KR100615617B1 - 광디스크 워블 정보 검출장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

광디스크 워블 정보 검출장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 워블 정보 검출장치는, 입력된 워블 신호로부터 저조파 성분을 제거하고 2차 고조파 신호를 출력하는 저조파제거부, 저조파제거부에서 출력된 2차 고조파 신호와 동일한 주파수를 갖는 코사인 신호 및 사인 신호를 생성하고, 2차 고조파 신호와의 위상차를 검출하는 위상차검출부, 검출된 위상차를 카운트하고 이에 따라 코사인 신호 및 사인 신호의 위상을 시프트하여 위상차를 보정하도록 하는 위상차보정부 및 위상차가 보정된 코사인 신호와 2차 고조파 신호의 곱을 적분하고 부호를 판별하여 톱니파 워블 검출신호를 출력하는 신호출력부를 포함한다. 따라서, 위상 에러가 최소화되고 검출 에러가 최소화되어 검출 정확도가 높아지고, 톱니파 워블의 검출 성능이 향상된다.
워블 신호, 블루레이, 광디스크, 톱니파 워블

Description

광디스크 워블 정보 검출장치 및 그 방법{Apparatus for detecting Saw-Tooth Wobbles from optical disc and method thereof}
도 1은 종래 기술에 따른 워블 정보 검출장치를 나타낸 블럭도,
도 2는 도 1의 워블 정보 검출장치의 동작에 따라 생성되는 신호의 파형을 나타내는 도면,
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 워블 정보 검출장치를 나타내는 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 워블 정보 검출장치의 동작에 따라 생성되는 신호의 파형을 나타낸 도면, 그리고
도 5는 본 발명에 따른 워블 정보 검출장치의 동작 설명에 제공되는 흐름도이다.
*도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명*
110 : 저조파제거부 130 : 위상차검출부
150 : 위상차보정부 170 : 신호출력부
본 발명은 광디스크 워블 정보 검출장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상 세하게는 광디스크의 워블신호로부터 톱니파 워블(Saw-Tooth Wobble : STW)을 검출하는 광디스크 워블 정보 검출장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 DVD 등과 같은 광디스크는 그 표면 상에 트랙을 따라 트래킹을 수행하기 위한 나선형의 연속된 안내 홈, 즉 그루브(Groove)가 형성되어 있다. 블루레이(Blu-ray) 디스크의 경우에는 나선형의 그루브는 320nm의 트랙 피치를 가진다.
이러한 그루브는 소정 방식으로 편이되어 있으며, 이를 워블링(Wobbling)이라 하고, 이로 부터 검출된 신호를 워블 신호라 칭한다. 워블 신호는 광디스크를 소정 속도로 회전시키며 트랙을 따라 데이터를 기록하거나 재생하기 위한 트래킹 정보 외에도 기록 클럭을 발생하기 위한 정보, 타이밍 정보, 어드레스(Address) 정보 및 기타 광디스크에 대한 정보를 포함한다.
데이터를 기록하거나 기록된 데이터를 재생하기 위해서는 이러한 워블 신호를 안정적으로 정확하게 검출하는 것이 중요하다. 특히, 블루레이 디스크는 트랙을 따라 기록되는 데이터의 밀도가 높아 데이터를 기록하거나 재생하기 위해서는 물리적 어드레스 정보를 정확하게 검출하는 것이 매우 중요하다.
블루레이 디스크에 있어서 워블신호로부터 검출되는 워블 정보 중 하나인 물리적 어드레스 정보는 ADIP(Address In Pre-groove) 유닛에 MSK(Minimum Shift Keying) 변조 방식을 이용한 워블 어드레싱 방식으로 기록된다.
최근 블루레이 디스크에서 물리적 어드레스 정보의 정확한 검출을 위해, MSK(Minimum Shift Keying) 변조 방식을 이용한 워블 어드레싱 방식으로부터 모노 톤 워블을 톱니파 워블(Saw-tooth Wobble)로 변형하여 특정 정보를 표현하는 방법이 제안된 바 있다. 이러한 방법은 톱니파 워블과 MSK 마크를 모노톤 워블과 조합하여 워블 어드레스 포맷을 형성한다.
도 1은 종래 기술에 따른 워블 정보 검출장치를 나타낸 블럭도이다. 워블 정보 검출장치는 워블신호로부터 톱니파 워블을 검출하기 위한 것으로서, 곱셈기(10), PLL(Phase Lock Loop)(20), 적분기(30), 메모리(40), 비교기(50) 및 영신호발생기(60)를 포함한다.
곱셈기(10)는 PLL(20)에서 출력된 신호를 입력 신호인 워블 신호와 곱한다. 이를 위해, PLL(20)은 워블 신호로 부터 반송파 성분을 검출하여 곱셈기(10)로 출력하며, 적분기(30)는 곱셈기(10)에서 출력된 신호를 적분한다. 또한, 메모리(40)는 적분기(30)에서 출력된 신호를 임시 저장한 후 비교기(50)로 출력하여 영신호발생기(60)로 부터 출력된 영신호와 비교한다.
