具有二進位調製的通道的定時恢復的製作方法

2023-08-04 15:15:26 1

專利名稱：具有二進位調製的通道的定時恢復的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在光學系統的鎖相環路(PLL)中提供可靠相位誤差信號的方法，所述光學系統適用於從光碟讀取數據。
光碟是以數字形式保存信息並且通過雷射來寫入和讀取的電子數據存儲介質。這些盤包括各種CD、DVD和BD的變體。數據被存儲在所謂的凹坑與脊(ROM盤)和標記與間隔(可重寫盤)中，所述的凹坑與脊和標記與間隔通過光學系統中的雷射進行讀取並且數據被轉換成電子信號。
用於讀取DVD盤的光學系統中的雷射束的波長比用於標準CD的雷射波長短。DVD盤是以更窄和小的凹坑產生的，因此允許較大的存儲容量，存儲容量自然也是重點考慮的話題。
在光碟系統中，已知使用鎖相環(PLL)，其中通過將實際的零交叉與產生的時鐘信號的零交叉進行比較來產生誤差信號。如果給定光學系統的雷射波長為λ雷射，數值孔徑為NA，則調製傳遞函數(MTF)的截止波長由λ0＝λ雷射/(2·NA)給出。光碟上的最小波長通過光碟上的最小位長度來確定，並且隨著光碟的存儲容量的增大而使光碟上位長度減小，藉助於光學系統讀取的信號的幅度將減小並且對於小於λ0的波長將是零。
因此，通過這些信號的零交叉產生的相位誤差信號是由噪聲決定的，並且因此所述相位誤差信號是不可應用的。因此現有技術中的問題是通過減小盤上的位長度來增加光碟的容量，並且與此同時能夠在從光碟讀取和/或對其寫入的光學系統的鎖相環中產生可靠的相位誤差信號。
應該注意MTF通常是被定義為通過對象調製而分割的圖像的調製的函數，並且因此MTF是圖像的空間頻率的函數，其中該情況下的圖像是光碟上的位模式(bit pattern)。當位模式的波長減小時，MTF朝零變化並且在對應於上述的截止波長的所謂截止頻率下為零。
因此本發明的目的是獲得一種在光學系統的鎖相環中提供可靠相位誤差信號的方法，所述光學系統適合於從光碟讀取數據，所述方法包括步驟讀取光碟上的位模式，由此提供多個信號採樣；將所述信號採樣饋送給鎖相環中的相位檢測器；和在所述相位檢測器中使用連續信號採樣的極性變化、即所謂的零交叉來產生用於鎖相環的相位誤差信號。該方法的特徵在於所述相位檢測器適合於考慮一個零交叉之前和之後的多個信號採樣的極性以獲得可靠的相位誤差信號，從而使得噪聲的影響得以減小。
因此，甚至在光學系統中也能夠提供可靠的相位誤差檢測，其中光碟上的最小波長接近甚或小於與光學系統相關的MTF的截止波長。這使得能夠以較小的位長度存儲位，由此增加了光碟上的位數量。
在根據本發明的方法的一優選實施例中，零交叉的品質取決於零交叉之前和之後的信號採樣。因此，零交叉的使用被限制在具有足夠品質的情況中。例如，在讀取具有遠低於MTF的截止頻率的空間頻率的位模式過程中，信號採樣的幅度較大並且零交叉是可靠的。讀取具有接近或大於所述截止頻率的空間頻率的位模式時，信號幅度將是較小的並且零交叉的位置將是不可靠的。
術語「零交叉的品質」包括諸如零交叉之前和之後的信號採樣的幅度、信號採樣的信噪比和所讀取的位模式中的標記的大小的特徵。
應該注意信號的頻率和波長成反比，使得其頻率高於所述截止頻率的信號具有低於所述截止波長的波長，反之亦然。
在根據本發明的方法的一個優選實施例中，通過具有約束d的遊程長度受限(RLL(d))編碼來存儲光碟上的數據，約束d是遊程長度(即，盤上的極性變化之間的最小間隔等於d+1)。遊程長度受限編碼是編碼技術的高級族類，而編碼技術是當前在所有類型的光碟中使用的。當通過其上以RLL編碼存儲數據的盤使用根據本發明的方法時，通過本發明方法提供的增加的盤容量與當前最頻繁使用的編碼技術相結合。
在根據本發明的方法的又一個優選實施例中，所述相位檢測器適合於考慮零交叉之前和之後的n個信號採樣的極性，其中n滿足條件n≥d+2。這為用於產生可靠相位誤差信號的信號採樣的數量提供了可容易實現的指導方向。
本發明的這些和其它方面通過之後所述的實施例將變得顯而易見，並將參照這樣的實施例對其進行闡釋。
將結合附圖更詳細的說明本發明，其中

圖1是用於進行位檢測(現有技術)的一般概念的示圖；圖2為普通鎖相環(現有技術)的示圖；圖3是根據本發明的方法的流程圖；圖4表示一鎖相環結構，其等價於圖3中的結構，並且將被用於結合根據本發明的方法；圖5a-5c表示併入了根據本發明的方法的鎖相環結構；圖6表示由於符號間幹擾(ISI)引起的檢測相位誤差的頻譜；圖7表示防混淆濾波器的幅度頻率響應；圖8表示結合了根據本發明的方法的定時恢復電路的一個實施例；圖9表示圖5a和5c中的結構的SNRTR值。
