JP4121503B2 - データ再生装置 - Google Patents

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Description

本発明は、データ再生装置に関し、特に、信号間の位相差を検出して補正する装置及びデータの先頭を検出する装置に関するものである。
携帯電話や衛星通信などのデータ送受信装置、光ディスクや磁気ディスクなどのデータ記録又は再生装置などの多くの分野では、多くの情報を扱うために、より大容量な転送や記録を行う必要がある。
従来の光ディスクや磁気ディスクなどのデータ再生装置においては、再生されたデータを、2値の情報データに復元するためには、先ず最初に記録されているデータの先頭を示す同期信号を再生することが必要となる。同期信号は、PLL(Phase
Locked Loop)回路を用いて、再生される。PLLの簡単な原理は、電圧制御発生器VCO(Voltage Controlle Oscillator)により、再生信号をディジタル化する基準となるクロック信号を発生し、このクロック信号の位相と再生信号の位相とを比較し、両者の位相が所定の関係となるように、VCOの発生するクロック信号の位相を調整する。
このために、再生信号への位相同期、位相選択、周波数同期の際の初期位相検出器を持ち、再生信号とそれをサンプリングするサンプリングクロックの間の位相差の検出が行われている。
図1は、従来のデータ再生装置の再生系ブロック図を示す。図1に示すデータ再生装置の再生系は、主に、光ディスク101に、光ビーム103を照射しそして、光ディスク101からの反射光を受けて、これを電気信号に変換する光学ヘッド102、光学ヘッド102から出力される信号を受けるAGC104及びアナログイコライザ105、A/D変換器106、ディジタル波形等化器107、復号器108、位相差検出器110、遅延器111、ファインクロックマーク(FCM)検出器112、PLL113及びアドレスマーク検出器114より構成される。
図1に示す従来のデータ再生装置の再生系は、光ディスク101から再生されたMO信号120を、外部クロック方式を用いて、ユーザデータ130に再生する。
ここで、外部クロック方式とは、図1の従来のデータ再生装置の再生系においては、データを再生する場合のクロックを、情報データを含むMO再生信号120自身から発生するのではなく、媒体上に埋め込まれた特別のクロックマークから再生された信号(図1では、タンジェンシャルプッシュプル信号121)から、ファインクロックマーク検出器112により検出された信号123に、PLL113を同期させて、PLLによる再生クロック124を発生する方式である。
図2Aは、光ディスク101上に記録されたファインクロックマーク(FCM)201を示す図である。また、図2Bは、1トラックのみを切り出したディスクフォーマットを示す図である。そして、図2Cは、ファインクロックマーク信号からPLL113により外部クロック信号124を発生する原理を示す図である。
図2Aに示された、ファインクロックマーク(FCM)201は、光学ヘッド102により光ビーム103を用いて再生される。図2Bは、このように光ディスク101から、光学ヘッド102により再生されたファインクロックマーク(FCM)201を示す図である。この再生されたファインクロックマーク(FCM)201は、図2Cに示すように、ファインクロックマーク検出器112により検出されて、ファインクロックマーク(FCM)201がパルス状に抜き出されたFCM検出信号123としてファインクロックマーク検出器112から、出力される。このFCM検出信号123を、PLL113によりてい倍することにより、クロック信号124が発生される。
一方、光ディスク101から、光学ヘッド102により再生されたMO信号120は、AGC104により信号振幅の制御が行われそして、アナログ波形等化器105により波形等化された後に、上述のように再生されたクロックを使用して、A/D変換器106により、サンプリングされる。
