JP4031559B2

JP4031559B2 - 入力信号の自動利得制御のための自動利得制御回路

Info

Publication number: JP4031559B2
Application number: JP25640297A
Authority: JP
Inventors: ローバート・フィリップ・モーリング
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2017-09-22
Also published as: EP0831480B1; EP0831480A1; DE69620272D1; JPH10112622A; US6169638B1; DE69620272T2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、データ処理装置および方法、並びに、接続に使用される電子回路に関し、特に、これに限定されるわけではないが、ＤＤＳデータ記憶システムを使用して、記憶されたデータを検索する装置および方法に関連する。また、本発明は、一般に、１又は複数の通信チャネルにおけるデータ処理の装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特に、ISO11EC標準12247で定義されたＤＤＳ（デジタル・データ記憶）手段によって、コンピュータ・データのような、大容量のディジタル・データを確実に記憶し検索する装置を提供することが、既に知られている。
【０００３】
上記のフォーマットを使用するＤＤＳ読出し／書込み装置において、データは、１又は複数の電気磁気ヘッドを備える回転ドラムによって、磁気媒体でコーティングされたテープから成る細長い記録媒体上に記録される。テープは、２つのスプールまたはリール間に渡るパスに沿って、モータ駆動キャプスタンによって動かされ、部分的にドラムのまわりを巻く。ドラムのヘッドの回転面は、テープの移動面に対してある角度をなして配置されているので、各ヘッドは、中心線に対してある角度でテープの幅を横切って延びる連続したトラックに沿ってテープを横切る。この装置は、テープ上へ記録するに適した誤り検出訂正コードを含む信号にデータをエンコードする回路を含み、記録媒体の特性に最も適した形にそれらの信号を調整する回路を含む。データ検索のために、テープ上に記憶された磁界変化を検出し、次の処理にふさわしい形式にそれらの信号を調整して対応する信号を誘導し、エンコードされたデータをデコードして、エラーを検出し訂正するために付加的な回路が備えられる。
【０００４】
現在のフォーマット（ＤＤＳ−２）において、データは、１インチにつきおよそ６１キロビット（ｋｂｐｉ）（１センチメートルにつきおよそ２４キロビット）のビット密度で記録される。このビット密度で、典型的なＤＤＳテープ・カートリッジは、最も長く使用可能なテープと、テープが収容することができるデータ量を最大にするデータ圧縮のような技術を使用して、およそ８ギガバイト以上のデータを、現在記憶することができる。コンピュータ装置の使用が絶え間なく増加し、そのような装置によって処理され記憶されるデータ容量が増加するに従って、さらに、ＤＤＳテープ・カートリッジの容量を増やすことが望まれるようになった。
【０００５】
我々は、線形記憶密度を２倍にし、ユーザ・データのために使用できる記録トラックの割合を増やすことによって、さらに記憶容量を増やす新しいフォーマット（ＤＤＳ−３）を開発するプロセスにある。これとともに、これらの改良は、与えられたテープ長さのカートリッジに対して、ＤＤＳ−２のデータ容量の約３倍の容量を提供すると予測されている。ＤＤＳ−３フォーマットは、最も長く実行可能なテープ上に記録するとき、１２ギガバイトの圧縮されていないユーザ・データか、または一般的に２４ギガバイトの圧縮されたユーザ・データの記憶容量を提供するように設計される。
【０００６】
この方式の詳細は我々の以前に発表された国際特許出願WO95／15551によって示され、その特許出願の内容は、ここで参照されて取り入れられている。
【０００７】
ＤＤＳ−３の線形ビット密度がＤＤＳ−２の２倍であるため、テープの上のビット間隔は、好ましい読取りヘッドのギャップのおよそ半分である。このことは、読取りヘッドからの出力信号が、２つの離れたレベル（＋１、−１）の間で変化する代わりに、３つのレベル（＋２、０、−２）の間で変化し、即ち、ＤＤＳ−３は、３レベル・システムであることを意味する。
【０００８】
部分応答最大確度（ＰＲＭＬ：Partial Response Maximum-Likelihood）データ回復チャネルの使用によって、記録されたデータを回復することが提案されている。
【０００９】
「部分応答」とは、検出回路入力で決定性符号間干渉を強制することによって、データ転送のためにナイキスト周波数バンド幅までを必要とするだけの、実行可能な部分応答信号方式を示す。その一例は、離散的時間伝達関数Ｆ（Ｄ）＝Ｄ＋１によって示される、ＰＲ−１（または対２進（duobinary））部分応答システム（記録チャネル伝達関数）である。他の例として、クラスＩＶやＰＲ−４のようなものが存在し、これらの可能性を除くものではない。
【００１０】
「最大確度」とは、１度にちょうど１つの受取られたサンプルの代わりに、受取られたサンプルのシーケンスを使用する出力データの最も適当なシーケンスを選択するヴィテルビ・アルゴリズムを実行する、最大確度検出デコーディング方式を示す。
【００１１】
ＤＤＳ‐３の一般に提唱される方式の読取りモードにおいて、ほぼ等化された信号が受取られて自動利得制御（ＡＧＣ）にかけられ、信号振幅が確立され安定させられ、次いで完全な適応性等化（Adaptive Equalisation）にかけられ組み合わされたＰＲー１ターゲットになる。適応性等化ステップにおいて、適応性のサンプルされた有限インパルス応答フィルタが、３レベルＰＲ‐１ターゲット伝達関数を提供するために使用される。一実施例において、適応性等化の後、信号は、アナログからデジタルへ変換され、３レベル・ヴィテルビ（Viterbi）（すなわち最大確度）検出が続く。これを実行するために、クロック情報は、入力信号から抽出されて、適応性イコライザ、アナログ／デジタル変換器、およびヴィテルビ・デコーダを同期させるために使用される。他の実施例において、アナログ／デジタル変換の後で、適応性等化が代わりに実行される場合がある。
