专利名称：包括用于光学拾取信号的反馈控制环路的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括用来产生信号的装置和反馈控制环路的设备，该反馈控制环路包括用以提供取决于所产生信号的传感器信号的传感器。本发明还涉及一种用于反馈控制装置的方法，该反馈控制装置使用传感器产生的反馈信号来产生信号。
很多设备都提供对信号诸如功率之类的特性的控制。
一种控制信号特性的已知方法是使用包括用于信号的传感器的控制环路，其中该信号取决于所产生的信号。传感器的反馈信号随后与参考信号相比较，给出误差信号。这个误差信号经由反馈环路被用来控制信号的产生。因此使得在光学拾取设备内对激光器的(例如)功率进行稳定成为可能。
这种反馈环路和反馈控制功率信号的方法例如在美国专利US6,061,317中得到描述，在该专利中，监控光电二极管的输出被馈入进自动功率控制APC内，该自动功率控制APC控制着光学拾取设备的激光器的发射功率。在这种设备内，信号产生设备是激光器，反馈控制环路包括监控光电二极管和APC。
虽然这种反馈环路可以提供很重要的优点，但是本发明人认识到，在反馈信号偶尔被采样的情形中，由于仅在这些瞬间期间才可以获得可靠/稳定的信号，因此很少出现最佳结果。
在反馈信号只是偶尔被采样的设备和反馈控制方法中，存在着反馈控制环路会变得不稳定的危险，而这会引起所产生的信号的流失，实际上实现与控制环路和反馈控制方法想要实现的相反。
本发明旨在提供减少上述问题的设备和方法。
为此，本发明的设备包括用以调制所产生的信号的调制器，用以采样传感器信号的采样器，用以测量自前次采样以来所流逝的流逝时间的测量器，用以将所述流逝时间与参考时间周期进行比较的比较器。如果所述流逝时间超过参考时间周期，所述比较器使反馈环路滤波器不工作，直到例如下一次采样被执行的时间。
依照本发明的方法包括以下步骤-调制所产生的信号，
-对传感器信号采样，-测量自前次采样以来所流逝的流逝时间，-将所述流逝时间与参考时间周期比较，若所述流逝时间超过参考时间周期，关闭反馈环路滤波器，直到例如下一次采样被执行的时间。
本发明基于以下理解在许多控制环路内，好的反馈信号不能直接使用，只有以由第二信号FMON所调制的形式才可以使用。在这类系统中，对传感器信号的采样经常比时间连续相乘更有吸引力。采样只需要了解采样时刻时的实际调制，而连续时间相乘需要对调制的“连续时间了解”。然而，并非所有调制的信号都适合采样。这可以导致采样之间很大的延迟时间(将在下面例示)。在调制信号包含相当低的频率的情形下，像在调制多少有点随机(例如，基于数据)的系统中，这种延迟最严重。延迟自身表现为反馈环路内的额外相位延迟，它会使反馈环路不稳定。这特别会发生在相位延迟超过45°(在一阶系统的情况，在更高阶系统的情况甚至更早)时，尤其当相位延迟达到更高值时。
反馈环路的这种不稳定的危险可以通过选择环路的带宽使之足够低来减小，从而使得反馈内的最大延迟不会引起太多的相移(例如，小于45度)，或者换句话说，增大反馈环路的时间常数。然而，这种解决方法的缺点是反馈环路的时间常数增大，这会降低控制信号的能力，因为反馈环路不能或者至少不能有效地控制所产生的信号在小于反馈环路其时间常数的时间标度上的波动。
本发明的设备克服了这个问题。
这种设备包括用以测量自最后一次反馈采样以来流逝的时间的装置。这个流逝时间与阈值进行比较。本发明的方法包括相应的方法步骤。
只要流逝时间低于阈值，反馈控制环路就保持闭合，正常地工作。如果流逝时间升高到高于阈值，则意味着最后“刷新”出现得比阈值指示的时间更长的时间以前，那么环路滤波器被关断直到新的采样可以利用。典型地，有效“阈值时间”等于反馈控制环路其时间常数(τ)的n倍，其中n介于0.4~1.2之间(例如，n＝0.79提供一阶系统中45度的相位延迟)，优选介于0.6~0.9之间。对环路的关断可以通过将环路滤波器的误差信号归零来进行。
本发明的优点是一方面可以使用具有相对高带宽的环路滤波器，而同时可以避免太多的相移。
优选地，参考时间周期在工作时能够使得反馈环路滤波器不工作时间平均少于10％，优选地少于2％。
参考时间周期在下面也表示为“阈值”，即在设备的两种工作模式之间形成阈值的值。减小阈值会降低不稳定的风险，但会增大环路滤波器关断发生的次数，并且会增大“关断时间”。因此，可以在“环路滤波器的停机时间”与环路滤波器的带宽之间作出折衷。
