JP4115278B2 - 同期変数を生成する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ある信号と別の信号で同期を取るための変数を生成することに関し、特にクロック信号に関する。

本発明は、特に限定するものではないが、デジタルディスクの分野に適用するのが望ましい。特に圧縮画像データを記憶するための、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（CD-ROM）、特にデジタル多用途ディスク（DVD）として知られるものに適用するのが望ましい。

同期化はアナログ位相ロックループを用いて達成することが出来るが、かなりコストがかかる。またデジタル位相ロックループを用いて達成することも出来るが、同期変数、例えば概算信号の推移と得られる信号の推移との間の時間間隔、を計算するにあたって、計算資源の観点で遅くコストがかかる除算演算が必要になる。

本発明は、従来技術の課題に対し、単純で正確な解決策を提案することを目的としている。

本発明では、第１クロック信号WP₁と位相変化信号ΔΨから、第２クロック信号WP₂のための同期変数WCSを生成する方法を提案する。ここで、
・前記同期変数の第１概算値WS₀を求め、
・前記第１概算値に近い他の概算値を求め、
・前記概算値のそれぞれについて誤差を計算し、
・最適の概算値を同期変数とする。

一形態では、前記同期変数の第１概算値WS₀を求める前に、第２クロック信号WP₂の周期の概算値P_wpが求められる。

一形態では、同期変数の第２概算値WS_p1および第３概算値WS_m1が、WS_p1＝WS₀＋１、WS_m1＝WS₀−１で算出される。

一形態では、所定の時間での位相を、前回までの位相変化信号ΔΨと該所定の時間の位相変化信号とを加算し、クロック信号WP₁の周期を法とすることにより計算する。

一形態では、Aを定数として、WS₀＝Ψ＊Pwp/Aの式から第１概算値WS₀が得られる。

一形態では、得られた概算値に対応して誤差値が次のように算出される。ただしBおよびCは定数。

・err_0＝（B*Ψ）-（C*ΔΨ* WS₀）
・err_p1＝（B*Ψ）-（C*ΔΨ* （WS₀＋１））
・err_m1＝（B*Ψ）-（C*ΔΨ* （WS₀−１））
一形態では、同期変数WCSは、最小の誤差を生成する概算値である。

一形態では、ｎはあらかじめ決められた定数であり、Ａが２^ｎである。また、ｎは１５とすることもできる。

本発明はまた、第１クロック信号WP₁と位相変化信号ΔΨから、第２クロック信号WP₂のための同期変数WCSを生成する装置を提案する。

・前記同期変数の第１概算値WS₀を求める手段と、
・前記第１概算値に近い他の概算値を求める手段と、
・前記概算値のそれぞれについて誤差を計算する手段と、
・最良の概算値を同期変数にする手段と、を備える装置。

本発明はまた、上述の装置を含む集積回路を提案する。

本発明はまた、入射光のビームを発する手段と、ディスクでの光ビームの反射を検知する複数の光検知器を含む光ヘッドと、前記光検知器からの信号を２つづつ加算し、２つのサンプリングされた入射信号を送る加算手段と、前記２つのサンプリングされた入射信号の位相差を計算する計算手段とを備え、前記計算手段は上述の装置を含むデジタルディスクリーダを提案する。

本発明の一形態では、信号の生成に用いることができる変数を計算する。信号の位相は、既知の精度で光検知器からのそれぞれ２つの信号の間の相対位相から算出される。信号の相対位相は例えばレーザスポットなどの入射光ビームの位置誤差に対応している。入射光ビームはデジタルディスクのトラックを照射する。入射光ビームをトラックに戻し固定するように、光システムを修正することができる。

デジタルディスクは、らせん型のトラックをもち、その刻みはディスク上のトラックに記憶された２進データを表している。ディスク上のトラックは、入射光ビーム、例えばレーザスポットにより照射される。複数の光検知器、例えば４つの光検知器は、ディスク上の光ビームの反射を検知する。

光検知器により形成された光センサは、一方でそれぞれ４つの信号を供給する。信号はそれぞれ４つの光検知器により送られ、光ビームをディスク上のトラックに固定するのに用いられる。一方でグローバル信号または所望の信号を供給する。これは、それぞれ４つの信号の和に等しく、ここから、トラックから２進データで読み出しを行う所望の信号が抽出される。

ディスク上の２進データの符号化に用いられる符号は標準化されており、当業者にもよく知られている（例えばRLL（2,10）符号）。より正確には、ディスクにあるらせんトラック上の突起とくぼみの長さにより、２つの論理値１の値を分けるロジック０の値の数が決まる。突起とくぼみの長さはすべて、基本となる長さの倍数であり、基本となる長さは当業者には一般的に１Ｔとして知られている。例えば、基本長１ＴはDVDについては0.64マイクロンであり、CD-ROMについては1.6マイクロンである。

