專利名稱：光存儲介質的跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及例如激光光盤這樣的光存儲介質的跟蹤系統(tǒng)，這種跟蹤系統(tǒng)保證激光束準確地對準被讀的光道。本發(fā)明更具體地涉及對光傳感器提供的信號進行處理的電路。


圖1簡要地表示常規(guī)激光光盤跟蹤系統(tǒng)。激光束L通過半反射透光板12垂直地射向光盤10的表面。伺服機構13移位該激光束L，使其追蹤所需的光盤光道。被光盤10反射的激光束由光傳感器14進行檢測。電路16對光傳感器14提供的信號進行處理，產生表示激光束在光傳感器14上的位置的跟蹤信號T。該跟蹤信號T被提供給伺服控制電路18，它適當?shù)乜刂扑欧C構13，以使跟蹤信號會聚為所希望的值。
圖2更詳細地示出供光存儲介質、例如激光光盤、小光盤(CD)、數(shù)字視頻盤(DVD)使用的光傳感器14的結構，還示出了當激光束被準確地對準時由這種光傳感器所產生的信號。光傳感器14是四個獨立傳感區(qū)域A、B、C和D的一個方陣。一旦激光束被準確地對準，它就在傳感器14的中心產生一個光點。激光光盤的表面是一鏡面層，其上的凹坑用來存儲光盤上的數(shù)字信息。由于凹坑的深度的緣故，激光的光線被聚焦或散焦地反射至光傳感器。聚焦反射在傳感器上形成清晰的光點。為簡明起見，可以說激光光盤上的數(shù)字信息在傳感器上形成光點/非光點信號。
圖2的左側簡要地示出激光束從非反射區(qū)到達反射區(qū)，于是圓圈S逐漸地被光所照亮。圓圈S未被照亮的部分用虛線來表示。假設傳感器對A/B和C/D之間的交界面I與被讀光道平行。于是照在傳感器14上的逐漸增大的光點具有沿著交界面I移動的頭部邊沿E，(在圖2中從左至右地)逐漸地掃過圓圈S內的傳感器14。在圖2的右側，激光束從光盤的反射區(qū)到達光盤的非反射區(qū)。于是隨著尾部邊沿E沿著交界面掃過圓圈S，光點逐漸地消失。
當激光束被準確地對準時，傳感區(qū)域A和D在任何時候都接收到相同數(shù)量的光，對于傳感區(qū)域B和C同樣如此。當光點開始在圖2的左側出現(xiàn)時，由傳感區(qū)域A和D產生的信號A和D就逐漸增大，直到邊沿E到達傳感器14的中心為止。然后信號A和D保持在最大值不變，而由傳感區(qū)域B和C產生的信號B和C開始逐漸增大。信號B和C在光點完全變圓、即在邊沿E到達圓圈S的最右界限時達到它們的最大值。當光點開始消失時，如圖2的右側所示，信號A和D逐漸減小，直到邊沿E到達傳感器14的中心為止。在這一時刻，信號A和D處于它們的最小值，而信號B和C開始逐漸減小，直到光點已完全消失為止。
稍后說明波形A+C和B+C。
在圖3中，激光束沒有被準確地對準，產生的光點S不在傳感器14的中心處。根據(jù)對準誤差方向的不同，光點將上移或下移。在圖3的例子中，光點下移。在這種情況下，傳感區(qū)域D接收的光強度比區(qū)域A接收的光強度早開始增大或減小，而區(qū)域C接收的光強度比區(qū)域B接收的光強度晚開始增大或減小。這一點用信號A至D的波形來說明。此外，因為傳感區(qū)域A和B接收的光總是比區(qū)域C和D接收的光少，所以信號A和B的最大幅值小于信號C和D的最大幅值。
應當認識到以上的描述是簡要的，以某種簡單的方式對事實進行了說明。
將會注意到用傳感器信號的幅值差和相移來指出激光束的未對準。
本發(fā)明的目的是提供一種簡單然而可靠的根據(jù)傳感器信號產生表示激光束被對準的跟蹤信號的電路。這種跟蹤信號電路利用傳感器信號的相位差，沒有利用傳感器信號的幅值。