【００１２】
以前のＤＤＳフォーマットにおけると同様に、提案されたＤＤＳ−３フォーマットにおいても、データは、交互のアジマス（azimuth）の一連のトラック（それぞれＡトラックおよびＢトラックと呼ばれる）として記憶される。各トラックのそれぞれの端は、消耗してもよいマージン領域で占められ、フロント・マージンの後にしばしばそのマージンから区別がつかないプリアンブル領域が続く。プリアンブル領域は、通常単純な正弦波のトーンであり、データを全く運ばないが、ＡＧＣループとクロック回復ループが速いロック・オンを達成するのを可能にし、さらに、メイン・データ領域の始まりを識別するために存在する。プリアンブル検出回路は、適応性イコライザを制御してチャネルがプリアンブルやマージン領域を適応化しないようにする。こうしないと、チャネルがデータ部分について最適化されないからである。
【００１３】
この明細書において、通信チャネルの用語は、記録媒体から読み取られるデータのチャネルを含む広い意味で使用される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ヴィテルビ検出回路と適応イコライザの安定した動作のために、信号の利得は、予め設定された限度外に変わってはならない。理想的には、信号の絶対利得および相対利得は、ヴィテルビ検出回路に対して１％未満である。しかし、絶対利得ではわずかに大きい変化に耐えられる。適応イコライザについてはそれほ要求が大きくないが、まだ典型的にはオフセット利得が１０％以下で、相対利得が１％以下であることを要求する。
【００１５】
我々は、ピーク検出を使用している従来の自動利得制御ループが、それらの変化するスペクトル特性のために、プリアンブルとメイン・データ領域との間のインタフェースに利得ステップを導入し、これが、下流において信号レベルの変化として間違って解釈されるということを見いだした。
【００１６】
ピーク検出器を使用して利得の荒調整をし、次いで微調整をするために個々のビットを調べるある種の利得制御システムがある。これらのタイプのシステムは、データ駆動され、クロックの回復が乱されると崩れやすい。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
我々は、クロック信号の回復を必要としないような、強力な利得制御システムを開発した。さらに、好適なシステムにおいて、たとえマージン／プリアンブルおよびメイン・データ領域が異なるスペクトル特性を持っていても、共通の簡単なピーク検出器を使用することができる。
【００１８】
従って、この発明の一面において、第１の信号領域とそれに続く第２の信号領域を有する入力信号の自動利得制御を行う自動利得制御回路が提供される。この回路は、
入力信号を受け取って増幅する可変利得増幅器手段と、
前記増幅器手段の出力および前記第１および第２の信号領域のためのそれぞれのターゲット値に応答して、前記増幅器手段によって適用された利得を制御する利得制御ループと、
前記第１および第２の信号領域のそれぞれに適用された利得をモニタし、それに従って前記ターゲット値のうちの少くとも１つを調節するターゲット制御手段と、
を備える。
【００１９】
このように、第１および第２の信号領域のスペクトルの差異に対して、利得制御ループの異なる応答を自動的に調整することが可能である。自動利得制御回路の実施例は、２つ以上の領域を含む信号に拡張使用して、信号領域間のそれぞれの遷移で利得ステップを調整することができる。
【００２０】
前記ターゲット値のうちの１つは一定のままであり、他のものが前記モニタされた利得信号に従って調節されるのが好ましい。
【００２１】
本発明の自動利得制御回路は、例えばＡトラックからとＢトラックからの２つの異なる入力信号で動作するよう適応することができる。したがって、回路は、同じく第１の領域と第２の領域を有する（例えばＢトラック）からなる入力信号を受取る手段を含み、前記利得制御ループは、前記入力信号の前記第１および第２の信号領域のうちの少くとも１つについてのそれぞれのターゲット値に応答する。
【００２２】
前記利得制御ループの応答は、前記ターゲット制御手段と比較して比較的速いのが好ましい。
【００２３】
自動利得制御回路が、すみやかに、且つスムーズに適応することができるように、回路は、予め設定された値の間で利得制御ループの応答およびバンド幅を調節する手段を含む。例えば、バンド幅は、速いロックオンを達成するために第１の信号領域のはじめで高くてよく、これに正確な整定を可能にする中間バンド幅が続き、次いで第２の信号領域の直前で低いバンド幅になる。
【００２４】
自動利得制御回路が、例えば、テープ記憶装置の中のデータのトラックかブロックを含む信号を制御するデータ読み取り装置で使用される場合、前記第１の信号領域は、プリアンブルかマージン領域を含み、前記第２の領域は、ランダム・データ領域を含む。プリアンブル／マージン領域とランダム・データ領域の間の遷移は、プリアンブル検出回路を使用して検出するのが便利である。
【００２５】
利得制御ループは、前記増幅器手段からの出力の第１と第２の信号領域の両方のピークを検出するピーク検出手段を含むが、他のレベル監視システムを使用することもできる。
【００２６】
他の面において、本発明は、第１および第２の信号領域を含む入力信号の自動利得制御のための自動利得制御回路を提供する。この回路は、変更可能な利得増幅器手段と、前記増幅器手段の出力と前記第１の信号領域および第２の信号領域のそれぞれのターゲット基準値に従って、前記変更可能な利得増幅器手段によって適用された利得を調節する利得制御手段と、を含む利得制御ループを有する。利得制御手段は、前記第１および第２の信号領域に適用される利得の差異を減少するか、最小にする。
