KR100464387B1 - 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어장치 - Google Patents

디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어장치 Download PDF

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Abstract

디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치가 개시된다. 이 장치는 디지탈 스핀들 모터로부터 입력되는 주파수 신호의 주파수 에러를 초기값을 기준으로 제1클럭에 응답하여 검출하는 주파수 에러 검출 수단과, 초기값 및 제1클럭에 응답하여 기준 주파수 신호를 생성하는 기준 주파수 신호 생성 수단과, 기준 주파수 신호와 주파수 신호의 위상 에러를 초기값을 기준으로 제2클럭에 응답하여 검출하는 위상 에러 검출 수단 및 소정 주파수를 갖는 기준 클럭을 소정값에 상응하여 분주하고, 분주된 기준 클럭을 제1 및 제2클럭으로서 출력하는 분주 수단을 구비하고, 디지탈 스핀들 모터의 회전수는 주파수 에러 및 위상 에러에 상응하여 가변되는 것을 특징으로 한다. 그러므로, 디지탈 스핀들 모터의 회전수를 원하는 대로 자유롭게 조정할 수 있는 효과가 있다.

Description

디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치
본 발명은 디지탈 비디오 디스크(DVD:Digital Video Disk) 롬(ROM) 또는 컴팩트 디스트(CD:Compact Disk) 롬등과 같은 디지탈 스핀들 모터를 사용하는 시스템에 관한 것으로서, 특히 디지탈 스핀들 모터의 회전수를 제어하는 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치에 관한 것이다.
CD-ROM, DVD-ROM등과 같은 광 디스크로부터 데이타를 고속으로 재생할 때, 종래의 일정 선속도(CLV:Constant Linear Velocity) 제어 방식을 이용하면 내주의 회전 속도가 빠르고 전력 소비가 커짐으로 인해 여러가지 문제가 야기되었다. 이를 극복하기 위해 광 대역 위상 동기 루프(wide PLL)와 버퍼 제어의 도움으로 일정한 회전수로 디스크를 회전시키는 일정 각속도(CAV:Contant Angular Velocity) 제어 방식을 같이 사용하게 되었다.
일정 각속도 제어 방식에서는 전체의 디스크 영역에 대하여 일정한 회전수로 회전시킬 수도 있고, 내주에서만 일정 각속도로 회전시키고 외주에서는 일정 선속도로 회전시킬 수 있을 뿐만 아니라, 디스크를 특정 영역으로 구분한 다음 각기 다른 속도로 디스크를 회전시켜 디스크로부터 데이타를 재생하였다.
전술한 종래의 디스크 회전 제어 방식들은 일정 각속도/일정 선속도를 사용하여 배속 모드에 따른 특정 회전수만을 지정하였기 때문에 디스크를 회전시키는 디지탈 스핀들 모터를 원하는 회전수로 자유롭게 회전시킬 수 없었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 디지탈 스핀들 모터의 회전수를 자유롭게 조정할 수 있는 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치를 제공하는데 있다.
상기 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치는 디지탈 스핀들 모터로부터 입력되는 주파수 신호의 주파수 에러를 초기값을 기준으로 제1클럭에 응답하여 검출하는 주파수 에러 검출 수단과, 상기 초기값 및 상기 제1클럭에 응답하여 기준 주파수 신호를 생성하는 기준 주파수 신호 생성 수단과, 상기 기준 주파수 신호와 상기 주파수 신호의 위상 에러를 상기 초기값을 기준으로 제2클럭에 응답하여 검출하는 위상 에러 검출 수단 및 소정 주파수를 갖는 기준 클럭을 소정값에 상응하여 분주하고, 분주된 기준 클럭을 상기 제1 및 상기 제2클럭으로서 출력하는 분주 수단으로 구성되고, 상기 디지탈 스핀들 모터의 회전수는 상기 주파수 에러 및 상기 위상 에러에 상응하여 가변되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치의 블럭도로서, 주파수 에러 검출부(10), 기준 주파수 신호 생성부(14), 위상 에러 검출부(12), 분주부(16)를 구성하는 제1 및 제2분주부들(18 및 20), 제1 및 제2래치들(22 및 24), 제1 및 제2이득 조정부들(26 및 28), 제1 및 제2변조부들(30 및 32), 신호 합성기(34), 저역 통과 필터(LPF:Low Pass Filter)(36) 및 모터 제어부(38)로 구성된다.
