CN1100319C - 数据检测器及用这种检测器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种数据检测器和数据检测方法，数据检测器包括：按照取样时钟信号把接收信号变换为数字数据的变换器、对数字数据进行最大似然译码的最大似然译码器和用来测量数字数据的取样点和接收信号的最佳检测点之间的相位差并根据测得的相位差产生改变取样时钟信号相位的控制信号的发生器，将作为数据检测点的取样点的相位与最佳检测点的相位相匹配，以使相位差所引起的误差最小，因此而增强最大似然译码器的性能，并提高重放数据的整体检测性能。

Description

数据检测器及用这种 检测器的方法
技术领域
本发明涉及数据检测，特别是涉及一种改进最大似然检测性能的数据检测器及其方法。
背景技术
有关包括维特比译码方法的部分响应最大似然(PRML)译码的信号处理技术已经被用于提高记录密度而不使普通录/放设备的特性发生急剧变化，而且已经提出了实施这种技术的许多种装置。
图1是具有部分响应(PR)4(+1，0，-1)型的数字盒式录像机(VCR)的录/放单元的方框图。在图1中，预编码器102调制要被记录的输入数据，即：两个单元延时器(D)106和108把预编码器102的加法器104的输出延迟相当于2比特输入数据的时间，然后反馈到加法器104。加法器104对输入数据和反馈数据进行“异或”(exclusive OR)运算，预编码器102的这种运算把输入数据变换成为交错的不归零反相(NRZI)数据，这里D表示对应于1比特输入数据的单元延时器。
记录放大器110是一个电流驱动型(driven-by-current type)放大器，其能使足够大的电流流经通道112的记录磁头HD1，以便把数据按最佳状态记录在记录媒体T上。重放放大器114把由通道112的重放磁头HD2重放出来的信号放大到要求的幅度，然后，均衡器116对重放信号的波形和幅度的失真进行补偿，这种补偿包括去掉直流分量和仅传送高频分量，这种高频分量表示记录数据的传输，如象因通道112的微分特性而决定的微分型脉冲。这里，被放大之后而由重放放大器114输出的重放信号是一个PR(+1，-1)型信号。
微分型通道特性是(1-D)，具有(1+D)积分特性的通道解调器118把从均衡器116输出的PR(+1，-1)型信号变换为PR4(+1，0，-1)型信号，从而由记录器的预编码器102调制的信号就被解调为原始记录数据。这里，通道解调器118包括一个延时器120和一个加法器122，延时器120用来把均衡器116的输出延迟一个单位比特(1比特)，加法器122用来把延时器120延迟的信号加到均衡器116的输出上。时钟信号发生器124利用一个内部锁相环(PLL)电路来检测由均衡器116均衡的重放信号的定时，以便产生数据检测器126所需要的时钟信号。
另一方面，数据检测器126包括一个模拟/数字变换器(ADC)128和一个数字维特比译码器130，ADC128根据时钟信号发生器124产生的取样时钟信号把通道解调器118的输出变换成为数字数据，数字维特比译码器130根据时钟信号发生器产生的驱动时钟信号用维特比译码算法对数字数据进行译码，其中维特比译码算法是最大似然译码算法。此处因为ADC128的取样点对应于重放数据的检测点，所以取样点是确定数字维特比译码器130的性能的决定性因素。然而，图1所示的普通的数据检测器126不能处理连续变化的信号，所以在取样点和实际最佳检测点之间会发生相位误差，结果，维特比译码性能下降。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种数据检测器，在对重放数据进行最大似然译码时，这种数据检测器能自适应地使作数据检测点的输入信号取样点的相位与实际重放数据的最佳检测点的相位相匹配，由此提供最佳性能而适应重放信号的各种变化。
