KR100587349B1 - 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치 - Google Patents

광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광 디스크 드라이브에 관한 것으로, 특히 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치에 관한 것이다. 이와 같이 본 발명에 따른 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치는 고 배속 기록/재생 용 광 디스크 드라이브에 있어서, 디스크 미디어에 레이저를 조사하는 광 픽업부과, 상기 광 픽업의 포커스와 트랙킹을 제어하는 서보 시스템부와, 상기 서보 시스템부의 에러 신호 및 제어 신호로 이루어지는 고주파 신호를 이용하여 실시간 서보 조정이 수행되는 루프 형상 조정부로 구성된다.
광 디스크, 서보, 포커스, 트랙킹

Description

광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치{Apparatus for control servo system of optical disc driver}
도 1은 본 발명에 따른 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치를 나타낸 도면
도 2는 본 발명에 따른 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치의 주파수/진폭 검출 블록을 나타낸 제 1 실시예
도 3은 본 발명에 따른 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치의 주파수/진폭 검출 블록을 나타낸 제 2 실시예
도 4는 도 1에 따른 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 루프의 등가 모델을 나타낸 도면
도 5는 도 1 에 따른 서보 시스템의 루프 형상 변화에 따른 서보 성능 특성의 변화에 따른 민감도 함수의 특성을 나타낸 그래프
도 6은 루프 게인 편차의 증가에 따른 서보 신호의 고주파 특성의 예를 나타낸 그래프
*도면 부호의 간단한 설명*
10 : 광 픽업부 20 : 서보 시스템부
30 : 루프 형상 조정부 31 : 대역 필터
32 : 주파수/진폭 검출 회로 33 : 루프 형상 조정 알고리즘
본 발명은 광 디스크 드라이브에 관한 것으로, 특히 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치에 관한 것이다.
현재 광디크 드라이브 시스템의 기록 및 재생의 고배속화가 요구되는 상황과 관련하여 포커스/트랙킹 서보 시스템의 고성능화가 필수 불가결하다.
그리고, 광 디스크 드라이브의 서보 시스템의 설계에 있어서는 일반적으로 성능에 대한 요구사항과 더불어 광 픽업이나 각종 IC의 구동 및 신호 편차에 대한 안정성 또한 동시에 요구되고 있는데, 이러한 요구 사항은 서로 상충되는 경향이 있다. 이에 따라 각종 편차에 따른 서보 시스템의 안정성을 확보하기 위해서는 서보 시스템의 성능 확보라는 측면에서 손해를 감수해야 한다.
이러한 문제점의 극복을 위해서 각종 편차 성분을 정량화하여 이를 보상하며 서보 시스템을 설계하여 성능을 극대화하는 여러 가지 기법들이 개발되고 있는데, 이중 일반적으로 사용되고 있는 기법인 루프 게인 조정 기법은 폐루프 제어 시스템의 교차 주파수 근방의 기준 신호에 대해 추종하는 서보 시스템의 오차 신호가 갖는 위상차를 검출하여, 발생되는 위상차가 미리 예측하여 설정된 값을 갖도록 서보 시스템의 루프 게인을 조정하여 루프 게인 편차를 보상한다.
상기 루프 게인 편차를 보상하는 방법은 외부에서 서보 시스템에 인가되는 기준 신호의 주파수 근방이 서보 시스템의 교차 주파수가 되도록 기준 서보 필터를 설계하여 서보 시스템을 작동시킨 뒤 특정 주파수의 기준 신호를 인가하면 서보 시스템이 이에 추종하게 되며, 이 때 추종의 결과 발생하는 추종 오차 신호는 기준 신호와 위상차가 발생하게 되는데 이 위상차는 서보 시스템의 루프 게인과 큰 연관성을 갖는다.
따라서, 위상차가 미리 설계에서 고려된 만큼의 값을 갖도록 루프 게인을 조정하면, 각종 편차에 따라 발생하는 루프 게인의 편차를 보상할 수 있도록 서보 시스테의 루프 게인을 설정한다.
