專利名稱：用于定時恢復環路的相位檢測器的制作方法
技術領域：
本申請的主題涉及信號處理，更具體地涉及定時恢復環路中的相位檢測。
背景技術：
圖1是用于硬盤驅動器的現有技術的讀通道100的框圖。讀通道100接收與存儲 在硬盤驅動器上的數據對應的模擬輸入信號121，并且生成數字的解碼的輸出信號129，該 輸出信號1 表示存儲在硬盤驅動器上的數據。具體地，模數轉換器(ADC) 122將模擬輸入信號121數字化以便生成數字輸入信號 123。數字有限脈沖響應(DFIR)濾波器均衡器IM使數字輸入信號123均衡以便生成均衡 的數字信號125。軟檢測器1 將均衡的數字信號125轉換成軟值，諸如多位對數似然比 (LLR)值127，其中每個LLR值具有硬判決符號位和多位(例如，4位)置信度(confidence) 值。軟檢測器1 執行適當的檢測技術(諸如維特比(Viterbi)軟輸出檢測或最大后驗 (MAP)檢測)以便生成LLR值127。解碼器1 對LLR值進行解碼以便生成解碼的輸出信 號129。例如，如果使用低密度奇偶校驗(LDPC)碼來對存儲在硬盤驅動器上的數據進行編 碼，則解碼器1 執行LDPC解碼以便根據LLR值127生成解碼的輸出信號129。相位檢測器130處理來自于均衡器IM的均衡的數字信號125和來自于軟檢測器 126的LLR值127的符號位，以便生成估計的定時誤差信號131。在一種傳統的實施方式中， 相位檢測器130通過(i)將符號位與有限脈沖響應(FIR)濾波器進行卷積、(ii)生成FIR 濾波器輸出與均衡的數字信號125的延遲一個周期的版本之間的差、以及(iii)將該差與 均衡的數字信號125的斜率的估計值相乘，來生成估計的定時誤差信號131。環路濾波器 132對估計的定時誤差信號131進行積分以便輸出平均誤差信號133。時基發生器(例如， 本地振蕩器(LO)) 134生成LO時鐘信號135。內插器136基于平均誤差信號133來移動LO 時鐘信號135的相位以便生成采樣時鐘信號137，該采樣時鐘信號137確定ADC 122對模擬 輸入信號121的采樣的定時。在硬盤驅動器讀通道技術中，由于磁盤存儲密度增大，因此信噪比(SNR)持續減 小。傳統的根據均衡的樣本(諸如均衡的數字信號125)和硬判決(諸如LLR值127的符 號位)來估計定時信息的定時恢復相位檢測器在低SNR環境下可能不能正確地工作，從而 導致不可接受地高的失鎖率(loss-of-lock rate，L0LR)，從而降低了系統吞吐量。

發明內容
在圖1的讀通道100中，相位檢測器130僅僅使用LLR值127的符號位。結果，相 位檢測器130可能輸出導致相對較高的失鎖率和相對較低的系統吞吐量的定時誤差信號。與現有技術中非歸零(NRZ)的相對較大的或“硬的”改變相反，本申請的主題通過 提供用于NRZ上的逐漸的或“軟的”改變的并且用于調節本申請主題的ADC的采樣時鐘信 號的機制來解決現有技術的問題。這是因為本申請的相位檢測器在產生估計的定時誤差信 號時利用符號位以及一個或更多個和可能所有的剩余置信度值位。置信度值使得相位檢測器能夠在產生估計的定時誤差信號時以不同方式處理不同的符號位，其中該置信度值提供 接收的符號位的可靠性信息。例如，符號位的低置信度值可以使得相位檢測器減小符號位 的影響，而高置信度值可以引起估計的定時誤差信號上的更大的改變。作為本申請的主題的結果，可以比現有技術的相位檢測器更準確和更可靠地檢測 相位改變。在現有技術的采樣時鐘信號上的可能較大的和突然的相位改變被本申請的系統 的更平穩且更緩和的“軟的”相位改變所代替。這使得在ADC中能夠對采樣時鐘信號進行 逐步的或“軟的”調節。另外，本申請的相位檢測器動態地且“實時地(on thefly)”執行它 的操作而不必停止并重新調節內插器。在一個實施例中，本發明是信號處理器。