【００２７】
また、本発明は、第１の信号領域とそれに続く異なる特性の第２の信号領域を含む信号の実質的に連続する利得を提供する自動利得制御方法に拡張され、この方法は、利得制御ループ中で利得制御信号をモニタし、前記第１と第２の信号領域のそれぞれのターゲット値を提供し、前記第１の信号領域と前記第２の信号領域の前記利得制御信号の値を判断し、そして、前記値に従って、少くとも１つのターゲット値を調節することを含む。
【００２８】
以上に発明を説明したが、本発明は上述したもののほか以下に記述するものをも包含する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
ここに記載されているデータ記憶装置は、ＤＡＴＣ協会規格（1987年6月、日本電子機械工業会（東京（日本）））に従うＰＣＭ音声データの記憶装置に使用されるフォーマットと同様のフォーマットで、記録テープ上の斜めのトラックにデータを記憶するらせん走査技術を利用する。しかしながら、本発明の装置は、ディジタル化された音声情報よりもむしろコンピュータのデータを記憶するのに適用される。従来同様に、この装置は、ヘッド・ドラムが回転しているとき、磁気テープが所定の角度で回転ヘッド・ドラムを横切るらせん走査テープ・デッキを含む。ヘッド・ドラムは、直径に関して向かい合った一対の読取りヘッドと、読取りヘッドと９０度の位置に、直径に関して向かい合った一対の書込みヘッドを収納する。従来同様に、これらのヘッドは、テープを横切って斜めの重なるトラックに書き込む。１つのヘッドで書き込まれるトラックは、正のアジマスを有し、もう一つのヘッドで書き込まれるトラックは、負のアジマスを有する。
【００３０】
トラックは、装置に提供されるデータ（メイン・データ）およびサブ・コードとして知られている補助情報の項目を記憶するために使用され、このサブ・コードは、例えば、メイン・データの論理的な構成、テープ上の配置、一定の記録パラメータ（フォーマット識別子やテープ・パラメータなど）、およびテープ使用ヒストリに関連する。また、トラックは、データ・バイト境界を識別することを可能にする同期バイト（sync bytes）を含み、この同期バイトは、テープ移動などを制御するタイミング信号を生成するために使用される。各々のトラックの始めと終わりにはマージン領域があり、始めのマージンとメイン・データ領域の間にプリアンブル・ブロックがある。
【００３１】
図１において、テープ10上に記憶されたデータは、メイン・ドラム上の読取りヘッド12によって読取られ、信号は回転変圧器14を通して増幅器16に渡され、そこからフィルタ18に渡され、組み合わされたＰＲ−１ターゲットに初期近似等化される。実際上、一端をアースするのではなくむしろ読取りヘッドから差動信号が受け取られる。しかし、図１は、１つの信号ラインのみを表示している。それから、信号は、自動利得制御（ＡＧＣ）回路20に供給され、フィルタおよび積分回路18から受取った３レベル信号の＋２と−２の振幅を確立して安定させる。ＡＧＣ回路20からの信号は、クロック信号を回復する位相同期ループ（ＰＬＬ）22に供給され、更に、結合されたＰＲ−１ターゲットへの適応性等化を提供するフィードフォーワド・イコライザ（ＦＦＥ）24として記載される適応フィルタに渡されるので、、全チャネル周波数応答が、理想的なＰＲ‐１の部分応答チャネルの特性と一致する。フィルタされた信号は、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）26に供給され、フィルタされた信号のディジタル化されたバージョンとなり、ヴィテルビ検出回路28へ供給される。ヴィテルビ検出回路28の出力は、ＮＲＺＩ−エンコードされたデータ・ストリームである。他の実施例において、フィードフォーワド・イコライザ24は、アナログ／デジタル変換器の前でなくて後に設置される。
【００３２】
図２を参照してこの発明の自動利得制御システムの一実施例をより詳細に説明する。２つの差動信号ラインが明白になる。
【００３３】
動作時、自動利得制御システムは、指定された公称振幅の範囲内で、ＦＦＥ24に一定の信号振幅を与えるのに役立つ。理想的な動作のために、この振幅は、１つのトラックの長さに沿って、または、同じアジマスのトラック間で変化してはならない。指定された絶対利得エラーの境界内では、信号振幅は、それが実質的に一定である限り、大きさは重要なことではない。ＡＧＣ制御ループのどのような一時的な動作の間でも、ＶＧＡ32の振幅の変動は、絶対利得エラーより非常に小さい予めセットされた相対利得エラーの範囲内に制御されなければならない。記録されたトラックは、異なるスペクトル特性の帯域を含む。これらの帯域の最も重要なものは、プリアンブル領域とランダム・データ領域である。ＡＧＣブロック20の理想的なオペレーションの流れのために、ＡＧＣシステムは、全体としては、周波数スペクトルの変化に対して免疫がなければならない。プリアンブル領域とランダム・データ領域の間の境界のいずれの側でも、相対振幅許容範囲を越えてはならない。
【００３４】
信号が、ライン30上で電圧利得増幅器（ＶＧＡ）32に入力され、出力は、出力ドライバ34を通過して、前方のＡＤＣ26またはＦＦＥ28（図２で示さず）に渡される。増幅器38、ローパスフィルタ40、およびサマー（合算器、summer）42を有するフィードバック・ループ36が、ＤＣオフセット制御のために用意されている。また、出力ドライバ34からの出力は、出力信号のピークを検出する共通の簡単なピーク検出器44に渡される。ピーク検出器44の出力は、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）46からのターゲット値と共に、比較回路として働く演算相互コンダクタンス増幅器（ＯＴＡ：operational trans-conductance amplifier）48（ＶＧＡ制御電圧）に供給される。
