JP4032310B2 - トラッキング誤差検出器 - Google Patents
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Description
このDPD方式は、ディスク表面上から反射したレーザ光を分割された受光素子で受けると、トラッキング誤差量に応じてそれらの分割された素子から出力される信号間に位相差が生じることを利用し、その位相差情報をフィードバックすることでトラッキング制御する方式である。
このDPD方式のトラッキング誤差検出回路(以下、DPD回路という)ブロックは、この位相差情報を読み取って、あるアナログ量(例えば電圧値)に変換し、後段のDSPに渡すまでの役割を担うものである。
図1に示すように、このDPD回路ブロックの前段には、ディスク面上から反射されたレーザ光を受光する4分割されたフォトダイオードなどの受光素子101があり、それぞれの素子がディスク面上に記録されたデータ波形を出力する。
このDPD回路ブロックは、これら信号波形がフォトダイオードやディスクの品質ばらつきによって非常に小さい場合や大きい場合、適切なレベルまで信号振幅を増減幅するゲインコントロールアンプ102a,102b,102c,102dと、データ波形列に含まれる高周波信号成分を高域強調するイコライザー回路103a,103b,103c,103dと、信号からDCオフセットなどの低域成分を除去するハイパスフィルタ104a,104b,104c,104dと、アナログ信号を2値化する2値化回路105a,105b,105c,105dと、2値化された信号間の位相差を検出し、その検出位相誤差に応じた信号を出力する位相差検出器106a,106bと、検出結果波形を加算する加算回路107と、その加算結果を積分するローパスフィルタ108とを備えている。
図1は前者の例であり、フォトダイオード素子Aとフォトダイオード素子Bとの間の位相差を検出する回路と、フォトダイオード素子Cとフォトダイオード素子Dとの間の位相差を検出する回路の構成は基本的に同一であるので以降は、受光素子Aと受光素子Bとの間において位相差を検出する回路について説明するが、当然ながらフォトダイオード素子Aとフォトダイオード素子Bをフォトダイオード素子Cとフォトダイオード素子Dへ置き換えればそのままフォトダイオード素子Cとフォトダイオード素子Dとの間の位相差を検出する回路として流用可能である。
例えば図1の2値化回路105a,105b、すなわち高ゲインコンパレータでは、後段の位相差検出回路106aにおいて検出を容易にするため急峻なスルーレートを持つ波形を出力する必要がある。前述したようにMOSトランジスタのトランスコンダクタGm値はバイポーラトランジスタよりも小さいために、急峻なスルーレートを実現する高いゲインを得るためには多段のアンプを縦続接続する構成が必要になってくる。
図2は、この多段のアンプを縦続接続した構成を有する2値化回路の動作を示す説明図である。
入力されたアナログ信号はこれら多段のアンプを経る間に図2に示すように徐々に電源電圧のレベルでクリップされていき、最終的にディジタル的な2値化信号へと変化していくが、振幅がクリップされた信号には歪みが生じており、基の信号周波数成分の高調波成分が発生してしまう。そして当然ながら各アンプには有限の帯域が存在し、さらに後段アンプには電源電圧レベルまで出力信号をフルスイングさせられる能力が求められるためにインバータ回路などを用いる必要があり、よって一般的に多段アンプの段数を経る毎に群遅延は一定値を取る領域が狭くなってくる。
図3は、この多段のアンプを縦続接続した構成を有する2値化回路の各アンプ出力における群遅延特性図である。
この群遅延変動が始まる帯域と同等もしくはそれ以上の信号成分が入力されると、出力信号にはその周波数成分によって異なる遅延時間量が発生してしまう。そしてこれら周波数毎に異なる遅延時間量を持つ基本波成分と前記歪みによって生じた高調波成分が合成されたアンプ出力波形には、予測困難な位相シフトが生じることとなる。例えばDVDの8倍速読み取り時における入力信号最高域は約35MHzであり、図3の3rd出力群遅延特性においてその変動がすでに発生している領域に入っている。
図4は、位相比較対象となる2つの信号間に大きい振幅差が発生した場合の問題点を示す説明図である。
すなわち、アンプを多段構成した2値化回路105a,105bにおいて、例えば入力振幅が比較的大きい図4(b)の例では、1段目のアンプを通過した時点ですでに電源電圧で波形がクリップし、歪みが生じることで位相シフトが発生する。そして、2段目、3段目・・・と信号がアンプを経るごとに位相シフトが蓄積されていく。次に、入力振幅が比較的小さい図4(a)の例では、1段目だけではクリップせず歪みも位相シフトも発生しない。そして、2段目のアンプ出力でようやくクリップし位相シフトが引き起こされたとすれば、当然ながら最終的な位相シフトの蓄積量は図4(b)の大振幅信号入力側よりも少なくなる。
このトラッキング誤差検出器では、2値化回路に入力される2つの信号間の振幅が常に同一となるように、リアルタイムで前記信号間の振幅差を揃える機能を備えている。
