JP3949875B2 - クロック位相補正回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスク状記録媒体に記録された各種信号を読み出して、記録データと位相同期したクロックを生成するためのクロック位相補正回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、光磁気ディスク等のディスク状記録媒体に、位相情報を有するマーク(以後、クロックマークと称する)をプリフォーマットして、このクロックマークの再生信号を用いてビット単位のチャネルクロックをPLL(Phase Lock Loop) 回路によって生成し、このチャネルクロックを記録/再生に用いる方式、いわゆる外部クロック方式のディスク媒体やディスク記録再生装置が提案されている。
【0003】
こうした外部クロック方式では、チャネルクロックを生成する信号経路と記録ビットを再生する信号経路とが異なるため、位相ずれが生ずる。
【0004】
この対策として、特開平5−81782号公報では、再生時に、チャネルクロックと記録ビットの再生データとの位相差に相当する遅延量だけ、チャネルクロックを遅延させるような位相補正が行われている。この遅延量の最適値は、記録を行った装置や周囲温度などによって変動する。そこで、ディスクの記録セクタに固定パターン領域を確保し、データ記録と同時に所定の固定パターンを記録して、この固定パターンの再生信号とチャネルクロックとの位相差を検出し、その位相差から遅延量の最適値を決定することができる。
【0005】
図7は、従来のクロック位相補正回路の一例を示すブロック図である。光磁気ディスク1はモータ2によって回転し、ピックアップ3がデータの読み取りまたは書き込みを行う。光磁気ディスク1には、クロックマークがプリフォーマットされ、さらに上述の固定パターンが記録データとともに記録されている。ピックアップ3からの信号は信号処理回路4で処理される。
【0006】
ピックアップ3がクロックマークを読み取ると、クロックマークの再生信号はPLL回路4に供給され、PLL回路4は記録データに同期したチャネルクロック15を生成し、位相制御回路14へ出力する。
【0007】
ピックアップ3が記録データを読み取ると、記録データの再生信号はAD変換器(ADC)8に供給され、AD変換器8は位相制御回路14からのサンプリングクロック16に基づいてサンプリングを行い、デジタルデータに変換する。位相差検出回路10は、AD変換器8からのデータを用いて、サンプリングクロック16と記録データの再生信号との位相差をビット毎に検出する。平均回路13は、位相差検出回路10が出力する位相差について移動平均を演算し、位相差データとして位相制御回路14へ供給する。
【0008】
タイミング生成部12は固定パターン識別信号17を位相制御回路14へ出力する。位相制御回路14は、この固定パターン識別信号17を用いて記録データの中から固定パターン領域を判別し、固定パターン領域に対応した位相差データを保存するとともに、この位相差データに相当する遅延量を決定し、この遅延量に基づいてチャネルクロック15を遅延することによって、サンプリングクロック16の位相を補正し、実際の記録データと同期させる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
図7に示す位相差検出回路10は、サンプリングクロック16と記録データの再生信号との位相差を、たとえば−180°から+180°の範囲で出力する。そのため、両者の位相差が180°近傍にある場合、たとえば+179°、+180°と増加し、次に+180°を超えて+181°になると、位相差検出回路10は−179°を出力するため、出力がステップ的に減少することになる。逆に、両者の位相差が−179°、−180°と減少し、次に−180°を超えて−181°になると、位相差検出回路10は+179°を出力するため、出力がステップ的に増加することになる。
【0010】
こうした出力範囲の境界を折返し点と称し、折返し点付近では、ノイズ等の影響によって出力信号がビット毎に大きく変動して、位相差検出の連続性が失われるため、後段の位相制御回路14の動作が極めて不安定になる。また、平均回路13がビット毎の位相差を移動平均しているため、位相差の符合がビット毎に異なると、平均演算の意義が損なわれてしまう。
【0011】
