KR100456051B1 - 스텝핑 모터의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

스텝핑 모터에 의한 대상물의 이동을 제어할 수 있도록 한다. 대상물의 초기 위치를 나타내는 극치 데이터 P(0)로부터 현재 위치를 나타내는 극치 데이터 P(n)를 감산하여 대상물의 이동 거리를 나타내는 통과 데이터 PP를 산출하고, 목표로 하는 이동 거리를 나타내는 목표치 데이터 TP로부터 통과 데이터 PP를 감산하여 목표 위치까지의 거리를 나타내는 잔여 데이터 NP를 산출한다. 잔여 데이터 NP가 기준치 데이터 KM0보다 클 때, 단계적으로 증가하는 가속치 데이터 A(m)를 속도치 데이터 V(n)에 가산하여 속도치 데이터 V(n)를 갱신하고, 기준치 데이터 KM0보다 작아졌을 때, 단계적으로 감소하는 가속치 데이터 A(m)를 속도치 데이터 V(n)로부터 감산하여 속도치 데이터 V(n)를 갱신한다. 갱신한 속도치 데이터 V(n)를 극치 데이터 P(n)에 가산하여 극치 데이터 P(n)를 갱신하고, 그 중간 비트를 구동 데이터로 한다.

Description

스텝핑 모터의 제어 방법{CONTROL METHOD OF STEPPING MOTOR}

본 발명은, 디스크 재생 장치의 트랙킹 서보에 적합한 스텝핑 모터의 제어 방법에 관한 것이다.

디지털 오디오에 이용되는 컴팩트 디스크(CD)는, 컴퓨터 기기에서의 판독이 가능한 각종 디지털 데이터를 기억하기 위한 판독 전용 메모리(CD-ROM)로서도 활용된다. 이러한 CD를 재생하는 디스크 재생 장치에서는, 디스크 상에 기록된 나선 형상의 기록 트랙을 픽업이 정확하게 트레이스할 수 있도록, 디스크와 픽업의 상대 위치를 제어하도록 서보 기구가 설치된다.

도 6은, 서보 기구를 포함하는 디스크 재생 장치의 개략을 도시한 블록도이다.

디스크(1)는, 적어도 한쪽 면에 나선 형상의 기록 트랙이 형성되고, 이 기록 트랙을 따라 소정의 포맷에 따른 디지털 데이터가 기록된다. 예를 들면 CD의 경우, 디지털 데이터를 EFM 변조하여 얻어지는 EFM 신호에 따라, 기록 트랙 상에 소정의 길이를 갖는 볼록부(피트)가 형성된다. 스핀들 모터(2)는, 후술하는 서보 제어부(7)로부터 공급되는 구동 신호 SD에 응답하여, 디스크(1)를 소정의 속도로 회전 구동한다.

픽업(3)은 레이저 광원 및 센서를 포함하며, 쓰레드(4) 상에 이동 가능하도록 취부된다. 쓰레드(4)는, 픽업(3)을 디스크(1)의 기록 트랙면에 대향시켜 지지함과 함께, 픽업(3)을 디스크(1)의 반경 방향으로 이동 가능하도록 드라이브 장치에 취부된다. 액튜에이터(5)는, 서보 제어부(7)로부터 공급되는 구동 신호 TD에 응답하여 픽업(3) 및 쓰레드(4)를 디스크(1)의 반경 방향으로 이동시킨다.

신호 처리부(6)는, 픽업(3)에 의해 추출되는 디스크(1)로부터의 판독 출력을 수취하고, 파형 정형, 2진화 등의 처리를 실시하여, 디스크(1)의 기록 트랙 상의 요철에 대응하여 2 단계의 레벨이 전환되는 EFM 신호를 생성한다. 또한 신호 처리부(6)는 픽업(3)의 출력에 기초하여 트랙킹 에러 신호 TE 및 오프 트랙 신호 OT를 생성한다. 즉, 픽업(3)은 디스크(1)에 기록된 데이터를 판독하는 주 광원과 디스크(1)의 기록 트랙에 대한 주 광원의 위치를 판독하는 보조 광원을 갖고 있으며, 신호 처리부(6)는 주 광원에 의한 판독 출력으로부터 EFM 신호를 생성하고, 보조 광원으로부터의 판독 출력으로부터 트랙킹 에러 신호 TE를 생성한다. 이와 같이 생성되는 트랙킹 에러 신호 TE는, 통상 디스크(1)에 대한 픽업(3)의 판독 위치가 정확하게 유지되는 동안에는「0」 레벨로 유지되고, 픽업(3)의 판독 위치가 디스크(1)의 내주측 또는 외주측으로 어긋났을 때에 부극성 또는 정극성이 된다.한편, 오프 트랙 신호 OT에 대해서는, EFM 신호의 저주파 성분으로 생성되는 것으로, EFM 신호가 올바르게 출력되는 동안, 즉 픽업(3)이 디스크(1)의 기록 트랙으로부터 데이터를 올바르게 판독하고 있는 동안에는 로우 레벨을 유지하며, 픽업(3)의 위치가 어긋나 EFM 신호가 올바르게 출력되지 않게 되었을 때에 상승한다.

서보 제어부(7)는, 신호 처리부(6)로부터 EFM 신호와 함께 트랙킹 에러 신호 TE 및 오프 트랙 신호 OT를 수신하여, 스핀들 모터 구동 신호 SD 및 액튜에이터 구동 신호 TD를 생성한다. 스핀들 모터 구동 신호 SD는, 예를 들면 디스크(1)를 선속도 일정하게 구동하는 CLV 제어의 경우, EFM 신호의 주기가 일정해지도록 함으로써 생성된다. 또한, 디스크(1)를 각속도 일정하게 구동하는 CAV 제어의 경우, 스핀들 모터 구동 신호 SD는, 일정 주파수의 기준 클럭에 기초하여 생성된다. 액튜에이터 구동 신호 TD는, 트랙킹 에러 신호 TE 및 오프 트랙 신호 OT에 기초하여 생성되는 것으로, 예를 들면 디스크(1)로부터 데이터를 판독할 때는, 트랙킹 에러 신호 TE를 「0」레벨에 가깝도록 생성한다. 이에 따라, 디스크(1)를 소정의 속도(선속도 일정 또는 각속도 일정)로 회전 구동시킴과 아울러, 디스크(1) 상의 기록 트랙에 픽업(3)의 위치를 추종시킬 수 있어, 디스크(1)에 기록된 데이터의 판독이 가능해진다.

