自动消除电流泵之间电流不协调 的数据切割器及操作方法 【技术领域】
本发明涉及一种数据切割器及其操作方法，特别是涉及一种数据切割器，其能够自动消除包含于其中的电流泵之间的电流不协调(current mismatch)及其操作方法。
背景技术
随着计算机科技的快速发展，大部分的模拟数据皆可转换成数字数据以方便数据传送与储存。近几年来，将光盘片(compact discs，CDs)作为一种储存介质的使用方式已经被广泛地采用。因此，光学烧录机如可烧录式光驱(CD-R)及可重写式光驱(CD-RW)已经成为电子产品市场的主流。大量的信息可以经由使用这些光学烧录机而储存在光盘片上。
请参见图1，其显示一种典型光盘片10的上视图。如本技术领域技术人员所熟知，光盘片10具有一反射面13。通常光驱是使用光学读写头来发射激光至光盘片10的反射面13，并且入射激光进一步会由反射面13的不同部分所反射。光驱经由使用光学读写头收集反射激光来读取保留在光盘片10上的信息。意即光驱可将光学讯号转换成相对应的电子讯号。在光盘片10的反射面13上为微细螺旋光轨(fine spiral track)11。考虑到可烧录式光驱(CD-R)及可重写式光驱(CD-RW)，请参见图2，其为图1的区域1A的放大图，若可烧录式光盘片或可重写式光盘片选用为图1的光盘片的话。在图2中，光轨11是由两种光轨所组成，其中一种为适用于记录数据的数据轨(datatrack)12并且另一种为适用于记录每个数据帧(data frame)地相关时间信息的摆动轨(wobble track)。如图2所示数据轨12具有一种连续螺旋形状，并且摆动轨14具有一种摆动形状。另外，摆动轨14的弯曲部分是由具有不同周期的小区段曲线所组成。摆动轨14是用来产生一个相对应的摆动讯号(wobble signal)。因为摆动轨14是由具有两种不同周期的小区段曲线所组成，摆动讯号是由具有两种不同频率的讯号区段所组成。为人所熟知的是预刻槽绝对时间(absolute time in pre-groove，ATIP)信息是经由频率调制(frequencymodulation，FM)来调制。因此摆动讯号可以解调以回复用来记录信息如分、秒以及与每个数据轨12相关的数据帧的预刻槽绝对时间信息。摆动轨14的表面自反射面13突出，并且数据轨12位于如图2所示的突出摆动轨14所组成的沟槽内部。数据轨12具有多个坑区(pit area)16以及多个平面区(landarea)18。每个坑区(pit area)16以及平面区(land area)18分别用来代表数字数据“1”与“0”。
请参见图3，其为显示由如图1所示的数据轨12所反射的反射激光讯号的检测。当光学读写头以一预定的发射功率发出激光至数据轨12时，光学读写头同时会检测到反射激光。若光学读写头移动至坑区16，发射的激光会散射开来。因此由光学读写头所检测到的反射激光的发射功率会比较弱。相反的，若光学读写头移动至平面区18，大部分的激光会反射回来。因此在此处附近由光学读写头所检测到的反射激光的发射功率会较由坑区16所产生的要高。光学读写头会根据反射激光的发射功率来产生检测讯号(detectingsignal)20。所广为人知的是检测讯号20为一交流耦合射频讯号(AC coupledRF signal)。如图3所示，每个坑区16对应于具有相较于直流电平(DC level)而言为负振幅的检测讯号20的部分，并且每个平面区18对应于具有相较于直流电平而言为正振幅的检测讯号20的部分。直流电平为检测讯号20的振幅的长期平均值。储存在数据轨12上的数字数据已经根据一个预定的方法进行编码使得相对应的数字和值(digital sum value，DSV)趋近于0。换句话说，“1”的总数与“0”的总数理想上应为相等以使得数字和值趋近于0。因此数据轨12上的坑区16的总长度等于数据轨12上的平面区18的总长度，而使得数字和值等于0。
