專利名稱：光盤驅(qū)動器伺服回路系統(tǒng)增益自動調(diào)整裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動調(diào)整裝置，特別涉及一種光盤驅(qū)動器伺服回路系統(tǒng)增益自動調(diào)整裝置及方法。
由于信息科技的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)磁盤驅(qū)動器(Disk)因其發(fā)展空間有限，加上其儲存容量不大，因此磁盤驅(qū)動器已有漸漸地被光盤驅(qū)動器(Optical DiskDrive)所取代的趨勢。由于光盤驅(qū)動器具有高容量等優(yōu)點，可儲存大量資料，加上可讀寫光盤的產(chǎn)生，使得光盤驅(qū)動器已被大眾廣泛使用。
然而，光盤驅(qū)動器在批量生產(chǎn)時，其組件包括馬達(dá)、傳導(dǎo)元件等，不可能達(dá)到毫無差異的地步，以及其電子元件例如電阻、電容等，也都會隨使用時間而發(fā)生變化。另一方面，使用者操作時的環(huán)境溫度，亦會對光盤驅(qū)動器的電子元件造成影響。加上光感測器(Photo Sensor)的光學(xué)特性及光盤片本身反射率不同，亦需做增益(Gain)調(diào)整，才不致于有錯誤(Error)產(chǎn)生。
現(xiàn)有的光盤驅(qū)動器增益調(diào)整的方法，包括下列兩種一種是使用人工手動調(diào)整的方法，另一種是以外力強迫振蕩的方式來進(jìn)行調(diào)整。前者若用于批量生產(chǎn)，勢必耗費大量人工手動調(diào)整的時間，非常缺乏經(jīng)濟效益。后者雖較前者有所改善，但后者是以外力強迫振蕩的方式，需輸入測試信號例如正弦波、方波等，才能量取系統(tǒng)特性，這種作法，亦很耗費時間。
請參照

圖1，圖1是現(xiàn)有回路增益調(diào)整系統(tǒng)的方框圖。依照現(xiàn)有的方法，首先，帶通濾波器(Bandpass Filter；BPF)10接收一聚焦/循軌誤差(Foucsing/Tracking Error；以下簡稱FE/TE)信號后，帶通濾波器10會將此FE/TE信號的起始頻率與其結(jié)束頻率外的信號，做某種程度的衰減。接著，相位比較器(Phase Comparator)12會將正弦波發(fā)生器11所產(chǎn)生的一固定波形與帶通濾波器10所輸出的FE/TE信號進(jìn)行比較。之后，取兩者的平均值13后，判斷器14會依此平均值13去調(diào)整增益調(diào)整裝置15的一自動調(diào)整增益值K。
雖然，以上現(xiàn)有方法也可達(dá)到調(diào)整增益值的目的，但因其是以外力強迫振蕩(利用弦波產(chǎn)生器)的方式，必需輸入測試信號例如弦波、方波等，才能量取系統(tǒng)特性，且在數(shù)字化時，必須建立一個圖表(Table)儲存測試信號，使得信號處理較為復(fù)雜，因此依照現(xiàn)有方法也不很理想。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種自動調(diào)整控制器參數(shù)，補償受控系統(tǒng)的差異性的光盤驅(qū)動器伺服回路系統(tǒng)增益自動調(diào)整裝置及方法，可以解決現(xiàn)有技術(shù)在批量生產(chǎn)時人工手動調(diào)整及耗費時間的問題，同時，結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)，且無須另外建立測試信號即以外力強迫振蕩的方式，易于在數(shù)字系統(tǒng)中實現(xiàn)。