JP2007510243A - 差動位相検出器 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、完全にデジタルで実装される差動位相検出器と、該差動位相検出器のための補間器に関する。
【解決手段】本発明によると、4つの光検出器のデジタル化された信号(A、B、C、D)からトラッキング誤差信号を生成する差動位相検出器は、デジタル化された信号(A、B、C、D)を時間多重するマルチプレクサと、時間多重されたデジタル化信号(A、B、C、D)からサンプルを同期化するためのデマルチプレクサ/補間器を含む。デマルチプレクサ/補間器は、好ましくは、4個の信号の時間多重信号を受信し、時間多重信号の半分の速度である4チャネルの信号を生成する。
【選択図】図9
【解決手段】本発明によると、4つの光検出器のデジタル化された信号(A、B、C、D)からトラッキング誤差信号を生成する差動位相検出器は、デジタル化された信号(A、B、C、D)を時間多重するマルチプレクサと、時間多重されたデジタル化信号(A、B、C、D)からサンプルを同期化するためのデマルチプレクサ/補間器を含む。デマルチプレクサ/補間器は、好ましくは、4個の信号の時間多重信号を受信し、時間多重信号の半分の速度である4チャネルの信号を生成する。
【選択図】図9
Description
本発明は、概して、差動位相検出器に関する。より詳細には、本発明は、完全にデジタルで実装される差動位相検出器と、該差動位相検出器のための補間器と、該差動位相検出器を使用した記録媒体の記録再生装置に関する。
DVD(Digital Versatile Disk)の再生のために、4つの光検出器A、B、C及びDからの信号が、再生器のフロントエンドで再生される。これらの信号は、合成信号(A+B+C+D)である高周波の主ビーム、つまり、データ信号(HF)の生成と、差動位相検出(DPD)のために利用される。トラック上のランド及びピットの検出のためには、データ信号HFの使用で十分である。データ信号はデジタル領域で処理されるので、データ信号HFは、適切なアナログデジタル変換器(ADC)を用い高速にデジタル化される。
トラッキング誤差信号を生成するサーボ制御部を正しくトラッキングするため、光検出器からの4つの独立した信号A、B、C及びDが必要である。トラッキング誤差信号の生成のために、一般的に、差動位相検出が用いられる。この技術は、光検出器からの信号A、B、C、D間の位相差の測定に基づいている。位相差は、信号エッジ間の時間差を見ることにより評価される。
差動位相検出のために、幾つかの技術を適用できる。アナログデジタル混合法を適用する場合、通常、幾つかのアナログ処理の後、2値デジタル信号の構成のために、比較器を使用する。更なるアナログデジタル変換器は差動位相検出に必要ではない。この様なアプローチを図1に示す。図示した回路のデジタル部は、サンプリングされたデジタル信号の遷移間のクロックサイクルを測定する。ここで、サンプリングされたデジタル信号は、アナログ部にあり、所定の閾値を超える又は下回る信号遷移を検出する高速な比較器で得られるものである。一般的に、比較器は高速な1ビットのアナログデジタル変換器と考えることができる。比較器は、ノイズにより非常に簡単に出力を切り替えるかもしれない。よって、比較器は重要な部品であり、そのヒステリシスは、間違った遷移を避けるためにノイズに対する適切な調整が行わなければならない。このアプローチの他の制限は、時間遅延の正確な測定のために、クロック周波数を高くしなければならないことである。特許文献1に記載の解決法は、サンプリングクロックの時間分解能の制限に対し、トラッキング誤差信号の分解能の増加とノイズ耐性の相関を利用している。