그런데, 액튜에이터(5)에 의한 픽업(3) 및 쓰레드(4)의 이동은, 쓰레드(4) 상에서의 픽업(3)의 가동 범위 내에서 픽업(3)만을 이동시키는 경우(쇼트 점프)와, 쓰레드(4) 상의 픽업(3)의 위치를 거의 고정시킨 상태에서 쓰레드(4)를 이동시키는 경우(롱 점프)가 있다. 쇼트 점프에서는, 우선 쓰레드(4)를 고정시킨 상태에서 픽업(3)만을 이동시켜, 픽업(3)의 위치가 쓰레드(4) 상에서의 가동 범위의 한계에 접근했을 때, 쓰레드(4)를 조금만 이동시켜, 픽업(3)이 쓰레드(4) 내에서 더 이동할 수 있도록 한다. 디스크(1)의 기록 트랙에 픽업(3)을 추종시켜 데이터를 판독하는 경우, 이 쇼트 점프에 의한 이동이 행해진다.

롱 점프에서는, 디스크(1)에 대한 픽업(3)의 이동 거리(통상은 픽업(3)의 가동 범위보다도 길다)를 설정하고, 그 설정 거리에 맞추어 쓰레드(4)를 이동시키도록 하고 있다. 이 때, 쓰레드(4) 상의 픽업(3)은, 거의 고정된 상태에서, 디스크(1)의 기록 트랙을 가로지르면서 디스크(1)로부터 신호의 판독을 행한다. 이 픽업(3)의 판독 동작은, 디스크(1)에 기록된 데이터를 판독하기 위해서가 아니고, 픽업(3)이 지나간 기록 트랙의 개수를 카운트하기 위해 행해진다.

트랙킹 에러 신호 TE는, 픽업(3)이 하나의 기록 트랙을 가로지를 때마다 극성의 반전을 반복하기 때문에, 복수의 기록 트랙을 연속하여 가로지르는 경우에는, 정현파 형상의 파형을 나타낸다. 또한, EFM 신호는 픽업(3)이 기록 트랙 상에 있을 때 소정의 진폭을 나타내며, 기록 트랙으로부터 벗어났을 때에는 고정값이 된다. 이 때문에, EFM 신호의 저주파 성분으로부터 생성되는 오프 트랙 신호 OT는, 픽업(3)의 기록 트랙을 가로지를 때마다 상승과 하강을 반복한다. 이 오프 트랙 신호 OT는, 트랙킹 에러 신호 TE와 동일한 주기가 되며, 픽업(3)(쓰레드(4))의 진행 방향에 따라, 트랙킹 에러 신호 TE에 대하여 π/2만큼 진행하거나, 지연된 위상을 나타내게 된다. 따라서, 트랙킹 에러 신호 TE 또는 오프 트랙 신호 OT를 카운트함으로써, 픽업(3)이 지나간 기록 트랙의 개수를 검출하여, 목표로 하는 이동 거리에 상당하는 개수의 기록 트랙을 지나간 시점에서, 쓰레드(4)의 이동을 정지하도록 하고 있다.

쓰레드(4)를 디스크(1)의 반경 방향으로 목표로 하는 거리만큼 이동시키는 경우, 이동 개시 시점에서는 쓰레드(4)를 가속하고, 정지 위치 바로앞에서부터 쓰레드(4)를 감속시키도록 하여 구동 신호 TD가 생성된다. 예를 들면, 도 7에 도시한 바와 같이 타이밍 t0에서 이동을 개시하고나서 소정의 속도에 달하는 타이밍 t1까지는 일정한 가속도를 가하고, 그 후 타이밍 t2까지 등속으로 이동시키도록 구동 신호 TD가 설정된다. 그리고, 타이밍 t2 이후, 타이밍 t3까지는 마이너스 가속도를 가함으로써, 타이밍 t3에서 쓰레드(4)를 정지할 수 있도록 한다. 여기서, 타이밍 t2는 쓰레드(4)의 이동 거리와 감속 시의 가속도에 의해 결정되는 것으로, 이동 거리가 짧은 경우 혹은 감속 시의 가속도의 절대치가 작은 경우에는, 타이밍 t1보다도 빠른 타이밍으로 설정된다. 그러한 경우, 이동은 등속으로 행해지지 않고, 타이밍 t2에서 가속으로부터 감속으로 전환된다.

구동 신호 TD에 의해 쓰레드(4)를 이동시키는 경우, 픽업(3)(쓰레드(4))이 지나간 기록 트랙의 개수를 카운트함으로써 이동 거리를 확인하면서 서보 제어가 행해진다. 이 때문에, 회로의 지연이나 이동 기구의 기계적인 지연 등에 의해, 목표로 하는 이동 거리를 지나 쓰레드(4)가 정지하는 경우가 있다. 또한, 쓰레드(4)의 실제 이동 거리를 확인하면서 서보 제어를 행할 필요가 있기 때문에, 고속화가 곤란하다.

한편, 정밀한 회전 제어가 가능한 스텝핑 모터를 이용한 경우, 쓰레드(4)의 이동 거리를 용이하게 확인할 수 있고, 정확한 위치에서 정지시킬 수 있기 때문에, 상술한 문제는 해소된다. 그러나, 스텝핑 모터를 구동하기 위해서는, 복잡한 구동 펄스의 생성이 필요하고, 원활한 가속, 감속을 반복하는 경우, 구동 회로의 부담이 커진다.

