JPH05258492A

JPH05258492A - サーボ用デジタル補償回路

Info

Publication number: JPH05258492A
Application number: JP35917892A
Authority: JP
Inventors: Koji Tanaka; 耕治田中; Masaharu Arakage; 雅治荒蔭; Seiichi Takado; 清一高堂
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1991-12-27
Filing date: 1992-12-25
Publication date: 1993-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】サーボ用補償演算をタイムシェア処理して回
路規模を小さくし、かつ、利得，位相とも良好で、光デ
ィスクのヘッド駆動装置に使用して好適なサーボ用デジ
タル補償回路を提供する。【構成】複数（フォーカスとトラッキング）のサーボ
用補償演算をタイムシェア処理して、周波数特性の補正
動作を行う。タイムシェア処理の前段を状態変数演算と
し、後段をオブザーバ演算とする。さらに、各演算の出
力項の計算（出力演算項群ＩとIII ）を先に実行して直
ちにその結果ｆｄ(n) ，ｔｄ(n) を出力し、その後に、
次サイクル用プリ処理の計算（出力演算項群IIとIV）を
実行するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ディスクのヘッド駆動
装置（サーボ回路）に使用して好適なサーボ用デジタル
補償回路に係り、特にフォーカスサーボ用補償演算とト
ラッキングサーボ用補償演算とをタイムシェア処理する
サーボ用デジタル補償回路の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ディスク装置などが情報装置と
して広く利用されている。この光ディスク装置には、フ
ォーカスサーボ及びトラッキングサーボ動作を行うサー
ボ回路が組み込まれている。このサーボ回路は、情報の
記録・再生を行うヘッドの位置制御を行うものである。
図７は、周波数特性の補正動作を行うサーボ用デジタル
補償回路（デジタル補償回路）が組み込まれた光ディス
ク装置のサーボ回路の一例を示すブロック図である。

【０００３】同図に示すように、光ディスク装置のサー
ボ回路１０は、入力端子１１，減算器１２，誤差信号検
出回路１３，アナログ・デジタル変換器（ＡＤ変換器）
１４ａ，デジタル補償回路１７，デジタル・アナログ変
換器（ＤＡ変換器）１４ｂ，駆動回路１５，アクチュエ
ータ１６などから構成されている。このサーボ回路１０
の動作を説明すると以下のとおりである。減算器１２
は、入力端子１１から入力されたディスク変動量Ｘから
光学系追従量Ｙを減算して、変動量（例えば、ディスク
・レンズ間変動量）ΔＸを出力する。誤差信号検出回路
１３には前記変動量ΔＸが供給され、増幅されて誤差信
号が出力される。ＡＤ変換器１４ａは誤差信号をＡＤ変
換して出力する。

【０００４】デジタル補償回路１７にはデジタル変換さ
れた誤差信号が供給され、所定の位相補償動作を行い位
相補償信号が出力される。位相補償信号は、ＤＡ変換器
１４ｂでアナログ変換される。駆動回路１５は、アナロ
グ変換された位相補償信号に基づき駆動信号を出力す
る。アクチューエータ１６は、この駆動信号に基づき、
例えば光ビームを光ディスク上においてジャストフォー
カス状態で収束させるように、対物レンズを含む光学系
を駆動し、光学系追従量Ｙを出力する。

【０００５】このように、光ディスクのヘッド駆動装置
（のサーボ回路）では、光ディスクからの誤差信号をＡ
Ｄ変換でデジタル信号化し、その信号をデジタル信号処
理（補償処理）し、その信号（必要に応じてＤＡ変換さ
れた信号）から駆動信号を生成してアクチェエータに引
加し、追従制御（サーボ）を行っている。

【０００６】一方、光ディスク装置においては、アクチ
ュエータのサーボとして、図４（Ａ）に示すように、フ
ォーカスサーボ，トラッキングサーボなどの複数系統の
信号演算処理が必要である。同図において、前記図７に
示したデジタル補償回路１７は、具体的に、ＡＬＵ（演
算論理器）２０，乗算器２１，係数レジスタ２２，デー
タＲＡＭ２３，シフタ２４などからなるＤＳＰ（デジタ
ルシグナルプロセッサ）により、ＩＩＲデジタルフィル
タ（巡回形フィルタ）などとして構成される。なお、同
図中、フォーカスブロックＦＢ，トラッキングブロック
ＴＢ内に、前記図７に示したサーボ回路１０の、入力端
子１１，減算器１２，誤差信号検出回路１３，アナログ
・デジタル変換器（ＡＤ変換器）１４ａ，デジタル・ア
ナログ変換器（ＤＡ変換器）１４ｂ，駆動回路１５，ア
クチュエータ１６などが組み込まれている。