間違った遷移から保護するために適切なステートマシーンの利用を考慮した特許文献2に記載の他の解決法を図2に示す。しかしながら、この解決法は、デジタルクロックサイクル内で信号エッジの位相を測定する特別な位相測定ユニット(PM)(図2のPMセル)を必要とする。位相情報を用いることで、位相比較器の分解能は、クロックサイクルより高くなる。アナログフロントエンドは、等化器と、スライスレベル生成器からの閾値(スライスレベル)を用いて4つの信号をデジタル化する比較器とを備えている。位相測定セルは、入力2値信号をサンプリングし、クロックサイクル内のエッジの位相を評価する。位相比較器は、位相測定セルからの正確なエッジ位置についてのデジタル情報を受信し、1組の入力信号間の位相差を測定するために上述したステートマシーンを使用する。出力フィルタは、位相測定でのエッジがないときのクロックサイクルに挿入される値0を滑らかにすることで、位相差測定の補間を行う。スライスレベル生成器は、上述したエッジ情報を用い、適切な値を比較器に設定するデジタルユニットである。スライスレベルは、適切なデジタルアナログ変換器により、アナログフロントエンド内においてアナログ領域に変換される。
一方、完全にデジタルでの実装がなされると、4つの検出器A、B、C及びDからの独立した信号のデジタル化に、4つのアナログデジタル変換器が必要となる。データ信号HFの生成のための加算は、4つのデジタル信号A、B、C、Dを加算することによりデジタル領域で実行されるため、上述したデータ信号HFのためのアナログデジタル変換器はもはや必要とされない。この解決法を図3から図5に示す。
本発明は、完全にデジタル化された差動位相検出器のための別の解決法を提供することを目的とする。
本発明によると、図6に示す様に、4つのアナログデジタル変換器の代わりに、4倍速い速度の単一のアナログデジタル変換器を使用する。しかしながら、アナログデジタル変換器が、4つの信号を異なる時間位置にてサンプリングするという問題が生じる。結果、信号間の位相シフトが、データ信号HFの生成と、差動位相検出のための位相差の正確な計算に重大な影響を与える。チャネルごとに異なる位相シフトを補償するために、4つの信号に同期した新しいサンプル値を生成する補間器が必要となる。これらのサンプルはアナログデジタル変換器のサンプリング速度の半分の速度が必要である。
同期サンプルを生成するため、効果的な補間を実行し、アナログデジタル変換器の速度にアップサンプリングする公知のポリフェーズ法を、各信号に適用する解決法が存在する。この解決法を図7に示す。更に、必要なサンプリング速度を考慮し、サンプル値は、係数2のデシメーション(2分の1への間引き)が行われる。明らかに、補間器は、デシメータで除去される値を計算する。よって、より効果的なポリフェーズ法が望まれる。
本発明の更なる目的は、新しいポリフェーズ構成を提供することである。
本発明によるポリフェーズ構成は、出力するデシメーション係数が、Nに対する整数の因数であるとき、Nチャネルの多重された信号の位相シフトを補償する。この新しい構成は、広範囲で有効であり、上記問題を大変効果的に解決する。
該構成の典型的な実施形態は、4つの信号が生成され、出力でデシメーションが必要なDVD再生器への適用である。
本発明のより良い理解のために、最良の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴については、本発明の範囲から逸脱しない結合及び/又は修正がなされ得るものである。
差動位相検出のために、4つの信号A、B、C、Dはデジタル化され、アナログ比較器を使用せずに、デジタル領域にて信号エッジが測定される。デジタル比較器は、2つの入力信号の差の出力から符号ビットを抽出するのみであり、非常に単純である。デジタル比較器は、スライスレベル生成器より、デジタルアナログ変換器なしに、デジタルレベルを直接受信する。差動位相検出器のフロントエンドは、完全にデジタルである。それは、比較器と、スライスレベル生成器と、位相測定器を備えている。1チャネル分のその様なデジタルフロンエンドを図3に示す。
時間分解能は、隣接サンプル値を用いて遷移の正確な時間を計算することで、サンプリングクロック以上に増加させる。位相は、信号の符号が変化したときのみ測定される。XORにより入力信号のエッジを見つけ、結果として生じるイネーブル信号により位相計算を開始する。