도 1은 본 발명의 스텝핑 모터의 제어 방법을 도시한 흐름도.

도 2는 스텝핑 모터로 이동시키는 대상물과 각 데이터와의 관계를 도시한 도면.

도 3은 대상물의 이동 속도의 경시 변화를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 제어 방법을 실현하는 제어 회로의 구성을 도시한 블록도.

도 5는 각 데이터의 자릿수 맞추기를 설명하는 도면.

도 6은 디스크 재생 장치의 구성을 도시한 블록도.

도 7은 롱 점프시의 픽업의 이동 속도의 경시 변화를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 디스크

2 : 스핀들 모터

3 : 픽업

4 : 쓰레드

5 : 액튜에이터

6 : 신호 처리부

7 : 서보 제어부

11, 12 : 셀렉터

13 : 가산기

14 : 반전 회로

15∼17, 22∼25 : 레지스터

18 : 메모리

26 : 타이밍 제어 회로

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 특징으로 하는 부분은, 대상물 위치에 대응하는 극치를 설정하고, 이 극치를 갱신함으로써 대상물을 초기 위치로부터 목표 거리만큼 이동시키는 스텝핑 모터의 제어 방법에 있어서, 대상물의 초기 위치에 대한 현재 위치의 차로부터 상기 대상물이 이동한 통과 거리를 산출하는 제1 단계와, 목표 거리에 대한 상기 통과 거리의 차로부터 잔여 거리를 산출하는 제2 단계와, 상기 통과 거리가 제1 기준치를 초과할 때까지, 상기 통과 거리에 따라 단계적으로 증가하는 가속치를 순차 가산하여 속도치를 갱신함과 함께, 갱신한 속도치를 순차 가산하여 상기 극치를 갱신하는 제3 단계와, 상기 잔여 거리가 제2 기준치보다 작아진 후, 상기 잔여 거리에 따라 단계적으로 감소하는 가속치를 순차 감산하여 속도치를 갱신함과 함께, 갱신한 속도치를 순차 가산하여 상기 극치를 갱신하는 제4 단계를 포함하는 것에 있다.

본 발명에 따르면, 대상물의 위치를 극치로서 설정하고, 이 극치에 대하여 속도치를 순차 가산함으로써 스텝핑 모터를 구동할 수 있도록 하고 있다. 이 때, 속도치를, 단계적으로 증가하거나 감소하는 가속치를 가산하거나 감산하여 갱신하도록 함으로써, 복잡한 처리를 수반하지 않은 상태에서, 스텝핑 모터를 원활하게 가속하거나 감속할 수 있다.

<발명의 실시예>

도 1은, 본 발명의 스텝핑 모터의 제어 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 1에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 대상물(쓰레드)을 초기 위치로부터 목표 거리만큼 떨어진 목표 위치까지 이동시키는 경우의 처리를 도시한다. 이 때, 대상물의 이동 속도는, 도 3에 도시한 바와 같이 이동 개시 직후부터 단계적으로 가속도를 올리면서 가속시킨 후, 단계적으로 가속도를 감소시키면서 감속하도록 속도를 제어한다.

단계 S1에서는, 대상물의 초기 위치를 나타내는 극치 데이터 P(0) 및 대상물을 이동시키는 목표 거리를 나타내는 목표치 데이터 TP를 초기치로서 로드한다. 이들 초기치는, 처리가 완료될 때까지 유지된다. 또, 이들 초기치 외에, 복수의 가속치나 가속도를 전환하는 타이밍을 판정하는 복수의 기준치도 준비되어 있다.

단계 S2에서는, 대상물의 현재 위치를 나타내는 극치 데이터 P(n)로부터 초기 위치를 나타내는 극치 데이터 P(0)를 감산하여, 대상물이 이동한 통과 거리를 나타내는 통과 데이터 PP를 산출한다. 대상물의 이동이 개시되기 직전에는, 대상물의 초기 위치와 현재 위치가 동일하며, 통과 거리는 「0」, 즉 통과 데이터 PP는「0」이 된다. 그리고, 후술하는 각 단계와 함께 단계 S2가 반복되면, 통과 데이터 PP 값은 대상물이 초기 위치로부터 이동한 거리에 비례하여 증가한다.

단계 S3에서는, 대상물을 이동시키는 목표 거리를 나타내는 목표치 데이터TP로부터 통과 데이터 PP를 감산하여, 대상물의 현재 위치로부터 목표 위치까지의 잔여 거리를 나타내는 잔여 데이터 NP를 산출한다. 대상물의 이동이 개시되기 직전에 통과 데이터 PP가 「0」일 때에는, 잔여 데이터 NP는 목표치 데이터 TP와 일치한다. 그리고, 단계 S2 및 후술하는 각 단계와 함께 단계 S3이 반복되어 통과 데이터 PP의 값이 증가하면, 그 증가한 만큼 잔여 데이터 NP의 값이 감소한다.

단계 S4에서는, 잔여 데이터 NP가 「0」이 되는지의 여부를 판정하여, 잔여 데이터 NP가 「0」이 되지 않으면 단계 S5로 진행하고, 「0」이 되면 처리를 종료한다. 이에 따라, 단계 S2, S3 및 후술하는 각 단계는, 잔여 데이터 NP가「0」이 될 때까지, 바꾸어 말하면 대상물이 목표 위치에 도달할 때까지 반복된다.

단계 S5에서는, 잔여 데이터 NP가 목표 거리(목표치 데이터 TP의 값)에 따라 설정되는 기준치 KM0에 도달하는지의 여부를 판정하여, 잔여 데이터 NP가 기준치 KM0에 도달하지 않으면 가속 단계 S6a∼S9a로 진행하고, 기준치 KM0에 도달하면 감속 단계 S6b∼S9b로 진행한다.

