KR100425460B1 - 진동량 측정 장치 및 방법 그리고 루프 설계 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 디스크 드라이브의 포커스, 트랙킹 루프를 최적으로 설계하게 위해 포커스, 트랙킹 루프에서 발생하는 진동량을 정밀하게 측정하기 위한 진동량 측정 장치 및 방법 그리고 서보 루프 설계 방법에 관한 것이다. 진동량 측정 장치는 디스크 회전에 의해 포커스 및 트랙킹 루프에서 진동이 발생하는 모든 디스크 기록 및 재생 장치에 있어서, 상기 포커스 및 트랙킹 루프에서 발생되는 포커스 및 트랙킹 에러의 진폭이 일정하게 유지되도록 조정하는 에러이득 조정수단; 액츄에이터의 이득 편차를 보상하기 위해 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 폐루프 위상과 소정의 기준 폐루프 위상을 비교하여 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 일정하게 하는 루프이득 조정수단; 및 상기 에러이득 조정수단 및 루프이득 조정수단에 의해 조정된 에러와 제어기 출력으로부터 상기 진동량을 계산하고 출력하는 측정수단을 포함한다. 본 발명에 따르면, 재생 및 기록하는 디스크 종류마다 디스크를 구동하는 배속마다 다르게 발생하는 포커스, 트랙킹 진동량을 측정할 수 있고 이를 토대로 최적의 포커스, 트랙킹 제어기를 설계할 수 있어 설계 시간을 많이 단축할 수 있고 설계 정확도를 높일 수 있다.

Description

진동량 측정 장치 및 방법 그리고 루프 설계 방법{Apparatus and method for measuring vibration quantity, method for designing loop}
본 발명은 광 디스크 드라이브의 포커스, 트랙킹 루프를 최적으로 설계하게위해 포커스, 트랙킹 루프에서 발생하는 진동량을 정밀하게 측정하기 위한 진동량 측정 장치 및 방법 그리고 루프 설계 방법에 관한 것이다.
광 디스크에 기록된 데이터를 재생하거나 데이터를 기록할 때에, 광 디스크 드라이브는 포커스 서보로 디스크의 기록면에 정확하게 초점을 맞추고 트랙킹 서보로 픽업이 정확하게 트랙을 추종하도록 하여야 한다. 정확한 포커스, 트랙킹 서보의 제어를 위해 포커스, 트랙킹 루프는 정확하게 모델링 되어야 한다. 그리고 포커스, 트랙킹 루프의 제어를 담당하는 포커스, 트랙킹 제어기는 드라이브에서 발생되는 포커스, 트랙킹 진동에 대해 목표 성능을 만족할 수 있도록 설계되어야 한다.
포커스, 트랙킹 루프를 최적으로 모델링하기 위해서는 광 디스크 드라이브에서 발생하는 진동량을 정확하게 측정해야 한다. 측정된 진동량과 포커스 및 트랙킹 허용 오차에 의해 루프의 이득이 결정된다. 그러므로 주파수별로 발생하는 진동량을 정확하게 측정할 수 있어야 진동량이 허용 에러와 같게 되는 루프 대역폭을 결정할 수 있고 이에 의해 포커스, 트랙킹 루프를 최적으로 모델링 할 수 있게 된다.
종래에는 진동량을 측정하지 않고 규격에서 주어진 최대 진동량과 최대 진동 가속도를 가지고 진동량을 측정하여 루프를 모델링 하였다. 최대 진동량은 드라이브에서 발생할 수 있는 최대 진동량이고 최대 진동 가속도는 1 배속에서 발생할 수 있는 최대 가속도이다. 이러한 규격은 드라이브에서 발생하는 진동량에 대한 규격이라기보다는 광 디스크가 만족해야 하는 규격이라고 할 수 있다. 즉, 디스크를 만들어 드라이브에서 1 배속으로 회전하였을 때 발생하는 최대 진동량과 최대 진동가속도가 규격에서 정한 값보다 작으면 제조한 디스크는 정상적인 디스크로 간주된다. 규격을 만족하는 모든 디스크에 대해서 포커스, 트랙킹 루프가 성능을 만족하도록 설계되어야 하지만, 대부분의 디스크 진동량은 규격에 나와 있는 값보다 훨씬 작기 때문에 최대 진동량과 최대 진동 가속도를 가지고 포커스, 트랙킹 루프를 설계하면, 필요 이상으로 대역폭이 크거나 루프 이득이 크게 되어 포커스, 트랙킹 루프의 어떤 블록의 출력이 포화(saturation)되어 포커스, 트랙킹 루프가 불안하게 될 수 있다.
1 배속 이외의 n 배속에서의 진동량을 1 배속에서 사용한 방법에 따라 모델링 하기 위해서는 n 배속에서 발생하는 최대 진동 가속도를 알아야 한다. 가속도는 배속의 제곱에 비례하기 때문에 n 배속 최대 진동 가속도를 1 배속의 최대 진동 가속도에 n의 제곱을 곱하여 계산한다면 고배속에서의 최대 진동 가속도 값이 너무 커져 데이터 신뢰성이 거의 없게 된다. 이를 보완하기 위해 디스크만 회전한 상태에서 LDV(Laser Doppler Vibrometer)를 이용하여 배속별 포커스 방향의 최대 진동 가속도를 측정하여 포커스 진동량 모델링에 사용할 수 있지만 트랙킹 방향의 진동은 LDV로 측정하기 어렵기 때문에 배속별 최대 진동 가속도를 측정할 수 없다.