도 1을 참조하면, 주파수 에러 검출부(10)는 디지탈 스핀들 모터(미도시)로부터 입력되는 주파수 신호(FG:Frequency generating signal)로부터 입력단자 IN1을 통해 입력되는 초기값(CAVR)을 기준으로 제1클럭(CK1)에 응답하여 주파수 에러를 검출한다. 여기서, 주파수 신호는 일정 각속도를 제어하기 위해 일반적으로 사용되는 신호로서, 디스크의 1회전시마다 균등하게 발생되는 6개의 펄스로 이루어진다. 한편, 기준 주파수 신호 생성부(14)는 입력단자 IN1을 통해 입력되는 초기값 및 제1클럭(CK1)에 응답하여 기준 주파수 신호(FGr)를 생성하고, 생성된 기준 주파수 신호를 위상 에러 검출부(12)로 출력한다.
한편, 위상 에러 검출부(12)는 기준 주파수 신호 생성부(14)로부터 출력되는 기준 주파수 신호(FGr)와 주파수 신호(FG)의 위상 에러를 초기값(CAVR)을 기준으로 제2클럭(CK2)에 응답하여 검출하고, 검출된 위상 에러를 제2래치(24)로 출력한다. 여기서, 분주부(16)의 제1분주부(18)는 입력한 기준 클럭(CK)을 입력단자 IN2를 통해 입력되는 소정값에 상응하여 제1소정 분주율(J)로 분주하고, 분주된 클럭을 제1클럭(CK1)으로서 주파수 에러 검출부(10), 기준 주파수 신호 생성부(14) 및 제2분주부(20)로 각각 출력한다. 제2분주부(20)는 제1분주부(18)로부터 출력되는 제1클럭(CK1)을 입력하여 제2소정 분주율(L)로 분주하고, 분주된 클럭을 제2클럭(CK2)으로서 위상 에러 검출부(12)로 출력한다.
또한, 제1래치(22)는 주파수 에러 검출부(10)에서 검출된 주파수 에러를 입력하여 래치하고, 제2래치(24)는 위상 에러 검출부(12)에서 검출된 위상 에러를 입력하여 래치한다. 이 때, 제2래치(24)에 래치된 위상 에러는 주파수 범위로 한정되기 위해서 제1래치(22)에 래치된 주파수 에러에 응답하여 제2이득 조정부(28)로 출력된다. 이는 주파수 제어 범위의 특정 범위 이내에서만 위상 에러를 출력하고, 주파수 제어 범위가 많이 벗어나 있으면 위상 에러가 무의미하여 위상 에러를 출력시키지 않도록 하기 위함이다.
제1이득 조정부(26)는 제1래치(22)에 래치된 주파수 에러를 입력하여 이득을 조정하고, 제2이득 조정부(28)는 제2래치(24)에 래치된 위상 에러를 입력하여 이득을 조정한다. 제1변조부(30)는 제1 및 제2이득 조정부들(26 및 28)에서 각각 이득 조정된 주파수 에러 및 위상 에러를 입력하여 펄스 폭 변조(PWM:Pulse Width Modulation)하고, 펄스 폭 변조된 신호들을 신호 합성부(34)로 출력한다.
신호 합성부(34)는 제1 및 제2 변조부들(30 및 32)에서 변조된 신호들을 합성하여 저역 통과 필터(36)로 출력하고, 저역 통과 필터(36)는 합성된 신호의 저역 성분을 필터링하여 모터 제어부(38)로 출력한다. 여기서, 모터 제어부(38)는 저역 필터링된 신호에 상응하여 디지탈 스핀들 모터(미도시)를 제어하기 위한 신호를 출력단자 OUT를 통해 스핀들 모터(미도시)로 출력한다.
전술한 본 발명에 의한 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치의 주파수 에러 검출부(10) 및 위상 에러 검출부(12)들은 예를 들면 카운터로서 구현될 수 있으며, 이들이 카운터로 구현될 때 회전수 제어 장치의 동작을 다음과 같이 상세히 설명한다.
먼저, 주파수 신호로부터 주파수 에러를 측정하기 위해서, 다음 수학식 1로 표현되는 디스크의 원하는 회전수의 주기(TFG)를 다음 수학식 2로 표현되는 1/J분주된 기준 클럭의 주기(T기준J)로 제산하여 원하는 회전수의 카운트 수(C)를 다음 수학식 3과 같이 구한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, RPM은 모터의 회전수를 나타낸다.
