专利名称：用于光盘驱动器光拾取单元的去耦技术的制作方法
技术领域：
本公开涉及光盘驱动器和具有光盘驱动器的系统，更具体涉及光 盘驱动器的控制。
背景技术：
光盘驱动器是非常紧凑的存储设备，因为它们成本低廉且光盘存 储的可靠性高。光盘的可靠性高是因为没有与重复使用相关的磨损，
从而提供了一次写、多次读(WORM)的性能。光盘驱动器使用发射 的电磁波，通常以可见光频谱，从而记录和检索信息。光盘驱动器记 录和检测介质表面的光属性中的特定变化。最普遍的光盘形式包括 CD、 CD激光ROM、 CD-R、 CD-RW、 DVD-ROM、 DVD+RW、 DVDRW、 DVD-RAM、以及5又1/4英寸磁光盘。
数据储存在光盘的轨道上。光盘驱动器中的激励器必须获取并保 持聚焦，寻求特定轨道，然后在写入或读取数据时保持轨道中的相对
位置。传感器测量光拾取单元的位置。测量的位置用于校正任何定位
、口 * 妖差。
图1是现有技术，说明了光盘驱动器的一部分100。拖运器102 支持光拾取单元(OPU) 104并且受拖运马达108的控制沿着拖运轨 道106移动。拖运马达108提供拖运器102的粗糙运动。OPU 104支 持磁体110和112，电流承载线114，以及线圈116和118，用于提供 对OPU 104中透镜装置105的运动的精细控制。通过在连接到线圈116 和118的线114上提供电流，产生了磁力，将透镜装置105向几乎正 交方向移动。磁体110和线圈116控制透镜装置105在X方向的运动， 后文称为寻轨(tracking)方向。磁体112和线圈118控制透镜装置105在Z方向的运动，后文称为聚焦方向。注意，拖运器102和OPU 104
包括为了简化说明而未示出的其他设备。
光盘驱动器100的主要控制环路包括粗(低频)寻轨环路，用 来将拖运器102定位在光介质上所需轨道附近；聚焦环路，用于控制 透镜装置105和介质之间的距离；精细(高频)寻轨环路，用于将透
镜装置105锁定在轨道位置上。光盘驱动器100包括多个其他的控制
环路，例如，伺服环路，用来控制轴速。
图2是现有技术，说明了光盘驱动器的多个伺服系统之一的系统 模型200。使用控制律202来产生例如聚焦命令。控制律202可以是 模拟的或者数字的，包括增益因子、数字或模拟滤波函数、非线性和 逻辑算子等。在数字控制的例子中，这些控制信号例如可以使用数模 转换器(DAC)进行转换，以产生适当的信号来通过聚焦激励器206 控制透镜装置105的位置。干扰和噪声212影响传感器110对位置的 测量，并导致不同于实际位置的测量位置。用参考或所需位置214减 去测量位置，并输入到控制律202。控制律202设计来最小化测量位 置与所需位置之差。注意，由于干扰的噪声208和212，所命令的不 是所实际发生的；所实际发生的不是所测量的。
已经根据光盘驱动器的聚焦伺服系统来描述了系统模型200。其 他伺服系统，例如寻轨伺服系统、拖运伺服系统等可以具有相似的系 统模型。
干扰和噪声208、 212来自多种源。干扰和噪声208可以非常显 著，主要由于盘的机械偏转、盘变形、轨道物理间隔的不健全、寻轨 和聚焦激励器的交叉耦合、以及外部运动及光驱动器的抖动。干扰和 噪声212可以由于传感器交叉耦合、A/D转换器噪声、放大器(热噪 声)等。干扰在性质上主要是周期性的或可预测的，具有不相关(噪 声)分量，而噪声通常是随机过程。典型地，在现有技术中，这些干扰可以通过使用高阶数字滤波器 以及更快的釆样率来增加控制系统带宽而得到控制。但是，这会增加 系统的成本，例如，由于以更快速率执行更大数量运算所需的更高性 能的处理器的成本。增加控制系统带宽同样增加了整个系统对光拾取 单元的电机特性小变化(批次(lot-to-lot)的制造公差变化)的灵敏 度。这个对制造变化的灵敏度的增加还增加了光拾取单元的成本，以 保持恒定制造产量(通过使用具有低批次变化的高质量光拾取单元)， 或者减少具有原始较高方差的光拾取单元的完整光盘驱动器的制造产