当光学读写头自图1的光盘10读取数据时，光学读写头会相对应地产生模拟检测讯号20。接着数据切割器(data slicer)便会广泛地使用以将模拟检测讯号20转换成相对应的数字数据。请参见图4，其为一种已知数据切割器30的电路图。数据切割器30具有一比较器32，两电流泵34，36，一反相器35，一电容37，一低通滤波器38，以及两个开关41，42。低通滤波器38具有一电阻39以及一电容40。比较器32具有电性连接至检测讯号20的一输入端(正相输入端)，以及电性连接至低通滤波器38的输出端以接收切割参考电平Vr的另一输入端(反相输入端)。比较器32用来将检测讯号20与切割参考电平Vr做比较。若检测讯号20的振幅大于切割参考电平Vr，比较器32会输出代表逻辑高值(例如“1”)的高电压讯号。开关41会相对应地导通，但由于反相器35的关系，开关42会截止。电流泵34开始对电容37充电以将切割参考电平Vr增加第一偏移值。若检测讯号20的振幅小于切割参考电平Vr，比较器32会输出代表逻辑低值(例如“0”)低高电压讯号。开关42由于反相器35的关系而导通，但开关41截止。电流泵36开始对电容37放电以将切割参考电平Vr减少第二偏移值。低通滤波器38作用为一积分器以根据电流泵34，36的运作来调整切割参考电平Vr。在已知的数据切割器30中电流泵34，36假设为相同。意即第一偏移值应等于第二偏移值。然而电流泵34并不等于电流泵36，即使在两者皆是以相同的半导体工艺来制造。因此在电流泵34，36之间便会产生不协调(mismatch)。当电流泵34，36以相同的控制电压导通时，第一偏移值可能不会与第二偏移值相同。如此一来，在一段长时间后切割参考电平Vr将会上移或下移。
请参见图5，其为显示电流泵34，36之间的不协调的示意图。本身为一模拟射频讯号的检测讯号20输入至数据切割器30的比较器32。假设保留在光盘片10上的数字数据对应于“0-DSV”。当相对应的检测讯号20由数据切割器30所切割以重制原始数字数据时，与重制的数字数据相关的数字和值(DSV)应为0。若电流泵34，36为相同且具有相同的电路特性，切割参考电平Vr的长期平均值会逼近图5所示的LV1。显然地重制的数字数据为“11111111110000000000”。“1”的总数等于“0”的总数。因此数字和值(DSV)等于0。若第一偏移值大于第二偏移值，在一段长时间后电容37的充电效应会比电容37的放电效应要强。切割参考电平Vr的长期平均值接着会从LV1(理想值)上移至LV2。显然地是重制的数字数据为“01111111100000000000”。“1”的总数小于“0”的总数。因此数字数据的数字和值(DSV)等于一负数(例如-2)。若第一偏移值小于第二偏移值，在一段长时间后电容37的放电效应比电容37的充电效应要强。切割参考电平Vr的长期平均值接着会从LV1(理想值)下移至LV3。显然的是重制的数字数据为“11111111111000000001”。“1”的总数大于“0”的总数。因此数字数据的数字和值(DSV)等于一正数(例如+2)。
因为在电流泵34，36之间具有不协调，实际的切割参考电平Vr会从理想值偏移出去，而使得重制的数字数据跑出合理的误差度窗口范围。重制的数字数据中的误差位总数会增加设计用来回复保留在光盘片10上的原始数字数据之后续误差检测电路的负担。换句话说，电流泵34，36之间的不协调会严重影想由数据切割器30所产生的输出数据的精确度。数据切割器30的性能则会变差。
【发明内容】
因此本发明的主要目的在于提供一种能够消除包含于其中的电流泵之间的电流不协调的数据切割器，并且本发明的另一目的在于提供一种使数据切割器能够消除数据切割器内的电流泵之间的电流不协调，以解决上述问题的方法。