이렇게 조정된 루프 게인은 실제 시스템이 갖는 서보 설계용 모델과 루프 게인 편차량을 정량적으로 대표하게 되며, 이후 적용되는 고배속용 서보에 있어서도 이 루프 게인을 적용하여 루프 게인 편차에 대응하여 서보 시스템의 성능을 향상시킨다.
이와 같이 초기에 각종 서보 신호의 조정은 미디어 디스크의 특정 영역에서 얻어진 값을 디스크 전체 영역에 대한 대표값으로 사용하며, 조정 또한 실제 기록/재생 배속이 아닌 저배속에서 조정이 이루어지는 것이 일반적이나, 기록 및 재생이 수행되어야 하는 각종 미디어 디스크에 있어 디스크의 내주 및 외주에 대해 디스크의 반사 특성이 달라질 수 있으며, 트랙 피치 또한 영역에 따라 달라지는 단점이 있다
또한, 배속의 증가에 따라 서보 신호의 특성이 변화하는 추이를 보이는 미디어 디스크 또한 발견되며 루프 게인 조정에서는 미디어 디스크의 영역별 반사량 및 트랙 피치 등의 변화에 따라 발생할 수 있는 편차에 대응하는 것이 사실상 불가능하며, 조정 배속과 실제 사용 배속의 상이함에 따라 배속에 발생할 수 있는 편차에 대응하는 것이 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 실제로 사용되는 배속 및 기록/재생 영역에 실제 시스템의 편차를 대표하는 신호를 실시간 검출하고, 검출된 신호의 특성에 따라 각종 편차량을 보다 정확히 검출하여 이에 대응하여 서보 시스템의 성능을 극대화하는 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치를 제공하기 위한 것이다.
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이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치는, 디스크 미디어에 레이저를 조사하는 광 픽업부; 광 픽업의 포커스와 트랙킹을 제어하는 서보 시스템부; 및, 서보 시스템부의 에러 신호와 제어 신호로 이루어지는 고주파 신호를 검출하여 실시간 서보 조정이 수행되는 루프 형상 조정부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 루프 형상 조정부는, 광 픽업 신호의 중심 주파수 및 대역이 설정되는 대역 필터와, 대역 필터에 의해 필터링 된 신호의 주파수 및 진폭이 검출되는 주파수/진폭 검출부와, 검출된 신호의 주파수 및 진폭에 의해 기 설정된 루프 형상 변경 조건에 따라 서보 시스템을 조정하는 루프 형상 조정 알고리즘으로 구성된다.
이때, 주파수/진폭 검출부는 스핀들 모터로부터 얻어지는 FG 신호로 신호 검출 시점을 트리거링한 후, 고주파 신호의 제로 크로스 시간을 검출 시점으로부터 기 설정한 특정 시간 동안 검출하여 평균화하고 고주파 신호에 불필요한 노이즈를 제거하여, 노이즈가 제거된 고주파 신호의 신호 대 잡음비(SNR)를 개선한다.
그리고, 상기 주파수/진폭 검출부에서 얻어진 노이즈가 제거된 고주파 신호의 주파수/진폭 검출을 위해 카운터 및 피크-보텀 홀드(Peak-Bottom Hold) 회로를 사용한 시간 영역 검출 기법을 이용하며, 이때, 주파수/진폭 검출부는 노이즈가 제거된 고주파 신호를 고속 푸리에 변환(FFT)에 의해 주파수 변환하여 진폭 및 주파수 값을 얻어내는 주파수 영역 기법을 이용한다.
그리고, 루프 형상 알고리즘은 서보 시스템의 루프 게인을 조정하는 알고리즘과, 고주파 위상 보상기의 형상을 조정하는 알고리즘으로 구성된다.
이때, 루프 형상 알고리즘은 각 기 설정된 루프 형상 변경 조건에 대한 값들에 한계 값을 설정하여 설정된 한계 값에 도달하게 되면 정상적인 조정이 수행되지 않는 것으로 판단하고, 초기 설정된 루프 형상 변경 조건에 대한 값으로 루프 게인 및 위상 보상기 계수를 환원시킨다.
이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치를 나타낸 도면이다.
