专利名称：数据读出系统与用于电流降低的方法
技术领域：
本发明是有关于数据读出系统，且特别是关于数据读出系统与用于电流降低的方法。
背景技术：
数据读出系统，例如光驱，包含模拟前端电路与数字信号处理系统。模拟前端电路从数据存储装置撷取原始数据信号并且处理原始数据信号以取得具有较佳信号特性的模拟数据信号。模拟数据信号被转换为数字数据信号之后，数字信号处理系统能够数字地处理数字数据信号。 请参阅图l，图1为现有技术数据读出系统100的方块示意图。数据读出系统100包含模拟前端电路104与数字信号处理系统106。光检测集成电路(Photo-DetectorIntegration Circuit,以下简称为PDIC) 102首先从数据存储装置(例如光盘)撷取原始数据信号S"模拟前端电路104包含求和电路(summingcircuit)112、自动增益控制器(Automatic Gain Controller,以下简称为AGC) 114、均衡器116与模数转换器(Analog-to-Digital Converter,以下简称为ADC) 118。求和电路112将多个光检测器产生的原始数据信号S工求和以取得求和信号S2。接着，AGC 114将求和信号S2放大以取得放大信号&。接着，均衡器116将放大信号S3滤波以取得滤波信号S4。接着，ADC 118将滤波信号S4从模拟转换为数字并且取得数字信号S5。接着，数字信号处理系统106能够处理数字信号S5。 与数字信号处理系统相比，模拟前端电路的电路设计更复杂并且更被限制于有限的电路资源。例如，模拟前端电路需要大的芯片区域用于实施。此外，模拟前端电路需要大的功率消耗。假若模拟前端电路的芯片区域或者功率消耗被减少，则模拟前端电路的电路效能降低。因此，模拟前端电路的电路效能经常决定数据读出系统的电路效能。由此，为了减少数据读出系统的功率消耗的代价是模拟前端电路的电路效能必须被降低。
当模拟前端电路的电路效能被降低时，数据读出系统的读取效能不总是降低。数据读出系统的读取效能由信号质量与模拟前端电路的电路效能两个因素决定。当信号质量足够好时，模拟前端电路的效能的降低仅小幅降低数据读出系统的读取效能。由此，当信号质量好时，以模拟前端电路的效能的小幅降低为代价换取功率消耗的减少是可容忍的。因此，本发明提供用于数据读出系统中模拟电路的电流降低的方法。
发明内容
为了降低数据读出系统的功率消耗而不降低数据读出系统的读取效能，本发明提供用于电流降低的方法与数据读出系统。 本发明提供一种用于电流降低的方法，用于数据读出系统中的模拟电路，包含产生效能指示符，指示数据读出系统的读取效能；比较效能指示符与效能阈值水平，以产生切换信号；以及根据切换信号来调整将模拟电路偏置的电流源的水平。
本发明另提供一种数据读出系统，自动降低电流消耗。数据读出系统包含效能指 示符产生器、切换信号产生器与模拟电路。效能指示符产生器产生效能指示符，指示数据读 出系统的读取效能。切换信号产生器耦接于效能指示符产生器，比较效能指示符与效能阈 值水平，以产生切换信号。模拟电路耦接于切换信号产生器，根据切换信号来调整将模拟电 路偏置的电流源的水平。 本发明通过用于电流降低的方法与数据读出系统，比较效能指示符与效能阈值水 平，以产生切换信号来调整将模拟电路偏置的电流源的水平，达到降低数据读出系统的功 率消耗而不降低数据读出系统的读取效能的效果。
图1为现有技术数据读出系统的方块示意图。 图2为根据本发明的自动降低电流消耗的数据读出系统的方块示意图。 图3为根据本发明的用于数据读出系统的电流降低的方法的流程图。 图4为根据本发明的效能指示符产生器与切换信号产生器的方块示意图。 图5A为根据本发明的求和电路或者AGC的增益级的示意图。 图5B为图5A所示增益级的输入电压Vin与输出电压V。ut之间的转换曲线。 图6A为根据本发明的均衡器的补偿电路的示意图。 图6B为根据本发明的均衡器的均衡单元的示意图。 图6C为均衡单元的增益(V。ut/Vin)与相位e的示意图。 图6D为图6A所示的补偿电路的输入电压AVref与输出电流Iref之间的转换曲线。 图7A为闪式ADC的方块示意图。 图7B为具有增益A与输出电压V。ffsrt的前置放大器的示意图。
