A6 B6 五、發明説明（1 ) (請先閲讀背'&之注意事項再填寫本頁) 相Μ申謫之前後對照 本申請是在 37 C.F.R. Sections 1.53 及 1.78(a)之下 提出做為專利申請糸列號碼07/995,849之延績而該專利申 請是在1992年12月23日提出且其後被捨棄。 發明背景 1. 發明領域 本發明概言之係RS於零交越臨限偵測器且，更明確的說 ，係闢於用Μ提供代表同步取樣窗内偵測位置'之數位输出 信號之數位零交越偵測器。 2. 相關技術說明 在資料儲存技術中，二進位資料被編碼及以一糸列光學 或磁性轉變之型式儲存在光學或磁性介質。儲存資料之擷 取需要在記錄頻道有偵測和解碼糸統Κ便自邮接儲存介質 之磁性$光學換能器產生之自同步類比信號波形中重規原 始二進位資料和同步時鐘。從事本技術領域者已對相闞於 由自同步資料信號擷取同步時鐘和資料之問題提出許多解 決方法。這呰問題包含分辨真正轉變和只是雜訊脈衝及同 步資料時鐘信號之精確重現Μ便允許相位編碼資料之準確 解碼。此種記錄頻道之一重要姐件是波形轉變或”零交越 ” （zero-crossing)偵測器，而其為準確決定各自同步波 形轉變之精確相對時序或相位所必需。 本技術領域所知之類比脈衝偵測器具有類比電子裝置之 一般缺點。他們很貴，笨重且易随著時間受校準漂移之影 饗。尤有甚者，類化脈衝偵測器通常只適用於一段狹窄且 -3- 本紙張义度通用中國國家標準（CNS)甲-1规格（210 X 297公兑）
js;rfrf[·.中夾栉準/CJG工消¢合作社印K A6 B6 五、發明説明（2 ) 事先決定之頻道資料率，而對儲存介質資料擷取糸統之頻 道資料率造成嚴格限制。本技術領域所知之資料鼷衝或轉 變相位偵测器之數位建構通常依賴為人热知之類比偵測技 術之離散信號實例。例如，首先將類化信號波形利用為人 熟知之鎖相迴路（Phase-Locked Loop)技術加Μ取樣及數 位化。然後Μ數位方式處理這些取樣Κ便除去不要之頻率 分量並重現同步時鐘和資料。吾人清楚感覺本技術領域需 要頻道波形轉變相位偵测器之全面數位化建構'且其能在一 廣大範圍之資料率內準確偵測記錄頻道資料信號波形内之 自同步資料脈衝。最需要的是在中等非同步取樣率下能準 確偵測同步資料，因為高速取樣技術非常昂貴。 本技術領域已有横擬類比記錄頻道功能之數位電腦程式 但瑄些技術需要高取樣率Μ致即時硬體之建構昂貴且困難 。數位律構所涉及之部份困難可藉由降低非同步類比信號 取樣率來加Μ克眼。不幸的是，降低之非同步取樣率會導 致零交越偵潮時間之不定度增加。此會造成記錄頻道之抖 動（jitter)畸變及增加之誤碼率（BU Error Rate， Ο 從事本技術領域者已努力藉由改進取樣間之内插 (i n t e r ρ 〇丨a t i ο η ) Μ便在較低之取樣率降低抖動。例如， 在美國專利第4,412,339號中，1>61^「11.^1{"1^等人提出 意欲降低數位移頻鍵控數據機（FSK modem)之同步畸變之 零交越内插器。Alfke等人指出藉由增加一高速内部時鐘 以在各輪入取樣對間沿一線性斜率逐步增加偵測器直到偵 -4- 本紙張凡度適用中园國家標準（CNS)4规格（210 X 297公货> (請先閲讀背今之注意事項再塡寫本頁) .裝. 訂. 經濟部中央標準局8工消赀合作社印" Α6 Β6 五、發明説明（3 ) 出—正負號改變可改進零交越偵測之精確度。因此，他們 之技術需要使較高取樣率不適用之相同高速數位裝置。尤 有甚者，雖然Alfke等人教導使用數位裝置，但他們之零 交越内插器之输出是一簡單之類比時序Μ而該W會受到與 影響類比零交越偵測器實例相同之類比錯誤源之影響。 在美國專利第4, 165,491號中，Arthur P. Geffon提出 一種用Μ在有雑訊之下偵澜資料信號之零交越點之電路。 Geff on提出一種用以消除假定因雜訊而引起之'零交越之脈 衝檢定技術。他既無考慮也無建議用Μ偵測數位化取樣信 號零交越之方法。 在美國專利第4,749,879號中，Donald S. Peterson等 人提出一種用K發現二進位煸碼類化信號波形之信號波形 轉變之信號轉赛偵测方法。