入射信号により伝達された２進データの減算は原理的には、入射信号の波形を検出すること、連続する波形の間の距離を計算すること、計算された距離からデータを求めることで構成される。

２つのサンプリングされた入射信号の相対位相は、電子装置により計算することができる。その構成は、
・所定のしきい値、レベルが最下位より下のいわゆる最小サンプル、レベルが最上位より上のいわゆる最大サンプル、に対するそれぞれの入射信号の推移を検知する検知ステージ。

・第１入射信号に関連するブロックの第１組と第２入射信号に関連するブロックの第２組。各ブロックは、一方で対応する入射信号の所定の組のサンプルのレベルを記憶するメモリ要素を含む。該組は少なくとも１つの１つの最小サンプル、１つの最大サンプル、２つの中間サンプルを含み、一時的に最小および最大サンプルの間に位置する前記入射信号の推移を表している。その一方で第１、第２、第３タイムカウンタを含む。これらのカウンタは、サンプリングクロック信号によりクロックされ、それぞれ最小および最大サンプルと中間サンプルのうちの１つに関連している。

・制御手段は、それぞれ２つの入射信号に関連する、２つの最小サンプルまたは２つの最大サンプルが存在する中で、第１組ブロックの１つにある第１信号に関連する第１組のサンプルと、第２組ブロックの１つにある第２信号に関連する第２組のサンプルとを記憶する。そして、各組の２つのブロックずつに交互かつ連続して、各入射信号の後続の連続組のサンプルを記憶する。そして、各組の別のブロックから開始し、記憶されたサンプルに関連するタイムカウンタを初期化し、対応する組のサンプルがブロックのメモリ要素に完全に記憶されたときに、ブロックバリデーション信号を送る。

・事後処理手段は、２つの組の２つのブロックに関連する２つのブロックバリデーション信号が存在する中で、２つの入射信号の相対位相を求める。

相対位相を計算するこの種の装置は、同期変数を生成して位相変化信号ΔΨに供給するために、装置の上流で用いることができる。本発明は、後述の発明の詳細な説明を読むことでよりよく理解することができるであろう。なおそこでの説明は例に過ぎず限定することを意図したものではない。

概略的にいうと、本発明は、高速で安価なデジタル手段を用いて２つのクロック信号の同期をとるものである。

図１に示されるように、装置１は、同期変数WCSを生成するためのものであり、次のものを入力として受信する。１つは位相変化信号ΔΨで、図４を参照して後述するように生成することが出来るものである。もう１つはクロック信号WP₁の周期信号P_wp1であり、周波数は例えば20MHzである。同期変数WCSは、装置１の出力からモジュール２に送られる。モジュール２では、入力としてクロック信号WP₂を受けとり、出力に同期クロック信号WP_{2 S}を供給することができる。同期クロック信号WP_2Sは、周波数がクロック信号WP₂の周波数と等しく、信号WP₁との同期がとられている。

図示しないが、第２クロック信号WP₂の周期の概算値P_wpを計算するために、モジュールを提供することができる。そして次の条件が適用される。P_wp＝B／ΔΨ、ここでBは定数であり、次のものに依存して決まる。それは、計算に用いられるビット数、信号WP₁の周波数、サンプリング周波数でたとえば400MHz、書き込み周波数でたとえば130kHzである。計算を単純化するために、P_wpを、ΔΨの間隔であらかじめ計算しておくことができる。

装置１はモジュール３を含む。モジュール３は、位相変化信号ΔΨと周期P_wp1から位相Ψを計算する。モジュール３はまた、前回までの位相変化と現在の位相変化とを加算し、周期P_wp1を法とする。言い換えると、モジュール３は、次の演算を実行する。

・Ψ_n+1は、Ψ_n+ΔΨ_n+1の値をとる。

・Ψ_n+1≧Ψ_maxの場合、Ψ_n+1 はΨ_n+1-Ψ_maxの値をとる。

・Ψ_max は位相の最大値である。すなわち、P_wp1の時点における値である。 位相Ψは、図示しないが別のクロックからくる位相変化信号により求めることが出来る。周波数は異なるが特定の位相をもつ。計算を単純化するために、位相Ψは、第１クロック信号WP1のｐ周期ごとに計算を行うことができる。なおｐ＞１である。

