KR20000008997A - 스핀들 모터 제어장치 - Google Patents

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Abstract

광 디스크 재생 장치의 스핀들 모터를 제어하기 위한 제어 신호를 모터 구동부에 공급하는 모터 제어 장치를 제공한다.
발명의 모터 제어 장치는 디스크에 기록된 신호를 재생하는 과정에서 발생되는 프레임 동기 신호와 시스템 클럭을 받아들이고, 상기 프레임 동기 신호와 시스템 클럭으로부터 위상차를 검출하는 위상차 검출수단; 상기 프레임 동기 신호와 시스템 클럭을 받아들이고, 상기 프레임 동기 신호와 시스템 클럭으로부터 주파수차를 검출하는 주파수차 검출수단; 상기 위상차 및 상기 주파수차를 각각 펄스폭변조하여 펄스폭변조된 위상차 신호 및 펄스폭변조된 주파수차 신호를 각각 발생하는 제1 및 제2 펄스폭변조부; 상기 펄스폭변조된 위상차 신호 및 상기 펄스폭변조된 주파수차 신호를 가산하고 적분하여, 적분된 신호를 출력하는 가산 및 적분 회로; 양의 입력단자로 상기 적분된 신호를 받아들이고, 상기 적분된 신호를 증폭하여 증폭된 신호를 모터 제어 신호로써 출력하는 차동 증폭부; 상기 증폭부의 출력단자와 음의 입력단자 사이에 연결되어 있는 필터; 상기 증폭부의 음의 입력단자와 소정의 제1 기준전압 레벨 사이에 연결되는 이득 제어부;를 포함한다.

Description

스핀들 모터 제어 장치
본 발명은 광 디스크 재생 장치의 스핀들 서보에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스핀들 모터 제어를 위한 제어 신호 발생 장치에 관한 것이다.
광 디스크 재생 장치 내의 신호처리 속도가 빨라지고 서보의 성능이 향상됨에 따라, 보다 고속으로 동작하는 광 디스크 재생 장치가 지속적으로 개발되고 있다. 본 특허출원이 행해지는 시점에 있어서는, 예컨대 32배속 콤팩트 디스크 롬(CD_ROM) 재생 장치나 4배속 디지틀 비디오 디스크 롬(DVD-ROM) 재생 장치의 등장이 목전에 있다.
이와 같이 시스템이 고속으로 동작하기 위해서는, 스핀들 모터의 토크를 크게 하는 것과 아울러 스핀들 모터의 토크 리플(Torque Ripple) 및 디스크 편심의 영향을 최대한으로 억제해야만 한다. 또한, 랜덤 액세스 속도를 증가시킬 수 있도록 하기 위해서는, 스핀들 모터의 속도를 용이하게 가변시킬 수 있어야 한다. 모터의 토크를 크게 하기 위해 더욱 큰 모터를 사용할 수 있지만, 이것은 필연적으로 시스템의 원가를 상승시키게 된다. 따라서, 크기가 작은 종래의 모터를 사용하면서 랜덤 액세스 시간을 단축시킬 수 있는 방안이 요구된다.
광디스크 재생 장치에 사용되는 일반적인 스핀들 서보가 도 1에 도시되어 있다. 모터 제어부(10)는 시스템 클럭(CLK)과 프레임 동기 신호(WFCK)를 받아들이고, 스핀들 모터의 속도를 가변시키기 위한 모터 제어 신호를 출력한다. 모터 구동부(12)는 상기 모터 제어 신호를 받아들이고, 이 신호에 따라 모터(16)를 구동한다.
도 1의 모터 제어부(10)의 보다 구체적인 회로의 예가 도 2에 나타나 있다.