需要更好执行光盘驱动器控制的系统，其不会增加系统成本或降 低制造产量。
通过参考附图，将更好地理解本公开，其多个目的、特征和优点 对于本领域技术人员将显而易见。
图1是现有技术，说明了光盘驱动器的一部分。
图2是现有技术，说明了用于光盘驱动器的多个伺服系统之一的 系统模型。
图3说明了根据本发明实施例的光拾取单元的系统模型。 图4说明了根据本发明实施例的光拾取单元的控制环路图。
图5说明了根据本发明实施例的光盘驱动去耦的流程图。
不同图中相同参考符号的使用指示相似或相同的项目。
具体实施例方式
提供了一种低成本技术来改进光盘驱动器的性能。使用一种算法 来对电机激励器的操作去耦，由此补偿对激励器控制的不准确性。可以使用类似方法来对位置传感器去耦。现有技术方法将聚焦、寻轨和 拖运控制环路之间的交叉耦合视为噪声，因此增加了系统的带宽，从 而提供补偿。通常，系统必须补偿的噪声越多，系统成本就越高。在 一个实施例中，本公开使用由作为包括OPU的光驱的一部分的处理 器执行的软件算法来对激励器进行去耦，由此提供更好性能的光盘驱 动器。测量了交叉耦合影响，确定了去耦矩阵，并且修改了控制律的 输出，以对激励器(和/或传感器)的操作进行去耦。应该认识到，也 可以使用各种硬件实现，诸如逻辑或状态机，来对激励器去耦。
图3说明了根据本发明实施例的光拾取单元的系统模型300。聚 焦控制律302和寻轨控制律304分别产生聚焦控制和寻轨控制。去耦 器306分别从聚焦和寻轨控制产生修改的聚焦控制和修改的寻轨控 制。修改的聚焦控制输入到聚焦激励器308，修改的寻轨控制输入到 寻轨激励器310。聚焦激励器308和寻轨激励器310根据修改的控制 来移动透镜装置。任何聚焦干扰312添加到寻轨激励器310的输出形 成实际寻轨位置。实际聚焦位置是通过聚焦传感器316感应的，用参 考聚焦位置320减去感应的聚焦位置，给出聚焦律302。寻轨传感器 318感应实际寻轨位置，用参考寻轨位置322减去感应的寻轨位置， 给出寻轨律304。注意，传感器318和316可以接收噪声分量(未示 出)，与图2的模块212相类似，可以适用于这里所述相似的去耦技 术。
去耦器306在来自聚焦控制律302的聚焦控制和来自寻轨控制律 304的寻轨控制上执行矩阵乘法。例如，如果F,表示聚焦控制，1\表 示寻轨控制，且去耦器306包括去耦矩阵Q:<formula>formula see original document page 12</formula>
则修改的聚焦控制等于(乂巧-^7;)，修改的寻轨控制等于 ^巧)。此后，说明夂和厶可以是近似非常准确地为l。此后 还将说明&和/^的确定。配置矩阵Q各项，使得补偿聚焦和寻轨激励 器之间的交叉耦合，从而来自聚焦律302的聚焦控制只会最低限度地影响得到的光拾取单元的实际寻轨位置，来自寻轨律304的寻轨控制 只会最低限度地影响得到的光拾取单元的实际聚焦位置。
为了简化说明，注意，在系统模型300中，只对聚焦和寻轨激励 器干扰建模。寻轨和聚焦传感器之间的交叉耦合、从拖运器干扰到寻 轨激励器的交叉耦合没有说明。这些交叉耦合可以额外地根据本公开 实施例来进行去耦。
聚焦控制律302、寻轨控制律304和去耦器306作为处理器321 一部分来说明，并且可以实现作为软件算法。在另外的实施例中，这 些控制律可以通过其他电路实现，诸如特定应用器件，其包括模拟或 数字逻辑、电机电路、状态机、机械的或其他这样的设备。