[수학식 2]
Figure pat00002
[수학식 3]
Figure pat00003
원하는 회전수의 카운트 수를 구한 다음, 기준 카운트 수(Cref)에서 원하는 회전수의 카운트 수를 감산하여 설정할 초기값(CAVR)을 다음 수학식 4와 같이 구한다.
[수학식 4]
Figure pat00004
여기서, 주파수 신호의 주파수 제어 범위(CR[%])는 다음 수학식 5와 같다.
[수학식 5]
CR[%] = ±80h / C* 100d
여기서, h는 핵사(hexa) 코드라는 것을 표시하고, d는 데시말(decimal) 코드라는 것을 각각 표시하는 기호이다.
또한, 디지탈 스핀들 모터의 회전수(RPM)는 다음 수학식 6과 같이 표현된다.
[수학식 6]
Figure pat00005
만일, 초기값(CAVR)을 0 ∼ Cref/2로 한정하면, 정해진 기준 클럭의 주파수(f기준)와 분주비(J)에 대하여 RPM이 결정되고, 분주비(J)를 2의 배수로 증가시킴에 따라 RPM은 2배로 감소한다.
예를 들어, 기준 클럭의 주파수를 45MHz로 하고, 기준 카운트 수(Cref)를 700h로 하면, CAVR은 0∼380h가 되고 회전수(RPM)의 범위는 다음 표 1과 같이 된다.
[표 1]
소정값 RPM 범위 CK1 N
0 245.3 ∼ 490.4 XTAL/1024 1
1 490.5 ∼ 981.0 XTAL/512 2
2 981.1 ∼ 1962.1 XTAL/256 4
3 1962.2 ∼ 3924.2 XTAL/128 8
4 3924.3 ∼ 7848.5 XTAL/64 16
5 7848.6 ∼ 15697 XTAL/32 32
여기서, N은 2소정값을 나타내고, XTAL은 기준 클럭의 주파수를 나타낸다.
이 때, 초기값 산출식은 다음 수학식 7과 같아진다.
[수학식 7]
Figure pat00006
전술한 예로부터 알 수 있듯이, 기준 클럭을 분주하는 분주비(J)에 따라 원하는 RPM의 범위를 설정할 수 있으며, 각 영역별 RPM 범위내에서는 초기값에 따라 Cref/2가지로 RPM 설정치의 분해능(RESOLUTION)이 세분화된다. 전술한 례에서는 RPM의 범위가 245∼15697으로 한정되었다.
그러므로, 주파수 신호의 주파수 에러와 위상 에러를 카운트하는 제1 및 제2 클럭들(CK1 및 CK2)의 분주비들(J 및 L)과 초기값(CAVR)을 전술한 계산식에 따라 마이컴에서 지정하여 사용자가 원하는 회전수로 디지탈 스핀들 모터의 회전을 제어할 수 있다.
만일, 도 1에 도시된 입력단자 IN1을 통해 입력되는 초기값이 10비트이고, 주파수 에러 검출부(10)에서 검출된 주파수 에러가 11비트이며, 입력단자 IN2를 통해 입력되는 표 1의 소정값이 3비트라고 가정하면, 주파수 에러 검출부(10)를 구현하는 카운터는 주파수 신호의 상승 엣지에서 초기값을 로딩하고, 다음 상승 엣지까지 카운팅하며, 카운팅된값이 에러값이 출력되는 제어 범위의 최대값보다 크면 카운팅동작을 멈추고 카운팅된 값을 홀딩시킨다. 제1래치(22)는 홀딩된 카운터값을 래치하고, 래치된 값중에서 LSB 8비트만 주파수 에러로서 제1이득 조정부(26)로 출력한다. 예를 들어, 계산된 최종 에러값을 2의 보수 형태로 만들기 위하여 X00h(여기서, X는 미지수)로 설정된 Cref의 X가 7일 경우, 에러값이 출력되는 제어 범위는 680h∼77Fh까지로 한정되며, 제1래치(22)는 카운팅된 값이 680h이하의 값이면 80h을 주파수 에러로서 출력하고, 카운팅된 값이 77F 이상이면 7Fh를 주파수 에러로서 출력한다.
도 2의 (a)∼(e)들은 도 1에 도시된 위상 에러 검출부(12)가 카운터로 구현되었을 때, 그의 동작을 설명하기 위한 파형도들로서, 도 2의 (a)는 기준 주파수 신호의 파형도를, 도 2의 (b)는 주파수 신호의 파형도를, 도 2의 (c)는 위상 에러의 파형도를, 도 2의 (d)는 기준 주파수 신호의 상승 엣지를 검출한 신호의 파형도를, 도 2의 (e)는 주파수 신호의 상승 엣지를 검출한 신호의 파형도를 각각 나타낸다.