本發(fā)明的目的尤其在于光盤的跟蹤系統(tǒng)，該跟蹤系統(tǒng)包括接收光盤反射的光束的四個傳感器的矩陣；每個傳感器信號一個處理通道，該處理通道包括根據(jù)傳感器信號產生二進制信號的裝置和對該二進制信號執(zhí)行操作的可調邊沿延遲電路；相應于矩陣的對角傳感器的每對通道一個加法器；以及比較這些加法器的輸出的鑒相器。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，產生二進制信號的裝置包括一限幅值，該限幅器的輸出信號輸入給輸出該二進制信號的一數(shù)據(jù)限幅器。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，每一個邊沿延遲電路包括在相應的二進制信號變?yōu)榈谝贿壿嫚顟B(tài)時以恒定電流充電一電容器的裝置；在該二進制信號變?yōu)榈诙壿嫚顟B(tài)時以所述恒定電流使該電容器放電的裝置；在該電容器兩端的電壓達到高電平閾值或低電平閾值的時刻和隨后的二進制信號狀態(tài)變換之間停止該電容器的充電和放電的裝置；以及在該電容器兩端的電壓超過第一和第二閾值之間的第三閾值時變換輸出信號的狀態(tài)的第一比較器。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述充電、放電和停止裝置包括與第一電源端連接的第一和第二等值恒流源；被二進制信號控制以便把第一電流源有選擇地連接至電容器的第一或第二個端子的第一開關；在達到高閾值時翻轉至第一狀態(tài)和在達到低閾值時翻轉至第二狀態(tài)的觸發(fā)器；被該觸發(fā)器控制以便把第二電流源有選擇地連接至電容器的第一或第二個端子的第二開關；電流值等于第一和第二電流源的電流值的第三和第四恒流源，各自把第二電源端連接至所述電容器的相應端子。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可調延遲電路包括將觸發(fā)器置位于第一狀態(tài)的第二比較器，它接收電容器第一個端子的電壓和第一基準電壓；將觸發(fā)器置位于第二狀態(tài)的第三比較器，它接收電容器第二個端子的電壓和所述第一基準電壓。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，跟蹤系統(tǒng)包括一伺服控制系統(tǒng)，當鑒相器指出相位滯后時，該伺服控制系統(tǒng)使光束沿垂直于光盤光道的方向移動，而當該鑒相器指出相位超前時，該伺服控制系統(tǒng)使光束沿相反方向移動。
閱讀以下參看附圖給出的對各實施例的說明性而不是限制性的詳細說明將明了本發(fā)明的上述及其它目的、特點和優(yōu)點。
如上所述，圖1簡要表示激光光盤的跟蹤系統(tǒng)；圖2簡要表示可在例如圖1的跟蹤系統(tǒng)這樣的系統(tǒng)中使用的一特定傳感器，還示出了當激光束被準確地對準時該傳感器所產生的信號；圖3簡要表示當激光束未被準確對準時圖2的傳感器所產生的信號；圖4簡要表示本發(fā)明的對傳感器產生的信號進行處理的電路的一實施例；圖5表示可在圖4的電路中使用的可調延遲電路的一優(yōu)選實施例；以及圖6表示用來說明圖5延遲電路的操作的以時間為橫軸的信號。
如上所述，本發(fā)明的對傳感器14產生的傳感器信號A、B、C和D進行處理的電路僅利用這些信號之間的相位差來產生跟蹤信號。這種做法將允許在調整環(huán)路的前端使用簡單的數(shù)字電路。數(shù)字電路優(yōu)于模擬電路之處在于其可靠性不那么依賴于工藝，并且通常占用較小的面積。