【００３５】
増幅器48の出力は、ＶＧＡ32に利得制御信号を供給する利得制御回路50に供給される。ピーク検出回路44、増幅器48、および利得制御回路50によって定義される利得制御ループは、比較的速い応答時間を有する。
【００３６】
また、増幅器48の出力は、プリアンプ52とラッチング比較器54に供給され、ラッチング比較器54は、プリアンブル領域とメイン・データ領域の間のインタフェースでまたはその直前で、ＶＧＡ制御電圧のメジャーＶＧＡ₁を追跡し、それを保持する。ＶＧＡ制御電圧の第２のメジャーＶＧＡ₂は、いくつかのチャネル・ビットの後に（すなわち、メイン・データ領域の初めで）取られる。ＶＧＡ1とＶＧＡ2の直接の比較によって、電圧利得アンプ32の利得は、プリアンブル領域とランダム・データ領域の間で転移する際に、増加したのか減少したのかを示す。この情報に基づいて、該当するＡまたはＢトラックのピーク検出器のプリアンブル・ターゲットを保持している該当するカウンタ60または62は、増やされるか減らされる。プリアンブル・ターゲットの調整は、ライン64を通して可能にされ、また不可能にされる。レジスタ65は、全ての条件下でのピーク検出器44についてのランダム・データ・ターゲットに対する定数値を保持する。ターゲット制御ループの応答は、利得制御ループより遅い。
【００３７】
初期トレーニング期間後、プリアンブル・ターゲットは、プリアンブル領域とメイン・データ領域の間のインタフェースの直前とその後で、ＶＧＡ制御電圧を等化するよう適応している。これは、次のトラックのために用意されてカウンタ60と62に保持されるそれぞれのターゲット値を持つＡおよびＢトラックについて別々にになされる。
【００３８】
したがって、この回路において、プリアンブルとランダム・データに対する単純なピーク検出器44の異なる応答は、適応的に調整される。プリアンブル・ターゲット・カウンタ60と62は、オーバーフローやアンダーフローをしない飽和カウンタである。したがって、１つが、現在その最大カウントを保持し、更に増加することを要求されるならば、それはその最大カウントを維持する。同様に、それがその最小のカウントを保持しているとき、更に減らすように要求されるならば、それは最小のカウントを維持する。
【００３９】
ターゲット制御ループのバンド幅や応答時間は、ライン51でＯＴＡ増幅器48のバンド幅モードを調節することによって、プレセット値の間で調節される。ＡおよびＢのトラックのプリアンブル領域は、クロック回復ループとＡＧＣループが、既知の特性のデータ上で速いロックアップを達成するのを可能にするために存在し、したがってそのような領域は短い。
【００４０】
ＡＧＣシステムのバンド幅は、この速いロックアップを容易にするために、プリアンブル領域の開始で高いように選択される。大まかな振幅調整が達成されたならば、正確な利得振幅調整が達成されるまで、媒体バンド幅モードをライン51で選択することができる。それから、ＶＧＡ制御電圧による過度の信号の変調を避けるために、ランダム・データの到着に先立ち低帯域幅モードが選択される。
【００４１】
この配列によって、利得は、下流を処理するに十分正確に制御することができる。
【００４２】
図３を参照すると、ＡＧＣブロック20を通過した後、信号は、ＦＦＥ24に加えられる。ＦＦＥ 24は、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ66と、係数コンデンサ69のバンク68と、回路７０を有する。回路７０は、ライン72上の出力と基準ジェネレータ74によって生成された基準値との間のエラーを減らすために係数を適応させる。
【００４３】
ＡＧＣブロック20からの信号は、入力の連続的に遅らされたバージョンを同時に生成する遅延78をもつタップ付き遅延線76上のＦＩＲフィルタ66へ入力される。ＦＦＥ24内の回路構成の大多数は、スイッチ・コンデンサ技術で実行される。ＦＩＲフィルタ66の76での入力は、位相ロックループ（ＰＬＬ）22によって決定されるクロック・タイムでコンデンサを充電することによって、サンプルされる。それから、この電荷は、遅延線を形成するビット時間に１つのコンデンサから他のコンデンサに渡される。
【００４４】
遅延線に沿った各段の出力は、乗算器79で、関連する係数コンデンサ69からのそれぞれの加重係数で乗算され、全ての加重出力は、サマー80によって合計され、ライン72上にフィルタ・デジタル出力を提供する。
【００４５】
レジスタ68の係数は、位相ロックループ22によって定義されるようなビット・サンプリング時間で、ライン72上の等化されたアナログ信号のＳＮ比（ＳＮＲ）を最大にするよう繰り返して適応される。一方、ヘッドとテープの周波数応答またはヘッドとテープの接触条件は変化する（製造中のまたは動作中のどちらでも）。ＤＤＳ−３モードにおいて、ＰＲ−１入力信号は、フィルタ18によって、通常、スペクトルで形成され、３つのレベル（＋２、０、−２）から成る。この場合、適応ブロック70において、係数は、平均最小二乗（ＬＭＳ）アルゴリズムで適応させられる。その場合、基準ジェネレータ74によって提供される最も近い３レベル公称信号レベルとＦＩＲフィルタ出力との差であるエラー信号を使用する。エラー信号は、分岐され遅延された入力信号と共に、それぞれの乗算器82に並列に供給され、これは、係数コンデンサ69に各係数を適応させるために使用される。
【００４６】
ＤＤＳ−３モードにおいて、等化された信号は、それが基準ジェネレータ74からの基準値を使用する＋２、０、または−２の信号であると考えられるかどうかを判断するために決定ブロック84でモニタされる。基準ジェネレータ74は、信号が＋２、０、または−２のいずれかであるかを決定するために決定ブロック84が使用するプラスマイナス１のスライス・レベル信号を供給する。次いで決定ブロックは、基準ジェネレータ74に、適当な＋２、０、−２の公称レベルをエラー・サマー75に供給させる。エラー・サマー75は、フィルタ出力信号をも受取り乗算器82に供給されるエラー信号を得る。適応のレートは、乗算器86、88で、信号（μｓｉｇ）とＤＣ係数（μｄｃ）についてのプレセット値（一般的に６）の間で変化する。