도 1에 따른 본 발명의 광 디스크 드라이브 서보 시스템 조정 장치는 디스크 미디어에 레이저를 조사하는 광 픽업부(10)와, 상기 광 픽업부(10)의 포커싱과 트랙킹을 제어하는 서보 시스템부(20)와, 상기 서보 시스템부(20)의 에러 신호 및 제어 신호로 이루어지는 편차 신호를 통해 실시간 서보 조정이 수행되는 루프 형상 조정부(30)로 구성된다.
그리고, 상기 루프 형상 조정부(30)는, 광 픽업 신호의 중심 주파수 및 대역을 설정하는 대역 필터(31)와, 상기 대역 필터(31)에 의해 필터링 된 신호의 주파수 및 진폭이 검출되는 주파수/진폭 검출부(32), 상기 검출된 신호의 주파수 및 진폭에 의해 기 설정된 루프 형상 변경 조건에 따라 서보 시스템을 조정하는 루프 형상 조정 알고리즘(33)으로 구성된다.
상기 대역 필터(31)는 고주파 신호를 검출하며, 이때 대역 필터(31)의 중심 주파수 및 필터 대역은 설계된 서보 필터의 특성에 따라 결정되므로 프로그램 가능한 대역 필터의 구조를 지니며, 필터링 된 대역신호는 AC 커플링 된 신호이므로 이 신호의 적절한 측정을 통해 대역 신호의 주파수 및 평균 진폭을 추출한다.
그리고 상기 주파수/진폭 검출부(32)는 고주파 신호의 진폭 및 주파수를 추출하며, 이 검출부(32)에 의해 검출된 고주파 신호는 미디어 디스크의 회전에 동기되어 반복되는 경향을 보이게 되므로, 스핀들 모터로부터 얻어지는 FG 신호를 이용하여 신호 검출 시점을 트리거링하며, 이 시간 이후의 고주파 신호의 제로 크로스 시간을 검출 시점으로부터 기 설정된 특정 시간 동안 시간을 검출하여 평균화하고 고주파 신호에 불필요한 노이즈 신호를 제거하여 편차 신호의 신호 대 잡읍비(SNR)를 개선한다.
도 2 내지 도 3은 본 발명에 따른 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치의 주파수/진폭 검출부(32)의 제1 실시예 및 제2 실시예로, 제1 실시예는 주파수/진폭 검출을 위해 카운터 및 피크-보텀 홀드(Peak-Bottom Hold) 회로의 시간 영역 검출 기법을 이용하거나 제2 실시예와 같이 FFT(Fast fourter Transform)에 의해 주파수 변환하여 진폭 및 주파수 값을 얻어내는 주파수 영역 기법을 이용한다.
그런 다음 상기 주파수/진폭 검출부(32)를 통해 얻어진 고주파 신호의 주파수/진폭 값은 루프 형상 변경을 위한 파라미터로 활용되며, 서보 시스템(20)의 루프 형상은 루프 형상 조정 알고리즘(33)을 통해 이루어진다.
루프 형상 조정 알고리즘(33)은 여러 가지의 구조를 가질 수 있겠으나, 형상을 결정하는 중요한 요소로는 서보 시스템(20)의 루프 게인을 조정하는 알고리즘과 고주파 위상 보상기의 형상을 조정하는 알고리즘으로 구성된다.
그러나 필요에 따라서는 루프 게인 조정 알고리즘 또는 고주파 위상 보상기 형상 조정 알고리즘만을 사용하여 루프 형상 조정을 수행한다.
예를 들면, 첫 번째 단계에서는 설계되는 서보 시스템의 특성에 따라 고주파 신호의 목표 주파수 및 진폭의 문턱값으로 루프 형상을 조정하고 중지 조건을 설정한다.
그런 다음, 두 번째 단계에서 진폭의 문턱값 이상의 고주파 신호 특성을 보이는 경우에 기 설정된 서보 시스템 고주파 신호의 주파수가 목표 주파수보다 큰 경우 루프 게인을 단계적으로 저감시키며, 반대로 목표 주파수보다 작은 경우 루프 게인을 단계적으로 증가시키고, 세 번째 단계에서 고주파 신호의 진폭이 문턱값 이하가 되면 증가 또는 저감을 중지시킨다.