具体实施例方式
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施 方式，并配合所附图式，作详细说明如下 请参阅图2，图2为根据本发明的自动降低电流消耗的数据读出系统200的方块 示意图。数据读出系统200从数据存储装置读取数据。 一实施方式中，数据读出系统200 是从光盘撷取数据的光驱。数据读出系统200包含模拟前端电路204、数字信号处理系统 206与切换信号产生器208。 PDIC 202首先从光盘撷取原始数据信号S/。模拟前端电路 204接着处理原始数据信号S/ ，并且接着将处理后的数据信号从模拟转换为数字以取得数 字信号S5'。接着，数字信号处理系统206从数字信号S5'取得数据并且将数据传送至主机 (图未示)。由此，数据读出系统200为主机从数据存储装置撷取数据。
在数据读取期间，数据读出系统200监视其读取效能。当读取效能好时，数据读出 系统200降低将模拟前端电路204偏置的电流源的水平，以在不影响模拟前端电路204的 正常操作的情况下减少功率消耗。例如，偏置电流源的水平被降低后，模拟前端电路204的 信号增益、过滤带宽以及输出信号分辨率没有被改变。因为电流降低会发生小幅的信号失 真，但是当信号质量好时信号失真是可容忍的。数据读出系统200继续监视读取效能。假 若读取效能低于阈值水平，则偏置电流被增加以使得读取效能返回高于阈值水平。由此，读取效能被保持在较高的阈值水平。 请参阅图3，图3为根据本发明的用于数据读出系统的电流降低的方法300的流程 图。数据读出系统200实施方法300以减少模拟前端电路204的功率消耗。首先，数字信 号处理系统206产生指示数据读出系统200的读取效能的效能指示符(步骤302)。 一实施 方式中，数字信号处理系统206根据帧错误信号，来产生效能指示符。帧错误信号表示数据 读出系统200产生的错误数据帧数目。接着，切换信号产生器208比较效能指示符与效能 阈值水平来产生切换信号(步骤304)。 —实施方式中，效能阈值水平包含较高效能阈值水平与较低效能阈值水平。当效 能指示符高于较高效能阈值水平时，切换信号产生器208将切换信号设置(set)至高水平， 以指示读取效能差。当效能指示符小于较低效能阈值水平时，切换信号产生器208将切换 信号置位(clear)于低水平以指示读取效能好。 例如，能够根据错误数据帧的数量产生效能指示符。当效能指示符大于较高效能 阈值水平时，意味着发生太多错误，并且读取效能差。当效能指示符小于较低效能阈值水平 时，意味着仅发生很少的错误，并且读取效能好。 另一实施方式中，假若效能指示符为非线性的，则效能阈值水平可包含第一效能 阈值水平与第二效能阈值水平。当效能指示符超过第一效能阈值水平与第二效能阈值水平 之间的范围时，读取效能差。当效能指示符在第一效能阈值水平与第二效能阈值水平之间 的范围内时，读取效能好。另一方面，在其它实施方式中，当效能指示符本身在第一效能阈 值水平与第二效能阈值水平之间的范围内时，也可指示读取效能差。 模拟前端电路204接着根据切换信号来调整将模拟前端电路204偏置的电流源的 水平(步骤306)。当切换信号指示数据读出系统200的读取效能好时，模拟前端电路204 降低偏置电流源的水平以减少功率消耗。当切换信号指示读取效能差时，模拟前端电路204 提高偏置电流源的水平以提高数据读出系统200的读取效能。由此，当相较于效能阈值水 平时，数据读出系统200的读取效能总是保持于适当的水平。 —实施方式中，模拟前端电路204包含求和电路212、 AGC 214、均衡器216与ADC 218。求和电路212将PDIC 202产生的信号S/求和以取得求和信号S/。接着，AGC 214 将求和信号S2'放大以取得放大信号S3'。