì)得到可靠的誤差信號(hào)。
圖4表示一鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，其等價(jià)于圖3中的結(jié)構(gòu)，并且將被用于結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的方法。所述鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)是由相位檢測(cè)器(PD)40、低通濾波器(LPF)50和PI控制部分70以及采樣速率轉(zhuǎn)換器(SRC)35組成的二階鎖相環(huán)。Sk和yk代表在采樣速率轉(zhuǎn)換器35之前和之后的數(shù)據(jù)采樣。數(shù)據(jù)采樣Sk是不同步的，而數(shù)據(jù)采樣yk是同步的。信號(hào)Sk與yk的偏差僅是由定時(shí)恢復(fù)引起的。
來自相位檢測(cè)器的輸出Δφm是相位誤差信號(hào)。在RLL編碼的情況下，可通過等式φm＝y(tǒng)m/(ym-ym+1)來獲取數(shù)據(jù)序列yk的相位信號(hào)，其中m和m+1代表零交叉附近的兩個(gè)采樣時(shí)刻。對(duì)于同步采樣的序列(即，具有理想位檢測(cè)時(shí)刻)，φm的值等于0.5(平均)，并且因此可由下式來表示相位誤差信號(hào)Δφm＝φm-0.5.
相位誤差信號(hào)通常會(huì)遭受噪聲和符號(hào)間干擾(ISI)。結(jié)果，在PLL穩(wěn)定下來之后，即PLL處于鎖定條件，采樣頻率fm可在一確定值周圍波動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致不理想的采樣時(shí)刻。光盤上的存儲(chǔ)密度越高，ISI越強(qiáng)，因?yàn)闃?biāo)記/凹坑長(zhǎng)度較窄。因此根據(jù)本發(fā)明的方法的思想是忽略從涉及短游程長(zhǎng)度(例如，在游程長(zhǎng)度為d+1的游程長(zhǎng)度受限(RLL)編碼中，d＝1和d＝2)的零交叉提取的相位信息。因此就引入一些相位誤差預(yù)處理步驟，下面將參照?qǐng)D5-9對(duì)這些步驟進(jìn)行說明。
圖5a-5c表示在RLL(d＝1)編碼的情況下并入了根據(jù)本發(fā)明的方法的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)。在圖5a中，所述鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)包括相位檢測(cè)器41，其被配置用于只考慮在等于或大于2的游程長(zhǎng)度之前和之后的那些零交叉(RLmin表示在相位檢測(cè)中設(shè)計(jì)的最短游程長(zhǎng)度，例如“RLmin＝3”意味著在游程長(zhǎng)度2之前和/或之后的零交叉被跳過)。相位檢測(cè)器41的輸出被表示為ΔφmA。圖5中所示的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)的剩余結(jié)構(gòu)元件與圖4中所示的那些元件對(duì)應(yīng)。在圖5b中，所述鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)包括相位檢測(cè)器42，其被配置用于只考慮在等于或大于3的游程長(zhǎng)度之前和之后的那些零交叉。相位檢測(cè)器42的輸出被表示為ΔφmB。圖5中所示的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)的剩余結(jié)構(gòu)元件與圖4中所示的那些元件對(duì)應(yīng)。
圖5c表示并入了根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)。所述鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)包括第一相位檢測(cè)器43、防混淆濾波器44和第二相位檢測(cè)器45，所述第一相位檢測(cè)器43被配置用于只考慮在等于或大于2的游程長(zhǎng)度之前和之后的那些零交叉，而所述第二相位檢測(cè)器45被配置用于只考慮在等于或大于3的游程長(zhǎng)度之前和之后的那些零交叉。第一相位檢測(cè)器43的輸出被表示為ΔφmA，而第二相位檢測(cè)器43的輸出被表示為ΔφmC。圖5中所示的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)的剩余結(jié)構(gòu)元件與圖4中所示的那些元件對(duì)應(yīng)。
圖6表示在具有作為PLL的輸入Sk的沒有噪聲的合成同步數(shù)據(jù)采樣的27GB藍(lán)光盤的情況下由于ISI的檢測(cè)相位誤差的頻譜。其中示出了來自圖5a-5c的相位檢測(cè)器的輸出ΔφmA、ΔφmB、ΔφmB’和ΔφmC的頻譜。這些頻譜反映了ISI對(duì)定時(shí)恢復(fù)的干擾。能夠看出ΔφmC的低頻分量正如所需要的那樣被抑制；然而，這不是ΔφmB的情況。這意味著圖5c的防混淆濾波器扮演著重要角色。
圖7表示防混淆濾波器44(圖5c)的幅度頻率響應(yīng)。防混淆濾波器44是一階IIR低通濾波器。
圖8表示結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明的方法的定時(shí)恢復(fù)電路的一個(gè)實(shí)施例。所述定時(shí)恢復(fù)電路類似于圖5c所示的電路，其中圖8所示的電路也包括采樣速率轉(zhuǎn)換器35、第一相位檢測(cè)器43、防混淆濾波器44、第二相位檢測(cè)器45、低通濾波器50和PI控制單元70。然而，圖8中所示的電路還包括一游程長(zhǎng)度判斷元件39，將在下面說明其功能。應(yīng)該注意在相位檢測(cè)器45中的被忽略的短游程長(zhǎng)度被統(tǒng)一為大于或等于3的游程長(zhǎng)度。這進(jìn)一步以損失一些百分比的定時(shí)信息為代價(jià)減小了ISI對(duì)零交叉的影響。