Pete「son等人提出使用第二微 分步驟Μ便提供可改進他們之類比霉路之雜訊免疫力之第 二導得信號。他們既無考慮也無建議用Μ偵澜數位化取樣 信號波形臨限轉變之装置。在美國專利第3,593,166; 3,916,328; 3,955,102； 4,132,909； 4,151,427； 4,268,764; 4,480,200; 4,795,915 和 5,001,364 號中有 提出其他類似之改良型類比偵測器。吾人仍清楚感覚本技 術領域箱要一數位零交越偵測器且其融入数位内插技術以 便在相當低之非同步取樣率之下提供準確轉變時序輸出。 此需求在必須完全建構在低功率單晶片數位積體電路而不 使用類比元件之現代數位記錄頻道尤其重要。吾人清楚感 覺本技術領域之相關未解決問題和缺陷而本發明以下述之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规烙（210 X 297公铨〉 ! ^------扣衣--------，^-----I ^ ---I. ---------— (請先閱讀背而之注意事項再塡寫本頁) ， 3uC〇48 A6 B6 ......... _____________ ______________ .. ___________· «_ 五、發明説明（^ ) 方式將其解決。 發明摘要 本發明是設計用於非同步數位頻道之零交越臨限偵测器 。它接收將自同步資料編碼於其中之數位化信號波形並输 出#交越在取樣遇期内之相對位置·如果有任何零交越的 話。此數位轤出是企阃用Μ回復内含之資料和時鐘信號且 是在一種可直接為共同未決之專利申請所提出之離散時序 〆 控制迴路（Discrete Time Control Loop, DTCL)所使用之 梨式。該共同未決之專利申請之作者是Hutchins等人 (Assignee Docket No· SA9-91-099)而其名稱是 "Discrete Time Control Loop Method And Apparatus For Clocking Data In An Asynchronous Channel"且在 1992年10月28日提出申請而專利申請號碼是07/967,588 ’ 在此全郭提出做為參考。 本發明之非同步數位臨限偵測器（ADTD)利用下列三步驟 來估計單一取樣間隔内之零交越抵達時間。首先*偵測器 賴由檢杳相鄰取樣對有無正負號改變K決定是否有零交越 發生。第二步，將取樣率由較高之取樣率轉換成較低之取 樣率，目較低之取樣率正好是較高之取樣率之一半。在如 此做時，ADT0首先決定新且較長取樣週期之那一半包含該 零交越。最後，ADTD賴由解決一線性内插公式W決定次格 時間估計；亦即·較短取樣遇期内之零交越比例位置& ( 阃1 (b))。偵測器输出是代表零交越在較長取樣週期之 估計绳過時間部份之η-位元數位信號（圖1 U)之t/Td) ° -6 — 本紙張尺度通H1中國國家標準（CNS)甲·4蜆烙（2丨〇 X 297公贷） (請先閲讀背而之注意事項再塡寫本頁) -裝· 訂. 經濟部中央標準局U工消费合作社印製 A6 ____B6_五、發明説明（5 ) 本發明之目的之一是改菩在較低非同步取樣率下之零交 越準確度。本發明之另一 ^的是在不依賴類比元件下於數 位取樣潦中偵测臨限交叉。 本發明之一特色和儍點是零交越偵測是Μ η -位元數位# 钼之塑式加Μ表示，而該字姐之準確度與類比信號時序考 慮無關。 前述車項，速同本發明之其它目的，特色和儍點將在參 照下列規格，申請專利範圍和附圖時變得更明/顯。 圖形簡述 為了更完整得瞭解本發明，現在參照下列顯示於附圖之 較佳實例之詳细說明I其中： 圃1展示一取樣間隔内之信號波形零交越； 圖2提供展示本發明之ADTD與記錄頻道之其它組件間之 藺係之方塊鼷； 阃3提供本發明之ADTD脈衝偵測器姐件較佳實例之方塊 阃； 圖4提供本發明之ADTD 2Χ-至-IX轉換器姐件較佳實例 之方塊國； _ 5提供本發明之AOTD時序產生器姐件較佳實例之方塊 _ ;及 _ 6提供本發明之A I) Τ [)效能之範例。 