接着，均衡器216将放大信号S3'滤波以取得滤 波信号S/。接着，ADC 218将滤波信号S/从模拟转换为数字以取得数字信号S厶最后， 数字信号S5'被传送至数字信号处理系统206以进行后续信号处理。 模拟前端电路204调整电流源的水平。电流源将求和电路212、 AGC 214、均衡器 216或者ADC 218的增益级或者跨导级(trans-conductance stage)(—些实施方式中，跨 导级包含于增益级内)偏置。 一实施方式中，增益级或者跨导级可由增益放大器或者前置 放大器实施。因为增益级或者跨导级具有可调的电流偏置，所以求和电路212、AGC 214、均 衡器216以及ADC 218的操作不受偏置电流减少的影响。求和电路212、AGC 214、均衡器 216以及ADC 218的偏置电流调整更由图5A、图5B、图6A、图6B、图6C、图6D、图7A与图7B 进一步详细描述。 请参阅图4，图4为根据本发明的效能指示符产生器410与切换信号产生器430的 方块示意图。效能指示符产生器410可被包含于数字信号处理系统206中，并且根据数字信 号处理系统206的帧错误信号产生效能指示符。帧错误信号表示由数字信号处理系统206产生的错误数据帧的数目。 效能指示符产生器410包含积丢电路(integration and dump circuit)412、延迟 线414、加法器416与延迟单元418。积丢电路412在预定周期期间产生数据读出系统的帧 错误信号的累积和，以取得固定周期错误信号X"固定周期错误信号&指示固定周期(例 如N个帧)内错误帧的总数量，由此移动窗口被预定以每次迭代移动N个帧。接着，延迟线 414延迟固定周期错误信号^以取得延迟错误信号&，其中延迟线414包含M级(stage), 并且延迟错误信号X2从延迟线414的最后一级取得。加法器416接着从固定周期错误信 号&与效能指示符X4的总和中减去延迟错误信号X2，以取得移动窗口错误信号X3。最后， 延迟单元418将移动窗口错误信号X3延迟，以取得效能指示符X4。由此，效能指示符X4指 示具有大小为NXM帧的移动窗口中的错误量。 例如，数字多功能盘片(Digital Versatile Disk,以下简称为DVD)中，错误校正 码(Error Correction Code,以下简称为ECC)块包含16个扇区，并且每一扇区包含13个 帧。当移动窗口大小被设置为ECC块大小时，一个移动窗口包含208( = 16X13)个帧。每 次当移动窗口扫描完一扇区中的所有13个帧时，积丢电路输出固定周期错误信号&的样 本，以指示此扇区中错误帧的总数，并且接着前移，以扫描下一扇区的帧。由此，效能指示符 X4适当地指示记录在DVD上数据的效能量测。 切换信号产生器430包含两个比较器432、434，与锁存电路(latch circuit)436。 比较器432比较效能指示符X4与较高效能阈值水平。当效能指示符X4大于较高效能阈值 水平时，比较器432产生比较结果^以设置锁存电路436。由此，锁存电路436产生具有高 水平的切换信号以指示读取效能差。比较器434比较效能指示符X4与较低效能阈值水平。 当效能指示符X4小于较低效能阈值水平时，比较器434产生比较结果Y2以置位锁存电路 436。由此，锁存电路436产生具有低水平的切换信号以指示读取效能好。当效能指示符& 不稳定时，此具有两个效能阈值水平的操作能够防止切换信号变化太频繁。
请参阅图5A，图5A为根据本发明的求和电路212或者AGC 214的增益级500的示 意图。电流源Ib^将增益级500偏置。具有电阻值Rin的输入电阻512耦接于晶体管502 与504的源极之间。偏置电压Vb^耦接于晶体管506与508的栅极。具有电阻值R。ut的输 出电阻514耦接于晶体管506与508的漏极之间。当输入电压ViJ皮应用于跨接晶体管502 与504的栅极时，增益级500产生跨接输出电阻514的输出电压V。ut。 假设晶体管502与504具有跨导gm。增益级500的增益G被根据以下算法决定