【００４７】
ＦＦＥ24は、ランダムなデータ領域に対して最適の係数セットからすぐにはずれて適応するので、ＡおよびＢデータ・トラックのプリアンブルまたはマージン領域に適応することを許されてはならない。メイン・データ領域の開始と終了は、テープ上のデータの構造と読込まれるフォーマットの知識に基づき、とりわけプレアンブル検出器23（図１）に依存して、タイミングとインテリジェントな決定の組合せを使用するデータ回復状態マシーンによって、通常予測される。プリアンブル検出回路23は、従来のタイプのものでよく、典型的にはプリアンブル領域の純粋な正弦波のトーンにマッチした整合フィルタの形であってよい。それは、信号が特徴のある正弦波のトーンを含む時、高い出力を供給する。プリアンブル検出回路23の出力は、状態マシーン21に供給され、状態マシーンは、ＡおよびＢプリアンブルとＡＧＣ20におけるメイン・データ・ターゲットについてターゲット切り替えを制御し、フィードフォーワド・イコライザ24におけるＡおよびＢトラック係数の選択をも制御する。
【００４８】
ＡおよびＢトラックのスペクトル特性は相違し、コンデンサ69は、ＡおよびＢトラックに対する別々の係数を記憶し、適当なセットの係数が各トラックの始めでＦＦＥコンデンサ69に書き込まれる。
【００４９】
この装置は、係数コンデンサ69に対応する一組の係数レジスタ（図示せず）を含む。コンデンサ69で保持された値は、Ａ／Ｄコンバータによって処理され、係数レジスタに記憶される。各トラックの始めで係数を回復するために、それらは、デジタル時間ログ・コンバータによって処理され、コンデンサに供給される。したがって、典型的な順序は、次のようになる。
1. Ａ係数レジスタの内容がＦＦＥ係数コンデンサ69に書き込まれる。
2. ＦＦＥは、ブロック70によって実行される適応処理に従って、Ａトラック上にこれらの係数を適応させる。
3. 適応されたＦＦＥ係数コンデンサ69の値がディジタル化され、Ａ係数レジスタに記憶され、Ｂ係数レジスタの内容がＦＦＥ係数コンデンサ69に書き込まれる。
4. ＦＦＥは、ブロック70によって実行された適応処理に従って、Ｂトラック上にこれらの係数を適応する。
5. Ｂトラックの適応されたＦＦＥ係数コンデンサ69の値がディジタル化されて、Ｂ係数レジスタに記憶される。
【００５０】
しかしながら、いろいろな他のルーチンが続いてもよい。例えば、そのアジマスの前のトラックの終わりで適応された係数値にかかわりなく、各トラックが、トラックの始めで係数コンデンサへロードされる係数のそれ自身の標準セットを有することがありえる。または、係数コンデンサは、そのアジマスの前のトラックを介する途中の一部で受け取られ適応された値をロードされてもよい。係数がとられる位置は、最高の適応を提供するための機械条件に従って最適化される。例えば、トラックが曲っている場合、トラックに沿っておよそ途中の半分から係数をとることがベストとなる。あらゆる機械の設計で、最適な位置は経験的に決定され、そして、製品化される機械は、この地点で係数をとるようにプログラムされる。ＡおよびＢ係数を異なるポイントでとることができる。
【００５１】
したがって、前のＡトラックについての読取り動作の最小のエラー部分からの適応されたフィルタ係数は、次のＡトラックの係数の初期セットとして使用することができ、そして、同様の処理がＢトラック係数に適用される。トラック終わりの非線形に迷い込むのを避けるために、読取り動作の最小エラー部分の開始の後、あらかじめ決められた時間に係数値をとるために「スナップショット・タイマ」方式を使用することがえきる。
【００５２】
一実施例において、所与のＡまたはＢトラックの係数の連続したセットを多くのトラックにわたって平均して、次のＡまたはＢトラックのための係数の初期セットとして、使用することができる。これは、１トラックでは素早く適応させることができ、多重トラックでは遅いという利点がある。これは、デジタル方式で最も容易に実施することができる。
【００５３】
特別な例として、ＡおよびＢトラック係数セットのそれぞれにおいて、１３の信号の係数と１つのＤＣ係数がある。
【００５４】
もし、ＦＦＥ24が、読取り信号でドロップ・アウトに対抗する間、適応しているならば、ＦＦＥ係数は、回復することができない状態に誤って適応することがある。これに対抗するために、自動再始動装置が組み込まれる。中心係数がプログラム可能な閾値（例えば50％）の下に落ちると、その係数は全て、デフォルト・セットの値に強制される。例えば、中心信号係数に１単位の値がロードされるときの単位ステップのインパルス応答および残りの信号係数は、ゼロに強制される。この開始位置から、ＦＦＥ24は適応し続けることを許される。それは、再び誤って適応するならば処理が自動的に繰り返されるか、または、ドロップ・アウトが回復可能な信号を含むならば、互いに正しい目標値に近づく。
【００５５】
したがって、図に示した実施例において、中心係数は、それを基準ジェネレータ91からのプリセット基準値と比較する比較回路90に供給され、そして、もし、実際問題として、中心係数が、不正確な状態で安定した係数になるような値以下に落ちた場合、係数のデフォルト・セットを強制する「キック・スタート」ルーチンを実行する。
【００５６】
トラック交差モードにおいて、テープの上のトラックが読取りヘッドの走査パスと整合しないとき、ヘッド出力信号は、１走査につき何回も良／不良のＳＮＲの間を循環し、この状況において、図３の方式は、回復されるデータ量を増やすことができる。
【００５７】