전술한 동일한 가정하에서, 위상 에러 검출부(12)를 구현하는 카운터는 기준 주파수 신호 생성부(14)로부터 출력되는 도 2의 (a)에 도시된 기준 주파수 신호(FGr)와 도 2의 (b)에 도시된 주파수 신호(FG)의 위상차를 비교하여 상향 또는 하향 카운팅 동작을 수행한다. 즉, 도 2의 (a)에 도시된 기준 주파수 신호의 위상이 도 2의 (b)에 도시된 주파수 신호의 위상 보다 앞서면 상향 카운팅하여 도 2의 (c)에 도시된 위상 에러(40)를 검출하고, 도 2의 (a)에 도시된 기준 주파수 신호의 위상이 주파수 신호의 위상 보다 뒤지면 하향 카운팅하여 도 2의 (c)에 도시된 위상 에러(42)를 검출한다. 이러한 위상 에러를 검출하기 위해, 위상 에러 검출부(12)는 먼저 기준 주파수 신호의 상승 엣지를 검출한 도 2의 (d)에 도시된 신호 및 주파수 신호의 상승 엣지를 검출한 도 2의 (e)에 도시된 신호를 생성하고, 도 2의 (d) 및 도 2의 (e)들에 도시된 신호의 상승엣지(44)에서 카운팅을 시작한다. 제2래치(24)는 위상 에러 검출부(12)로부터 출력되는 위상 에러를 도 2의 (d) 및 도 2의 (e)들에 도시된 신호의 상승 엣지(46)에서 래치하고, 래치된 위상 에러를 제1래치(22)로부터 출력되는 리셋 신호에 응답하여 제2이득 조정부(28)로 출력한다. 여기서, 위상 에러 검출부(12)로 입력되는 제2클럭(CK2)은 최대 오차의 값이 ±80h를 넘지 않도록 발생되는데 이를 위해, 제2분주부(20)의 분주율(L)은 예를 들어, 주파수 에러 검출부(10)가 초기값 0부터 700h까지 카운트하는 경우, 7이된다.
한편, 임의의 회전수에 대한 기준 주파수 신호의 듀티(duty)비는 50:50으로 일정해야 하며 다음과 같이 구해진다.
도 3은 도 1에 도시된 기준 주파수 신호 생성부(14)의 본 발명에 의한 바람직한 일실시예의 블럭도로서, 카운터(60),가산기(62),제산기(64),비교부(66) 및 신호 발생부(68)로 구성된다.
도 4의 (a)∼(c)들은 도 3에 도시된 장치의 각 부의 파형도들로서, 도 4의 (a)는 기준 주파수 신호의 파형도를, 도 4의 (b)는 카운터(60)에서 카운팅된 값의 파형도를, 도 4의 (c)는 비교부(16)에서 비교된 결과의 파형도를 각각 나타낸다.
전술한 바와 동일한 가정을 하면, 도 3에 도시된 카운터(60)는 입력단자 IN1을 통해 입력되는 초기값을 기준으로 제1클럭(CK1)에 응답하여 카운팅하고, 도 4의 (b)에 도시된 카운팅된 결과를 비교부(66) 및 신호 발생부(68)로 출력한다. 가산기(62)는 입력단자 IN1을 통해 입력되는 초기값과 입력단자 IN3을 통해 입력되는 소정값 6FFh를 가산하고, 가산된 값을 1/2제산기(64)로 출력한다. 제산기(64)에서 1/2로 제산된 가산값은 비교부(66)에서 카운팅 값과 동일한가 비교되고, 도 4의 (c)에 도시된 비교된 결과가 신호 발생부(68)로 출력된다. 신호 발생부(68)는 도 4의 (b)에 도시된 카운팅된 결과의 하강엣지인 초기값(CAVR)이 로드되는 시점(700h)에서 상승하고, 도 4의 (c)에 도시된 비교된 결과의 하강엣지인 카운팅된 값(6FF+CAVR)/2에서 하강하는 도 4의 (a)에 도시된 기준 주파수 신호(FGr)를 생성하여 도 1에 도시된 위상 에러 검출부(12)로 출력한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치는 디지탈 스핀들 모터의 회전수를 원하는 대로 자유롭게 조정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치의 블럭도이다.
도 2의 (a)∼(e)들은 카운터로 구현된 도 1에 도시된 위상 에러 검출부의 동작을 설명하기 위한 파형도들이다.