가속 단계 S6a에서는, 단계 S2에서 생성된 통과 데이터 PP 값이 판정되며, 계속해서 가속 단계 S7a에서는 가속 단계 S6a의 판정 결과에 따른 양의 가속치가 설정된다. 예를 들면, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 대상물의 이동 속도를 타이밍 t0으로부터 타이밍 t3까지 3 단계로 가속하는 경우, 타이밍 t0으로부터 각 타이밍 t1∼t3까지 대상물이 이동하는 거리에 대응한 기준치 KM1∼KM3을 설정하여, 통과 데이터 PP 값을 각 기준치 KM1∼KM3과 각각 비교한다. 그리고, 통과 데이터 PP의 값이 기준치 KM1 이하이면, 최소 가속치 데이터 A(1)를 선택하고, 기준치 KM1로부터 기준치 KM2 사이이면, 2번째의 가속치 데이터 A(2)를 선택하며, 기준치 KM2로부터 기준치 KM3 사이이면, 최대 가속치 데이터 A(3)를 선택한다. 또한, 통과 데이터 PP 값이 기준치 KM3에 도달할 때에는, 값이 「0」으로 되는 가속치 데이터 A(0)를 선택한다.

가속 단계 S8a에서는, 가속 단계 S7a에서 설정된 가속치 데이터 A(m)를 속도치 데이터 V(n)에 가산하여 갱신한다. 이 갱신 처리에 따르면, 처리가 반복될 때마다 속도치 데이터 V(n)에 가속치 데이터 A(m)가 가산되기 때문에, 가속치 데이터 A(m)의 값에 따른 가속도가 주어지게 된다. 그리고, 가속 단계 S9a에서는, 가속 단계 S8a에서 갱신된 속도치 데이터 V(n)를 극치 데이터 P(n)에 가산하여 갱신한다. 이 극치 데이터 P(n)는 대상물의 위치에 대응하는 데이터로서, 속도치 데이터 V(n)를 가산하여 갱신함으로써, 속도치 데이터 V(n)가 나타내는 값으로 대상물을 이동시키게 된다. 이 가속 단계 S9a가 완료된 후에는, 단계 S2로 복귀하여 상술한 처리를 반복한다.

이상의 가속 단계 S6a∼S9a에 따르면, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 타이밍 t1∼t3 사이에서 단계적으로 가속도를 증가시키면서, 대상물을 이동시킬 수 있다. 그리고, 타이밍 t3 이후에는 대상물을 등속으로 이동시킬 수 있다.

한편, 감속 단계 S6b에서는 단계 S3에서 생성된 잔여 데이터 NP의 값이 판정되며, 계속해서 감속 단계 S7b에서는 감속 단계 S6b의 판정 결과에 따른 가속치가 설정된다. 예를 들면, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 등속으로 이동하고 있는 대상물을 타이밍 t4로부터 타이밍 t7까지 3 단계로 감속하여, 최종적으로 타이밍 t7에서 정지시키는 경우, 각 타이밍 t4∼t6으로부터 대상물이 정지하는 타이밍 t7까지 대상물이 이동하는 거리에 대응한 기준치 KM4∼KM6을 설정하고, 잔여 데이터 NP의 값을 각 기준치 KM4∼KM6과 각각 비교한다. 그리고, 잔여 데이터 NP의 값이 기준치 KM4로부터 기준치 KM5 사이이면, 최대의 가속치 데이터 A(4)를 선택하고, 기준치 KM5로부터 기준치 KM6 사이이면, 2번째의 가속치 데이터 A(5)를 선택하고, 기준치 KM6 이하이면, 최소의 가속치 데이터 A(6)를 선택한다.

감속 단계 S8b에서는 감속 단계 S7b에서 설정된 가속치 데이터 A(m)를 속도치 데이터 V(n)로부터 감산하여 갱신한다. 이 갱신 처리에 따르면, 처리가 반복될 때마다 속도치 데이터 V(n)로부터 가속치 데이터 A(m)가 감산되기 때문에, 가속치 데이터 A(m)의 값에 따른 마이너스의 가속도가 주어지게 된다. 그리고, 감속 단계 S9b에서는, 감속 단계 S8b에서 갱신된 속도치 데이터 V(n)를 극치 데이터 P(n)에 가산하여 갱신한다. 속도치 데이터 V(n)를 가산하여 갱신하는 것은, 가속 단계 S9a와 마찬가지로, 속도치 데이터 V(n)가 나타내는 값으로 대상물을 이동시키는 것을 나타낸다. 이 감속 단계 S9b가 완료된 후에는, 단계 S2로 복귀되어 상술한 처리가 반복된다.

이상의 감속 단계 S6b∼S9b에 의하면, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 타이밍 t4∼t7 에서 단계적으로 가속도의 절대치를 감소시키면서, 대상물을 최종적으로 타이밍 t7에서 정지시킬 수 있다.

이상의 설명에서 이용한 극치 데이터 P(n)는 대상물의 가동 범위 내의 특정 위치와 일대일로 대응하고 있다. 그런데, 스텝핑 모터는 1 회전한 시점에서 원위치로 복귀되기 때문에, 극치 데이터 P(n)는 스텝핑 모터의 회전 위치와는 일대일로 대응하지 않는다. 따라서, 스텝핑 모터의 구동 데이터로는, 극치 데이터 P(n)의 중간 비트를 이용한다. 예를 들면, 도 5에 도시한 바와 같이 극치 데이터 P(n)의 중간의 적정 비트를 구동 데이터로서 추출하면, 스텝핑 모터의 구동이 가능해진다. 이 때, 구동 데이터를 제외한 극치 데이터 P(n)의 상위 비트는, 대상물을 이동시키는 동안의 스텝핑 모터의 회전 수를 나타내며, 하위 비트는 연산 처리시의 우수리가 된다. 이 우수리에 대해서는, 스텝핑 모터의 구동에 직접 관계되는 것은 아니지만, 연산 오차를 줄여 스텝핑 모터의 가속 또는 감속을 원활하게 하는 것이다. 이상으로부터, 통과 데이터 PP 및 잔여 데이터 NP에 대해서는, 최상위 비트가 극치 데이터 P(n)와 자릿수가 맞추어지며, 속도 데이터 V(n)에 대해서는 최하위 비트가 극치 데이터 P(n)와 자릿수가 맞추어지게 된다.