G 二 =2i 虚二 27 。^
^丄+ i 《"
& (i) 电阻值Rin经常被设计为远大于(2/gm)，以使得增益G转变为值(2R。ut/Rin)并且仅 由电阻值Rin与R。ut决定。由此，当偏置电流Ibias的水平被降低时，虽然跨导gm随偏置电流 IMas降低，但是增益级500的增益G保持固定。 因为增益级500的增益G不随偏置电流Ibias改变，所以增益级500的操作不受偏 置电流Ibias的调整的影响。请参阅图5B，图5B为图5A所示增益级500的输入电压Vin与 输出电压V。ut之间的转换曲线。当偏置电流Ibias的水平被降低时，转换曲线L。变为转换曲 线。虽然输入电压Vin从-VB至VA之间的转换曲线L。与输入电压Vin从-VA至VB之间的转换曲线k具有相同的斜率G，但是转换曲线L。与具有不同的线性范围。由此，输出电 压V。ut由于偏置电流Ib^的调整受到小幅信号失真的影响。然而，假若信号质量足够好，则 小幅信号失真不影响后续信号处理。 请参阅图6A，图6A为根据本发明的均衡器216的补偿电路600的示意图。补偿 电路600具有应用于跨接晶体管602与604的栅极的输入电压A Vref，以及在节点606处的 参考电流Lf。输入电压AVMf与参考电流I^ 二者皆由带隙(band-g即)控制。耦接于晶 体管602与604的源极之间的压控电阻610的电阻值R(v。)由节点608处产生的控制电压V。 决定。
/入
式决定
假设晶体管602与604具有跨导gm，并且补偿电路600的跨导Gm接着根据以下'厶、
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J 卞 6战
(2)
^时，因为输入电压AV^与输出电流 影响，所以补偿电路600的跨导Gm是不 当为了功率消耗降低而减少偏置电流I
(参考电流)IMf由带隙控制并且不受偏置电流Ibii 变的。由此，当跨导gm随偏置电流Ib^的减少而降低时，压控电阻610的电阻值R(v。)自动
减少以保持跨导Gm固定。 请参阅图6B，图6B为根据本发明的均衡器216的均衡单元630的示意图。均衡单 元630的压控电阻610的电阻值R(v。)由图6A所示补偿电路600产生的控制电压V。控制。 均衡单元630具有应用跨接于晶体管632与634的栅极的输入电压Vin，并且产生晶体管636 与638的漏极之间的输出电压V。ut。晶体管632与634还具有跨导gm。具有电容值C的电 容642耦接于接地与晶体管636的漏极之间，具有电容值C的电容644耦接于接地与晶体 管638的漏极之间。寄生电容值Cp以耦接于节点646与接地之间的电容648来表示。图 6A与图6B中，Vbias表示偏置电压。 请参阅图6C，图6C为均衡单元630的增益(V。ut/Vin)与相位e的示意图。在图 6C上半部分所示的均衡单元630的增益波特图(bode plot)具有在频率W。处的主极点 652，频率We对应为(-90° )的相位e ，并且具有在频率Wp处的次极点654，频率Wp对应为 (-180° )的相位e ，其中频率W。等于(Gm/C)并且频率Wp等于(gm/Cp)。因为补偿电路600 的增益Gm不随偏置电流Ibias改变，所以均衡单元630的带宽W。被保持不变(区域'BW')。 然而，次极点654的频率Wp等于(gm/Cp)，并且受偏置电流Ibias影响。当偏置电流Ibias被减 少时，次极点654的频率Wp减少并且引起均衡单元630的输出信号V。ut的小幅的群组延迟 变化。然而，假若信号质量足够好，则小幅的群组延迟变化不影响后续信号处理。
此外，补偿电路600的转换曲线也随偏置电路Ibias改变。请参阅图6D，图6D为图 6A所示的补偿电路600的输入电压AV^与输出电流I^之间的转换曲线。当偏置电流 IMas的水平被降低时，转换曲线L。变为转换曲线L1Q虽然转换曲线L。与k具有相同的斜 率Gm，但是转换曲线L。与具有不同的线性范围。由此，输出电压V。ut由于偏置电流Ibias 的调整受到小幅信号失真的影响。然而，假若信号质量足够好，则小幅信号失真不影响后续 信号处理。 请参阅图7A，图7A为闪式ADC (flash ADC) 700的方块示意图。ADC 700包含多个
