CN1299272C - 多模式滤波装置及其滤波方法 - Google Patents

Abstract

一种多模式滤波装置及其滤波方法，主要用以过滤光盘驱动器的位置误差信号；本多模式滤波装置包括：中心滤波器、带通滤波器及切换器；本方法是利用中心滤波器将位置误差信号滤波后输出一窄频信号，利用带通滤波器将位置误差信号滤波后，输出一个宽频信号，依据光盘驱动器所设定的写入模式，即可通过切换器决定将窄频信号输出或是将宽频信号输出。本发明可有效抑制位置误差信号，并且不需由外部频率来动态调整滤波器的中心频率。

Description

多模式滤波装置及其滤波方法

技术领域

本发明有关一种滤波装置，特别是一种用于光盘驱动器的多模式滤波装置及其滤波方法。

背景技术

就目前的存储媒体而言，光盘驱动器的应用已经十分广泛，光盘存储器也早已成为个人电脑的基本配备，近年来更因为CD-R及CD-RW的普及，使得数据备份或音乐片的录制更加容易，着实掀起了一阵考录风潮。一般光盘片的数据储存是以恒定线速度的方式进行，所以截至目前为止，可写入式光盘驱动器，例如只读光盘、可读写光盘、相应的数字光盘DVD-R、DVD-RW、DVD+RW或DVD-RAM等，其写入方式皆为恒定线速度的写入模式，因此，不论光盘驱动器的拾取头位于盘片外圈或内圈，其写入数据的速度均保持固定，当发展至高倍速后，数据的写入速度也将受限于电动机的转速极限，而无法继续提高。因此，人们便将数据写入的方式转向恒定角速度的方式发展，举例来说，16倍速恒定线速度模式写入的机种，其内圈转速为8000rpm，若改为内圈以16倍速恒定角速度的模式写入，则外圈将可达40倍速。

传统技术中，为了标定光盘片内各数据的所在位置，会将轨道划分为许多段落，例如以分(m)、秒(s)、区段的方式来划分，就是一种非常普遍的作法，除此之外，更发展出新的作法，就是在光盘的轨道边缘形成波浪状的轮廓，当光盘转动时，若利用激光照射轨道，其反射光就会随轨道边缘而摆动，形成了所谓的变速(摆动)信号；若利用调频方式将预刻时隙的绝对时间(Absolute Time In Pre-groove，以下简称ATIP)编码在变速信号中，那么，光盘驱动器在接收到激光的反射信号后，即可将变速信号拾取出来，并加以解码，由解得的绝对时间信号即可得知拾取头的所在位置。请参照图1A，其表示传统的可写入式光盘片的结构。光盘片100为可写入式光盘片，例如是CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD-RW、DVD+RW或DVD-RAM等，光盘片100上刻画有轨道130，以储存数据。接着请参照图1B，其表示轨道130被特意制成连续的波浪状轮廓，故利用适当的滤波电路将变速信号拾取出来之后，即可将绝对时间信号解码，以得知拾取头的位置；因此，对于读取头的定位来说，变速信号的拾取就显得相当重要。请参照图1C，其表示光感测器与轨道之间的关系。光感测器包括感测器171、感测器173、感测器175及感测器177，而激光的落点区域150则以虚线来表示，由图可看出，感测器171、173、175、177皆可同时感测到激光信号。在恒定线速度的模式下，变速信号的频率为22.05KHz±1KHz，其中心频率固定在22.05KHz，由于ATIP被编码在变速信号中，因此仅需将变速信号解码即可得知ATIP，最常见的作法，是利用主波束推挽信号拾取出变速信号。举例来说，假设感测器171所测得的数值为A，感测器173所测得的数值为B，感测器175所测得的数值为C，感测器177所测得的数值为D，则主波束推挽信号可记为(A+D)-(B+C)，将主波束推挽信号以中心频率为22.05KHz的中心滤波器滤波，即可得到一个窄频变速信号，对窄频变速信号解码后即可得知ATIP。接着请参照图2，其表示恒定线速度模式下的变速信号拾取装置。简单地说，提取变速信号255的方法就是利用中心滤波器270将主滤波推挽信号250滤波后输出即可，在一倍速时，由于中心滤波器270的中心频率为22.05KHz，故自中心滤波器270输出的窄频变速信号255的频率亦为22.05KHz。