图4说明了根据本发明实施例的光盘驱动器的控制环路框图。聚 焦控制律402和寻轨控制律404分别产生聚焦控制(Tz命令)和寻轨 控制(.Tx命令)。聚焦控制通过激励器去耦器406进行修改，产生修 改后的聚焦控制，具有聚焦分量(Tz)和寻轨去耦分量(tx)。寻轨 控制通过激励器去耦器406进行修改，产生修改后的寻轨控制，具有 寻轨分量(Tx)和聚焦去耦分量(tz)。寻轨去耦分量tx和聚焦去耦 分量tz补偿了光拾取单元透镜马达408中的交叉耦合效应。在一种类 型的系统分析和建模技术中，光拾取单元透镜马达408可以建模为一 组传输函数。修改后的寻轨控制输入到传输函数G^和Gxz，修改后 的聚焦控制输入到传输函数G^和Gzx。 Gm和Gxz的输出组合提供所 需的单独寻轨操作(力或扭矩)。Gzz和Gzx的输出组合提供所需的 单独聚焦操作(力或扭矩)。因为交叉耦合效应Gzx和Gxz已经通过 去耦器406得到了补偿，光拾取单元透镜马达408为光拾取单元机械 410提供了大致单独的寻轨操作和大致单独的聚焦操作，以产生所需 的实际寻轨和聚焦位置。光拾取单元传感器412感应实际寻轨和聚焦 位置，但是由于光拾取单元传感器412中的交叉耦合，测量的寻轨位 置包括寻轨测量结果(GTT)和聚焦交叉耦合分量(GFT)，测量的聚焦位置包括聚焦测量结果(GFF)和寻轨交叉耦合分量(GTF)。传感
器去耦器414接收测量位置，并对测量位置进行去耦，产生大致单独 的聚焦数据和大致单独的寻轨数据，分别用参考聚焦位置416和参考 寻轨位置418减去这两个数据，用于聚焦控制律402和寻轨控制律 404。注意，删除了干扰和噪声分量，以简化图4。
设计激励器去耦器406，使得通过光拾取单元透镜马达408的 Tz+tx信号具有产生大致单独激励聚焦环路的效应，Tx+tz信号具有产 生大致单独激励寻轨环路的效应。设计传感器去耦器414，使得从聚 焦环路中去除寻轨输入，即去耦，从寻轨环路中去除聚焦输入。
为了便于说明，图4可以看成意味着从去耦操作得到的力是正交 的。但是，力也可以不是正交的。力也可以包括这两者，使得产生的 运动补偿了激励器运动中的正交性的缺乏。
图5说明了根据本公开.配置光盘驱动器的流程图500。在步骤 502，确定系统的控制律变量。例如，可以测量出结果以确定将激励 器在寻轨方向上移动特定量所需的电流量、器件的频率响应、各种非 线性。这些和其他的因素都可以在设置系统控制律的变量(诸如增益 系数)时进行测量和考虑。根据本实施例，控制律需要补偿的干扰和 噪声量降低了，因为激励器之间的交叉耦合被去耦器代替控制律补偿 了。因此，控制律的鲁棒性和实现控制律需要的所需硬件的复杂度降 低了。控制律变量可以储存在驻留在CPU上的存储器中，或者通过其 他方式储存。在步骤504确定系统的交叉耦合特性，即交叉耦合矩阵。 例如，通过提供寻轨命令到寻轨激励器，到聚焦激励器的已知电路(例 如，已知简单调整期)，在聚焦位置上测量结果，来测量出在聚焦位 置上的量化寻轨命令的测量结果。这些和其他交叉耦合效应可以测量 和储存。这些测量结果和存储操作可以在驱动器制造或驱动器操作期 间通过测试项目来进行。在步骤506，确定或修改一个或多个去耦矩 阵。首次使用时，可以生成去耦矩阵。随后使用时，可以根据例如改变的环境、改变的光盘驱动器特性、驱动器的启动、对内部信号的监 控或者其他类似事件而修改去耦矩阵。下文说明计算以确定/修改去耦 矩阵。使用中，从控制律输出的控制命令乘以去耦矩阵项，以补偿交 叉耦合效应。此外，去耦矩阵可以用于修改传感器测量结果，产生更 准确的测量结果。每一矩阵乘法导致的最小情况是，实系统中的两个 标量乘和两个标量加。根据本公开的实施例，确定控制律变量502和
确定交叉耦合特性504可以以任何顺序发生或者同时发生。
流程500可以在制造光盘驱动器期间发生，在系统启动和系统使
用等时发生。当制造期间执行时，初始控制律和去耦矩阵可以根据激
励器特性来确定。通过在制造中执行去耦，可以提高制造产量，因为
否则不可以使用规范激励器。当在系统使用期间确定时，例如，每分
钟一次，可以根据系统机械改变来执行和修改去耦。例如，激励器线 圈可以具有时间上的降低的性能。
