KR100363173B1 - 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 기록 장치 및 방법에 관한 것으로, 레이저 다이오드를 최적의 상태로 제어하는 자동 레이저 다이오드 전원 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 자동 레이저 다이오드 전원 제어 장치는 레이저 다이오드에서 출력되는 광신호의 현재 파워값을 모니터링하는 포토 다이오드, 상기 현재 파워값을 기준 파워값과 비교하고, 비교 결과에 따라 레이저 다이오드의 출력을 제어하는 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치에 있어서, 상기 포토 다이오드에서 출력되는 현재 파워값을 샘플홀드하는 샘플홀더; NRZI신호에 근거하여 상기 샘플홀더의 샘플링 동작을 제어하는 샘플홀드 제어 신호를 발생하는 샘플홀드 제어 신호 발생부; 및 상기 샘플홀더에 의해 샘플링된 현재 파워값과 상기 기준 파워값을 비교하고, 그 차값에 따라 상기 레이저 다이오드의 출력을 조정하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 디스크의 종류 및 상태에 따라 각각 다른 루프를 사용하여 급격한 광 출력 변화를 적절히 조정하므로 기록 및 재생 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치{Auto output control apparatus of laser diode}
본 발명은 광 기록/재생 장치에 관한 것으로, 레이저 다이오드의 출력을 최적의 상태로 제어하는 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치에 관한 것이다.
현대 사회를 정보화 시대 또는 멀티미디어 시대라고들 한다. 따라서 이러한 시대는 고용량의 기록 매체를 요구하게 되고, 여기에 유용한 광 기록 장치로서 CD-R, CD-RW, MODD(Magnetic Optical Disc Drive), DVD-RAM(Digital Versatile Disc Random Access Memory)가 사용되고 있다. 이와 같은 광 기록 장치들은 레이저 다이오드를 사용하므로 레이저 다이오드의 출력을 최적의 상태로 제어하는 것이 기기의 성능을 좌우하게 된다. 또한 서로 다른 광 기록 장치마다 필요로 하는 기록 펄스의 형태가 상이하므로 여기에 대한 효과적인 대응 방법이 필요하게 되었다.
도 1은 종래의 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치의 구성을 보이는 블록도이다.
도 1에 도시된 장치는 인터페이스부(110), 디코더(120), 어드레스 제어부(130), 펄스 발생부(140), ALPC 블록(150), LD 드라이버(160), 그리고 지연부(170)를 포함한다.
인터페이스부(110)는 외부 프로세서 예를 들어 컴퓨터의 마이크로 프로세서와 통신하여 기록/재생 데이터, 제어 데이터, 사용 모드에 관한 정보 등을 주고받는다.
디코더(120)는 내부에 어드레스 디코더(121), 레지스터부(122), 그리고 레지스터부(122)에 구비된 각종의 레지스터들 중의 하나를 선택하기 위한 디멀티플렉서(123)를 포함한다.
어드레스 제어부(130)는 각종 레지스터 및 기능 구현을 위한 서브 블록들을 포함할 수 있으며 전체적인 제어를 담당한다.
레이저 다이오드 드라이버(160)는 고속 스위칭이 가능한 소자이며, 별도의 범용 IC 혹은 ASIC에 포함될 수 있다.
펄스 발생부(140)는 기록할 데이터에 상응하는 기록 매체상의 도메인을 형성하기 위한 각각의 기록 펄스를 생성하고 제어하기 위한 신호를 발생한다.
지연부(170)는 시간 지연을 위한 것이며, LD는 레이저 다이오드를 나타내고, PD는 포토 다이오드를 나타낸다.
ALPC블록(150)은 디코더(120)에서 제공되는 기준 파워값과 포토 다이오드(PD)로부터 제공되는 현재 파워값의 차이를 검출하고, 검출 결과에 따라 레이저 다이오드 드라이버(160)를 제어한다.
도 1에 도시된 장치의 동작을 설명한다. 먼저 인터페이스부(110)는 시스템 구성에 따라 상이하므로 이미 구성되어 있다고 가정한다.
디코더(120)에서는 목표로 하는 파워값(기준 파워값으로서 리드 파워, 이레이즈 파워, 피크 파워 등등)을 선택하고 유지한다. 선택된 기준 파워값은 ALPC블록(150)에 입력되며 적어도 리드 파워, 이레이즈 파워, 피크 파워 등 3개 이상의 기준 파워값들이 입력된다.
각각의 기준 파워값들은 D/A변환기(151)에 의해 아날로그 변환되어 비교기(152)에 제공된다.
한편, 포토 다이오드(PD)로부터 출력된 포토 다이오드 신호는 버퍼(미도시)을 거쳐 비교기(152)에 제공된다.
이때 비교기(152)에는 그것의 동작을 제어할 수 있는 신호가 펄스발생부(140)로부터 발생되어 지연부(170)를 거쳐 제공된다.
업/다운 카운터부(153)는 비교기(152)의 비교 결과에 따라 업 혹은 다운 카운팅을 수행한다.
업/다운 카운터부(153)의 출력은 제2디멀티플렉서부(154)에 의해 선택되어 제2 D/A변환부(155)를 거쳐 아날로그 신호로 변환되고, LD 드라이버(160)에 제공된다.
