KR100252103B1 - 레이저 다이오드의 온도 보상 장치 및 방법 - Google Patents

레이저 다이오드의 온도 보상 장치 및 방법 Download PDF

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    • G11B7/125—Optical beam sources therefor, e.g. laser control circuitry specially adapted for optical storage devices; Modulators, e.g. means for controlling the size or intensity of optical spots or optical traces
    • G11B7/126—Circuits, methods or arrangements for laser control or stabilisation

Abstract

본 발명은 온도 변동에 따른 레이저 다이오드의 출력 파워를 제어하는 온도 보상 장치 및 그 방법이 개시되어 있다. 본 발명은 레이저 다이오드의 출력 파워에 대응한 전압과 기준 전압과의 오차 전압을 발생하고, 2개의 업/다운 카우터를 사용하여 이 오차 전압을 출력 파워를 고려하여 보정한 제어 전압을 발생하여 레이저 다이오드에 인가하고, 오차 전압의 레벨이 제1 업/다운 카운터에서 오버플로우와 언더플로우가 되면 제2 업/다운 카운터와 연동시켜 레이저 다이오드에 보정된 제어 전압을 인가함으로써 레이저 다이오드의 발광 효율을 충분히 고려한 제어 전압이 출력되어 안정된 발광 효율을 제공하고, 제어 편차도 작게 하는 것이 가능하다.

Description

레이저 다이오드의 온도 보상 장치 및 방법
본 발명은 광 디스크 분야에 있어서 레이저 다이오드의 온도 보상 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 온도 변동에 의해 출사(出射) 파워가 변화하는 레이저 다이오드의 온도 보상 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
광 디스크 분야에 있어서 협파장(挾波長) 레이저 다이오드의 온도 변동에 의해 변하는 발광 효율을 제어해서 레이저 다이오드를 안정하게 발광시켜야만 디스크상의 정보를 에러없이 읽어내어 광기록재생시스템의 신뢰성을 높일 수 있다.
이를 위한 종래의 레이저 다이오드의 온도 보상 장치의 블록도는 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 있어서, 레이저 다이오드(11)의 출력을 포토 다이오드(12)에서 전압 신호로 변환한다. 증폭기(13)는 포토 다이오드(12)에서 검출된 미소 전압을 사용가능한 레벨로 증폭하고, 전압 비교기(14)는 증폭기(13)에 의해 증폭된 전압과 기준전압(15)을 비교해서 오차분을 발생한다. 여기서, 기준전압(15)은 기준전압 발생기에서 발생할 수도 있고, 미리 설정될 수 있다.
업/다운 카운터(16)는 이 오차분을 보정해서 보정된 오차 전압을 발생한다. 디지털/아날로그 변환기(17)는 보정된 오차 전압을 아날로그 전압 신호로 변환하고, 전류 증폭기(18)는 아날로그 전압 신호를 레이저 다이오드(11)를 구동하기 위한 전류신호로 변환하여 레이저 다이오드(11)에 인가한다. 이러한 동작을 반복하여 레이저 다이오드(11)의 출력 파워를 제어하고 있다.
그러나, 협파장 레이저 다이오드의 경우 온도 변동분이 심하기 때문에 업/다운 카운터(16) 하나만 사용해서는 온도에 의한 레이저 다이오드의 광출력 변동을 제어하기는 무리이기 때문에 도 1에 도시된 종래의 장치로는 이를 보상할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 온도 변동에 의한 열화를 고려해서 레이저 다이오드의 제어 전압 범위를 확장하여 제어 오차를 줄일 수 있는 레이저 다이오드의 온도 보상 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 온도 변동에 의한 열화를 고려해서 레이저 다이오드의 제어 전압 범위를 확장하여 발광 효율을 안정시키는 레이저 다이오드의 온도 보상 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 레이저 다이오드의 온도 보상 장치는 온도 변동에 따라 레이저 다이오드의 출력 파워를 제어하는 장치에 있어서, 레이저 다이오드의 출력 파워에 대응한 전압과 기준 전압과의 오차 전압을 발생하는 제1 발생기 및 오차 전압을 출력 파워를 고려하여 보정하여 제어 전압을 발생하고, 오차 전압의 레벨이 오버플로우와 언더플로우가 되면 소정 기간 레이저 다이오드에 보정된 제어 전압을 발생하는 제2 발생기를 포함함을 특징으로 한다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 레이저 다이오드의 온도 보상 방법은 온도 변동에 따라 레이저 다이오드의 출력 파워를 제어하는 방법에 있어서, 레이저 다이오드의 출력 파워에 대응한 전압과 기준 전압과의 오차 전압을 발생하는 단계 및 오차 전압을 출력 파워를 고려하여 보정하여 제어 전압을 발생하며, 오차 전압의 레벨이 오버플로우와 언더플로우가 되면 소정 기간 레이저 다이오드에 보정된 제어 전압을 발생하여 제어 전압 범위를 확장하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
도 1은 종래의 레이저 다이오드의 온도 보상 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 레이저 다이오드의 온도 보상 장치의 일 실시예에 따른 블록도이다.