装置１はモジュール４を含む。モジュール４は、モジュール３からの位相信号Ψと概算周期P_wp1とを受信する。モジュール４は、同期変数WCSの第１概算値WS₀を求める。ここで、WS₀＝Ψ×P_wp/Aであり、Aは定数である。Aの値は、同期を行うためにクロック信号の関数としてあらかじめ決められており、２の累乗となる。例えば、A=２¹⁵とすることができる。

装置１は、第１概算値WS₀に近い他の概算値を求めるモジュール５を含んでいる。モジュール５は、モジュール４の出力に接続される。モジュール５は加算を行い、第２概算値WS_p1を生成する。また減算を行い、第３概算値WS_m1を生成する。WS_p1＝WS₀＋１、WS_m1＝WS₀−１である。３つの概算値がモジュール５の出力で得られる。第１の概算値は、第２および第３の概算値の間にあり、その結果それぞれの精度を比較することができる。

装置１は誤差を計算するためのモジュール６を含むことができる。モジュール６は、モジュール４からの第１概算値WS₀を受けとり、モジュール５から第２、第３概算値WS_p1、WS_m1を受けとる。モジュール６はまた、位相変化信号ΔΨを受けとる。モジュール６は、３つの誤差値err_0、err_p1、err_m1を計算する。それぞれ第１、第２、第３概算値WS₀、WS_p1、WS_m1に対応している。ここで、
・err_0＝（B*Ψ）-（C*ΔΨ* WS₀）
・err_p1＝（B*Ψ）-（C*ΔΨ* （WS₀＋１））
・err_m1＝（B*Ψ）-（C*ΔΨ* （WS₀−１））
となる。なお、BおよびCは定数である。

誤差値の計算には、加算、減算、乗算を用いるが、計算資源の観点から遅くコストがかかる除算は必要ない。定数BおよびCは、同期化されるための信号の関数としてあらかじめ決められている。例えばB=20、C=13というように値をとることができる。

装置１は、セレクタモジュール７を含む。セレクタモジュール７は、３つの誤差値err_0、err_p1、err_m1を誤差モジュール６から受けとる。また、第１概算値WS₀をモジュール４から、第２概算値WS_p1および第３概算値WS_m1をモジュール５から受けとる。モジュール７は、上述の誤差のいずれが最小であるかを判定し、誤差が最小となったものを出力に送る。前記概算値は同期変数WCSとして装置１の出力に送られる。いいかえると、
・err_0が（err_0、err_p1、err_m1）のうち最小であれば、WCS=WS₀。

・err_p1が（err_0、err_p1、err_m1）のうち最小であれば、WCS=WS_p1。

・いずれでもなければWCS=WS_m1。

装置１は集積化され、集積回路の一部を構成することが望ましい。

図２は、本発明の方法を順に実行するステップを示している。ステップ１０では、第２クロック信号の周期の概算値P_wpを計算する。ステップ１１では、位相Ψを、位相差ΔΨと周期P_wp1の関数として計算する。ステップ１２では、第１概算値WS₀を、位相Ψと概算周期P_wpの関数として計算する。ステップ１３では、第１概算値WS₀から第２および第３概算値WS_p1、WS_m1を計算する。ステップ１４では、上述の概算値に対応する誤差を計算する。ステップ１５では、最小の誤差をもつ概算値を同期変数にする。

図３は、上述のさまざまな信号の波形を示している。クロック信号Wp1は、20MHzの周波数をもつ。垂直線８は、クロック信号Wp1が上方向に移動するのに対応している。２つの下方向への移動の間で、信号Wp2は、求めるべき書き込み周期を定義する。信号Wp2は、信号Wp1と同期変数WCSが上方向に移動するのに対応して求められる。WCSは、信号Wp2の下への移動と、信号Wp1の上への移動との間の時間差として定義されることができる。

図４は、DVDリーダ２０の構成を示している。この構成は、位相差ΔΨを計算する手段を説明するにあたって有用である。

光センサ２１は、４つの光検知器22,23,24,25により構成されている。実際にはレーザダイオードがレーザービームを発し、レーザービームは、分離プレートおよび従来から使われている光システムを介してディスクの表面へと向かう。データの表面には、データを構成するトラックが刻まれている。ディスクにより反射されたビームは、逆方向へと進み分離プレートを通過する。そして４つの光検知器22,23,24,25にとりこまれる。この４つすべては、ディスクの表面に平行な面にある。それぞれの光検知器は、説明を簡単にするために光検知器と同じ番号で識別される信号を送る。それぞれの信号28,29,30,31は、第１プロセッサステージ26で処理される。第１プロセッサステージ26は、増幅器を含む予備プロセッサモジュール27を入力にもつ。モジュール27の構造は既知である。