그런데, 대상물을 이동시키는 목표 거리가 짧은 경우, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 대상물을 가속하여 등속 이동되기에 앞서, 감속시킬 필요가 생기는 경우가 있다. 이러한 현상은, 설정되는 가속도가 작고, 가속, 감속이 둔한 경우에도 마찬가지로 발생할 수 있다. 즉, 소정의 속도로 이동하는 대상물을 정지시키기 위해서는 감속하기 시작하는 속도에 따른 정지 거리가 필요하고, 이 정지 거리를 확보하기 위해, 가속 처리의 도중이라도, 타이밍 t3에서 감속 처리로 전환하도록 하고 있다. 이 전환은, 타이밍 S5의 판정에 따르는 것으로, 대상물의 이동 거리와 가속치 데이터 A(m)의 설정치에 따라 기준치 KM0을 선택하도록 하고 있다. 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 대상물의 이동 거리가 충분히 길어, 대상물을 등속 이동시킬 때까지 가속할 수 있는 경우에는, 이 기준치 KM0은 타이밍 t4 시점에서의 잔여 데이터 NP에 따라 설정되는 기준치 KM4에 일치하도록 선택하면 된다.

도 4는, 본 발명의 스텝핑 모터의 제어 방법을 실현하는 연산 회로를 도시하는 블록도이다. 이 연산 회로는, 도 1에 도시한 흐름도에 따라 순차 극치 데이터 P(n)를 갱신하고, 그 극치 데이터 P(n)의 중간 비트를 구동 회로로 공급하도록 구성된다.

연산 회로는, 셀렉터(11, 12), 가산기(13), 데이터 반전기(14), 레지스터(15∼17, 22∼25) 및 기준치 메모리(18)로 구성되며, 각 부의 동작 타이밍을 제어하는 타이밍 제어 회로(19)가 설치되어 있다.

제1 셀렉터(11)는, 극치 데이터 P(n), 잔여 데이터 NP, 목표치 데이터 TP, 통과 데이터 PP 및 속도치 데이터 V(n)를 받아, 타이밍 제어 회로(19)의 지시에 응답하여 어느 하나의 데이터를 선택하고, 선택한 데이터를 가산기(13)로 공급한다. 제2 셀렉터(12)는, 초기치로서의 극치 데이터 P(0), 통과 데이터 PP, 가속치 데이터 A(m), 속도치 데이터 V(n) 및 기준치 데이터 KM0∼KM6을 받아, 타이밍 제어 회로(19)의 지시에 응답하여 어느 하나의 데이터를 선택하고, 선택한 데이터를 반전 회로(14)를 통해 가산기(13)로 공급한다.

가산기(13)는, 제1 셀렉터(11)로부터 입력되는 데이터와, 제2 셀렉터(12)로부터 반전 회로(14)를 통해 입력되는 데이터를 가산하고, 가산 결과를 극치 레지스터(21), 잔여 레지스터(22), 통과 레지스터(23) 및 속도치 레지스터(24)의 어느 하나로 나누어 공급함과 함께, 가산 결과의 양/음을 나타내는 부호 비트를 부호 레지스터(25)로 공급한다. 반전 회로(14)는, 제2 셀렉터(12)로부터 입력되는 데이터의 각 비트를 반전시키는 것으로, 가산기(13)에서 감산 처리를 가능하게 한다. 즉, 2의 보수 표시로 나타내는 각 데이터의 부호를 반전하면, 데이터의 절대치를 바꾸지 않고 양/음의 부호만을 반전할 수 있기 때문에, 반전 데이터를 가산기(13)에 공급하면, 감산 처리가 행해지게 된다. 또한, 이 반전 회로(14)는 가산기(13)에서 통상의 가산 처리를 행하는 경우에는, 반전 처리하지 않고, 제2 셀렉터(12)로부터 입력되는 데이터를 그대로 통과시킨다.

목표치 레지스터(15)는, 대상물이 이동하는 목표 거리를 나타내는 목표치 데이터 TP를 저장하여, 제1 셀렉터(11)로 공급한다. 이 목표치 레지스터(15)에 저장되는 목표치 데이터 TP는, 통상, 대상물의 이동을 지시하는 마이크로 컴퓨터에 의해 설정된다. 초기치 레지스터(16)는 초기 상태에서 극치 레지스터(21)에 저장되어 있는 극치 데이터 P(0)를 초기치로 입력받아, 제2 셀렉터(12)에 공급한다. 이들 목표치 레지스터(15) 및 초기치 레지스터(16)는 각각 단일 데이터를 저장하여, 항상 동일한 데이터를 제1 셀렉터(11) 혹은 제2 셀렉터(12)로 공급한다.

가속치 레지스터(17)는, 잔여 데이터 NP 혹은 통과 데이터 PP의 값에 따라 전환되는 가속치 데이터 A(m)를 저장하고, 타이밍 제어 회로(19)의 지시에 응답하여, 가속치 데이터 A(m)를 제2 셀렉터(12)로 공급한다. 기준치 메모리(18)는 가속도를 전환하는 타이밍을 판정하기 위한 복수의 기준치 KM0∼KM6을 보유하고, 타이밍 제어 회로(19)의 지시에 응답하여, 각 판정 동작 때마다 각 기준치 KM0∼KM6을 차례대로 제2 셀렉터(12)로 공급한다.

