CN101447203B - 推导对光头的激光功率精确控制的方法与apc电路 - Google Patents

推导对光头的激光功率精确控制的方法与apc电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种推导对光头的激光功率精确控制的方法及APC电路，该方法用于自动功率校准电路中，其中上述自动功率校准电路包含模数转换器与模拟增益放大器，上述模拟增益放大器用于根据第一电压电平产生第二电压电平，上述方法包含：使用上述模数转换器以从自动校准电路推导路径增益与/或路径偏移；以及根据路径增益与/或路径偏移选择性地执行补偿操作，以用目标命令控制激光功率。利用本发明能够免去建立功率校准站，且本发明的方法与相关APC电路能推导激光功率与目标命令之间的精确关系，于是可在不需要功率表的情况下精确控制激光功率。

Description

推导对光头的激光功率精确控制的方法与APC电路
技术领域
本发明涉及在光驱的大量生产阶段中关于目标命令(targetcommand)的光头(Optical Pickup Unit，OPU)的功率校准，更具体地，涉及一种推导对光头的激光功率的精确控制的方法，以及相关的自动功率校准电路(Automatic Power Calibration，APC)。
背景技术
相关技术中关于控制光驱的光头的方法，一般是在光驱的普通操作时利用传统APC电路来控制激光二极管的激光功率，其中普通操作例如是读取或写入操作。当传统APC电路在上述普通操作中达到稳定状态(steady state)时，激光功率对应于发送至传统APC电路的目标命令。传统APC电路的一个目标是控制激光功率为对应目标命令的特定功率值，从而使激光功率的变化与目标命令一致。有时，上述目标看起来太过理想而无法实现，下面将说明相应理由。推导激光功率与目标命令之间关系的传统做法一般包含利用功率表来测量激光功率，并收集激光功率与目标命令的数据组(data set)。可是，功率表的成本很高，且还需要实施上述方法的相应的功率校准站(power calibrationstation)工具与人工成本。此外，另一个问题是不同功率校准站之间会产生误差。
根据相关技术，光头的供应商可在光头中设计一个前端光电二极管(Photo Diode，PD)，生产商(例如光驱生产商)利用前端PD来替换功率表。从前端PD出来的测量结果通过前端PD输出(Front-end PDOutput，FPDO)来输出，并可称为FPDO值。图1显示一些光头的激光功率与FPDO值之间的关系曲线示例。如图1所示，穿过原点的曲线对应于理想情况，其余两条曲线对应于两个实际例子，其中一条具有正偏移而另一条具有负偏移。
由于光头供货商通常提供很少的数据点来描述激光功率与FPDO值之间的关系，为了推导预设曲线上对应其它数据点的激光功率需要测量多点的FPDO直流成分来进行插补运算，其中预设曲线指穿过上述数据点的曲线。结果，因为需要测量多点的FPDO直流成分，得到激光功率与目标命令之间的精确关系的流程就会变慢。
另外，当尝试用具有例如50％的工作周期(例如50％工作周期的写入功率)的激光功率推导上述关系时，由于各种硬件限制(例如模拟频宽)，难以利用FPDO值来精确地测量直流成分(DC component)。
另外，传统APC电路的增益与偏移随着芯片的不同而变化，且光头与传统APC电路的组合的整体增益与整体偏移随着系统的不同而变化。因此，当利用FPDO时，推导激光功率与目标命令之间的精确关系的方案在实际操作中效果并不良好。
发明内容
为了解决上述APC电路的增益与偏移变化的技术问题，本发明提供一种推导对光头的激光功率精确控制的方法与相应的APC电路，能推导出目标命令与激光功率之间的精确关系并节省建立上述功率校准站的时间与相关花费。
本发明提供一种用于推导对光头的激光功率精确控制的方法，上述方法包含：提供自动功率校准电路中的模数转换器以从自动校准电路推导路径增益与/或路径偏移；以及根据路径增益与/或路径偏移选择性地执行补偿操作，以用目标命令控制激光功率。
