JP2830776B2 - 高密度記録向けクロック抽出方式 - Google Patents
高密度記録向けクロック抽出方式Info
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Description
し、特にディスク状記録媒体に情報を高密度で記録、再
生する装置において再生信号からクロックを抽出するP
LL(PhaseLocked Loop;位相同期ループ)回路に関す
る。
HDD(ハードディスク装置)、CD−ROM等の大容
量ファイル装置が普及してきている。
再生する場合、再生したアナログ信号から同時にクロッ
クを抽出してデジタル情報を検出する。特にファイル装
置の場合には、検出情報の信頼性は、光ディスクでエラ
ーレート10-5以下、磁気ディスクでは10-9以下と、
非常に高い精度が要求される。従って、スピンドルの回
転むらに正確に追従した再生クロックの抽出が必要であ
り、クロックにジッタが多い場合、ファイル装置の信頼
性を著しく損ねてしまう。
を参照して、位相比較器22は入力信号REFと出力ク
ロックPCLKとの位相を比較して、位相誤差信号を出
力し、ループフィルタ6により位相誤差信号の高域成分
を抑圧して電圧制御型発振器(Voltage Controlled Osc
illator;「VCO」という)7に制御電圧として供給
する。
応じた周波数のクロック信号PCLKを出力する。この
PCLKを位相比較器22に帰還することで閉ループを
構成し、周波数および位相差に対する自動制御を行って
いる。
に対応するため、さらなる小型化、高密度ファイル装置
が要求されている。これに対して、レーザの波長に比例
し対物レンズのNA(numerical aperture;開口数)に
逆比例するビームスポットで記録再生を行う光ディスク
では、熱雑音の問題およびチルトの問題など単純にビー
ム系を小さくすることで高密度化を目指すことは困難で
ある。
ためには小さなヘッドでかつサブμmオーダーのヘッド
浮上量を実現する必要があり、信号品質を上げることは
困難である。
たビタビ検出をファイル装置に応用することにより、例
えばアイパタンが殆どつぶれてしまった再生波形からで
も良好に情報を再生することのできるPRML(Partia
l Responce Maximum Likelihood)信号処理技術(再生
波形の形を整える等化にパーシャルレスポンス方式、デ
ータ検出に最尤復号方式であるビタビ復号等を用いる)
が利用され始めている。
再生する場合、分解能低下によってクロック周波数静電
のエネルギーが小さくなってしまい、従来のPLLへの
入力SNRが低下してしまう。このため、サンプリング
ジッタが増加し、検出情報の信頼性が損なわれてしまう
ことになる。
分解能が低下した波形からもデータを検出することが理
論的に可能であるが、再生クロックにジッタが多い場
合、その性能を十分に引き出すことはできない。
クを抽出することは高密度記録の大きな課題である。
であって、高密度記録した符号間干渉の多い再生波形か
らも正確な同期クロックを抽出することを可能とするク
ロック抽出方式を提供することを目的とする。
め、本発明は、記録媒体から再生されたアナログ信号を
同期クロックでサンプリングするためのサンプリング手
段と、前記サンプリング信号を2値情報に変換するパル
ス化回路と、前記2値情報から位相ずれのない波形信号
を生成する波形レプリカ生成回路と、前記サンプリング
信号を所定時間遅延させる遅延回路と、前記波形レプリ
カ生成回路の出力と前記遅延回路の出力との位相ずれ量
を算出する位相量算出回路と、前記位相量算出回路の出
力に接続されたループフィルタと、前記ループフィルタ
の出力を入力とし前記同期クロックの周波数の制御を行
うVCOと、を含むことを特徴とするクロック抽出方式
を提供する。
レプリカ生成回路がトランスバーサルフィルタを含むこ
とを特徴とする。
量算出回路が、前記サンプリング信号を1クロック分遅
延させるための遅延素子と、前記サンプリング信号と前
記1クロック分遅延された信号との差分信号を生成する
ための第1の減算器と、前記差分信号を所定の閾値レベ
ルと比較検出するためのレベル検出器と、前記波形レプ
リカ生成回路の出力と前記サンプリング信号との差信号
を生成する第2の減算器と、前記第2の減算器の出力を
前記第1の減算器の出力で除するための除算器と、前記
レベル検出器の出力を切替制御信号として前記除算器の
出力又は一クロック前の出力のいずれかを選択出力する
スイッチ回路と、を含むことを特徴とする。
レベルが予め定めた二つの閾値レベルからなり、前記第
1の減算器の出力が前記二つの閾値レベルの範囲内にあ