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明所提供的光盤驅(qū)動器伺服回路系統(tǒng)增益自動調(diào)整裝置至少包括一延遲電路，用以接收一控制信號，并依該控制信號產(chǎn)生一自激振蕩信號；一控制器，耦接至該延遲電路，用以補償一受控系統(tǒng)的增益與相位；一增益調(diào)整裝置，耦接至該控制器，用以調(diào)整該延遲電路、該控制器及該受控系統(tǒng)所形成的一回路增益；以及一調(diào)整電路，用以接收該控制信號，并依該控制信號調(diào)整該增益調(diào)整裝置的一自動調(diào)整增益。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明所提供的光盤驅(qū)動器伺服回路系統(tǒng)增益自動調(diào)整的方法，包括下列步驟啟動一光盤驅(qū)動器的一循軌伺服器及一聚焦伺服器；啟動一調(diào)整電路，并切換一延遲電路為一調(diào)整模式，其中該延遲電路接收一控制信號，并依該控制信號產(chǎn)生一自激振蕩信號；設(shè)定該自激振蕩信號的振幅大小為一預(yù)設(shè)值；量取該自激振蕩信號的振幅大小為一實際值；比較該預(yù)設(shè)值與該實際值，并輸出一比較結(jié)果，以做為調(diào)整該振蕩信號的增益的依據(jù)；調(diào)整該振蕩信號的增益，以改變該振蕩信號的振幅；以及當(dāng)該預(yù)設(shè)值與該實際值相等時，即決定該振蕩信號的增益的大小。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明所提供的光盤驅(qū)動器伺服回路系統(tǒng)增益自動調(diào)整的方法，還可以包括下列步驟啟動一光盤驅(qū)動器的一循軌伺服器及一聚焦伺服器；啟動一調(diào)整電路，并切換一延遲電路為一調(diào)整模式，其中該延遲電路用以接收一控制信號，并依該控制信號產(chǎn)生一自激振蕩信號；設(shè)定該自激振蕩信號的能量大小為一預(yù)設(shè)值；量取該自激振蕩信號的能量大小為一實際值；比較該預(yù)設(shè)值與該實際值，并輸出一比較結(jié)果，以做為調(diào)整該振蕩信號的增益的依據(jù)；調(diào)整該振蕩信號的增益，以改變該振蕩信號的振幅；以及當(dāng)該預(yù)設(shè)值與該實際值相等時，即決定該振蕩信號的增益的大小。
本發(fā)明利用延遲電路控制的自激振蕩特性，用作以光盤驅(qū)動器中的兩個伺服回路(循軌回路及聚焦回路)的回路增益調(diào)整的依據(jù)，且在系統(tǒng)每次啟動時即進(jìn)行調(diào)整其回路增益的動作，使系統(tǒng)能維持在最初設(shè)計的最佳狀況。
附圖的簡單說明圖1是現(xiàn)有回路增益調(diào)整系統(tǒng)的方框圖；圖2A是具有磁滯的延遲圖；圖2B是單純的延遲圖；圖3是加入延遲電路的系統(tǒng)方框圖；圖4是描述函數(shù)與受控系統(tǒng)的耐奎斯特圖；圖5是依照本發(fā)明一較佳實施例的回路增益調(diào)整系統(tǒng)的方框圖；圖6A是依照本發(fā)明的延遲的正常模式圖；圖6B是依照本發(fā)明的延遲的調(diào)頻模式圖。
一般而言，造成系統(tǒng)產(chǎn)生持續(xù)振蕩的原因有兩種一種是周期性的外加作用力強迫系統(tǒng)做周期性的運動。另一種是由系統(tǒng)本身的動態(tài)特性所引起的振蕩，稱之為自激振蕩(self-sustained oscillation)，即非線性系統(tǒng)中的極限循環(huán)(limit cycle)。本發(fā)明的工作原理為利用后者，即由非線性元件所造成的振蕩現(xiàn)象。
常見的延遲(Relay)型式如圖2A所示，具有磁滯現(xiàn)象，其數(shù)學(xué)模型為
其中e(t)為輸入信號，d為輸出振幅，ε為磁滯寬度。單純(pure)的延遲如圖2B所示，即磁滯寬度ε=0，其數(shù)學(xué)模式為
上述模型可視為具有磁滯延遲的一特殊型式。