ＦＦＥ係数の多数の安定した、適応された状態が可能であるが、これらうちの小さなセットだけがこの方式に有用である点に留意する必要がある。上述された技術は、中心係数だけをテストしており、全ての可能な望ましくない状態を検出することができるというわけでない。しかしながら、この技術は、この中心係数に加えて、またはこれに代えて他の係数をモニタするように拡張することができ、また、係数の異なるデフォルト・セットを強制することができる。また、それを一つの限度でなく範囲として、モニタすることができる。
【００５８】
ここで図４を参照すると、位相同期ループ22は、いろいろな異なる条件で、読み取り波形からビット・クロックを回復させることを要求される。本質的に、位相ロックループ22は、周波数と位相同期をトラックの最初で獲得しなければならず、許容できる位相エラーで、ヘッド・テープ速度ジッタに起因するビット周波数変動に追従しなければならない。
【００５９】
幅広いアウトラインにおいて、位相同期ループ22は、位相検出器92、ループ・フィルタ94、および位相アキュムレータ96を有する。位相アキュムレータ96の出力は、システム・クロック・タップ付き遅延線98から得られる一連のクロック信号から適当なクロック信号を選択するために使用される。
【００６０】
入力信号が、ＡＧＣ20で自動利得制御にかけられるので、公称レベルが、２、０、−２の単位となる。２つの入力比較回路100、102は、入力信号が＋／−１単位（近似）閾値を横切る時間を捜す。そして、これらの閾値交差の時間は、位相エラーを決定するために現在のクロック・タイム（システム読取りクロック）と比較される。位相エラーは、デジタル（すなわち、位相エラーの符号と大きさに従い、−４、−３、−２、−１、１、２、３、４）でエンコードされて、ループ・フィルタ94に渡される。
【００６１】
ループ・フィルタ94で、（デジタルの）位相エラーは、２つの乗算器104、106とアキュムレータを使用してフィルタされる。上位フィルタリング・パスで、位相エラーは、定数（Ｋｐ）を掛られる。下位フィルタリング・パスで、位相エラーは、定数Ｋｉを掛けられ、その結果は、Ｋｉアキュムレータ108によって累算される。累算された（Ｋｉ）結果と直接の（Ｋｐ）結果は、一緒にサマー110で加えられて、位相アキュムレータ96に渡される。
【００６２】
位相アキュムレータ96は、ループ・フィルタ94の出力を積分する。位相アキュムレータ出力の上位４ビットが、「ポインタ」の働きをする。このポインタは、遅延線98で得られる外部のシステム・クロックの１６の遅延バージョンのうちのどれが、システム読取りクロック（すなわち、入力信号に同期されたクロック）として使用されるかを示す。
【００６３】
したがって、入力信号がシステム読取りクロックと位相外れになるにつれて、位相エラーがループ・フィルタ94の出力で大きな値になり、それによって、位相アキュムレータ96がインクリメントし、結局その出力の上位４ビットを変更する。これによって、入力信号の位相により近いシステム・クロックの遅延バージョンが選択される。
【００６４】
本方式のより細部を参照すると、最終製品における誤り率を最適化するためにループ・フィルタ・パラメータは、プログラム可能であり、第２順位のループが仮定される。更に、ループのバンド幅は、２つの前もってプログラムされた値の間で、リアルタイムでスイッチ可能である。これは、プリアンブル・ゾーンを最も有効に利用するためであり、データ領域で低い位相ジッタを維持する。位相同期ループ22は、トラックの通常のリプレイの間に発生する信号ドロップ・アウトの後、位相同期を回復させることができなければならない。
【００６５】
回復させられた読取りクロックは、ＦＦＥ24、ＡＤＣ26およびヴィテルビ・デコーダ28を駆動するので、強力でなければならない。位相同期ループ22は、ＤＤＳ−１／２またはＤＤ−３のフォーマットで稼働ができることが好ましい。ＤＤＳ−１または２のフォーマットは、ビット・サンプリング時間がアイ・センタにあるとき２レベルの信号になる。ここで、この方法は単純で振幅変動に比較的無感応であるので、位相検出器92は、典型的にゼロ交差のテストをする。
【００６６】
ＤＤＳ−３フォーマットで、フォーマットの読取りは、３レベルのＰＲ−１信号になる。この場合、位相検出器92は、入力信号の大きな部分を不合格とすることなく、単純なゼロ交差のテストをすることができない。閾値交差方式が必要とされる（およそ＋１、−１）。
【００６７】
したがって、ＰＬＬ22は閾値交差時間位相検出器92を含み、その出力は、離散的なステップに量子化される。ＤＤＳ−１または２のモードで、位相検出器は、ゼロ交差に応答するが、ＤＤＳ−３モードでは、２分の１公称信号レベル交差に応答する。
【００６８】
図４は、位相検出器92を介す２つの（概念上の）パスを示す。ここで、入力信号（ＡＧＣ20から）は、100、102で、半分の公称信号レベル閾値レベル（正および負）のそれぞれと比較される。入力信号の中の閾値交差のタイミングは、比較回路出力サンプラ116で、（１６のタップ付き遅延線98から誘導された）出力クロックの（１／８の期間でシフトされた）８つの均一に区切られた位相と比較される。そして、ループ位相エンコーダ118で、現在の出力位相選択と比較される。量子化された位相は、入力交差が落す８つの出力クロック位相の間から、ループ位相セレクタ120によって直接判断される。
【００６９】
ＤＤＳ−１または２のモードで、入力信号は、単一の公称ゼロ・レベル基準値と比較され、図４の上位（概念上の）信号パスのみが使用される。ＤＤＳ−３モードで、半分の公称信号閾値は、位相検出器閾値基準レジスタ112、114から誘導される。これらのレジスタは、ＤＡＣ基準値をＡＧＣランダム・データ・ターゲットＤＡＣ基準値にプログラムする。この方式は、ＡＧＣターゲットおよびＰＬＬ位相検出器が独立して最適化されることを可能にする。
【００７０】
ループ位相セレクタ120からの量子化された位相出力は、Ｋｐ（比例項）とＫｉ（積分）項を有するデジタル・ループ・フィルタ94に供給される。図において、位相検出器92の出力は、（状態（−４、−３、−２、−１、０、１、２、３、４）をエンコードする）４ビット・バスととして、また、乗算器104、106の出力は、８ビット・バスとして表示される。