るときには前記一クロック前の出力を選択出力すること
を特徴とする。
記パルス化回路が、ビタビ検出器からなることを特徴と
する。
前記サンプリング手段が前記VCOからの出力信号をサ
ンプリングクロックとするA/D変換器を含むことを特
徴とする。
たアナログ信号(「アナログ再生信号」という)を同期
クロックで2値情報に変換するパルス化回路と、前記2
値情報から位相ずれのない再生信号を生成する波形レプ
リカ生成回路と、前記アナログ再生信号を所定時間遅延
させる遅延回路と、前記波形レプリカ生成回路の出力と
前記遅延回路の出力から位相ずれ量を算出する位相量算
出回路と、前記位相量算出回路の出力に接続されたルー
プフィルタと、前記ループフィルタの出力を入力とし前
記同期クロックの周波数の制御を行うVCOと、を含む
ことを特徴とするクロック抽出方式を提供する。
レプリカ生成回路が、トランスバーサルフィルタと、D
/A変換器と、を含むことを特徴とする。
記位相量算出回路が、前記レプリカ信号と前記再生信号
の差信号を生成する減算器と、前記再生信号を微分演算
するための微分回路と、前記減算器の出力を前記微分回
路の出力で除算するための除算器と、前記微分回路の出
力を所定の閾値レベルと比較するためのレベル検出器
と、前記レベル検出器の出力を切替制御信号として前記
除算器の出力又はサンプルホールドされた直前の出力の
いずれかを選択出力するスイッチ回路と、を含むことを
特徴とする請求項7記載のクロック抽出方式。
前記閾値レベルが予め定めた二つの閾値レベルからな
り、前記微分回路の出力が前記二つの閾値レベルの範囲
内にあるときには前記スイッチ回路が前記サンプルホー
ルドされた直前の出力を選択出力することを特徴とす
る。
号を同期クロックで2値情報に変換したデータに対して
再生系と略同一特性にてフィルタリング処理してレプリ
カ信号を生成し、時間補正した前記再生信号の微分信号
と、前記レプリカ信号と前記再生信号との差信号とに基
づき位相ずれ量を検出し、該相量に基づきVCO制御し
て位相同期ループを構成したなるクロック抽出方式を提
供する。
信号の微分信号のレベルを監視し、前記レベルが予め定
めた所定の値以下のときには、位相ずれ量出力を直前の
値に設定するように切替制御することを特徴とする。
等で検出した2値情報を、ヘッド媒体間のチャネル特性
と同じ特性に設定した例えばトランスバーサルフィルタ
でフィルタリングすることにより、再生信号のレプリカ
を生成することができる。
はないため、ほぼ固定であると考えて問題がない。ま
た、記録ドメインに非線形性がない限り、どのような特
性であってもトランスバーサルフィルタで再現できる。
であるレプリカ信号は、クロックとの位相差が零である
理想的な再生波形となるため、レプリカ波形と源波形を
比較することによってクロックの位相ずれを検出するこ
とができる。
している。
おける振幅値をy、その時刻における微係数a、および
レプリカ波形のyに対応する振幅値をz、クロック位相
ずれをθとすると近似的に次式(1)に示す関係式が成り
立つ。
ynから位相量を算出する場合、微係数anをサンプル値
から近似すると次式のようになる。ただし、Δはサンプ
リング周期である。
ずれ量θを算出し、この値に対応するようにクロック周
波数を制御することにより、高密度記録に対応したPL
L回路を構成できる。
めに微係数(又は差分)の逆数を用いているため、微係
数が0近傍の場合には(z−y)に含まれているノイズ
量が増幅されてしまう。そのために、再生信号の微分信
号のレベルを監視して、その絶対値がδ(δ>0)以下
のときには、クロック位相ずれθの値を0にするか、あ
るいは直前の値に設定する、といった切り換えが必要と
なる。
の符号が反転する時点でしか位相情報を検出していない
のに対して、本発明によれば、符号の反転する時点の前
後数チャネルビット間で位相情報を検出することが可能
となり、引き込みが早く、追従精度の良好なクロック抽
出回路を生成することができる。なお、符号間干渉の少
ない低密度記録媒体の再生の場合には、上式(1)による
近似が成り立たなくなり、精度が悪くなることが予想さ
れる。
検出したクロック位相ずれθのSNRをシミュレートし
た結果が示されている。従来方式における0.35μm/bi
t相当における値を基準としており、本発明は、低い記
録密度では特別な効果はないが、高密度記録の場合には
特段に大きな効果(すなわちSNRの向上)が得られる
ことがわかる。図12を参照して、本発明は、符号間干
渉が多い高密度記録時のクロック抽出に好適に適用され
る方式であることがいえる。
明する。
