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高密度光存储系统PRML数据通道的研究与ASIC设计实现

2020-11-22阅读(652)

高密度光存储系统PRML数据通道的研究与ASIC设计实现

论文摘要

PRML(部分响应最大似然)检测技术,最初应用于太空通信。它最早是应用在海盗号(Viking spacecraft)火星探测器从火星传送数据到地球的过程中。而在近十年中也被广泛的应用在光盘记录系统中,替代了独立的峰值符号检测技术。PRML主要包括两部分:部分响应均衡器和最大似然检测器。在光存储技术的记录密度、容量、数据传输率不断增大的同时,对光盘信号的检测技术提出了更高的要求。以往所采用的峰值检测技术,对接收的模拟信号进行抽样判决,在数据率较低、信噪比较高的情况下可以满足系统的要求。但是当数据率增加的同时,信噪比也随之降低,因此继续采用峰值检测方法将无法完成对数据的正确检测。进而提出了PRML检测技术,从而彻底的改变了光盘信号的检测方法。本文侧重于部分响应最大似然检测实现技术的研究,在分析介绍了部分响应系统和最大似然序列检测理论后,重点阐述了基于ASIC实现部分响应最大似然检测技术的方法。设计并实现了部分响应均衡器、定时恢复电路以及Viterbi最大似然序列检测器。最后,对PRML检测器在DVD伺服芯片中的应用做了简要介绍。为了提高系统数据检测速度,在设计最大似然序列检测器时我们对传统的Viterbi译码过程进行了改进。首先,通过改变Viterbi序列检测器状态转换图的拓扑结构,将传统的Viterbi算法中每次判决一个码元符号改进为每次判决两个码元符号,按照同样的方法也可以进行更大数据量的判决;其次,由于运算量的加大使得硬件资源占用急剧增加,我们又提出了一种新的方法,对Viterbi序列检测器的状态进行分组,将原有的状态图进行了折叠,使得Viterbi算法所需要搜索的节点减少一半,大大降低了运算量,也节省了硬件资源的开销。在提高PRML读取通道的数据速率方面取得了一定的进展。文中程序采用Verilog HDL语言编写,使用Modelsim5. 6d和Synopsys v2000. 05分别做了仿真验证和综合。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1绪论
  • 1. 1存储系统发展概述
  • 1. 2光盘读取时存在的问题
  • 1. 3PRML光盘读通道的发展状况
  • 1. 4本课题的主要改进点及意义
  • 2部分响应存储通道理论模型
  • 2. 1部分响应均衡信道
  • 2. 2光存储通道模型
  • 2. 2. 1信道脉冲响应频谱
  • 2. 2. 2离散时间傅立叶变换
  • 3信道均衡器的设计与实现
  • 3. 1光盘信道模型选取
  • 3. 2部分响应均衡模型选取
  • 3. 3部分响应均衡器实现
  • 4符号定时恢复的设计与实现
  • 4. 1符号同步的数字插值原理
  • 4. 1. 1定时恢复环路
  • 4. 1. 2插值方程
  • 4. 1. 3分数间隔μk提取
  • 4. 1. 4滤波器特性
  • 4. 2定时恢复环路实现
  • 4. 2. 1线性插值器设计
  • 4. 2. 2定时误差检测器设计
  • 4. 2. 3环路滤波器设计
  • 5Viterbi检测器的设计与实现
  • 5. 1信道模型简介
  • 5. 2维特比检测器设计
  • 5. 2. 1光盘信道有限状态机模型
  • 5. 2. 2分支量度
  • 5. 2. 3路径量度
  • 5. 2. 4改进的光盘信道状态机
  • 5. 3维特比检测器实现
  • 5. 3. 1“加-比-选”（ACS）单元设计
  • 5. 3. 2符号逻辑单元设计
  • 5. 3. 3NRZ逻辑单元设计
  • 5. 3. 4路径存储器单元设计
  • 6PRML读通道在DVD伺服控制芯片中的应用及仿真验证
  • 6. 1DVD伺服控制芯片简介
  • 6. 2Viterbi算法的仿真
  • 6. 2. 1无噪声数据的Viterbi算法仿真
  • 6. 2. 2信噪比30dB的Viterbi译码仿真
  • 6. 2. 3信噪比5dB的Viterbi译码仿真
  • 6. 3综合结果
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
  • 致谢
  • 大连理工大学学位论文版权使用授权书

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