為了評(píng)估定時(shí)恢復(fù)，通過下式來確定信噪比SNRTR
SNRTR=20log||sk||||ykL-sk||,L=A,B,C]]>因?yàn)檫M(jìn)來的采樣頻率Sk是同步的并且不受噪聲干擾，所以SNRTR指示了定時(shí)恢復(fù)方案對(duì)ISI的穩(wěn)健性。對(duì)于四個(gè)盤容量，即25GB、27GB、29GB和32GB已經(jīng)測(cè)量了圖5a和5c中的鎖相環(huán)的SNRTR。后兩個(gè)容量基于具有減小的通道位長(zhǎng)度的藍(lán)光盤。圖9表示圖5a和5c中的結(jié)構(gòu)的SNRTR值，并且顯示出圖5c中所示的環(huán)路優(yōu)于圖5a中所示的環(huán)路。當(dāng)提高盤容量時(shí)，短游程長(zhǎng)度圖案的頻率接近甚或超過光學(xué)系統(tǒng)的截止頻率，并且涉及這些短游程長(zhǎng)度的零交叉將會(huì)消失。結(jié)果，關(guān)于游程長(zhǎng)度的決定將變得困難，并且其結(jié)果是在圖5c中所示的環(huán)路中加入一個(gè)額外的游程長(zhǎng)度判斷元件，如上所述和圖8中所示。
權(quán)利要求
1.一種在光學(xué)系統(tǒng)的鎖相環(huán)(20)中提供可靠相位誤差信號(hào)的方法，所述光學(xué)系統(tǒng)適合于從光盤讀取數(shù)據(jù)，所述方法包括步驟-讀取光盤上的位模式，由此提供多個(gè)信號(hào)采樣(Sk)，-將所述信號(hào)采樣(Sk)饋送給鎖相環(huán)(20)中的第一相位檢測(cè)器(40，41，42，43)，-在第一相位檢測(cè)器中使用連續(xù)信號(hào)采樣(Sk)的極性變化、所謂的零交叉來產(chǎn)生用于鎖相環(huán)(20)的相位誤差信號(hào)，其特征在于所述第一相位檢測(cè)器(40，41，42，43)適合于考慮一個(gè)零交叉之前和之后的多個(gè)信號(hào)采樣(Sk)的極性以獲得可靠的相位誤差信號(hào)，從而使得噪聲和符號(hào)間干擾(ISI)的影響得以減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在零交叉之前和之后所使用的多個(gè)信號(hào)采樣(Sk)取決于信號(hào)采樣(Sk)的品質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于以二進(jìn)制調(diào)制(BM)存儲(chǔ)光盤上的數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任何一個(gè)所述的方法，其特征在于所述第一相位檢測(cè)器(40，41，42，43)適合于只考慮前面具有至少n個(gè)極性相同的信號(hào)采樣和后面跟隨有至少n個(gè)極性相反的信號(hào)采樣的那些極性變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任何一個(gè)所述的方法，其特征在于通過具有約束d的游程長(zhǎng)度受限(RLL(d))編碼來存儲(chǔ)光盤上的數(shù)據(jù)，所述約束d是游程長(zhǎng)度。
6.所述根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述第一相位檢測(cè)器(40，41，42，43)適合于只考慮前面具有至少n個(gè)極性相同的信號(hào)采樣和后面跟隨有至少n個(gè)極性相反的信號(hào)采樣的那些極性變化，其中n滿足條件n≥d+2。
7根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于以RLL(d＝1)編碼來存儲(chǔ)光盤上的數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4、6和7中的任何一個(gè)所述的方法，其特征在于所述方法還包括-將來自第一相位檢測(cè)器(43)的信號(hào)饋送給防混淆濾波器(44)并隨后饋送給第二相位檢測(cè)器(45)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于第一相位檢測(cè)器(43)僅考慮最小游程長(zhǎng)度為2的信號(hào)采樣，而第二相位檢測(cè)器(44)僅考慮游程長(zhǎng)度等于或大于3的信號(hào)采樣。
10.一種用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1到9所述的方法的系統(tǒng)。
11.一種用于在光盤上寫入位模式以便借助于根據(jù)權(quán)利要求1到9所述的方法進(jìn)行讀取的設(shè)備。
12.一種其上寫有位模式以便借助根據(jù)權(quán)利要求1到9所述的方法進(jìn)行讀取的盤。
全文摘要
對(duì)于可(重)寫和只讀光盤系統(tǒng)，通過鎖相環(huán)(PLL)來恢復(fù)數(shù)據(jù)時(shí)鐘，其中通過將實(shí)際的零交叉與所產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)的零交叉進(jìn)行比較來產(chǎn)生誤差信號(hào)。如果給定光學(xué)系統(tǒng)的激光波長(zhǎng)為λ
文檔編號(hào)H03L7/091GK1856832SQ200480027381
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2004年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月23日
發(fā)明者T·P·H·G·詹森, A·斯特克, J·W·M·伯格曼, B·殷 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司