도 3은 레이저 다이오드의 발광 효율이 상승하는 경우 도 2에 도시된 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 레이저 다이오드의 발광 효율이 하강하는 경우 도 2에 도시된 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 레이저 다이오드의 온도 보상 장치 및 그 방법의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
본 발명에 의한 레이저 다이오드의 온도 보상 장치의 블록도인 도 2에 있어서, 본 발명의 구성은 종래의 구성과 비교해 볼 때, 종래에는 1개의 업/다운 카운터와 디지털/아날로그 변환기를 사용했던 것을 2개의 업/다운 카운터(106,109)와 디지털/아날로그(D/A) 변환기(107,110)를 사용하고, 제1 및 제2 디지털/아날로그 변환기(107,110)의 출력을 가산하는 가산기(111)와 제1 업/다운 카운터(106)의 카운트값이 언더플로우(underflow) 또는 오버플로우(overflow)되는 지를 검출하는 언더플로우 및 오버플로우("0", "FF") 검출기(이하 "검출기"로 약칭함:108)가 추가되어 있다.
이어서, 도 2에 도시된 장치의 동작을 설명하기로 한다.
도 2에 있어서, 레이저 다이오드(101)가 발광할 때, 포토 다이오드(102)의 수광 신호에 대응한 미소 전압은 증폭기(103)에서 사용가능한 레벨까지 증폭된다. 전압 비교기(104)는 증폭기(103)를 통해 인가되는 포토 다이오드(102)의 출력 전압과 기준전압(105)을 비교해서 오차분을 제1 업/다운 카운터(106)에 인가한다. 제1 업/다운 카운터(106)는 오차분을 보정해서 보정된 오차 전압을 제1 디지털/아날로그 변환기(107) 및 검출기(108)에 인가한다.
제1 업/다운 카운터(106)의 카운트값이 언더플로우 또는 오버플로우되지 않는 정상(normal) 동작시에는 제2 업/다운 카운터(109)는 소정의 일정한 값(초기값은 "80")을 제2 디지털/아날로그 변환기(110)를 통해 가산기(111)에 인가한다. 이 일정한 값은 언더플로우 또는 오버플로우가 발생되면 갱신된다.
가산기(111)는 제1 디지털/아날로그 변환기(107)를 통해 제1 업/다운 카운터(106)로부터 인가되는 보정된 오차 전압과 제2 디지털/아날로그 변환기(110)를 통해 제2 업/다운 카운터(109)로부터 인가되는 일정한 값에 대응한 전압을 가산하고, 전류 증폭기(112)는 가산한 전압에 대응한 구동 전류를 레이저 다이오드(101)에 인가해서 레이저 다이오드(101)의 출력 파워를 제어한다.
한편, 레이저 다이오드(101)의 온도 변동에 의해 제1 업/다운 카운터(106)의 카운트값이 언더플로우("0")가 되거나 오버플로우("FF")가 되면 검출기(108)는 플래그를 발생하여 제1 및 제2 업/다운 카운터(106,109)에 인가한다. 이때, 제2 업/다운 카운터(109)는 검출기(108)에서 인가되는 플래그에 따라 인에이블되고, 제1 업/다운 카운터(106)에서도 검출기(108)에서 인가되는 플래그에 따라 정상 모드와는 구별되는 보정 모드를 수행하기 위한 카운트 동작이 개시된다. 이 플래그는 검출신호로 지칭될 수 있다.
부가적으로, 기존에는, 레이저 다이오드의 온도 변동에 의해 업/다운 카운터의 카운트값이 언더플로우 또는 오버플로우가 되면 카운터는 동작을 중지하고 시스템의 동작을 "오프"시켰다.