將在四個傳感器信號之間進行測量的相位差特別小，這四個信號中任一個的任何相位偏移誤差將造成得到的跟蹤信號的相當大的誤差。在以高傳送速率進行工作的設備、例如DVD中，這種不希望有的相位偏移是關鍵性的。
校正這些相位偏移的一種方法是在每條傳感器信號通路中插入一可調延遲電路。然后，把用于具有最大相位滯后的信號的延遲電路的延時調至最小值，而把用于具有最大相位超前的信號的延遲電路的延時調至最大值。在系統(tǒng)校準期間，跟蹤環(huán)是開路的。激光光盤未準確地繞其中心旋轉。由于這一緣故，激光將從上部界限到下部界限覆蓋光道，來自傳感器的信號的幅度將發(fā)生變化。利用平均技術來調整延遲，使它們都產生相同的平均結果。
問題是如何選擇延遲電路和每條信號通路內所包含的元件來使得處理電路以高的頻率工作并占用最小的面積。以高的頻率進行工作對于DVD是非常關鍵的。這種選擇是本發(fā)明的一個方面。
圖4表示本發(fā)明的跟蹤信號電路16的一個實施例。將每一傳感器信號A、B、C或D提供給電路20、21以便將該傳感器信號變換為一二進制信號。電路20可以是一限幅器(limiter)，它對相應的傳感器信號放大到這樣的程度，以至其斜度幾乎是垂直的，并且其幅值達到的電路的電源電壓。當然，如圖2和3所示，傳感器信號的斜度是遞增的。此外，為簡單起見，畫出的斜度是線性的。實際上它們不是線性的，因此難于對其進行利用。
電路21可以是一數(shù)據(jù)限幅器(slicer)或過零檢測器?？烧{延遲電路23置于數(shù)據(jù)限幅器21之后。因此各可調延遲電路對二進制信號進行操作。由于不利用傳感器信號的幅值差，所以不必使用模擬延遲電路，模擬延遲電路不改變幅值信息。
本發(fā)明的快速延遲電路的設計要比快速模擬延遲電路容易，這是因為其只需對信號邊沿而不需要對信號形狀進行延遲的緣故。以下將描述一個特別有利的邊沿延遲電路的例子。
準線性邊沿延遲電路的優(yōu)點是通過改變偏置電流、基準電平或電容值就能夠容易地修改系統(tǒng)的工作頻率，尤其如以下所描述的。
為了提高傳送速率，尤其為了在使用光盤作為例如與計算機相連的數(shù)據(jù)存儲介質的情況下提高傳送速率，就需要提高光盤的轉速，借此提高最大可能的數(shù)據(jù)傳送速率。
模擬系統(tǒng)的群延遲必需在整個工作頻率范圍內都是平坦的才能夠保證工作正常。利用模擬延遲線提高系統(tǒng)的工作頻率意味著用來確保平坦群延遲的模擬電路的帶寬更寬。這種對更寬帶寬的要求非常難以得到滿足，并且將消耗許多額外的電源功率。在多標準系統(tǒng)中，必須針對最高工作頻率來設計模擬延遲線。工作頻率的改變可通過改變偏置電流來實現(xiàn)。由于不同標準之間的工作頻率差別較大，所以對于較低的工作頻率難以采用延遲線僅偏置電流可被改變，在低頻下其變得非常小，使之對誤差非常敏感。
加法器25對信號A和C的可調延遲電路23的輸出求和，同時加法器27對信號B和D的可調延遲電路23的輸出求和。實際上，加法器25和27最好是“或”門。加法器25和27的輸出被提供給鑒相器29，該鑒相器29將產生表示激光束對準的跟蹤信號T。分別由加法器25和27產生的信號A+C和B+D如圖2和圖3所示。在圖2中，信號A+C和B+D同相，表示激光束被正確對準。這些信號在信號A和D處于它們上升幅度一半時上升，在信號B和C處于它們下降幅度一半時下降。如圖3所示，相應于未被對準的激光束，信號A+C的相位略微超前信號B+D。信號A+C在信號A處于其上升幅度一半時上升，在信號C處于其下降幅度一半時下降。信號B+D在信號D處于其上升幅度一半時上升，在信號B處于其下降幅度一半時下降。