광 디스크 드라이브에 발생하는 특정 주파수의 진동을 수학식 1과 같이 정현파 d(w)로 나타낸다면 최대 가속도 a(w)는 d(w)를 두 번 미분한 최대 값으로 구할 수 있고 최대 가속도를 이용하여 각 주파수별 진동량 dw는 최대 가속도를 주파수의 제곱으로 나눈 값으로 구할 수 있다.
[수학식 1]
일반적으로 규격에서 주어진 DVD 디스크의 포커스 최대 진동량은 ±300㎛이고 1 배속에서의 최대 진동 가속도는 8m/s2이다. 그리고, 트랙킹 최대 진동량은 ±35㎛이고 1 배속에서의 최대 진동 가속도는 1.1m/s2이다. 최대 진동 가속도를 특정 주파수의 제곱으로 나누면 특정 주파수에서 발생하는 진동량을 구할 수 있다. 각 주파수에서 계산한 진동량은 최대 진동량 보다 클 수 없기 때문에 진동량의 주파수 특성은 도 1과 같은 형태가 된다. 수학식 1에 의해 구한 진동량은 루프 설계를 위한 최소 루프 이득을 구하는데 사용된다. 최소 루프 이득은 진동량을 허용 에러 값으로 나눈 값으로 정의되는데, 최대 진동량을 허용 에러로 나눈 저주파 영역 최소 루프 이득 L0과 최대 진동 가속도에 의해 구한 주파수별 진동량을 허용 에러로 나눈 고주파 영역의 최소 루프 이득 L1은 수학식 2에 의해 계산할 수 있고 도 1과 같은 주파수 특성을 가진다.
[수학식 2]
도 1과 같이 구한 최소 루프 이득을 토대로 포커스, 트랙킹 루프는 이득이 최소 루프 이득 보다 크고, 목표로 하는 위상 마진과 이득 마진이 확보되도록 설계된다. 포커스, 트랙킹 루프의 대역폭은 진동량이 허용 에러와 같게 되는 주파수를 나타내기 때문에 정확하게 진동량을 측정하여야 배속 변화에 따라 적절한 대역폭을 가지는 포커스, 트랙킹 루프를 설계할 수 있다. 최대 진동량과 최대 진동 가속도는 디스크 제조를 위한 규격이고 실제 드라이브에 발생하는 진동량과는 거리가 있기 때문에 포커스, 트랙킹 루프가 필요 이득 이상으로 설계될 가능성이 높다. 그리고, 최대 진동 가속도가 배속이 증가함에 따라 얼마로 증가할 것인지를 정확하게 모르기 때문에 배속이 증가할 경우에 최소 루프 이득을 계산할 수 없다. 그래서 실험을 통한 try and error 방법에 의해 목표 성능을 만족할 때까지 반복해서 포커스, 트랙킹 제어기를 설계할 수밖에 없다.
종래의 최대 진동량과 최대 진동 가속도에 의해 구한 포커스, 트랙킹 진동량은 같은 종류의 디스크에서는 항상 동일한 값이 계산되기 때문에 디스크 종류와 드라이브에 따라 진동량이 다르게 발생하는 현실에서 신뢰성이 있는 데이터라고 보기가 어렵다. 동일한 디스크와 드라이브일지라도 처킹(Chucking)이나 기타 원인에의해 발생하는 진동량이 매번 다르기 때문에 진동량을 드라이브가 구동하는 상태에서 측정하는 것이 필요하다. 종래에는 항상 필요 이상으로 루프 이득이 설계될 가능성이 높기 때문에 포커스, 트랙킹 루프를 다시 설계해야하는 어려움이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 최적의 포커스, 트랙킹 루프를 설계하기 위한 진동량 측정 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적인 과제는 최적의 포커스, 트랙킹 루프를 설계하기 위한 진동량 측정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적인 과제는 드라이브에서 발생하는 진동량을 직접 측정함으로써 최적으로 포커스, 트랙킹 루프를 설계하는 루프 설계 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 진동량과 허용 에러를 통해 계산할 수 있는 최소 서보 루프 이득을 나타내는 파형도 이다.
도 2는 포커스 트랙킹 루프를 나타내는 블록도 이다.
도 3은 본 발명에 따른 진동량 측정 장치의 구성을 보이는 블록도 이다.
도 4는 포커스 센서 이득 및 트랙킹 센서 이득의 모델링을 위한 파형도 이다.
도 5는 액츄에이터의 감도 변화를 조정하기 위한 포커스 및 트랙킹 이득 조정 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 진동량 측정 데이터의 제1 및 제2 실시 예를 보인 파형도 이다.
도 7은 본 발명에 따른 진동량 측정 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.