該信號處理器包括信號處理路徑，將模 擬輸入信號轉換成數字輸出信號，其中該信號處理路徑生成多位軟值，每個多位軟值具有 符號位和多位置信度值；以及，定時恢復環路，使用該軟值的多位置信度值的一位或更多位 和符號位來生成采樣時鐘信號，該采樣時鐘信號由該信號處理路徑用來對該模擬輸入信號 進行采樣。在另一個實施例中，本發明是用于信號處理的方法。該方法包括將模擬輸入信號 轉換成多位軟值，每個多位軟值具有符號位和多位置信度值；以及，使用該軟值的多位置信 度值的一位或更多位和符號位來生成對該模擬輸入信號進行采樣的采樣時鐘信號。在另一個實施例中，本發明是用于信號處理的裝置。該裝置包括用于將模擬輸入 信號轉換成多位軟值的裝置，每個多位軟值具有符號位和多位置信度值；以及，用于使用該 軟值的多位置信度值的一位或更多位和符號位來生成用于對該模擬輸入信號進行采樣的 采樣時鐘信號的裝置。


現在描述附圖，其中相似的或相應的附圖標記指示相似的或相應的組件。在附圖 中圖1是用于硬盤驅動器的現有技術的讀通道的框圖；圖2是用于本申請的主題的硬盤驅動器的讀通道的框圖；圖3是圖2的讀通道的相位檢測器的框圖；圖4是用于圖3的相位檢測器的示例性操作的查找表(LUT)；以及圖5是圖2的本申請的讀通道與圖1的現有技術的讀通道相比較的性能的圖示。
具體實施例方式圖2是用于使用本申請主題的“軟”相位檢測器230的硬盤驅動器的讀通道200 的框圖。與圖1的讀通道100類似，讀通道200接收與存儲在硬盤驅動器上的數據對應的 模擬輸入信號221，并且生成數字的解碼的輸出信號229，該輸出信號2 表示存儲在硬盤 驅動器上的數據。圖2的元件222-236和信號221-237分別與圖1的元件122-136和信號 121-137類似。除相位檢測器230之外，圖2的每個元件以與圖1的對應元件類似的方式工 作。與圖1的基于來自于均衡器124的均衡的數字信號125和僅有來自于軟檢測器 126的LLR值127的符號位來生成估計的定時誤差信號131的相位檢測器130不同，圖2的相位檢測器230基于來自于均衡器224的均衡的數字信號225和來自于軟檢測器2 的整 個LLR值227來生成估計的定時誤差信號231。通過使用LLR值227的所有位(S卩，符號位 和多位置信度值，也稱為NRZ的軟信息)，相位檢測器230能夠基于多位置信度值的幅值來 使LLR值227對結果得到的估計的定時誤差信號231的影響加權。多位置信度值越大，符 號位的值具有越大的置信度，并且對估計的定時誤差信號的影響越大。相位檢測器230使用置信度值來確定符號位的可靠性，并生成估計的定時誤差信 號，該估計的定時誤差信號與僅僅使用輸入LLR值的符號位時相比更精確。與圖1的相位 檢測器130的“全有或全無(allor nothing) ”的操作相反，相位檢測器230被稱為“軟”相 位檢測器。在讀通道200的其它實施方式中，具有除了五之外的其它數目的位的LLR值是 可能的。圖3示出了圖2的相位檢測器230的框圖。相位檢測器230從均衡器2 接收均 衡的數字信號225并從軟檢測器2 接收LLR值227，例如具有一個符號位和四位置信度值 的五位LLR值，該四位置信度值指示符號位的可靠性。每個均衡的數字值225在延遲裝置302中受到一個時鐘周期的延遲，結果得到的 延遲的信號225'由乘法器30 接收。均衡的信號225還被直接(即，沒有延遲地)發送 給乘法器304b。LLR值227中的每一個被輸入到模塊306中，模塊306實現將每個輸入的LLR值 227映射到相應的當前平均值307的查找表(LUT)。圖4示出了將每個輸入的LLR值映射 到當前平均值的示例性LUT。前述映射可以可替換地使用將不同的LLR值轉換成相應的當 前平均值的連續函數(諸如分段線性函數)來執行。模塊306將平均值307發送到有限脈沖響應(FIR)濾波器308，該HR濾波器308 將平均值與部分響應(PR)目標(target)進行卷積以便生成濾波后的信號309。PR目標為 HR濾波器308提供抽頭系數以用于均衡。