FR2820521A1 - Procede et dispositif de generation d'une variable de synchronisation, circuit integre et lecteur de disque numerique correspondants - Google Patents
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Abstract
Procédé de génération d'une variable de synchronisation destinée à un deuxième signal d'horloge WCS à partir d'un premier signal d'horloge et d'un signal de variation de phase DELTA PSI, dans lequel on détermine une première approximation WS0 du deuxième signal d'horloge, on détermine d'autres approximations proches de la première, on calcule l'erreur pour chacune des approximations, et on prend comme deuxième signal d'horloge la meilleure approximation.
Description
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Procédé et dispositif de génération d'une variable de synchronisation, circuit intégré et lecteur de disque numérique correspondants
L'invention concerne la génération d'une variable susceptible de permettre la synchronisation d'un signal avec un autre signal, notamment d'un signal d'horloge.
L'invention concerne la génération d'une variable susceptible de permettre la synchronisation d'un signal avec un autre signal, notamment d'un signal d'horloge.
L'invention s'applique avantageusement mais non limitativement au domaine des disques numériques, notamment ceux connus sous le vocable de"disque compact" (CD-ROM : Read Only Memory-Compact Disc en langue anglaise) et tout particulièrement les disques numériques multifonctions (DVD :"Digital Versatil Disc"en langue anglaise) stockant de façon comprimée des données d'image.
La synchronisation peut être effectuée à partir d'une boucle à verrouillage de phase analogique qui est plutôt onéreuse.
La synchronisation peut aussi être effectuée à partir d'une boucle à verrouillage de phase numérique. Toutefois, le calcul d'une variable de synchronisation, telle que l'intervalle de temps entre une transition d'un signal approché et une transition du signal que l'on souhaite obtenir nécessite des opérations de division qui sont lentes à effectuer et onéreuses en termes de ressources de calcul.
L'invention vise à proposer une solution simple et précise aux problèmes de l'art antérieur.
L'invention propose un procédé de génération d'une variable de synchronisation WCS destinée à un deuxième signal d'horloge WP2 à partir d'un premier signal d'horloge WP et d'un signal de variation de phase AT, dans lequel : - on détermine une première approximation WSO de la variable de synchronisation ;
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- on détermine d'autres approximations proches de la première, -on calcule l'erreur pour chacune des approximations, et - on prend comme variable de synchronisation la meilleure approximation.
Préalablement à la détermination de la première approximation WSo de la variable de synchronisation, on peut déterminer une approximation Pwp de la période du deuxième signal d'horloge WP2.
De préférence, on détermine une deuxième approximation WSpl et une troisième approximation WSml de la variable de
synchronisation, avec WSpl = WSo +1 et WSml = WSo-1.
synchronisation, avec WSpl = WSo +1 et WSml = WSo-1.
Dans un mode de réalisation de l'invention, on calcule la phase T à un instant donné par addition des signaux de variation de phase AV des instants précédents et de l'instant donné, modulo la période P wpl du signal d'horloge Wop,.
Dans un mode de réalisation de l'invention, on effectue la première approximation WSo selon : WSo = #* Pwp/A avec A une constante.
Dans un mode de réalisation de l'invention, on détermine des valeurs d'erreurs correspondant aux approximations effectuées : err~O = (B*T)- (C*AT*WSo) errpl = (BF)- (C*AT* (WSo +1)) errml = (B*#)-(C*##*(WS0 -1)), avec B et C des constantes.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la variable de synchronisation WCS est égale à celle des approximations générant l'erreur la plus faible.
La variable de synchronisation WCS permet de synchroniser le signal d'horloge WP2 et le signal d'horloge Wop,.
Dans un mode de réalisation de l'invention, A est égal à 2n avec n une constante prédéterminée. n peut être égal à 15.
L'invention propose également un dispositif de génération d'une variable de synchronisation WCS destinée à un deuxième signal d'horloge WP2 à partir d'un premier signal d'horloge WP, et d'un
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signal de variation de phase AY, comprenant : - un moyen pour effectuer une première approximation WSO de la variable de synchronisation, - un moyen pour déterminer d'autres approximations proches de la première, - un moyen pour calculer l'erreur pour chacune des approximations, et - un moyen pour prendre comme variable de synchronisation la meilleure approximation.
L'invention propose également un circuit intégré comprenant un dispositif tel que ci-dessus.
L'invention propose également une boucle à verrouillage de phase comprenant un dispositif tel que ci-dessus.