す図である。図1を参照して、再生信号を、例えば8ビ
ット程度のA/D変換器1によりVCOから出力される
発振クロックのタイミングでサンプリングしてデジタル
符号に変換する。
ルス化回路2により2値情報列bnを再生する。
特性と同等の特性を有する波形レプリカ生成回路3に入
力し、レプリカデータznを生成する。ただし、波形レ
プリカ生成回路3の特性は、再生系のインパルス応答等
から推定して予め設定しておく。
生成回路3における時間遅延分に相当する遅れ量を設定
した遅延回路4により、A/D変換器1から出力される
サンプリングデータを時間遅延させて時間補正データy
nを生成する。
ータznを位相量算出回路5に入力し、各サンプリング
時点での位相量θnを算出し、ループフィルタ6により
高周波成分を除去し、VCO7により入力電圧に相当す
る周波数のクロック(同期CLK)を生成する。
クされフェーズロックドループを構成し、追従動作を行
う。
プリカ生成回路の一構成例を示した図である。
トランスバーサル型のフィルタ8から構成され、トラン
スバーサル型のフィルタ8は入力された符号列(パルス
化列bn)を、符号間干渉を持った振幅値列(レプリカ
信号zn)に変換する。各タップ係数(α0〜α2)は再
生系のインパルス応答等から推定して予め設定してお
く。なお、図2にはタップ数(次数)を4としタップ係
数が対称のFIR型デジタルフィルタの構成が例示され
ているが、これは光ディスク等の再生系の一例を示した
ものであり、本発明はかかる構成に限定されないことは
勿論である。
算出回路の一構成例を示した図である。
信号(差分信号)を作るため1クロック遅延回路9の出
力とサンプル値ynとは第1の減算回路10に入力さ
れ、第1の減算回路10は1クロック差分信号an(=
yn−yn-1)を生成する。
値ynとレプリカ信号znの差信号wn(=zn−yn)を
生成し、差信号wnと1クロック差分信号anは除算器1
1に入力され、除算器11はwn/anを演算出力する。
合に大きな誤差を生じるため、レベル検出器12は1ク
ロック差分信号anを監視し、例えばV1<an<V2(但
し、V1、V2は予め定められた所定の値)の時にアクテ
ィブ(例えばハイレベル)、それ以外はインアクティブ
(ローレベル)となるようなレベル信号snを生成す
る。
(又はセレクタ)等のような電子スイッチ13の切替制
御信号として入力され、1クロック差分信号anの値が
0近傍ではないときには、電子スイッチ13は除算器1
1の出力wn/anをそのまま出力し、1クロック差分信
号anが0近傍であるときには、1クロック遅延回路
9′を介して1クロック遅延された出力値(1クロック
前の出力値)θn-1を位相ずれ量として出力する。
化回路の一構成例を示す図である。
メトリック生成回路14で複数のブランチメトリックを
計算し、ACS回路15によりブランチメトリックと1
時点前のパスメトリック値PMの加算(Add)、比較
(Compare)、選択(Select)を行う。
路16に入力し、最後段からの出力Dの中から最尤判定
回路17によって最も尤度の高いパスを1時点前のパス
メトリック値PMにより選択して情報を検出する。
算出回路における各信号(サンプル値yn、レプリカ信
号zn、差信号wn、差分信号an、レベル信号sn、位相
情報θn)のタイミング(波形図)を示しており、それ
ぞれサンプリングのタイミングが遅い場合、早い場合、
適正である場合に対応している。図8乃至図10におい
て、差分信号anがV1とV2以内にある時、レベル信号
snがアクティブ(図ではローレベルとして示されてい
る)となり、一クロック前の値θn-1が位相情報θnとし
て出力される。そして、図8、図9のように位相ずれが
ある場合(非同期状態)から、図10に示す位相ずれ量
θnが零の状態に素早く引き込みが行なわれる。すなわ
ち、本実施例は、高密度記録した符号間干渉の多い再生
波形からも正確な同期クロックを抽出するための位相同
期制御が行なうことができ、引き込みが早く、追従精度
の良好なクロック抽出回路が実現されている。
2の実施例の構成を示す図である。
発振クロックを用いてパルス化回路2により2値情報列
bnを再生する。2値情報列bnをヘッド媒体間のチャネ
ル特性と同等の特性を有する波形レプリカ生成回路3に
よりレプリカデータzを生成する。ただし、波形レプリ
カ生成回路3の特性は、再生系のインパルス応答などか
ら推定して予め設定しておく。
路3における時間遅延分に相当する遅れ量を設定した遅
延回路4により、サンプリングデータを時間遅延させ時
間補正データy(アナログ信号)を生成する。
相量算出回路5に入力し、各時点での位相量θを算出し