信号28,29,30,31は、モジュール27によって送り出され、４つのアナログデジタル変換器32-35でサンプリングされる。サンプリングクロック信号は、例えば水晶振動子を用いて生成される。なお簡略化のため図示はしない。

２つの信号が２つの光検知器からそれぞれ得られるが、これらはセンサのトップセンターポイントに対して対称であり、２つの加算器で加算される。第２信号の１つは信号28および30を足したもので、もう１つの第２信号は信号29および31を足したものである。

足された信号は、同一のローパスフィルタ36および37でそれぞれフィルタされる。そしてプロセッサステージは、２つのサンプリングされた入射信号を供給する。この入射信号の位相差は、ディスクのトラックに対しての光ビームの位置誤差を表す。２つのサンプリングされた信号は、ステージ38で組み込まれた本発明に従った位相差計算装置により処理される。後者の装置は、制御ループで従来の方法で用いられる位置誤差を送り出す。それにより、入射光信号を修正し、光ビームをディスク上のトラックに返し、そこでロックする。位置誤差は位相差として扱われるか、または図１で示される装置１で用いられる前に中間処理が行われる。

当業者であれば次のことが分かるであろう。それは、光検知器で形成される光センサ、４つのそれぞれの信号、グローバル信号、または要求された信号は、４つの信号それぞれの総和に等しく、また、トラックから２進データで読み出しを行う所望の信号が抽出される。符号化されたデータを抽出するプロセッサ手段は、従来からデジタルディスクリーダの一部であるが、説明の簡略化のため、ここでは図示しない。

本発明に関する装置の一形態の概略図。 本発明の方法のフローチャート。 本発明に関する信号の波形。 デジタルディスクリーダ、特にDVDリーダの内部構造の部分図。

符号の説明

１ 装置
２-７ モジュール
WSC 同期変数
WP1,WP2 クロック信号

Claims (5)

1. 第１のクロック信号ＷＰ１および位相変化信号ΔΨから、第２のクロック信号ＷＰ２のための同期変数ＷＣＳを生成する装置であって、
   前記第１のクロック信号ＷＰ１の周期信号Ｐｗｐ１および前記位相変化信号ΔΨを受信する手段と、
   前記周期信号Ｐｗｐ１および前記位相変化信号ΔΨに基づいて算出された位相Ψと、前記第２のクロック信号ＷＰ２の周期について予め求められた該周期の概算値Ｐｗｐとに基づいて、前記同期変数の第１の概算値ＷＳ０を算出する手段であって、Ａを定数として、ＷＳ０＝Ψ＊Ｐｗｐ / Ａの式から該第１の概算値ＷＳ０を算出する手段と、
   前記第１の概算値に近い第２および第３の概算値を算出する手段であって、該第２の概算値ＷＳｐ１を、ＷＳｐ１＝ＷＳ０＋１によって算出し、該第３の概算値ＷＳｍ１を、ＷＳｍ１＝ＷＳ０−１によって算出する、手段と、
   前記第１から第３の概算値のそれぞれについて、誤差を計算する手段であって、該第１の概算値に対応する誤差 err_0 は、 err_0 ＝（ B* Ψ） - （ C* ΔΨ * WS ₀ ）により算出され、該第２の概算値に対応する誤差 err_p1 は、 err_p1 ＝（ B* Ψ） - （ C* ΔΨ * （ WS ₀ ＋１））により算出され、該第３の概算値に対応する誤差 err_m1 は、 err_m1 ＝（ B* Ψ） - （ C* ΔΨ * （ WS ₀ −１））により算出され、 B および C は定数である、手段と、
   前記第１から第３の概算値のうち、最小の前記誤差に対応する概算値を、前記同期変数として得る手段と、
   を備える装置。
2. さらに、前記位相Ψの前回値に前記位相変化信号ΔΨを加算し、該加算により得た値に対し、前記第１のクロック信号WP₁の周期Ｐｗｐ１の法をとることにより、前記位相Ψの今回値を算出する手段を備え、
   前記第１の概算値ＷＳ０は、該位相Ψの今回値に基づいて算出される、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記Ａは２^ｎであり、該ｎは、予め決められた定数である、
   請求項１に記載の装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の装置を含む集積回路。
5. デジタルディスクリーダであって、
   入射光ビームを発する手段、および、ディスクでの該光ビームの反射を検知する複数の光検知器を有する光ヘッドと、
   前記複数の光検知器からの信号を、２つの該光検知器ずつ加算し、２つのサンプリングされた入射信号を提供する加算手段と、
   前記２つのサンプリングされた入射信号の位相差を、前記位相変化信号ΔΨとして受信する前記請求項１に記載の装置と、を備える、
   デジタルディスクリーダ。

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