도 3은 도 1에 도시된 기준 주파수 신호 생성부의 본 발명에 의한 바람직한 일실시예의 블럭도이다.
도 4의 (a)∼(c)들은 도 3에 도시된 장치의 각 부의 파형도들이다.

Claims (10)

  1. 디지탈 스핀들 모터로부터 입력되는 주파수 신호의 주파수 에러를 초기값을 기준으로 제1클럭에 응답하여 검출하는 주파수 에러 검출 수단;
    상기 초기값 및 상기 제1클럭에 응답하여 기준 주파수 신호를 생성하는 기준 주파수 신호 생성 수단;
    상기 기준 주파수 신호와 상기 주파수 신호의 위상 에러를 상기 초기값을 기준으로 제2클럭에 응답하여 검출하는 위상 에러 검출 수단; 및
    소정 주파수를 갖는 기준 클럭을 소정값에 상응하여 분주하고, 분주된 기준 클럭을 상기 제1 및 상기 제2클럭으로서 출력하는 분주 수단을 구비하고,
    상기 디지탈 스핀들 모터의 회전수는 상기 주파수 에러 및 상기 위상 에러에 상응하여 가변되는 것을 특징으로 하는 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치는
    상기 주파수 에러를 래치하는 제1래치;
    상기 위상 에러를 래치하는 제2래치;
    상기 제1래치에 래치된 상기 주파수 에러의 이득을 조정하는 제1이득 조정수단;
    상기 제2래치에 래치된 상기 위상 에러의 이득을 조정하는 제2이득 조정 수단;
    이득 조정된 상기 주파수 에러를 변조하는 제1변조 수단;
    이득 조정된 상기 위상 에러를 변조하는 제2변조 수단;
    상기 제1 및 상기 제2 변조수단들에서 변조된 신호들을 합성하여 출력하는 신호 합성 수단;
    상기 신호 합성 수단의 출력을 저역 통과 필터링하는 저역 통과 필터; 및
    상기 저역 통과 필터링된 신호에 응답하여 상기 디지탈 스핀들 모터를 제어하는 모터 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2래치에 래치된 상기 위상 에러는 상기 제1래치에 래치된 상기 주파수 에러에 응답하여 상기 제2이득 조정 수단으로 출력되는 것을 특징으로 하는 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 분주 수단은
    상기 기준 클럭을 제1소정 분주율로 분주하여 상기 제1클럭으로서 출력하는 제1분주 수단; 및
    제1분주 수단의 출력을 제2소정 분주율로 분주하여 상기 제2클럭으로서 출력하는 제2분주 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기준 주파수 신호 발생 수단은
    상기 초기값을 기준으로 상기 제1클럭에 응답하여 카운팅하는 제1카운터;
    상기 초기값과 소정값을 가산하여 출력하는 가산 수단;
    상기 가산된 값을 2로 제산하여 출력하는 제산 수단;
    상기 제산된 값과 상기 카운팅된 값이 동일한가를 비교하는 비교 수단; 및
    상기 카운팅된 값의 하강엣지에서 상승하고, 상기 비교된 결과의 하강엣지에서 하강하는 상기 기준 주파수 신호를 발생하는 신호 발생 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치.
  6. 제1항 내지 제5항중 어느 항에 있어서, 상기 초기값은 사용자에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제1소정 분주율은 사용자에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 제2소정 분주율은 싱기 초기값에 상응하여 사용자에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 주파수 에러 검출 수단은
    상기 주파수 신호의 상승 엣지에서 상기 초기값을 로딩하여 상기 주파수 신호의 다음 상승 엣지까지 카운팅하며, 상기 주파수 에러가 출력되는 제어범위의 최대값 또는 최소값에서 카운팅을 멈추며, 카운팅된 값을 상기 주파수 에러로서 출력하는 제2카운터를 구비하는 것을 특징으로 하는 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 위상 에러 검출 수단은
    상기 기준 주파수 신호의 위상이 상기 주파수 신호의 위상보다 앞서는가 혹은 뒤지는가에 상응하여 상기 초기값부터 제2클럭에 응답하여 상향 또는 하향 카운팅하고, 상기 제어범위의 상기 최대값 또는 상기 최소값에서 카운팅을 멈추며, 카운팅된 값을 상기 위상차로서 출력하는 제3카운터를 구비하는 것을 특징으로 하는 디지탈 스핀들 모터의 회전수 제어 장치.
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