本发明另提供一种自动功率校准电路，用于控制光头的激光功率，上述自动功率校准电路包含：模数转换器，用于执行模数转换器，其中模数转换器用以从自动功率校准电路推导路径增益与/或路径偏移；以及至少一补偿模块，耦接至模数转换器，用于根据路径增益与/或路径偏移选择性地执行补偿操作，以维持激光功率与用来控制激光功率的目标命令之间关系的精确。
利用本发明能够免去建立功率校准站，且本发明的方法与相关APC电路能推导激光功率与目标命令之间的精确关系，可在不需要功率表的情况下精确控制激光功率。
附图说明
图1显示一些光头的激光功率与FPDO值之间的关系曲线的例子。
图2显示根据本发明的第一实施方式的APC电路的示意图。
图3显示根据本发明的第二实施方式的控制光头的激光功率的APC电路示意图。
具体实施方式
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来称呼特定的元件。本领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”是开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。此外，“耦接”一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接到第二装置。
请参考图2，图2显示根据本发明的第一实施方式的APC电路100的示意图，其用于控制光头50的激光功率。光头50一般配置于光驱中，例如光盘-只读存储器(Compact Disc-Read Only Memory，CD-ROM)驱动器，数字多用途光盘(DVD)驱动器，HD-DVD驱动器，Blu-ray光驱等等，其中光头50为本技术领域中熟知的元件。
除了上述APC电路100，本发明更提供一种用于推导对光头的激光功率的精确控制方法。上述方法可用于APC电路100且利用APC电路100实施，下文将详细说明。
如图2所示，APC电路100包含模数转换器(Analog-to-DigitalConverter，ADC)112，模拟增益放大器114与多任务器(MUX)116，且更包含至少一补偿模块，例如补偿模块120。于此实施方式中，补偿模块120包含目标输入单元122与算术单元124。
根据本实施方式，ADC被用来执行模拟数字转换，更用来从APC电路100推导路径增益与/或路径偏移。请注意，上述路径偏移一般代表光头50与APC电路100的整体偏移。实际操作中，APC电路100可以用印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)上的芯片来实施，如此，路径偏移就表示光头50、芯片与PCB的整体偏移。
另外，与多任务器116配合的补偿模块120是用于根据路径增益与/或路径偏移“选择性”地执行补偿，以便维持激光功率与目标命令之间的精确关系，以控制激光功率，其中下文将说明“选择性”的意思。
根据本实施方式，当设计/生产包含光头50与APC电路100的电子装置时，从APC电路100推导路径增益与/或路径偏移以完成APC电路100的配置。于此实施方式中，上述电子装置可代表上述光驱；代表视频播放装置，其包含能够读取光盘(例如CD-ROM、DVD、HD-DVD等等)的盘片存取模块；或代表数字录放机(Digital VideoRecorder，DVR)，其包含能够存取光盘的盘片存取模块。
此实施方式中的APC电路100更包含控制单元(图未示)，用于控制APC电路100，其可应用不同实作方法来实现。举例来说，控制单元可为微处理器，执行程序代码(如固件)以实现APC电路100的全部操作，其中微处理器一般实作于独立芯片中或与如图2所示的APC电路100的其它组件共同实作于同一架构(例如相同芯片)中。于另一例子中，控制单元可为专属硬件控制器(dedicated hardware controller)，用于执行硬件码以完成APC电路100的全部操作，其中专属硬件控制器一般与如图2所示的APC电路100的其它组件共同实作于同一架构(例如相同芯片)中。
