KR100700816B1

KR100700816B1 - 아날로그/디지털 변환 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100700816B1
Application number: KR1020000006645A
Authority: KR
Inventors: 안성근
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2000-02-12
Filing date: 2000-02-12
Publication date: 2007-03-27
Also published as: KR20010083412A

Abstract

본 발명은 광디스크 장치 등과 디지털 신호 처리에 적합한 A/D변환 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명의 A/D 변환 방법은 아날로그 신호를 샘플링하는 단계와, 샘플링 단계에서 샘플링된 샘플치들의 최대값과 최소값을 검출하는 단계와, 샘플치가 그 중심값 이상인 경우 그 중심값을 고정한 상태로 상기 샘플치들의 최대값이 목표 레인지의 최대값이 되게 하고 그 중심값 이하인 경우에는 상기 샘플치들의 최소값이 상기 목표 레인지의 최소값이 되도록 선형적으로 상기 샘플치를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 아날로그 신호의 샘플치를 조정하여 비트 해상도를 높일 수 있게 된다.

Description

아날로그/디지털 변환 방법 및 장치{Method And Apparatus of Converting Anolog to Digital}

도 1은 비트 해상도가 6.8비트인 아날로그 신호와 8비트인 아날로그 신호가 비교 도시한 그래프.

도 2는 아날로그 신호의 비트 해상도가 8비트가 되지 못하는 경우 이를 선형적으로 8비트가 되도록 가변하는 방법을 설명하기 위한 그래프.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 아날로그/디지털 변환 장치를 나타낸 블록도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

2 : 최대치 검출기 4 : 스케일 업 유닛

6 : 제1 감산기 8 : 제2 승산기

10 : 가산기 12 : 최소치 검출기

14 : 제2 감산기 16 : 스케일 로우 유닛

18 : 제2 승산기 20 : 비교기

22 : 멀티플렉서

본 발명은 아날로그/디지털(Anolog to Digital; 이하, A/D라 함) 변환 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 광디스크 장치 등과 디지털 신호 처리에 적합한 A/D변환 방법 및 장치에 관한 것이다.