しかし、上述の外部クロック方式では、データを再生するためにサンプリングするのサンプリングクロックの周波数情報は、上述のように、媒体から再生した、ファインクロックマークを使用している。従って、ファインクロックマーク123を検出する検出系と、MO信号120を検出する検出系が、物理的に異なっているので、再生されたクロック124とMO信号120の波形等化後の信号125の間には、位相差がある。再生信号を最適にサンプリングするには、この位相差を調整する必要がある。
図3は、図1に示す従来のデータ再生装置の再生系の再生信号処理部を示す図であり、この再生信号処理部を用いて上述の位相差を調整する。図3において、図1と同一番号を付した構成要素は、同一の構成要素を示すものとする。
図3に示すように、ディジタル波形等化器107により波形等化されたサンプリング信号が、最尤復号器108(ML:Maximum
Likelihood)に与えられる。そして、最尤復号器108により復号された信号に基づいて、位相差検出器110により上述の位相差を検出する。そして、この位相差検出器110により得られた位相差の情報に従って、PLL113の出力するクロックの遅延量を、アナログ遅延器111により変化させる。これの結果、外部クロック126の位相を、アナログ波形等化器105による波形等化後のMO信号125をサンプリングするための最適な位相に同期させ、正しい位相により、波形等化後のMO信号125を、外部クロック126でサンプリングする。このようにして、波形等化後のMO信号125は、最適なサンプリングクロックでサンプリングされる。
一方、符号化技術などによって、データ信号処理方式は格段の進歩を遂げ、再生信号のSN比が低い場合においても、データの復調及び復号を行うことが可能となった。しかしながら、再生信号のSN比が低い場合や、信号振幅の変動等がある場合には、再生信号の最適サンプリング点と、再生信号をサンプリングするクロックの間の位相同期調整は困難になってきている。より精度良く位相調整を行うために、従来技術では、位相調整領域を、情報媒体上に多く確保する必要があるという問題があり、更に、高精度に位相差の検出を行うために、検出回路の規模が増大するという問題がある。
また、従来は、PRML(Partial Response Maximum Likelihood)検出方式による復号後に、ODC(Optical
Disk Controller、光ディスクコントローラ)によりデータの先頭を検出していた。しかし、近年、磁気記録システムに応用することが検討されているターボ符号は、ブロック符号化及び復号を行うために、データの復号前に、再生されたデータの先頭を正確に知る必要がある。従って、このターボ符号を使用するシステムでは、1クロックのデータのずれもなしに、確実に、情報媒体から再生されたデータの先頭を検出することが必要である。
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、信号のS/N比が低い場合においても、データを再生するためのクロックと再生信号の最適サンプリング点の間の位相を高精度に同期させ、且つ、再生されたデータの先頭を正確に検出することができる、位相差補正装置及びデータ先頭検出装置を持つデータ再生装置を提供することを目的とする。
本発明は、情報媒体から再生された再生信号を、所定のサンプリングクロックにてサンプリングを行うデータ再生装置において、前記再生信号を、前記サンプリングクロックにてサンプリングを行うA/D変換装置と、前記A/D変換手段によりサンプリングされたサンプリング信号の最適サンプリング点と、前記サンプリングクロックとの位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相差検出手段によって検出された位相差に基づいて、前記サンプリング信号が前記最適サンプリング点でサンプリングされた信号となるように、前記サンプリング信号のサンプリング点の位相を最適位相に補正する最適位相差補正手段とを有する位相差補正装置とを有し、前記位相差検出手段は、相互相関演算手段と最適位相差検出手段を有し、前記相互相関演算手段は前記サンプリング信号と既知の所定パターンとの相互相関演算を行って相互相関値を取得し、前記最適位相差検出手段は、前記相互相関演算手段により得られた相互相関値の微分演算値が零点を横切る時点を検出する手段を有することを特徴とする。