无论上述控制单元以何种实作方式实现，当推导路径增益后，控制单元控制APC电路100以补偿路径增益，并当推导路径偏移后，控制APC电路100抵销路径偏移。在碰到的多数情况下，实际路径增益与设计增益值不同且路径偏移不为零。因此，需要补偿路径增益及抵销路径偏移。仅在少数情况下，实际路径增益与设计增益值大致相等或路径偏移为零。一般说来，补偿模块120根据路径增益与/或路径偏移“选择性”地执行补偿操作。
于此实施方式中，模拟增益放大器114配置为接收第一电压电平并由此产生第二电压电平，模拟增益放大器114用来将特定增益值施加给第一电压电平。于理想情况下，特定增益值大致为上述的设计增益值。在碰到的多数情况下，特定增益值与设计增益值不同。
另外，多任务器116配置为根据控制单元的控制来多任务传输第一电压电平或第二电压电平。当多任务器116多任务传输第一电压电平时，ADC 112将第一电压电平转换为第一值。当多任务器116多任务传输第二电压电平时，ADC 112将第二电压电平转换为第二值。因此，上述的控制单元计算第二值与第一值的比率以推导路径增益。
根据上述方法，不同配置条件(即配置APC电路100的条件)可应用于APC电路100来推导路径增益与路径偏移。
下面说明推导路径增益的配置条件。举例来说，配置条件之一为：从光头50临时分离出输入端113以接收第一电压电平(即形成关于APC电路100及光头50的开环)。如此，可采用特定电压电平作为第一电压电平来推导路径增益。在用来实施上述配置条件的功率校准站中，可从电源输出特定电压电平。结果，路径增益大致等于第二值与第一值的比率。
根据上述配置条件，如上所述，特定电压电平从廉价的电源输出。这仅为说明之用，并非本发明限制。根据用于推导路径增益的另一配置条件，从实作APC电路100的上述芯片中特定组件推导特定电压电平。举例来说，特定组件可为电平偏移器。在另一个例子中，特定组件可为调整器。此处不再赘述此配置条件的类似描述。
关于另一配置条件，如图2所示，模拟增益放大器114的输入端113临时耦接至光头50内的前端光电二极管54的前端PD输出(FPDO)，即APC电路100及光头50形成开环。如此，可采用特定值作为目标命令来推导出路径增益。于此配置条件下，特定值应使能光头50的激光二极管52以发射激光。为了防止噪声干扰，激光功率最好不要太小。
另外，当APC电路100进入第二稳定状态及多任务器116多任务传输(multiplex)第二电压电平(从模拟增益放大器114产生)之后推导第二值，且第一值可在第二值推导后即被推导出。另外，当APC电路100进入第一稳定状态及多任务器116传输多任务第一电压电平之后推导第一值。结果，路径增益大致等于第二值与第一值的比率，其中于此配置条件的第二稳定状态推导第二值，而当多任务器116于此配置条件下进行上述切换操作时，于第一稳定状态推导第一值。
根据此配置条件，推导第二值后立即推导第一值。这仅为说明之用，并非本发明的限制。根据用以推导路径增益的另一配置条件，推导第一值与第二值的顺序改变了。举例来说，可于推导第一值后立即推导第二值。此配置条件的类似操作此处不再重复。
下面进一步说明推导路径偏移的多个配置条件。举例来说，于一个配置条件中，激光二极管52的驱动端51临时从APC电路100中分离出来，即形成关于APC电路100与光头50的开环。如此，驱动信号可施加到驱动端51上，其中驱动信号具有接近或大致等于地电平的电压电平。于此配置条件中，输入端113临时耦接至光头50的FPDO，且多任务器116多任务传输从模拟增益放大器114产生的第二电压电平。结果，ADC 112将第二电压电平的导数转换为第三值以推导路径偏移，即，于此配置条件中多任务器116多任务传输第二电压电平。更具体地，路径偏移大致等于第三值。