通常，确定激励器去耦器矩阵Q，使得寻轨力信号&和聚焦力信 号&彼此去耦。<formula>formula see original document page 15</formula>其中，T矩阵表示来自控制律的寻轨控制(r,)和聚焦控制(r"， G矩阵表示包括光拾取单元马达的交叉耦合的传输函数的近似，f矩 阵表示去耦后的聚焦和寻轨控制。
Q的一般解是
<formula>formula see original document page 15</formula>
对于G^和G^》G^和Gzx (直接分量支配交叉耦合分量)<formula>formula see original document page 16</formula>
并且，因此
<formula>formula see original document page 16</formula>
注意，GXX=NXX/DX， GZZ=NZZ/DZ， GXZ=NXZ/DZ， GZX=NZX/DX。这 意味着，Gzx/Gxx二Nzx/Nxx以及Gxz/Gzz二Nxz/Nzz。因为在大多 数情况下，N可以准确地建模为一阶项，在许多情况下是增益常数， 所以通常合适的去耦滤波器是低阶滤波器，并且在许多情况下，可以 近似为固定常数增益项。<formula>formula see original document page 16</formula>
可以构建类似的自变量和矩阵来去耦传感器动态特性。
尽管本公开是有关聚焦控制环路、寻轨控制环路和拖运控制环路 而描述的，但本公开也适用于其他耦合控制环路，例如，用于控制轴 速的伺服环路。此外，控制环路的去耦适用于对多个控制环路彼此进 行去耦。
这里所述的控制环路的去耦通过使用近似和矩阵以对控制信号进
行线性修改而得到简化。但是，本公开包括以下的广泛概念确定特 定过程，其可以是线性的，也可以不是线性的，并且修改控制信号从 而对控制环路进行去耦。
在特定实施例的环境中描述了根据本公开的实现。这些实施例是 说明性的，而非限制。可以有许多的变化、修改、增加和改进。因此， 可以提供这里所述组件的多种情况，作为单独的一种情况。各种组件、 操作和数据储存之间的边界在某种程度上是任意的，特定操作在特定 说明性配置的环境中说明。其他功能性的分配可以预料到，并且可以落入权利要求的范围内。最后，在示例配置中呈现为离散组件的结构 和功能可以实现为组合结构或组件。这些和其他变化、修改、增加和 改进可能落入本公开的范围内，该范围由权利要求来限定。
权利要求
1.一种方法，包括接收第一控制信号以利于实现光拾取单元(OPU)的第一激励器的功能；接收第二控制信号以利于实现OPU的第二激励器的功能；和根据第一控制信号和第二控制信号确定第一修改控制信号，其中，第一修改控制信号利于将第二激励器从第一激励器去耦。
2. 如权利要求l所述的方法，进一步包括根据第一控制信号和第二控制信号确定第二修改控制信号，其 中，第二修改控制信号利于将第一激励器从第二激励器去耦。
3. 如权利要求1所述的方法，其中，第一激励器包括OPU的寻轨激励器。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，第二激励器包括OPU的聚 焦激励器。
5. 如权利要求1所述的方法，进一步包括 接收第三控制信号以利于实现OPU的第三激励器的功能；其中，确定第一修改控制信号进一步包括根据第一控制信号、第 二控制信号和第三控制信号确定第一修改控制信号，其中，第一修改 控制信号利于将第一激励器从第二激励器和第三激励器去耦。
6. 如权利要求5所述的方法，其中，第一激励器包括精细寻轨激励器，第三激励器包括粗寻轨激励器。
7. 如权利要求5所述的方法，进一步包括确定第二修改控制信号进一步包括根据第二控制信号、第一控制信号和第三控制信号确定第二修改控制信号，其中，第二修改控制信 号利于将第二激励器从第一激励器和第三激励器去耦。