【００７１】
ＫｐとＫｉ乗数は、一般的に以下の範囲を有することができる。
【００７２】
【数１】
Ｋｐの範囲＝ 0．．．．．．．．．．．．31
Ｋｉの範囲＝ 0．．．．．．．．．．．．31
乗算器出力＝ −124．．．．．．．．．．124
【００７３】
Ｋｉ乗算器106は、この例では以下の範囲を有するＫｉアキュムレータ108に、データを渡す。
【００７４】
【数２】
Ｋｉアキュムレータ・ビット＝ 12
Ｋｉアキュムレータ範囲＝ −2048．．．．．．．．．．．2047
【００７５】
Ｋｉアキュムレータ108は、入力Ｋｉ乗算器出力を積分するが、アキュムレータからの最上位８ビットが、110でＫｐ乗算器104からの８ビットに加えられ、位相アキュムレータ96の（最下位）エンドに供給される。
【００７６】
したがって、ループ・フィルタ94は、ビット周期毎に、位相アキュムレータ96へ、−252．．．．．．．．252を供給することができる。ＫｐおよびＫｉ値の２つのプログラム可能な対がレジスタ105、107で得られ、ループに速いまたは遅い時間定数を与える。この定数は、システム要求に従って状態マシーンによって選択される。
【００７７】
Ｋｉアキュムレータ108は、位相同期を失うかまたはその危険にあることが示されるとき再プログラム可能なように構成される。例えば、プリアンブル領域においてＰＬＬ周波数が初期化される場合がある。いわゆる「スタント・モード（stunt modes）」の間、速い前進テープ運動のために、Ａトラックの中心周波数が低くされ、Ｂトラックの中心周波数が高くされる（逆テープ運動ではその逆になる）とき、周波数オフセットが発生する。更に、Ｋｉアキュムレータ108が正または負にオーバーフローし、中心周波数が許容範囲外にあることを示すことがある。さらにまた、上述のＦＦＥ係数「キック・スタート」ルーチンがトリガーされるならば、Ｋｉアキュムレータ108は再び中心付けされてもよい。この状態は、テープ・ドロップ・アウトまたは信号に対してその他の障害が存在し、ＰＬＬがその位相同期を失いそうであることを示唆することを示す。
【００７８】
これらの状態で、Ｋｉアキュムレータ108の最上位ビットは、可変位相発振器周波数オフセット・レジスタ109の内容をロードされ、これにより周波数がデフォルト値に中心づけられる。例えば、周波数は、ＰＬＬ22が現在のトラックを読み始めた周波数に再び中心づけられてもよい。
【００７９】
デジタル位相アキュムレータ96は、ループ・フィルタ94の出力を合計し、４つの最上位ビットを使用して１６のタップ付き遅延線98から出力クロック位相を選択する。この遅延線98は、それ自身、システム・ビット周波数クロックに位相ロックされている。また、この遅延線98からの１６のシステム・クロック位相は、位相検出器92の比較回路出力サンプラ116によって、閾値交差のタイミングを実行するために使用される。ループ・フィルタ・アキュムレータ108から位相アキュムレータ96まで渡されたビットの数は、支援できる最大の周波数エラーを決定する。位相アキュムレータ96は、ループ・フィルタ94の出力（ＫｐとＫｉ項の合計）を積分する。最上位の４ビットは、現在のクロック位相として使用されたタップ付き遅延線からシステム・クロックの位相を選択するために使用される。
【００８０】
位相アキュムレータ出力96は、この例では１２ビットの数で表示され、単純な符号なしアップ・ダウン・カウンタとみなされる。したがって、正のループ・フィルタ出力が加えられると、アキュムレータは、それが4095に達するまでカウントアップし次いでゼロにラップアラウンド（折り返す）する。同様に、負のループ・フィルタ出力が加えられると、ゼロに達するまでカウントダウンし、4095にラップアラウンドする。これらの条件の下で、４つの最上位ビットは、単純に０から１５までインクリメントし、再び０にラップアラウンドする。こうしてシステム・クロックの次第に遅れる位相が出力クロックとして選択される。
【００８１】
タップ付き遅延線98は、１６の均一に区切られたタップを有し、システム・クロックを供給される。概念的には、（システム・クロック周波数がチャネルのいろいろなオペレーティング・モードについて異なるとき）１６番目のタップの出力が次のシステム・クロック期間と一致するように、遅延が調節される。
【００８２】
レジスタ122からの静的位相オフセット値がサマー124で組み込まれ、このサマー124は、クロック・セレクタ126に出力を提供し、このクロック・セレクタ126は、タップ付き遅延線98から適当なクロック信号を選ぶ。ループがロックする位相と、ＦＦＥ24およびＡＤＣ26によって使用される出力128に加えられるクロック位相との間の静的位相オフセットについての必要性に対して２つの要因がある。第一に、ＰＬＬ22が遷移が存在するビット端にロックするのに対して、ＦＦＥ24は、ビットの中心でサンプルをとる。第２に、位相測定ループと、クロックがＦＦＥで使用されるポイントとの間に未知の回路パス遅延がある。従って、位相オフセット・レジスタは、４ビットの（符号なし）数でプログラムされ、この数は、位相アキュムレータの４つの最上位ビットに加えられてＦＦＥ24、ＡＤＣ26およびシステムの残りの部分に渡されるクロック位相を選択するが、ＰＬＬ内部クロックのクロック位相を選択するためには使われない。ＰＬＬ内部クロックのクロック位相は、クロック・セレクタ130によって選択される。
【００８３】
以上、図１乃至４において、サンプル・アナログ方式に関して記述したが、本発明は、デジタル形式で実施することもできる。
【００８４】
また、本発明は、同日に出願され、現在出願中の、出願番号96306940.6、96306938.0、および96306939.8の記載内容が本明細書中に参照され含まれる。
【００８５】
本発明は、例として以下の実施態様を含む。