도 8은 본 발명에 따른 루프 설계 방법의 동작을 보이는 흐름도 이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 진동량 측정 장치는 디스크 회전에 의해 포커스 및 트랙킹 루프에서 진동이 발생하는 모든 디스크 기록 및 재생 장치에 있어서, 상기 포커스 및 트랙킹 루프에서 발생되는 포커스 및 트랙킹 에러의 진폭이 일정하게 유지되도록 조정하는 에러이득 조정수단; 액츄에이터의 이득 편차를 보상하기 위해 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 폐루프 위상과 소정의 기준 폐루프 위상을 비교하여 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 일정하게 하는 루프이득 조정수단; 및 상기 에러이득 조정수단 및 루프이득 조정수단에 의해 조정된 에러와 제어기 출력으로부터 상기 진동량을 계산하고 출력하는 측정수단을포함하는 것이 바람직하다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적인 과제를 해결하기 위한 진동량 측정 방법은 디스크 회전에 의해 포커스 및 트랙킹 루프에 진동이 발생하는 모든 디스크 재생 및 기록 장치의 진동량을 측정하는 방법에 있어서, (a) 상기 포커스 및 트랙킹 루프에서 발생되는 포커스 및 트랙킹 에러의 진폭이 일정하게 유지되도록 조정하여 출력하는 단계; (b) 액츄에이터의 이득 편차를 보상하기 위해 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 폐루프 위상과 공칭 폐루프 위상을 비교하여 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 일정하게 조정하여 출력하는 단계; 및 (c) 상기 진폭이 일정하게 조정된 포커스 및 트랙킹 에러 신호와 상기 액츄에이터의 이득이 조정된 상기 포커스 및 트랙킹 제어기 출력으로부터 상기 진동량을 계산하고 출력하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적인 과제를 해결하기 위한 루프 설계 방법은 디스크 회전에 의해 포커스 및 트랙킹 루프에 진동이 발생하는 모든 디스크 재생 및 기록 장치의 진동량을 측정하는 방법에 있어서, (a) 상기 포커스 및 트랙킹 루프에서 발생되는 포커스 및 트랙킹 에러의 진폭이 일정하게 유지되도록 조정하여 출력하는 단계; (b) 상기 액츄에이터의 이득 편차를 보상하기 위해 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 폐루프 위상과 공칭 폐루프 위상을 비교하여 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 일정하게 조정하여 출력하는 단계; (c) 상기 진폭이 일정하게 조정된 포커스 및 트랙킹 에러 신호와 상기 액츄에이터의 이득이 조정된 상기 포커스 및 트랙킹 제어기 출력으로부터 상기 진동량을 계산하고 출력하는 단계; 및(d) 상기 진동량을 소정의 허용 에러로 나누어 상기 최소 루프 이득을 최종 계산하고, 이를 토대로 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 재 설정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
배속이 달라지면 진동량의 주파수 특성이 달라지게 되기 때문에 포커스 및 및 트랙킹 루프는 다시 설계되어야 하고, 구동하는 디스크(미도시)가 달라지면 디스크의 구조와 신호 특성 때문에 포커스 및 트랙킹 루프는 다시 설계되어야 한다. 이와 같이 대응해야 하는 배속과 디스크 종류가 많은 드라이브(미도시)에서는 디스크 종류, 배속마다 제어기(미도시)를 다시 설계하여야 하고, 설계한 데이터를 마이콤(미도시)에서 가지고 있어야 한다.
예를 들어, DVD 기록 기기의 경우 CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW 등의 디스크를 재생하거나 기록하여야 하기 때문에 설계되어야 하는 포커스 및 트랙킹 루프가 굉장히 많아지게 되어 설계하는데 시간이 많이 걸리게 된다. 따라서, 포커스 및 트랙킹 루프를 최대한 빨리 최적으로 설계하는 방법은 드라이브에 존재하는 진동량을 직접 측정하여 이를 토대로 포커스 및 트랙킹 제어기를 설계하는 것이다. 종래의 최대 진동량과 최대 진동 가속도에 의해 진동량을 모델링 하고 포커스 및 트랙킹 루프를 설계하는 것은 필요 이상으로 높은 루프 이득으로 설계되기 때문에 루프 설계 마진이 작은 고배속에서는 포커스 및 트랙킹 루프를 다시 설계하여야 한다.
따라서 본 발명에서는 종래의 규격에 나와 있는 최대 진동량과 최대 진동 가속도에 의해 진동량을 모델링 하는 방법 대신에 광 디스크 드라이브를 구동한 상태에서 드라이브에서 발생하는 진동량을 직접 측정한다. 기존의 정확하지 않은 데이터에 의해 설계된 제어기를 실제 드라이브에 적용하면 설계 목표를 만족할 때까지 계속 제어기 설계를 반복해야 하기 때문에, 본 발명에서는 드라이브에서 발생하는 진동량을 직접 측정함으로써 최적으로 포커스 및 트랙킹 루프를 설계할 수 있고 설계 마진도 최대한으로 확보할 수 있다.
도 2는 광학 시스템의 포커스 및 트랙킹 루프를 나타내는 블록도로서 센서K(s)(20), 제어기C(s)(21), 드라이버V(s)(22), 액츄에이터P(s)(23)로 구성된다.
센서K(s)(20)는 디스크로부터 픽업된 신호를 검출하는 PD(미도시) 및 픽업된 신호를 증폭하여 트래킹 및 포커스 에러e(t)를 출력하는 RF Chip(미도시)로 구성되어 있다. 포커스 및 트랙킹 에러 e(t)는 광학 시스템의 광디스크 드라이브에서 발생하는 진동 d(t)에 대해 픽업(미도시)이 정초점 위치나 트랙 중심에서 벗어난 정도를 포토 다이오드(미도시)에서 검출한 후 RF Chip의 이득으로 증폭되어 출력된다. 제어기C(s)(21)는 센서K(s)(20)에서 출력되는 포커스 및 트랙킹 에러 e(t)를 보상하고, 제어기C(s)(21)의 출력 u(t)는 드라이버V(s)(22)를 통해 액츄에이터P(s)(23)에 인가된다.
광학 시스템의 광디스크 드라이브에서 발생하는 진동 d(t)는 하기 수학식 3-1과 같이 루프에서 추종하지 못한 진동량 ex(t)와 루프에서 추종한 진동량 y(t)의 합으로 표현될 수 있으며, 수학식 3-1은 도 3의 진동량 측정 장치를 이용하여 수학식 3-2로 표현될 수 있다.
