控制光盘刻录机的转轴转速的方法和装置 【技术领域】
本发明涉及一种控制光盘刻录机的转轴转速的方法与装置，特别涉及一种利用盘片的摆动信号与光盘刻录机的写入同步信号来控制光盘刻录机的转轴转速的方法与装置。
背景技术
在现代的信息社会中，如何整理储存大量的信息，是信息业界最关心的课题之一。在各种储存媒介中，光盘片以其轻薄的体积，高密度的储存容量，成为最普遍的高容量数据储存媒介之一。尤其是可写式光盘片，像是可录式光盘片(CD-R，Recordable Compact Disk)及可重复写入式光盘片(CD-RW，ReWritable Compact Disk)的发展，再配合光盘刻录机(CD-R/RW drive)，让使用者仅以个人计算机层级的设备，就能依个人的需求，将数据写入光盘片中，做非挥发式的储存。上述这种能符合使用者个别需求的特性，更能凸显可写式光盘片作为一种非挥发性高密度数据储存媒介的优点。
为便于内储信息的管理，光盘片上储存数据地区域会被区分成许多小记录区(frame)；而光盘片上所储存的信息都会依照一定的规划储存在光盘片上的各记录区中。要将信息写入可写式光盘片时，光盘刻录机必须要先确定可写式光盘片上各记录区的规划情形，才能正确地将数据写入可写式光盘片中。为了要记录与各记录区相关的信息，可写式光盘片也有特殊的构造来记录相关的信息。因为各记录区间是以分/秒/记录区等来区分(Minute/Second/Frame，M/S/F，1分等于60秒，1秒等于75个记录区)。与记录区有关的数据也被称为时间数据(ATIP，Absolute Time In Pre-groove)。
请参考图1，图1为已知可写式光盘片10的仰视图。如业界所熟知，光盘片10有一可反射激光的反射面13，图1即正对此反射面13。当光盘片10放在光盘刻录机(未显示)中时，光盘刻录机上的光学读写头会发出激光，激光会被反射面13不同部份的不同反射模式所调变，再反射回光学读取头；如此光盘刻录机就能读出对应该反射模式的信息。顺着光盘片10的圆弧，反射面13上有环绕光盘片10圆心的细长轨道11。将轨道11进一步的一小部份放大后的样子，请参考图1中的附图1A。在可写式光盘片中，轨道11可再细分为两种轨迹，一种是用来记录信息的数据轨迹12，另一种就是用来记录光盘片10上各记录区(frame)相关信息的摆动轨迹14。数据轨迹12本身是顺着光盘片10的圆弧而环绕光盘片10圆心的圆弧线(就像轨道11一样)，因为附图1A是圆弧形轨道的一小部份的放大图，故附图1A中的数据轨迹12已呈现直线的形状。由宏观的角度看来(也就是图1中光盘10的正面仰视图所呈现的)，摆动轨迹14也是顺着光盘片10的圆弧环绕光盘片10圆心的圆弧线，但从附图1A放大后的观点来看，摆动轨迹14还会沿着圆弧线(在附图1A中变成像是数据轨迹12般的直线)呈现小幅度蜿蜒偏摆的蛇行状。摆动轨迹14中蜿蜒蛇行的曲线是由两种不同周期(即附图1A中的周期D1及D2)的小段曲线连贯而成。
数据轨迹12与摆动轨迹14更进一步的放大图，请参考图1中的附图1B。数据轨迹12中有间断不连续的记录记号16；各记录记号16的长度不等，与反射面13的反射特性也不相同。而长度不等的记录记号16就代表了不同的数据信息。借着控制记录记号的长度，光盘片10就可以记录下各种写入光盘片10中的数据。另一方面，用来记录光盘片记录区信息的摆动轨迹14则是凸出于反射面13的连续轨迹。请继续参考图2。图2为图1中附图1B的立体结构图。由图2中就可以清楚看出摆动轨迹14是突出于反射面13的结构，数据轨迹12则位于突出的摆动轨迹14间所形成的沟槽(groove)内。
可写式光盘片10在生产时，会于盘片上制作摆动轨迹14以提供盘片轨道信息相关的时间数据(ATIP)，便于光盘刻录机读取或写入盘片数据时能正确找到盘片上的位置，而时间数据是经由频率调变(frequency modulation，FM)的方式经由摆动轨迹14产生。
请参阅图3，图3为已知摆动信号18与时间数据信号20的示意图。由于摆动轨迹14包含两种不同周期的曲线，因此当激光信号经由摆动轨迹14反射时会产生包含两种不同周期T1、T2的摆动信号18，如图2A所示。为了便于显示两种不同周期的信号，在图2A中使用周期差异极大的两波形来表示。摆动信号18中周期T1的波形延续的时间段落就对应于高位准”1”；而摆动信号18中周期T2之波形延续的时间就对应于低位准”0”，将摆动信号18中以频率调变记录的数据解调变之后，就可得到图3中的时间数据信号20。该时间数据信号20经由双相编码(bi-phase)后，可输出一个编码时间数据信号(bi-phase data signal)22，双相编码的原则如下所述。