곱셈기(10)로 입력되는 워블 신호는 톱니파 워블이 나타내는 정보가 "1" 인지 "0"인지에 따라 "cos(ωt)-0.25sin(2ωt)" 또는 "cos(ωt)+0.25sin(2ωt)"로 표현된다.
PLL(20)로부터 출력된 신호의 주파수는 계산상으로는 " 2ω"로서, 이는 워블 신호의 주파수와 동일하다. 그러나, PLL(20)로부터 출력된 신호는 실제로는 고조파 성분 및 잡음을 포함하고 있다.
도 2는 도 1의 워블 정보 검출장치의 동작에 따라 검출되는 신호의 파형을 나타내는 도면이다.
곱셈기(10)의 입력신호가 "cos(ωt)+0.25sin(2ωt)" 인 경우 그래프 (a)는 곱셈기(10)의 입력신호를 나타내며, 그래프 (b)는 PLL(20)의 출력신호를 나타낸다. 또한, 그래프 (c)는 곱셈기(10)로부터 출력된 신호를 나타낸다.
곱셈기(10)의 출력신호는 DC 성분과 AC 성분을 포함하고 있으며, 필요한 정보는 DC 성분에 포함되어 있고 AC 성분에는 유용한 정보가 포함되어 있지 않다. 적분기(30)는 한 사이클 동안 DC 성분을 누적하며 입력신호의 AC 성분은 가능한 제거한다.
메모리(40)는 적분기(30)로부터 출력된 신호를 저장하고 비교기(50)로 출력하며, 비교기(50)는 입력된 신호를 영신호와 비교하여 비교값을 출력한다.
종래의 워블 정보 검출장치의 성능은 입력신호에 포함된 잡음과 PLL(20)의 성능에 좌우된다. 특히, 잡음과 함께 PLL(20)의 출력 신호에 포함된 "4ω", "6ω", "8ω" 등과 같은 고조파 성분에 의해 적분기(30)의 출력 신호에 부수적인 DC 성분이 발생하면서 워블 정보 검출장치의 에러 발생율이 높아진다.
또한, 인접 트랙의 워블 신호와의 간섭에 따라 PLL 신호 및 워블 신호의 2차 고조파 간에 위상차가 발생하여, 이에 따라 곱셈기(10)의 출력 신호로부터 유용한 DC 성분의 절대값이 작아져 에러 발생율이 더욱 높아진다.
따라서, 본 발명의 목적은 워블 신호로 부터 톱니파 워블을 검출함에 있어서 잡음을 포함하는 각종 에러 발생율을 낮추어 성능을 개선한 워블 정보 검출장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 워블 정보 검출장치는, 입력된 워블 신호로부터 저조파 성분을 제거하고 2차 고조파 신호를 출력하는 저조파제거부, 상기 저조파제거부에서 출력된 상기 2차 고조파 신호와 동일한 주파수를 갖는 코사인 신호 및 사인 신호를 생성하고, 상기 2차 고조파 신호와의 위상차를 검출하는 위상차검출부, 검출된 상기 위상차를 카운트하고 이에 따라 상기 코사인 신호 및 상기 사인 신호의 위상을 시프트하여 상기 위상차를 보정하도록 하는 위상차보정부 및 위상차가 보정된 상기 코사인 신호와 상기 2차 고조파 신호의 곱을 적분하고 부호를 판별하여 톱니파 워블 검출신호를 출력하는 신호출력부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 저조파제거부는, 입력된 상기 워블 신호에 포함된 DC 성분을 적분하는 제1적분기, 입력된 상기 워블 신호에서 적분된 상기 DC 성분을 뺄셈하여 제거하는 뺄셈기, 상기 뺄셈기로부터 출력된 신호를 소정 시간 지연하는 지연기 및 상기 뺄셈기로부터 출력된 신호와 상기 지연기에서 출력된 신호를 덧셈하여 1차 고조파 성분을 제거하는 덧셈기를 포함한다.
더욱 바람직하게는, 상기 위상차검출부는, 상기 2차 고조파 신호와 동일한 주파수의 상기 코사인 신호를 생성하는 코사인신호메모리, 상기 코사인 신호를 상기 2차 고조파 신호와 곱셈하는 제1곱셈기, 상기 제1곱셈기에서 출력된 신호를 적분하는 제2적분기 및 상기 제2적분기에서 출력된 신호를 소정 시간 저장하는 제1래치를 포함한다.
또한, 상기 제1래치는 상기 톱니파 워블의 주기에 해당하는 시간 동안 상기 제2적분기에서 출력되는 신호를 저장하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 위상차보정부는, 상기 위상차를 카운트하여 생성된 카운트값을 상기 코사인신호메모리로 입력하여 상기 카운트값에 따라 상기 코사인 신호의 위상을 시프트하도록 하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 신호출력부는, 상기 제1곱셈기에서 상기 2차 고조파 신호와 상기 위상차 보정에 따라 시프트된 상기 코사인 신호의 곱셈이 수행되고, 상기 제2적분기에서 적분되어 상기 소정 시간 동안 상기 제1래치에 저장되면, 상기 제1래치에서 출력된 신호에 대한 부호를 판별하여 상기 톱니파 워블 검출신호를 출력한다.