根据本发明的第一方面，披露了一种数据切割器。该数据切割器包含一比较器，用以将一模拟讯号与一切割参考电平做比较以将该模拟讯号转换成一数字讯号，一计数器，电性连接于该比较器，用以在一段预定的时间内，根据数字讯号所具有的逻辑值计算出一数字和值(digital sum value，DSV)，一电压调整电路，电性连接于该计数器，用以调整该切割参考电平，以及一低通滤波器电性连接于该电压调整电路，用以输出切割参考电平至比较器。电压调整电路为一模拟电路，其在数字和值大于一上限时使切割参考电平增加一第一偏移值，并且在数字和值小于一下限时使切割参考电平减少一第二偏移值。
本发明的第二方面，披露了一种操作数据切割器的方法，其包含以下步骤：(a)将一模拟讯号与一切割参考电平做比较以将该模拟讯号转换成一数字讯号，(b)在一段预定的时间内，根据数字讯号所具有的逻辑值计算出一数字和值(digital sum value，DSV)，以及(c)根据该数字和值调整该切割参考电平，以便在数字和值大于一上限时使切割参考电平增加一第一偏移值，并且在数字和值小于一下限时使切割参考电平减少一第二偏移值。
本发明的优点在于数据切割器可调整电流泵的输出电流以减少第一偏移值与第二偏移值之间的差异。因此实际的切割参考电平可维持在一预定的误差度窗口内，使得由数据切割器所产生的重制数字数据的精确度可大幅增进。
本发明的目的将在阅读下面较佳实施例的详细说明后会更加清楚，其是以各个图表与附图说明。
【附图说明】
图1为已知光盘片的上视图；
图2为图1所示区域1A的放大图，若图1的光盘片选用可烧录光盘片或可复写光盘片的话；
图3为自光盘片的数据轨所产生的反射激光讯号的检测的示意图；
图4为已知数据切割器的电路图；
图5为显示图4所示数据切割器内部的电流泵之间的不协调的示意图；
图6为根据本发明的数据切割器的示意图；
图7为图6所示的电流泵的示意图；
图8为操作本发明的数据切割器的方法的流程图。
附图标号说明
10 光盘片 11 微细螺旋光轨
12 数据轨 13 光盘片的反射面
14 摆动轨 16 坑区
18 平面区 20 检测讯号
30 知数据切割器 32 比较器
34，36 电流泵 35 反相器
37 电容 38 低通滤波器
39 电阻 40 电容
41，42 开关 50 本发明的数据切割器
52 比较器 54 DSV计数器
56 微处理器 58，60电流泵
62，64 开关 66 电容
68 低通滤波器 70 电阻
72 电容
74a，74b，74c，74d，74e，74f 电流源
74a’，74b’，74c’，74d’，74e’，74f’ 电流源
76b，76c，76d，76e，76f 开关
76b’，76c’，76d’，76e’，76f’ 开关
【具体实施方式】
请参见图6，图6为根据本发明的数据切割器50的电路图。数据切割器50具有一比较器52，一DSV计数器54，一微处理器56，两电流泵58，60，两开关62，64，一电容66，以及包含一电阻70及一电容72的一低通滤波器68。比较器52的一输入端(正相输入端)用来接收由光学读写头所产生的检测讯号20，并且另一输入端(反相输入端)用来接收一切割参考电平Vr。比较器52重复将检测讯号20与切割参考电平Vr做比较以重制原始数字数据。DSV计数器54用来计算由比较器52所输出的数字数据的数字和值(DSV)。意即，当比较器52输出代表一逻辑高值(例如“1”)的一高电压电平，DSV计数器54会增加由比较器52所输出的数字数据的数字和值)。反之，当比较器52输出代表一逻辑低值(例如“0”)的一低电压电平，DSV计数器54会减少由比较器52所输出的数字数据的数字和值)。在本发明的较佳实施例中，电流泵58，60的输出电流为可调的。因此微处理器56是用来根据DSV计数器54所计算出的数字和值来控制电流泵58，60的调整程序。若开关62导通，电流泵58会开始对电容66充电以将切割参考电平Vr增加一第一偏移值。若开关64导通，电流泵60会开始对电容66放电以将切割参考电平Vr减少一第二偏移值。电流泵58，60以及电容66作用为因应由比较器52所得到的比较结果来调整切割参考电平Vr的一电压调整电路。