また、前記A/D変換手段によりサンプリングされたサンプリング信号の情報データ部の先頭を検出するデータ先頭検出手段を有するデータ先頭検出装置を更に有することを特徴とする。
さらに、前記情報媒体から再生された前記再生信号は、情報データ部の直前に、位相差検出及び情報データ先頭検出を行うための既知の所定のパターンを有し、前記位相差補正装置及び前記データ先頭検出装置により、その所定パターンを検出することを特徴とする。
また、前記既知の所定パターンは、位相差検出装置及び情報データ先頭検出装置の両方が使用することを特徴とする。
本発明によれば、従来技術と比べ、より低SN比の条件下で、振幅変動の影響なく、精度の高い位相調整、データ先頭検出を行うことが可能となる。
以下に、本発明を実施するための実施の形態について、図面を用いて説明する。
本発明を用いたデータ再生装置の構成の第1の実施例を図4に示す。図4において、図1と同一番号の構成要素は同一の構成要素を示すものとする。
また、記録信号のフォーマットの実施例を図5に示す。図5に示されたように、記録信号は、複数のフレーム501、511により構成される。各フレーム501は、同期信号(Sync)502及びデータ信号(DATA)503より構成される。本記録信号のフォーマットは、再生された同期信号(Sync)502と所定の同期信号パターンの相関を計算するために、パターンが一致した場合の自己相関が大きいデータを同期信号(Sync)502とする。例えば、M系列(Maximum
sequence)を同期信号(Sync)502として用い、且つ更に、隣接トラックからの漏れ込み(クロストーク)の影響を受けないようにするために、隣接トラック間の同期信号(Sync)502の符号相関が小さくなるように、M系列を発生する帰還レジスタの帰還方法をトラック毎に異なるように選択する。
図4に示された本発明のデータ再生装置の構成の第1の実施例は、図1の従来のデータ再生装置にたいして、更に、A/D変換器106とディジタル波形等化器107の間に補正型位相差補正システム401を有する。
図4に示された本発明のデータ再生装置では、MO信号120は、AGC104とアナログ波形等化器105を経た後に、アナログ波形等化器105の出力信号125の最適なサンプリング点と同期していない外部クロック126により、A/D変換が行われる。A/D変換器106によりA/D変換されたサンプリングされた信号127は、本発明の補間型位相差補正システム401に供給され、ここで、位相差補正、データ先頭検出調整が行われて、出力される。
そして、位相差補正された信号は、ディジタル波形等化器107により波形等化され、そして、復号器108で復号を行い、ODC109へ送られ、ODC109からユーザデータ130として出力される。
図6は、図4に示された本発明の補間型位相差補正システム401の構成の実施例を示す図である。
図6に示された補間型位相差補正システム401は、主に、位相差検出システム601、位相差情報を元にサンプリング信号を補間補正するFIRフィルタ607、FIRフィルタのタップ係数選択器605、FIRフィルタ607への入力を遅延するバッファ606、ヘッダ送出器608により構成される。機能的には、位相差検出システム601と、FIRフィルタ607の2つに分けられる。
位相差検出システム601は、相互相関器602、微分器603及び位相差検出器604により構成される。
図4に示された光ディスク101から光学ヘッド102により再生された波形等化されたMO信号125は、A/D変換器106により外部クロック126を使用してサンプリングされる。そして、このサンプリングされた信号127が、位相差検出システム601に入力される。位相差検出システム601に入力されたサンプリングされた信号127は、相互相関器602に入力され、そして、バッファ606にも入力される。
図7は、相互相関器602の構成の実施例を示す図である。相互相関器602は、シフトレジスタ701、基準となる同期信号のパターンPの記憶されたレジスタ702、乗算器703、704、705及び706、及び、各乗算器の出力の総和を計算する総和器707より構成される。相互相関器602は、サンプリングされた信号127について、次式に示す相互相関演算を行う。但し、Rは相互相関値、Sはサンプリング信号、Pは同期信号(Sync)502のパターン、Tは外部クロック126の間隔、Lは同期信号(Sync)502のパターンの長さとする。