在圖3的例子中，信號A+C的相位超前表示光點在傳感器14上太低。如果光點太高，這就將用信號B+D的相位超前來表示。
用延遲線來校正光學系統(tǒng)和不同電路中的誤差。因為這些誤差在原理上是隨機分布的，所以需要四條延遲線。
限幅器20可有利地由非常高增益比較器構成，該比較器的一個輸入端接收相應的傳感器信號，另一個輸入端接收基準電壓，該基準電壓例如利用電阻和電容網絡調整成傳感器信號的平均值。這種限幅器的輸出信號可具有足夠陡的邊沿來形成可被可調延遲電路23利用的二進制信號。
用數(shù)據(jù)限幅器21來獲得更陡的邊沿。它例如可以由一個輸入端接收限幅器20的輸出信號而另一個輸入端接收恒定基準電壓的比較器來構成。該基準電壓將是電路的兩個電源電壓之間的一半值。
圖5表示對二進制信號進行操作的可調邊沿延遲電路的一優(yōu)選實施例。它包括兩個恒流源50和51，每一個恒流源使電容器C的一個端子與電源電壓Vcc連接。恒流源52的一端與地GND連接，另一端通過開關S1有選擇地與電容器C的兩個端子之一連接。開關S1由輸入給延遲Vin的輸入信號進行控制。類似于恒流源52，恒流源53與地GND連接，還通過開關S2與電容器C的兩個端子之一連接。開關S2由觸發(fā)器55的輸出進行控制，觸發(fā)器55例如可以是RS觸發(fā)器。
電流源50和51輸出相同的恒定電流I，而電流源52和53吸納該相同的電流I。
電容器C的第一個端子與比較器57的正相輸入端連接，比較器57的輸出端與觸發(fā)器55的置位輸入端S連接。比較器57的反相輸入端接收恒定的基準電壓Vr。同樣地，電容器C的第二個端子與比較器58的正相輸入端連接。比較器58的輸出端與觸發(fā)器55的復位輸入端R連接。比較器58的反相輸入端接收與比較器57所接收的基準電壓相同的基準電壓Vr。延遲信號Vout由比較器60產生，比較器60的反相輸入端與電容器C的第一個端子連接，其正相輸入端與電容器C的第二個端子連接。
由于電容器C的兩個端子都只與高阻抗元件連接，所以它們的共模會浮動。為了避免這種浮動，電容器C最好用虛線所示包括兩個串聯(lián)連接的電容器C′的電路來代替。這兩個電容器C′之間的連接節(jié)點與固定的共模電壓Vcm連接，該共模電壓可以是電源電壓之一。這樣的連接不改變電路工作原理。
圖6示出輸入信號Vin、流過電容器C的電流Ic、電容器C兩端的電壓Vc和輸出信號Vout。
電壓Vc和電流Ic的極性如圖5所示，即當Ic從右到左地流過電容器C時為正，Vc是比較器60的正相輸入端和反相輸入端之間的電壓。
起初，輸入信號Vin為低電平，并且流過電容器C的電流Ic是零，這意味著電壓Vc是恒定的，在此等于例如低閾值-2Vr。信號Vout為低電平。假設開關S1處于用2所表示的位置，開關S2處于用1所表示的位置。觸發(fā)器15處于置位狀態(tài)。在這種初始狀態(tài)中，電流源50輸出的電流全部流過開關S2進入電流源53，電流源51輸出的電流全部流過開關S1進入電流源S2。沒有電流流過電容器C。
當信號Vin變?yōu)楦唠娖綍r，開關S1處于所示的位置1。于是，電流源50輸出的電流直接流入電流源52和53，而電流源51輸出的電流通過電容器C流入電流源52和53。流過電容器C的電流于是轉換為正值I。這樣一來，該電容器兩端的電壓Vc就從其初始值-2Vr開始線性地增大。一旦電壓Vc開始增大，比較器57的輸出就變成低電平。
當電容器C兩端的電壓Vc變成零時，比較器60就發(fā)生轉換，于是信號Vout變成高電平。信號Vout的上升沿于是相對于信號Vin的上升沿被延遲了數(shù)值τ，τ＝2Vr·C/I。