더욱 바람직하게는, 상기 위상차검출부는, 상기 2차 고조파 신호와 동일한 주파수의 상기 사인 신호를 생성하는 사인신호메모리, 상기 사인 신호를 상기 2차 고조파 신호와 곱셈하는 제2곱셈기, 상기 제2곱셈기에서 출력된 신호를 적분하는 제3적분기 및 상기 제3적분기에서 출력된 신호를 소정 시간 저장하는 제2래치;를 더 포함한다.
또한, 상기 위상차검출부는, 상기 제2래치에서 출력된 신호를 상기 제1래치에서 출력된 신호로 나눗셈하는 나눗셈기 및 상기 나눗셈기에서 출력된 신호에 대한 아크탄젠트(Arctangent) 신호를 상기 위상차로서 출력하는 위상차출력기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 위상차보정부는, 상기 워블 신호로 나누어지는 주파수를 갖는 주기 신호를 생성하는 PLL 및 상기 주기 신호에 기초하여 상기 위상차를 카운트하는 카운터를 포함하는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 상기 톱니파 워블 검출신호는, 위상차가 보정된 상기 코사인 신호와 상기 2차 고조파 신호의 곱을 적분한 적분값의 부호에 따라 이진값을 갖는다.
한편, 본 발명에 따른 워블 정보 검출방법은 입력된 워블 신호로부터 저조파 성분을 제거하고 2차 고조파 신호를 출력하는 단계, 상기 2차 고조파 신호와 동일한 주파수를 갖는 코사인 신호 및 사인 신호를 생성하고, 상기 2차 고조파 신호와의 위상차를 검출하는 단계, 검출된 상기 위상차를 카운트하고 이에 따라 상기 코사인 신호 및 상기 사인 신호의 위상을 시프트하여 상기 위상차를 보정하는 단계 및 위상차가 보정된 상기 코사인 신호와 상기 2차 고조파 신호의 곱을 적분하고 부호를 판별하여 톱니파 워블 검출신호를 출력하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 저조파 제거 단계는, 입력된 상기 워블 신호에 포함된 DC 성분을 적분하는 단계 및 입력된 상기 워블 신호로부터 적분된 상기 DC 성분을 뺄셈하여 제거하는 단계를 포함한다.
더욱 바람직하게는, 상기 저조파 제거 단계는, 상기 워블 신호를 소정 시간 지연하는 단계 및 상기 워블 신호에 소정 시간 지연된 상기 워블 신호를 덧셈하여, 1차 고조파 성분을 제거하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 위상차 검출단계는, 상기 2차 고조파 신호와 동일한 주파수의 상기 코사인 신호를 생성하는 단계, 상기 코사인 신호를 상기 2차 고조파 신호와 곱셈하는 단계 및 상기 코사인 신호와 상기 2차 고조파 신호의 곱을 적분하여 제1 적 분 신호를 생성하는 단계 및 상기 제1 적분 신호를 소정 시간 저장하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 저장 단계는, 상기 톱니파 워블의 주기에 해당하는 시간 동안 상기 제1 적분 신호를 저장하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 검출신호 출력 단계는, 상기 위상차 보정 단계에서 시프트된 상기 코사인 신호와 상기 2차 고조파 신호에 대한 곱셈을 수행하고, 적분하여 제2 적분 신호를 생성하고, 상기 제2적분 신호의 부호를 판별하여 상기 톱니파 워블 검출신호를 출력한다.
더욱 바람직하게는, 상기 톱니파 워블 검출신호는, 상기 제2 적분 신호의 부호에 따라 이진값을 갖는다.
또한, 상기 위상차 검출단계는, 상기 2차 고조파 신호와 동일한 주파수의 상기 사인 신호를 생성하는 단계, 상기 사인 신호를 상기 2차 고조파 신호와 곱셈하는 단계, 상기 사인 신호와 상기 2차 고조파 신호의 곱을 적분하여 제3적분 신호를 생성하는 단계 및 상기 제3 적분 신호를 소정 시간 저장하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 위상차 검출단계는, 상기 제3적분 신호를 상기 제1 적분 신호로 나누어 탄젠트(Tangent) 신호를 생성하는 단계 및 상기 탄젠트 신호에 대한 아크탄젠트(Arctangent) 신호를 상기 위상차로서 출력하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 상기 위상 보정 단계는, 상기 워블 신호로 나누어지는 주파수를 갖는 PLL 주기 신호를 생성하는 단계 및 상기 PLL 주기 신호에 기초하여 상기 위상차를 카운트하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 워블 정보 검출장치를 나타내는 블럭도이다. 워블 정보 검출장치는 입력된 워블신호호부터 DC 성분과 저조파 성분을 제거하고 고조파 신호를 출력하는 저조파제거부(110), 고조파 신호와 소정의 PLL 신호의 위상차를 검출하는 위상차검출부(130), 검출된 위상차를 보정하는 위상차보정부(150) 및 위상차가 보정된 신호의 부호에 따라 워블 정보를 나타내는 신호를 출력하는 신호출력부(170)를 포함한다.