제1 분주기(20)는 시스템 클럭(CLK)을 받아들이고, 1/M으로 분주하여 출력한다. 제2 분주기(22)는 프레임 동기 신호(WFCK)를 받아들이고, 1/N으로 분주하여 출력한다. 위상차 검출부(24)는 제1 및 제2 분주기(20, 22)들로부터의 분주된 신호들을 받아들이고, 분주된 신호들로부터 시스템 클럭(CLK)과 프레임 동기 신호(WFCK)간의 위상차를 검출하여 출력한다. 제1 펄스폭변조부(26)는 위상차 검출부(24)로부터의 위상차 신호를 받아들이고 위상차 신호를 펄스폭변조한다. 주파수차 검출부(28)는 시스템 클럭(CLK)과 프레임 동기 신호(WFCK)간의 주파수차를 검출하여 출력한다. 제2 펄스폭변조부(30)는 주파수차 검출부(28)로부터의 주파수차 신호를 받아들이고 주파수차 신호를 펄스폭변조한다. 가산 및 적분회로(32)는 제1 및 제2 펄스폭변조부(26, 30)로부터의 펄스폭변조 신호들을 가산하고 적분한다.
한편, 증폭기(34)는 가산 및 적분회로(32)의 출력 신호를 증폭하여, 증폭된 신호를 제어 신호로써 도 1의 모터 구동부(12)로 출력한다. 증폭기(34)의 외부에 구비된 보상회로(36)는 RC 필터로 구성되며, 편심이 있는 디스크에 대응하고 토크 리플을 억압할 수 있도록 하기 위해 서보 시스템의 루프 이득을 보상한다. 스위치(38)는 외부 제어 신호(OFFC)에 응답하여 증폭기(34)의 양의 입력단자를 강제로 기준전압(VREF)으로 고정시키게 된다. 상기 외부 제어 신호(OFFC)는 광 디스크 시스템의 마이크로컨트롤러(미도시)로부터 입력되는 신호로써 모터를 정지시키고자 할 때 활성화된다.
그런데, 도 2에 도시된 종래의 모터 제어부에서, 제1 및 제2 펄스폭변조부(26, 30)는 각각 입력되는 위상차 및 주파수차신호를 0 데시벨(dB), -6 dB, -12 dB 및 -18 dB 중 어느 하나의 레벨로 근사시켜 펄스폭변조를 수행한다. 이에 따라 모터 구동부(20)로 출력되는 제어 신호가 4가지 종류로 한정되게 된다. 이처럼 제어 신호의 값의 종류가 한정되어 있기 때문에, 고배속 동작시에 특히 랜덤 액세스에 있어서 스핀들 모터에 대한 제어 속도가 높지 않은 단점이 있다. 또한 디스크 편심량이나 토크 리플에 대한 대응도 불완전한 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 랜덤 액세스에 있어서 스핀들 모터 제어 속도가 빠르고, 디스크 편심량 및 토크 리플에 대해 보다 완전하게 대응할 수 있는 모터 제어 장치를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
도 1은 일반적인 스핀들 서보의 블록도이다.
도 2는 종래의 스핀들 모터 제어 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명에 의한 모터 제어 장치의 바람직한 실시예를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 표시된 각 신호들의 예를 보여주는 파형도이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 모터 제어 장치는 디스크에 기록된 신호를 재생하는 과정에서 발생되는 프레임 동기 신호와 시스템 클럭을 받아들이고, 상기 프레임 동기 신호와 시스템 클럭으로부터 위상차를 검출하는 위상차 검출수단; 상기 프레임 동기 신호와 시스템 클럭을 받아들이고, 상기 프레임 동기 신호와 시스템 클럭으로부터 주파수차를 검출하는 주파수차 검출수단; 상기 위상차 및 상기 주파수차를 각각 펄스폭변조하여 펄스폭변조된 위상차 신호 및 펄스폭변조된 주파수차 신호를 각각 발생하는 제1 및 제2 펄스폭변조부; 상기 펄스폭변조된 위상차 신호 및 상기 펄스폭변조된 주파수차 신호를 가산하고 적분하여, 적분된 신호를 출력하는 가산 및 적분 회로; 양의 입력단자로 상기 적분된 신호를 받아들이고, 상기 적분된 신호를 증폭하여 증폭된 신호를 모터 제어 신호로써 출력하는 차동 증폭부; 상기 증폭부의 출력단자와 음의 입력단자 사이에 연결되어 있는 필터; 상기 증폭부의 음의 입력단자와 소정의 제1 기준전압 레벨 사이에 연결되는 이득 제어부;를 포함한다.