當比較器58的正相輸入端的電壓達到值Vr時，即當電容器C兩端的電壓Vc達到值2Vr時，比較器58的輸出就變成高電平，復位觸發(fā)器55。開關S2然后處于位置2，電流源51的電流直接流入電流源53，而電流源50的電流仍通過開關S1流入電流源52。沒有電流流過電容器C，于是電壓Vc保持不變。
當信號Vin又變成低電平時，S1回復到位置2，于是電流源51的電流直接流入電流源52和53，而電流源50的電流通過電容器C流入電流源52和53。恒定的負電流-I于是流過電容器C，由此電壓Vc從值2Vr開始線性地減小。一旦電壓Vc開始減小，比較器58的輸出就變成低電平。
當電壓Vc又達到零時，比較器60就發(fā)生轉換，使信號Vout變成低電平。
最后，當比較器57的正相輸入端的電壓達到值Vr時，即當電壓Vc達到值-2Vr時，比較器57的輸出變成高電平，置位觸發(fā)器55。開關S2回復到位置1，電路返回其初始狀態(tài)。
將會注意到，由于比較器60在電壓Vc是值-2Vr和2Vr之間的一半時發(fā)生轉換和確定電壓Vc的上升及下降斜率的充放電電流±I是相等的，所以在信號Vin的上升沿和下降沿獲得相同的延遲τ，這正是所希望的。
如以上給出的延遲τ的表達式所示，該延遲正比于電壓Vr而反比于電流I。因此可用值Vr和I中的每一個來調整延遲。因為值Vr允許成正比的調整，所以最好使用值Vr。延遲還依賴于值C，但該值的調整較復雜。
圖6的右側部分表示限幅操作狀態(tài)。電流I減小到的值使得電壓Vc從值-2Vr增大到值2Vr占用了信號Vin的上升沿和緊接的下降沿之間的整個時間間隔。這相應于最大延遲設定。當然，在這一例子中，如果充放電電流進一步減小，則電壓Vc在其再次開始減小之前將達不到值2Vr，于是失去了所希望的對稱性。換句話說，值4Vr·C/I應當小于使輸入信號Vin的兩個相繼的邊沿分開的最小時間間隔。
由圖6的右側部分可看出可獲得的最大延遲是該最小時間間隔的一半。為了獲得更大的延遲，比較器60可以具有其高閾值略低于閾值2Vr而其低閾值略高于閾值-2Vr的滯后周期。最大延遲于是達到值4Vr·C/I。滯后周期應當是對稱的，以便獲得輸入信號被延遲了的精確再現(xiàn)。如果還需要更大的延遲，可級聯(lián)若干個延遲電路。
已有的解決方案和本發(fā)明的新的解決方案之間的主要差別是實現(xiàn)電子系統(tǒng)的方式。關鍵之處在于利用限幅器和延遲線單獨處理來自傳感器A、B、C、D的所有四個信號。用兩個加法器來為一個鑒相器產生兩個輸入信號。這些傳感器的信號被直接限幅。這樣做的緣故是因為相關信息是用該信號的相位而不是用其幅度來表示。準線性延遲線位于限幅器之后。這樣的做法對于模擬延遲線將是不可能的。對于模擬延遲線，群延遲是關鍵參數(shù)。如果信號頻帶的群延遲發(fā)生變化，則這些信號的過零點就受到影響，造成跟蹤的偏差。對于準線性延遲線，幅值乃至群延遲不起任何作用。改變光盤的轉速需要改變模擬延遲線的帶寬。這意味著平移至群延遲是穩(wěn)定的一擴展范圍。對于高速光記錄介質，這樣做需要非常大的帶寬。利用準線性延遲線，通過改變基準電壓的偏置電流就能夠容易地改變速度。用延遲線來糾正光盤和電系統(tǒng)的誤差。就在鑒相器之前求和信號A、C及B、D。只需一個鑒相器來確定傳感器的信號A+C和B+D之間的相位差。
權利要求
1.光盤的跟蹤系統(tǒng)，包括接收被光盤反射的光束的傳感器(A、B、C、D)；每個傳感器信號一個處理通道，包括根據(jù)傳感器信號產生二進制信號的裝置(20、21)和對該二進制信號進行操作的可調邊沿延遲電路(23、23′)；以及比較邊沿延遲電路的輸出信號的鑒相器(29)。