[수학식 3]
도 3은 본 발명에 따른 진동량 측정 장치의 구성을 보이는 블록도로서, 센서(Ksensor)-1(20), 드라이버V(s)(22), 액츄에이터P(s)(23), 제1 연산부(30), OFF(s)(31), 제2 연산부(32)로 구성된다. 도 3의 진동량 측정 장치를 이용하여 루프에서 추종하지 못한 진동량 ex(t)는 포커스 및 트레킹 에러 e(t)와 센서K(s)-1(20)로 계산할 수 있고, 루프에서 추종한 진동량 y(t)는 u(t)와 드라이버V(s)(22) 및 액츄에이터P(s)(23)를 이용하여 계산할 수 있다. 최종 진동량 d(t)는 OFF(s)(31)에 의해 계산된 두 진동량의 합으로부터 오프셋 성분을 제거하여 출력된다.
도 3에 도시된 진동량 측정장치는 크게 세 부분으로 나누어 설명할 수 있다.
1. 루프에서 추종하지 못한 진동량 ex(t) 계산
2. 루프에서 추종한 진동량 y(t) 계산
3. 최종 진동량 d(t) 계산
이어서, 도 3의 진동량 측정 장치를 상세히 설명한다.
1. 루프에서 추종하지 못한 진동량 ex(t) 계산
루프에서 추종하지 못한 진동량 ex(t)는 포커스 및 트랙킹 에러 e(t)의 진폭을 일정하게 하여 센서K(s)(20)의 이득이 일정하도록 하여 계산한다. 루프에서 추종하지 못한 진동량 ex(t)를 정확하게 계산하기 위해서는 디스크의 반사율 변화를 고려해야 한다.
루프에서 추종하지 못한 진동량 ex(t)는 e(t)K(s)-1로 계산될 수 있다. 포커스 및 트랙킹 에러 e(t)는 광학 시스템에서 측정되는 값이다. 센서K(s)-1(20)는 포커스 및 트랙킹 에러 e(t)를 증폭하고 그 이득이 일정하도록 조정하여 출력한다.
포커스 및 트랙킹 에러의 이득을 제어하는 센서K(s)-1(20)를 통해 포커스 에러는 도 4a와 같이 S자 곡선으로 출력되고, 트랙킹 에러는 도 4b와 같이 정현파로 출력된다. 포커스 에러의 이득 조정과 트랙킹 에러의 이득 조정은 선형 구간에서만 가능하기 때문에, 센서K(s)-1(20)에서 조정하는 포커스 에러의 이득 및 트랙킹 에러의 이득은 포커스 에러의 S자 곡선 중 선형 구간(2F)과 트랙킹 에러의 정현파 중 트랙피치(P)에 의해 계산될 수 있으며, 하기 수학식 4와 같이 표현된다.
[수학식 4]
(여기서, A : 진폭, F ; 선형 구간 내의 초점 거리)
(여기서, A : 진폭, P ; 선형 구간 내의 트랙 이동 거리)
도 4를 통해 센서K(s)-1(20)는 DC 이득이 Ksensor인 2차 LPF로 모델링 되는데, LPF의 극점이 루프 대역보다 큰 수십, 수백 Hz이기 때문에 Ksensor-1로 근사화 될 수 있다.
레이저 파워와 디스크 반사율이 달라지면 포커스, 트랙킹 에러의 진폭이 달라지기 때문에 센서K(s)-1(20)의 이득이 달라지게 된다. 그러나, 이러한 변화에도 포커스, 트랙킹 루프에서 추종하지 못한 진동량 ex(t)를 정확하게 계산하기 위해서는 포커스 및 트랙킹 에러 e(t)의 진폭을 일정하게 조정하여 레이저 파워나 디스크 반사율 변화 등에 대해서도 센서K(s)-1(20)의 이득이 항상 일정하도록 해야한다.
도 3에 도시된 각 블록들은 공칭 파라미터를 이용하여 공칭 모델(Nominal Model, 기준 모델)로 모델링 되기 때문에 센서K(s)-1(20)의 이득 변화에 의해 모델링 에러가 존재 할 수 있다.
센서K(s)-1(20) 이득 변화에 영향을 주는 것은 포커스 에러의 S자 곡선 중 선형 구간(2F)이나 트랙킹 에러의 트랙피치(P) 변화, 레이저 파워 변화와 디스크 반사율 변화 등에 의해 나타나는 포커스, 트랙킹 에러 진폭의 변화이다. 포커스 에러의 S자 곡선 중에 선형 구간(2F)은 레이저 파장이나 개구 수에 의해 결정된다. 그런데, 레이저 파장은 온도 변화 등에 의해 영향을 받고, 개구 수는 변화가 없기때문에 포커스 에러의 S자 곡선 중 선형 구간(2F)은 조금씩 차이가 있을 수 있다. 트랙킹 에러의 트랙피치(P)의 경우, DVD 디스크보다 CD 디스크에서 트랙 피치 변화가 상대적으로 큰 데, marginal 디스크를 제외하고는 약 10% 이내의 범위에서 트랙 피치가 변하게 된다.
레이저 파워 및 디스크 반사율 변화 등에 의한 포커스 및 트랙킹 에러의 진폭(A) 변화는 센서K(s)-1(20)의 이득 파라미터를 조정하여 항상 일정하게 유지할 수 있다. 이와 같이, 센서K(s)-1(20)의 이득은 드라이브마다 차이가 있을 수 있는데 이를 보상하기 위해 포커스 트랙킹 에러 진폭(A)을 항상 일정하게 유지하는 센서K(s)-1(20) 이득 제어를 실행한다. 그러면, 포커스 및 트랙킹 에러의 진폭(A)을 일정하게 유지한 상태에서 센서K(s)-1(20)의 이득은 온도에 의한 레이저 파장이나 트랙 피치에 의해서만 변하게 된다. 레이저 파장이나 트랙피치의 변화는 상대적으로 작기 때문에 센서K(s)-1(20) 이득의 변화는 작게 된다.