L'invention propose également un lecteur de disque numérique comprenant une tête optique comportant un moyen d'émission d'un faisceau lumineux incident et plusieurs photodétecteurs pour détecter la réflexion du faisceau lumineux sur le disque, des moyens pour sommer deux à deux les signaux issus des photodétecteurs et délivrer deux signaux incidents échantillonnés, et des moyens de calcul du déphasage mutuel des deux signaux incidents échantillonnés. Les moyens de calcul incorporent un dispositif tel que ci-dessus.
Dans le domaine des disques numériques, à partir de la valeur d'un déphasage entre deux signaux élémentaires issus de photodétecteurs, déphasage qui correspond à l'erreur de positionnement du faisceau optique incident, par exemple un spot laser, illuminant la piste du disque, l'invention permet de calculer une variable à partir de laquelle on peut générer un signal dont la phase est déterminée avec une précision connue. On peut alors modifier le système optique incident et ramener et asservir le faisceau optique sur la piste.
Un disque numérique comporte une seule piste en spirale dont le relief est représentatif des informations binaires stockées sur la piste du disque. On éclaire par un faisceau optique incident, par exemple un spot laser, la piste du disque et plusieurs photodétecteurs,
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par exemple quatre, détectent la réflexion du faisceau lumineux sur le disque.
Le capteur optique formé des photodétecteurs fournit alors, d'une part quatre signaux élémentaires respectivement délivrés par les quatre photodétecteurs, et qui sont utilisés également pour effectuer un asservissement du faisceau optique sur la piste du disque, et d'autre part un signal global, ou signal utile, égal à la somme des quatre signaux élémentaires, signal utile d'où l'on extrait des informations binaires lues sur la piste.
Le codage des informations binaires sur le disque est normalisé et bien connu de l'homme du métier (codage RLL (2,10) par exemple). Plus précisément, la longueur des creux et des bosses présents sur la piste en spirale du disque détermine le nombre de valeurs logiques 0 encadrant deux valeurs logiques 1. Et, ces longueurs de creux et de bosses sont toutes multiples d'une longueur de base communément désignée par l'homme du métier sous le vocable 1T. A titre indicatif, la valeur de la longueur de base 1T est égale à 0,64 micron pour un disque DVD et à 1,6 micron pour un CD-ROM.
Lorsque le disque numérique est en rotation, le signal utile contenant les données binaires, ci-après également désigné"signal incident", comporte une succession de transitions dont les espacements sont représentatifs des longueurs desdites impulsions. Et, plus la vitesse de rotation du disque est élevée, plus les espacements entre les transitions sont réduits.
Le principe général pour extraire les données binaires véhiculées par le signal incident, consiste alors à détecter les transitions du signal incident, à calculer les distances séparant les transitions successives et à déterminer les valeurs des données à partir des distances calculées.
Le calcul du déphasage mutuel de deux signaux incidents échantillonnés peut être effectué par un dispositif électronique comprenant : un étage de détection apte à détecter les transitions de chaque signal incident par rapport à un seuil de franchissement prédéterminé ainsi que les échantillons dits"minimum"de ce signal
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dont les niveaux sont inférieurs à un seuil bas et ceux dits"maximum" dont les niveaux sont supérieurs à un seuil haut, une première paire de blocs associés à un premier signal incident, et une deuxième paire de blocs associés au deuxième signal incident, chaque bloc comportant d'une part des éléments de mémorisation aptes à stocker les niveaux d'un jeu prédéterminé d'échantillons du signal incident correspondant, ce jeu comportant au moins un échantillon minimum, un échantillon maximum, et deux échantillons intermédiaires représentatifs d'une transition dudit signal incident temporellement située entre ces échantillons minimum et maximum, et d'autre part des premier, deuxième et troisième compteurs temporels cadencés par le signal d'horloge d'échantillonnage et respectivement associés aux échantillons minimum, maximum et à l'un des échantillons intermédiaires, des moyens de contrôle aptes, en présence de deux échantillons minimum ou de deux échantillons maximum respectivement relatifs aux deux signaux incidents, à stocker le premier jeu d'échantillons relatifs au premier signal dans l'un des blocs de la première paire et le premier jeu d'échantillons relatifs au deuxième signal dans le bloc homologue de la deuxième paire, puis à stocker les jeux suivants successifs d'échantillons de chaque signal incident alternativement et successivement dans les deux blocs de chaque paire en commençant par l'autre bloc de chaque paire, à initialiser le compteur temporel associé à l'échantillon stocké et à délivrer un signal de validation de bloc lorsque le jeu correspondant d'échantillons a été totalement stocké dans les éléments de mémorisation du bloc, et des moyens de post-traitement aptes à déterminer le déphasage des deux signaux incidents en présence de deux signaux de validation de bloc relatifs à deux blocs homologues des deux paires, au moins à partir des valeurs des troisièmes compteurs temporels de ces deux blocs et des niveaux des échantillons intermédiaires stockés dans ces deux blocs.