需要注意的是，当光盘驱动器的读写速度为一倍速时，由于在恒定线速度模式下变速信号的频率固定在22.05KHz±1KHz，所以采用固定中心频率的滤波器即可将变速信号取出；但在恒定角速度模式时，由于盘片内圈的线速度较低，而外圈的线速度较高，而且变速信号会随线速度增加而变快，故从盘片内圈到外圈，变速信号的频率可由22.05KHz增加至22.05×2.5KHz，因此，在恒定角速度模式下无法采用固定中心频率的滤波器，必须另外设计；也就是说，因为在恒定角速度模式下拾取头所接收到的变速信号会因为拾取头所在的径向位置不同而具有不同的频率，所以就有人提出依据变速信号频率的不同而动态调整滤波器的中心频率的方法，以过滤出各种频率的变速信号，但由于这种想法必须先确定变速信号的频率，才能据以调整滤波器，因此，遭到相当大的困难。众所周知，拾取头在搜寻数据时，其移动的速度相当高，因此，要想时时掌握变速信号当时的频率，却尚无具体可行的作法，换句话说，动态调整滤波器中心频率的想法至今尚无法实现，也成为发展恒定角速度技术的主要瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可提高光盘存取速度的多模式滤波装置及其滤波方法，可同时支援光盘驱动器以恒定线速度模式或恒定角速度模式写入数据。

根据本发明的目的，提出一种多模式滤波装置及其方法，简述如下：

本发明的多模式滤波装置包括中心滤波器、带通滤波器及切换器；中心滤波器的中心频率固定，适用以恒定线速度模式提取变速信号，而带通滤波器可利用高通滤波器与低通滤波器串接而成，其操作频域宽广，适用以恒定角速度模式拾取变速信号。由中心滤波器的作用，可将位置误差信号滤波后输出一个窄频的变速信号，而由带通滤波器将位置误差信号滤波后输出一个宽频变速信号，依据光盘驱动器所设定的写入模式，即可决定将窄频变速信号输出或将宽频变速信号输出，通过切换器与两滤波器的耦接，即可轻易地自窄频变速信号与宽频变速信号二者间择一输出。

为达到上述目的，本发明采取如下具体措施：

本发明的多模式滤波装置，用以过滤一位置误差信号，并产生一个具一定频率的输出信号，包括：一个中心滤波器、一个带通滤波器及一个切换器；

中心滤波器及带通滤波器的输入端相连接，作为滤波装置的输入端，中心滤波器及带通滤波器的输出端分别连接切换器的输入端；

中心滤波器用以过滤位置误差信号，并产生一个窄频信号；

带通滤波器用以过滤位置误差信号，并产生一个宽频信号；

切换器自中心滤波器与带通滤波器间择一耦接。

其中，所述带通滤波器包括：相串接的一个高通滤波器及一个低通滤波器；

高通滤波器用以过滤所述位置误差信号；

低通滤波器用以接收并过滤高通滤波器输出的信号。

其中，所述高通滤波器的截止频率为22.05KHz的整数倍。

其中，所述低通滤波器的截止频率为55KHz的整数倍。

其中，所述滤波装置输出信号的中心频率为22.05KHz的整数倍。

本发明的多模式滤波装置的滤波方法，用以处理一光盘驱动器的位置误差信号，包括以下步骤：

输入位置误差信号至多模式滤波装置；

根据光盘驱动器数据写入模式来设定多模式滤波装置的操作频域；

过滤所述位置误差信号，并产生一个具一定频率的输出信号。

附图说明

结合附图及实施例对本发明的结构特征及其方法特征详细说明如下：

附图简单说明：

图1A：现有可写入式光盘片的示意图；

图1B：图1A中轨道的详细结构示意图；

图1C：光接收器与轨道之间的关系示意图；

图2：恒定线速度模式下变速信号拾取装置的示意图；

图3：本发明的多模式滤波装置实施例的电路框图；

图4：图3中带通滤波器的电路框图；

图5：光盘驱动器中伺服误差信号群、带通滤波器频宽及射频信号群等信号在频域中的分布情形。

具体实施方式

本发明是在恒定角速度模式下，以频带较为宽广的带通滤波器来拾取变速信号，而此带通滤波器的频宽可涵盖变速信号的频率变化范围，因此，无论位于光盘内圈或外圈的变速信号，其频率都将落在带通滤波器的频宽之内，不论变速信号的频率如何变化都可有效地将它提取出来。