제1 업/다운 카운터(106)의 카운트값(이하 "제1 카운트값"으로 약칭함)이란 값이 모두 "0"로 되는 언더플로우가 발생하면, 제1 업/다운 카운터(106)는 소정의 옵셋값(여기서는 "80")까지 업 카운트하고, 이때, 제2 업/다운 카운터(109)에서도 옵셋값("80")에서부터 다운 카운트를 시작해서 제1 카운트값이 옵셋값("80")이 될 때까지 다운 카운트를 계속 수행하다가 제1 카운트값이 옵셋값("80")이 되면 그때까지 다운 카운트한 값을 다음 언더플로우 또는 오버플로우가 발생할 때까지 유지한다.
즉, 제2 업/다운 카운터(109)는 제1 카운트값이 처음으로 언더플로우가 되면 옵셋값("80")에서부터 다운 카운트를 시작해서 제1 카운트값이 옵셋값("80")이 될 때 다운 카운트를 종료하고 그때까지 다운카운트한 값을 유지하고 있다가, 그 다음 제1 카운트값이 언더플로우 또는 오버플로우가 되면 유지하고 있는 값에서부터 다운 카운트 또는 업 카운트를 수행한다.
한편, 제1 카운트값이란 값이 모두 "FF"로 되는 오버플로우가 처음 발생되면, 제1 업/다운 카운터(106)는 옵셋값( "80")까지 다운 카운트하고, 이때, 제2 업/다운 카운터(109)는 옵셋값("80")에서부터 업 카운트를 시작해서 제1 카운트값이 옵셋값("80)이 될 때까지 업 카운트를 계속 수행하다가 제1 카운트값이 옵셋값("80")이 되면 그때까지 업 카운트한 값을 다음 오버플로우 또는 언더플로우가 발생할 때까지 유지한다.
제2 디지털/아날로그 변환기(110)는 제2 업/다운 카운터(109)의 출력을 아날로그 신호로 변환한다. 가산기(111)는 제1 및 제2 디지털/아날로그 변환기(107,110)의 출력을 가산해서 가산된 전압은 전류 증폭기(112)에 의해 전류신호로 변환하여 레이저 다이오드(101)를 구동한다. 제1 업/다운 카운터(106)의 카운트값이 오버플로우나 언더플로우가 발생되어 제2 업/다운 카운터(109)가 동작하는 동안, 가산기(111)의 출력은 항상 일정한 전압이 되며 이 일정한 제어 전압에 의해 레이저 다이오드(101)를 구동하게 된다. 이때, 제1 업/다운 카운터(106)는 업 카운트 또는 다운 카운트를 옵셋값("80")이 될 때까지 수행하게 된다.
본 발명의 동작의 이해를 돕기 위하여 도 3과 도 4를 결부시켜 설명한다.
도 3은 레이저 다이오드(101)의 발광 효율이 상승하는 경우 제1 및 제2 업/다운 카운터들(106,109)의 동작과 레이저 다이오드(101)를 구동하기 위한 전류 증폭기(112)에 인가되는 제어 전압을 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 업/다운 카운터(106)의 출력이 언더플로우("0")가 된 경우, 즉, 레이저 다이오드(101)의 온도가 낮아지고 발광 효율이 상승한 경우, 제2 업/다운 카운터(109)는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 옵셋값("80")에서부터 "7F, 7E, 7D,..."로 다운 카운트하고, 이때, 제1 업/다운 카운터(106)는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 역으로 "01,02,03,..."로 업 카운트한다. 제1 업/다운 카운터(106)에서 업 카운트한 값이 "80"일 때 제2 업/다운 카운트(106)에서는 다운 카운트 동작을 종료하고, 이후 제1 업/다운 카운터(106)만이 레이저 다이오드(101)의 발광 효율을 안정시키기 위한 카운트 동작을 계속한다.
이렇게 제1 업/다운 카운터(106)의 출력이 언더플로우가 되면 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 전류 증폭기(112)에 가해지는 전압은 가산기(111)에 의해 제1 및 제2 업/다운 카운터(106,109)의 출력을 가산한 전압 즉, 일정한 보정된 제어 전압이 된다.
도 4는 레이저 다이오드(101)의 발광 효율이 저하되는 경우 제1 및 제2 업/다운 카운터들(106,109)의 동작과 레이저 다이오드(101)를 구동하기 위한 전류 증폭기(112)에 인가되는 제어 전압을 설명하기 위한 도면이다.