本发明的另一个目的是提供一种数据检测方法，按照这种方法，在对重放数据进行最大似然译码时，输入信号的取样点(作为数据检测点)的相位能自适应地匹配于实际重放信号的最佳检测点的相位，由此提供最佳性能而适应于重放信号的各种变化。
为实现第一目的，本发明所提供的数据检测器包括：一个变换器、一个最大似然译码器、一个发生器和一个相移器。变换器根据取样时钟信号把所收到的信号变换成数字数据，最大似然译码器进行数字数据的最大似然译码，发生器测量数字数据的取样点和所收到的信号的最佳检测点之间的相位差，并根据测得的相位差来产生改变取样时钟信号相位的控制信号。另外，相移器根据控制信号移动取样时钟信号的相位。
为实现第二目的，所提供的检测数据的方法包括如下步骤：(a)根据取样时钟信号把所收到的信号变换成为数字数据；(b)对数字数据进行最大似然译码；(c)测量数字数据的取样点和所接收到的信号的最佳检测点之间的相位差，并根据测得的相位差产生改变取样时钟信号相位的控制信号。另外，本发明的数据检测方法还可以包括步骤(d)，根据控制信号移动取样时钟信号的相位。
附图说明
参照附图详细描述本发明的优选实施例，本发明的上述目的和优点将会更加清楚。
图1是具有普通数据检测器的数字盒式录像机(VCR)的录/放单元的结构方框图；
图2是具有按照本发明的优选实施例的数据检测器的重放单元的方框图；
图3是具有按照本发明的另一个实施例的数据检测器的重放单元的方框图；
图4表示最佳检测点的相位与取样点相位相吻合的理想的情况；
图5表示最佳检测点相位与取样点相位不相吻合的情况；
图6是图3所示的相位检测器和误差电压发生器的结构方框图；
图7A、7B和7C按照相位差表示图6中的PWM发生器的输入和输出信号波形以及低通滤波器的输出信号波形；
图8表示图6中的相移器的工作原理。
具体实施方式
图2中，重放放大器114、均衡器116、通道解调器118和时钟信号发生器124与图1的这些部件相同或等效，因此省略其说明。
如图2所示，按照本发明的一个实施例的数据检测器200包括ADC202、数字维特比译码器204和相位检测器及误差电压发生器206。数据检测器200不同于普通的数据检测器126，它包括相位检测器及误差电压发生器206。相位检测器及误差电压发生器206检测由ADC202输出的重放信号的相位误差，并按照检测到的相位误差产生一个电压信号，再把所产生的信号送到时钟信号发生器124，来控制ADC202的取样点的相位。
图3是具有按照本发明的另一个实施例的数据检测器的重放电路的方框图。不像图2的数据检测器200，图3的数据检测器300还包括一个相移器308，该相移器308根据由相位检测器及误差电压发生器306所产生的相应于相位误差的电压信号来移动由时钟信号发生器124产生的取样时钟信号的相位，并把结果送到模/数变换器(ADC)302。
即：在图2的数据检测器200的情况下，时钟信号发生器124包括根据相位检测器及误差电压发生器206所产生的相应于相位误差的电压信号来移动取样时钟信号相位的功能，而图3的数据检测器300则包括执行该功能的分离的相移器308。
下面参照图3～8来描述按照本发明的数据检测器的运行情况。
首先考虑ADC302的理想的取样点作为重放数据的检测点，这种情况示于图4，其中取样点处在最佳检测点处，因此提高数字维特比译码器304的译码性能。数字维特比译码器304可以采用任何一种维特比译码算法，其细节都是公知的，故省略其说明。
另一方面，输入到ADC302的信号电平也很重要，在此假定重放放大器114使用了自动增益控制(AGC)，以保持送到ADC302的信号电平不变。因此，就不考虑输入重放信号电平变化的影响，并且为说明起见，假设ADC302的数字输出电平相对于模拟输入信号有6比特线性量化特性，即：把“-1”变换为“000000”，“0”变换为“011111”，“+1”变换为“111111”。