请参照图3，其表示本发明多模式滤波装置的一实施例的电路框图。多模式滤波装置300包括中心滤波器270、带通滤波器370及切换器390，各元件间的耦接关系如图所示，在一倍速时，中心滤波器270的中心频率为22.05KHz，用以过滤恒定线速度模式下的主光束推挽信号250后，输出窄频变速信号255；而带通滤波器370的操作频率为22.05KHz～55KHz，用以过滤恒定角速度模式下的主光束推挽信号250后，输出宽频的变速信号355。若光盘驱动器采用恒定线速度模式操作，即可利用切换器390与中心滤波器270的耦接，将窄频的变速信号255输出；若光盘驱动器采用恒定角速度模式操作，即可利用切换器390与带通滤波器370的耦接，将宽频的变速信号355输出。也就是说，光盘驱动器可依据数据的写入模式来设定多模式滤波装置300的操作频域，以提高数据的读写速度。

如图4所示，其表示带通滤波器370的电路框图。带通滤波器370可由高通滤波器410及低通滤波器430串连而成，高通滤波器410可将主光束推挽信号250的低频成分滤除后，形成过渡信号450，并馈入低通滤波器430，此时，低通滤波器430仅需将过渡信号450的高频成分滤除，即可将宽频的变速信号355输出。

如图5所示，其表示光盘驱动器中伺服误差信号群、带通滤波器频宽及射频(RF)信号群等信号在频域的分布情形。所谓的伺服误差信号群510是光盘驱动器用来补偿盘片旋转所造成的轴向与径向偏摆量，而产生的误差信号群，由于盘片旋转的偏摆量属物理现象，因此，伺服误差信号群510的频率范围偏低，约在3KHz以下，且不随恒定线速度倍速值的增加而增加。另一方面，由带通滤波器的频率响应530可知，带通滤波器370的低角频率fL可记为M×22.05KHz，而高角频率fH则可记为M×55KHz，其中M为光盘驱动器的恒定角速度的公称倍速值(1倍速恒定角速度内圈为1倍速恒定线速度，外圈约2.5倍速恒定线速度)，因此，无论光盘驱动器是以几倍速来写入数据，仅需依据其倍速值对应调整带通滤波器370的频宽，即可提取出所需的变速信号。盘片上所记录的数据，即所谓的射频(RF)信号，被纪录在轨道之中，依据数据的不同，轨道内也会形成许多长度不等的凹槽(pit)与平面(land)，激光照射轨道时，凹槽区的反射率会与平面区不同，因此，当盘片旋转后，依据反射光的变化即可得知数据的变化情形，针对反射光信号加以转换，即可得到射频信号群570。由于射频信号群570的频率与盘片的转速有关，因此，若光盘驱动器的倍速值不同，则射频信号群570的频率范围也会有所变化，就目前而言，射频信号群570的频率介于N×196KHz至N×720KHz之间，其中N为光盘驱动器恒定线速度的倍速值。

由图5可清楚看出，带通滤波器的操作频宽530介于M×22.05KHz与M×55KHz之间，相较之下，伺服误差信号群510的频率范围则相对偏低(3KHz以下)，因此，伺服误差信号群510对带通滤波器370提取变速信号的影响相当有限，以2阶的带通滤波器为例，对伺服误差信号群的杂讯抑制力为-40dB×log(22.05/3)＝-34dB，尤其是当倍速值增加后，带通滤波器370的操作频率530会呈倍数提高，但伺服误差信号群510的频率范围却不会改变，将使得杂讯抑制力更高，故高倍速时伺服误差对信号的影响将可完全忽略。再者，射频信号的最低频率fRFL可至N×196KHz而带通滤波器370的高角频率fH为M×55KHz，两频率的差距高达3.56倍，亦可推导出带通滤波器370对射频信号群570的杂讯抑制力为-40dB×log(196/55)＝-22dB，因此，射频信号群570将不会干扰到变速信号的提取工作；且当恒定线速度的倍速值升高时，两频率是同步地倍数上升，故带通滤波器370可保有相同的杂讯抑制力，不会因倍速值不同而影响其功能。