此外，低通滤波器68作用为一积分器以输出切割参考电平Vr，切割参考电平Vr为由电容66所维持的电压的长期平均值。请参见图7，其为图6所示的电流泵58，60的电路图。电流泵58，60每个均具有多个并联的电流源74以输出不同电平的电流，以及多个开关76，每个开关控制一个各别电流源74的电流流动路径。值得注意的是每个电流源74a，74b，74c，74d，74e，74f的一输入端电性连接至一高电压Vs，并且每个电流源74a’，74b’，74c’，74d’，74e’，74f’的一输入端电性连接至一低电压(接地电压)。开关76由微处理器56所产生的控制讯号ITUNEup，ITUNEdn来控制。作用近似于图4所示的电流泵34，36的电流源74a，74a’用来将电流泵58的输出电流上调(tune up)，并且电流源74b’，74c’，74d’，74e’，74f’用来将电流泵60的输出电流下调(tunedown)。与电流泵58相关的电流Iup系以下式来表示：
Iop=I1+1100I1*S1+2100I1*S2+4100I1*S3+8100I1*S4+16100I1*S5]]>
若开关74b，74c，74d，74e或74f其中任意一个为导通，上式中的S1，S2，S3，S4或S5其中任意一个对应于导通开关的符号代表1。例如，当开关74b，74e导通时，电流Iup变成
(I1+1100I1*1+2100I1*0+4100I1*0+8100I1*1+16100I1*0).]]>
因此电流Iup可藉由控制讯号ITUNEup轻易地调整为(1+n100)*I1,]]>其中0≤n≤31(n为一整数)。相同地，与电流泵58相关的电流Idn系以下式来表示：
Idn=I2+1100I2*S1′+2100I2*S2′+4100I2*S3′+8100I2*S4′+16100I2*S5′]]>
若开关74b’，74c’，74d’，74e’或74f’其中任意一个为导通，上式中S1’，S2’，S3’，S4’或S5’其中任意一个对应于导通开关的符号代表1。相同地，电流Idn可藉由控制讯号ITUNEdn轻易地调整为
(1+n100)*I2,]]>其中0≤n≤31(n为一整数)。
请参见图8，其为根据本发明的操作数据切割器50的方法的流程图。数据切割器的运作包含以下步骤：
步骤100：开始；
步骤102：启动一伺服马达以转动一光盘片，并且使用一光学读取头以读取保留在光盘片上的数据；
步骤104：清除由DSV计数器54所计算出的数字和值(DSV)，并且指定一初始值予数位和值(DSV)；
步骤106：启动DSV计数器以从初始值开始计算数字和值(DSV)；
步骤108：在一段预定的时间后读取数字和值(DSV)；
步骤110：数字和值(DSV)是否小于一上限？若是，跳至步骤114；否则跳至步骤112；
步骤112：微处理器56产生控制讯号ITUNEup至电流泵58以经由控制电流源74b，74c，74d，74e，74f来增加第一偏移值。跳至步骤114；
步骤114：数字和值(DSV)是否大于一下限？若是，跳至步骤118；否则跳至步骤116；
步骤116：微处理器56产生控制讯号ITUNEdn至电流泵60以经由控制电流源774b’，74c’，74d’，74e’，74f’来增加第二偏移值。跳至步骤104；
步骤118：结束。