제1 업/다운 카운터(106)의 출력이 오버플로우("FF")가 된 경우, 즉, 레이저 다이오드(101)의 온도가 상승하고 발광 효율이 낮아진 경우, 제2 업/다운 카운터(109)는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 옵셋값("80")에서부터 시작하여 "81,82,83,.."로 업 카운트하고, 이때, 제1 업/다운 카운터(106)는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 "FE,FD,FC,..."로 다운 카운트한다. 제1 업/다운 카운터(106)에서 업 카운트한 값이 "80"일 때 제2 업/다운 카운트(106)는 업 카운트 동작을 종료하고, 이후 제1 업/다운 카운터(106)만이 레이저 다이오드(101)의 발광 효율을 안정시키기 위한 카운트 동작을 계속한다.
이렇게 제1 업/다운 카운터(106)의 출력이 오버플로우가 생기면 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 전류 증폭기(112)에 가해지는 전압은 가산기(111)에 의해 제1 및 제2 업/다운 카운터(106,109)의 출력을 가산한 전압 즉, 일정한 보정된 제어 전압이 된다.
따라서, 본 발명은 제2 업/다운 카운터(109), 검출기(108) 및 제2 디지털/아날로그 변환기(110)가 더 구성됨으로써 제어전압 범위를 넓힘과 동시에 제어 오차를 작게한다.
다른 방법으로서는 비트 분해능의 구성으로도 실현가능하지만 코스트(cost)면을 고려하면 8 비트 구성으로 하는 것이 좋다.
본 발명은 레이저 다이오드의 발광 효율을 충분히 고려한 제어 전압이 출력되어 안정된 발광 효율을 제공하고, 제어 편차도 작게 하는 것이 가능하다.

Claims (14)

  1. 온도 변동에 따라 레이저 다이오드의 출력 파워를 제어하는 장치에 있어서:
    상기 레이저 다이오드의 출력 파워에 대응한 전압과 기준 전압과의 오차 전압을 발생하는 제1 발생기; 및
    상기 오차 전압을 상기 출력 파워를 고려하여 보정하여 제어 전압을 발생하고, 상기 오차 전압의 레벨이 오버플로우와 언더플로우가 되면 소정 기간 상기 레이저 다이오드에 보정된 제어 전압을 발생하는 제2 발생기를 포함함을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 온도 보상 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소정 기간은 상기 오차 전압의 레벨이 소정의 옵셋값이 될 때까지인 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 온도 보상 장치.
  3. 온도 변동에 따라 제어 전압을 가변하여 레이저 다이오드의 출력 파워를 제어하는 장치에 있어서:
    상기 레이저 다이오드의 출력 파워에 대응한 전압과 기준 전압을 비교하여 오차 전압을 발생하는 비교기;
    상기 오차 전압을 카운트해서 상기 출력 파워를 고려한 보정된 오차 전압을 발생하고, 검출신호에 응답하여 상기 보정된 오차 전압을 변화시키기 위하여 업 및 다운 카운트하는 제1 카운터;
    상기 제1 카운터의 카운트값(제1 카운트값)이 오버플로우 및 언더플로우인지를 검출해서 상기 검출신호를 발생하는 검출기;
    상기 검출신호에 응답하여 상기 제1 카운터와는 역으로 다운 및 업 카운트하는 제2 카운터; 및
    상기 보정된 오차 전압을 근거로 한 제어 전압을 발생하고, 상기 제1 카운트값이 오버플로우 및 언더플로우이면 상기 제1 및 제2 카운터의 출력을 가산한 일정한 제어 전압을 발생하는 제어 전압 발생기를 포함함을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 온도 보상 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 카운터는 상기 검출신호에 응답하여 상기 제1 카운트값이 언더플로우이면 소정의 옵셋값까지 업 카운트하고, 오버플로우이면 상기 옵셋값까지 다운 카운트하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 온도 보상 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 카운터는 상기 검출신호에 응답하여 상기 제1 카운트값이 언더플로우이면 제1 소정값에서부터 상기 제1 카운터의 출력이 상기 옵셋값에 도달할 때까지 다운 카운트해서 다운 카운트한 값을 상기 제1 소정값으로 갱신하고, 상기 제1 카운트값이 오버플로우이면 제2 소정값에서부터 상기 제1 카운터의 출력이 상기 옵셋값에 도달할 때까지 업 카운트해서 업 카운트한 값을 상기 제2 소정값으로 갱신하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 온도 보상 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 소정값과 제2 소정값의 초기값은 상기 옵셋값과 동일하게 설정하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 온도 보상 장치.