与现有技术相比，本发明具有如下效果：

本发明上述实施例所公开的多模式滤波装置及其方法，可有效抑制变速信号以外的信号，并且不需由外部频率来动态调整滤波器的中心频率，本发明兼具功能性、简易性及高度的可实施性，能符合新一代的光盘驱动器的需求。

上述内容是利用实施例说明本发明的技术特征，并非用于限制本发明的保护范围，即使有人在本发明构思的基础上稍作变动，仍应属于本发明的保护范围内。

Claims (14)

1、一种用于光盘驱动器的多模式滤波装置，用以过滤一位置误差信号，并产生具一定频率的输出信号，包括：一个中心滤波器；其特征在于，还包括：一个带通滤波器及一个切换器；

中心滤波器及带通滤波器的输入端相连接，作为滤波装置的输入端，中心滤波器及带通滤波器的输出端分别连接切换器的输入端；

中心滤波器用以过滤该位置误差信号，并产生一个窄频信号；

带通滤波器用以过滤该位置误差信号，并产生一个宽频信号；

切换器自中心滤波器与带通滤波器间择一耦接，若光盘驱动器采用恒定线速度模式操作，切换器与中心滤波器耦接，将窄频信号输出；若光盘驱动器采用恒定角速度模式操作，切换器与带通滤波器耦接，将宽频信号输出。

2.根据权利要求1所述的多模式滤波装置，其特征在于，所述带通滤波器包括：相串接的一个高通滤波器及一个低通滤波器；

高通滤波器用以过滤所述位置误差信号；

低通滤波器用以接收并过滤高通滤波器输出的信号。

3.根据权利要求2所述的多模式滤波装置，其特征在于，所述高通滤波器的截止频率为22.05KHz的整数倍。

4.根据权利要求2所述的多模式滤波装置，其特征在于，所述低通滤波器的截止频率为55KHz的整数倍。

5.根据权利要求1所述的多模式滤波装置，其特征在于，所述输出信号的中心频率为22.05KHz的整数倍。

6.一种具有如权利要求1-5中任何一个所述的多模式滤波装置的光盘驱动器。

7.根据权利要求6所述的光盘驱动器，其特征在于，所述光盘驱动器是一个可写入式光盘驱动器。

8.根据权利要求7所述的光盘驱动器，其特征在于，所述可写入式光盘驱动器包括：CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD-RW、DVD+RW、DVD+RAM。

9.一种多模式滤波装置的滤波方法，用以处理一光盘驱动器的位置误差信号，其中该多模式滤波装置包括一个中心滤波器、一个带通滤波器及一个切换器，该中心滤波器及该带通滤波器的输入端相连接，作为该多模式滤波装置的输入端，该中心滤波器及该带通滤波器的输出端分别连接该切换器的输入端，该滤波方法包括以下步骤：

输入位置误差信号至该中心滤波器及该带通滤波器；

根据光盘驱动器数据写入模式，通过该切换器，在恒定角速度写入模式下选择带通滤波器的宽频信号作为输出信号，在恒定线速度模式下选择中心滤波器的窄频信号作为输出信号；

过滤该位置误差信号，并产生一输出信号。

10.根据权利要求9所述的滤波方法，其特征在于，所述带通滤波器包括：相串接的一个高通滤波器及一个低通滤波器；

高通滤波器用以过滤所述位置误差信号；

低通滤波器用以接收并过滤高通滤波器输出的信号。

11.根据权利要求10所述的滤波方法，其特征在于，所述中心滤波器的中心频率为22.05KHz，所述高通滤波器的截止频率为22.05KHz的整数倍及所述低通滤波器的截止频率为55KHz的整数倍。

12.根据权利要求9所述的滤波方法，其特征在于，所述输出信号的中心频率为22.05KHz的整数倍。

13.根据权利要求9所述的滤波方法，其特征在于，所述光盘驱动器是一个可写入式光盘驱动器。

14.根据权利要求13所述的滤波方法，其特征在于，所述可写入式光盘驱动器包括：CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM。

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