本发明在其变形的实施例中允许具有高带宽的环路，该高带宽在第一阶内不依赖于精确数目的反馈采样。只有偶尔时，带宽才下降一段短的时期。
有利的是，这种设备包括用以设定阈值的装置，该阈值可以链接在环路带宽上。相应的优选方法包括相应的方法步骤。
本发明的这些和其他方法将借助于实例的方式并参看附图更详细地解释。在附图中
图1示意性说明光拾取系统内的激光器控制环路；图2说明用于产生信号的装置所发送的调制信号、传感器信号和采样信号；图3说明了图示流逝时间的调制信号和采样信号；图4说明传感器信号和采样信号，以及由采样间的延迟时间所引起的相位差；图5示意性说明采样间距离(时间)的分布以及采样间的时间与相位延迟之间的关系；图6示意性说明了根据本发明的设备；图7说明由本发明的设备或方法产生的或在本发明的设备或方法内产生的各种信号。
这些附图并没有按比例绘制。通常，在附图中相同的部件用相同的参考数字表示。
图1示出依照本发明的设备的一个示例性实施例，激光器控制环路是光学拾取系统的一部分，光学拾取系统例如用在DVD和其他的数据存储设备像光盘设备或磁-光盘设备中以向盘型数据存储介质记录数据和/或从盘型数据存储介质再现数据。
由激光器驱动电路1产生信号，在调制器2处用调制Fmod调制该信号，并发送到激光器3，生成已调制信号4。传感器5在本实施例中例如为光电二极管，根据信号4产生一个传感器信号6。由于传感器5有限的速度，传感器信号6取决于已调制信号4，但不必等于已调制信号4。落在传感器5上的光可以被盘反射，或者被以任何其他方式反射或直接入射到传感器5上。
在这个系统中，传感器信号6并不是可以直接获得的，而是仅以由调制Fmod加以调制的形式获得。在这类系统中，对传感器信号6的采样经常比时间连续相乘更有吸引力。采样只需要有关在采样时刻实际调制的知识，而连续时间相乘需要有关调制的“时间连续知识”。采样在采样器7上执行，其提供采样已信号7a。这个系统可以包括用以保持采样值的保持电路7’。信号7a在比较器9内与参考信号8相比较，给出误差信号10，该误差信号10被输入到激光器驱动系统1内来稳定激光器功率。
图2说明用Fmod调制过的调制信号4和传感器信号6，在图2中也用SD表示，即传感器信号。传感器信号6取决于已调制信号4，它也用Fmod进行调制。然而，并非所有的已调制的传感器信号都适合采样。传感器具有它自身的时间常数，而这会导致出现快速调制的信号不能产生可靠的传感器信号这样的情形。因而只有在特定时刻，即当存在特定的信号4时，才能对传感器信号采样。因此，这会导致采样间很大的延迟时间。在图2中示出，仅在发出相对长(时间)的信号4’，并且提供足够稳定的传感器信号4”时，在这个传感器信号4”期间进行采样。在调制信号包含相当低频率的情形下，这种延迟最严重，就好似处于调制多少有点随机的系统中那样，例如基于数据(data based)的系统。图3说明了这种效果。只有在相对长生存时间(lived)信号4之后，才可以对信号7a进行采样。流逝时间(lapse times)tlapse出现在进行采样之间。
这种延迟自身表现为反馈环路内的额外相位延迟Δφ(t)，它会使反馈环路不稳定。这特别会发生在相位延迟超过45°(在一阶系统内)时，尤其当相位延迟达到更高值时。图4说明这个效果。原始传感器信号6提供采样信号7a。然而，这些采样信号通过流逝时间提供，在这些流逝时间期间，反馈环路内出现额外的相位延迟Δφ(t)。当相位延迟变得比一个值如45°大时，反馈环路变得不稳定。在最后示出的流逝期间，该流逝时间内的相位延迟超过45°。
这种反馈环路的稳定性可以通过选择环路的带宽使之充分低来加以实现，以使反馈支路内的最大延迟即最大流逝时间不会引起太多相移(例如小于45度)。这种解决方案的缺点在于它有时候会导致非常慢的控制环路，至少是较慢的环路。目前，读写速度有不断增加的趋势，这需要日益快速的反馈环路，然而适合采样的数据图案的量在较高速度下会减少。
当调制多少有点随机时，流逝时间会以某个分布出现。图5说明了作为流逝时间tlapse函数的流逝时间的分布d，其示出在两次相邻采样的时间距离的概率分布d的例子，其中假设的是正态分布类型。额外相位延迟Δφ(t)也取决于流逝时间tlapse。本发明基于的理解在于，当流逝时间超过阈值时间时关闭反馈环路是有利的。在图5中，这用两个区域I和II加以说明。在第一区域I内，反馈环路在工作，而在第二区域内，反馈环路没有工作。两个区域之间的截止点取决于阈值52。该阈值可以是固定的阈值流逝时间52，或者可以是选择的阈值。可替代地，阈值流逝时间可以从测量或估算的在相位延迟Δφ(t)与流逝时间之间的关系得出。在后者的情形中，采用固定的相位延迟、设定或计算的相位延迟，阈值时间52从相位延迟阈值得出。