请参阅图4，图4为已知双相编码的示意图。当一位单元(bit cell)中间(middle)发生信号位准变化时代表”1”，而位单元中没有信号位准变化则代表”0”，且每一位单元边缘(edge)必定发生信号位准变化，因此位单元A中信号由高位准变为低位准而代表”1”，然而位单元B中信号保持为低位准而代表”0”，同理，位单元C中信号保持为高位准亦代表”0”，因此两个相邻位准变化的间隔为1T或2T。
请参阅图5，图5为已知时间数据23的示意图。时间数据23系由多个区块(block)组成，每一区块长度为四十二位。其中一个单位时间数据包含有四位的同步码(sync mark)24，二十四位的数据码26，以及十四位的错误检查码(cyclic redundancy check，CRC)28，而该数据码26中包含有分(minutes)29，秒(seconds)30及记录区(frames)31的信息。若时间数据23经由编码(bi-phase)处理后则产生八十四位构成的编码时间数据信号22。
请参阅图4及图6，图6为图5所示的同步码24的示意图。如图4所示，两个相邻位准变化的合法(illegal)间隔为1T或2T，然而，另外有一非合法(illegal)间隔3T可用来侦测时间数据23开头的同步码24。对应于时间数据23的一区块的时间数据信号20包含有同步码24的同步信号(ATIPsync)，而同步码24的信号格式为”3T-1T-1T-3T”。当经由一时间数据时钟32而读取到同步码24的信号时，会输出一个同步侦测信号34。在特定光盘位置时，经由相对应的时间数据23中，利用同步码24以使光盘刻录机能通过读取同步码24所得的数据码26以得知目前所在盘片位置的相关信息，并且建立一参考点以利光盘刻录机在盘片上进行写入数据。
请参阅图7，图7为已知盘片记录区的示意图。数据是以记录区(EFMframe)的格式储存于盘片上，而每九十八个记录区会构成一时间数据记录区(ATIP frame)，如图7(A)所示。每一记录区中包含588位，且记录区区分为同步数据(sync)，子数据(subcode data)，主数据(main data)，第一检查位(p-parity)，及第二检查位(q-parity)，如图7(B)所示。而时间数据记录区中所有的主数据、第一检查位及第二检查位形成一主信道(mainchannel)，用来记载实际所要储存的数据，而所有的子数据形成子信道(subchannel)，用来记载该储存数据的相关信息，例如轨道编号(track number)。此外，时间数据记录区中第一记录区的子数据S0及第二记录区的子数据S1产生一个同步信号(subcode sync)，可用来比较写入数据信号与盘片的时间数据信号的同步性。
此外，光盘刻录机依据一个编码时钟(EFM write clock)对欲储存的数据进行「八至十四调制(Eight to Fourteen Modulation，简称EFM)」以产生写入数据，且该编码时钟与写入数据同步。光盘刻录机依据该编码时钟产生二参考时钟，一个为主写入数据同步信号(encoder EFM frame sync，EEFS)，另一为子写入数据同步信号(encoder subcode frame sync，ESFS)。每一记录区数据会产生相对应的子写入数据同步信号，而每一时间数据记录区数据会产生相对应的主写入数据同步信号。由于九十八个记录区会构成一时间数据记录区，因此子写入数据同步信号的频率为主写入数据同步信号的九十八倍。而子写入数据同步信号可作为参考信号，用来与时间数据的同步信号比较以判断写入数据与盘片记录区的同步性。
请参阅图8，图8为已知子写入数据同步信号与已知时间数据的同步信号的示意图。依据橘皮书的定义，时间数据的同步信号(ATIP sync)与子写入数据同步信号之间的误差35必须控制在两个记录区内。假如两同步信号之间误差35太大，容易导致其它问题，比如重复写入(overlap)的情形。
已知控制光盘刻录机的转轴转速的方法是先以盘片上的摆动信号与光盘刻录机的主写入数据同步信号来控制马达，并使其以固定线速度运作。然后当光盘刻录机进入写入模式预备将数据写入盘片时，该光盘刻录机仅以时间数据同步信号与子写入数据同步信号的相位差来控制马达，并同时经由一低通滤波电路来调整马达转速控制量以进一步地改变该相位差，以使时间数据的同步信号与子写入数据同步信号的误差符合所需条件。然而已知技术仅利用一个低通滤波电路来调整马达转速控制量以改变时间数据的同步信号与子写入数据同步信号的相位差，当该相位差过大使马达转速过快时，该低通滤波电路需较长的反应时间以控制马达转速。此外仅以时间数据同步信号与子写入数据同步信号的相位差来控制马达亦会造成调整速度(update rate)较慢的缺点。