타이밍 제어 회로(19)는, 각 셀렉터(11, 12)의 선택 제어를 행함과 함께, 그 선택 동작에 동기하여, 각 레지스터(22∼25)의 입력 타이밍을 제어한다. 동시에, 반전 회로(14)에서의 데이터의 반전/비반전의 선택을 행한다. 또한, 기준치 메모리(18)로부터의 기준치 KM0∼KM6의 판독 동작에 대해서도, 각 셀렉터(11, 12)의 선택 및 각 레지스터(22∼25)의 입력 타이밍에 동기하여 제어한다.

극치 레지스터(21)는, 가산기(13)에 접속되어, 제1 셀렉터(11)가 극치 데이터 P(n)를 선택함과 함께, 제2 셀렉터(12)가 속도치 데이터 V(n)를 선택했을 때의 가산기(13)의 가산 결과를 새로운 극치 데이터 P(n+1)로서 입력받는다. 이 때, 반전 회로(14)는 속도치 데이터 V(n)를 그대로 가산기(13)로 공급한다. 이 극치 레지스터(21)에 저장되는 극치 데이터 P(n)는 중간 비트가 추출되어, 구동 데이터로서 구동 회로로 공급된다. 즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 스텝핑 모터를 구동하기 위한 구동 데이터로서는, 극치 데이터 P(n)의 모든 비트는 필요없으며, 스텝핑 모터의 회전 수를 나타내는 상위 비트와 연산 처리의 우수리가 되는 하위 비트를 제외한 중간 비트가 구동 데이터로 된다.

잔여 레지스터(22)는, 가산기(13)에 접속되고, 제1 셀렉터(11)가 목표치 데이터 TP를 선택함과 함께, 제2 셀렉터(12)가 통과 데이터 PP를 선택했을 때의 가산기(13)의 가산 결과의 상위 비트를 잔여 데이터 NP로서 입력받는다. 이 때, 반전 회로(14)는, 통과 데이터 PP를 반전시켜 가산기(13)로 공급한다. 통과 레지스터(23)는 가산기(13)에 접속되고, 제1 셀렉터(11)가 극치 데이터 P(n)를 선택함과 함께, 제2 셀렉터(12)가 초기치로서의 극치 데이터 P(0)를 선택했을 때의가산기(13)의 가산 결과의 상위 비트를 통과 데이터 PP로서 입력받는다. 이 때, 반전 회로(14)는 극치 데이터 P(0)를 반전시켜 가산기(13)로 공급한다. 속도치 레지스터(24)는, 가산기(13)에 접속되어, 제1 셀렉터(11)가 속도치 데이터 V(n)를 선택하고, 제2 셀렉터(12)가 가속치 데이터 A(m)를 선택했을 때의 가산기(13)의 가산 결과를 새로운 속도치 데이터 V(n+1)로서 입력받는다. 이 때, 반전 회로(14)는 가속치 데이터 A(m)를 그대로 가산기(13)로 공급한다. 각 레지스터(21∼24)의 데이터 입력 타이밍에 대해서는 타이밍 제어 회로(19)로부터의 지시에 따라, 각 셀렉터(11, 12)의 선택 동작에 동기하여 설정된다.

부호 레지스터(25)는 가산기(13)에 접속되고, 제1 레지스터(11)가 잔여 데이터 NP를 선택함과 함께, 기준치 데이터 KM0을 선택했을 때의 가산기(13)의 가산 결과의 부호 비트만을 입력받는다. 또한, 부호 레지스터(25)는, 제1 레지스터(11)가 잔여 데이터 NP 또는 통과 데이터 PP를 선택하고, 기준치 데이터 KM1∼KM6을 선택했을 때의 가산기(13)의 가산 결과로부터 부호 비트만을 입력받는다. 이들 가산 처리가 행해질 때, 반전 회로(14)는, 기준치 데이터 KM0∼KM6을 반전하여 가산기(13)로 공급한다. 즉, 이 때의 연산 처리에서는, 잔여 데이터 NP 또는 통과 데이터 PP가 각 기준치 KM0∼KM6에 대하여 큰지 작은지를 판정하기 위해, 잔여 데이터 NP 또는 통과 데이터 PP에서 각 기준치 KM0∼KM6을 감산(반전치를 가산)하여, 그 결과의 부호만을 입력한다.

판정 회로(26)는, 잔여 레지스터(22)에 접속되고, 잔여 데이터 NP의 값이 「0」인지의 여부를 판정하고, 판정 결과를 타이밍 제어 회로(19)로 공급한다. 이판정 회로(26)는, 예를 들면 잔여 데이터 NP의 모든 비트를 입력받는 NAND 게이트를 이용함으로써, 잔여 데이터 NP의 모든 비트가 「0」이 되었을 때에 「1」을 출력하도록 구성할 수 있다.

이하, 도 1에 도시한 제어 방법을 행할 때의 각 부의 동작에 대하여 설명한다.

처음에, 극치 레지스터(21)에는 대상물의 초기 위치에 대응하는 극치 데이터 P(0)가 저장되어 있고, 목표치 레지스터(15)에는, 목표로 하는 이동 거리를 나타내는 목표치 데이터 TP가 저장되어 있다. 이 극치 데이터 P(0)는, 계속하여 대상물의 이동을 제어하는 경우, 1회의 이동 제어가 완료된 시점에서 극치 레지스터(21)에 저장되어 있는 극치 데이터 P(n)가 다음 이동 제어를 개시하는 시점에서 극치 데이터 P(0)로서 이용된다. 또한, 목표치 데이터 TP는, 대상물의 이동을 지시하는 마이크로 컴퓨터로부터 목표치 레지스터(15)에 설정된다.