저조파제거부(110)는 뺄셈기(111), 제1적분기(113), 지연기(115) 및 덧셈기(117)를 포함한다.
뺄셈기(111)는 워블신호를 입력받는다. 제1적분기(113)는 뺄셈기(111)로부터 워블신호를 입력받아, 입력된 신호로부터 DC 성분을 선택하여 적분하고 뺄셈기(111)로 다시 입력한다. 따라서, 뺄셈기(111)는 워블신호로 부터 DC 성분을 뺄셈하고, DC 성분이 제거된 신호를 지연기(115)로 출력한다.
지연기(115)는 뺄셈기(111)에서 출력된 신호에 대해 소정 시간 버퍼링하여 입력신호의 1차 고조파 성분에 대해 반대의 위상을 갖는 신호를 출력하고 덧셈기(117)로 입력한다. 따라서, 덧셈기(117)는 뺄셈기(111)에서 출력된 신호 및 뺄셈기(111)에서 출력된 신호의 1차 고조파 성분과 반대의 위상을 갖는 신호를 지연기(115)로 부터 입력받아 두 개의 신호를 가산하고, 입력신호의 1차 고조파 성분을 보정한다.
위상차검출부(130)는 코사인신호메모리(131), 제1곱셈기(133), 제2적분기(135) 및 제1래치(137)로 이어지는 하나의 라인과, 사인신호메모리(132), 제2곱셈기(134), 제3적분기(136) 및 제2래치(138)로 이어지는 또 하나의 라인을 포함한다. 또한, 위상차검출부(130)는 나눗셈기(139), 위상차출력기(141)를 더 포함한다.
코사인신호메모리(131)는 다양한 주파수의 코사인 신호를 발생시킬 수 있도록 필요한 데이터를 미리 저장하며, 저조파제거부(110)로 부터 출력된 2차 고조파 신호와 주파수가 동일한 코사인 신호를 생성한다.
제1곱셈기(133)는 덧셈기(117)에서 출력된 신호에 코사인신호메모리(131)에서 출력된 신호를 곱한다. 이어서, 제2적분기(135)는 제1곱셈기(133)에서 출력된 신호를 적분하고, 적분된 신호는 제1래치(137)로 입력된다. 제1래치(137)는 입력된 신호를 톱니파 워블 전체 주기 동안 저장한다.
한편, 사인신호메모리(132)는 다양한 주파수의 사인 신호를 발생시킬 수 있도록 필요한 데이터를 미리 저장하며, 저조파제거부(110)로 부터 출력된 2차 고조파 신호와 주파수가 동일한 사인 신호를 생성한다.
제2곱셈기(134)는 덧셈기(117)에서 출력된 신호에 사인신호메모리(132)에서 출력된 신호를 곱한다. 이어서, 제3적분기(136)는 제1곱셈기(133)에서 출력된 신호를 적분하고, 적분된 신호를 제2래치(138)로 입력한다. 제2래치(138)는 입력된 신호를 톱니파 워블 전체 주기 동안 저장한다.
나눗셈기(139)는 제2래치(138)로부터 입력된 신호를 제1래치(137)로부터 입 력된 신호로 나누어 생성된 신호를 위상차출력기(141)로 입력한다. 위상차출력기(141)는, 예를 들면 ROM과 같은 메모리로서 아크탄젠트(Arctangent) 신호를 생성하기 위해 필요한 데이터를 미리 저장하며, 입력된 신호값에 대응하는 아크탄젠트 신호를 출력한다.
위상차보정부(150)는 ALU(Arithmetic and Logic Unit)(151), 비교기(153), 기준신호검출기(155), 플립플롭(156), PLL(157) 및 카운터(158)를 포함한다.
ALU(151)는 제1래치(137) 및 제2래치(138)의 출력신호를 이용하여 위상차출력기(141)에서 출력된 신호의 부호 및 크기를 결정한다.
비교기(153)는 ALU(151)에서 입력된 신호를 카운터(158)에서 입력된 신호와 비교하여 동일하면 펄스를 발생하여 플립플롭(156)을 논리적 영 상태로 리셋시키고, 플립플롭(156)에서 출력되는 신호의 하강 에지에서 카운터(158)가 리셋된다.