关于另一配置条件，如图2所示，输入端113临时耦接至光头50的FPDO，形成关于APC电路100与光头50的闭环。如此，可采用另一特定值作为目标命令以推导路径偏移。于此推导路径偏移配置条件中，特定值应失能激光二极管52(例如上述特定值导致激光二极管52的驱动信号的电压电平低于0.7伏)，以使激光二极管52不发射激光。另外，多任务器116多任务传输第二电压电平。结果，ADC 112将第二电压电平的导数(即，于此配置条件中多任务器116传输第二电压电平)转换为上述第三值以推导路径偏移。更具体地，APC电路100进入第三稳定状态后路径偏移大致等于第三值。
在一个或多个配置条件中，推导如前述的路径增益与/或路径偏移后，上述控制单元储存路径增益与/或路径偏移，以用于APC电路100的普通APC操作中。举例来说，控制单元可储存路径增益与路径偏移至非挥发性内存(non-volatile memory)。完成APC电路100的配置后，可执行普通APC操作来精确控制激光功率。
于普通APC操作中，根据路径增益与路径偏移可实时(real time)计算并动态调整补偿后目标值(compensated target value)，且用以下方程式表示：
TCA(t)＝FPDO(t)*PG-PO；
其中TCA(t)表示模拟形式的补偿后目标值，FPDO(t)表示在线(on line)推导的FPDO值，PG与PO分别表示路径增益与路径偏移，t表示对应时间的指数。
根据上述实施方式，目标命令输入单元122用于输入目标命令，而算术单元124用于根据从目标命令输入单元122输出的目标命令代表值(target command representative)与从多任务器116输出的电压电平来执行减法操作，其中目标命令代表值代表了目标命令。举例来说，算术单元124从电压电平减去目标命令代表值。
因此，在普通APC操作中，上述控制单元动态地将补偿后目标值TCA(t)作为目标命令，且输入目标命令至目标命令输入单元122。图2中的模拟低通滤波器(Low Pass Filter，LPF)150为业界熟知的组件，因此不再赘述。
图3显示根据本发明的第二实施方式的控制光头(如光头50)的激光功率的APC电路200的示意图。此实施方式为第一实施方式的变形，替换了图2中的一些组件。如图3所示，除了ADC 112、模拟增益放大器114以及多任务器116，APC电路200更包含多个补偿模块220与230。根据本实施方式，补偿模块220的数字偏移抵销模块(digitaloffset cancellation module)220C与补偿模块230分别以补偿模块120的数字形式实施，其中数字偏移抵销模块220C包含数字偏移输入单元222与算术单元224。除了数字偏移输入单元222与算术单元224，补偿模块220更包含数字控制器226。
在普通APC操作中，上述控制单元通过数字偏移输入单元222施加路径偏移给数字偏移抵销模块220C，因此数字偏移抵销模块220C通过使用算术单元224数字地抵销路径偏移。更具体地，数字偏移抵销模块220C通过使用算术单元224来执行算术运算以抵销路径偏移，其中算术运算是以数字值计算来执行。此处，算术运算可如此实现：从ADC 112输出的数字值中减去路径偏移以产生作为数字偏移抵销模块220C的输出的数字值。
另外，数字控制器226数字地补偿路径增益。更具体地，数字控制器226与执行数字值计算的补偿操作以补偿路径增益。此处，补偿操作可通过下述方法来实现：将来自算术单元224的数字值乘以路径增益以产生作为数字控制器226的输出的数字值。如此，上述的控制单元应用补偿后目标值作为目标命令，其中补偿后目标值可如下表示：
TCD(t)＝FPDO(t)*DG；
其中TCD(t)表示数字形式的补偿后目标值，FPDO(t)表示在线推导的FPDO值，DG表示设计增益值，以及t表示对应时间的指数。
因此，在普通APC操作中，上述的控制单元动态地采用补偿后目标值TCD(t)作为目标命令，并将目标命令输入至目标命令输入单元232。算术单元234与算术单元224类似。图3中的数字低通滤波器250为业界所熟知，因此不再赘述。
相较于现有技术，本发明的方法与相关的APC电路能节省上述功率校准站所需的时间与相关花费。
本发明的另一优点是：本发明的方法与相关APC电路不需要功率表就能推导激光功率与目标命令之间的精确关系来控制激光功率。因此，就节省了相应的花费。