ループフィルタ6により高周波成分を除去し、VCO7
により入力電圧に相当する周波数のクロックを生成す
る。
レプリカ生成回路の一構成例を示す図である。図6を参
照して、波形レプリカ生成回路はトランスバーサル型の
フィルタ8とD/A変換器18から構成され、トランス
バーサル型のフィルタ8は入力された符号列(パルス化
列bn)を、符号間干渉を持った振幅値列(レプリカ信
号zn)に変換し、レプリカ信号znをD/A変換器18
によってアナログ量zに変換して出力する。トランスバ
ーサル型のフィルタ8における各タップ係数(α0〜
α2)は再生系のインパルス応答等から推定して予め設
定しておく。なお、図2にはタップ数が4のFIR型デ
ジタルフィルタの構成が例示されているが、本発明はか
かる構成にのみ限定されないことは勿論である。
量算出回路の一構成例を示す図である。
よりCR微分回路19によって微分信号aを生成する。
レプリカ波形zと再生信号yを減算回路20によってw
を生成し、除算回路11によってw/aの信号を作り出
す。
誤差を生じるため、レベル検出器12によってaを監視
し、レベル信号sを出力する。微分信号aは第1、第2
の比較器12a、12bの負入力端子と正入力端子にそ
れぞれ入力され、第1、第2の比較器12a、12bの
出力はそれぞれ第1、第2の波形整形器(例えばシュミ
ットトリガ回路)12c、12dを介してAND回路1
2eに入力され、AND回路12eがレベル信号sを出
力する(第1、第2の比較器12a、12bの出力が共
にハイレベルの時AND回路12eはハイレベルを出
力)。レベル信号sは電子スイッチ13の切替制御端子
に入力され、電子スイッチ13は、aの値が0近傍では
ないときは、除算器11の出力をそのまま出力し、aが
0近傍であるときには(閾値V1とV2の間にある)、サ
ンプル&ホールド(S/H)回路21で直前の出力値を
出力する。
同様にして高密度記録した符号間干渉の多い再生波形か
らも正確な同期クロックを抽出するための位相同期制御
が行なうことができる。
たが、本発明は上記態様にのみ限定されるものでなく、
本発明の原理に準ずる各種態様を含むことは勿論であ
る。
特に符号間干渉が多く通常のPLL方式で再生クロック
ジッタが増加してしまう再生系でも、正確な位相情報を
検出することができるため、正確なサンプリングが可能
となる。特に本発明は、ビタビ検出と組み合わせると高
密度記録に対してSNRを大幅に改善する等大きな効果
が期待できる。また、請求項2以降に記載された本発明
の好ましい態様によっても、本発明を好適に奏すること
ができる。
出方式を説明するための図である。
成回路の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
構成を示す図である。
出方式を説明するための図である。
成回路の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
プリングした波形および回路の内部状態のタイミング図
である。
プリングした波形および回路の内部状態のタイミング図
である。
ンプリングした波形および回路の内部状態のタイミング
図である。
相量算出を説明するための図である。
に対する位相量相対SNRのシミュレーション結果であ
る。
Claims (12)
- 【請求項1】記録媒体から再生されたアナログ信号を同
期クロックでサンプリングするためのサンプリング手段
と、 前記サンプリング信号を2値情報に変換するパルス化回
路と、 前記2値情報から位相ずれのない波形信号を生成する波
形レプリカ生成回路と、 前記サンプリング信号を所定時間遅延させる遅延回路
と、 前記波形レプリカ生成回路の出力と前記遅延回路の出力
との位相ずれ量を算出する位相量算出回路と、 前記位相量算出回路の出力に接続されたループフィルタ
と、 前記ループフィルタの出力を入力とし前記同期クロック
の周波数の制御を行うVCOと、 を含むことを特徴とするクロック抽出方式。 - 【請求項2】前記波形レプリカ生成回路がトランスバー
サル型のフィルタを含むことを特徴とする請求項1記載
のクロック抽出方式。 - 【請求項3】前記位相量算出回路が、 前記サンプリング信号を1クロック分遅延させるための
遅延素子と、 前記サンプリング信号と前記1クロック分遅延された信
号との差分信号を生成するための第1の減算器と、 前記差分信号を所定の閾値レベルと比較検出するための
レベル検出器と、 前記波形レプリカ生成回路の出力と前記サンプリング信
号との差信号を生成する第2の減算器と、 前記第2の減算器の出力を前記第1の減算器の出力で除
するための除算器と、 前記レベル検出器の出力を切替制御信号として前記除算