한편, 카운터(158)는 리셋된 상태에서 계수를 시작하며 PLL(157)에서 생성된 신호를 입력받고 신호의 주기를 카운트한다. PLL(157)에서 생성되는 신호는 입력된 워블 신호로 나누어지는 주파수를 갖는 주기 신호이다. 따라서, 카운터(158)는 PLL(157)에서 생성된 신호를 주기에 따 라 카운트하며 비교기(153)에 입력하며, ALU(151)에서 출력된 위상차에 해당하는 카운트 값을 코사인신호메모리(131) 및 사인신호메모리(132)로 전송하여 ALU(151)에서 출력된 위상차에 해당하는 값을 보정한 신호를 출력하도록 한다.
신호출력부(170)는 제1래치(137)로부터 출력된 신호에 대해 그 부호를 판별하여 "0" 또는 "1"을 나타내는 신호를 출력한다. 제1래치(137)로 입력되는 신호는 상기한 위상차검출부(130)에 의해 검출된 위상차에 따라 위상차보정부(150)에 의해 위상차가 보정된 코사인 신호에 대해 워블신호의 2차 고조파 신호를 곱하고 적분한 값에 해당한다.
도 4는 본 발명에 따른 워블 정보 검출장치의 동작에 따라 생성되는 신호의 파형을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 워블 정보 검출장치의 동작 설명에 제공되는 흐름도이다.
우선, 워블 정보 검출장치의 저조파제거부(110)는 입력된 워블신호로부터 DC 성분과 1차 고조파 등 저조파 성분을 제거한다(S210). 도 4의 신호 (a)는 워블 저옵 검출장치로 입력되는 전형적인 워블신호의 파형을 나타낸다. 이러한 워블신호를 아래의 수학식 1과 같이 나타낸다.
Figure 112004059630472-pat00001
여기서, "ω"는 워블신호의 주파수를 나타내며, "k"는 샘플 번호, "T"는 샘플링 주파수의 주기, "φ"는 트랙간의 간섭 등 에러에 의한 위상 시프트를 나타내고, "C"는 DC 성분을 나타낸다. 이하, 수학식 1의 신호 (2)를 예로 들어 설명한다.
DC 성분을 제거하기 위해, 뺄셈기(111)는 워블신호를 입력받아 제1적분기(113)로 출력하고, 뺄셈기(111)로부터 워블신호를 입력받은 제1적분기(113)는 입력된 신호로부터 DC 성분을 선택하여 적분하고 뺄셈기(111)로 다시 입력한다. 따라서, 뺄셈기(111)는 워블신호로 부터 DC 성분을 뺄셈하고, DC 성분이 제거된 신호를 지연기(115)로 출력한다.
수학식 1의 입력 워블 신호 (2)에 대해 DC 성분이 제거된 뺄셈기(111)의 출력신호는 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004059630472-pat00002
또한, 1차 고조파 성분을 제거하기 위해, 지연기(115)는 뺄셈기(111)에서 출력된 신호를 소정 시간 버퍼링하여 입력신호의 1차 고조파 성분에 대해 반대의 위상을 갖는 신호를 출력하고 덧셈기(117)로 입력한다. 지연기(115)의 지연시간은 "π/ω"에 해당한다. 이경우 지연기(115)의 출력 신호를 아래의 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
Figure 112004059630472-pat00003
따라서, 덧셈기(117)는 뺄셈기(111)에서 출력된 수학식 2에 나타낸 신호 및 뺄셈기(111)에서 출력된 신호의 1차 고조파 성분과 반대의 위상을 갖는 신호를 지연기(115)로부터 출력된 수학식 3에 나타낸 신호를 입력받아 두 개의 신호를 덧셈 연산하고, 입력신호의 1차 고조파 성분을 보정한다. 도 4의 신호 (b)는 DC 성분 및 1차 고조파가 제거되어 덧셈기(117)에서 출력되는 신호의 파형을 나타내며, 덧셈기(117)에서 출력되는 신호는 다음의 수학식 4로 나타낼 수 있다.
Figure 112004059630472-pat00004
이어서, 위상차검출부(130)는 덧셈기(117)로 부터 입력된 신호와 동일한 주파수를 갖는 코사인 신호(또는 사인 신호)와의 위상차를 검출한다(S220).
코사인신호메모리(131) 및 사인신호메모리(132)는 저조파제거부(110)로 부터 출력된 2차 고조파 신호와 주파수가 동일한 코사인 신호 및 사인 신호를 각각 생성한다. 도 4의 신호 (c)는 코사인신호메모리(131)에서 출력되는 신호의 파형을 나타낸다. 또한, 코사인신호메모리(131) 및 사인신호메모리(132)에서 출력된 코사인 신호 및 사인 신호는 다음의 수학식 5와 같다.
Figure 112004059630472-pat00005
제1곱셈기(133)는 덧셈기(117)에서 출력된 신호에 코사인신호메모리(131)에서 출력된 신호를 곱하고, 제2적분기(135)는 제1곱셈기(133)에서 출력된 신호를 적분하며, 적분된 신호는 제1래치(137)로 입력되어 제1래치(137)에서 톱니파 워블 전체 주기 동안 저장된다. 도 4의 신호 (d)는 코사인신호메모리(131)와 덧셈기(117)에서 출력된 신호를 곱하여 제1곱셈기(133)로부터 출력되는 신호의 파형을 나타낸다.