数据切割器的运作说明如下。伺服马达首先启动以根据一预定的规则来转动光盘片(步骤102)。例如，伺服马达采用固定角速度(constantangular velocityr，CAV)机构或固定线速度(constant linear velocity，CLV)机构来转动光盘片。接着光学读写头读取保留在光盘片上的数据，并且产生检测讯号20。目前的数字和值(DSV)会并清除且预定为一初始值0(步骤104)。DSV计数器54会启动以从初始值开始根据比较器52的输出数字数据来计算数字和值(DSV)(步骤106)。在一段时间后，由DSV计数器54所产生的数字和值(DSV)会取来以决定实际的切割参考电平Vr是否要从预期的长期平均值更动(步骤108)。微处理器56会将所取得的数位和值(DSV)与一上限+TH做比较(步骤110)。若数字和值(DSV)大于该上限+TH，实际的切割参考电平会从预期的长时间平均值下移。如图5所示，若实际的切割参考电平Vr欲下移，“1”的总数会超过“0”的总数。意即相对应的数字和值(DSV)会因为由电流泵60所引起的第二偏移值大于由电流泵58所引起的第一偏移值而成为一正值。因此在本实施例中的微处理器56会增加第一偏移值以提升实际的切割参考电平Vr(步骤112)。若数位和值(DSV)小于该上限+TH，微处理器56会将数字和值(DSV)与一下限-TH做比较(步骤114)。若数字和值(DSV)小于该下限-TH，实际的切割参考电平会从预期的长时间平均值上移。如图5所示，若实际的切割参考电平Vr欲上移，“0”的总数会超过“1”的总数。意即相对应的数字和值(DSV)会因为由电流泵58所引起的第一偏移值大于由电流泵60所引起的第二偏移值而成为一负值。因此在本实施例中的微处理器56会增加第二偏移值以降低实际的切割参考电平Vr(步骤116)。上限+TH与下限-TH定义出数据切割器的可接受的误差度视窗(acceptable tolerancewindow)。第一与第二偏移值的调整(步骤112，116)会重复直到数字和值(DSV)在预定的时间内收敛至误差度窗口内。如前所提及，电流Iup为(1+n100)*I1,]]>且电流Idn为(1+n100)*I2.]]>因此电流Iup与Idn可经由选择合适的n值而逐渐地增加。当数字和值(DSV)最后符合收敛要件时，与电流源74a，74a’相关的现存的不协调问题便可解决。如图5所示，在LV2抑或LV3调整至逼近LV1后，由比较器52所输出的误差位总数会大幅减少。总而言之，由数据切割器50所产生的重制数字数据的精确度会大幅增加。
值得注意的是为了简化起见，只有五个电流源74b，74c，74d，74e，74f显示于图7以调整电流Iup，以及五个电流源74b’，74c’，74d’，74e’，74f’显示于图7以调整电流Idn。电流泵58可使用更多的电流源来精确地调整电流Iup。同样的，电流泵60可使用更多的电流源来精确地调整电流Idn。然而，使用更多电流源来调整电流Iup与电流Idn的实施方式需要较长的时间来完成如图8所述的初始化作业。此外在本实施例中，开关62，64并不会同时导通以致于在一时间内只导通电流泵58抑或电流泵60。然而本发明的主要特点在于将第一与第二偏移值之间的差异最小化。关于第一偏移值，当两开关62，64导通时电流Iup的增加d1相等于电流Iup的增加d2以及电流Idn的增加d3，其中d1等于d2-d3。关于第二偏移值，当两开关62，64导通时电流Idn的增加d1’相等于电流Idn的增加d2’以及电流Iup的增加d3’，其中d1’等于d2’-d3’。再者，虽然图7只披露了增加第一或第二偏移值以减少第一与第二偏移值之间的差异，第一与第二偏移值可经由减少第一与第二偏移值的至少其中之一来调整。此外，第一与第二偏移值可经由同时增加第一与第二偏移值的其中之一并减少第一与第二偏移值的另一偏移值来调整。换句话说，本发明系经由微调数据切割内部的电流泵来减少第一与第二偏移值之间的差异来实现。
与已知数据切割器相比，根据本发明的数据切割器采用了可调整的电流泵，并且所使用的操作方法可调整电流泵的输出电流以减少第一偏移值与第二偏移值之间的差异。实际的切割参考电平会收敛在一预定的误差度窗口内，使得由数据切割器所产生的重制数字数据的精确度大幅地增加。
虽然本发明已由上述的实施例详细说明，但本发明并不限于该实施例，在不违背本发明的精神和范围的前提下，本领域的技术人员可作若干的修改，因此本发明的保护范围依后附的权利要求为准。