在一具有受控體G(s)的負(fù)反饋系統(tǒng)中，加入延遲電路(Relay Circuit)如圖3所示，假設(shè)e(t)為正弦波函數(shù)，令e(t)=Asin(ωt)經(jīng)過推導(dǎo)可得延遲(Relay)的描述函數(shù)(describe function)為N(A)=4dπA(A2-ϵ2A-jϵA)]]>若磁滯寬度為零，其描述函數(shù)可簡化為Ni(A)=4dπA]]>換言之，在輸入信號e(t)為正弦波的假設(shè)下，延遲的作用可視為增益4d/πA和相位落后φ=sin-1(ε/A))的組合。N(A)=4dπAd-jφ]]>當(dāng)延遲系統(tǒng)發(fā)生自激振蕩，系統(tǒng)的特征方程式應(yīng)滿足1+N(A)G(jω)=0(a)請參照圖4，延遲控制系統(tǒng)中發(fā)生自激振蕩的位置可以清楚地從耐奎斯特(Nyquist)圖上看出。在復(fù)數(shù)平面上畫出-1/N(A)的曲線，找出與Nyquist曲線的交點16即為發(fā)生自激振蕩的位置。
由上述推導(dǎo)分析可知，許多系統(tǒng)在延遲控制下將會達(dá)到極限循環(huán)(limitcycle)，產(chǎn)生周期性的振蕩。對理想延遲控制的系統(tǒng)而言，其特征方程式滿足式(a)，因此整個控制系統(tǒng)發(fā)生自激振蕩時的增益(Gain)及相位(Phase)分別為增益M(ω)=1|Ni(A)|=πA4d]]>相位θ(jω)=-∠Ni(A)-π通常為了降低干擾信號的影響，可在延遲中加入少許磁滯。實際上，磁滯的效果不只減少了系統(tǒng)對干擾信號的敏感度，更導(dǎo)致若干角度的相位落后，因此系統(tǒng)的相位為θ(jω)=-∠N(A)-π=sin-1(ε/A)-π因此只要指定延遲的振幅d及磁滯寬度ε的大小，量測系統(tǒng)響應(yīng)的振幅A及頻率ω，就可得到頻域上相對頻率的增益及相位。
而且，由式(b)可得知，當(dāng)延遲的振幅d固定時，受控系統(tǒng)的增益與信號振蕩的振幅成正比，這樣我們即可依據(jù)信號的振幅大小來調(diào)整受控系統(tǒng)的增益。
本發(fā)明是將上述的原理用于光盤驅(qū)動器上，在光盤驅(qū)動器的伺服(servo)部分有循軌伺服回路(tracking servo loop)及聚焦伺服回路(focusing servo loop)控制。由于不同的光盤驅(qū)動器特性會有些不同，但我們希望對不同的受控系統(tǒng)(Plant)都能有最佳的控制結(jié)果。因此，控制系統(tǒng)的回路增益(loop gain)勢必要隨不同的狀況而有所調(diào)整，而延遲(Relay)控制理論即是一個很好的選擇。
請參照圖5，其顯示的是依照本發(fā)明一較佳實施例的一種回路增益調(diào)整系統(tǒng)的方框圖。光學(xué)頭(Pickup Head)20包含激光二極管(Laser Diode)、光感應(yīng)器(Photo Sensor)等相關(guān)電路，且包括兩組線圈馬達(dá)(coil motor)，一組負(fù)責(zé)聚焦，另一組負(fù)責(zé)循軌。首先，當(dāng)光學(xué)頭20的激光(laser)經(jīng)過光盤片反射至光感應(yīng)器并被接收后，再經(jīng)過前置放大器(Pre-Amplifier)21后，則產(chǎn)生控制信號TE及FE，其中前置放大器21用以作信號的合成與放大。接著，輸入一偏置信號(offset)，使控制信號(TE/FE)較為穩(wěn)定。之后，控制信號(TE/FE)會經(jīng)過一開關(guān)器(Switch)22控制其流向。開關(guān)器22用以切換延遲電路(RelayCircuit)23為正常(Normal)狀態(tài)如圖6A或調(diào)整(Tuning)狀態(tài)如圖6B，并決定是否開啟調(diào)整電路24。