8前置放大器702、多个电阻704与多个比较器706。前置放大器712与714分别放大输入电 压V。与Vd，以取得放大电压Va与Vb。接着，多个电阻704根据放大电压Va与Vb产生一序列 电压与V3。多个比较器706接着分别比较电压V^V^WVb与一序列参考电压，以 产生数字输出数据的一序列比特。 当ADC 700的多个前置放大器702的偏置电流Ibias减少时，多个前置放大器702 的增益降低。请参阅图7B，图7B为具有增益A与输出电压V。ff^的前置放大器750的示 意图。假若输入电压(V。ffset/A)足够大，则前置放大器750的输出电压小于理想输出电压 V。他et，并且包含前置放大器750的ADC 700的有效比特数(Effective Number Of Bits,以 下简称为ENOB)被降低。然而，假若信号质量足够好，则ENOB的小幅降低不影响后续信号 处理。 本发明提供用于数据读出系统中模拟电路的电流降低的方法。所述方法产生效能 指示符，指示数据读出系统的读取效能。假若效能指示符指示读取效能好，则降低将模拟电 路偏置的电流水平，以便降低功率消耗，。假若信号质量好，虽然偏置电流的降低引起小幅 的信号失真，但是模拟电路仍能正常操作，并且数据读出系统的读取效能保持高于可容忍 阈值水平。 以上所述仅为本发明的较佳实施方式，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修 饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
一种用于电流降低的方法，用于数据读出系统中的模拟电路，该用于电流降低的方法包含产生效能指示符，指示该数据读出系统的读取效能；比较该效能指示符与效能阈值水平，以产生切换信号；以及根据该切换信号来调整将该模拟电路偏置的电流源的水平。
2. 如权利要求1所述的用于电流降低的方法，其特征在于，该效能阈值水平包含较高 效能阈值水平与较低效能阈值水平，并且该比较该效能指示符与效能阈值水平，以产生切 换信号的步骤包含当该效能指示符大于该较高效能阈值水平时，设置该切换信号以指示该读取效能差；以及当该效能指示符小于该较低效能阈值水平时，置位该切换信号以指示该读取效能好。
3. 如权利要求1所述的用于电流降低的方法，其特征在于，该根据该切换信号来调整 将该模拟电路偏置的电流源的水平的步骤包含当该切换信号指示该读取效能好时，降低该电流源的水平；以及 当该切换信号指示该读取效能差时，增加该电流源的水平。
4. 如权利要求1所述的用于电流降低的方法，其特征在于，将该模拟电路的多个组件 电路的增益级或者跨导级偏置的该电流源的水平被调整，并且该增益级或者该跨导级具有 可调电流偏置。
5. 如权利要求4所述的用于电流降低的方法，其特征在于，该增益级或者该跨导级为 求和电路、自动增益控制器、均衡器或者模数转换器的增益放大器或者前置放大器。
6. 如权利要求4所述的用于电流降低的方法，其特征在于，该数据读出系统为光驱，并 且该多个组件电路是从包含求和电路、自动增益控制器、均衡器与模数转换器的群组中选 择的，其中该求和电路将由多个光检测器产生的信号求和以取得求和信号，该自动增益控 制器将该求和信号放大以取得放大信号，该均衡器将该放大信号滤波以取得滤波信号，并 且该模数转换器将该滤波信号从模拟转换为数字。
7. 如权利要求1所述的用于电流降低的方法，其特征在于，该效能指示符是根据表示 该数据读出系统产生的错误数据帧数目的帧错误信号来被产生。