位相計算の1次の近似は、
線形補間は、補間された信号に線形歪みをもたらし、理想的な補間ではない。この歪みは信号スペクトラムの高周波部の減衰に等しい。しかしながら、この歪みは、高周波を増加させる等化器により補償可能である。
差動位相検出器のため、図5に示す様に、上述したフロントエンドを、各検出器からの信号それぞれに1つ、計4つを並列に使用する。データ信号HFは差動位相検出器のためと同じアナログデジタル変換器を使用して生成される。4つの信号A、B、C、Dはデジタル領域にて加算される。
非常に高速なアナログデジタル変換器を考慮し、サンプリング速度FADC´である4つのアナログデジタル変換器の代わりに、4倍のサンプリング速度(FMUX_ADC=4×FADC´)を持つ単一のアナログデジタル変換器を、アナログ領域で4つの信号を切り替えるマルチプレクサの後に使用できる。このアプローチを図6に示す。アナログデジタル変換器は、4つの信号を異なる時間にサンプリングするため、結果として生じる位相シフトを補償しなければならない。これは、4つ信号の補間処理により実現される。さもないと、位相測定及びデータ信号HFの生成前に許容できない誤差が生じる。
上述したアプローチのために、デマルチプレクサ/補間器という、新しいブロックが必要となる。該ブロックは以下の機能を有する。
−4つの信号の分離。
−高速で信号の補間を行うことによるサンプリングクロックの位相シフト補償。
−差動位相検出器及びデータ信号HFの後処理のために必要なサンプリング速度に、サンプリング速度FOUTを変更。
−4つの信号の分離。
−高速で信号の補間を行うことによるサンプリングクロックの位相シフト補償。
−差動位相検出器及びデータ信号HFの後処理のために必要なサンプリング速度に、サンプリング速度FOUTを変更。
差動位相検出器の入力において、高速なサンプリング速度を持つことは好ましく、さもないと、線形補間により生ずる歪み補償することは困難になる。データ信号HFの生成のためにも、高速なサンプリング速度を持つことは好ましい。一般的に、アナログデジタル変換器のサンプリング速度に対し半分のサンプリング速度、
FOUT=FMUX_ADC/2
で十分である。結果として、補間器の出力では、アナログデジタル変換器のサンプリング速度に対し、半分の速度でのサンプリングが要求される。同期出力サンプルを生成するため、デマルチプレクサ/補間器は、3つのステップで3つの機能、つまり、4つに分離、4倍に補間、1/2へのダウンサンプリングを、実行する。
FOUT=FMUX_ADC/2
で十分である。結果として、補間器の出力では、アナログデジタル変換器のサンプリング速度に対し、半分の速度でのサンプリングが要求される。同期出力サンプルを生成するため、デマルチプレクサ/補間器は、3つのステップで3つの機能、つまり、4つに分離、4倍に補間、1/2へのダウンサンプリングを、実行する。
デマルチプレクサ/補間器は、上述した3つのステップを実行する手段を提供する必要がある。よって、図7に示すデマルチプレクサ/補間器は、
−低速(FMUX_ADC/4)な4つの信号に分離するデマルチプレクサ。
−補間のための公知のポリフェーズ法を用いて、各信号を4倍の速さ(FMUX_ADC)にアップサンプリングする、それぞれがFMUX_ADC´で動作する4つの補間器。
−前段の補間器フィルタがエイリアスを回避するのに十分であるため、フィルタなしに信号を半分の速度(FMUX_ADC/2)にダウンサンプリングする4つのデシメータ。
を有している。
−低速(FMUX_ADC/4)な4つの信号に分離するデマルチプレクサ。
−補間のための公知のポリフェーズ法を用いて、各信号を4倍の速さ(FMUX_ADC)にアップサンプリングする、それぞれがFMUX_ADC´で動作する4つの補間器。
−前段の補間器フィルタがエイリアスを回避するのに十分であるため、フィルタなしに信号を半分の速度(FMUX_ADC/2)にダウンサンプリングする4つのデシメータ。