【０００７】そして、乗算器２１のゲート規模が大きく
なりやすいので、デジタル補償回路１７は図４（Ｂ）に
示すように、フォーカス補償演算とトラッキング補償演
算とを１つのＤＳＰを共用して実行し、タイムシェアで
演算させることが多い。１サーボサンプリング周期中の
前段で、フォーカスエラー信号ｆｅ(n) をもとにしてフ
ォーカス補償演算がされて、フォーカス制御信号ｆｄ
(n) が出力される。１サンプリング周期中の後段で、ト
ラッキングエラー信号ｔｅ(n) をもとにしてトラッキン
グ補償演算がされてトラッキング制御信号ｔｄ(n) が出
力される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなデ
ジタル補償回路１７では有限の演算時間が必要であるの
で（すなわち、演算時間を０とはできないので）、タイ
ムシェアの後段で演算結果の出力がサーボサンプリング
の時から大幅に遅れ、補償系の高域特性が劣化してしま
う。例えば、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、８４
KHz サンプルのデジタル演算伝達系では、高域特性が劣
化し（この場合は、９０度の位相遅れが生じる）、この
劣化は演算必要時間と共に増大する。このため、後段出
力の演算はこの遅れ分を見込んで高域のゲインをかなり
大きく取り位相特性の劣化を避けることになる。

【０００９】ところが、デジタル演算で特定の帯域のゲ
インを大きくとると、相対的に他の帯域の有効データの
語長（ビット数）が少くなり、量子化誤差の増大による
ＳＮ比の劣化などが避けられず、充分なサーボ性能が得
られなくなる。さらに、これを解決するために、演算回
路の内部の演算語長を大きくすると、乗算器などの構成
要素の語長も相応に大きくしなければならず、フォーカ
ス補償演算とトラッキング補償演算とで１つのＤＳＰを
共用して回路規模を小さくするという初期の目的が達成
できなくなる。

【００１０】さらに、ＩＩＲ型ディジタルフィルタで前
記デジタル補償回路１７を構成すると、乗算係数，入力
信号によって、乗算の演算誤差，加算器のオーバフロ
ー，入力信号の量子化誤差等の誤差が累積して、雑音の
発生，発振現象の発生が生じる。この結果、高精度なサ
ーボ性能が得られなく、前段のアナログ信号処理が複雑
になるといった問題もあった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、複数のサーボ用補償演算をタイムシェア処
理して、周波数特性の補正動作を行うサーボ用デジタル
補償回路であって、各補償演算の出力項の計算のみをタ
イムシェア処理して直ちにその結果を出力し、その後
に、出力項の計算以外の演算（例えば、次サイクル用プ
リ処理の計算）をタイムシェア処理するようにしたこと
を特徴とするサーボ用デジタル補償回路を提供するもの
である。

【００１２】さらに、複数のサーボ用補償演算をタイム
シェア処理して、周波数特性の補正動作を行うサーボ用
デジタル補償回路であって、タイムシェア処理の少なく
とも前段を状態変数演算とし、タイムシェア処理の少な
くとも後段をオブザーバ演算としたことを特徴とするサ
ーボ用デジタル補償回路を提供するものである。

【００１３】上記のように構成されたサーボ用デジタル
補償回路によれば、各演算の出力項の計算のみを実行し
て直ちにその結果が出力されるので、演算による時間遅
れが最少に抑えられ、出力後に、出力項の計算以外の演
算（例えば、次のサンプルサイクルのためのプリ処理の
計算）がなされる。

【００１４】また、上記のように構成されたサーボ用デ
ジタル補償回路によれば、前段は演算遅れによる位相特
性の劣化が無視できる範囲内で簡易な構成とし、一方、
後段は演算時間による制御遅れの状態を正確に計算し
て、位相特性の劣化につながらないように構成でき、タ
イムシェアの前段・後段とも良好なサーボ特性が得られ
る。