Un tel dispositif électronique de calcul de déphasage peut être utilisé en amont du dispositif de génération d'une variable de
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synchronisation pour lui fournir un signal de variation de phase AT.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est un organigramme d'étape de procédé ; - la figure 3 est une vue schématique des signaux ; et - la figure 4 est une vue schématique partielle de l'architecture interne d'un lecteur de disque numérique, en particulier de disque DVD.
- la figure 2 est un organigramme d'étape de procédé ; - la figure 3 est une vue schématique des signaux ; et - la figure 4 est une vue schématique partielle de l'architecture interne d'un lecteur de disque numérique, en particulier de disque DVD.
De façon générale, l'invention permet de synchroniser deux signaux d'horloge en mettant en oeuvre des moyens numériques rapides et peu coûteux.
Comme on peut le voir sur la figure 1, le dispositif 1 de génération d'une variable de synchronisation WCS reçoit en entrée un signal de variation de phase AT qui peut être généré comme expliqué plus loin en référence à la figure 4, et un signal de période P du signal d'horloge WP par exemple de fréquence égale à 20 MHz. Le signal de synchronisation WCS en sortie du dispositif 1 est fourni à un module 2 qui reçoit également en entrée un signal d'horloge WP et capable de fournir en sortie un signal d'horloge synchronisé WP2s de fréquence égale au signal d'horloge WP2 et synchronisé sur le signal
WP.
WP.
Un module, non représenté, pourra être prévu pour calculer une approximation Pwp de la période du deuxième signal d'horloge WP2. On a Pwp = B/AY, avec B une constante qui dépend du nombre de bits utilisés pour le calcul, de la fréquence du signal WP d'une fréquence d'échantillonnage, par exemple égale à 400 Mhz et d'une fréquence d'écriture, par exemple égale à 130 khz.
Pour simplifier les calculs, Pwp peut être pré-calculé pour des intervalles de AT.
Le dispositif 1 comprend un module 3 de calcul de la phase IF à partir du signal de variation de phase AUF et de la période P wpl. Le module 3 effectue l'addition des variations de phase des instants
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précédents et de la variation de phase de l'instant courant modulo la période Pwpl-En d'autres termes, le module 3 effectue les opérations suivantes : - nul prend la valeur - si Tn+l > , alors prend la valeur n+l-. tax étant la valeur maximum de la phase soit à l'instant Pwpl.
La phase T peut être déterminée à partir d'un signal de variation de phase provenant d'une autre horloge, non représentée, de fréquence différente mais de phase déterminée. Pour simplifier les calculs, la phase T peut être calculée toutes les p périodes, avec p > 1, du premier signal d'horloge WPi.
Le dispositif 1 comprend un module 4 qui reçoit le signal de phase # issu du module 3 et la période approchée Pwp1. Le module 4 effectue la détermination d'une première approximation WSo de la
variable de synchronisation WCS, avec : WSo = IF x Pwp/A, avec A une constante. A est prédéterminée en fonction des signaux d'horloge que l'on veut synchroniser et sera pris égal à une puissance de 2. A titre d'exemple, on peut prendre A=215.
variable de synchronisation WCS, avec : WSo = IF x Pwp/A, avec A une constante. A est prédéterminée en fonction des signaux d'horloge que l'on veut synchroniser et sera pris égal à une puissance de 2. A titre d'exemple, on peut prendre A=215.
Le dispositif 1 comprend un module 5 de détermination d'autres approximations proches de la première approximation WSo. Le module 5 est relié à la sortie du module 4. Le module 5 effectue une opération d'addition pour générer une deuxième approximation WSpl et une opération de soustraction pour générer une troisième approximation WS, avec WSpl = WSo + 1 et WSml = WS0 - 1. En sortie du module 5, on dispose de trois approximations, les deuxième et troisième approximations encadrant la première de façon que l'on puisse comparer leurs précisions respectives.