파장이 짧은 광빔을 발생하는 광원이 등장하고 고용량에 대한 요구가 커지면서 광디스크의 기록밀도가 증대되고 있다. 고밀도 광디스크에서는 트랙피치와 피트의 길이들이 감소함에 따라 읽어들이는 전기적 신호에서 신호들간의 간섭이 불가피해지므로 이들을 고려한 재생신호처리 기법들이 등장하고 있다. 이중 대표적인 것으로 PRML(Partial Response Maximum Likelihood) 기법이 있다. PR은 고밀도 디스크 기록/재생 장치들에서 디스크들의 물성 특성에 대한 대역 차단 효과를 극복하기 위하여 ML 검출 방법과 결합되어 사용되게 되었다. 광 기록/재생 장치에 적용되는 PR은 단위길이(1T)의 펄스(피트)에 대한 광디스크 채널의 응답 특성을 나타내는 것으로 응답파형의 형태에 따라 PR(1, 1), PR(1, 2, 1) 등으로 분류되고 있다. 특히, 20Gbyte 이상의 고밀도 광디스크에서는 4∼5 심볼들이 간섭을 주는 PR(1, 1, 1, 1)이나 PR(1, 1, 1, 1, 1)이 적합하다. PR(1, 1, 1, 1)의 경우에는 4개의 심볼들이 간섭을 하므로 실제 심볼 1, 0이 있을 때 입력심볼 a_k가 1, 0이라 할때 가능한 출력은 z_k=a_k+a_k-1+a_k-2+a_k-3이 되어 0에서 4까지의 값을 가지게 된다. 다시 말하여, 출력신호는 5개의 레벨로 나타나게 된다. 따라서, 디스크의 재생신호는 이 5개의 레벨 중에 어느 레벨에 가장 가까운 가로 신호를 검출하게 된다. 그런데 이 5개의 레벨은 상수로 고정되어 있지만 재생되는 신호는 처리과정에서 크기가 줄어서 5개 보다 작은 갯수의 레벨로 구별되는 문제가 발생하게 된다. 결과적으로, A/D 변환의 비트 해상도(Bit Resolution)가 줄어들게 됨에 따라 데이터 검출 도중 정보를 잃어버리게 되어 비트에러율(Bit Error Date)이 높아지게 된다. 이에 따라, 신호의 폭이 가변함에 따라 기준레벨도 이에 맞추어 가변하는 것이 필요하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 아날로그 신호 폭을 일정하게 함으로써 비트 해상도를 높일 수 있는 A/D 변환 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 A/D 변환 방법은 아날로그 신호를 샘플링하는 단계와, 샘플링 단계에서 샘플링된 샘플치들의 최대값과 최소값을 검출하는 단계와, 샘플치가 그 중심값 이상인 경우 그 중심값을 고정한 상태로 상기 샘플치들의 최대값이 목표 레인지의 최대값이 되게 하고 그 중심값 이하인 경우에는 상기 샘플치들의 최소값이 상기 목표 레인지의 최소값이 되도록 선형적으로 상기 샘플치를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 A/D 변환 장치는 아날로그 신호를 샘플링하는 샘플링 수단과, 샘플링 수단으로부터의 샘플치들의 최대값을 검출하는 최대값 검출수단과, 샘플링수단으로부터의 샘플치들의 최소값을 검출하는 최소값 검출수단과, 샘플링수단으로부터 샘플치가 그 샘플치들의 중심값 이상인 경우 그 중심값을 고정한 상태로 샘플치들의 최대값이 목표 레인지의 최대값이 되게 하고 그 중심값 이하인 경우 샘플치들의 최소값이 상기 목표 레인지의 최소값이 되도록 선형적으로 상기 샘플치를 조정하는 샘플치 조정수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 비트 해상도가 6.8비트인 아날로그 신호와 8비트인 아날로그 신호가 비교 도시되어 있다. 도 1에서 점선은 광디스크에서 읽어들인 재생신호를 8비트 샘플링으로 디지트한 값을 나타낸 것이다. 이 경우, 재생신호는 10진수로 0에서 255 사이의 범위에 있어야 하나 샘플링 후 클락복원 등을 거치면서 실제로는 8비트가 되지 못하고 등가적으로 직류레벨을 가진 6.8비트 정도의 해상도를 가지게 된다. 다시 말하여, 샘플링 값들은 60∼170 정도가 된다. 한편, PR(1, 1, 1, 1)의 레벨 0, 1, 2, 3, 4는 8비트일 때 샘플치가 25, 75, 125, 175, 225로 되어 있으므로 이들을 60∼170 사이에서 5개 레벨로 가변시킬 수도 있으나 이렇게 하더라고 비트 해상도가 낮은 상태이므로 데이터 검출 중 정보를 잃어버리게 되어 비트 에러율이 높아지게 된다. 또한, 신호를 그대로 두고 로직이 그에 맞추어지면 신호에 따라 처리해야하는 비트수가 가변적이 되어 검출단의 설계가 훨씬 복잡해지게 된다. 따라서, 샘플링 레벨은 그대로 둔 채 아날로그 신호를 선형적으로 8비트 해상도를 가지게끔 변환하는 것이 유리하다. 도 1에서 실선은 6.8비트 해상도를 가지는 아날로그 신호를 선형적으로 8비트 해상도를 가지는 아날로그 신호로 가변한 파형을 나타낸 것이다. 비트 해상도가 8비트일 때의 비트에러율은 비트 해상도가 6.8비트일 때의 비트에러율 보다 100배 이상 좋아지는 효과가 있다.