本発明の目的は、クロック位相差が折返し点付近にあっても、安定した動作を確保できるクロック位相補正回路を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ディスク状記録媒体に記録された、位相情報を有するクロックマークおよび記録データと位相同期した固定パターンを読み出して、記録データと位相同期したクロックを生成するためのクロック位相補正回路であって、
クロックマークの再生信号を用いて記録データに同期したチャネルクロックを生成するPLL手段と、
該チャネルクロックと固定パターンの再生信号との位相差を検出し、出力信号の折返し点が互いに相違する複数の位相差検出手段と、
各位相差検出手段の出力信号のうち、各折返し点から離れたものを選択する位相差選択手段と、
位相差選択手段が選択した出力信号を用いて、PLL手段が生成したチャネルクロックの位相を制御する位相制御手段とを備えることを特徴とするクロック位相補正回路である。
【0013】
本発明に従えば、出力信号の折返し点が互いに相違する複数の位相差検出手段を設けて、各位相差検出手段の出力信号のうち各折返し点から離れたものを選択することによって、折返し点付近での出力変動を排除できるため、位相差検出の連続性を確保できる。その結果、後段の位相制御回路の動作が安定になり、高精度のクロックを生成できる。
【0014】
また本発明は、出力信号の折返し点が180°相違する2つの位相差検出手段を備えることを特徴とする。
【0015】
本発明に従えば、折返し点が180°相違する2つの位相差検出手段を設けることによって、回路規模をあまり増加させることなく、安定した位相差検出が可能になる。
【0016】
また本発明は、前記位相差選択手段は、各位相差検出手段が出力する位相差のいずれかの絶対値を演算する位相差絶対値演算手段と、
位相差絶対値演算手段の演算結果に応じて、各位相差検出手段が出力する位相差のいずれかを選択する選択手段とを含むことを特徴とする。
【0017】
本発明に従えば、各位相差検出手段の出力信号のうち、いずれかの絶対値を演算することによって、各出力信号が折返し点からどれぐらい離れているかを判定でき、その判定結果に応じて折返し点から最も離れた出力信号を選択することができる。そのため、簡単な回路構成で安定した位相差検出が可能になる。
【0018】
また本発明は、前記位相制御手段は、前記位相差選択手段の選択結果に応じて、チャネルクロックを反転させて位相調整を行うことを特徴とする。
【0019】
本発明に従えば、チャネルクロックを反転させることで、180°位相遅延と同じ効果が得られるため、たとえばディレイ素子を用いて位相調整を行う場合、最大360°遅延から最大180°遅延だけで対処可能になり、ディレイ素子の回路規模を低減できる。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の一形態を示すブロック図である。光磁気ディスク21はモータ22によって回転し、ピックアップ23がデータの読み取りまたは書き込みを行う。光磁気ディスク21には、クロックマークがプリフォーマットされ、さらにデータ記録と同時に記録された固定パターンが記録データとともに記録されている。ピックアップ23からの信号は信号処理回路24で処理される。
【0021】
図6は、光磁気ディスクのフォーマットの一例を示す説明図である。光磁気ディスクの記録領域は、図6(A)に示すように、セクタ単位で区分されており、各セクタの先頭部分にはセクタのアドレス情報が記録される。図6(B)はセクタの先頭部分を拡大したもので、セクタ先頭から一定間隔でクロックマークCMがプリフォーマットされ、各クロックマークCMの間に記録領域が確保され、セクタ先頭から順にアドレス領域、固定パターン領域、データ領域、データ領域、…、に割り当てられる。
【0022】
データを記録する場合、セクタ単位で記録するため、固定パターンのビット位相とデータ領域のビット位相とは一致することになる。
【0023】
クロックマークCMは、たとえばトラッキングサーボ用の案内溝をランド側に一部蛇行させることにより記録される。そこで、ピックアップ23が出力するタンジェンシャル方向(光スポットの進行方向)のプッシュプル信号を検出すると、図6(C)に示すクロックマーク検出信号が得られ、これを2値化すると、図6(D)に示すクロックマーク再生信号が得られる。
【0024】
固定パターンは、記録データと同様に光磁気記録されるため、ピックアップ23の光磁気検出系によって再生され、図6(E)に示すような固定パターン再生信号が得られる。また、固定パターン再生信号の先頭および後端を検出することで、図6(F)に示す固定パターン領域識別信号が得られる。