通常，ADC302由取样电路和保持电路构成，只有处在取样点的输入重放信号的模拟值被输出为数字值。如图4所示，输入到ADC变换器302的重放信号有3个最佳检测点“+1”，“0”和“-1”，在理想情况下，取样点与这些最佳检测点相吻合，因此，ADC302对数字维特比译码器304的性能完全没有负面影响。
然而，在实际情况下，取样点的相位不同于最佳检测点的相位，这种情况的一个例子表示在图5中。在图5中，由于取样点已经偏离最佳检测点“0.4”，所以数字输出信号的电平也已经偏离同样的量。数字维特比译码器304根据数字输出信号的电平进行软判定(soft decision)，所以维特比译码性能随偏离程度而下降。即，当取样点和最佳检测点之间的相位差减小时，数字维特比解码器304的特性变好。因此，本发明提出采用使相位差最小化的相位检测器及误差电压发生器306，以使数字维特比译码器304接近理想的性能。相位检测器及误差电压发生器306用A/D变换器302的数字输出电平测量取样点和最佳检测点之间的相位差，并把测得的相位差变换为一个误差电压，该误差电压被用来移动A/D变换器302的取样时钟信号的相位，从而使相位差达到最小。
图6是表示图3的相位检测器及误差电压发生器306的结构的详图。图3中所示的ADC302的输出AD[5..0]被输入到第1至第3比较器310、312和314，代表电平“+1”的最佳检测点的第1参考电平REF1：111111也被输入到第1比较器310，第1比较器310测量ADC302的输出AD[5..0]和第1参考电平REF1之间的差值。
第2比较器312接收代表电平“0”的最佳检测点的第2参考电平REF2：011111，以便测量ADC302的输出电平AD[5..0]和第2参考电平REF2之间的差值。第3比较器314接收代表电平“-1”的最佳检测点的第3参考电平REF3：000000，以便测量ADC302的输出AD[5..0]和第3参考电平REF3之间的差值。另外，相位检测器及误差电压发生器306包括用来产生第1、第2和第3参考电平的参考电平发生器(未示出)。
第1、第2和第3比较器310，312和314的每一个都输出它们的两个输入电平之间的差值作为绝对值。这里，如果ADC302在图4的第1取样点对重放信号进行取样，第1比较器310的输出就成为“000000”，第2比较器312的输出就成为“100000”，第3比较器314的输出成为“111111”。
按照同样的方式，如果ADC302在图4的第2取样点对重放信号进行取样，第2比较器312的输出就变成为“000000”；如果在图4的第3取样点取样，第3比较器314的输出就成为“000000”。
第4和第5比较器316和318的运作不同于第1，第2和第3比较器310，312和314：它们比较两个输入电平，并输出较低的电平。即：第4比较器316比较第1比较器310的输出C1[5..0]和第2比较器312的输出C2[5..0]，并输出较低电平的那个。由此来决定当前的取样点是否“+1”或“0”的检测点。第5比较器318比较第3比较器314的输出C3[5..0]和第4比较器316的输出C4[5..0]，并输出具有较低电平的那个，由此来决定当前的取样点是否“+1”，“0”或“-1”的检测点。
第1～第3比较器310，312和314测量输入重放信号的取样点和三个最佳检测点之间的差值，而第4和第5比较器316和318决定最佳检测点在何处。例如：在图4的第1取样点处，第5比较器318的输出C5[5..0]变成为“000000”；在图5的第1取样点处，第5比较器318的输出C5[5.0]变成为“001010”。
脉冲宽度调制(PWM)发生器320根据它的输入信号的变化来改变它的输出信号的脉冲宽度。输入到PWM发生器320的第5比较器318的输出C5[5..0]的范围是从最低的“000000”(零相位差)到最高的“011111”(180°相位差)。