发明概述
因此，本发明的主要目的是提供一种同时利用盘片的摆动信号与光盘刻录机的写入数据同步信号来控制马达转速的方法与装置，以解决上述问题。
本发明的申请专利范围提供一种控制光盘刻录机的转轴(spindle)的转速的方法，其包含有取得一个摆动信号(wobble signal)以及一个主写入数据同步信号(encoder EFM frame sync，EEFS)之间的第一相位差(first phasedifference)与第一频率差(first frequency difference)；使用该第一相位差与该第一频率差来调整该转轴的转速直到该第一相位差维持一个固定值；以及依据该第一相位差，该第一频率差，一时间数据同步信号(absolutetime in pre-groove，ATIP)与子数据同步信号(encoder subcode frame sync，ESFS)之间的第二相位差(second phase difference)来调整该转轴在一个写入模式中的转速直到该第二相位差小于一个预定临界值。
本发明的申请专利范围另提供一种光盘刻录机的控制电路。该光盘刻录机包括一个马达，用来依据其转轴的转速而调整个一盘片的旋转。该控制电路包括一个频率比较器，用来取得一个摆动信号(wobble signal)以及一个主写入数据同步信号(encoder EFM frame sync，EEFS)之间的一个第一频率差(first frequency difference)；一个第一相位比较器，用来产生该摆动信号以及该主写入数据同步信号(encoder EFM frame sync，EEFS)之间的一个第一相位差(first phase difference)；一个第二相位比较器，用来产生一时间数据同步信号(absolute time in pre-groove，ATIP)与子数据同步信号(encoder subcode frame sync，ESFS)之间的第二相位差(secondphase difference)；以及一个驱动电路，用来控制该转轴的转速，该驱动电路依据该第一频率差与该第一相位差调整该转轴的转速直到该第一相位差维持一个固定值，该驱动电路依据该第一相位差，该第一频率差，一个时间数据同步信号(absolute time in pre-groove，ATIP)与子数据同步信号(encoder subcode frame sync，ESFS)之间的第二相位差(second phasedifference)来调整该转轴在一个写入模式中的转速直到该第二相位差小于一个预定临界值。
附图简述
图1为已知可写式光盘片的仰视图。
图2为图一中附图1B的立体结构图。
图3为已知摆动信号与时间数据信号的示意图。
图4为已知双相编码的示意图。
图5为已知时间数据的示意图。
图6为图5所示的同步码的示意图。
图7为已知盘片记录区的示意图。
图8为已知子写入数据同步信号与已知时间数据同步信号的示意图。
图9为本发明光盘刻录机的马达控制电路的示意图。
图10为本发明光盘刻录机的马达控制电路于固定线速度模式的示意图。
图11为本发明光盘刻录机的马达控制电路处于写入模式的示意图。
图12为本发明光盘刻录机的马达控制电路操作的示意图。
附图标识说明
10 光盘片 11 轨道
12 数据轨迹 13 反射面
14 摆动轨迹 16 记录记号
18、51 摆动信号 20 时间数据信号
22 编码时间数据信号 23 时间数据
24 同步码 26 数据码
28 错误检查码 29 分
30 秒 31 记录区
50 马达控制电路 52 时间数据同步
信号
53 主写入数据同步信 54 子写入数据同
号 步信号
55 频率比较器 56、57 相位比较器
58 分频器 59 低通滤波器
60 转换电路 61 驱动电路
62 马达 64 摆动信号
65 激光读写头
【具体实施方式】