【００１５】

【実施例】本発明になるサーボ用デジタル補償回路の一
実施例を以下図面と共に詳細に説明する。図１（Ａ）は
デジタル補償回路の構成図、同図（Ｂ）は同タイミング
チャートである。デジタル補償回路は、すでに図７で説
明した例えば光学ディスクのサーボ回路の補償回路とし
て使用されるものである。サーボ用デジタル補償回路
（以下、デジタル補償回路と称する）１は、ＡＬＵ（演
算論理器）２，乗算器３，係数レジスタ４，データＲＡ
Ｍ５，シフタ６などからなるＤＳＰ（デジタルシグナル
プロセッサ）で構成され、フォーカスサーボ用補償演算
及びトラッキングサーボ用補償演算を実行するものであ
る。

【００１６】デジタル補償回路１では、サーボサンプル
周期の期間内に、フォーカスサーボ用補償演算と、トラ
ッキングサーボ用補償演算とをタイムシェアで演算する
ように構成されている。そして、タイムシェアの前段の
演算（例えば、一方のフォーカスサーボ用補償演算）は
状態変数演算とし、タイムシェアの後段の演算（例え
ば、他方のトラッキングサーボ用補償演算）はオブザー
バ演算として構成されている［後述する図１（Ｂ）参
照］。

【００１７】そして、前段の状態変数演算は、例えば図
２に示すような状態変数型デジタルフィルタとして構成
され、その演算式は次に示す（式１）のようなものであ
る。

【００１８】

【数１】

【００１９】状態変数型デジタルフィルタは、係数乗算
器，加算器，単位遅延素子などが図示のように接続され
た周知のデジタルフィルタであり、ＤＳＰなどによりソ
フトウエア的に構成される。状態変数型デジタルフィル
タは所望の伝達特性を等価変換・スケーリングなどによ
り容易に実現できるものである。このように、タイムシ
ェアの少なくとも前段の演算は、演算遅れによる位相特
性の劣化が無視できる範囲内となるべく、状態変数型デ
ジタルフィルタとして簡易に構成されている。

【００２０】さらに、前記した（式１）に示す状態変数
演算は、出力項の計算のための出力演算項群Ｉと、次の
サイクルのための０次ホールド項のプリ計算、すなわち
出力項の計算以外のための演算群IIとからなる。後述す
るように、出力演算項群Ｉがまず演算され、フォーカス
サーボ用の信号が直ちに出力される。

【００２１】また、後段のオブザーバ演算は、例えば図
３に示すようなオブザーバ型補償器として構成され、そ
の演算式は次に示す（式２）のようなものである。

【００２２】

【数２】

【００２３】オブザーバ型補償器は、目標の制御位置に
対して、位置誤差・速度といった状態から状態方程式を
得て、各状態をフィードバックして目的の位置に追従さ
せるものであり、前記ＤＳＰによりソフトウエア的に構
成される。前記（式２）の、Ｘo1(n),Ｘo2(n) の計算式
中、Ｑ₁₁＊Ｙ(n) ＋Ｑ₁₂＊Ｙ(n-1) ，Ｑ₂₁＊Ｙ(n) ＋Ｑ
₂₂＊Ｙ(n-1) の項は、制御出力状態の項であり、誤差信
号（エラー信号）ｕ(n) の入力から補償信号（制御信
号）Ｙ´(n) を出力するまでの有限の演算時間やそれ以
前の制御信号Ｙ(n-1) が出力されているという実際の状
態を表している。オブザーバ型補償器によれば、演算時
間による制御遅れも考慮して広帯域なサーボを実現でき
ることになる。このように、タイムシェアの後段の演算
は、演算時間による制御遅れの状態を正確に計算して、
位相特性の劣化につながらないように、オブザーバ型補
償器として構成されている。

【００２４】前記した（式２）に示すオブザーバ演算
も、出力項の計算のための出力演算項群III と次のサイ
クルのための０次ホールド項のプリ計算、すなわち出力
項の計算以外のための演算群IVとからなる。後述するよ
うに、出力演算項群III がまず演算され、トラッキング
サーボ用の信号が直ちに出力される。

【００２５】次に、上記のように構成されたデジタル補
償回路１の動作及び特性を説明する。図１（Ａ）及び
（Ｂ）に示すように、フォーカスブロックＦＢ，トラッ
キングブロックＴＢ内で、所定のサーボサンプリング周
期で検出されたフォーカスエラー信号ｆｅ(n) とトラッ
キングエラー信号ｔｅ(n) とは、デジタル補償回路１に
入力されて、フォーカスサーボ用補償演算及びトラッキ
ングサーボ用補償演算が実行される。