도 2는 아날로그 신호의 비트 해상도가 8비트가 되지 못하는 경우 이를 선형적으로 8비트가 되도록 가변하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 먼저, 샘플 값이 128보다 큰 경우 샘플 128은 그대로 128이 되도록 하고 샘플의 최대값은 255가 되도록 선형적으로 증가시키게 된다. 이렇게 하면, 샘플들을 구별할 수 있는 간격이 늘어나서 비트해상도가 커지면서 제로 크로싱되는 128은 그대로 있으므로 샘플들의 정보를 잃어버리지 않게 된다. 여기서, 샘플값을 y_k라 할 때 그 샘플값(y_k)이 128보다 큰 경우의 출력값(output)은 다음 수학식 1과 같다

상기 수학식 1과 같이 샘플값(y_k)이 128보다 크면 샘플 레인지(range)를 128에서 255가 되도록 증가시키게 된다. 한편, 샘플값(y_k)이 128보다 작은 경우의 출 력값(output)은 다음 수학식 2와 같이 샘플 레인지를 0에서 128까지 증가시키게 된다.

상기 수학식 1 및 2에 의해 출력은 0에서 255 사이의 범위가 되므로 그 다음의 재생신호 처리과정에서 정보를 잃어버리지 않고 데이터를 검출하는데 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 A/D 변환 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도 3은 A/D 변환 장치는 재생신호 샘플을 입력하여 최대치 및 최소치 각각을 검출하기 위한 최대치 검출기(2) 및 최소치 검출기(12)와, 최대치 검출기(2)에 접속된 제1 스케일 업 유닛(Scale Up Unit)(4) 및 제1 감산기(6)와, 스케일 업 유닛(4) 및 제1 감산기(6)에 공통 접속된 제1 승산기(8)와, 제1 승산기(8)에 접속된 가산기(10)와, 최소치 검출기(12)에 접속된 스케일 로우 유닛(Scale Low Unit)(16) 및 제2 감산기(14)와, 스케일 로우 유닛(16) 및 제2 감산기(14)에 공통 접속된 제2 승산기(18)와, 제1 및 제2 승산기(18)의 출력을 비교기(20)의 출력에 따라 절환하기 위한 멀티플렉서(22)를 구비한다. 최대치 검출기(2)는 재생신호를 샘플링하여 입력되어지는 재생신호 샘플(y_k)을 입력하여 최대치를 검출하게 된다. 스케일 업 유닛(4)은 최대치 검출기(2)로부터의 최대치(MAX)를 이용하여 도 2에 도시된 바와 같은 128보다 클 때의 제1 기울기, 즉 127/(MAX-128)를 검출하게 된다. 이 경우, 스케일 업 유닛(4)을 연산회로로 구성하는 경우 처리속도가 대단히 늦어지게 되므로 테이블 형태로 해당하는 값을 저장하고 있다가 입력되는 최대치에 따라 해당하는 값을 선택하여 출력하게 된다. 제1 감산기(6)는 입력되는 재생신호 샘플(y_k)과 최대치 검출기(2)로부터의 최대치(MAX)를 감산(MAX-y_k)하여 출력한다. 제1 승산기(8)는 스케일 업 유닛(4)으로부터의 제1 기울기(127/(MAX-128))와 제1 감산기(6)로부터의 출력(MAX-y_k)을 승산하여 출력하고, 가산기(10)는 제1 승산기(8)로부터의 출력치({127/(MAX-128)}*(MAX-y_k))를 255와 가산하여 출력하게 된다. 최소치 검출기(12)는 재생신호 샘플(y_k)을 입력하여 최소치(MIN)를 검출하게 된다. 스케일 로우 유닛(16)은 최소치 검출기(12)로부터의 최소치(MIN)를 이용하여 도 2에 도시된 바와 같은 128보다 작을 때의 제2 기울기, 즉 128/(128-MIN)를 검출하게 된다. 이 스케일 로우 유닛(16)도 테이블 형태로 해당하는 값을 저장하고 있다가 입력되는 최소치에 따라 해당하는 값을 선택하여 출력하게 된다. 제2 감산기(14)는 입력되는 재생신호 샘플(y_k)과 최소치 검출기(12)로부터의 최소치(MIN)를 감산(y_k-MIN)하여 출력한다. 제2 승산기(18)는 스케일 로우 유닛(16)로부터의 제2 기울기(128/(128-MIN))와 제2 감산기(14)로부터의 출력(y_k-MIN)을 승산하여 출력하게 된다. 비교기(20)는 외부로부터 입력되는 재생신호 샘플(y_k)이 기준치인 128 보다 큰지 또는 작은지를 검출하게 된다. 멀티플렉서(22)는 비교기(20)의 출력신호에 따라 가산기(10)와 제2 승산기(18)의 출력을 선택적으로 절환하게 된다. 다시 말하여, 멀티플렉서(22)는 재생신호의 샘플(y_k)이 128보다 큰 경우 가산기(10)의 출력을 선택하여 출력심볼(output)로 출력하게 되고, 재생신호의 샘플(y_k)이 128보다 작은 경우 제2 승간기(18)의 출력을 선택하여 출력심볼(output)로 출력하게 된다.