우선, 단계 S1에서는 극치 레지스터(21)로부터 초기치 레지스터(16)에 초기치로서 극치 데이터 P(0)를 로드한다. 그리고, 단계 S2에서는 제1 셀렉터(11)가 극치 레지스터(21)로부터의 극치 데이터 P(n)를 선택함과 함께, 제2 셀렉터(12)가 초기치 레지스터(16)로부터의 극치 데이터 P(0)를 선택한다. 이 때, 반전 회로(14)는 극치 데이터 P(0)를 반전한다. 이에 따라, 「P(n)-P(0)」가 되는 연산이 실행되어, 그 연산 결과가 통과 데이터 PP로서 통과 레지스터(23)에 입력된다. 이 때, 통과 데이터 PP로는, 예를 들면 도 5에 도시한 바와 같이 연산 결과의 모든 비트가 아닌, 필요한 상위 비트만이 입력된다.

단계 S3에서는, 제1 셀렉터(11)가 목표치 레지스터(15)로부터의 목표치 TP를 선택하고, 제2 셀렉터(12)가 통과 레지스터(23)로부터 통과 데이터 PP를 선택한다. 이 때, 반전 회로(14)는, 통과 데이터 PP를 반전한다. 이에 따라, 「TP-PP」 연산이 실행되고, 그 연산 결과가 잔여 데이터 NP로서 잔여 레지스터(22)에 입력된다. 이 때, 잔여 데이터 NP로서는 통과 데이터 PP와 마찬가지로, 연산 결과의 모든 비트가 아닌, 필요한 상위 비트만이 입력된다.

단계 S4에서는, 잔여 레지스터(22)로부터 판정 회로(26)에 잔여 데이터 NP를 입력하고, 잔여 데이터 NP가 「0」이 되는지의 여부를 판정한다. 이 판정 결과는, 타이밍 제어 회로(19)로 전송된다. 그리고, 잔여 데이터 NP가 「0」이 아니면, 타이밍 제어 회로(19)는 다음 단계 S5의 동작을 지시하고, 「0」이면, 각 부의 동작을 정지하여, 처리를 종료시킨다.

단계 S5에서는, 기준치 메모리(18)로부터 기준치 KM0이 판독되고, 제1 셀렉터(11)가 잔여 레지스터(22)로부터의 잔여 데이터 NP를 선택함과 함께, 제2 셀렉터(12)가 기준치 메모리(18)로부터의 기준치 데이터 KM0을 선택한다. 이 때, 반전 회로(14)는, 기준치 데이터 KM0을 반전한다. 이에 따라, 「NP-KM0」 연산이 실행되고, 그 연산 결과의 부호 비트는 타이밍 제어 회로(19)에 입력된다. 그리고, 타이밍 제어 회로(19)는 입력받은 부호가 「양」이면, 잔여 데이터 NP의 값이 기준치 데이터 KM0보다 크다고 하여, 가속 단계 S6a로 진행하도록 각 부에 지시한다. 한편, 그 부호가 「음」이면, 잔여 데이터 NP의 값이 기준치 데이터 KM0보다 작다고 하여, 감속 단계 S6b로 진행하도록 각 부에 지시한다.

가속 단계 S6a에서는, 기준치 메모리(18)로부터 가속 처리 시의 전환 판정의 기준이 되는 기준치 데이터 KM1∼KM3이 순차 판독되고, 제1 셀렉터(11)가 통과 레지스터(23)로부터의 통과 데이터 PP를 선택함과 함께, 제2 셀렉터(12)가 기준치 메모리(18)로부터의 기준치 데이터 KM1∼KM3을 선택한다. 이 때, 반전 회로(14)는, 기준치 데이터 KM1∼KM3을 각각 반전한다. 이에 따라, 기준치 메모리(18)로부터의 판독 동작에 동기하여, 「PP-KM1」, 「PP-KM2」 및「PP-KM3」 연산이 순차 실행되어, 각각의 연산 결과의 부호 비트가 타이밍 제어 회로(19)로 입력된다.

가속 단계 S7a에서는, 가속 단계 S6a에서 타이밍 제어 회로(19)에 입력된 부호 비트에 기초하여 가속치를 결정하고, 그 결정에 따른 가속치 데이터 A(m)를 가속치 레지스터(17)에 설정한다. 즉, 대상물의 가속을 개시하는 시점에서는, 최소의 가속치로 하고, 단계적으로 가속치를 증가시키도록 하기 때문에, 대상물의 이동 거리에 상당하는 통과 데이터 PP의 값이 제1 기준치 KM1에 도달할 때까지는, 최소의 가속치 데이터 A(1)를 설정한다. 그리고, 통과 데이터 PP의 값이 증가하고, 제2 기준치 KM2, 제3 기준치 KM3에 도달할 때마다, 가속치 데이터 A(2), A(3)〔A(1)<A(2)<A(3)〕를 차례대로 설정한다.

가속 단계 S8a에서는, 제1 셀렉터(11)가 속도치 레지스터(24)로부터의 속도치 데이터 V(n)를 선택하고, 제2 셀렉터(12)가 가속치 레지스터(17)로부터의 가속치 데이터 A(m)를 선택한다. 이 때, 반전 회로(14)는, 가속치 데이터 A(m)를 반전하지 않는다. 이에 따라, 「V(n)+A(m)」 연산이 실행되고, 그 연산 결과가 새로운 속도치 데이터 V(n+1)로서 속도치 레지스터(24)에 입력된다.

가속 단계 S9a에서는, 제1 셀렉터(11)가 극치 레지스터(21)로부터의 극치 데이터 P(n)를 선택하고, 제2 셀렉터(12)가 속도치 레지스터(17)로부터의 가속치 데이터 V(n)를 선택한다. 이 때, 반전 회로(14)는 속도치 데이터 V(n)를 반전하지 않는다. 이에 따라, 「P(n)+V(n)」 연산이 실행되고, 그 연산 결과가 새로운 극치 데이터 P(n+1)로서 극치 레지스터(21)에 입력된다.