图6进一步说明本发明的例子。用以确立流逝时间的装置61具有作为输出的瞬时流逝时间。简单的时钟和定时器可以被使用。在比较器62内流逝时间与阈值52进行比较。该阈值可以是固定值，或者如图6示意性说明的那样，可以是流逝时间阈值确定器63的输出。这个确定器63具有作为输出的用于阈值52的设定值64，或者用于相位延迟Δφ的阈值输入。用于相位延迟Δφ的该值可以是阈值相位延迟设定确定器65的输出，该输出进而又可以具有用于设定值66的输入。确定器63和65可以具有用于其他参数像温度和数据传输速率的输入，从而可以直接地或间接地影响对阈值52的确定。依据由比较器62作出的比较结果，若流逝时间低于阈值52，反馈环路工作，或者若流逝时间高于阈值，反馈环路不工作。当反馈环路不工作时，开关TC闭合，误差信号归零。在本发明的框架内，从工作到不工作状态的转变不必是突变的，并且可以存在中间阶段，其中误差信号在第一阈值52’与第二阈值52”之间在被发送给激光器驱动电路之前被减小到其值的一半，而且在第二阈值52”之上被归零。
图7说明不同的信号，与图4相比，增加了开关TC上的信号。当Δφ升高到高于阈值时(或当tlapse升高到高于阈值时)，开关TC闭合，从而使反馈环路不工作。
当设置反馈环路以控制两个不同级时，本发明是最适合的。在写入DVD+R盘期间，激光器功率反馈控制环路必须控制两个功率级“偏压”功率，是低功率级，不会产生任何写入效果，但允许从盘进行一些读取；精确的“写入”功率级，产生实际蚀坑。两个环路的信息必须从一个已调制的反馈信号6中提取出来。当写入DVD+RW盘时，经历相同的情形。基本上，反馈信号6具有如下形式FS_feedback＝bias_power+delta_power*data_pattern(FS_反馈＝偏置_功率+增量_功率*数据_图案)其中data_pattern＝pattern(writing strategy)of the written data(data_pattern＝被写入数据的pattern(writing strategy))delta_power＝writing power-bias power(增量_功率＝写功率-偏置功率)控制两个功率级的最精确方法是在两个不同位置上对反馈信号6采样，产生偏压级的一个位置和产生写入功率的另一位置。
然而，问题是由于二极管受限的带宽以及用于产生反馈信号所附属的缓冲器(buffer)，即传感器的局限性，稳定性能(settling behavior)对于允许精确采样来讲可能是不充分的。在采用脉冲写入策略的情形中，对写入功率级采样尤其是这种情形。
但是，对较长运转周期最后一部分上进行偏压级的采样仍旧是可能的，至少从较低速度而言。在较高写入速度时(N＞4x，其中N代表读取/写入的速度，标准单位)，只有非常长的效果例如只有I-14s才可以采样，因为只有这些，信号6才充分稳定以允许精确采样。I-n代表具有某个长度的数据，其中n越长，数据就越长。长效果比短效果出现得少。(这里，例外的是I-14，它出现得比I-11更加经常，这是由于I-14被用作帧同步脉冲的原因)。除此之外，实际出现的特定长度的效果的量被分散开来(不包括I-14在内)。虽然I-14精确地出现在1488efm-时钟周期的一些地方，但是它可以既是高能级又是低能级。因此，也不能保证出现“低”I14(长偏压级)。因而，如图5示意性表示的情形就会出现，即进行采样之间的流逝时间只是某种类型的正态分布。在相同极性的两个I-14效果之间的距离依据泊松分布进行分布。两次相邻采样之间距离a的概率密度函数由公式p(N)＝XN，给出，其中N＝[1，∞]，单位为N*1488efm-时钟周期，X＜0.5。
因此，如果我们只对I-14低采样，并且编程的阈值等于1488*6efm-时钟周期(适合于大约0.5*NDVD kHz的环路带宽)以及X＝0.45，那么在99.2％的帧期间，环路将闭合并且具有固定的带宽。1488*3efm-时钟的阈值允许NDVDkHz的带宽，但是在所有帧的9％期间环路将被关断。因而，在“停机时间”与带宽之间存在着折衷(trade off)。优选地，在工作中，参考时间周期能够使得反馈环路滤波器不工作时间平均少于10％，优选少于2％。即使当环路仅在1％的时间中断，它的功能仍旧有用，因为它能在这个百分之一时间期间避免环路的不稳定(功率的过冲)。然而，这也意味着，控制环路的选择带宽显然很低，如果希望，选择较高的带宽会更加有利。