图7A表示代表相位差的输入到PWM发生器320的数字电平，图7B和7C分别表示PWM发生器320和LPF322的按照相位差的输出信号波形。即：如图7A所示，关于PWM发生器320的输入数字电平从“000000”到“011111”，如图7B所示，其输出信号电平的范围为从“低”到“高”。数字电平愈高，PWM发生器320输出的脉冲宽度愈宽。LPF322产生一个于PWM发生器320的输出信号脉宽成比例的电压(见图7C)，这样，就对应于检测到的相位差把第5比较器318的输出C5[5..0]变换成为误差电压(Er)。
由LPF322产生的误差电压Er被送到图3所示的相移器308，相移器308根据图8所示的原理移动送到ADC302的取样时钟信号的相位。即：由LPF322产生的误差电压Er越高，取样时钟信号的相位就被移动得越多。连续进行这一连串的运作，直到ADC302的取样点的相位与重放输入信号的最佳检测点的相位吻合为止，如果该条件达到最佳，就保持最佳状态，直到产生相位误差为止。
总之，本发明在记录和重放实际数字图象信号时，必须保证各种系统的兼容性，这种兼容性可以变换幅度和相位有很大变化的信号。这种幅度的变化可以采用AGC放大器来补偿，而由于相位以及幅度的变化所引起的数字维特比译码器性能的劣化是显著的。因此，本发明的数据检测器采用相位检测器及误差电压发生器306来补偿相位变化，即：测量作为数据检测点的ADC302的取样点的相位以便使取样点相位与最佳检测点的相位相匹配。结果，使由于相位差所产生的误差达到最小，因此，就增强了数字维特比译码器304的性能，并提高了重放数据检测的整体性能。
如上所述，按照本发明的数据检测器和数据检测方法能够改进重放数据检测的性能，而覆盖重放信号的各种变化。

Claims (17)

1.一种数据检测器，包括：
按照取样时钟信号把接收信号变换为数字数据的变换器；
进行数字数据的最大似然译码的最大似然译码器；以及
发生器，用来测量数字数据的取样点和接收信号的最佳检测点之间的相位差，并根据测得的相位差产生改变取样时钟信号相位的控制信号，
其中，所述发生器通过测量数字数据的单个取样点与多于一个的最佳检测点之间的相位之间的差值来测量相位差。
2.根据权利要求1的数据检测器，其中，发生器包括：
计算器，用来按照预定的最佳检测点数计算数字数据电平和每个参考电平之间的差值的绝对值，并把结果输出作为相位误差；以及
根据相位误差产生控制信号的控制信号发生器。
3.根据权利要求2的数据检测器，其中，计算器包括：
第1比较器，用来比较代表电平“+1”最佳检测点的第1参考电平与数字数据电平，以便测量其间的差值；
第2比较器，用来比较代表电平“0”最佳检测点的第2参考电平与数字数据电平，以便测量其间的差值；
第3比较器，用来比较代表电平“-1”最佳检测点的第3参考电平与数字数据电平，以便测量其间的差值；
第4比较器，用来比较第1和第2比较器的输出，以便输出两个电平的较低电平；以及
第5比较器，用来比较第3和第4比较器的输出，以便输出两个电平的较低电平。
4.根据权利要求2的数据检测器，其中，控制信号发生器包括：
根据相位误差产生脉冲宽度调制信号的脉冲宽度调制发生器；和
把脉冲宽度调制信号变换为电压信号并把该电压信号输出为控制信号的低通滤波器。
5.根据权利要求2的数据检测器，其中，还包括：
时钟信号发生器，用来产生取样时钟信号并根据控制信号改变取样时钟信号的相位，再把结果送到变换器；和
参考电平发生器，用来根据预定的最佳检测点数产生参考电平。
6.一种数据检测器，包括：
按照取样时钟信号把接收的信号变换为数字数据的变换器；
进行数字数据的最大似然译码的最大似然译码器；
发生器，用来测量数字数据的取样点和接收信号的最佳检测点之间的相位差，并根据测得的相位差产生控制信号；以及
根据控制信号移动取样时钟信号相位的相移器，
其中，所述发生器通过测量数字数据的单个取样点与多于一个的最佳检测点之间的相位之间的差值来测量相位差。
7.根据权利要求6的数据检测器，其中，发生器包括：
计算器，用来按照预定的最佳检测点数计算数字数据电平和每个参考电平之间的差值的绝对值，并把结果输出为相位误差；以及