【0025】
図1に戻って、ピックアップ23がクロックマークを読み取ると、信号処理回路24は増幅、フィルタリング、2値化等の処理を施してクロックマーク再生信号25を生成し、PLL回路27に供給する。PLL回路27は、クロックマーク再生信号25とVCO(電圧制御発振器)が発振するクロックを分周した信号との位相差を検出し、その位相差をループフィルタで平滑化して、VCOの入力にフィードバックすることにより、クロックマーク再生信号25に同期したクロックを生成するものであり、この分周比を適切に選ぶことで、VCOが出力するクロックが記録データのビット周期と一致した周波数を持つチャネルクロック35を生成し、位相制御回路34へ出力する。
【0026】
ピックアップ23が記録データを読み取ると、信号処理回路24は増幅、フィルタリング等の処理を施して記録データ再生信号26を生成し、AD変換器(ADC)28に供給する。なお、図6(B)に示したアドレス情報、固定パターンも記録データと同様に再生される。AD変換器28は位相制御回路34からのサンプリングクロック36に基づいてサンプリングを行い、デジタルデータに変換し、位相差検出系29に供給する。
【0027】
位相差検出系29は複数(ここでは2つ)の位相差検出回路30,31で構成される。位相差検出回路30,31は、AD変換器28からのデータを用いて、サンプリングクロック36と記録データの再生信号との位相差をビット毎に検出する。
【0028】
位相差検出回路30,31は、出力信号の折返し点が互いに相違しており、たとえば位相差検出回路30が−180°〜0°〜+180°の範囲で出力すると、位相差検出回路31は180°だけ折返し点がずれて、0°〜+180°(=−180°)〜0°の範囲で出力する。この関係を次の(表1)に示す。ここで、サンプリングクロック36と記録データの再生信号との位相差をP、位相差検出回路30の出力をP1、位相差検出回路31の出力をP2とする。
【0029】
【表1】
【0030】
タイミング生成部32は、上位装置(不図示)から与えられる位置情報等に基づいて、固定パターン領域を判別し、図6(F)に示す固定パターン領域識別信号37を位相制御回路34へ出力する。
【0031】
位相差選択回路33は、固定パターン領域に関して位相差検出回路30,31が出力する位相差P1,P2のうち、各折返し点から離れたものを選択する。たとえばP=−20°のとき、P2よりP1の方が折返し点から離れているため、P1を選択する。また、P=−160°のとき、P1よりP2の方が折返し点から離れているため、P2を選択する。なお、P=−90°のときは、P1,P2ともに折返し点からの距離が等しいため、いずれか一方を選択する。
【0032】
位相差選択回路33によって選択された位相差は選択後位相差データ38として位相制御回路34へ供給され、位相差P1,P2のうちいずれを選択したかを示す位相差判定信号39も供給される。
【0033】
位相制御回路34は、選択後位相差データ38および位相差判定信号39を用いて実際の遅延量を決定し、この遅延量に基づいてチャネルクロック35を遅延することによって、サンプリングクロック36の位相を補正し、実際の記録データと同期させる。
【0034】
図2は、位相差検出回路30,31の構成例を示すブロック図である。AD変換器28からのデータは、サンプリングクロック36によってレジスタ41,42に順次格納される。レジスタ41,42の出力はゼロクロス検出器43に入力され、両者の符合が違うときゼロクロス有りと判定して、判定信号43aをハイレベルにし、レジスタ45の入力ENへ供給する。
【0035】
ROM44は、記録データの再生信号とサンプリングクロック36との位相差との関係を数値化したテーブルを格納しており、1クロック分の信号変化に対応した位相差を出力する。レジスタ45は入力ENがハイレベルになると、ROM44の出力を保持する。
【0036】
図5は、図2の回路動作を示す説明図である。記録データの再生信号は、サンプリングクロック36に同期した離散値である。特にゼロクロス付近に着目すると、時刻t2における再生信号値αおよび時刻t3における再生信号値βを通過する直線で補間すると、直線のゼロクロス点が再生信号のゼロクロス点とほぼ一致する。このゼロクロス点と時刻t2,t3との間の間隔Tα,Tβを用いて、|α|:|β|=|Tα|:|Tβ|という関係が成立する。
【0037】
そこで、位相差検出回路30が出力する位相差P1は、次式で演算できる。
P1 = 360 ×|α|/(|α|+|β|)−180 …(1)