상기와 같이 이득 조정에 의해 새롭게 모델링된 센서K(s)-1(20)에 의해 증폭되어 출력되는 포커스 및 트랙킹 에러 신호를 센서 이득(Ksensor)으로 나눈 값이 루프에서 추종하지 못한 진동량 ex(t)로 계산되어 출력된다.
2. 루프에서 추종한 진동량 y(t) 계산
루프에서 추종한 진동량 y(t)는 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 조정하여액츄에이터P(s)(23)의 감도를 조정하여 계산한다. 루프에서 추종한 진동량 y(t)를 정확하게 계산하기 위해서는 액츄에이터P(s)(23)의 감도 변화를 고려해야 한다.
루프에서 추종한 진동량 y(t) 즉, 액츄에이터P(s)(23)에서 추종된 진동량 y(t)는 u(t)V(s)P(s)로 계산된다. u(t)는 제어기C(s)(21)의 출력 값으로 광학 시스템에서 측정할 수 있고, 드라이브V(s)(22)는 1차 LPF로 정확하게 모델링이 가능하다. 액츄에이터P(s)(23)는 DC 감도, 공진 주파수, Q 감도를 이용하여 2차 선형 시스템으로 모델링 된다.
그러나, 루프에서 추종한 진동량 y(t) 계산 시에 액츄에이터P(s)(23)의 감도 변화를 고려해야 하기 때문에 이를 위해 루프 이득 조정 알고리즘을 사용한다. 루프 이득을 일정하게 조정하는 루프 이득 조정 알고리즘을 통해 액츄에이터P(s)(23)가 공칭 모델에 비해 이득 변화가 얼마인지를 알 수 있다. 따라서, 루프 이득 조정 알고리즘을 이용하여 액츄에이터P(s)(23)를 정확하게 모델링할 수 있다. 이와 같이 액츄에이터P(s)(23)의 감도 변화를 고려하여 액츄에이터P(s)(23)를 모델링함으로써 루프에서 추종된 진동량 y(t)를 정확하게 계산할 수 있게 된다.
도 5는 액츄에이터P(s)(23)의 감도 변화를 자동으로 조정하기 위한 포커스 및 트랙킹 루프 이득 조정 알고리즘을 설명하기 위한 도면으로, 제어기C(s)(21)의 이득이 얼마나 조정되었는지에 따라 액츄에이터P(s)(23)의 감도 변화가 얼마인지를 알 수 있다. 포커스 및 트랙킹 루프 이득 조정 결과를 액츄에이터P(s)(23) 모델링에 반영함으로써, 드라이브마다 차이가 있는 모델링 에러에 대해서도 측정되는 신뢰성을 증가시킬 수 있게 된다.
도 5는 포커스 및 트랙킹 이득 조정을 위해 A/D(21-1), 제1 레지스터(21-2), 제1 연산부(21-3), 정현파 발생부(21-4), 제2 연산부(21-5), BPF(21-6), 위상 비교부(21-7),판단및조정부(21-8), 디지털 제어부(21-9), 제2 레지스터(21-10), D/A(21-11)로 구성된다.
A/D(21-1)는 센서K(s)(20)에서 출력되는 진폭이 일정하게 조정된 포커스 및 트랙킹 신호 e(t)를 디지털로 변환한다.
제1 레지스터(21-2)는 오프셋 조정 레지스터이다. 드라이브는 포커스 및 트랙킹 동작을 하지 않더라도 회로 상으로 포커스 및 트랙킹 에러에 오프셋이 존재할 수 있는데, 에러 신호로부터 오프셋을 제거하기 위해, 포커스 및 트랙킹 제어를 하기 전에 각 에러 신호의 오프셋을 측정하여 제1 레지스터(21-2)에 저장한다.
제1 연산부(21-3)는 디지털로 변환된 센서K(s)(20)의 출력신호인 e(t)로부터 제1 레지스터(21-2)에 저장된 오프셋 신호를 제거한다.
정현파 발생부(21-4)는 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 조정하기 위한 정현파를 발생시킨다. 정현파 발생부(21-4)는 보통 687㎐, 1.38㎑, 2.76㎑, 5.51㎑ 중에서 하나를 선택하여 출력하고, 인가되는 정현파의 진폭도 조정될 수 있다.
제2 연산부(21-5)는 포커스 및 트랙킹 에러에 특정 주파수의 정현파를 합성한다. 포커스 및 트랙킹 에러에 더해진 특정 주파수의 정현파 외란은 포커스 및 트랙킹 루프를 한 바퀴 돌아 다음 샘플에서 포커스 및 트랙킹 에러에 다시 나타나게 된다.
BPF(21-6)는 한 바퀴 돌아온 포커스 및 트랙킹 에러에서 정현파 외란 성분만을 추출한다. BPF(21-6)로 입력되는 포커스 및 트랙킹 에러는 포커스 및 트랙킹 루프를 한 바퀴 돌았기 때문에 인가한 주파수의 폐루프 위상 만큼 위상이 지연된다.
위상 비교부(21-7)는 정현파 발생부(21-4)에서 인가되는 정현파와 BPF(21-7)에서 출력되는 신호의 위상 차이를 비교하는데, 폐루프 위상만큼 위상 차이가 발생한다.
판단및조정부(21-8)는 위상 비교부(21-7)에서 출력되는 위상 차이와 공칭 모델의 위상 차이(기준 위상 차이)를 비교하여 그 차이에 따라 디지털 제어부(21-9)의 DC 이득을 조정한다. 판단및조정부(21-8)는 현재 루프의 이득이 공칭 루프의 이득보다 크면 디지털 제어부(21-9)의 이득을 작게 하고, 현재 루프의 이득이 공칭 루프의 이득보다 작으면 디지털 제어부(21-9)의 이득을 크게 하여 포커스 및 트랙킹 루프 이득을 항상 일정하게 조정한다. 이러한 루프 이득 조정은 포커스 및 트랙킹 루프의 폐루프 위상이 공칭 루프의 폐루프 위상이 될 때까지 반복 수행된다.