較佳實例說明 圖Μ展示阃1(b)之取樣間隔Ts = Td/2與圖1(a)之自同步 資料間隔Td間之闞係。本發明之ADTD決定次格時間估計ΐ -7- 本纸張尺度適用中國囤家標準（CNS) f 4规格（210 X 297公贷） (請先閱讀背3之注意事項再場寫本頁) ;裝- .可. Λ A6 B6 五、發明説明（6 ) (請先閲讀背卞：/注意事項再填寫本頁) (圃（1(b))並將其轉換成比率t/Td之一數位表示法（圃1 (a ))。 鬭2顯示本發明之ADTD 10與光學或磁性資料儲存介質 12間之闞係。展示一尖峰偵測頻道建構做為示範。介質 12之磁性或光學轉變是由換能器14JW本技術領域所知之任 何有用方式加K感測。換能器输出信號16送至一般都是多 個之類比功能ΐδ。這些功能包含前置放大 〆 (preamplification.)，自動谓益控制（Automatic Gain Control, AGC)，和反混淆（低通，anti-alias, lowpass)濾波。導致之類比資料信號波形20送至波形前置 處理器22以本技術領域所知之任何有用方式實行信號微分 ，脈衝檢定（pulse qalification)及類比至數位/A/D)轉 換。A/D轉換盛24之A/D取樣率是由取樣時鐘產生器26所 控制，而該產生器以信號波形20自同步資料率之二倍產生 取樣時鐮信號Fe = 2Fd。數位取樣信號{S} Μ取樣匯流排 28送至ADTD 10 。脈衝檢定器30產生一脈衡檢定旗標而該 旗檷是以線32送至ADTD 10 。脈衝檢定旗檷Κ本技術領域 所知之任何有用方式分辨信號脈衝和雜訊脈衝且在每個包 含檢定脈衝或轉變之取樣間隔被設定。 圖2之ADTD實例10包括一脈衝偵測器34，一 2χ-至-1χ 轉換器3 6及一時序產生器38。轉換器36以二種時鋪率運作 :得自產生器26之取樣率F1»和資料時鎳率P 6^-/2 。 ADTD 1 0提供二数位输出。在資料睹流排40上提供代g資 料時鏡間隔（t/Td)內臨限轉麥之相對位置之數位信號並Μ -8- 本·纸張尺度通用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297 H ) 經濟部中夾標準马Π工消贷>作钍印製 Λ6 B6 五、發明説明（7 ) 線42傳送賑斷偵測旗禰（PDF)。嫌42在包含檢定臨限轉變 偵测之全部資料時鐘間隔Td内都是高位準。 鬪2展示饋入離散時序控制迴路（DTCL)44M便皤後根據 上述Hutch ins等人專利申請實行謅回頻道處理之匯流排 40和線42。也可使用任何其他逋合之方法以自A DTD 10在 择潦排40和嫌42之数位_出擷取資料和同步時鐘信號，例 如在數位至類比轉換後緊接著鎖相迴路信號處理。 在波形前置處理器22中，信號徴分器46W本/技術領域所 知之任何有用方式微分資料信號波形20M便轉換波形尖峰 成零交越轉變。在介質12是由磁帶驅動器48之磁帶或直接 存取儲存裝置（DASD)50之磁碟面所組成之情形下·回復之 資料是以尖峰或脈衝出現在波形20中。此種脈衡之偵測褥 要信號微分器46之微分。但是，如果介質是例如光碟52之 光學介声，可將信號加Μ脈寬調變 (Pulse-Width-Modulated, PWM)M使回復之資料是編碼成 通過一可變但事先決定之臨限之波形轉變。對此種應用， 並不需要信號微分器46且應以本技術領域所知之某適合型 式之臨限追蹤信號處理加Μ取代。無論是二者何一，脈衝 倬測器3 4必須實際偵出通過零點之信賊波形轉變。在運作 時，參照國3可更加瞭解脈衝偵測器34° 在圖3中，線32之脈衝檢定旗標是儲存在暫存器54。暫 存器56為脈衝檢定旗榑儲存一延遲一次值&或閘 (OR-gate) 58在線60上提供致能檢定旗標 > 而該旗標在目 » 前之（第i個）或前一（第i-Ι個）取樣間隔Τ»有檢定之偵 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規丨各（2〗0 X 297公垃〉 (請先閱讀背而之注意事項再塡寫本頁) -—裝- .