を有している。
図7において、P0、P1、P2、P3は、各ポリフェーズ補間器のサブフィルタである。これらのサブフィルタは、初期スペクトラムの周期的な繰り返しを防ぐプロトタイプフィルタPのデシメート版であり、n=1、・・・、Nsに対し、
P0(n)=P(4・n)
P0(n)=P(4・n+1)
P0(n)=P(4・n+2)
P0(n)=P(4・n+3)
である。ここで、Nsは各サブフィルタのタップの最大数である。ポリフェーズ補間器のサブフィルタでの内部遅延は、単一組の遅延を形成するためまとめられる。この様に、等価な構成が、図8に示す少数の遅延ブロックを設ける方法により実現できる。ブロックPC0、PC1、PC2、PC3(PCはポリフェーズ計算ユニットを意味する)は、上述したサブフィルタの計算機能のみを含む。遅延の挿入は、サブフィルタから、入力信号のNs遅延バージョンを出力する単一の遅延ブロックに移される。ここで、Nsは各サブフィルタのタップの最大数である。これらNs個の信号は、各サブフィルタの計算ユニットの入力に導かれる。計算ユニットは、サブフィルタの係数による乗算機能と、加算機能を含んでいる。計算ユニットの出力は、完全な速度(FMUX_ADC)で動作するマルチプレクサによって4回に1回のみ使用されるので、計算ユニットは低速(FMUX_ADC/4)で動作する。
P0(n)=P(4・n)
P0(n)=P(4・n+1)
P0(n)=P(4・n+2)
P0(n)=P(4・n+3)
である。ここで、Nsは各サブフィルタのタップの最大数である。ポリフェーズ補間器のサブフィルタでの内部遅延は、単一組の遅延を形成するためまとめられる。この様に、等価な構成が、図8に示す少数の遅延ブロックを設ける方法により実現できる。ブロックPC0、PC1、PC2、PC3(PCはポリフェーズ計算ユニットを意味する)は、上述したサブフィルタの計算機能のみを含む。遅延の挿入は、サブフィルタから、入力信号のNs遅延バージョンを出力する単一の遅延ブロックに移される。ここで、Nsは各サブフィルタのタップの最大数である。これらNs個の信号は、各サブフィルタの計算ユニットの入力に導かれる。計算ユニットは、サブフィルタの係数による乗算機能と、加算機能を含んでいる。計算ユニットの出力は、完全な速度(FMUX_ADC)で動作するマルチプレクサによって4回に1回のみ使用されるので、計算ユニットは低速(FMUX_ADC/4)で動作する。
明らかに補間器はデシメータで除去される値を計算する。よって、より効果的なポリフェーズ方法が望まれる。4つのチャネルの位相シフトを補償する、その様なポリフェーズ構成を図9に示す。本発明によると、その構成は、デマルチプレクサと、補間器フィルタと、デシメータを統合し、よって、デシメータで除去されるサンプル値の計算を避けている。本方法は、4つの出力信号の速度で動作し、ポリフェーズパスの繰り返しを避けるため、1組の信号を時間多重したポリフェーズパスを利用している。各ポリフェーズパスは、出力信号速度(FMUX_ADC/2)で動作する。各遅延ブロックは、以前の1組のブロックを統合したもので、出力はインタリーブされ、2倍の長さ(2・Ns)を持ち、2倍の速度(FMUX_ADC/2)で動作する。この構成の利点の1つは、使用する資源が少なくなることである。実際、計算ユニット(PC)は、図8に示す構成に比べ、4の係数で減少している。前述した構成と比較しての4の係数を説明する理由としては2つ、
−計算ユニットが2倍の速度で使用される。
−計算ユニットがサブサンプリングで除去される半分のサンプル値を計算しない。
がある。第1の理由は、他の方法でも得ることができ、1番目の2の係数を得る。第2の理由はより重要で、この方法の効果を特徴づけ、更なる2の係数を得る。結果として全係数は4となる。
−計算ユニットが2倍の速度で使用される。
−計算ユニットがサブサンプリングで除去される半分のサンプル値を計算しない。