例如，HR濾波器308可以是兩抽頭8/14HR濾 波器，表示為X = 14 · Ymc+8 · Ymp，其中X是FIR濾波器308輸出的濾波后的信號309的當前值，Ymc是模塊306輸出的平均信號307的當前值，以及Ymp是平均信號307的前一值(即，來自于前一時鐘周期的值)。在可替換的實施方式中，可以使用具有其它抽頭系數、值和/或其它數目的抽頭 的PR目標。每個濾波后的值309在延遲裝置310中受到一個時鐘周期的延遲，結果得到的延 遲的信號309'由乘法器304b接收。濾波后的信號309還被直接(即，沒有延遲地)發送 給乘法器30 。乘法器30 將延遲的均衡的信號225'與未延遲的濾波后的信號309相乘以便生 成乘積信號311a，而乘法器304b將未延遲的均衡的信號225與延遲的濾波后的信號309' 相乘以便生成乘積信號311b。差節點(difference node) 312基于乘積信號311a與311b 之間的差來生成估計的定時誤差信號231。圖5是圖2的讀通道200與圖1的現有技術的讀通道100相比較的性能的圖示。具體地，圖5示出了每個讀通道的作為信噪比(SNR)的函數的失鎖率(LOLR)，其中現有技術 的讀通道100的結果用正方形表示，讀通道200的結果用圓圈表示。對于給定的SNR值，與 現有技術的讀通道100相比，讀通道200在LOLR上提供了大約一個數量級的改善。盡管本申請的主題是在基于LLR值來生成估計的定時誤差的相位檢測器的背景 下討論的，但是本申請的主題可以使用除了 LLR值之外的其它值來實現。盡管本申請的主題是在用于在硬盤驅動器讀通道內的定時恢復的相位檢測器的 背景下討論的，但是本申請的主題可以被實現來用作其它應用。本發明可以被實現為基于電路(模擬、數字、或者模擬和數字兩者的混合電路)的 過程，包括可以實現為單個集成電路(諸如ASIC或FPGA)、多芯片模塊、單個卡或多卡電路 板(circuit pack)。如本領域技術人員應明白的，電路元件的各種功能也可以被實現為軟 件程序中的處理塊。這樣的軟件可以被用在例如數字信號處理器、微控制器或通用計算機 中。包括其若干部分的上述過程可以由軟件、硬件以及軟件和硬件的組合來執行。這 些過程及其若干部分可以由計算機、計算機型設備、工作站、處理器、微處理器、其它電子搜 索工具和存儲器、以及與其關聯的其它存儲型設備來執行。這些過程及其若干部分還可以 被具體實現在可由機器等讀取的可編程存儲設備(例如，壓縮盤(CD)或包括磁盤、光盤等 的其它盤)、或者包括磁存儲器、光存儲器或半導體存儲器的其它計算機可用存儲介質、或 者其它電子信號源中。權利要求中的附圖數字和/或附圖參考標記的使用是用來標識所要求保護的主 題的一個或更多個可能的實施例，以便幫助解釋權利要求。這樣的使用不應當被理解為必 須將那些權利要求的范圍局限于相應的圖中所示的實施例。在本申請中提到的“一個實施例”或“一實施例”的意思是關于該實施例而描述的 具體特征、結構或特性可以被包括在本發明的至少一個實施例中。在說明書中各個地方出 現的短語“在一個實施例中”不一定都指的是同一個實施例，也不一定是必須與其它實施例 互斥的單獨的或可替換的實施例。上述情況也適用于術語“實施方式”。在本申請中已經示例性地參考特定硬件和軟件來描述了過程(方法)和系統(包 括其組件)。這些過程(方法)是作為示例性實施例而描述的，由此本領域技術人員在無需 過度實驗的情況下就可以省略和/或改變特定的步驟和它們的次序，以便使這些實施例得 以實踐。已經以足以使得本領域技術人員能夠在無需過度實驗并且使用傳統技術的情況下 容易根據需要改編其它硬件和軟件來使任意實施例得以實踐的方式描述了這些過程(方 法)和系統。盡管已經描述了本申請的主題的優選實施例從而使得本領域技術人員能夠實踐 本申請的主題，但是前面的描述僅僅意圖是示例性的。它不應當用來限制本申請的主題的 范圍，本申請的主題的范圍應當通過參考以下權利要求來確定。
權利要求