圖1是用於在包含以二進位調製編碼進行編碼的位的盤上進行位檢測(現有技術)的一般概念的示圖。當播放盤時，通過光學系統中的讀取裝置，即雷射來讀取盤上的凹坑和脊(用於只讀介質ROM)或標記和間隔(用於可重寫介質)。基於其長度，每個凹坑/標記被解釋為零的序列；基於其長度，每個脊/間隔被解釋為一的序列。來自用於讀取可重寫和/或只讀盤的光學系統中的讀取裝置的信號被饋送給均衡器10，並從其傳送給鎖相環20以及檢測器，例如維特比檢測器30。在圖2中示出了鎖相環20的一個例子，圖2表示通常已知的鎖相環。
鎖相環20包括相位檢測器40、環路濾波器50和振蕩器60，振蕩器例如是壓控振蕩器。相位檢測器40將輸出信號的相位與參考信號的相位進行比較。如果在兩個信號之間存在相位差，則相位檢測器40就產生一個與這兩個信號之間的相位差成比例的輸出電壓。該輸出電壓通過環路濾波器並接著作為壓控振蕩器(VCO)的輸入來控制輸出頻率。由於該自校正技術，所述輸出信號將與參考信號同相。當對兩個信號進行同步時，兩個信號之間的相位差為零或幾乎為零。
圖3是根據本發明的方法的流程圖。在步驟101，從光碟讀取位模式，由此提供多個信號採樣Sk。在步驟102，將這些採樣Sk饋送給鎖相環中的第一相位檢測器。在步驟103，鎖相環檢測信號採樣流Sk中的零交叉。在步驟104，執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個正採樣之後和在至少n個負採樣之前的零交叉。
所述數量n優選的取決於信號的性能。因此根據本發明的方法，只使用具有充分性能的零交叉以獲得用於在鎖相環中進行定時恢復的相位信息，因此步驟104會得到可靠的誤差信號。
圖4表示一鎖相環結構，其等價於圖3中的結構，並且將被用於結合根據本發明的方法。所述鎖相環結構是由相位檢測器(PD)40、低通濾波器(LPF)50和PI控制部分70以及採樣速率轉換器(SRC)35組成的二階鎖相環。Sk和yk代表在採樣速率轉換器35之前和之後的數據採樣。數據採樣Sk是不同步的，而數據採樣yk是同步的。信號Sk與yk的偏差僅是由定時恢復引起的。
來自相位檢測器的輸出Δφm是相位誤差信號。在RLL編碼的情況下，可通過等式φm＝ym/(ym-ym+1)來獲取數據序列yk的相位信號，其中m和m+1代表零交叉附近的兩個採樣時刻。對於同步採樣的序列(即，具有理想位檢測時刻)，φm的值等於0.5(平均)，並且因此可由下式來表示相位誤差信號Δφm＝φm-0.5.
相位誤差信號通常會遭受噪聲和符號間幹擾(ISI)。結果，在PLL穩定下來之後，即PLL處於鎖定條件，採樣頻率fm可在一確定值周圍波動，這會導致不理想的採樣時刻。光碟上的存儲密度越高，ISI越強，因為標記/凹坑長度較窄。因此根據本發明的方法的思想是忽略從涉及短遊程長度(例如，在遊程長度為d+1的遊程長度受限(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處理步驟，下面將參照圖5-9對這些步驟進行說明。
圖5a-5c表示在RLL(d＝1)編碼的情況下併入了根據本發明的方法的鎖相環結構。在圖5a中，所述鎖相環結構包括相位檢測器41，其被配置用於只考慮在等於或大於2的遊程長度之前和之後的那些零交叉(RLmin表示在相位檢測中設計的最短遊程長度，例如「RLmin＝3」意味著在遊程長度2之前和/或之後的零交叉被跳過)。相位檢測器41的輸出被表示為ΔφmA。圖5中所示的鎖相環結構的剩餘結構元件與圖4中所示的那些元件對應。在圖5b中，所述鎖相環結構包括相位檢測器42，其被配置用於只考慮在等於或大於3的遊程長度之前和之後的那些零交叉。相位檢測器42的輸出被表示為ΔφmB。圖5中所示的鎖相環結構的剩餘結構元件與圖4中所示的那些元件對應。
圖5c表示併入了根據本發明的方法的優選實施例的鎖相環結構。所述鎖相環結構包括第一相位檢測器43、防混淆濾波器44和第二相位檢測器45，所述第一相位檢測器43被配置用於只考慮在等於或大於2的遊程長度之前和之後的那些零交叉，而所述第二相位檢測器45被配置用於只考慮在等於或大於3的遊程長度之前和之後的那些零交叉。第一相位檢測器43的輸出被表示為ΔφmA，而第二相位檢測器43的輸出被表示為ΔφmC。圖5中所示的鎖相環結構的剩餘結構元件與圖4中所示的那些元件對應。
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據採樣的27GB藍光碟的情況下由於ISI的檢測相位誤差的頻譜。其中示出了來自圖5a-5c的相位檢測器的輸出ΔφmA、ΔφmB、ΔφmB』和ΔφmC的頻譜。這些頻譜反映了ISI對定時恢復的幹擾。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。防混淆濾波器44是一階IIR低通濾波器。