【００２６】サーボ用補償演算は、１サンプリング周期
内で、次のような順序で、タイムシェア処理される。前段である状態変数演算（フォーカスサーボ用補償演
算）中の出力項（フォーカス制御信号）の計算のための
出力演算項群Ｉの実行 →演算されたフォーカス制御信号ｆｄ(n) の出力 →後段であるオブザーバ演算（トラッキングサーボ用
補償演算）中の出力項の計算のための出力演算項群III
の実行 →演算されたトラッキング制御信号ｔｄ(n) の出力 →状態変数演算における次のサイクルのための０次ホ
ールド項のプリ計算、すなわち出力項の計算以外のため
の演算群IIの実行 →オブザーバ演算における次のサイクルのための０次
ホールド項のプリ計算、すなわち出力項の計算以外のた
めの演算群IVの実行 …の順序で繰り返し実行される。

【００２７】上述したように、デジタル補償回路１は、
各演算の出力項の計算のみを実行して直ちにその結果を
出力し、その後に次のサンプルサイクルのためプリ処理
計算をするように構成したので、演算結果の出力がサー
ボサンプリングの時から大幅に遅れて補償特性が劣化す
ることがない。さらに、デジタル補償回路１は、タイム
シェア処理の前段の演算（サーボサンプリング直後の演
算）を状態変数演算とし、後段の演算（サーボサンプリ
ングからは前段の演算時間経過した時の演算）をオブザ
ーバ演算として構成したので、前段の演算遅れは位相特
性の劣化が無視できる程度で安定なサーボ特性が得ら
れ、後段は演算時間による制御遅れの状態を正確に計算
でき、位相特性の劣化につながらずこれも良好なサーボ
特性が得られる。また、デジタル補償回路１は、従来の
ようなＩＩＲ型ディジタルフィルタではないので、乗算
の演算誤差，加算器のオーバフロー，入力信号の量子化
誤差等の誤差が累積して、雑音の発生，発振現象の発生
が生じることもない。

【００２８】図６（Ａ）及び（Ｂ）は、デジタル補償回
路１の特性を示すものである。同図に示すように、高域
特性が劣化することもなく、利得，位相とも従来（図５
に示したもの）と比較して良好な特性が得られた。この
ように、デジタル補償回路１によれば、従来のように高
域のゲインを大幅に上げることなく位相特性が改善で
き、内部演算の語長を非常に大きく取る必要もない。こ
のように、デジタル補償回路１によれば、タイムシェア
処理により回路の規模を大きさを抑えても、補償特性に
劣化が生じることがない。

【００２９】なお、本実施例では、フォーカスサーボ用
補償とトラッキングサーボ用補償との２つのサーボ信号
をタイムシェア処理したが、これにチルトサーボ用補償
を加えて、３つのサーボ信号（複数のサーボ信号）をタ
イムシェア処理をするようにしても良い。この場合で
は、フォーカスサーボ用補償演算，トラッキングサーボ
用補償演算，チルトサーボ用補償演算の順で，タイムシ
ェア処理すると良い。

【００３０】また、図１（Ａ）に示したように、デジタ
ル補償回路１のシフタ６をＡＬＵ（演算論理器）２の入
出力と並行に、すなわち、ＡＬＵ（演算論理器）２の出
力と入力との間に配設し、演算結果の出力時のように、
出力値のゲインを調整する時のみシフタ６を使用するよ
う構成しておくと良い。このようにシフタ６を構成する
ことにより、結果の最終出力の有無に応じてシフタを選
択的に通過させることができる。つまり、前記の動作
であるフォーカス制御信号の出力時と前記の動作であ
るトラッキング制御信号の出力時のみ、ＡＬＵ（演算論
理器）２の出力をシフタ６を介して所望のシフトをして
帰還させ、最終出力するようにする。すると、演算の途
中ではシフタ６を通過することなく、データバスＤＢを
介してデータが移動するので、シフト値の書替えによる
ロス，オーバーフロー発振，演算有効桁落ちによる歪み
の発生などが生じることがない。

【００３１】さらに、デジタル補償回路１を構成するＤ
ＳＰのメモリアドレッシグを、セグメント方式として、
セグメント部は演算サイクルに応じて指定して、メモリ
データのムーブ動作をすることなく、時系列のデータの
リロケーションを１ステップで実行できるようにしてお
くと良い。