상기 위상차 검출부 및 상기 주파수 검출부의 펄스폭변조 스텝 수는 종래에 비해 확대되는데, 바람직한 실시예에 있어서 상기 스텝 수는 8의 값을 각각 가진다. 상기 증폭기의 이득은 외부적으로 조정될 수 있으며, 필터의 차단 주파수 또한 외부적으로 제어할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 모터 제어 장치의 바람직한 실시예를 보여주는 도면이다. 도 2의 모터 제어 장치는 제1 분주기(40), 제2 분주기(42), 위상차 검출부(44), 제1 펄스폭변조부(46), 주파수차 검출부(48), 제2 펄스폭변조부(50), 레벨 쉬프터(52), 가산 및 적분 회로(54), 증폭기(56), RC 필터(58), 이득 제어부(60) 및 스위치(62)를 포함한다.
제1 분주기(40)는 시스템 클럭(CLK)을 받아들이고, 1/M으로 분주하여 출력한다. 제2 분주기(42)는 프레임 동기 신호(WFCK)를 받아들이고, 1/N으로 분주하여 출력한다. 상기 프레임 동기 신호(WFCK)는 디스크로부터 독출된 신호를 EFM복조할 때 생성할 때 검출되는 신호로써, 콤팩트 디스크(CD)의 경우 7.35 KHz의 주파수를 가지고 디지털 비디오 디스크(DVD)의 경우 17.58 KHz의 주파수를 가진다. 또한, 상기 상수들 M과 N은 디스크 종류에 따라 정해지며, 외부의 마이크로컨트롤러에 의해 설정된다.
위상차 검출부(44)는 제1 및 제2 분주기(40, 42)들로부터의 분주된 신호들을 받아들이고, 분주된 신호들로부터 시스템 클럭(CLK)과 프레임 동기 신호(WFCK)간의 위상차(P_ERR)를 검출하여 출력한다. 제1 펄스폭변조부(46)는 위상차 검출부(44)로부터의 위상차 신호(P_ERR)를 받아들이고 펄스폭변조하여 펄스폭변조 신호(PWMP)를 출력한다. 주파수차 검출부(48)는 시스템 클럭(CLK)과 프레임 동기 신호(WFCK)간의 주파수차(F_ERR)를 검출하여 출력한다. 제2 펄스폭변조부(50)는 주파수차 검출부(48)로부터의 주파수차 신호(F_ERR)를 받아들이고 펄스폭변조하여 펄스폭변조 신호(PWMF)를 출력한다. 본 실시예에 있어서, 제1 및 제2 펄스폭변조부(46, 50)는 각각 입력되는 위상차 및 주파수차신호를 -24 dB, -18 dB, -12 dB, 6 dB, 0 dB, -6 dB, -12 dB 및 -18 dB 의 8 단계 중 어느 하나의 레벨로 근사시켜 펄스폭변조를 수행한다.
레벨 쉬프터(52)는 4개의 저항들(Rb)로 구성된다. 각각 직렬연결된 2개의 저항들은 전원전압 레벨(VDD) 및 접지 사이에 연결되어 있으며, 중간 탭들이 각각 제1 및 제2 펄스폭변조부들(46, 50)의 출력단자에 연결되어 있다. 이에 따라, 펄스폭변조 신호들(PWMP, PWMF)의 기준전압 레벨은 VDD/2로 일정하게 유지된다. 가산 및 적분회로(54)는 레벨 쉬프터(52)를 통해 출력되는 펄스폭변조신호들(PWMP, PWMF)을 가산하고 적분한다.
증폭기(56)는 가산 및 적분회로(54)의 출력 신호를 증폭하여 증폭된 신호를 제어 신호(OUT)로써 외부의 모터 구동부로 출력함으로써, 모터 구동부가 이 제어신호(OUT)에 따라 모터를 구동하게 한다. 스위치(62)는 외부 제어 신호(OFFC)에 응답하여 증폭기(56)의 양의 입력단자를 강제로 기준전압(VREF2)으로 고정시키게 된다. 상기 외부 제어 신호(OFFC)는 광 디스크 시스템의 마이크로컨트롤러로부터 입력되는 신호로써 모터를 정지시키고자 할 때 활성화된다.