1.一種信號處理器(200)，包括信號處理路徑(222、224、226、228)，將模擬輸入信號(221)轉換成數字輸出信號 (229)，其中該信號處理路徑生成多位軟值(227)，每個多位軟值具有符號位和多位置信度 值；以及定時恢復環路(230、232、236)，使用該軟值的多位置信度值的一位或更多位和符號位 來生成采樣時鐘信號(237)，該采樣時鐘信號由該信號處理路徑用來對該模擬輸入信號進 行采樣。
2.如權利要求1所述的信號處理器，其中該信號處理路徑包括模數轉換器(222)，基于該采樣時鐘信號來對該模擬輸入信號進行采樣以便生成數字 輸入信號(223)；均衡器(224)，使該數字輸入信號均衡以便生成均衡的信號(225)； 軟檢測器(226)，根據該均衡的信號生成該軟值；以及 解碼器(228)，對該軟值進行解碼以便生成該數字輸出信號。
3.如權利要求1所述的信號處理器，其中該定時恢復環路包括相位檢測器(230)，該相 位檢測器基于該軟值的多位置信度值的一位或更多位和符號位來生成估計的定時誤差信 號(231)，其中該估計的定時誤差信號用于調節本地振蕩器時鐘信號(235)以便生成該采 樣時鐘信號。
4.如權利要求3所述的信號處理器，其中該定時恢復環路還包括環路濾波器(232)，對該估計的定時誤差信號進行濾波以便生成平均誤差信號(233)；以及內插器(236)，基于該平均誤差信號來調節該本地振蕩器時鐘信號的相位以便生成該 采樣時鐘信號。
5.如權利要求3所述的信號處理器，其中該相位檢測器包括平均值生成模塊(306)，基于該軟值的多位置信度值的一位或更多位和符號位來生成 平均值(307)；濾波器(308)，對該平均值進行濾波以便生成濾波后的值(309)； 第一延遲模塊(302)，使來自于該信號處理路徑的均衡的值(225)延遲，以便生成延遲 的均衡的值(225')；第二延遲模塊(310)，使該濾波后的值延遲以便生成延遲的濾波后的值(309')； 第一乘法器(304a)，將該延遲的均衡的值和該濾波后的值相乘以便生成第一乘積值 (311a)；第二乘法器(304b)，將該均衡的值和該延遲的濾波后的值相乘以便生成第二乘積值 (311b)；以及差節點(312)，基于該第一乘積值與該第二乘積值之間的差來生成該估計的定時誤差信號。
6.如權利要求5所述的信號處理器，其中該平均值生成模塊(306)實現將該軟值轉換 為相應的平均值的查找表。
7.如權利要求6所述的信號處理器，其中，對于每個軟值 該相應的平均值的符號基于該軟值的符號位；以及該相應的平均值的幅值基于該多位置信度值的一位或更多位的幅值。
8.如權利要求7所述的信號處理器，其中該多位置信度值包括四位。
9.一種用于信號處理的方法，包括(a)將模擬輸入信號(221)轉換(222、224、226、228)成多位軟值，每個多位軟值具有符 號位和多位置信度值；以及(b)使用該軟值的多位置信度值的一位或更多位和符號位來生成用于對該模擬輸入信 號進行采樣的采樣時鐘信號(237)。
10.一種用于信號處理的裝置，包括(a)用于將模擬輸入信號(221)轉換(222、224、226、228)成多位軟值的裝置，每個多位 軟值具有符號位和多位置信度值；以及(b)用于使用該軟值的多位置信度值的一位或更多位和符號位來生成用于對該模擬輸 入信號進行采樣的采樣時鐘信號(237)的裝置。
全文摘要
本發明涉及用于定時恢復環路的相位檢測器。在一個實施例中，(硬盤驅動器)讀通道具有在定時恢復環路中使用的相位檢測器。相位檢測器利用來自于接收的對數似然比(LLR)信號的符號位和置信度值來生成平均值。將該平均值與部分響應目標進行卷積以便生成估計的定時誤差信號。當在硬盤驅動器讀通道中實現時，該相位檢測器使得能夠在較低失鎖率的情況下進行定時恢復。
文檔編號H03L7/085GK102055471SQ20101020828
公開日2011年5月11日 申請日期2010年6月18日 優先權日2009年10月30日
發明者劉靖峰, 宋宏偉 申請人:Lsi公司