8. 如权利要求1所述的方法，其中，确定第一修改控制信号进 一步包括生成差信号并根据差信号和控制律来修改第一控制信号。
9. 如权利要求1所述的方法，其中，确定第一修改控制信号进 一步包括在输入到激励器驱动之前确定第一修改控制信号。
10. 如权利要求1所述的方法，其中，确定第一修改控制信号进 一步包括通过线性值修改第二控制信号，以创建修改器，并通过修改 器来修改第一控制信号。
11. 如权利要求1所述的方法，其中，确定第一修改控制信号进 一步包括通过特定处理来修改第二控制信号，以创建修改器，并通过 修改器来修改第一控制信号。
12. 如权利要求l所述的方法，进一步包括 接收由OPU的第一传感器感应的第一位置信号制信号基于第一位置信号；接收由OPU的第二传感器感应的第二位置信号制信号基于第二位置信号。
13. —种光驱动器系统，包括 第一组件，包括第一组件输入和第一组件输出； 第二组件，包括第二组件输入和第二组件输出； 第一组件控制律部分，包括连接到第一组件输出的输入，和输出； 第二组件控制律部分，包括连接到第二组件输出的输入，和输出； 第一组件去耦器，配置来将第一组件从第二组件去耦，包括连接到第一组件输出的第一输入，连接到第二组件输出的第二输入，以及连接到第一组件输入的输出；和第二组件去耦器，配置来将第二组件从第一组件去耦，包括连接 到第一组件输出的第一输入，连接到第二组件输出的第二输入，以及 连接到第二组件输入的输出。
14. 如权利要求13所述的系统，其中，第一组件包括聚焦激励 器，第二组件包括寻轨激励器。
15. 如权利要求13所述的系统，其中，第一组件包括聚焦传感器，第二组件包括寻轨传感器。
16. 如权利要求13所述的系统，其中，第一组件控制律部分和第一组件去耦器集成在信息处理设备上。
17. 如权利要求13所述的系统，其中，第一组件去耦器集成在 激励器驱动上。
18. —种方法，包括将包括第一值的第一控制信号提供给光拾取单元(OPU)的第一 激励器；在提供第一控制信号的同时，将包括第二值的第二控制信号提供 给OPU的第二激励器；和根据提供第二控制信号的步骤来确定第一激励器的第一响应。
19. 如权利要求18所述的方法，进一步包括 确定第一去耦响应，用于在OPU的正常操作期间将第一激励器从第二激励器去耦。
20. 如权利要求18所述的方法，其中，第一值表示作为第一激 励器的输入的已知电路条件。
21. —种设备，包括第一激励器控制律部分，包括用来接收第一激励器位置的表示的 输入，和输出；第二激励器控制律部分，包括用来接收第二激励器位置的表示的 输入，和输出；第一激励器去耦器部分，包括连接到第一激励器控制律部分的输 出的第一输入，连接到第二激励器控制律部分的输出的第二输入，以 及输出，用来根据第二激励器位置的表示向信号提供对第一激励器进 行的去耦补偿；和第二激励器去耦器部分，包括连接到第一激励器控制律部分的输 出的第一输入，连接到第二激励器控制律部分的输出的第二输入，以 及输出，用来根据第二激励器位置的表示向信号提供对第一激励器进 行的去耦补偿。
22. 如权利要求21所述的设备，其中，第一激励器去耦器包括 线性修改模块，其具有连接到第二激励器控制律部分的输出的输入， 和输出，用来提供在其输入接收到的值的线性縮放表示；其中，该线 性縮放表示用来向信号提供对第一激励器去耦器的去耦补偿。
23. —种光盘驱动器，包括 聚焦控制环路；寻轨控制环路，其中，聚焦控制环路和寻轨控制环路是交叉耦合 的，其中，聚焦控制命令激励寻轨控制环路，寻轨控制命令激励聚焦 控制环路；和去耦器，配置用来从聚焦控制命令和寻轨控制命令产生修改后的 聚焦控制命令，且配置用来根据寻轨控制命令和聚焦控制命令产生修 改后的寻轨控制命令，其中，修改后的聚焦控制命令具有与聚焦控制 命令不同的对寻轨控制环路的激励，且其中，修改后的寻轨控制命令 具有与寻轨控制命令不同的对聚焦控制环路的激励。