【0038】
この場合、位相差P1が±180°を超えると、ゼロクロス点が1クロック分ずれるため、位相差P1は±180°で折り返すことになる。
【0039】
次に位相差検出回路31が出力する位相差P2は、位相差P1と比べて折返し点を180°ずらす必要があるため、次のような演算を行う。
Ptmp = 360 ×|α|/(|α|+|β|) …(2)
Ptmp <180°のとき、P2=Ptmp …(3)
Ptmp ≧180°のとき、P2=Ptmp−360 …(4)
【0040】
こうして位相差P1に対して折返し点が180°異なる位相差P2を得ることができる。
【0041】
位相差検出回路30では、ROM44に式(1)の関係を予め演算した結果が格納され、レジスタ41,42から再生信号値α,βが入力されると、位相差P1を出力する。位相差検出回路31では、ROM44に式(2)〜(4)の関係を予め演算した結果が格納され、レジスタ41,42から再生信号値α,βが入力されると、位相差P2を出力する。
【0042】
図3は、位相差選択回路33の構成例を示すブロック図である。位相差検出回路30,31からの位相差P1,P2は、平滑化回路51,52にそれぞれ入力され、移動平均を演算する。位相差P1は絶対値演算回路53にも供給され、次の平滑化回路54は絶対値|P1|の移動平均P1avを演算する。
【0043】
比較器55は、移動平均P1avが90°より大きいか否かを判定し、P1av>90°のときハイレベル、P1av≦90°のときローレベルとなる位相差判定信号39を出力する。したがって、位相差判定信号39がハイレベルのとき、位相差P1は位相差P2より折返し点に近いことを意味する。
【0044】
選択回路56は、位相差判定信号39がローレベルのとき、位相差P1の移動平均を選択し、位相差判定信号39がハイレベルのとき、位相差P2の移動平均を選択し、選択後位相差データ38として出力する。
【0045】
図4は、位相制御回路34の構成例を示すブロック図である。クロック選択信号生成器61は、固定パターン領域識別信号37が供給されるC入力の立下りエッジでD入力をラッチするフリップフロップ69と、フリップフロップ69のQ出力からのクロック選択信号SCと位相差判定信号39との排他的論理和を演算してフリップフロップ69のD入力へ出力するイクスクルーシブオア68とで構成される。固定パターン領域識別信号37の終了時点で、位相差判定信号39がハイレベルのとき、クロック選択信号SCが反転する。
【0046】
選択器64のA入力にはチャネルクロック35が供給され、B入力にはインバータ63によるチャネルクロック35の反転クロックが供給され、クロック選択信号SCがハイレベルのときチャネルクロック35を選択し、クロック選択信号SCがローレベルのときチャネルクロック35の反転クロックを選択し、ディレイ素子65へ供給する。
【0047】
したがって、サンプリングクロック36の位相が大きくずれている場合、すなわち固定パターン領域識別信号37の終了時点で、位相の絶対値の移動平均が90°以上ずれている場合、位相差判定信号39がハイレベルになるため、クロック選択信号SCが反転して、ディレイ素子65の駆動クロックが反転するため、サンプリングクロック36の位相を180°シフトしたことと等価になる。その結果、ディレイ素子65は最大180°遅延だけ対応すれば済むため、回路規模を低減できる。
【0048】
位相差保持回路62は、フリップフロップで構成され、固定パターン領域識別信号37の立上りタイミングで選択後位相差データ38を保持する。そのため、固定パターン領域で計測された位相差は、次の固定パターン領域が来るまで保持される。
【0049】
遅延量変換器67は、位相差保持回路62で保持された選択後位相差データ38を遅延データに変換し、さらにディレイ素子65の各出力タップを選択するためのデータに変換して、ディレイクロック選択器66に供給する。
【0050】
ディレイ素子65は、所定の遅延量を持つ遅延線を直接に接続したもので、選択器64からの駆動クロックを遅延線の通過数だけ遅延させて、各出力タップからディレイクロック選択器66に供給する。ディレイクロック選択器66は、遅延量変換器67からの出力に応じて、各出力タップのいずれかを選択し、所望の遅延量だけ遅延したサンプリングクロック36を出力する。
【0051】