本发明虽用较佳实施方式说明如上，然而其并非用来限定本发明的范围，任何本领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，做的任何更动与改变，都在本发明的保护范围内，具体以权利要求界定的范围为准。

Claims (21)

1.一种控制光头的激光功率的方法，用于自动功率校准电路中，其中上述自动功率校准电路包含模数转换器与模拟增益放大器，上述模拟增益放大器用于根据第一电压电平产生第二电压电平，上述方法包含：
使用上述模数转换器以从上述自动功率校准电路推导路径增益与/或路径偏移；以及
根据上述路径增益与上述路径偏移选择性地执行补偿操作，以用目标命令控制上述激光功率。
2.如权利要求1所述的控制光头的激光功率的方法，其特征在于，上述路径增益与/或上述路径偏移从上述自动功率校准电路推导，用于一种电子装置，其包含光头和上述自动功率校准电路。
3.如权利要求1所述的控制光头的激光功率的方法，其特征在于，上述方法更包含：
多任务传输上述第一电压电平；
利用上述模数转换器将上述第一电压电平转换为第一值；
多任务传输上述第二电压电平；
利用上述模数转换器将上述第二电压电平转换为第二值；以及
计算上述第二值与上述第一值的比率以推导上述路径增益。
4.如权利要求3所述的控制光头的激光功率的方法，其特征在于，上述模拟增益放大器具有输入端，用于接收上述第一电压电平；且上述方法更包含：
当上述输入端与光头临时分离时，采用特定电压电平作为上述第一电压电平。
5.如权利要求3所述的控制光头的激光功率的方法，其特征在于，上述模拟增益放大器具有输入端，用于接收上述第一电压电平；且上述方法更包含：
当上述输入端临时耦接至上述光头的前端光电二极管的前端输出时，采用特定值作为上述目标命令；
其中上述第二值于上述第二电压电平被多任务传输后及上述自动功率校准电路进入第二稳定状态后推导出，且上述第一值于上述第一电压电平被多任务传输后及上述自动功率校准电路进入第一稳定状态后推导出。
6.如权利要求1所述的控制光头的激光功率的方法，其特征在于，上述自动功率校准电路包含的模拟增益放大器用于根据第一电压电平产生第二电压电平；上述模拟增益放大器具有输入端，用于接收上述第一电压电平；以及上述方法更包含：
当光头的激光二极管的驱动端临时从上述自动功率校准电路分离时，施加驱动信号至上述光头的激光二极管的上述驱动端，其中上述驱动信号具有大致等于地电平的电压电平；以及
当上述输入端临时耦接至上述光头的前端光电二极管的前端输出时，利用上述模数转换器将上述第二电压电平的导数转换为第三值以推导上述路径偏移。
7.如权利要求1所述的控制光头的激光功率的方法，其特征在于，上述自动功率校准电路包含的模拟增益放大器用于根据第一电压电平产生第二电压电平；上述模拟增益放大器具有输入端，用于接收上述第一电压电平；以及上述方法更包含：
当上述输入端临时耦接至上述光头的前端光电二极管的前端输出时，应用特定值作为上述目标命令以及利用上述模数转换器将上述第二电压电平的导数转换为第三值以推导上述路径偏移；
其中当上述自动功率校准电路进入第三稳定状态后，上述路径偏移大致等于上述第三值。
8.如权利要求1所述的控制光头的激光功率的方法，其特征在于，根据上述路径增益与上述路径偏移选择性地执行补偿操作的上述步骤更包含：
推导出上述路径增益后补偿上述路径增益；以及
推导出上述路径偏移后抵销上述路径偏移。
9.如权利要求8所述的控制光头的激光功率的方法，其特征在于，上述光头包含的前端光电二极管的输出值由前端光电二极管输出；以及上述方法更包含：
应用补偿后目标值作为上述目标命令，其中上述补偿后目标值等于上述前端光电二极管输出值乘以上述路径增益再减去上述路径偏移。
10.如权利要求8所述的控制光头的激光功率的方法，其特征在于，上述光头包含的前端光电二极管的输出值由前端光电二极管输出；以及上述方法更包含：
执行以数字值计算的算术运算以抵销上述路径偏移；
执行以数字值计算的补偿操作以补偿上述路径增益；以及