한편, 제2곱셈기(134)는 덧셈기(117)에서 출력된 신호에 사인신호메모리(132)에서 출력된 신호를 곱하고, 제3적분기(136)는 제1곱셈기(133)에서 출력된 신 호를 적분하며, 적분된 신호는 제2래치(138)로 입력되어 톱니파 워블 전체 주기 동안 저장된다.
그리고, 나눗셈기(139)는 제2래치(138)로부터 입력된 신호를 제1래치(137)로부터 입력된 신호로 나누어 생성된 신호를 위상차출력기(141)로 입력하고, 위상차출력기(141)는 입력된 신호값에 대한 아크탄젠트 신호를 출력한다.
여기서, 제1곱셈기(133) 및 제2곱셈기(134)에서 출력된 신호는 다음의 수학식 6의 신호 (1) 및 신호 (2)와 같이 나타난다.
Figure 112004059630472-pat00006
또한, 상기 수학식 6의 신호 (1) 및 신호 (2)는 간단한 수학 계산에 따라 다음의 수학식 7의 신호 (1) 및 신호 (2)로 각각 나타낼 수 있다.
Figure 112004059630472-pat00007
따라서, 제2적분기(135) 및 제3적분기(136)의 출력 신호는 각각 다음의 수학식 8의 신호 (1) 및 신호 (2)로 나타낼 수 있다.
Figure 112004059630472-pat00008
여기서, "N"은 톱니파 워블이 시작되는 샘플 번호에 해당하며, "M"은 톱니파 워블이 종료되는 샘플 번호를 나타낸다. 따라서, "(M-N+1)"은 톱니파 워블의 전체 주기 개수에 해당한다.
따라서, 제1래치(137) 및 제2래치(138)에서 출력되는 신호는 각각 다음의 수학식 9의 신호 (1) 및 신호 (2)와 같이 나타난다.
Figure 112004059630472-pat00009
따라서, 나눗셈기(139)에서 출력되는 신호는 다음의 수학식 10과 같이 나타난다.
Figure 112004059630472-pat00010
따라서, 위상차출력기(141)는 위상차인 다음의 수학식 11과 같은 신호를 출력한다.
Figure 112004059630472-pat00011
한편, 위상차보정부(150)는 위상차검출부(130)에서 출력된 위상차에 따라 코사인신호메모리(131) 및 사인신호메모리(132)에서 각각 출력되는 코사인 신호 및 사인 신호를 보정하도록 하여, 덧셈기(117)로부터 출력된 2차 고조파 신호와 위상이 일치하는 코사인 신호 및 사인 신호가 출력되도록 한다(S230).
이를 위해, ALU(151)는 제1래치(137) 및 제2래치(138)의 출력신호를 이용하여 위상차출력기(141)에서 출력된 신호의 부호 및 크기를 결정한다. 위상차출력기(141)에서 출력된 신호는 절대값을 취한 값을 가지므로 신호의 부호는 항상 양수이다. 따라서, 제1래치(137) 및 제2래치(138)의 출력신호를 이용하여 그 부호를 결정한다.
ALU(151)에서 부호 및 크기가 결정되어 출력되는 신호를 다음의 수학식 12로 나타낼 수 있다.
Figure 112004059630472-pat00012
여기서, "α"는 수학식 9의 신호 (a)에 나타낸 바와 같은 제1래치(137)에서 출력된 신호이고, "β"는 수학식 9의 신호 (b)에 나타낸 바와 같은 제2래치(138)에 서 출력된 신호이다. 또한, 젯수인 "2ωT"는 각 샘플에 해당하는 위상차를 나타내기 위한 것이다.
PLL(157)에서 생성되는 신호는 주기가 "pω"인 주기 신호로서, 여기서 , "p=2π/ωT"이다. 즉, PLL(157)에서 생성되는 신호의 주파수는 워블 신호의 주파수 보다 "p"를 곱한 값에 해당한다.
카운터(158)에서 출력되는 카운트 값을 다음의 수학식 13으로 나타낼 수 있다.
Figure 112004059630472-pat00013
여기서, "γ"는 카운터에서 출력되는 신호를 나타낸다.
비교기(153)는 ALU(151)에서 입력된 신호를 카운터(158)에서 입력된 신호와 비교하며, 두 개의 신호가 동일할 때 펄스를 발생하여 플립플롭(156)을 논리적 영 상태로 리셋시키고, 플립플롭(156)에서 출력되는 신호의 하강 에지에서 카운터(158)가 리셋된다. 카운터(158)는 리셋된 상태에서 PLL(157)에서 생성된 신호를 입력받으며 계수를 시작하여 다음번 리셋까지 신호의 주기를 카운트한다. 따라서, 이러한 리셋이 발생하는 주기에 대한 카운트 값에 따라 코사인신호메모리(131) 및 사인신호메모리(132)에서 출력되는 신호의 위상이 시프트된다. 즉, ALU(151)에서 출력된 위상차에 해당하는 카운트 값에 따라 코사인신호메모리(131) 및 사인신호메모리(132)의 위상차가 보정된다.