がある。第1の理由は、他の方法でも得ることができ、1番目の2の係数を得る。第2の理由はより重要で、この方法の効果を特徴づけ、更なる2の係数を得る。結果として全係数は4となる。
この新しい方法を説明するために、図10に示す時間波形が役に立つ。この図において、処理遅延は無視し、計算されたサンプル値は、必要とされる時間位置に配置している。
アナログデジタル変換器からのサンプル値(ADC out data)は、サンプリング速度FMUX_ADCで到着する。4つの信号を分離するデマルチプレクサの代わりに、より小さなデマルチプレクサが使用される。2つの光検出器から来た信号(A及びCデータ)は、デマルチプレクサの出力で依然結合されたままである(DEMUX out AC)。残りの2つの光検出器から来た信号(B及びDデータ)も同様である(DEMUX out BD)。遅延がないと仮定すると、理想的なデマルチプレクサは、出力サンプル(DEMUX out ACと、DEMUX out BD)を、元来の位置に正確に配置する。4チャネルの新しい出力値は、FMUX_ADC/2の速度が必要となる。これらの値は、A1、C1、A2、C2、・・・の時間位置で計算される。例えば、サブフィルタP0が3タップ、その他のサブフィルタが2タップずつである9タップのプロトタイプフィルタを仮定すると、C2の時間位置で、
−ポリフェーズ計算ユニットPC0は、C123を計算する。図10においてC123の太字の2は、入力値C2に対応する中間の係数のより高い値を表現している。
−ポリフェーズ計算ユニットPC2はA23を計算する。
−ポリフェーズ計算ユニットPC1は、B23を計算する。図10においてB23の太字の2は、B23を必要とする時間位置により近い入力値B2に対応する係数のより高い値を表現している。
−ポリフェーズ計算ユニットPC3は、D12を計算する。図10においてD12の太字の2は、D12を必要とする時間位置により近い入力値D2に対応する係数のより高い値を表現している。
−ポリフェーズ計算ユニットPC0は、C123を計算する。図10においてC123の太字の2は、入力値C2に対応する中間の係数のより高い値を表現している。
−ポリフェーズ計算ユニットPC2はA23を計算する。
−ポリフェーズ計算ユニットPC1は、B23を計算する。図10においてB23の太字の2は、B23を必要とする時間位置により近い入力値B2に対応する係数のより高い値を表現している。
−ポリフェーズ計算ユニットPC3は、D12を計算する。図10においてD12の太字の2は、D12を必要とする時間位置により近い入力値D2に対応する係数のより高い値を表現している。
総てのポリフェーズ計算ユニットは、時間多重されたサンプル値から、一度に1チャネル分のサンプル値を抽出する遅延ブロックからの信号を必要とする。
4つの計算値は、4つの出力マルチプレクサに入力される。A3に対応する時間位置において、ポリフェーズ計算ユニットPC0はAチャネルのために使用され、ポリフェーズ計算ユニットPC2はCチャネルのために使用される。もし、A及びCチャネルが計算ユニットの入力において、時間多重で受信されるなら、計算ユニットの2重化を避けることができる。B及びDチャネルについても同様である。よって、入力にあるデマルチプレクサは、4つでなく2つに信号を分離する。更に、D2及びB3に対応する時間位置での補間値の計算は必要ではない。図8に示す構成では、補間値が計算され除去されている。図9に示す構成では、この不必要な計算を避けることができる。
もちろん、図10に示す理想的な状態は、適切な補間を示すためのものであり、実際にはまだ可能でない入力値を使用しているので実際的ではない。現実的な状態を図11に示す。ここで、総ての信号は、FMUX_ADC/2のクロックに同期している。デマルチプレクサの2つの出力は、遅延され、それぞれ同期化されている。PC0outとPC2outは、C123の計算に必要なC3が利用可能となるまで、更に、2クロックだけ遅延されている。更に、図10に示す様に、AとCの出力サンプルがBとDのサンプルと同期することを保証するため、PC0outとPC2outの出力は、更に、1クロック遅延される。上述した総ての遅延は、図9のブロック図に示されている。