假若為調(diào)整狀態(tài)，此時開關(guān)器22為關(guān)(on)，首先我們先讓控制信號(TE/FE)通過帶通濾波器(BPF)28，以克服光盤片發(fā)生偏心(run out)或搖擺(wobble)的情形。接著，將此控制信號(TE/FE)送入信號處理器29，以量取控制信號(TE/FE)振幅的大小。然后，再與事先設(shè)定的預(yù)設(shè)值30進(jìn)行比較，以作為調(diào)整受控系統(tǒng)(Plant)27增益的依據(jù)，其中受控系統(tǒng)27包含光盤驅(qū)動器在循軌與聚焦相關(guān)的伺服器。另一方面，在調(diào)整狀態(tài)時，控制信號(TE/FE)會經(jīng)延遲電路23產(chǎn)生一自激振蕩信號，其中延遲電路23為用以在圖5的閉合回路(Closed loop)中產(chǎn)生一自激振蕩的非線性元件。接著，經(jīng)控制器25與增益調(diào)整裝置26后，產(chǎn)生一受控系統(tǒng)27的驅(qū)動信號，以驅(qū)動光學(xué)頭20至適當(dāng)?shù)奈恢?。其中上述的控制?5，用以補償受控系統(tǒng)27的增益與相位，增益調(diào)整裝置26用以調(diào)整延遲電路23、控制器25及受控系統(tǒng)27所形成的一回路增益，增益調(diào)整裝置26具有一自動調(diào)整增益量K。
如上所述，增益調(diào)整裝置26的自動調(diào)整增益量K的調(diào)整方法，是將原先所設(shè)定的振蕩信號的振幅大小與量取到的振蕩信號的振幅大小進(jìn)行比較后，信號處理器29會輸出兩者的比較結(jié)果，以做為調(diào)整振蕩信號的增益的依據(jù)。接著，經(jīng)過調(diào)整振蕩信號的增益，以改變振蕩信號的振幅大小。然后，當(dāng)所設(shè)定的振蕩信號的振幅大小與量取到的振蕩信號的振幅大小相等時，即表示振蕩信號的增益已調(diào)整至正確位置。
另外，亦可量取信號的能量來代替振幅的大小，而量取的方式為面積積分法。面積積分法就是將信號的負(fù)半邊取絕對值后，利用累加的方式求取面積的積分即信號的能量。
當(dāng)完成受控系統(tǒng)27的增益調(diào)整動作后，此時開關(guān)器22(on)會切換延遲電路23為正常狀態(tài)，并關(guān)閉調(diào)整電路24，而進(jìn)入正常操作模式中。另外，上述的受控系統(tǒng)27增益調(diào)整程序，會在每次開機時均調(diào)整一次。
權(quán)利要求
1．一種光盤驅(qū)動器伺服回路系統(tǒng)增益自動調(diào)整裝置，其特征在于，至少包括一延遲電路，用以接收一控制信號，并依該控制信號產(chǎn)生一自激振蕩信號；一控制器，耦接至該延遲電路，用以補償一受控系統(tǒng)的增益與相位；一增益調(diào)整裝置，耦接至該控制器，用以調(diào)整該延遲電路、該控制器及該受控系統(tǒng)所形成的一回路增益；以及一調(diào)整電路，用以接收該控制信號，并依該控制信號調(diào)整該增益調(diào)整裝置的一自動調(diào)整增益。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該控制信號為一聚焦伽軌誤差信號。
3．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該光盤驅(qū)動器伺服回路系統(tǒng)增益自動調(diào)整裝置還包括一開關(guān)器，用以切換該延遲電路為一正常狀態(tài)與一調(diào)整狀態(tài)其中之一，并決定是否開啟該調(diào)整電路；一光學(xué)頭，用以讀取一光盤片上的信息；以及一前置放大器，耦接至該光學(xué)頭，用以合成/放大該控制信號。