Figure 0004121503

即ち、シフトレジスタ701の各部に記憶されたサンプリング値と、レジスタ702の各部に記憶された基準となる同期信号のパターンPの値とを、乗算器703、704、705及び706により乗算し、そして、総和器707により各乗算器703、704、705及び706の出力の総和を計算し、この総和を相互相関値Rとして出力する。
相互相関器602の出力の相互相関値R(図中の参照番号610)と、微分器603により微分された相互相関値Rの微分値(1−Ds:Dsは1サンプリングクロックの遅延を表す)の演算値R’(図中の参照番号611)は、位相差検出器604に送られる。
位相差検出器604では、位相を検出するための相互相関比較ゲートが開いている間に動作し、位相差情報613とヘッダ位置情報612を算出する。
ここで、位相差検出の概念を説明する。図8は、同期信号(Sync)502のサンプリング値と基準となる同期信号のパターンPの間の相互相関値と、その微分演算値との関係を示す図である。図8の横軸は、サンプリング時間を示し、同期信号(Sync)502を再生したときの、上記相互相関値と、その微分演算値との関係を示している。図中の黒い丸印(●)は相互相関値、白い丸印(○)は相互相関値の微分演算した結果をそれぞれ示す。図8より、微分値は2点間の変化量を示すために、相互相関値の微分値は、相互相関値より1/2T(Tはサンプリングクロック間隔)だけ遅れる。そして、相互相関値の変化量が正(又は負)から負(又は正)に変化する位置で、相互相関値の微分演算値は零となる。
図9Aは、位相差が0%の場合の、相互相関値とその微分演算値との関係2を示す図である。図9Bは、位相差が25%の場合の、相互相関値とその微分演算値との関係2を示す図である。図9Cは、位相差が50%の場合の、相互相関値とその微分演算値との関係を示す図である。図8と同様に、図中の黒い丸印(●)は相互相関値、白い丸印(○)は相互相関値の微分演算した結果をそれぞれ示す。
これより、相互相関値の最大値を検出し、そして、その時点で演算された微分演算値とその次のサンプリングクロックでの微分演算値から、次式に示す演算を行い、位相差情報pを得ることができる。
Figure 0004121503
但し、x/Tは1サンプリング間隔の分解能を示す。
これにより、最適位相差を検出することができる。また、相互相関値の最大値はヘッダ位置情報hとなる。
図10は、位相差検出器604の構成の実施例のブロック図を示す図である。位相差検出器604は、主に、最大比較器1001と最適位相検出演算器1002により構成される。位相差検出器604は、相互相関比較ゲート1010が開いている間動作する。最大比較器1001は、相互相関比較ゲート1010と相互相関値610が入力される。相互相関値610の値が、それ以前の最大値よりも大きくなったり、最大値が更新された時点で、最大比較器1001は、ヘッダ位置情報h(612)を更新して出力し、且つ、イネーブル(Enable)信号1011を、最適位相差検出演算器1002に出力する。最適位相差検出演算器1002は、相互相関比較ゲート1010、微分相互相関値611及び、イネーブル(Enable)信号1011が入力される。そして、微分相互相関値611から、位相差情報pを上式により演算する。
次に、相互相関比較ゲート1010が閉じた時点で、ヘッダ情報h(612)及び位相差情報p(613)が、それぞれ、最大比較器1001及び最適位相差検出演算器1002によってラッチされる。
次に、図6に示されたバッファ606に記憶されたサンプリングされた信号が読み出され、図6に示されたFIRフィルタ607に与えられる。一方、最適位相差検出演算器1002より出力される位相差情報613は、図6に示されたタップ係数選択器605に供給され、FIRフィルタ607のタップ係数を選択する。
バッファ606から読み出されたサンプリング信号は、最適位相差検出演算器1002より出力される位相差情報613に基づいて、タップ係数選択器605により選択されたタップ係数によりFIRフィルタ607で、正しいサンプル点に補間されて、位相調整が行われる。