【００３２】

【発明の効果】本発明になるサーボ用デジタル補償回路
は、複数のサーボ用補償演算をタイムシェア処理して、
周波数特性の補正動作を行うサーボ用デジタル補償回路
であって、各補償演算の出力項の計算のみをタイムシェ
ア処理して直ちにその結果を出力し、その後に、出力項
の計算以外の演算（例えば、次サイクル用プリ処理の計
算）をタイムシェア処理するようにしたものであるか
ら、演算結果の出力がサンプリングの時から大幅に遅れ
て、補償特性が劣化することがない。さらに、本発明に
なるサーボ用デジタル補償回路は、複数のサーボ用補償
演算をタイムシェア処理して、周波数特性の補正動作を
行うサーボ用デジタル補償回路であって、タイムシェア
処理の少なくとも前段を状態変数演算とし、タイムシェ
ア処理の少なくとも後段をオブザーバ演算としたもので
あるから、前段の演算遅れは位相特性の劣化が無視でき
る程度で安定なサーボ特性が得られ、後段は演算時間に
よる制御遅れの状態を正確に計算でき、位相特性の劣化
につながらず、利得，位相とも従来と比較して良好な特
性が得られる。

【００３３】したがって、例えば、フォーカスサーボ用
補償とトラッキングサーボ用補償とをタイムシェア処理
により共用して、回路規模を小さくでき、かつ、利得，
位相とも良好な特性を有するサーボ用デジタル補償回路
が提供され、光デイスクなどのヘッド駆動装置（サーボ
回路）に使用して装置を小型で、低価格なものとするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明になるデジタル補償回路の一実
施例を示す構成図で、（Ｂ）は同タイミングチャートで
ある。

【図２】デジタル補償回路の状態変数型デジタルフィル
タの構成を示す図である。

【図３】デジタル補償回路のオブザーバ型補償器の構成
を示す図である。

【図４】（Ａ）は従来のデジタル補償回路の構成図で、
（Ｂ）は同タイミングチャートである。

【図５】従来のデジタル補償回路の特性を示すものであ
る。

【図６】本発明になるデジタル補償回路の特性を示すも
のである。

【図７】サーボ用デジタル補償回路（デジタル補償回
路）が組み込まれた光ディスク装置のサーボ回路の一例
を示すブロック図である。

【符号の説明】

１デジタル補償回路、２ＡＬＵ（演算論理器）、３乗算器、４係数レジスタ、５データＲＡＭ、６シフタ、ＤＢデータバス、ＩＰ入力ポート、ＯＰ出力ポート、Ｉ前段である状態変数演算（フォーカスサーボ用補償
演算）中の出力項（フォーカス制御信号）の計算のため
の出力演算項群、 II 状態変数演算における次のサイクルのための０次ホ
ールド項のプリ計算、すなわち出力項の計算以外のため
の演算群、 III 後段であるオブザーバ演算（トラッキングサーボ用
補償演算）中の出力項の計算のための出力演算項群、 IV オブザーバ演算における次のサイクルのための０次
ホールド項のプリ計算、すなわち出力項の計算以外のた
めの演算群。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のサーボ用補償演算をタイムシェア処
理して、周波数特性の補正動作を行うサーボ用デジタル
補償回路であって、各補償演算の出力項の計算のみをタイムシェア処理して
直ちにその結果を出力し、その後に、出力項の計算以外
の演算をタイムシェア処理するようにしたことを特徴と
するサーボ用デジタル補償回路。
【請求項２】複数のサーボ用補償演算をタイムシェア処
理して、周波数特性の補正動作を行うサーボ用デジタル
補償回路であって、各補償演算の出力項の計算のみをタイムシェア処理して
直ちにその結果を出力し、その後に、次サイクル用プリ
処理の計算をタイムシェア処理するようにしたことを特
徴とするサーボ用デジタル補償回路。
【請求項３】複数のサーボ用補償演算をタイムシェア処
理して、周波数特性の補正動作を行うサーボ用デジタル
補償回路であって、タイムシェア処理の少なくとも前段を状態変数演算と
し、タイムシェア処理の少なくとも後段をオブザーバ演
算としたことを特徴とするサーボ用デジタル補償回路。
【請求項４】フォーカスサーボ用補償演算とトラッキン
グサーボ用補償演算とをタイムシェア処理して、周波数
特性の補正動作を行うサーボ用デジタル補償回路であっ
て、タイムシェア処理の前段を状態変数演算とし、タイムシ
ェア処理の後段をオブザーバ演算とすると共に、各演算の出力項の計算のみを実行して直ちにその結果を
出力し、その後に、次サイクル用プリ処理の計算を実行
するようにしたことを特徴とするサーボ用デジタル補償
回路。