根据相位误差产生控制信号的控制信号发生器。
8.根据权利要求7的数据检测器，其中，计算器包括：
第1比较器，用来比较代表电平“+1”最佳检测点的第1参考电平与数字数据电平，以便测量其间的差值；
第2比较器，用来比较代表电平“0”最佳检测点的第2参考电平与数字数据电平，以便测量其间的差值；
第3比较器，用来比较代表电平“-1”最佳检测点的第3参考电平与数字数据电平，以便测量其间的差值；
第4比较器，用来比较第1和第2比较器的输出，以便输出两个电平的较低电平；以及
第5比较器，用来比较第3和第4比较器的输出，以便输出两个电平的较低电平。
9.根据权利要求7的数据检测器，其中，控制信号发生器包括：
根据相位误差产生脉冲宽度调制信号的脉冲宽度调制发生器；和
把脉冲宽度调制信号变换为电压信号并把该电压信号输出为控制信号的低通滤波器。
10.根据权利要求7的数据检测器，其中，还包括：按照预定的最佳检测点数产生参考电平的参考电平发生器。
11.一种用于具有最大似然译码器的数字记录/重放设备的数据检测器，包括：
变换器，用来根据取样时钟信号把输入重放信号变换为数字数据，并把结果送到最大似然译码器；和
发生器，用来测量数字数据的取样点和重放信号的预定数目的最佳检测点之间的相位差，并根据测得的相位差产生用来改变取样时钟信号相位的控制信号，
其中，所述发生器通过测量数字数据的单个取样点与多于一个的最佳检测点之间的相位之间的差值来测量相位差。
12.根据权利要求11的数据检测器，其中，还包括根据控制信号移动取样时钟信号相位的相移器。
13.根据权利要求11的数据检测器，其中，发生器包括：
第1比较器，用来比较代表电平“+1”最佳检测点的第1参考电平与数字数据电平，以便测量其间的差值；
第2比较器，用来比较代表电平“0”最佳检测点的第2参考电平与数字数据电平，以便测量其间的差值；
第3比较器，用来比较代表电平“-1”最佳检测点的第3参考电平与数字数据电平，以便测量其间的差值；
第4比较器，用来比较第1和第2比较器的输出，以便输出两个电平的较低电平；
第5比较器，用来比较第3和第4比较器的输出，以便输出两个电平的较低电平；
根据第5比较器的输出产生脉冲宽度调制信号的脉冲宽度调制的发生器；和
把脉冲宽度调制信号变换为电压信号并把该电压信号输出为控制信号的低通滤波器。
14.一种检测数据的方法，包括如下步骤：
(a)根据取样时钟信号把接收的信号变换为数字数据；
(b)对数字数据进行最大似然译码；和
(c)测量数字数据的取样点和接收信号的最佳检测点之间的相位差，并根据测得的相位差产生改变取样时钟信号相位的控制信号，
其中，所述发生器通过测量数字数据的单个取样点与多于一个的最佳检测点之间的相位之间的差值来测量相位差。
15.根据权利要求14的方法，其中，还包括步骤(d)根据控制信号移动取样时钟信号相位。
16.根据权利要求14的方法，其中，步骤(c)包括如下子步骤：
(c1)按照预定的最佳检测点数计算数字数据电平和每个参考电平之间的差值的绝对值，以便测量相位误差；和
(c2)根据相位误差产生控制信号。
17.根据权利要求14的方法，其中，步骤(c)包括如下子步骤：
(c1)比较代表电平“+1”最佳检测点的第1参考电平与数字数据电平，以便测量其间的差值，并输出第一信号；
(c2)比较代表电平“0”最佳检测点的第2参考电平与数字数据电平，以便测量其间的差值，并输出第二信号；
(c3)比较代表电平“-1”最佳检测点的第3参考电平与数字数据电平，以便测量其间的差值，并输出第三信号；
(c4)比较第1和第2比较器的输出，以便输出两个电平的较低电平作为第四信号；
(c5)比较第3和第4比较器的输出，以便输出两个电平的较低电平作为相位误差；
(c6)把相位误差变换为脉冲宽度调制信号；和
(c7)把脉冲宽度调制信号变换为控制信号的电压。
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