多阶光存储技术研究进展

技术分类: 消费电子设计  | 2008-02-27
来源:中电网

  Sony 公司在利用 SCIPER 多阶技术提高线密度的同时,还研究了径向部分响应技术( RPR : Radial Direction Partial Response )。 RPR 通过对相邻道之间的记录数据进行预编码消除道间串扰,将道间距减小为原来的 1 / 2 ,从而提高径向记录密度。这两种技术结合在一起,称为 SCIPER - RPR 技术,可以显著地提高只读光盘的面密度。 SCIPER 多阶技术的实现难点在于需要高精度地探测信息坑边沿的微小变化,并采用精度极高的母盘刻录系统。 Sony 公司和 Sharp 公司利用达到纳米精度级别的 XY 工作台,配合使用电子束母盘刻录技术,于 2002 年实现了 25GB / inch 2 的记录密度, 2003 年则进一步提高到 40GB / inch 2 。随着信号处理技术的发展, SCIPER 具有较好的应用前景。

  2 . 3 坑形调制

  Philips 公司于 2001 年提出了一种 LML ( Limited Multi - Level )多阶光存储技术。这种技术应用在只读盘片中,可以兼容现有的 CD 、 DVD 系统。

在现有的光盘系统中,较短的信息坑对应的 RF 信号幅值较低,较长的信息坑对应的 RF 信号将上升到饱和幅值。 LML 多阶技术是在较长的信息坑(或岸)上加入一些“扰动”,稍微改变信息坑(或岸)的形状使其 RF 信号降低,从而实现多阶光存储。

  考虑 CD - ROM 系统的技术参数,能够加入“扰动”的信息坑长度至少是 ST 。图 3 ( a )和图 3 ( b )为采用 LML 多阶技术的盘片扫描图。长度小于 5 T 的信息坑形状不变, 5T 及 5T 以上的信息坑(或岸)的形状有一些变化。图 3 ( c )是加入了坑形调制的盘片读出时的 RF 信号网眼图。可以看出,信息坑的形状改变前后其 RF 信号幅度相差约 30 %。根据 Philips 公司给出的数据,采用坑形调制多阶技术后,盘片的存储容量大约能够提高 24 %。

多阶信息坑

  ( a ) LML 的 5T 多阶信息坑 ( b ) LML 的 5T 多阶信息岸
多阶技术的信号网眼图

  ( C ) LML 多阶技术的信号网眼图

  图 3 LML 多阶光存储技术

  此外, Sony 公司还提出了一种 GBR ( Groove Baseband Recording )的多阶只读光盘技术,多阶信号由记录槽壁摆动的量来表示。如果记录槽的两壁分别记录 4 阶的信号,组合在一起则得到 16 阶的多阶信号。该信号不包含直流分量,并消除了码间干扰。这种方法是利用信息坑形状调制实现多阶光存储的一种特殊情况:单个的信息坑实际已不存在,所有的信息坑连成一体,依靠坑壁的摆动存储多阶数据,类似于模拟数据存储。 LML 与 GBR 方案与通常思路下的多阶光存储技术有着明显不同,反映了科研人员对多阶光存储技术的积极探索。目前尚未见到公开发表的后续研究成果。

  2 . 4 记录符大小调制

  Calimetrics 在提出应用于只读光盘的坑深调制多阶技术后,主要研究在相变类和一次性可写类光盘上实现多阶光存储,称为 ML 技术。这是一种记录符大小调制( Mark-size Modulation )的多阶光存储方案,其原理如图 4 所示。在传统的 CD - R / RW 光盘中,数据写入采用游程长度受限( RLL : Run-length limited )调制,记录符的长度介于 0.833 μ m 至 3.05 μ m 之间,最小记录单元可记录 1.4 比特的信息。在采用 ML 技术的 CD 系统中,每个记录符的长度固定为 0.6 微米,记录符大小则有所不同。 Calimetrics 已成功地实现了 8 阶 ML 技术,通过精确控制记录符的大小,来获得 8 种不同的反射光强,从而在普通 CD - R/RW 盘片上进行多阶读写,每个记录符可存储 2.5 比特的信息,盘片容量达到 2.0G ,数据传输率也大幅提高。ML 技术通过改变光存储系统中的写入调制方法,从而在固定带宽的存储

CalimCtrics 的 ML 技术

  图 4 CalimCtrics 的 ML 技术

  信道中记录更多的信息,其多阶数据写入和读出过程如图 5 所示。 ML 系统采用了更有效的里德一所罗门纠错码。与传统 CD 系统中的交织编码不同,纠错码块之间不交叉存储,每个码块都作为独立的单元存储。 ML 系统采用了码率为 5 / 6 的格栅码( Trellis Codes )作为调制码,能够提供附加的纠错能力以满足 ML 光存储系统的信噪比要求。

ML 系统写入与读出过程

  图 5 ML 系统写入与读出过程

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