可. 經^部中央標>|1-/.;4工消#合作社印製 Α6 Β6 五、發明説明（8 ) 澜下是高位準。 陳流排28之數位信號被分成捸28a之正負號位元和匯流 排28b之其餘7 -位元尾數（mantissa)。暫存器66和68儲存 目前取樣之正負號S,和前一取樣Si-i之正負號做為比較。' 互斥或閛（X0R-gate)70在線72提供偵測旗檷而該旗檷只要 在S,μ和51間有一正負號改變就是髙位準。及Μ (AND-gate)7 4结合線60之致能檢定旗標及埭72之轉變偵測 旗榑K在输出線76提供偵测旗檷DF ^ ◊ ’ 7-位元暫存器78和80之作用為姐合代表相鄰取樣對 (S,-,，S,)之數位信號對yk)。因此，目前之數位 信號yk經由陳流排82傳送（而其正負號是在線82a上傳送 )及延遲一次數位信號經由匯流排86傅送（而其正負 號是在線86a上）。匯流排82和86及旗標線76傅送相鄰數 位信號對和相關之偵测旗標至轉換器36 (圖1)。 參照_4可更加瞭解轉換器36。轉換器36充當將一數位 信號對.以單一數位信號取代之”萃取器”（deciraator)。输 入暫存器90和92是Μ相同時鐘率Fe加Μ定時。暫存器90儲 存延遲之信號值。暫存器92儲存DF\偵測旗標，而該 旗檑標示目前T«間隔内之偵出。陳流排82之目前信號74直 接傅送罕多工器94之第一输入。延遲之信號yk_·!傅送至多 T器94之第二输人及另一多工器96之第一輸人。提供 給多丁器96之第二蝓人。yk-2只是再延遲額外一 俩取樣時鐮間隔T«。最後，如阃4所示提供偵測旗標D F , 辛二多工器98和100之第一輸人且提供固定之二進位”〇” -10- 本紙張又/1通用中國國家標準（CNS)甲4規恪（210 X 297公;12 ) (請先閲讀背面之注意事項再瑣寫本頁) 丨裝. *1Τ. 經濟部中央標箏局Π工消赀合作社印製 A6 B6 五、發明説明（9) 或"厂’至他們之第二输入。因此，當偵測旗檷DFi經由取 樣時鍺F»定時而通過暫存器92時，多工器94- 100之输入傳 送至暫存器102 ，104 ，106和108 。暫存器102-108是 Μ暫存器90-92時鐘率之一半加Μ定時。因此，可瞭解轉 換器36選擇零交越出現之次格之相鄰數位信號及偵測旗檷 (假設毎一標稱取樣遇期最多只會出現一個零交越）。 轉換器36根據零交越出現之標稱取樣週期Td = 2 Τβ之那一 半設定零交越時間估計之最高有效位元（MSB)%轉換器 36也在睹流排110保有目前數位信號yk及在匯流排112保 有延遲數位信號yn Μ代表檢定相鄰取樣對，Sd。 保有此取樣對二Τβ取樣間隔並將其送至時序產生器38K便 實行另外之處理。線114之MSB也保持Td = 2 Ta時間並將其 送至時序產生器38做為如下討論之最終轉變時間比率之最 高有效贫元（MSB)。最後•線116之偵測旗檷DFt是線 76之DF,之半徑等效值。亦即，如果在二相邮取樣間隔 2Te = Td内任何地方存有檢定臨限轉變偵出，則線116被設 定。 »5展示時序產生器38之詳细實例。產生器38之目的是 藉由解決一內插方程式Μ估計零交越抵達時間而該方程式 表示轉變偵測及代表相鄱取樣對，St)之數位信號 yk)間之關係且該取樣對是保存在暫存器102和 104 (_4 )。此對是Μ睹流排U0和112輸入至產生器 3 8。分離择流排1】0之8 -位元數位信號Μ使MS Β在圖5之 線Π 0 b而其餘7 -位元尾敵刖是在陳流排1 1 〇 a。同樣地，在 -11- 本纸張又度適用中國國家標準（CNS)甲4蜆格（210 X 297公;立） (請先閱讀背'-s之注意事項再填寫本頁) --- ---- — — —— — -- -1 ί - -- - - I. - I I^1-^n !— ! n - i n · _ . 第82108302號牟利申請· 中文説明書修正页（84年1 _ β鑪炙 Α6 Β6 - ----- — _y 五、·發明説明（το) 阃5-之择流排112b提供該7最低有效位元（LSB)。來自匯 流排丨12之MSB (圖4 )是不需要的，因為已被隱含在線 1 J 6之D F i和線1 1 0 b之正負號位元之姐合内。 