ここで、余弦下降(cosine roll−off)特性を持つナイキスト関数に従って、補間位相調整を行う場合の例を示す。余弦下降特性を持つナイキスト関数は次式により表される。
Figure 0004121503
但し、r(0)≠0,r(mT)=0:m=±1,±2,…である。
この場合、タップ係数
,k,k,k,k
はそれぞれ以下のように与える。
Figure 0004121503
但し、タップ数は5とする。
実際の回路で実現する場合には、上記の演算を実行するためには、大規模な回路を必要とする。従って、実際には、分解能に対応する数のタップ係数を予め準備し、その中から選択して使用するのが好ましい。
図11は、FIRフィルタ607の構成の実施例を示す図である。図11のFIRフィルタ607は、主に、レジスタ1101から1104、係数乗算部1105から1109及び各係数乗算部1105から1109の出力の総和を計算する加算部1110より構成される。上述のタップ係数を図11に示すFIRフィルタ607の各係数乗算部1105から1109に与えて、バッファ606の出力のサンプリング信号615の補間位相調整を実行する。そして、FIRフィルタ607により補間位相調整された再生信号614は、図6に示されたヘッダ送出器608に送られる。
ヘッダ送出器608は、位相差検出システム601より出力されるヘッダ位置情報612に基づいて、出力信号620として、同期信号(Sync)を送出し、これに続いてデータを先頭から出力する。
次に、本発明の動作のタイミングについて、説明する。図12は、本発明の実施例のタイミングチャートを示す図である。
図12のMO信号125(A)は、光ディスク101より、光学ヘッド102により再生され、且つAGC104とアナログ波形等化器105を介してA/D変換器106に供給されるMO信号125を示す。MO信号125は、図5に示したのと同様に、複数のフレーム501等より構成され、各フレーム501は、同期信号(Sync)502及びデータ信号(DATA)503より構成される。
図12に示されたリードトリガ410(B)は、アドレスマーク検出器114で検出したアドレスシンクマークを基準に作成したデータの記録及び再生のためのトリガ信号であり、相互相関比較ゲート1010(E)は、リードトリガ(B)を基準に作成した、位相差情報とヘッダ位置情報を検出する位相差検出システム601の動作ゲートである。上述した補間型位相差補正システム401は図12に示す動作を行うことにより実現できる。
図12において、MO信号(A)のアイドル(Idle)期間中に、リードトリガ信号(B)が発生され、この信号によりリード動作が開始する。MO信号(A)は、サンプリングクロック(C)によりA/D変換器106によりサンプリングされ、サンプリングされた信号(D)として出力される。
次に、相互相関比較ゲート(E)が開いている期間に、相互相関器602が上述した動作を実行する。相互相関比較ゲート(E)は、リードトリガ(B)の立ち上がりから、同期信号(Sync)分に相当する期間が経過した後から、γの期間継続する。
次に、バッファ606により遅延された信号615(F)が、バッファ606から出力され、FIRフィルタ607に入力される。FIRフィルタ607では、上述のように、補間サンプリング信号(G)を発生して、出力する。この結果、最適位相サンプリング信号(H)は、相互相関比較ゲート(E)が閉じた時点Xより、最適位相補間サンプリング値に切り替わる。
そして、次に、ヘッダ送出器608は、ヘッダ位置情報612に基づいて発生された、ヘッダ送出ゲート(I)に従って、最適位相サンプリングデータ620(J)を、出力する。
次に、本発明のデータ再生装置の構成の第2の実施例を説明する。図13は、本発明のデータ再生装置の構成の第2の実施例を示す図である。図13において、図4と同一番号を付した構成要素は、同一の構成要素を示すものとする。図13に示す本発明のデータ再生装置の構成の第2の実施例では、位相差検出システム1301を有し、この位相差検出システム1301により検出された位相差情報に基づいて、位相遅延情報613を発生する。そして、サンプリングクロックを遅延させる位相遅延器111を図1と同様に有し、位相遅延情報613をこの位相遅延器111に帰還して、正しい位相でA/D変換器106により、波形等化されたMO信号125のサンプリングを行う。