  7. 레이저 다이오드의 출력 파워에 대응한 전압과 기준 전압을 비교하여 오차 전압을 발생하는 전압 비교기, 상기 오차 전압을 카운트해서 상기 출력 파워를 고려한 보정된 오차 전압을 발생하는 제1 업/다운 카운터 및 상기 보정된 오차 전압을 아날로그 신호로 변환하여 상기 레이저 다이오드에 인가하는 제1 디지털/아날로그 변환기를 포함한 레이저 다이오드의 온도 보상 장치에 있어서:
    상기 제1 카운터의 카운트값(제1 카운트값)이 오버플로우 및 언더플로우인지를 검출해서 검출신호를 발생하는 검출기;
    상기 검출신호에 따라 상기 제1 카운터와는 역으로 업 및 다운 카운트하는 제2 업/다운 카운터;
    상기 제2 업/다운 카운터의 출력을 아날로그 신호로 변환하는 제2 디지털/아날로그 변환기; 및
    상기 보정된 오차 전압을 근거로 한 제어 전압을 발생하고, 상기 제1 카운트값이 오버플로우 및 언더플로우이면 상기 제1 및 제2 카운터의 출력을 가산한 일정한 제어 전압을 상기 레이저 다이오드에 인가하는 가산기를 더 포함함을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 온도 보상 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 업/다운 카운터는 상기 제1 카운트값이 언더플로우이면 소정의 옵셋값까지 업 카운트하고, 오버플로우이면 상기 옵셋값까지 다운 카운트하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 온도 보상 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 업/다운 카운터는 상기 검출신호에 따라 상기 제1 카운트값이 언더플로우이면 제1 소정값에서부터 상기 제1 업/다운 카운터의 출력이 상기 옵셋값에 도달할 때까지 다운 카운트해서 다운 카운트한 값을 상기 제1 소정값으로 갱신하고, 상기 제1 카운트값이 오버플로우이면 제2 소정값에서부터 상기 제1 업/다운 카운터의 출력이 상기 옵셋값에 도달할 때까지 업 카운트해서 업 카운트한 값을 상기 제2 소정값으로 갱신하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 온도 보상 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 소정값과 제2 소정값의 초기값은 상기 옵셋값과 동일하게 설정하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 온도 보상 장치.
  11. 온도 변동에 따라 레이저 다이오드의 출력 파워를 제어하는 방법에 있어서:
    (a) 상기 레이저 다이오드의 출력 파워에 대응한 전압과 기준 전압과의 오차 전압을 발생하는 단계; 및
    (b) 상기 오차 전압을 상기 출력 파워를 고려하여 보정하여 제어 전압을 발생하며, 상기 오차 전압의 레벨이 오버플로우와 언더플로우가 되면 소정 기간 상기 레이저 다이오드에 보정된 제어 전압을 발생하여 제어 전압 범위를 확장하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 온도 보상 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 (b)단계는,
    (b1) 상기 오차 전압을 카운트해서 상기 출력 파워를 고려한 보정된 오차 전압에 해당하는 제1 카운트값을 발생하고, 검출신호에 따라 상기 보정된 오차 전압을 변화시키기 위하여 제1 카운트값을 업 및 다운 카운트하는 단계;
    (b2) 상기 제1 카운트값이 오버플로우 및 언더플로우인지를 검출해서 상기 검출신호를 발생하는 단계;
    (b3) 상기 검출신호에 따라 상기 제1 카운트값과는 역으로 다운 및 업 카운트해서 제2 카운트값을 발생하는 단계; 및
    (b4) 상기 보정된 오차 전압을 근거로 한 제어 전압을 발생하고, 상기 제1 카운트값이 오버플로우 및 언더플로우이면 상기 제1 및 제2 카운트값을 가산한 일정한 제어 전압을 상기 레이저 다이오드에 인가하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 온도 보상 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 (b1)단계에서는 상기 검출신호에 따라 상기 제1 카운트값이 언더플로우이면 소정의 옵셋값까지 업 카운트하고, 오버플로우이면 상기 옵셋값까지 다운 카운트하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 온도 보상 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 (b3)단계에서는 상기 검출신호에 따라 상기 제1 카운트값이 언더플로우이면 제1 소정값에서부터 상기 제1 카운트값이 상기 옵셋값에 도달할 때까지 다운 카운트해서 다운 카운트한 값을 상기 제1 소정값으로 갱신하고, 상기 제1 카운트값이 오버플로우이면 제2 소정값에서부터 상기 제1 카운트값이 상기 옵셋값에 도달할 때까지 업 카운트해서 업 카운트한 값을 상기 제2 소정값으로 갱신하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 온도 보상 방법.
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