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一種用于光盤伺服控制系統的通用濾波器的設計

作者: 時間:2009-12-18 來源:網絡 收藏

1 引 言
  通常,DVD/CD盤片在高速旋轉時,由于表面翹曲、不圓度或者外界干擾等因素的存在,使讀數光束焦深范圍(簡稱讀數光點)對目標信跡的跟蹤掃描出現誤差。對此,CD、DVD機中設置了,以實現讀數光點對目標信跡的動態跟蹤。該系統以PID(比例微積分)閉環控制理論為基礎,采用數字濾波的方式實現。該的實現原理如圖1所示。

本文引用地址:http://www.j9360.com/article/188452.htm

  圖1中,Gc(z)為控制,G(s)為讀寫系統的傳遞函數,R(s)為預期輸出響應,C(s)為實際輸出響應。整個閉環控制系統實現的核心是,它通過改善誤差(FE)信號的幅相頻特性來實現控制方案。這里,由于類型和階數與G(s)密切相關,為了保證的通用性,必然要設計一種通用可配置的濾波器,這正是本文所要討論的重點。
2 系統設計
2.1 設計原理
數字濾波器可以用式(1)的差分方程來表示:

其中,x(n)為輸入序列,y(n)為輸出序列,ak、bk為各自的系數。其對應的系統函數為:

當ak不都為0時,就是遞歸結構的IIR濾波器;當ak都為0時,就是非遞歸結構的FIR濾波器。
2.2 設計方法
  由于傳統的濾波器設計都與濾波器的類型密切相關,不同的類型采用不同的乘加網絡結構實現,因此,無法滿足通用的要求。但從濾波器的原始差分表達式(如式(1)所示)可知,FIR和IIR的區別僅在于ak是否為零,兩者都進行累加乘積計算,這一特點決定了可以采用編程來配置濾波器的類型和階數,再用狀態機控制累計乘積的方式實現濾波器,從而達到階數、類型都可配置的目的。
  由上述分析可知,所有的x(k)、y(k)、ak、bk均要由存儲器送向運算單元進行計算。若采用以運算單元為中心的馮諾依曼結構,依次從存儲器中取數據的做法,則必然會使速度受到很大影響。因此,我們借用Harvard結構將指令和數據分開編址、存取的做法,將x(k)、y(k)和ak、bk分別存放在不同的存儲器中,單獨編址,加快數據處理速度。同時,考慮到x(k)、y(k)可能同時對存儲器讀寫,將讀、寫數據總線分開,進一步提高性能。圖2就是采用類Harvard結構設計的濾波器的結構圖。
  圖2中共包含一條指令流,三條數據流。指令流用于配置濾波器的和實現濾波器的讀寫控制;數據流的D―BUS1用于Y(n)的寫回,D―BUS2用于X(n)、Y(n)的讀出,Coef―BUS用于濾波器系數的寫回和讀出。因為系數存儲單元和X(k)、Y(k)存儲單元都采用雙端口SRAM,所以,可同時進行讀、寫操作。


  運算單元采用算術累加器(MAC)實現。MAC由乘法器和加法器組成,其中,乘法器因為速度的限制,通常采用基于查找表(LUT)的并行分布算法(DA)實現,但該算法占用硬件資源較多,對實現的濾波器的階數有一定限制,在本電路中不宜采用。在綜合考慮面積和速度兩方面因素后,最終選用Booth乘法器實現。整個電路的硬件結構圖如圖3所示。

  其控制邏輯中的配置寄存器(32bits)設計如表1所示。


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