请参阅图9，图9为本发明光盘刻录机的马达控制电路50的示意图。光盘刻录机经由盘片上的摆动轨迹读取摆动信号51(作为第一信号S1)，并对摆动信号51译码而得到时间数据信号(ATIP signal)及包含于该时间数据信号的时间数据同步信号(ATIP sync)52(作为第三信号S3)。当写入数据经由「八至十四调制(EFM)」转换成盘片记录区的储存格式时，光盘刻录机会同时产生相对应的主写入数据同步信号53(作为第二信号S2)及子写入数据同步信号54(作为第四信号S4)。马达控制电路50包含有：一个频率比较器55用来比较分频后的摆动信号51(经由一个分频器58分频)与主写入数据同步信号53的频率关系，一个相位比较器56用来比较分频后的摆动信号51(经由一个分频器58分频)与主写入数据同步信号53的相位关系，一个相位比较器57用来比较时间数据同步信号52与子写入数据同步信号54的相位关系，一分频器58用来将高频的摆动信号51转换为低频的摆动信号51，一个低通滤波器59用来将相位比较器56的输出平滑化，转换电路60(比如为一多任务器)用来选择其本身的输出信号是由相位比较器56产生或由相位比较器56经低通滤波器处理后产生，以及驱动电路61用来依据频率比较器55的输出信号、转换电路60的输出信号以及相位比较器57的输出信号控制马达62的转速。本实施例中，光盘刻录机可以是一个可写式光盘刻录机(CD-R drive)或一可重复录写式光盘刻录机(CD-RW drive)。在下面的说明中，假设光盘刻录机是以一倍速(1X)的标准速度进行刻录，因此主写入数据同步信号53的频率为7.35千赫兹(Hertz，Hz)，而子写入数据同步信号54的频率则为75赫兹。当盘片以固定的一个倍速转动时，摆动信号51是由21.05千赫兹及23.05千赫兹的信号组成，而其平均为22.05千赫兹，所以时间数据同步信号52的频率为75赫兹。
请参阅图10，图10为本发明光盘刻录机的马达控制电路50处于固定线速度模式(CLV mode)的示意图。当光盘刻录机进行刻录数据动作前，首先必须适当地驱动马达使盘片以固定线速度转动，便于依据一个写入策略(write strategy)进行实际的数据写入操作。在此模式下的马达控制电路50中，相位比较器57系被关闭，以及转换电路60是选择相位比较器56的输出信号作为其本身的输出信号。由于摆动信号51的频率高于主写入数据同步信号53的频率，因此摆动信号51需先经分频器58分频后才能与主写入数据同步信号53比较频率关系。由于盘片稳定转动时，摆动信号51的频率为22.05千赫兹，而光盘刻录机产生的主写入数据同步信号53的频率为7.35千赫兹，因此可利用分频器58将摆动信号51调整为三分之一成为摆动信号64，再由频率比较器55来比较主写入数据同步信号53与摆动信号64。若摆动信号64的频率低于主写入数据同步信号53的频率，则频率比较器55会经由摆动信号64与主写入数据同步信号53，亦即第一信号S1及第二信号S2产生一个第一控制信号SC1以增加光盘刻录机马达的转速，如此可提高摆动信号64的频率。相反地，若摆动信号64的频率高于主写入数据同步信号53的频率，则频率比较器55会产生该第一控制信号SC1以减低光盘刻录机马达的转速，以降低摆动信号64的频率。相位比较器56是用来依据摆动信号64与主写入数据同步信号53之间的相位差，产生一个第二控制信号SC2以控制光盘刻录机马达的转速。当摆动信号64与主写入数据同步信号53之间的相位差越大时，则马达的转速越快。若是摆动信号64与主写入数据同步信号53之间的相位差不稳定，则会造成马达的转速不定。所以经由频率比较器55、相位比较器56及马达62所构成的反馈机制，当盘片以一转速稳定转动时，摆动信号64也会以一固定频率输出。当摆动信号64等于主写入数据同步信号53的频率时，则表示该盘片以一倍速的转速稳定转动，而使马达62转动的第二控制信号是由摆动信号64与主写入数据同步信号53的相位差经由相位比较器56产生。所以当摆动信号64与主写入数据同步信号53的频率相同时，则该光盘刻录机以固定线速度(一倍速)运转，而摆动信号64与主写入数据同步信号53的相位差随着盘片上不同位置而异。这是因为在固定线速度的操作模式下，盘片上不同位置所对应的线速度相同但马达转速不同，亦即盘片内圈位置所需转速较快而外圈位置所需转速较慢。所以本实施例中，利用频率比较器55与相位比较器56依据摆动信号51与主写入数据同步信号53，所产生的相对应第一、二控制信号以使该光盘刻录机以固定线速度方式稳定运转。