应用补偿后目标值作为上述目标命令，其中上述补偿后目标值等于上述前端光电二极管输出值与上述模拟增益放大器的设计增益值的乘积。
11.一种自动功率校准电路，用于控制光头的激光功率，上述自动功率校准电路包含：
模拟增益放大器，用来根据第一电压电平以产生第二电压电平；
模数转换器，用于执行模拟数字转换，以及用于从上述自动功率校准电路推导路径增益与/或路径偏移；
至少一补偿模块，耦接至上述模数转换器，用于根据上述路径增益与上述路径偏移选择性地执行补偿操作，以维持上述激光功率与用来控制上述激光功率的目标命令之间关系的精确。
12.如权利要求11所述的自动功率校准电路，其特征在于，上述路径增益与/或上述路径偏移从上述自动功率校准电路推导，用于设计一种电子装置，其包含上述光头与上述自动功率校准电路。
13.如权利要求11所述的自动功率校准电路，其特征在于，更包含：
多任务器，用来多任务传输上述第一电压电平或多任务传输上述第二电压电平；
其中上述模数转换器将上述第一电压电平转换为第一值且进一步将上述第二电压电平转换为第二值；以及计算上述第二值与上述第一值的比率以推导上述路径增益。
14.如权利要求13所述的自动功率校准电路，其特征在于，上述模拟增益放大器具有输入端，用于接收上述第一电压电平；以及当上述输入端临时与上述光头分离时，上述路径增益是应用特定电压电平作为上述第一电压电平来推导。
15.如权利要求13所述的自动功率校准电路，其特征在于，上述模拟增益放大器具有输入端，用于接收上述第一电压电平；当上述输入端临时耦接至上述光头的前端光电二极管的前端输出后，上述路径增益是应用特定值作为上述目标命令而推导出；当上述自动功率校准电路进入第二稳定状态且上述多任务器多任务传输上述第二电压电平后，上述第二值被推导出，以及当上述自动功率校准电路进入第一稳定状态且上述多任务器多任务传输上述第一电压电平后，上述第一值被推导出。
16.如权利要求11所述的自动功率校准电路，其特征在于，当上述光头的激光二极管的驱动端与上述自动功率校准电路分离时，施加驱动信号于上述驱动端，且上述驱动信号具有大致等于地电平的电压电平；以及其中上述模拟增益放大器具有输入端，用于接收上述第一电压电平；
其中当上述输入端临时耦接至上述光头的前端光电二极管的前端输出时，上述模数转换器将上述第二电压电平的导数转换为第三值以推导上述路径偏移。
17.如权利要求11所述的自动功率校准电路，其特征在于，上述自动功率校准电路应用特定值作为上述目标命令；以及其中上述模拟增益放大器具有输入端，用于接收上述第一电压电平；
其中当上述输入端临时耦接至上述光头的前端光电二极管的前端输出时，上述模数转换器将上述第二电压电平的导数转换为第三值以推导上述路径偏移；以及于上述自动功率校准电路进入第三稳定状态后，上述路径偏移大致等于上述第三值。
18.如权利要求11所述的自动功率校准电路，其特征在于，更包含：
控制单元，用于控制上述自动功率校准电路。
19.如权利要求18所述的自动功率校准电路，其特征在于，当上述路径增益推导后上述控制单元控制上述自动功率校准电路以补偿上述路径增益，以及当上述路径偏移推导后上述控制单元控制上述自动功率校准电路以抵销上述路径偏移。
20.如权利要求18所述的自动功率校准电路，其特征在于，上述光头包含的前端光电二极管的输出值由前端光电二极管输出；以及上述控制单元应用补偿后目标值作为上述目标命令，其中上述补偿后目标命令等于上述前端光电二极管输出值乘以上述路径增益再减去上述路径偏移。
21.如权利要求18所述的自动功率校准电路，其特征在于，上述光头包含的前端光电二极管的输出值由前端光电二极管输出；以及上述自动功率校准电路更包含：
数字偏移抵销模块，用于执行以数字值计算的算术运算以抵销上述路径偏移；以及
数字控制器，用于执行以数字值计算的补偿操作以补偿上述路径增益；
其中上述控制单元应用补偿后目标值作为上述目标命令，以及上述补偿后目标值等于上述前端光电二极管输出值与上述模拟增益放大器的设计增益值的乘积。
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