器の出力又は一クロック前の出力のいずれかを選択出力
するスイッチ回路と、 を含むことを特徴とする請求項1記載のクロック抽出方
式。 - 【請求項4】前記閾値レベルが予め定めた二つの閾値レ
ベルからなり、前記第1の減算器の出力が前記二つの閾
値レベルの範囲内にあるときには前記一クロック前の出
力を選択出力することを特徴とする請求項3記載のクロ
ック抽出方式。 - 【請求項5】前記パルス化回路が、ビタビ検出器からな
ることを特徴とする請求項1記載のクロック抽出方式。 - 【請求項6】前記サンプリング手段が、前記VCOから
の出力信号をサンプリングクロックとするA/D変換器
を含むことを特徴とする請求項1記載のクロック抽出方
式。 - 【請求項7】記録媒体から再生されたアナログ信号
(「アナログ再生信号」という)を同期クロックで2値
情報に変換するパルス化回路と、 前記2値情報から位相ずれのない再生信号を生成する波
形レプリカ生成回路と、 前記アナログ再生信号を所定時間遅延させる遅延回路
と、 前記波形レプリカ生成回路の出力と前記遅延回路の出力
から位相ずれ量を算出する位相量算出回路と、 前記位相量算出回路の出力に接続されたループフィルタ
と、 前記ループフィルタの出力を入力とし前記同期クロック
の周波数の制御を行うVCOと、 を含むことを特徴とするクロック抽出方式。 - 【請求項8】前記波形レプリカ生成回路が、トランスバ
ーサル型のフィルタと、D/A変換器と、を含むことを
特徴とする請求項7記載のクロック抽出方式。 - 【請求項9】前記位相量算出回路が、 前記レプリカ信号と前記再生信号の差信号を生成する減
算器と、 前記再生信号を微分演算するための微分回路と、 前記減算器の出力を前記微分回路の出力で除算するため
の除算器と、 前記微分回路の出力を所定の閾値レベルと比較するため
のレベル検出器と、 前記レベル検出器の出力を切替制御信号として前記除算
器の出力又はサンプルホールドされた直前の出力のいず
れかを選択出力するスイッチ回路と、 を含むことを特徴とする請求項7記載のクロック抽出方
式。 - 【請求項10】前記閾値レベルが予め定めた二つの閾値
レベルからなり、前記微分回路の出力が前記二つの閾値
レベルの範囲内にあるときには前記スイッチ回路が前記
サンプルホールドされた直前の出力を選択出力すること
を特徴とする請求項7記載のクロック抽出方式。 - 【請求項11】記録媒体からの再生信号を同期クロック
で2値情報に変換したデータに対して再生系と略同一特
性のフィルタリング処理を介してレプリカ信号を生成
し、時間補正した前記再生信号の微分信号と、前記レプ
リカ信号と前記再生信号との差信号とに基づき位相ずれ
量を検出し、該位相ずれ量に基づき、前記同期クロック
を出力するVCOを制御することを特徴とするクロック
抽出方式。 - 【請求項12】前記再生信号の微分信号のレベルを監視
し、該レベルが予め定めた所定値以内のときには、前記
位相ずれ量を直前の値に設定するように切替制御するこ
とを特徴とする請求項11記載のクロック抽出方式。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP7152296A JP2830776B2 (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | 高密度記録向けクロック抽出方式 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP7152296A JP2830776B2 (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | 高密度記録向けクロック抽出方式 |
Publications (2)
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JP2830776B2 true JP2830776B2 (ja) | 1998-12-02 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP7152296A Expired - Lifetime JP2830776B2 (ja) | 1995-05-26 | 1995-05-26 | 高密度記録向けクロック抽出方式 |
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JP (1) | JP2830776B2 (ja) |
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