有利的是，该设备包括用以设定阈值的装置，阈值可以链接到环路的带宽上。相应的优选方法包括相应的方法步骤。
采样可以在任何信号级(高、中或低)上进行，只要预期的信号级是已知的。实际上，对低信号级(偏压级)的采样经常在对一次性写入盘写入期间进行，而对可重写盘，采样在中间信号级(擦除)进行。
简而言之，本发明可以如下描述一种设备，包括用以产生已调制信号(4)的装置(3)和反馈控制环路。该反馈控制环路包括用以提供取决于所产生信号(4)的传感器信号(6)的传感器(5)，用以采样传感器信号(6)的采样器(7)，用以测量自前次采样以来流逝的流逝时间(tlapse)的测量器(61)，以及用以比较所述流逝时间(tlapse)与参考时间周期(52)的比较器(62)。如果所述流逝时间超过参考时间周期，使反馈环路滤波器不工作，直到例如执行下一次采样的时间。
在本发明的范围内，“比较器”、“用以比较的装置”、“用以产生的装置”、“产生器”、“传感器”等应都被宽泛地理解，并且应当包括例如任何设计用来进行上述的比较、产生信号等的任何硬件(像比较器、产生器、传感器)，电路或子电路，以及任何设计或编程以在整体上或作为本发明的特征执行本发明的这些任务的软件(计算机程序或子程序或程序集，或者程序代码)，无论单独或组合地采用方法还是系统的形式，或者硬件和软件的任何组合的形式，而不限于这里给出的任何示例性实施例。
本领域的技术人员应当理解，本发明不限于以上具体示出和描述的任何内容。本发明在于每个新颖的特征以及这些特征的每个组合。权利要求中的参考数字并不限制其范围。动词“包括”及其动词变化的使用并不排除那些权利要求中所述元件之外的其他元件的存在。元件之前的冠词“一个”或“一”并不排除多个这些元件的存在。
权利要求
1.一种设备，包括用以产生信号(4)的装置(3)和反馈控制环路，该反馈控制环路包括用以提供取决于所产生信号(4)的传感器信号(6)的传感器(5)，其中该设备包括用以调制所产生信号(4)的调制器(2)，用以采样传感器信号(6)的采样器(7)，用以测量自前次采样以来流逝的流逝时间(tlapse)的测量器(61)，以及用以将所述流逝时间(tlapse)与参考时间周期(52)进行比较的比较器(62)，如果所述流逝时间超过参考时间周期，使反馈环路滤波器不工作，直到例如执行下一次采样的时间。
2.如权利要求1所述的设备，其中在工作时参考时间周期(52)使得反馈环路滤波器不工作时间平均少于10％，优选少于2％。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述设备包括用以设定参考时间周期(52)的装置(63)。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述设备是光拾取设备的激光器控制环路，所产生的信号是已调制光信号，所述传感器是光传感器。
5.一种使用由传感器产生的反馈信号反馈控制用以产生信号的装置的方法，其中该方法包括以下步骤调制所产生的信号，对传感器信号采样，测量自前次采样以来流逝的流逝时间，将所述流逝时间与参考时间周期比较，若所述流逝时间超过参考时间周期，关闭反馈环路滤波器，直到例如执行下一次采样的时间。
6.如权利要求5所述的方法，其中参考时间周期是设定的。
7.如权利要求5所述的方法，其中产生已调制光信号，通过测量取决于所产生光信号的光信号，产生传感器信号。
8.用以从/向信息载体读取和/或写入信息的装置，包括如权利要求1、2、3或4所述的设备。
全文摘要
一种设备，包括用以产生调制信号(4)的装置(3)和反馈控制环路。该反馈控制环路包括用以提供取决于所产生信号(4)的传感器信号(6)的传感器(5)，用以采样传感器信号(6)的采样器(7)，用以测量自前次采样以来流逝的流逝时间(t
文档编号G11B7/125GK101036188SQ200580034035
公开日2007年9月12日 申请日期2005年9月22日 优先权日2004年10月5日
发明者J·范伦斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司