네 번째 단계는 루프 게인의 단계적 증가/저감에 의해 고주파 신호의 주파수는 목표 주파수 근방으로 이동하지만 서보 시스템 고주파 신호의 진폭이 문턱값 이하로 감소되지 않는 경우에는 서보 시스템의 교차 주파수 근방에서 확보되는 위상 마진이 충분하지 않은 것으로 판단한다. 이에 따라, 서보 시스템의 위상 보상기 위상 보상 특성을 변경하여 위상 마진을 증가시키고, 루프 형상을 변경하며, 이에 따라, 고주파 신호의 진폭이 문턱값 이하가 되면 루프 변경을 중지시킨다.
한편, 상기 세 번째 단계 또는 네 번째 단계의 루프 형상 변경 중지 조건을 만족시키지 않은 경우에는 루프 형상 조정이 정상적으로 동작하지 않는 것으로 판단하고 루프 형상 조정값을 초기 상태로 환원하고 동작 오류 보고를 한 뒤 조정을 종료시키며, 이 경우에는 더 이상의 루프 형상 조정을 수행하지 않는다.
이때, 루프 게인 변경 블록 및 위상 보상기 계수 변경 블록에는 각 기 설정된 루프 형상 변경 조건에 대한 값들에 한계 값을 설정하여 설정된 한계 값에 도달하면 정상적인 조정이 수행되지 않은 것으로 판단하고, 초기 설정된 루프 형상 변경 조건에 대한 값으로 루프 게인 및 위상 보상기 계수를 환원시킨다.
도 4는 도 1에 따른 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 루프의 등가 모델을 나타낸 것으로, 광학 신호의 센서부(Gh), 광 픽업 구동 IC(Ga), 및 광픽업 구동부(Gp) 등은 서보 시스템에서 가질 수 있는 편차에 대해 각 덧셈형 모델 오차 함수의 형태로 표현되는데, 이때 서보 시스템의 포커스/트랙킹 동작 시 추종하여야 하는 기준 신호에 대한 출력 신호의 관계인 명령 추종 성능에 관해 하기의 수학식 1로표현된다.
Figure 112005071480650-pat00001
삭제
여기서, r은 기준값으로 0이 된다.
또한, 외란에 대한 출력 신호의 관계인 출력 외란 제거 성능에 관해서는 수학식 2로 표현된다.
Figure 112005071480650-pat00008
삭제
여기에서 나타나 있는 출력 외란에 대한 서보 시스템의 출력 특성의 관계에 대한 전달 함수를 민감도 함수(sensitivity function)라고 부른다.
도 5는 도 1 에 따른 서보 시스템의 루프 형상 변화에 따른 서보 성능 특성의 변화에 따라 민감도 함수의 특성을 나타낸 그래프로 루프 게인이 증가 또는 감소함에 따라 게인 교차 주파수에서 확보되는 위상 마진의 감소에 의해 민감도 함수 값이 최대가 되는 주파수 및 진폭이 변화하게 된다.
이는 특히 루프 게인의 과도한 시스템에 크게 영향을 미치며 제어 대역보다 높은 주파수 값을 갖는 불필요한 제어 입력인가에 따른 에러 신호의 형태로 나타나고 도 6은 루프 게인 편차의 증가에 따른 서보 신호의 고주파 특성의 예를 나타낸 그래프로 게인 편차의 증가에 따라 민감도 함수가 최대값을 갖는 주파수 성분의 고주파 신호가 서보 신호에 포함됨을 알 수 있으며, 이는 심한 경우 서보 루프의 발진 형태로 나타난다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명은 고배속 기록 및 재생시의 가장 기본적으로 요구되는 미디어 디스크의 고속 회전에 따라 발생하는 외란에 대해 서보 시스템이 목표 위치를 정확히 추종하도록 하는 성능을 극대화하면서, 동시에 미디어 디스크 및 광 픽업 등의 편차에 따른 서보 시스템의 불안정 요소에 대한 안정성을 확보하도록 서보 필터의 루프 형상을 실시간 변경하는 효과가 있다.