위상차보정부(150)에 의해 위상이 시프트되어 코사인신호메모리(131) 및 사인신호메모리(132)로부터 출력되는 신호는 다음의 수학식 13과 같다.
Figure 112004059630472-pat00014
여기서, "θ"는 수학식 12에 나타낸 ALU(141)의 출력신호에 해당한다.
이어서, 신호출력부(170)는 상기한 위상차검출부(130)에 의해 검출된 위상차에 따라 위상차보정부(150)에 의해 위상차가 보정되어 코사인신호메모리(131)에서 출력된 코사인 신호에 대해 워블신호의 2차 고조파 신호를 곱하고 적분하여 제1래치(137)로부터 출력된 신호에 대해 그 부호를 판별하여 "0" 또는 "1"을 나타내는 신호를 출력한다(S240).
수학식 1에서 "φ=π/6"인 경우를 예를 들면, 덧셈기(117)의 출력을 나타내는 수학식 4는 "0.5sin(2ωkT+π/6)"이 되고, 위상차출력기(141)에서 출력되는 신호는 수학식 11에 따라 "arctg|tg(π/6+π/2)|=π/3"이 된다.
따라서, ALU(20)에서 출력되는 신호는 "α>0, β>0"이므로 수학식 12에 따라 "π/6ωT"이 되고, 위상차 보정에 따라 위상이 시프트되어 코사인신호메모리(131)에서 출력되는 신호는 "cos(2ω(k-π/6ωT)T)=cos(2ωkT-π/3)=sin(2ωkT+π/6)"에 해당한다. 즉, 코사인신호메모리(131)에서 출력되는 신호는 톱니파 워블의 2차 고조파와 위상이 일치하게 되어, 도 4의 신호 (d)에 도시된 바와 같이 곱셈기(133)에서 출력되는 신호는 음의 성분을 포함하지 않으며, 이에 따라 적분기(135)에서 출 력된 신호에서는 검출 에러가 거의 발생하지 않는다.
검출되는 위상차 "φ"의 변화량은 극히 미미하여 기준 톱니파 워블 및 그 직후에 나타나는 톱니파 워블은 동일한 위상을 가지므로 본 발명에 따른 검출방식은 코히런트 방식에 해당한다.
따라서, 본 발명에 따른 톱니파 워블 검출 방식은 종래 기술에 비해 상당히 낮은 비트 에러율을 가지며, 톱니파 워블의 2차 고조파를 이용한 코히런트 검출에 따라 종래 기술에 비해 낮은 위상 에러율을 갖는다.
본 발명에 따르면 워블 신호의 2차 고조파 성분의 제곱 성분에 대한 코히런트 검출 방식을 적용하여 위상차를 검출하여 위상 에러가 최소화되고 검출 정확도가 높아진다. 따라서, 검출 에러가 최소화되고 잡음을 톱니파 워블의 검출 성능이 향상된다.

Claims (20)

  1. 입력된 워블 신호로부터 저조파 성분을 제거하고 2차 고조파 신호를 출력하는 저조파제거부;
    상기 저조파제거부에서 출력된 상기 2차 고조파 신호와 동일한 주파수를 갖는 코사인 신호 및 사인 신호를 생성하고, 상기 2차 고조파 신호와의 위상차를 검출하는 위상차검출부;
    검출된 상기 위상차를 카운트하고 이에 따라 상기 코사인 신호 및 상기 사인 신호의 위상을 시프트하여 상기 위상차를 보정하도록 하는 위상차보정부; 및
    위상차가 보정된 상기 코사인 신호와 상기 2차 고조파 신호의 곱을 적분하고 부호를 판별하여 톱니파 워블 검출신호를 출력하는 신호출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저조파제거부는,
    입력된 상기 워블 신호에 포함된 DC 성분을 적분하는 제1적분기;
    입력된 상기 워블 신호에서 적분된 상기 DC 성분을 뺄셈하여 제거하는 뺄셈기;
    상기 뺄셈기로부터 출력된 신호를 소정 시간 지연하는 지연기; 및
    상기 뺄셈기로부터 출력된 신호와 상기 지연기에서 출력된 신호를 덧셈하여 1차 고조파 성분을 제거하는 덧셈기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상차검출부는,
    상기 2차 고조파 신호와 동일한 주파수의 상기 코사인 신호를 생성하는 코사인신호메모리;
    상기 코사인 신호를 상기 2차 고조파 신호와 곱셈하는 제1곱셈기;
    상기 제1곱셈기에서 출력된 신호를 적분하는 제2적분기; 및
    상기 제2적분기에서 출력된 신호를 소정 시간 저장하는 제1래치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1래치는 상기 톱니파 워블의 주기에 해당하는 시간 동안 상기 제2적분기에서 출력되는 신호를 저장하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 위상차보정부는, 상기 위상차를 카운트하여 생성된 카운트값을 상기 코사인신호메모리로 입력하여 상기 카운트값에 따라 상기 코사인 신호의 위상을 시프트하도록 하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 신호출력부는, 상기 제1곱셈기에서 상기 2차 고조파 신호와 상기 위상차 보정에 따라 시프트된 상기 코사인 신호의 곱셈이 수행되고, 상기 제2적분기에서 적분되어 상기 소정 시간 동안 상기 제1래치에 저장되면, 상기 제1래치에서 출력된 신호에 대한 부호를 판별하여 상기 톱니파 워블 검출신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 위상차검출부는,
    상기 2차 고조파 신호와 동일한 주파수의 상기 사인 신호를 생성하는 사인신호메모리;