Le dispositif 1 comprend un module 6 de calcul d'erreurs qui reçoit la première approximation WSo issue du module 4 et les
deuxième et troisième approximations WSP, et WSmi issues du module 5. Le module 6 reçoit également le signal de variation de phase AT.
deuxième et troisième approximations WSP, et WSmi issues du module 5. Le module 6 reçoit également le signal de variation de phase AT.
Le module 6 calcule trois valeurs d'erreurs err~0, err~p1 et errml correspondant respectivement aux première, deuxième et troisième approximations WSo, Wisp1 et Wsml, avec :
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err0 = (B*T)- (C*AF*WSo) errpl = (B*#)-(C*##*(WS0+1)) errml = (B*F)- (C*AF* (WSo-1)), avec B et C des constantes.
On remarquera ici que le calcul des valeurs d'erreurs met en oeuvre des opérations d'addition, de soustraction et de multiplication, mais pas d'opérations de division qui sont lentes et coûteuses en terme de ressources de calcul. Les constantes B et C sont prédéterminées en fonction des signaux que l'on veut synchroniser. A titre d'exemple, on peut prendre B=20 et C=13.
Le dispositif 1 comprend un module de sélection 7 qui reçoit les trois valeurs d'erreurs err~0, errpl et err~m1 en provenance du module d'erreur 6, la première approximation WSo en provenance du module 4 et les deuxième et troisième approximations WSpl et WSml en provenance du module 5. Le module 7 détermine quelle est la plus petite erreur parmi les erreurs précitées et envoie en sortie l'approximation présentant l'erreur la plus faible. Ladite approximation est envoyée en sortie dispositif 1 comme étant la variable de synchronisation WCS. En d'autres termes, on a : si err-0 = min (err~0, errpl, errml), alors WCS = WSo ;
si err-pl = min (err0, errpl, errml), alors WCS = WSpl ; sinon WCS = WSml.
si err-pl = min (err0, errpl, errml), alors WCS = WSpl ; sinon WCS = WSml.
Avantageusement, le dispositif 1 est réalisé sous forme intégrée et constitue une partie d'une circuit intégré.
Sur la figure 2, sont illustrées les différentes étapes qui sont réalisées chronologiquement lors de la mise en oeuvre du procédé.
A l'étape 10, on calcule une approximation Pwp de la période du deuxième signal d'horloge.
A l'étape 11, on calcule la phase # en fonction du décalage de phase ## et de la période P pl.
A l'étape 12, on calcule la première approximation WSo en fonction de la phase # et de la période approchée P wp.
A l'étape 13, on calcule les deuxième et troisième approximations WSpl et WSm1 à partir de la première approximation WSo.
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A l'étape 14, on calcule les erreurs correspondant à chacune des approximations précitées.
A l'étape 15, on prend comme variable de synchronisation l'approximation offrant l'erreur la plus faible.
Sur la figure 3, sont illustrées différents signaux décrits plus haut. Le signal d'horloge Wpl présente une fréquence de 20 MHz. Les lignes verticales référencées 8 correspondent aux transitions montantes du signal d'horloge Wpl. Le signal Wp2 définit entre deux transitions descendantes une période d'écriture que l'on cherche à déterminer. La connaissance des transitions montantes du signal Wpl et de la variable de synchronisation WCS qui peut être définie comme étant l'écart temporel entre une transition descendante du signal Wp2 et la transition montante suivante du signal W 1, permet de déterminer entièrement le signal Wp2.
Sur la figure 4, la référence 20 désigne plus particulièrement un lecteur de disque DVD dont on n'a représenté ici que certains éléments utiles pour décrire un moyen de calcul de déphasage AT.
La référence 21 désigne un capteur optique composé de quatre photodétecteurs 22,23, 24,25. En pratique, une diode laser émet un faisceau laser qui est dirigé vers la face du disque, sur laquelle est gravée la piste contenant les informations, par l'intermédiaire notamment d'une lame séparatrice et d'un système optique classique. Le faisceau réfléchi par le disque traverse alors dans l'autre sens la lame séparatrice et est capté par les quatre photodétecteurs 22,23, 24,25 qui se situent tous les quatre dans un plan parallèle au plan du disque. Chaque photodétecteur délivre un signal que l'on a référencé, à des fins de simplification, par le même nombre que celui affecté au photodétecteur. Ces signaux élémentaires 28,29, 30,31 sont ensuite traités dans un premier étage de traitement 26 comprenant en tête un module de traitement préliminaire 27 comportant notamment des amplificateurs, ce module 27 étant de structure connue en soi.