（１）第１の信号領域とそれに続く第２の信号領域を含む入力信号の自動利得制御のための自動利得制御回路であって、前記入力信号を受け取って増幅する変更可能な利得増幅器手段と、前記増幅器手段の出力に応じて、前記増幅器手段によって適用された利得を制御する前記第１および第２の信号領域のそれぞれのターゲット値に対応する利得制御ループと、前記第１と第２の信号領域の各々に適用される利得をモニタし、それに従って、少なくとも１つの前記ターゲット値を調節するターゲット制御手段と、を備える前記回路。
（２）前記ターゲット値のうちの１つは、一定のままで、その他のものは、前記モニタされた利得に従って調整される（１）記載の自動利得制御回路。
（３）また、第１の領域と第２の領域を含む更なる入力信号を受取り、前記利得制御ループは、前記更なる入力信号の前記第１および第２の信号領域のうちの少くとも１つのそれぞれのターゲット値に対応する（１）または（２）記載の自動利得制御回路。
【００８６】
（４）前記利得制御ループの応答は、前記ターゲット制御手段と比較して比較的速い（１）乃至（３）記載の自動利得制御回路。
（５）予め設定された値の間で、前記利得制御ループの応答またはバンド幅を調節する手段を含む（１）乃至（４）記載の自動利得制御回路。
（６）前記第１の信号領域は、プリアンブルまたはマージン領域を含み、前記第２の領域は、ランダム・データ領域を含む（１）乃至（５）記載の自動利得制御回路。
（７）前記利得制御ループは、前記増幅器手段からの出力のピークを検出するピーク検出器手段を含む（１）乃至（６）記載の自動利得制御回路。
【００８７】
（８）第１と第２の信号領域を含む入力信号の自動利得制御のための自動利得制御回路であって、変更可能な利得増幅手段を含む利得制御ループと、前記増幅手段の出力と、前記第１の信号領域と前記第２の信号領域のそれぞれのターゲット基準値に応じて、前記変更可能な利得増幅手段によって利得を調節する利得制御手段と、を備え、それによって、前記第１と第２の信号領域に適用される利得の差異を減少するか最小にする前記回路。
【００８８】
（９）第１の信号領域とそれに続く異なる特性の第２の信号領域を含む信号の実質的に連続する利得を提供する自動利得制御方法であって、利得制御ループの利得制御信号をモニタし、前記第１と第２の信号領域のそれぞれのターゲット値を提供し、前記第１の信号領域と前記第２の信号領域の前記利得制御信号の値を決定し、前記決定された値に従って、ターゲット値のうちの少くとも１つを調節する前記方法。
【００８９】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明の自動利得制御回路によれば、クロック信号の回復を必要としない、強力な利得制御システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置を含むデータ読み取り装置のメイン構成要素の概要ブロック図。
【図２】図１で示した装置の一部分を形成する自動利得制御システムのブロック図。
【図３】図１の装置で使用されるフィードフォーワド・イコライザ（ＦＦＥ）のブロック図。
【図４】図１の装置で使用されるクロック信号を入力データから抜き出すための位相同期ループのブロック図。
【符号の説明】
１０テープ１２読取りヘッド
１４回転変圧器１６増幅器
２０ＡＧＣ回路２１状態マシン
２２位相同期ループ２３プリアンブル検出器
２４ＦＦＥ２６アナログ・デジタル変換器
２８ヴィテルビ検出回路

Claims

第１の信号領域とそれに続く第２の信号領域を含む入力信号の自動利得制御のための自動利得制御回路であって、
前記入力信号を受け取って増幅する可変利得増幅手段と、
前記可変利得増幅手段の出力と第１および第２のターゲット値とに応じて、前記可変利得増幅手段が適用した利得を制御する利得制御ループと、
前記第１の信号領域に適用される利得および前記第２の信号領域に適用される利得に応じて、前記第１の信号領域に適用される利得および前記第２の信号領域に適用される利得の差を減らすように、少なとも前記第１および第２のターゲット値のうちの１つを調節するターゲット制御手段と、
を備える自動利得制御回路。
前記ターゲット値のうちの一つは一定のままであり、他のターゲット値が調整される、請求項１記載の自動利得制御回路。
第１の領域と第２の領域を含むさらなる入力信号を受け取り、前記利得制御ループは、前記さらなる入力信号の前記第１および第２の信号領域のうちの少なくとも１つのターゲット値に対応する、請求項１または２のいずれかに記載の自動利得制御回路。
前記利得制御ループの応答は、前記ターゲット制御手段と比して速い、請求項１乃至３のいずれかに記載の自動利得制御回路。
予め設定された値の間で、前記利得制御ループの応答またはバンド幅を調節する手段を含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の自動利得制御回路。
前記第１の信号領域は、プリアンブル領域またはマージン領域を含み、前記第２の領域は、ランダム・データ領域を含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の自動利得制御回路。
前記利得制御ループは、前記可変利得増幅手段からの出力のピークを検出するピーク検出器手段を含む、請求項１乃至６のいずれかに記載の自動利得制御回路。
第１の信号領域と異なる特性の後続の第２の信号領域を含む信号の連続する利得を提供する自動利得制御方法であって、
利得制御ループに適用される前記利得を監視するステップと、
前記第１および第２の領域にそれぞれのターゲット値を提供するステップと、
前記第１の信号領域における利得制御信号の値および前記第２の信号領域における利得制御信号の値を求めるステップと、
前記第１の信号領域に適用される利得および前記第２の信号領域に適用される利得の差を減らすように、求められた前記値にしたがって、前記ターゲット値の少なくとも１つを調節するステップと、
を含む自動利得制御方法。