2.光盤的跟蹤系統(tǒng)，包括接收被光盤反射的光束的四個傳感器(A、B、C、D)的矩陣(14)；每個傳感器信號一個處理通道，包括根據(jù)傳感器信號產生二進制信號的裝置(20、21)和對該二進制信號進行操作的可調邊沿延遲電路(23、23′)；相應于矩陣的對角傳感器的每對通道一個加法器(25、27)；以及比較這些加法器的輸出的鑒相器(29)。
3.如權利要求1或2所述的跟蹤系統(tǒng)，其特征在于用于產生二進制信號的裝置包括一限幅器(20)，該限幅器的輸出信號輸入給輸出該二進制信號的一數(shù)據(jù)限幅器(21)。
4.如權利要求1至3中任一項所述的跟蹤系統(tǒng)，其特征在于每一個邊沿延遲電路(23)包括在相應的二進制信號變成第一邏輯狀態(tài)時以恒定電流(I)充電電容器(C)的裝置(S1、50-53)；在相應的二進制信號變成第二邏輯狀態(tài)時以所述恒定電流(I)放電該電容器的裝置(S1、50-53)；在該電容器兩端的電壓(Vc)達到高閾值(2Vr)或低閾值(-2Vr)的時刻和隨后的二進制信號狀態(tài)變換之間停止該電容器的充電和放電的裝置(S2、55)；以及在該電容器兩端的電壓超過第一和第二閾值之間的第三閾值(0)時變換輸出信號(Vout)的狀態(tài)的第一比較器(60)。
5.如權利要求4所述的跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述充電、放電和停止裝置包括與第一電源端(GND)連接的第一和第二等值恒流源(52、53)；被二進制信號控制以便把第一電流源(52)有選擇地連接至電容器的第一和第二個端子的第一開關(S1)；在達到高閾值(2Vr)時翻轉至第一狀態(tài)和在達到低閾值(-2Vr)時翻轉至第二狀態(tài)的觸發(fā)器(55)；被該觸發(fā)器控制以便把第二電流源有選擇地連接至電容器的第一或第二個端子的第二開關(S2)；以及電流值等于第一和第二電流源的電流值的第三和第四恒流源(50、51)，各自把第二電源端(Vcc)連接至所述電容器的相應端子。
6.如權利要求5所述的跟蹤系統(tǒng)，其特征在于可調延遲電路(23)包括將觸發(fā)器置位于第一狀態(tài)的第二比較器(57)，它接收電容器第一個端子的電壓和第一基準電壓(Vr)；以及將觸發(fā)器置位于第二狀態(tài)的第三比較器(58)，它接收電容器第二個端子的電壓和所述第一基準電壓(Vr)。
7.如權利要求1至6中任一項所述的跟蹤系統(tǒng)，其特征在于它包括一伺服控制系統(tǒng)(18、13)，當鑒相器(29)指出相位滯后時，該伺服控制系統(tǒng)使光束沿垂直于光盤光道的方向移動，而當該鑒相器指出相位超前時，該伺服控制系統(tǒng)使光束沿相反方向移動。
全文摘要
一種光存儲介質、例如光盤的跟蹤系統(tǒng),包括:接收被光盤反射的光束的四個傳感器(A,B,C,D)的矩陣(14);每個傳感器信號一個處理通道,該處理通道包括根據(jù)傳感器信號產生二進制信號的裝置(20,21)和對該二進制信號進行操作的可調邊沿延遲電路(23,23′);相應于該矩陣的對角傳感器的每對通道一個加法器(25,27);以及比較這些加法器的輸出的鑒相器(29)。
文檔編號G11B7/09GK1207549SQ98116199
公開日1999年2月10日 申請日期1998年7月24日 優(yōu)先權日1997年7月31日
發(fā)明者克拉斯·范扎林格 申請人:湯姆森多媒體公司