감속 단계 S6b에서는, 기준치 메모리(18)로부터 감속 처리 시의 전환 판정의 기준이 되는 기준치 데이터 KM4∼KM6이 순차 판독되고, 제1 셀렉터(11)가 잔여 레지스터(22)로부터의 잔여 데이터 NP를 선택하고, 제2 셀렉터(12)가 기준치 메모리(18)로부터의 기준치 데이터 KM4∼KM6을 선택한다. 이 때, 반전 회로(14)는 기준치 데이터 KM4∼KM6을 각각 반전한다. 이에 따라, 기준치 메모리(18)로부터의 판독 동작에 동기하여, 「PP-KM4」, 「PP-KM5」 및「PP-KM6」 연산이 순차 실행되고, 각각의 연산 결과의 부호 비트가 타이밍 제어 회로(19)에 입력된다.

감속 단계 S7b에서는, 감속 단계 S6b에서 타이밍 제어 회로(19)로 입력되는 부호 비트에 기초하여 가속치를 결정하고, 그 결정에 따른 가속치 데이터 A(m)를 가속치 레지스터(17)로 설정한다. 즉, 소정 속도로 이동하는 대상물의 감속을 개시하는 시점에서는, 최대 감속을 행할 필요가 있어, 정지하기 직전에는 가장 완만한 감속을 행하도록 하기 때문에, 대상물의 정지 위치까지의 거리에 상당하는 잔여 데이터 NP의 값이 제4 기준치 KM4에 도달할 때까지는, 가속치 데이터 A(4)를 설정한다. 그리고, 잔여 데이터 NP의 값이 감소하여, 제5 기준치 KM5, 제6 기준치 KM6에 도달할 때마다, 가속치 데이터 A(5), A(6)[A(6)<A(5)<A(4)〕를 차례대로 설정한다.

감속 단계 S8b에서는, 제1 셀렉터(11)가 속도치 레지스터(24)로부터의 속도치 데이터 V(n)를 선택하고, 제2 셀렉터(12)가 가속치 레지스터(17)로부터의 가속치 데이터 A(m)를 선택한다. 이 때, 반전 회로(14)는 가속치 데이터 A(m)를 반전한다. 이에 따라, 「V(n)-A(m)」 연산이 실행되고, 그 연산 결과가 새로운 속도치 데이터 V(n+1)로서 속도치 레지스터(24)에 입력된다.

감속 단계 S9b에서는, 제1 셀렉터(11)가 극치 레지스터(21)로부터의 극치 데이터 P(n)를 선택하고, 제2 셀렉터(12)가 속도치 레지스터(17)로부터의 가속치 데이터 V(n)를 선택한다. 이 때, 반전 회로(14)는 속도치 데이터 V(n)를 반전하지 않는다. 이에 따라, 「P(n)+V(n)」 연산이 실행되고, 그 연산 결과가 새로운 극치 데이터 P(n+1)로서 극치 레지스터(21)에 입력된다.

이상의 가속 단계 S6a∼S9a 혹은 감속 단계 S6b∼S9b가 완료된 시점에서는, 극치 레지스터(21) 및 속도치 레지스터(24)에, 각각 갱신된 극치 데이터 P(n+1) 및 속도치 데이터 V(n+1)가 저장되어 있다. 그래서, 단계 S2로 복귀하여 각 단계 S2∼S5, S6a∼S9a, S6b∼S9b의 처리를 반복하면, 극치 데이터 P(n) 및 속도치 데이터 V(n)가 차례대로 갱신된다.

이상의 구동 회로에서는, 단일 가산기(13)를 시분할로 동작시켜 모든 연산 처리를 실행할 수 있기 때문에, 회로 규모를 작게 형성할 수 있다. 또한, 셀렉터 및 가산기를 증설함으로써, 복수의 연산 처리를 병렬로 처리시킬 수도 있다. 이 경우, 회로 규모는 커지지만, 각종 연산을 병렬로 처리할 수 있기 때문에, 고속화가 가능해진다. 실제의 구동 회로로서는, 사용 목적에 따른 회로 규모와 처리 속도를 얻을 수 있도록 가산기의 수를 결정하면 된다.

본 발명에 따르면, 정확한 회전 제어가 가능한 스텝핑 모터를 이용하여 대상물을 이동시킬 수 있기 때문에, 디스크 재생 장치의 쓰레드의 서보 제어에 이용한 경우, 응답 속도의 향상을 기대할 수 있다. 또한, 대상물의 이동 거리 혹은 목표 위치까지의 잔여 거리에 따라 가속치를 전환하면서 속도치를 갱신하도록 함으로써, 각 연산을 고속으로 처리할 수 있다.

Claims (2)

1. 대상물의 위치에 대응하는 극치를 설정하고, 이 극치를 갱신함으로써 대상물을 초기 위치로부터 목표 거리만큼 이동시키는 스텝핑 모터의 제어 방법에 있어서,

   대상물의 초기 위치에 대한 현재 위치의 차로부터 상기 대상물이 이동한 통과 거리를 산출하는 제1 단계와, 목표 거리에 대한 상기 통과 거리의 차로부터 잔여 거리를 산출하는 제2 단계와, 상기 통과 거리가 제1 기준치를 초과할 때까지, 상기 통과 거리에 따라 단계적으로 증가하는 가속치를 순차 가산하여 속도치를 갱신함과 아울러, 갱신한 속도치를 순차 가산하여 상기 극치를 갱신하는 제3 단계와, 상기 잔여 거리가 제2 기준치보다 적어진 후, 상기 잔여 거리에 따라 단계적으로 감소하는 가속치를 순차 감산하여 속도치를 갱신함과 아울러, 갱신한 속도치를 순차 가산하여 상기 극치를 갱신하는 제4 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모터의 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 통과 거리가 상기 제1 기준치를 초과하기 전에, 상기 목표 거리에 따라 설정되는 제3 기준치에 도달했을 때, 상기 제3 단계를 중단하고 상기 제4 단계로 이행하는 것을 특징으로 하는 스텝핑 모터의 제어 방법.