遅延量変換器67は、固定パターン領域識別信号37がハイレベルのとき所定の値を出力し、ローレベルのとき、入力された選択後位相差データ38の換算を行う。たとえば、チャネルクロック35の周期を18×Dとした場合、固定パターン領域識別信号37がハイレベルのとき、遅延量変換器67が出力する所定値は4×Dとなる。固定パターン領域識別信号37がローレベルのとき、入力された選択後位相差データ38に応じて、次の(表2)に示すような遅延量に変換する。
【0052】
【表2】
【0053】
こうした関係は、遅延量変換テーブルとしてROMなどに格納できる。
以上の説明では、位相差検出系29として、出力信号の折返し点が互いに180°相違した2つの位相差検出回路30,31を用いた例を示したが、折返し点が互いに120°相違した3つの位相差検出回路や、折返し点が互いに90°相違した4つの位相差検出回路などで構成することも可能である。
【0054】
【発明の効果】
以上詳説したように本発明によれば、出力信号の折返し点が互いに相違する複数の位相差検出手段を設けて、各位相差検出手段の出力信号のうち各折返し点から離れたものを選択することによって、折返し点付近での出力変動を排除できるため、位相差検出の連続性を確保できる。その結果、後段の位相制御回路の動作が安定になり、高精度のクロックを生成できる。
【0055】
また、折返し点が180°相違する2つの位相差検出手段を設けることによって、回路規模をあまり増加させることなく、安定した位相差検出が可能になる。
【0056】
また、各位相差検出手段の出力信号のうち、いずれかの絶対値を演算することによって、各出力信号が折返し点からどれぐらい離れているかを判定でき、その判定結果に応じて折返し点から最も離れた出力信号を選択することができる。そのため、簡単な回路構成で安定した位相差検出が可能になる。
【0057】
また本発明によれば、チャネルクロックを反転させることで、180°位相遅延と同じ効果が得られるため、たとえばディレイ素子を用いて位相調整を行う場合、最大360°遅延から最大180°遅延だけで対処可能になり、ディレイ素子の回路規模を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態を示すブロック図である。
【図2】位相差検出回路30,31の構成例を示すブロック図である。
【図3】位相差選択回路33の構成例を示すブロック図である。
【図4】位相制御回路34の構成例を示すブロック図である。
【図5】図2の回路動作を示す説明図である。
【図6】光磁気ディスクのフォーマットの一例を示す説明図である。
【図7】従来のクロック位相補正回路の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
21 光磁気ディスク
22 モータ
23 ピックアップ
24 信号処理回路
25 クロックマーク再生信号
27 PLL回路
28 AD変換器
29 位相差検出系
30,31 位相差検出回路
32 タイミング生成部
33 位相差選択回路
34 位相制御回路
35 チャネルクロック
36 サンプリングクロック
37 固定パターン領域識別信号
38 選択後位相差データ
39 位相差判定信号
Claims (4)
- ディスク状記録媒体に記録された、位相情報を有するクロックマークおよび記録データと位相同期した固定パターンを読み出して、記録データと位相同期したクロックを生成するためのクロック位相補正回路であって、
クロックマークの再生信号を用いて記録データに同期したチャネルクロックを生成するPLL手段と、
該チャネルクロックと固定パターンの再生信号との位相差を検出し、出力信号の折返し点が互いに相違する複数の位相差検出手段と、
各位相差検出手段の出力信号のうち、各折返し点から離れたものを選択する位相差選択手段と、
位相差選択手段が選択した出力信号を用いて、PLL手段が生成したチャネルクロックの位相を制御する位相制御手段とを備えることを特徴とするクロック位相補正回路。 - 出力信号の折返し点が180°相違する2つの位相差検出手段を備えることを特徴とする請求項1記載のクロック位相補正回路。
- 前記位相差選択手段は、各位相差検出手段が出力する位相差のいずれかの絶対値を演算する位相差絶対値演算手段と、位相差絶対値演算手段の演算結果に応じて、各位相差検出手段が出力する位相差のいずれかを選択する選択手段とを含むことを特徴とする請求項1記載のクロック位相補正回路。
- 前記位相制御手段は、前記位相差選択手段の選択結果に応じて、チャネルクロックを反転させて位相調整を行うことを特徴とする請求項1記載のクロック位相補正回路。
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