8. 如权利要求7所述的用于电流降低的方法，其特征在于，该产生效能指示符的步骤包含在预定周期期间产生该数据读出系统的该帧错误信号的累积和，以取得固定周期错误 信号；延迟该固定周期错误信号，以取得延迟错误信号；从该固定周期错误信号与该效能指示符的总和中减去该延迟错误信号，以取得移动窗 口错误信号；以及将该移动窗口错误信号延迟，以取得该效能指示符。
9. 一种数据读出系统，自动降低电流消耗，该数据读出系统包含 效能指示符产生器，产生效能指示符，指示该数据读出系统的读取效能； 切换信号产生器，耦接于该效能指示符产生器，比较该效能指示符与效能阈值水平，以产生切换信号；以及模拟电路，耦接于该切换信号产生器，根据该切换信号来调整将该模拟电路偏置的电 流源的水平。
10. 如权利要求9所述的数据读出系统，其特征在于，该效能阈值水平包含较高效能阈 值水平与较低效能阈值水平，并且当该效能指示符大于该较高效能阈值水平时，该切换信 号产生器设置该切换信号以指示该读取效能差，以及当该效能指示符小于该较低效能阈值 水平时，该切换信号产生器置位该切换信号以指示该读取效能好。
11. 如权利要求9所述的数据读出系统，其特征在于，当该切换信号指示该读取效能好 时，该模拟电路降低该电流源的水平，以及当该切换信号指示该读取效能差时，该模拟电路 增加该电流源的水平。
12. 如权利要求9所述的数据读出系统，其特征在于，该模拟电路调整将该模拟电路的 多个组件电路的增益级或者跨导级偏置的该电流源的水平，其中该增益级或者该跨导级具 有可调电流偏置。
13. 如权利要求12所述的数据读出系统，其特征在于，该增益级或者该跨导级为求和 电路、自动增益控制器、均衡器或者模数转换器的增益放大器或者前置放大器。
14. 如权利要求12所述的数据读出系统，其特征在于，该数据读出系统为光驱，并且该 多个组件电路是从包含求和电路、自动增益控制器、均衡器与模数转换器的群组中选择的， 其中该求和电路将由多个光检测器产生的信号求和以取得求和信号，该自动增益控制器将 该求和信号放大以取得放大信号，该均衡器将该放大信号滤波以取得滤波信号，并且该模 数转换器将该滤波信号从模拟转换为数字。
15. 如权利要求9所述的数据读出系统，其特征在于，该效能指示符是根据表示该数据 读出系统产生的错误数据帧数目的帧错误信号来被产生。
16. 如权利要求15所述的数据读出系统，其特征在于，该效能指示符产生器包含 积丢模块，在预定周期期间产生该数据读出系统的该帧错误信号的累积和，以取得固定周期错误信号；延迟线，延迟该固定周期错误信号，以取得延迟错误信号；加法器，从该固定周期错误信号与该效能指示符的总和中减去该延迟错误信号，以取 得移动窗口错误信号；以及延迟单元，将该移动窗口错误信号延迟，以取得该效能指示符。
17. 如权利要求9所述的数据读出系统，其特征在于，该切换信号产生器包含 第一比较器，比较该效能指示符与较高效能阈值水平，并且当该效能指示符大于该较高效能阈值水平时，产生第一比较结果以设置锁存电路；第二比较器，比较该效能指示符与较低效能阈值水平，并且当该效能指示符小于该较 低效能阈值水平时，产生第二比较结果以置位该锁存电路；以及该锁存电路，当该锁存电路被设置时，产生具有高水平的该切换信号以指示该读取效 能差，并且当该锁存电路被置位时，产生具有低水平的该切换信号以指示该读取效能好。
全文摘要
本发明涉及用于电流降低的方法与数据读出系统。一种用于电流降低的方法，用于数据读出系统中的模拟电路，包含产生效能指示符，指示数据读出系统的读取效能；比较效能指示符与效能阈值水平，以产生切换信号；以及根据切换信号来调整将模拟电路偏置的电流源的水平。上述用于电流降低的方法与数据读出系统，比较效能指示符与效能阈值水平，以产生切换信号来调整将模拟电路偏置的电流源的水平，达到降低数据读出系统的功率消耗而不降低数据读出系统的读取效能的效果。
文档编号G11B20/10GK101740073SQ200910211118
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月5日 优先权日2008年11月12日
发明者涂维轩, 谢秉谕, 陈志权 申请人:联发科技股份有限公司