RC 필터(58)는 일 단자가 증폭기(56)의 출력단자에 연결되어 있고, 타 단자가 증폭기(56)의 음의 입력단자에 연결되어 있다. 병렬연결되어 있는 저항(R1) 및 캐패시터(C1)와, 스위치들(S1, S2)에 의해 상기 저항(R1) 및 캐패시터(C1)에 선택적으로 병렬연결되는 캐패시터들(C2, C3)을 포함한다. 이러한 RC 필터(58)는 서보 시스템의 루프 이득을 보상하여, 편심이 있는 디스크에 대응할 수 있게 하고 토크 리플을 억압할 수 있도록 한다.
이득 제어부(60)는 병렬연결된 세 개의 저항들(R2, R3, R4)과 상기 세 개의 저항들(R2, R3, R4) 각각이 기준전압(VREF1)과 증폭기(56)의 음의 입력단자에 선택적으로 연결되게 하는 스위치들(S3, S4, S5)로 구성된다.
도 4는 도 3의 표시된 각 신호들의 예를 보여주는 파형도로서, 도 4(a)는 프레임 동기 신호(WFCK)를, 도 4(b)는 시스템 클럭(CLK)을, 도 4(c)는 주파수차 신호(F_ERR)를, 도 4(d)는 펄스폭변조된 주파수차 신호(PWMF)를, 도 4(e)는 분주된 프레임 동기 신호(WFCK/N)를, 도 4(f)는 분주된 시스템 클럭(CLK/M)을, 도 4(g)는 위상차 신호(P_ERR)를, 도 4(g)는 펄스폭변조된 위상차 신호(PWMP)를, 도 4(i)는 제어 신호(OUT)를 각각 보여준다.
도 4를 참조하여, 도 3의 모터 제어 장치의 동작을 설명한다.
주파수차 검출부(48)는 도 4(a)의 프레임 동기 신호(WFCK)와 도 4(b)의 시스템 클럭(CLK)간의 주파수차 신호(F_ERR)를 검출한다. 만약 스핀들 모터가 느리게 회전하고 있는 경우 주파수차 신호(F_ERR)는 음의 값을 가지며, 스핀들 모터가 느리게 회전할수록 주파수차 신호(F_ERR)의 절대값은 더욱 커진다. 또한, 스핀들 모터가 빠르게 회전하고 있는 경우에는 주파수차 신호(F_ERR)는 양의 값을 가지며, 스핀들 모터가 빠르게 회전할수록 주파수차 신호(F_ERR)의 값은 더욱 커진다.
마찬가지로, 위상차 검출부(48)는 프레임 동기 신호(WFCK)와 시스템 클럭(CLK)간의 위상차 신호(P_ERR)를 검출한다. 만약 스핀들 모터가 느리게 회전하고 있는 경우 위상차 신호(P_ERR)는 음의 값을 가지며, 스핀들 모터가 느리게 회전할수록 위상차 신호(P_ERR)의 절대값은 더욱 커진다. 또한, 스핀들 모터가 빠르게 회전하고 있는 경우에는 위상차 신호(P_ERR)는 양의 값을 가지며, 스핀들 모터가 빠르게 회전할수록 위상차 신호(P_ERR)의 값은 더욱 커진다.
주파수차 신호(F_ERR) 및 위상차 신호(P_ERR)는 가산 및 적분회로(54)에 의해 가산되고 적분된 후, 증폭기(56)에 의해 증폭되어 제어 신호(OUT)로써 출력된다.
이득 제어부(60)에서, 스위치들(S3, S4, S5)은 신호들(SWG0, SWG1, SWG2)에 의해 선택적으로 동작한다. 상기 신호들(SWG0, SWG1, SWG2)은 마이크로컨트롤러로부터 입력된다. 신호들(SWG0, SWG1, SWG2)이 모두 디스에이블되는 경우 증폭기(56)의 이득은 1과 같은 값을 가진다. 한편, 신호들(SWG0, SWG1, SWG2)이 모두 인에이블되는 경우, 증폭기(56)의 이득은 다음 수학식 1과 같은 값을 가진다.
본 실시예에 있어서, 상기 수학식 1의 값은 8의 값을 가진다. 따라서, 신호들(SWG0, SWG1, SWG2)의 레벨에 따라 증폭기(56)의 이득은 1과 8 사이에 있는 값을 가지게 된다.