제2 레지스터(21-10)는 최종 루프 이득 조정 결과를 저장한다. 진동량 측정 시에 제2 레지스터(21-10)에 저장된 루프 이득 조정 결과 값을 읽어 액츄에이터P(s)(23) 모델링의 DC 이득을 조정하여 액츄에이터P(s)(23)의 감도 변화를 보상한다.
디지털 제어부(21-9)의 출력은 D/A(21-11)를 통해 아날로그 신호로 변환된어 드라이버V(s)(22)로 출력된다.
최종적으로, 루프에서 추종한 진동량 y(t)는 제어기C(s)(21) 출력 u(t)이 드라이버V(s)(22)와 DC 이득이 보상된 액츄에이터P(s)(23)를 통과한 출력이 된다.
3. 최종 진동량 d(t) 계산
제1 연산부(30)는 루프에서 추종하지 못한 진동량 ex(t) 및 루프에서 추종한 진동량 y(t)를 합성한다. OFF(s)(31)는 진동량 d1(t)의 DC 성분을 제거한다. OFF(s)(31)는 DC LPF로 구성하여 d1(t) 신호를 필터링한다. 또는 OFF(s)(31)가 프로그램으로 구성되는 경우 제1 연산부(30)의 출력 d1(t)을 64, 128 샘플을 평균하여 오프셋 값을 설정하고, d1(t)의 오프셋 성분을 제거하여 출력한다. 결과적으로 최종 진동량 d(t)는 오프셋 성분이 제거된 d1(t)가 된다.
도 8은 진동량 주파수 특성을 보이는 도면으로 도 8a는 편향 400㎛ 디스크에 대한 포커스 진동량 측정 데이터를 보이는 도면이고 도 8b는 편심 50㎛ 디스크에 대한 트랙킹 진동량 측정 데이터를 보이는 도면이다. 디스크 회전 주파수에서 월등한 진동이 발생하고 디스크 회전 주파수의 정수배에서 상대적으로 큰 진동이 발생한다.
도 7은 본 발명에 따른 진동량 측정 방법의 동작을 보이는 흐름도로서 포커스 및 트랙킹 센서의 이득 파라미터를 조정하여 포커스 및 트랙킹 에러 신호의 진폭을 일정하게 하는 단계(70), 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 일정하게 조정한 결과를 이용하여 액츄에이터의 DC 감도를 보상하는 단계(71), 오프셋 제거 단계(72), 진동량 계산 단계(73)로 구성된다.
70단계는 루프에서 추종하지 못한 진동량 ex(t) 계산하기 위해 포커스 및 트랙킹 센서K(s)(20)의 이득이 일정하도록 조정하는 단계이고, 71단계는 루프에서 추종한 진동량 y(t)를 계산하기 위해 액츄에이터P(s)(23)의 DC 감도를 보상하는 단계이다. 72단계는 ex(t) 및 y(t)를 합성하고 오프셋을 제거하는 단계이며, 73단계는 최종 진동량을 측정하는 단계이다.
포커스 및 트랙킹 에러의 진폭을 일정하게 유지되도록 하기 위해 센서K(s)(20)의 이득을 조정한다(70단계). 센서K(s)(20)의 이득 조정 결과는 수학식 4와 같다. S자 곡선으로 출력되는 포커스 에러 신호의 이득은 선형 구간 내에서 진폭을 포커스 선형 구간으로 나눈 값으로 조정된다. 정현파 곡선으로 출력되는 트랙킹 에러 신호의 이득은 선형 구간 내에서 진폭을 트랙 피치로 나눈 값으로 조정된다.
액츄에이터P(s)(23)의 감도를 보상하기 위해 이득이 조정된 포커스 및 트랙킹 신호를 이용하여 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 조정한다(71단계). 포커스 및 트랙킹 루프의 이득 조정하기 위해 도 5의 루프 조정 알고리즘을 이용한다. 이를 설명하면, 루프 이득 조정용 정현파를 포커스 및 트래킹 에러 신호에 더한 후에, 포커스 및 트랙킹 루프를 한 바퀴 돌아온 포커스 및 트랙킹 에러 신호의 정현파 외란 주파수 성분과 인가한 정현파 외란 주파수의 위상 차이를 구하여 포커스 및 트랙킹 루프의 폐루프 위상을 계산한다. 구한 폐루프 위상과 공칭 폐루프 위상(기준 위상)을 비교하여 두 위상이 동일하게 될 때가지 포커스 및 트랙킹 제어기C(s)(21)의 이득을 조정한다. 포커스 및 트랙킹 루프 이득 조정 결과를 토대로 액츄에이터P(s)(23)의 이득은 정확하게 모델링 한다.
센서K(s)(20)의 이득 조정 및 액츄에이터P(s)(23)의 이득 조정을 통해 센서K(s)(20) 및 액츄에이P(s)(23)터를 정확하게 모델링 한 후에 진동량을 계산한다. 센서K(s)(20)의 이득 조정에 의해 조정된 포커스 및 트랙킹 에러 신호를 센서 이득 Ksensor로 나눈 값과, 제어기C(s)(21) 출력이 드라이버V(s)(22)와 액츄에이터P(s)(23)를 통과한 출력 값을 합성한다.
합성 신호의 DC 값을 제거하기 위해 64, 128 샘플을 평균하여 오프셋 값을 계산하거나 DC를 제거하는 필터를 사용한다(72단계).