圖8表示結合了根據本發明的方法的定時恢復電路的一個實施例。所述定時恢復電路類似於圖5c所示的電路，其中圖8所示的電路也包括採樣速率轉換器35、第一相位檢測器43、防混淆濾波器44、第二相位檢測器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遊程長度判斷元件39，將在下面說明其功能。應該注意在相位檢測器45中的被忽略的短遊程長度被統一為大於或等於3的遊程長度。這進一步以損失一些百分比的定時信息為代價減小了ISI對零交叉的影響。
為了評估定時恢復，通過下式來確定信噪比SNRTR
SNRTR=20log||sk||||ykL-sk||,L=A,B,C]]>因為進來的採樣頻率Sk是同步的並且不受噪聲幹擾，所以SNRTR指示了定時恢復方案對ISI的穩健性。對於四個盤容量，即25GB、27GB、29GB和32GB已經測量了圖5a和5c中的鎖相環的SNRTR。後兩個容量基於具有減小的通道位長度的藍光碟。圖9表示圖5a和5c中的結構的SNRTR值，並且顯示出圖5c中所示的環路優於圖5a中所示的環路。當提高盤容量時，短遊程長度圖案的頻率接近甚或超過光學系統的截止頻率，並且涉及這些短遊程長度的零交叉將會消失。結果，關於遊程長度的決定將變得困難，並且其結果是在圖5c中所示的環路中加入一個額外的遊程長度判斷元件，如上所述和圖8中所示。
權利要求
1.一種在光學系統的鎖相環(20)中提供可靠相位誤差信號的方法，所述光學系統適合於從光碟讀取數據，所述方法包括步驟-讀取光碟上的位模式，由此提供多個信號採樣(Sk)，-將所述信號採樣(Sk)饋送給鎖相環(20)中的第一相位檢測器(40，41，42，43)，-在第一相位檢測器中使用連續信號採樣(Sk)的極性變化、所謂的零交叉來產生用於鎖相環(20)的相位誤差信號，其特徵在於所述第一相位檢測器(40，41，42，43)適合於考慮一個零交叉之前和之後的多個信號採樣(Sk)的極性以獲得可靠的相位誤差信號，從而使得噪聲和符號間幹擾(ISI)的影響得以減小。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於在零交叉之前和之後所使用的多個信號採樣(Sk)取決於信號採樣(Sk)的品質。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於以二進位調製(BM)存儲光碟上的數據。
4.根據權利要求1到3中的任何一個所述的方法，其特徵在於所述第一相位檢測器(40，41，42，43)適合於只考慮前面具有至少n個極性相同的信號採樣和後面跟隨有至少n個極性相反的信號採樣的那些極性變化。
5.根據權利要求1到4中的任何一個所述的方法，其特徵在於通過具有約束d的遊程長度受限(RLL(d))編碼來存儲光碟上的數據，所述約束d是遊程長度。
6.所述根據權利要求5所述的方法，其特徵在於所述第一相位檢測器(40，41，42，43)適合於只考慮前面具有至少n個極性相同的信號採樣和後面跟隨有至少n個極性相反的信號採樣的那些極性變化，其中n滿足條件n≥d+2。
7根據權利要求6所述的方法，其特徵在於以RLL(d＝1)編碼來存儲光碟上的數據。
8.根據權利要求4、6和7中的任何一個所述的方法，其特徵在於所述方法還包括-將來自第一相位檢測器(43)的信號饋送給防混淆濾波器(44)並隨後饋送給第二相位檢測器(45)。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於第一相位檢測器(43)僅考慮最小遊程長度為2的信號採樣，而第二相位檢測器(44)僅考慮遊程長度等於或大於3的信號採樣。
10.一種用於執行根據權利要求1到9所述的方法的系統。
11.一種用於在光碟上寫入位模式以便藉助於根據權利要求1到9所述的方法進行讀取的設備。
12.一種其上寫有位模式以便藉助根據權利要求1到9所述的方法進行讀取的盤。
全文摘要
對於可(重)寫和只讀光碟系統，通過鎖相環(PLL)來恢復數據時鐘，其中通過將實際的零交叉與所產生的時鐘信號的零交叉進行比較來產生誤差信號。如果給定光學系統的雷射波長為λ
文檔編號H03L7/091GK1856832SQ200480027381
公開日2006年11月1日 申請日期2004年9月15日 優先權日2003年9月23日
發明者T·P·H·G·詹森, A·斯特克, J·W·M·伯格曼, B·殷 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司