上記方法は、多重された信号内のチャネル数が4ではなくN、サブサンプリング係数が2ではなくD、ここで、DはNの整数の因数、に拡張可能である。2つの簡単な例として、N=4で、D=1とD=Nの場合を図12と図13に示す。更に、N=8でD=4の場合を図14に示す。
結論として、
−ポリフェーズ計算ユニットの数は、常にNに等しい。
−入力のデマルチプレクサは、サブサンプリング係数をDとすると、出力速度として同じサンプリング速度のS=D個の信号に分離する。
−遅延ブロック数はS。
−出力マルチプレクサ数はチャネル数に等しく、各マルチプレクサはI=N/Dの入力の選択を行う(もちろん、マルチプレクサはN=Dのとき必要ではない。)。
以上の考察により、任意のN及びDに対してデマルチプレクサ/補間器を設計することができる。
−ポリフェーズ計算ユニットの数は、常にNに等しい。
−入力のデマルチプレクサは、サブサンプリング係数をDとすると、出力速度として同じサンプリング速度のS=D個の信号に分離する。
−遅延ブロック数はS。
−出力マルチプレクサ数はチャネル数に等しく、各マルチプレクサはI=N/Dの入力の選択を行う(もちろん、マルチプレクサはN=Dのとき必要ではない。)。
以上の考察により、任意のN及びDに対してデマルチプレクサ/補間器を設計することができる。
Claims (10)
- N個の信号の時間多重信号を受信し、時間多重信号の1/Dの速度、ここでDはNの整数である因数、であるNチャネルの信号を生成すること、
を特徴とする結合されたデマルチプレクサと補間器。 - 4個の信号の時間多重信号を受信し、時間多重信号の半分の速度である4チャネルの信号を生成する請求項1に記載の結合されたデマルチプレクサと補間器。
- 4つの光検出器のデジタル化された信号(A、B、C、D)からトラッキング誤差信号を生成するための差動位相検出器であって、
時間多重されたデジタル信号(A、B、C、D)からサンプルを同期化するためのデマルチプレクサ/補間器を含むことを特徴とする差動位相検出器。 - データ信号(HF)を生成するため、デマルチプレクサ/補間器からの同期化されたサンプルを加算する加算手段を有することを特徴とする請求項3に記載の差動位相検出器。
- 補間により生じる高周波信号の減衰を補償するための手段を有する請求項3又は4に記載の差動位相検出器。
- デマルチプレクサ/補間器は、N個の信号の時間多重信号を受信し、時間多重信号の1/Dの速度、ここでDはNの整数である因数、であるNチャネルの信号を生成すること、
を特徴とする請求項3から5のいずれか1項に記載の差動位相検出器。 - デマルチプレクサ/補間器は、4個の信号の時間多重信号を受信し、時間多重信号の半分の速度である4チャネルの信号を生成すること、
を特徴とする請求項6に記載の差動位相検出器。 - N個の信号の時間多重信号を受信するステップと、
時間多重信号の1/Dの速度、ここでDはNの整数である因数、であるNチャネルの信号を生成するステップと、
を有する結合されたデマルチプレクサと補間器での方法。 - 4つの光検出器の出力信号(A、B、C、D)をデジタル化するステップと、
デジタル化された信号(A、B、C、D)を時間多重するステップと、
デマルチプレクサ/補間器で、時間多重されているデジタル化された信号(A、B、C、D)のサンプルを同期化するステップと、
デジタル化及び同期化された信号からトラッキング誤差信号を生成するステップと、
を有する差動位相検出器での方法。 - 請求項3から7のいずれか1項に記載の差動位相検出器を含む、あるいは、請求項9に記載の方法を実行することを特徴とする光記録媒体の記録及び/又は再生装置。
Applications Claiming Priority (3)
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