이 합성신호로부터 오프셋을 제거하면, 최종 진동량이 출력된다(73단계).
도 8은 본 발명에 따른 서보 루프 설계 방법을 보이는 흐름도로서, 포커스 및 트랙킹 센서의 이득을 조정하여 포커스 및 트랙킹 신호의 진폭을 일정하게 하는 단계(80), 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 조정하여 액츄에이터를 정확하게 모델링하는 단계(81), 오프셋 제거 단계(82), 진동량 계산 단계(83), 진동량을 허용 에러로 나누어 루프 이득을 계산하는 단계(84), 목표 성능을 만족하는 제어기를 설계하는 단계(85)로 구성된다.
서보 루프 설계 방법은 진동량 측정을 토대로 설계되기 때문에 진동량 측정 부분인 80단계??83단계는 도 7과 동일하므로 생략한다. 진동량이 측정되면, 측정된 진동량을 허용 에러로 나누어 최소의 루프 이득을 구한다(84단계).
최소 루프 이득을 가지고, 목표 성능을 만족하는 제어기를 설계한다(85단계).
본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 사상 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 재생 및 기록하는 디스크 종류마다 구동해야 하는 배속마다 드라이브에서 포커스, 트랙킹 진동량을 측정할 수 있고 이를 토대로 최적의 포커스, 트랙킹 제어기를 설계할 수 있어 설계 시간을 많이 단축할 수 있고 설계 정확도를 높일 수 있다. 만약, 측정된 진동량이 서보에서 감당할 수 있는 범위를 벗어나면 데크에 진동량 데이터를 피드백 하여 서보 설계에서 고려할 수 있는 진동량이 발생하도록 데크 설계의 데이터로 사용될 수 있다. 그리고, 측정된 진동량으로부터 포커스, 트랙킹 제어를 안정적으로 하기 위한 픽업의 DC 감도나, AC 감도가 얼마이어야 하는 지에 대한 액츄에이터 설계 스팩을 설정해 줄 수 있게 된다.

Claims (22)

  1. 디스크 회전에 의해 포커스 및 트랙킹 루프에서 진동이 발생하는 모든 디스크 기록 및 재생 장치에 있어서,
    상기 디스크 회전 시에 발생되는 포커스 및 트랙킹 에러의 진폭이 일정하게 유지되도록 조정하는 에러이득 조정수단;
    액츄에이터의 이득 편차를 보상하기 위해 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 폐루프 위상과 소정의 기준 폐루프 위상을 비교하여 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 일정하게 하는 루프이득 조정수단; 및
    상기 에러이득 조정수단 및 루프이득 조정수단에 의해 조정된 에러와, 이 에러에 의해 보상된 상기 디스크의 포커스 및 트랙킹을 제어하는 제어기 출력으로부터 상기 진동량을 계산하고 출력하는 측정수단을 포함하는 진동량 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 에러이득 조정수단의 포커스 에러의 이득은
    진폭을 A, 선형 구간 내의 초점 거리를 F로 하여 수학식 Aπ/2F에 의해 조정되는 것을 특징으로 하는 진동량 측정 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 에러이득 조정수단의 트랙킹 에러의 이득은
    진폭을 A, 트랙 피치를 P로 하여 수학식 2πA/P에 의해 조정되는 것을 특징으로 하는 진동량 측정 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 루프이득 조정수단은
    상기 루프 이득을 조정하기 위한 소정의 정현파 신호를 발생하는 정현파 발생부;
    상기 디지털 포커스 및 트랙킹 에러 신호 중에 정현파 외란 성분과 인가한 정현파의 위상을 비교하여 폐루프 위상을 출력하는 위상신호 처리부; 및
    상기 폐루프 위상과 공칭 폐루프 위상을 비교하여 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 일정하게 조정하고 조정된 결과를 토대로 상기 액츄에이터의 이득을 모델링하는 이득 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동량 측정 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 위상신호 처리부는 상기 포커스 및 트랙킹 루프로부터 피드백되는 디지털 포커스 및 트랙킹 에러 신호로부터 정현파 외란 성분만을 추출한 외란추출부;
    상기 외란 추출부의 출력과 상기 인가된 정현파의 위상을 비교한 위상차를 출력하는 위상 비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동량 측정 장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 이득 조정부는
    상기 공칭 위상차가 되도록 상기 포커스 및 트랙킹 제어기의 이득을 조정하며, 상기 조정된 제어기 이득만큼 상기 액츄에이터의 이득을 보상하는 것을 특징으로 하는 진동량 측정 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 진동량 측정수단은
    상기 포커스 및 트랙킹 에러 신호를 상기 센서 이득으로 나누어 제1 진동량을 측정하는 제1 진동량 측정부;
    상기 이득 편차가 보상된 엑츄에이터를 포함하는 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 출력 신호로부터 제2 진동량을 측정하는 제 2 진동량 측정부;
    상기 제1 진동량 및 제2 진동량을 합성하고, 그 합성신호를 소정 시간 동안평균한 값으로 상기 합성 신호의 오프셋을 조정하는 오프셋 조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동량 측정 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 오프셋 조정부는
    상기 합성 신호를 소정의 대역으로 필터링하는 필터링부임을 특징으로 하는 진동량 측정 장치.