마찬가지로, RC 필터(58)에 있어서, 전체적인 등가 캐패시턴스는 신호들(SWF0, SWF1)에 따라 변하게 되며, 이에 따라 RC 필터(58)의 차단 주파수가 달라지게 된다. 신호들(SWF0, SWF1) 역시 마이크로컨트롤러로부터 입력된다. 일반적으로 모터의 토크 리플은 모터의 배속에 비례한다. 따라서, 토크 리플을 최대한 억제하기 위해서는, 설정된 배속에 따라 차단 주파수를 가변시키는 것이 바람직하다. 구체적으로, 본 발명의 모터 제어 장치에 있어서는 광디스크가 고속으로 회전할수록 차단주파수를 높게 설정함으로써 토크 리플을 최대한 억압하게 된다.
본 발명의 모터 제어 장치에 따르면, 위상차 검출부 및 주파수 검출부의 펄스폭변조 스텝 수가 확대됨으로 말미암아 종래에 비해 다양한 스핀들 모터 제어 신호를 발생할 수 있다는 효과가 있다. 또한, 증폭기의 이득을 외부적으로 조정할 수 있기 때문에, 스핀들 모터 제어 신호는 외부적으로 더욱 다양하게 할 수 있게 된다. 이에 따라 스핀들 모터의 제어 속도를 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
아울러, 필터의 차단 주파수를 외부적으로 제어할 수 있기 때문에, 모터의 회전 속도에 따라 가변하는 디스크 편심이나 토크 리플과 같은 외란 성분을 억압하는 것이 가능하다.

Claims (6)

  1. 디스크에 기록된 신호를 재생하는 과정에서 발생되는 프레임 동기 신호와 시스템 클럭을 받아들이고, 상기 프레임 동기 신호와 시스템 클럭으로부터 위상차를 검출하는 위상차 검출수단;
    상기 프레임 동기 신호와 시스템 클럭을 받아들이고, 상기 프레임 동기 신호와 시스템 클럭으로부터 주파수차를 검출하는 주파수차 검출수단;
    상기 위상차 및 상기 주파수차를 각각 펄스폭변조하여 펄스폭변조된 위상차 신호 및 펄스폭변조된 주파수차 신호를 각각 발생하는 제1 및 제2 펄스폭변조부;
    상기 펄스폭변조된 위상차 신호 및 상기 펄스폭변조된 주파수차 신호를 가산하고 적분하여, 적분된 신호를 출력하는 가산 및 적분 회로;
    양의 입력단자로 상기 적분된 신호를 받아들이고, 상기 적분된 신호를 증폭하여 증폭된 신호를 모터 제어 신호로써 출력하는 차동 증폭부;
    상기 증폭부의 출력단자와 음의 입력단자 사이에 연결되어 있는 필터;
    상기 증폭부의 음의 입력단자와 소정의 제1 기준전압 레벨 사이에 연결되는 이득 제어부;를 포함하는 모터 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 펄스폭변조부는 적어도 8 개의 펄스폭변조 스텝 수를 가지는 모터 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이득 제어부는
    각각의 일 단자가 상기 소정의 제2 기준전압 레벨에 연결되고 타 단자가 제1 스위치에 의해 선택적으로 상기 증폭부의 음의 입력단자에 연결되는 적어도 하나의 저항을 포함하는 모터 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 필터는
    제2 스위치에 의해 선택적으로 상기 증폭부의 출력단자와 음의 입력단자 사이에 연결되는 캐패시터를 포함하는 모터 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 펄스폭변조부와 상기 가산 및 적분 회로 사이에 배치되어 있으며, 상기 펄스폭변조된 위상차 신호 및 상기 펄스폭변조된 주파수차 신호의 기준전압을 일정하게 유지하기 위한 레벨 쉬프팅 회로를 더 포함하는 모터 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 증폭기의 양의 입력단자를 제2 기준전압 레벨 사이에 배치되어 있으며, 정지 제어 신호에 응답하여 선택적으로 턴온되는 정지 스위치를 더 포함하는 모터 제어 장치.
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