24. 如权利要求23所述的光盘驱动器，进一步包括 透镜装置，其中，聚焦环路包括聚焦激励器，配置用来在聚焦方向上移动透镜装置。
25. 如权利要求23所述的光盘驱动器，进一步包括透镜装置，其中，寻轨环路包括寻轨激励器，配置用来在寻轨方 向上移动透镜装置。
26. —种方法，包括确定光拾取单元的聚焦激励器和寻轨激励器的交叉耦合特性；和 确定去耦矩阵，以对聚焦激励器和寻轨激励器去耦。
27. 如权利要求26所述的方法，进一步包括 确定聚焦激励器的聚焦控制律变量，聚焦控制律变量用于确定用于控制光拾取单元的聚焦位置的聚焦控制命令；和确定寻轨激励器的寻轨控制律变量，寻轨控制律变量用于确定用 于控制光拾取单元的寻轨位置的寻轨控制命令。
28. 如权利要求27所述的方法，其中，确定聚焦控制律变量包括确定施加到聚焦激励器上作为聚焦控制命令的一个或多个聚焦 力；禾口测量这一个或多个聚焦力在聚焦位置上的结果；和 确定与这一个或多个聚焦力在聚焦位置上的结果有关的增益因子。
29. 如权利要求27所述的方法，其中，确定寻轨控制律变量包括确定施加到寻轨激励器上作为寻轨控制命令的一个或多个寻轨力；和测量这一个或多个寻轨力在寻轨位置上的结果；和 确定与这一个或多个寻轨力在寻轨位置上的结果有关的增益因子。
30. 如权利要求26所述的方法，其中，确定交叉耦合特性包括 确定施加到聚焦激励器上作为聚焦控制命令的一个或多个聚焦力；测量这一个或多个聚焦力在寻轨位置上的结果；确定与这一个或多个聚焦力在寻轨位置上的结果有关的特定处理；确定施加到寻轨激励器上作为寻轨控制命令的一个或多个寻轨力；测量这一个或多个寻轨力在聚焦位置上的结果；和 确定与这一个或多个寻轨力在聚焦位置上的结果有关的特定处理。
31. —种光盘驱动器，包括 透镜装置；聚焦激励器，其配置用来在聚焦方向上移动透镜装置； 寻轨激励器，其配置用来在寻轨方向上移动透镜装置；和 去耦器，配置用来将聚焦激励器从寻轨激励器去耦。
32. 如权利要求31所述的光盘驱动器，其中，去耦器修改聚焦 命令以对透镜装置的寻轨位置产生降低了的影响，修改寻轨命令以对 透镜装置的聚焦位置产生降低了的影响。
33. 如权利要求31所述的光盘驱动器，其中，去耦器是储存在 计算机可读介质中的软件程序。
34. 如权利要求31所述的光盘驱动器，其中，去耦器是模拟电路。
35. 如权利要求31所述的光盘驱动器，其中，去耦器是电机电路。
36. —种光盘驱动器，包括用于确定聚焦激励器和寻轨激励器的交叉耦合特性的装置；和 用于确定去耦矩阵以对聚焦激励器和寻轨激励器去耦的装置。
37. 如权利要求36所述的光盘驱动器，进一步包括 用于确定聚焦激励器的聚焦控制律的装置，聚焦控制律用于确定用于控制光拾取单元的聚焦位置的聚焦控制命令；和用于确定寻轨激励器的寻轨控制律的装置，寻轨控制律用于确定 用于控制光拾取单元的寻轨位置的寻轨控制命令。
全文摘要
提出了一种低成本技术，用于改进光盘驱动器的性能。使用一种算法来对电机激励器去耦，由此补偿对激励器(308、310)控制的不准确性。可以使用类似方法来对位置传感器(316)去耦。现有技术方法将聚焦、寻轨和拖运控制环路之间的交叉耦合视为噪声，因此增加了系统的带宽，同时增加了光盘驱动器的成本。本发明积极地使用软件算法来对控制环路进行去耦，提供更好性能的光盘驱动器。测量了交叉耦合影响，确定了去耦矩阵，并且修改了控制律的输出，以对激励器进行去耦。
文档编号G11B7/095GK101410895SQ200480014340
公开日2009年4月15日 申请日期2004年6月18日 优先权日2003年6月20日
发明者大卫·A·海纳, 莫琳·A·斯滕格勒 申请人:飞思卡尔半导体公司