  9. 디스크 회전에 의해 포커스 및 트랙킹 루프에 진동이 발생하는 모든 디스크 재생 및 기록 장치의 진동량을 측정하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 디스크 회전 시에 발생되는 포커스 및 트랙킹 에러의 진폭이 일정하게 유지되도록 조정하여 출력하는 단계;
    (b) 액츄에이터의 이득 편차를 보상하기 위해 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 폐루프 위상과 공칭 폐루프 위상을 비교하여 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 일정하게 조정하여 출력하는 단계; 및
    (c) 상기 에러이득 조정수단 및 루프이득 조정수단에 의해 조정된 에러와, 이 에러에 의해 보상된 상기 디스크의 포커스 및 트랙킹을 제어하는 제어기 출력으로부터 상기 진동량을 계산하고 출력하는 단계를 포함하는 진동량 측정 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 S자 곡선으로 출력되는 포커스 에러 신호의 이득은 선형 구간 내에서 진폭을 포커스 선형 구간으로 나눈 값으로 조정되는것을 특징으로 하는 진동량 측정 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 정현파 곡선으로 출력되는 트랙킹 에러 신호의 이득은 선형 구간 내에서 진폭을 트랙 피치로 나눈 값으로 조정되는 것을 특징으로 하는 진동량 측정 방법.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 (b)단계는
    (b-1) 상기 루프 이득 조정용 정현파를 입력한 디지털 및 포커스 에러 신호로부터 정현파 외란성분만을 추출하는 단계;
    (b-2) 상기 디지털 포커스 및 트랙킹 에러 신호에서 추출한 정현파 외란 성분과 상기 인가된 정현파의 위상을 비교하여 폐루프 위상을 출력하는 단계;
    (b-3) 상기 폐루프 위상과 공칭 폐루프 위상을 비교하여 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 조정하는 제어 신호를 출력하고 상기 제어 신호를 이용하여 상기 액츄에이터의 이득 조정 신호로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동량 측정 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 (b-3)단계는
    공칭 폐루프 위상이 되도록 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 조정하며, 상기 조정된 이득 만큼 상기 액츄에이터의 이득을 보상하는 것을 특징으로 하는 진동량 측정 방법.
  14. 제 9항에 있어서, 상기 (c)단계는
    (c-1) 상기 포커스 및 트랙킹 에러 신호를 상기 (a)단계에서 조정된 센서 이득으로 나누어 제1 진동량을 측정하는 단계;
    (c-2) 상기 (b)단계에서 이득 편차가 보상된 엑츄에이터를 포함하는 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 출력신호로부터 제2 진동량을 측정하는 단계; 및
    (c-3) 상기 제1 진동량 및 제2 진동량을 합성하고, 그 합성신호를 소정 시간 동안 평균한 값으로 상기 합성신호의 오프셋을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동량 측정 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 (c-3) 단계는 상기 합성신호를 소정의 대역으로 필터링하는 단계임을 특징으로 하는 진동량 측정 방법.
  16. 디스크 회전에 의해 포커스 및 트랙킹 루프에 진동이 발생하는 모든 디스크 재생 및 기록 장치의 진동량을 측정하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 디스크 회전 시에 발생되는 포커스 및 트랙킹 에러의 진폭이 일정하게 유지되도록 조정하여 출력하는 단계;
    (b) 상기 액츄에이터의 이득 편차를 보상하기 위해 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 폐루프 위상과 공칭 폐루프 위상을 비교하여 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 일정하게 조정하여 출력하는 단계;
    (c) 상기 에러이득 조정수단 및 루프이득 조정수단에 의해 조정된 에러와, 이 에러에 의해 보상된 상기 디스크의 포커스 및 트랙킹을 제어하는 제어기 출력으로부터 상기 진동량을 계산하고 출력하는 단계; 및
    (d) 상기 진동량을 소정의 허용 에러로 나누어 상기 최소 루프 이득을 최종 계산하고, 이를 토대로 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 재 설정하는 단계를 포함하는 루프 설계 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 S자 곡선으로 출력되는 포커스 에러 신호의 이득은 선형 구간 내에서 진폭을 포커스 선형 구간으로 나눈 값으로 조정되는 것을 특징으로 하는 루프 설계 방법.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 정현파 곡선으로 출력되는 트랙킹 에러 신호의 이득은 선형 구간 내에서 진폭을 트랙 피치로 나눈 값으로 조정되는 것을 특징으로 하는 루프 설계 방법.
  19. 제 16항에 있어서, 상기 (b)단계는
    (b-1) 상기 루프 이득 조정용 정현파를 입력한 디지털 및 포커스 에러신호로부터 정현파 외란을 추출하는 단계;
    (b-2) 상기 디지털 포커스 및 트랙킹 에러 신호에서 추출한 정현파 외란 성분과 상기 인가한 정현파의 위상을 비교하고 폐루프 위상을 출력하는 단계;
    (b-3) 상기 폐루프 위상과 공칭 폐루프 위상을 비교하여 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 조정하는 제어 신호를 출력하고 상기 제어 신호를 상기 액츄에이터의 이득 조정 신호로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 루프 설계 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 (b-3)단계는
    폐루프 위상이 공칭 폐루프 위상이 되도록 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 이득을 조정하며, 상기 조정된 이득 만큼 상기 액츄에이터의 이득을 보상하는 것을 특징으로 하는 루프 설계 방법.
  21. 제 16항에 있어서, 상기 (c)단계는
    (c-1) 상기 포커스 및 트랙킹 에러 신호를 상기 (a)단계에서 조정된 에러 이득으로 나누어 제1 진동량을 측정하는 단계;
    (c-2) 상기 (b)단계에서 이득 편차가 보상된 엑츄에이터를 포함하는 상기 포커스 및 트랙킹 루프의 출력 신호를 제2 진동량으로 측정하는 단계; 및
    (c-3) 상기 제1 진동량 및 제2 진동량을 합성하고, 그 합성신호를 소정 시간 동안 평균한 값으로 상기 합성신호의 오프셋을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 루프 설계 방법.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 (c-3) 단계는
    상기 합성신호를 소정의 대역으로 필터링하는 단계임을 특징으로 하는 서보루프 설계 방법.
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