このトラッキング誤差検出器は、図5に示すように、受光素子1と、信号間振幅差調整回路41と、Differential Phase Detector(以下、DPDという)方式のトラッキング誤差検出回路(以下、DPD回路という)ブロック(信号処理回路)51とを備えている。
受光素子1は、ディスク面上から反射されたレーザ光を受光する4分割されたフォトダイオード素子A,B,C,Dから構成され、それぞれの素子がディスク面上に記録されたデータ波形を出力する。
ゲインコントロールアンプ3は、フォトダイオード素子Aから出力される信号を増幅するアンプ、ゲインコントロールアンプ4は、フォトダイオード素子Bから出力される信号を増幅するアンプ、ゲインコントロールアンプ22は、フォトダイオード素子Cから出力される信号を増幅するアンプ、ゲインコントロールアンプ23は、フォトダイオード素子Dから出力される信号を増幅するアンプである。
ゲインコントロールアンプ3,4はゲインが振幅差検出回路2から出力されるゲイン調整信号をもとにそれぞれ調整可能な構成となっている。また、ゲインコントロールアンプ22,23は振幅差検出回路21から出力されるゲイン調整信号をもとにそれぞれ調整可能な構成となっている。
振幅差検出回路2は、フォトダイオード素子Aとフォトダイオード素子Bとからそれぞれ出力される信号間の振幅差を検出し、その検出結果をもとにゲインコントロールアンプ3,4に対するゲイン調整信号を出力し、それぞれのゲイン調整信号によりゲインコントロールアンプ3,4のゲインを調整し、ゲインコントロールアンプ3,4から出力される信号間の振幅差をなくすように機能する。
また、振幅差検出回路21は、フォトダイオード素子Cとフォトダイオード素子Dとからそれぞれ出力される信号間の振幅差を検出し、その検出結果をもとにゲインコントロールアンプ22,23に対するゲイン調整信号を出力し、それぞれのゲイン調整信号によりゲインコントロールアンプ22,23のゲインを調整し、ゲインコントロールアンプ22,23から出力される信号間の振幅差をなくすように機能する。
この実施例1のトラッキング誤差検出器では、2値化回路8と2値化回路13へ入力される各信号間の振幅が常に同一になるようにリアルタイムで前記信号間の振幅差を略同一に調整する。これは、前記信号間に振幅差が存在すると、2値化回路8,13内の多段アンプステージを経るごとに生じる歪み量、即ち高調波成分量に違いが生じ、その結果、各ステージ出力波形に生じる位相シフト量に差が生じるため、振幅差を揃えることで、歪み量を同一にして結果として位相シフト量も同一にすることで、前記位相シフト量の差がDPD回路ブロック51の出力へ与える悪影響、すなわちDPD回路ブロック51から出力されるトラッキングエラー信号に対する位相オフセットを抑制するものである。
信号振幅を揃える手段としては、図5に示すように、新たに振幅差検出回路2,21とゲインコントロールアンプ3,4,22,23とを備えた信号間振幅差調整回路41を設け、振幅差検出回路2による振幅差検出結果に従ってゲインコントロールアンプ3,4を個別に制御し、また、振幅差検出回路21による振幅差検出結果に従ってゲインコントロールアンプ22,23を個別に制御する。
図6は、このような一般的なオペアンプを使用した抵抗フィードバック型の増幅器を示す回路図である。
以下、このゲイン設定変動による各ゲインコントロールアンプにおける位相オフセット量、位相特性の変動の抑制について説明する。
このゲインコントロールアンプにおけるゲイン設定により位相オフセット量、位相特性が変動する現象は図7に示すこの一般的な抵抗フィードバック型の増幅器のモデルから求めた伝達関数から説明できる。ここでGmはオペアンプのゲイン、Riは入力抵抗、Rfはフィードバック抵抗、Cpi,Cpoは入力ノードと出力ノードにおける寄生容量を示している。
この伝達関数は、もちろんRi,Rf,Cpi,Cpoなどのパラメータ絶対値にも因るが、基本的に2次遅れ系となりこの位相特性はパラメータωnとQが決定している。このアンプではゲイン=(GmRf−1)/(GmRi+1)は抵抗の比(Rf/Ri)で決定される。
よって、この比を変化させるためには抵抗RiもしくはRfを変化させる必要があるが、これらを変えると、図7に示すようにωnおよびQの値がダイレクトに変動する結果を引き起こし、位相特性の変化を引き起こす。つまり、ωnおよびQを変えずにゲインだけを変えることは困難である。
図8は、ゲインの変化に対する位相特性の変動を抑制できるようにした回路の基本回路図である。
図9は、図8に示す回路の伝達関数Vo/Viと、この伝達関数Vo/Viの2つの極におけるωp1とωp2を示す説明図である。
図8に示す回路は、電圧信号入力を抵抗(第1変換回路)Riで電流信号へと変換し、それをカレントミラー回路CMのミラー比Gm2/Gm1にて増幅し、その電流信号出力を、抵抗(第2変換回路)Roを用いて再度電圧信号出力へと変換するものである。
図9は、図8に示す回路において寄生容量値Cpi,Cpoを考慮した伝達関数Vo/Viと、伝達関数Vo/Viにおける2つの極ωp1,ωp2を示している。