이와 같이, 비트 해상도를 8비트로 증가시키는 경우 비트에러율은 비트 해상도가 6.8비트일 때의 비트에러율 보다 100배 이상 좋아지는 효과가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 A/D 변환 방법 및 장치에서는 아날로그 샘플치를 8비트 해상도를 가지게끔 선형적으로 가변시킴으로써 비트에러율을 감소시킬 수 있게 된다. 이에 따라, 후속의 디지털신호 처리과정에서 정보를 잃어버리지 않고 데이터를 검출하는데 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims

아날로그 신호를 샘플링하는 단계와,

상기 샘플링 단계에서 샘플링된 샘플치들의 최대값과 최소값을 검출하는 단계와,

상기 샘플치가 그 중심값 이상인 경우 그 중심값을 고정한 상태로 상기 샘플치들의 최대값이 목표 레인지의 최대값이 되게 하고 그 중심값 이하인 경우에는 상기 샘플치들의 최소값이 상기 목표 레인지의 최소값이 되도록 선형적으로 상기 샘플치를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그/디지탈 변환 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 목표레인지의 최대값을 O_max, 목표레인지의 최소값을 O_min, 상기 샘플치의 중간값을 S_cnt, 상기 샘플치를 y_k, 상기 샘플치들의 최대값을 S_max, 상기 샘플치들의 최소값을 S_min,이라 가정하는 경우,

상기 샘플치(y_k)가 상기 중심값(R_cnt) 이상인 경우 조정된 샘플치 output은

이고, 상기 샘플치(y_k)가 상기 중심값(R_cnt) 보다 작은 경우 조정된 샘플치 output은

인 것을 특징으로 하는 아날로그/디지털 변환 방법.
아날로그 신호를 샘플링하는 샘플링 수단과,

상기 샘플링 수단으로부터의 샘플치들의 최대값을 검출하는 최대값 검출수단과,

상기 샘플링수단으로부터의 샘플치들의 최소값을 검출하는 최소값 검출수단과,

상기 샘플링수단으로부터 샘플치가 그 샘플치들의 중심값 이상인 경우 그 중심값을 고정한 상태로 샘플치들의 최대값이 목표 레인지의 최대값이 되게 하고 그 중심값 이하인 경우 샘플치들의 최소값이 상기 목표 레인지의 최소값이 되도록 선형적으로 상기 샘플치를 조정하는 샘플치 조정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 아날로그/디지탈 변환 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 샘플치 조정수단은

상기 목표레인지의 최대값을 O_max, 목표레인지의 최소값을 O_min, 상기 샘플치의 중간값을 S_cnt, 상기 샘플치를 y_k, 상기 샘플치들의 최대값을 S_max, 상기 샘플치들 의 최소값을 S_min, 조정된 샘플치를 output라 가정하는 경우,

상기 샘플치(y_k)가 상기 중심값(R_cnt) 이상인 경우

와 같이 그 샘플치(y_k)를 조정하고, 상기 샘플치(y_k)가 상기 중심값(R_cnt) 보다 작은 경우

와 같이 그 샘플치(y_k)를 조정하는 것을 특징으로 하는 아날로그/디지털 변환 장치.