또한, 시스템의 다양한 편차에 동적으로 반응하는 루프 형상 조정 기법에 의해 각각의 시스템이 갖는 특정의 편차에 대응하여 안정성 확보와 더불어 서보 시스템의 성능을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 특정의 미디어 디스크의 영역별 특성에 대응하여 서보 시스템이 동작할 수 있으므로, 미디어 디스크의 내주/외주에 걸친 전 영역에 있어 안정된 기록 성능 및 안정성을 확보할 수 있으며, 또한 재생에 있어서도 안정성과 더불어 향상된 서보 성능을 확보한다.
또한, 고안된 루프 형상 조정 기법은 설계된 필터에 따라 설정되는 특정의 주파수 신호만을 사용하며 이를 평균화하게 되므로, 미디어 디스크의 국부적인 손상 등에 기인하는 서보 신호의 외란에는 반응하지 않도록 고안되었으므로 루프 형상 자동 조정이 디스크의 국부적 결함에 민감하게 반응하여 오동작 할 수 있는 가능성이 매우 작다.
그리고, 광 픽업의 편차 특성 등에 대응하여 동작하도록 고안되었으므로, 광픽업의 제작 시 제작 공차에 대한 여유를 보다 크게 확보할 수 있으므로 픽업 제작시의 수율을 향상시키는 동시에 광픽업의 제작 단가를 낮출 수 있는 부과적인 경제 적 효과를 볼 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. 고 배속 기록/재생 용 광 디스크 드라이브에 있어서,
    디스크 미디어에 레이저를 조사하는 광 픽업부;
    상기 광 픽업의 포커스와 트랙킹을 제어하는 서보 시스템부; 및,
    상기 서보 시스템부의 에러 신호와 제어 신호로 이루어지는 고주파 신호를 검출하여 실시간 서보 조정이 수행되는 루프 형상 조정부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 루프 형상 조정부는
    광 픽업 신호의 중심 주파수 및 대역이 설정되는 대역 필터와,
    상기 대역 필터에 의해 필터링 된 고주파 신호의 주파수 및 진폭이 검출되는 주파수/진폭 검출부와,
    상기 검출된 고주파 신호의 주파수 및 진폭에 의해 기 설정된 루프 형상 변경 조건에 따라 서보 시스템을 조정하는 루프 형상 조정 알고리즘으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 주파수/진폭 검출부는 스핀들 모터로부터 얻어지는 FG(Frequency Generator) 신호를 이용하여 고주파 신호 검출 시점을 트리거링한 후, 고주파 신호의 제로 크로스 시간을 검출 시점으로부터 기 설정한 특정 시간 동안 검출하여 평균화하고 상기 고주파 신호에 불필요한 노이즈를 제거하여, 상기 노이즈가 제거된 고주파 신호의 신호 대 잡음비(SNR)를 개선하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주파수/진폭 검출부에서 얻어진 노이즈가 제거된 고주파 신호의 주파수/진폭 검출을 위해 카운터 및 피크-보텀 홀드(Peak-Bottom Hold) 회로를 사용한 시간 영역 검출 기법을 이용하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 주파수/진폭 검출부는 노이즈가 제거된 고주파 신호를 고속 푸리에 변환(FFT)에 의해 주파수 변환하여 진폭 및 주파수 값을 얻어내는 주파수 영역 기법을 이용하는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 루프 형상 조정 알고리즘은 서보 시스템의 루프 게인을 조정하는 알고리즘과, 고주파 위상 보상기의 형상을 조정하는 알고리즘으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 루프 형상 조정 알고리즘은 각 기 설정된 루프 형상 변경 조건에 대한 값들에 한계 값을 설정하여 설정된 한계 값에 도달하게 되면 정상적인 조정이 수행되지 않는 것으로 판단하고, 초기 설정된 루프 형상 변경 조건에 대한 값으로 루프 게인 및 위상 보상기 계수를 환원시키는 것을 특징으로 하는 광 디스크 드라이브의 서보 시스템 조정 장치.
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