请参阅图11，图11为本发明光盘刻录机的马达控制电路50处于写入模式(write mode)的示意图。当摆动信号64与主写入数据同步信号53的频率相同时，即该光盘刻录机以固定线速度方式运转，此时该光盘刻录机立即进入写入模式，此时相位比较器57系被启动，以及转换电路60的输出信号为低通滤波器59的输出信号，转换电路60的输出信号系输入至驱动电路61。此外，相位比较器56会保持(hold)由摆动信号64与主写入数据同步信号53之间相位差所产生的第二控制信号SC2。如所知道的，时间数据同步信号52是由摆动信号51产生。当摆动信号64与主写入数据同步信号53的频率相同时，时间数据同步信号52亦会与子写入数据同步信号54频率相等(两者均为75赫兹)。依所需条件规定，时间数据同步信号(ATIP sync)与子数据写入同步信号之间的误差必须控制于两个记录区内。因此利用相位比较器57来比较时间数据同步信号52与子写入数据同步信号54之间的相位差。当时间数据同步信号52的相位领先子写入数据同步信号54的相位，且两者之间的相位差大于两个记录区时，则相位比较器57会依据时间数据同步信号52与子写入数据同步信号54，亦即第三信号S3及第四信号S4而输出一个第三控制信号SC3至相位比较器56以调整相位比较器56最后输出的第五控制信号SC5的大小，及产生一个第四控制信号SC4输入驱动电路61。该第一、四、及五控制信号SC1、SC4、SC5会使马达62转速降低以缩小时间数据同步信号52与子写入数据同步信号54之间的相位差。相位比较器56所输出的第五控制信号SC5还会先经由低通滤波器60处理以使信号平滑化而不会产生剧烈变化。因而能对马达62的转速产生微调的效果直到时间数据同步信号与子数据同步信号之间的相位差小于两个记录区为止。所以，本实施例中，相位比较器57是用来调整时间数据同步信号52与子写入数据同步信号54之间的相位差，而频率比较器55则用来使时间数据同步信号52与子写入数据同步信号54的频率相同。
举例来说，当光盘刻录机在固定线速度模式中使摆动信号64与主写入数据同步信号53的频率相同时，则频率比较器55输出的第一控制信号SC1值为”0”，而相位比较器56输出第二控制信号SC2值为”50”。因此驱动电路61驱动马达的控制值为”50”(0+50)，然后光盘刻录机立即进入写入模式。而相位比较器56会保持第二控制信号8C2值为”50”。若时间数据同步信号52与子写入数据同步信号54之间相位差不符橘皮书规定，并使相位比较器57输出第四控制信号SC4值为”5”，及相对应的第三控制信号SC3值”1”使相位比较器56输出的第五控制信号SC5值调整为”51”(50+1)，因此驱动电路61驱动马达的控制值为”56”。然而，当马达62转速改变时会同时影响摆动信号51及时间数据同步信号52的频率。若此时频率比较器55输出第一控制信号SC1值为”-5”，相位比较器57输出第四控制信号SC4值为”3”，及相对应的第三控制信号SC3值”1”使得相位比较器56输出的第五控制信号SC5值调整为”52”，经由第一、四、五控制信号的调整，因此驱动电路61驱动马达的控制值为”50”，重复上述步骤，直到数据同步信号52与子写入数据同步信号54频率相等且相位差符合所需条件为止，然后才正式执行刻录数据的动作。
请参阅图12，图12是本发明光盘刻录机的马达控制电路50操作的示意图。图12B系为图12A中可写式光盘片10沿线段12-12’的剖面图。当光盘刻录机欲于盘片位置Z的地方开始写入数据时，光盘刻录机的激光读写头65会先以跳轨方式移动至靠近盘片位置Z的盘片位置X。然后该光盘刻录机进入固定线速度模式，以控制马达62以固定线速度方式稳定运转。当激光读写头65由盘片位置X沿着盘片上螺旋轨道向盘片位置Z慢慢移动，马达控制电路50会调整马达62的转速。当激光读写头65移动至盘片位置Y时，摆动信号64与主写入数据同步信号53的频率相同，则马达62以等线速度(一倍速)运转，并且该光盘刻录机进入写入模式。所以读写头65于盘片位置X与盘片位置Y时，光盘刻录机处于固定线速度模式，当激光读写头65通过盘片位置Y而向盘片位置Z移动时，则光盘刻录机进入写入模式。于写入模式中，马达控制电路50调整马达62使时间数据同步信号与子数据同步信号之间的相位差小于两个记录区。当激光读写头65移动至盘片位置Z时，即可开始于盘片上写入数据。
相较于已知技术，本发明控制光盘刻录机的转轴转速的方法在刻录时，不仅能使时间数据同步信号与子数据同步信号之间的相位差小于两个记录区，并且参考摆动信号来控制马达转动，所以调整速度(update rate)较快，可以大幅改善光盘刻录机刻录数据的效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。