図13に示された位相差検出システム1301の構成の実施例を、図14に示す。図14において、図6と同一番号を付した構成要素は、同一の構成要素を示す。図14の位相差検出システム1301は、図6のタップ係数選択器605とFIRフィルタ607を除去し、そして、位相差検出器604の出力の位相差情報613を、アナログ遅延器111に帰還させて、外部クロック126の位相を制御する。そして、A/D変換器106により、正しい位相で、MO信号125をサンプリングする。
上述のように、本発明に従って、信号のS/N比が低い場合においても、データを再生するためのクロックと再生信号の最適サンプリング点の間の位相を高精度に同期させ、且つ、再生されたデータの先頭を正確に検出することができる、位相差補正装置及びデータ先頭検出装置を持つデータ再生装置を提供することを目的とする。
従来のデータ再生装置の再生系ブロック図を示す図である。 ディスク上のファインクロックマークを示す図である。 1トラックを切り出したディスクフォーマットを示す図である。 ファインクロックマーク信号から外部クロック信号を発生する原理を示す図である。 再生信号処理部を示す図である。 本発明のデータ再生装置の構成の第1の実施例を示す図である。 記録信号のフォーマットの実施例を示す図である。 補間型位相差補正システムの構成の実施例を示す図である。 相互相関器の構成の実施例を示す図である。 相互相関値とその微分演算値との関係を示す図である。 位相差が0%の場合の、相互相関値とその微分演算値との関係2を示す図である。 位相差が25%の場合の、相互相関値とその微分演算値との関係2を示す図である。 位相差が50%の場合の、相互相関値とその微分演算値との関係2を示す図である。 位相差検出器の構成の実施例のブロック図を示す図である。 FIRフィルタの構成の実施例を示す図である。 本発明の実施例のタイミングチャートを示す図である。 本発明のデータ再生装置の構成の第2の実施例を示す図である。 位相差補正システムの構成の実施例を示す図である。

Claims (4)

  1. 情報媒体から再生された再生信号を、所定のサンプリングクロックにてサンプリングを行うデータ再生装置において、
    前記再生信号を、前記サンプリングクロックにてサンプリングを行うA/D変換装置と、
    前記A/D変換手段によりサンプリングされたサンプリング信号の最適サンプリング点と、前記サンプリングクロックとの位相差を検出する位相差検出手段と、
    前記位相差検出手段によって検出された位相差に基づいて、前記サンプリング信号が前記最適サンプリング点でサンプリングされた信号となるように、前記サンプリング信号のサンプリング点の位相を最適位相に補正する最適位相差補正手段とを有する位相差補正装置と、を有し、
    前記位相差検出手段は、相互相関演算手段と最適位相差検出手段を有し、
    前記相互相関演算手段は前記サンプリング信号と既知の所定パターンとの相互相関演算を行って相互相関値を取得し、
    前記最適位相差検出手段は、前記相互相関演算手段により得られた相互相関値の微分演算値が零点を横切る時点を検出する手段を有することを特徴とするデータ再生装置。
  2. 前記A/D変換手段によりサンプリングされたサンプリング信号の情報データ部の先頭を検出するデータ先頭検出手段を有するデータ先頭検出装置を更に有する、請求項1に記載のデータ再生装置。
  3. 前記情報媒体から再生された前記再生信号は、情報データ部の直前に、位相差検出及び情報データ先頭検出を行うための既知の所定のパターンを有し、前記位相差補正装置及び前記データ先頭検出装置により、その所定パターンを検出する、請求項2に記載のデータ再生装置。
  4. 前記既知の所定パターンは、位相差検出装置及び情報データ先頭検出装置の両方が使用することを特徴とする、請求項3に記載のデータ再生装置。
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