Les signaux 28,29, 30,31 délivrés par le module 27 sont ensuite échantillonnés dans quatre convertisseurs analogiques numériques 32 à 35. Un signal d'horloge d'échantillonnage est délivré
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par exemple par un quartz (non représenté ici à des fins de simplification).
On somme ensuite, dans deux additionneurs, les deux signaux élémentaires qui sont issus des deux photodétecteurs symétriques par rapport au centre haut du capteur. Ainsi, l'un des signaux secondaires est égal à la somme des signaux élémentaires 28 et 30, tandis que l'autre signal secondaire est égal à la somme des signaux élémentaires 29 et 31.
Les signaux sommés sont ensuite filtrés respectivement dans deux filtres passe-bas de structure identique 36 et 37. L'étage de traitement fournit donc deux signaux incidents échantillonnés, dont le déphasage mutuel est représentatif de l'erreur de positionnement du faisceau optique par rapport à la piste du disque. Ces deux signaux échantillonnés vont être traités par le dispositif de calcul de déphasage selon l'invention, incorporé dans l'étage 38, ce dernier délivrant une erreur de positionnement qui va être classiquement utilisée dans une boucle d'asservissement pour modifier le système optique incident et ramener et asservir le faisceau optique sur la piste du disque. L'erreur de positionnement peut être prise comme déphasage ou subir un traitement intermédiaire avant d'être utilisée par le dispositif 1 de la figure 1.
Par ailleurs, l'homme du métier sait que le capteur optique formé des photodétecteurs délivre outre les quatre signaux élémentaires, un signal global, ou signal utile, égal à la somme des quatre signaux élémentaires, signal utile d'où l'on extrait les informations binaires lues sur la piste. Les moyens de traitement qui permettent d'extraire les données codées et qui font classiquement partie d'un lecteur de disque numérique, ne sont pas représentés ici à des fins de simplification.
Claims (11)
1. Procédé de génération d'une variable de synchronisation WCS destinée à un deuxième signal d'horloge WP2 à partir d'un premier signal d'horloge WP et d'un signal de variation de phase AIF, dans lequel : - on détermine une première approximation WSo de la variable de synchronisation, - on détermine d'autres approximations proches de la première, -on calcule l'erreur pour chacune des approximations, et - on prend comme variable de synchronisation la meilleure approximation.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, préalablement à la détermination de la première approximation WSo de la variable de synchronisation, on détermine une approximation Pwp de la période du deuxième signal d'horloge WP2.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on détermine une deuxième approximation WSpl et une troisième approximation WSml de la variable de synchronisation, avec WSpl = WSo +1 et WSml = WS0 -1.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on calcule la phase T à un instant donné par addition des signaux de variation de phase AT des instants précédents et de l'instant donné, modulo la période du signal d'horloge Wop1.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel on effectue la première approximation WSo selon : WSo = F* P.p/A avec A une constante.
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel on détermine des valeurs d'erreurs correspondant aux approximations effectuées : err0 = (B*T)- (C*AT*WSo)
errpl = (B*P)- (C*A'F* (WSo +1)) errml = (B*T)- (C*AF* (WSo-1)), avec B et C des
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constantes.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la variable de synchronisation WCS est égale à celle des approximations générant l'erreur la plus faible.
8. Procédé selon la revendication 5, dans lequel A est égal à 2n avec n une constante prédéterminée.
9. Dispositif de génération d'une variable de synchronisation WCS destinée à un deuxième signal d'horloge WP2 à partir d'un premier signal d'horloge WP 1 et d'un signal de variation de phase AT, caractérisé par le fait qu'il comprend : - un moyen pour effectuer une première approximation WSo de la variable de synchronisation, - un moyen pour déterminer d'autres approximations proches de la première,
- un moyen pour calculer l'erreur pour chacune des approximations, et - un moyen pour prendre comme variable de synchronisation la meilleure approximation.
10. Circuit intégré comprenant un dispositif selon la revendication 9.
11. Lecteur de disque numérique comprenant une tête optique comportant un moyen d'émission d'un faisceau lumineux incident et plusieurs photodétecteurs (22 à 25) pour détecter la réflexion du faisceau lumineux sur le disque, des moyens pour sommer deux à deux les signaux issus des photodétecteurs et délivrer deux signaux incidents échantillonnés, et des moyens (38) de calcul du déphasage mutuel des deux signaux incidents échantillonnés, caractérisé par le fait que les moyens de calcul (38) incorporent un dispositif tel que défini dans la revendication 9.
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