この伝達関数においてDcゲイン項を見るとGm1,Gm2,Ri,Roの4パラメータのうちどれを変えても全体ゲインを変えることが可能である。またこの回路にはループがないので単純な1次遅れ系の縦続接続関数になり、位相特性を決めるのは図9に示した2つの極ωp1とωp2である。
先ず、ωp1を構成するRo,Cpoは固定値とする。次にωp2を構成するGm1,Ri,Cpiのうち、抵抗RiについてはGm1≫1/Riを満たすような値を設定し、ωp2を近似的にGm1/Cpiとする。
そして、Gm1の変化に寄生容量値Cpiの変化が追従するようになればωp2を変化させずに全体ゲインだけを変化可能となる。
図11は、位相特性に変化を与えることなく全体ゲインだけを変化させることが可能であることを伝達関数から示すための説明図である。
そこでGm1の変化を、並列に置いたトランジスタを、導通、非道通が選択信号により制御されるスイッチによって切り替えることで実現する構成にする。
この場合、前記選択信号は、フォトダイオード素子Aとフォトダイオード素子Bとからそれぞれ出力される信号間の振幅差の検出結果をもとに振幅差検出回路2からゲインコントロールアンプ3,4に対し出力されるゲイン調整信号をもとに生成される。
図10は、このような導通、非道通が選択信号により制御されるスイッチによって並列に置いたトランジスタTr1を切り替えることでGm1を変化させる構成を示す回路図である。
このように構成すると、寄生容量値Cpiは主にGm1を構成しているトランジスタのゲート容量から成っていることから、Gm1の増減に伴って、寄生容量値Cpiも同様に増減することになる。このような構成を取ることで、ゲイン変動に伴ってωp1およびωp2に与える影響を抑制することが可能な回路を実現できる。
実施例2.
図10に示す回路構成では、ノードN1の入力インピーダンスが高く、抵抗R1で変換された後の入力電流信号が大きい場合にこのノードN1の電圧変動が大きくなってしまい、歪みの原因になる。これを低減するために結節点AとBとの間にゲート接地トランジスタ(入力インピーダンス低減回路)Tr2を設けノードN1の入力インピーダンスを下げる。
図12は、このような結節点AとBとの間にゲート接地トランジスタを設けノードN1の入力インピーダンスを下げる構成の一例を示す回路図である。
この実施例2によれば、ノードN1の入力インピーダンスの低下により、抵抗R1で変換された後の入力電流信号が大きい場合であっても、ノードN1の電圧変動を抑制でき、抵抗R1で変換された後の入力電流信号の大きさに応じた歪み量の変化、位相オフセット量の変化などの現象を抑制でき、精度の高いトラッキング誤差検出器を提供できる効果がある。
実施例3
図13は、このようなノードN1の入力インピーダンスをさらに下げることが可能となる回路構成の一例を示す回路図である。
Claims (4)
- ディスク表面のトラック上に照射され、そのトラックから反射したレーザ光を分割された受光素子で受け、トラッキング誤差量に応じて前記分割された受光素子から出力される信号を2値化回路を含む信号処理回路により2値化し、前記2値化した信号間の位相差をもとにトラッキング制御のためのトラッキングエラー信号を出力するトラッキング誤差検出器において、
前記受光素子から出力された信号間の振幅差を検出する振幅差検出回路と、
前記信号処理回路により2値化される前記信号間の振幅差を、前記振幅差検出回路で検出された検出結果をもとに調整する信号間振幅差調整回路とを備え、
前記信号間振幅差調整回路による前記信号間の振幅差の調整は、前記各信号ごとに設けられたゲインコントロールアンプのゲインを設定することによりなされ、
前記ゲインコントロールアンプは、
電圧信号入力である前記信号を電流信号へ変換する第1変換回路と、
前記第1変換回路により変換された前記電流信号を所定のミラー比により増幅するカレントミラー回路と、
前記カレントミラー回路の電流信号出力を電圧信号出力へ変換する第2変換回路とを有し、
前記信号間振幅差調整回路による前記ゲインコントロールアンプのゲインの設定は、前記カレントミラー回路において並列に接続されるトランジスタを切り替えることによりなされる、
ことを特徴とするトラッキング誤差検出器。 - 前記ゲインコントロールアンプは前記信号間振幅差調整回路または前記信号処理回路の何れかに設けられていることを特徴とする請求項1記載のトラッキング誤差検出器。
- 前記信号間振幅差調整回路による前記トランジスタの切り替えは、前記2値化回路において前記各信号に生じる波形歪みにもとづく前記各信号の位相オフセットを等量にし、前記信号間の位相差をもとに出力される前記トラッキングエラー信号に対する前記位相オフセットを抑制するようになされることを特徴とする請求項1記載のトラッキング誤差検出器。
- 前記第1変換回路から前記電流信号が出力されるノードの入力インピーダンスを低減する入力インピーダンス低減回路を備えたことを特徴とする請求項1記載のトラッキング誤差検出器。
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