4．如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，該光學(xué)頭還包括一第一線圈馬達(dá)，用于聚焦；以及一第二線圈馬達(dá)，用于循軌。
5．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該調(diào)整電路還包括一帶通濾波器，用以防止該光盤片發(fā)生一異常情形；以及一信號處理器，用以比較該控制信號與一預(yù)設(shè)值的大小，以做為調(diào)整該自動調(diào)整增益的依據(jù)。
6．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該延遲電路為一非線性元件。
7．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該自激振蕩信號的振幅大小與該自動調(diào)整增益成正比。
8．一種光盤驅(qū)動器伺服回路系統(tǒng)增益自動調(diào)整的方法，包括下列步驟啟動一光盤驅(qū)動器的一循軌伺服器及一聚焦伺服器；啟動一調(diào)整電路，并切換一延遲電路為一調(diào)整模式，其中該延遲電路接收一控制信號，并依該控制信號產(chǎn)生一自激振蕩信號；設(shè)定該自激振蕩信號的振幅大小為一預(yù)設(shè)值；量取該自激振蕩信號的振幅大小為一實際值；比較該預(yù)設(shè)值與該實際值，并輸出一比較結(jié)果，以做為調(diào)整該振蕩信號的增益的依據(jù)；調(diào)整該振蕩信號的增益，以改變該振蕩信號的振幅；以及當(dāng)該預(yù)設(shè)值與該實際值相等時，即決定該振蕩信號的增益的大小。
9．一種光盤驅(qū)動器伺服回路系統(tǒng)增益自動調(diào)整的方法，其特征在于，包括下列步驟啟動一光盤驅(qū)動器的一循軌伺服器及一聚焦伺服器；啟動一調(diào)整電路，并切換一延遲電路為一調(diào)整模式，其中該延遲電路用以接收一控制信號，并依該控制信號產(chǎn)生一自激振蕩信號；設(shè)定該自激振蕩信號的能量大小為一預(yù)設(shè)值；量取該自激振蕩信號的能量大小為一實際值；比較該預(yù)設(shè)值與該實際值，并輸出一比較結(jié)果，以做為調(diào)整該振蕩信號的增益的依據(jù)；調(diào)整該振蕩信號的增益，以改變該振蕩信號的振幅；以及當(dāng)該預(yù)設(shè)值與該實際值相等時，即決定該振蕩信號的增益的大小。
10．如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，量取該振蕩信號的能量的方法為面積積分法。
全文摘要
一種光盤驅(qū)動器伺服回路系統(tǒng)增益自動調(diào)整裝置及方法,將延遲電路的非線性特性所產(chǎn)生的自激振蕩,用于光盤驅(qū)動器伺服系統(tǒng)的回路增益的自動調(diào)整上,以完成光盤驅(qū)動器伺服系統(tǒng)特性的量測與調(diào)整。結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn),無須另外建立測試信號即以外力強迫振蕩的方式,易于在數(shù)字系統(tǒng)中實現(xiàn),且自動調(diào)整控制器參數(shù),補償受控系統(tǒng)的差異性,可解決現(xiàn)有技術(shù)在批量生產(chǎn)時人工手動調(diào)整及耗費時間的問題。
文檔編號G11B20/00GK1226062SQ9810385
公開日1999年8月18日 申請日期1998年2月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月12日
發(fā)明者高智賢, 王舜水 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司