產生器38解決任何代表偵測和取樣對（S,-:，S,)關係之… 有用内插公式。發明者們偏好一簡單線性内插方程式·· k-l 其中yk是取樣Si之中間數位信號等效值。 t/Td- 對一有效零交越，yk之正負號和之正負號έ好相反 而使上述方程式能改寫成 C/Td=^yjy\.x\ · 此可 (請先閉-背3之注念事項再磷寫本頁) 4 fi|; 十 央 由謂除正負號位元間化稍早之内 存圈5内•首先在分母信號隨 l.yk-yk-i丨這是ϋ由多工器120 加Μ完成。當線1 I 0 b之y X具有正 -前信之絕對倌而多工器·122 . 對堉。如果yx仝正負號是負的， 二補？ί (2s-cqmplenient)。相加 數位信號以便在匯流排118提供 然後利用仟何有用裝置，例如 分母信號118 。對映126是Μ本 方式運作，例如2 5 6位元檢視表 流排1 2 8上提供1 2 -位元榆出倒 遲之信號^ - η之ΓΕ負號而定修改 位信號y ^，ft存陣流排1 3 2上提 插方程式之 流排1 1 8決 和1 2 2及相 號時，多工 選擇延遲之 則選擇這兩 器1 2 4將二 分母傜號1 y 利用倒数對 技術領域所 (lookup t a 數倍號。相 多工器1 22 供y k ^之絕 計算。 定分母 加器1 2 4如下 器1 20選擇目 信號h ^之絕 個數位信號之 所選之7-位元 映1 26 ，轉換 知之任何有用 b丨e )，並在匯 加器1 3 0視延 所選之延遲數 對值相乘器 r工·ν1'$τ合作杜印《 本紙張尺度迺用中因a家標芈（CNS)甲·》規恪（210 X 297公岔） A6 B6 經濟邾中央桴箏局8工消費合作社印紫 五、發明説明（) 134將_流排128之12-位元倒數输出信號與匯潦排132 之7 -位元分子相乘並除去所得结果之14 LSB而在匯流排 136上留下5 -位元零交越信號。然後將此信號儲存在暫存 器138内一取樣間隔以便提供使運作與產生器38其他部扮 同步所需之額外延遲。最終，在匯流排40上提供输出零交 越估計信號t/Td，而線40a之MSB指示二相郾取樣遇期 Ts之中何者包含該事件。 發明者們已利用匯流排28之8-位元输入取樣'顯示給定 之取樣是否超過線32檢定臨限之追蹤臨限位元並在匯流排 40上繪出6-位元時間估計及在線42上输出有效取樣旗標 (PDF)，模擬圖2-5所掲示之較佳實例。若MCMOS II技 術加W建構，ADTD 10需要大約1500閘。此較佳實例也已 建構於一磁帶資料儲存系統。 發明f們也已使用APL模擬此建構以決定實際之ADTD效 能能夠多近地匹配一簡單理論線性内插公式。提供所有可 能之相鄰數位對信號組合給一 APL位元電路横擬。然後將 榉擬之ADTD 10輸出與線性内插公式之理論解加K比較（ 阃5 )而其結果刖繪於圖6 。 在圖6 A中，y k是固定在0 . 5而y k - α則是在可能值之所有 範圖變化（所有範圍都正規化成1 )。模擬之结果與理論结 果非常接近。在_6B中，“^是固定在0.5而y^lj是在可 能倩之所有範圍變化。再一次 > 在可能输入之所有範圍模 擬之A0TD效能都與期望之蝓出非常接近。圖6a和6b之各二 曲線間之差異是由最化錯誤所引起的。 -13- 本纸张又度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公泣） (請先閲讀背'-5之注意事項再填寫本頁) .裝. -ΤΓ— I ― — 1 五、發明説明（12 ) A6 B6 很列 會下 者於 域限 領受 術只 技將 本明 悉發 热本 通， 普此 明因 說.。 些改 埴修 於和 鑑例 ，實 地他 見其 易現 而發 顯易 容 包- 其 時 看 來 圓 附 和 格 規 之 述 上 合 结。 當改 而修 ，和 e 例 範宵 利稱 專此 請有 申所 之含 (請先閱讀背面之注意事項再ii寫本頁) 裝—. 訂. 本纸張又度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公；ί )