    상기 사인 신호를 상기 2차 고조파 신호와 곱셈하는 제2곱셈기;
    상기 제2곱셈기에서 출력된 신호를 적분하는 제3적분기; 및
    상기 제3적분기에서 출력된 신호를 소정 시간 저장하는 제2래치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 위상차검출부는,
    상기 제2래치에서 출력된 신호를 상기 제1래치에서 출력된 신호로 나눗셈하는 나눗셈기; 및
    상기 나눗셈기에서 출력된 신호에 대한 아크탄젠트(Arctangent) 신호를 상기 위상차로서 출력하는 위상차출력기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상차보정부는,
    상기 워블 신호로 나누어지는 주파수를 갖는 주기 신호를 생성하는 PLL; 및
    상기 주기 신호에 기초하여 상기 위상차를 카운트하는 카운터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 톱니파 워블 검출신호는, 위상차가 보정된 상기 코사인 신호와 상기 2차 고조파 신호의 곱을 적분한 적분값의 부호에 따라 이진값을 갖는 것을 특징으로하는 워블 정보 검출장치.
  11. 입력된 워블 신호로부터 저조파 성분을 제거하고 2차 고조파 신호를 출력하는 단계;
    상기 2차 고조파 신호와 동일한 주파수를 갖는 코사인 신호 및 사인 신호를 생성하고, 상기 2차 고조파 신호와의 위상차를 검출하는 단계;
    검출된 상기 위상차를 카운트하고 이에 따라 상기 코사인 신호 및 상기 사인 신호의 위상을 시프트하여 상기 위상차를 보정하는 단계; 및
    위상차가 보정된 상기 코사인 신호와 상기 2차 고조파 신호의 곱을 적분하고 부호를 판별하여 톱니파 워블 검출신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 저조파 제거 단계는,
    입력된 상기 워블 신호에 포함된 DC 성분을 적분하는 단계; 및
    입력된 상기 워블 신호로부터 적분된 상기 DC 성분을 뺄셈하여 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 저조파 제거 단계는,
    상기 워블 신호를 소정 시간 지연하는 단계; 및
    상기 워블 신호에 소정 시간 지연된 상기 워블 신호를 덧셈하여, 1차 고조파 성분을 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 위상차 검출단계는,
    상기 2차 고조파 신호와 동일한 주파수의 상기 코사인 신호를 생성하는 단계;
    상기 코사인 신호를 상기 2차 고조파 신호와 곱셈하는 단계; 및
    상기 코사인 신호와 상기 2차 고조파 신호의 곱을 적분하여 제1 적분 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 적분 신호를 소정 시간 저장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 저장 단계는, 상기 톱니파 워블의 주기에 해당하는 시간 동안 상기 제1 적분 신호를 저장하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 검출신호 출력 단계는, 상기 위상차 보정 단계에서 시프트된 상기 코사인 신호와 상기 2차 고조파 신호에 대한 곱셈을 수행하고, 적분하여 제2 적분 신호를 생성하고, 상기 제2적분 신호의 부호를 판별하여 상기 톱니파 워블 검출신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 톱니파 워블 검출신호는, 상기 제2 적분 신호의 부호에 따라 이진값을 갖는 것을 특징으로하는 워블 정보 검출방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 위상차 검출단계는,
    상기 2차 고조파 신호와 동일한 주파수의 상기 사인 신호를 생성하는 단계;
    상기 사인 신호를 상기 2차 고조파 신호와 곱셈하는 단계;
    상기 사인 신호와 상기 2차 고조파 신호의 곱을 적분하여 제3적분 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제3 적분 신호를 소정 시간 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 위상차 검출단계는,
    상기 제3적분 신호를 상기 제1 적분 신호로 나누어 탄젠트(Tangent) 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 탄젠트 신호에 대한 아크탄젠트(Arctangent) 신호를 상기 위상차로서 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 위상 보정 단계는,
    상기 워블 신호로 나누어지는 주파수를 갖는 PLL 주기 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 PLL 주기 신호에 기초하여 상기 위상차를 카운트하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워블 정보 검출방법.
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