LD 드라이버(160)에는 ALPC블록(150)으로부터 제공되는 각각의 파워 레벨과 펄스 발생부(140)에서 제공되는 각각의 파워를 제어할 제어 신호가 입력되게 된다.
도 1에 도시된 장치는 기준 파워값과 피드백된 현재 파워값을 비교하여 제어을 수행함에 있어서 업/다운 카운터(153)를 사용하고 있다. 그러나 미디어의 재생 및 기록 속도가 갈수록 빨라지고 있어, 업/다운 카운터(153)의 동작 속도에 의해 제어 속도와 제어 범위에 제한을 받게 되는 단점이 있다.
또한 미디어의 기록 속도가 빨라지면 기록 펄스의 폭도 짧아지고 복잡하게 되므로 이에 대한 대책이 필요하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 상기의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 레이저 다이오드를 최적의 상태로 제어하는 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치의 구성을 보이는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치의 구성을 보이는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치의 바람직한 실시예를 보이는 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 장치의 동작을 도식적으로 보이기 위한 타이밍도이다.
도 5는 지연된 제어 신호에 의해 샘플홀드 제어 신호를 발생하는 것을 도식적으로 보이기 위한 타이밍도이다.
도 6은 도 3에 도시된 연산부의 연산 모드를 도식적으로 보이는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 자동 레이저 다이오드 전원 제어 장치는
레이저 다이오드에서 출력되는 광신호의 현재 파워값을 모니터링하는 포토 다이오드, 상기 현재 파워값을 기준 파워값과 비교하고, 비교 결과에 따라 레이저 다이오드의 출력을 제어하는 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치에 있어서,
상기 포토 다이오드에서 출력되는 현재 파워값을 샘플홀드하는 샘플홀더;
NRZI신호에 근거하여 상기 샘플홀더의 샘플링 동작을 제어하는 샘플홀드 제어 신호를 발생하는 샘플홀드 제어 신호 발생부; 및
상기 샘플홀더에 의해 샘플링된 현재 파워값과 상기 기준 파워값을 비교하고, 그 차값에 따라 상기 레이저 다이오드의 출력을 조정하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명의 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치는 상기 포토 다이오드 신호와 상기 기준 파워값을 비교하는 비교기; 상기 비교기의 비교 결과에 따라 업 혹은 다운 카운팅을 수행하는 업/다운 카운터; 상기 업/다운 카운터의 출력 혹은 상기 ADC의 출력중의 하나를 선택하여 상기 연산부에 제공하는 멀티플렉서를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치는 기준 파워와 피드백된 현재 파워를 비교하여 제어를 수행함에 있어서 업/다운 카운터을 사용하고 있어서 미디어의 재생 및 기록 속도가 빨라지는 것을 감안할 때 제어속도와 제어 범위에 제한을 받게 된다.
또한, 미디어의 기록 속도가 빨라지면 기록 펄스의 모양도 펄스 폭이 작아지고 복잡하게 된다.
본 발명은 입력 신호를 원하는 위치에서 원하는 기간만큼 샘플홀드하도록 하는 방법을 포함하는 자동 레이저 출력 제어 장치를 제공한다.
도 2는 본 발명에 따른 자동 레이저 다이오드 출력 제어장치의 구성을 보이는 블록도이다.
도 2에는 증폭기(200), 샘플홀더(202), 연산부(204), 레이저 다이오드 드라이버(206), 샘플홀드 제어 신호 발생부(208), 펄스 발생부(210), 그리고 제어부(212)가 도시되어 있다.
레이저 다이오드(LD)의 출력은 레이저 다이오드 드라이버(LD driver 206)에 의해 제어되며, 그 출력 레벨은 포토 다이오드(PD)에 의해 검출된다. 포토 다이오드(PD)에 의해 검출된 포토 다이오드 신호는 레이저 다이오드(LD)에서 출력되는 광신호의 현재 파워값을 나타낸다.
포토 다이오드 신호는 레이저 다이오드(LD)에 인가되는 기록 펄스가 시간적으로 지연된 형태를 가진다. 여기서 지연량은 레이저 다이오드(LD), 포토 다이오드(PD), 증폭기 등의 동작 특성에 의존하며 장치가 구성된 후에는 거의 변하지 않게 된다.
기록 펄스는 퍼스트 펄스(first pulse), 다중 펄스열(multi-pulse train), 라스트 펄스(last pulse), 쿨링 펄스(cooling pulse) 등으로 구성되는 다중 펄스이며 각 펄스들은 리드 파워 레벨, 피크 파워 레벨, 바이어스1 파워 레벨, 바이어스2 파워 레벨, 바이어스3 파워 레벨들 중의 어느 한 파워 레벨을 가진다. 즉, 기록 펄스의 레벨은 시간축 상에서 변화하며 리드 파워 레벨, 피크 파워 레벨, 바이어스1(or erase) 파워 레벨, 바이어스2(orcooling) 파워 레벨, 바이어스3(orbottom) 파워 레벨들 중의 어느 한 파워 레벨이 된다.
기록 펄스는 NRZI 신호(Non Return to Zero Inverted signal)를 기본으로 하여 만들어지며, 현재의 마크를 기준으로 전후의 스페이스들의 상관 관계에 따라 기록 펄스를 구성하는 각 펄스들의 시작/끝 위치, 펄스폭, 파워 레벨 등이 변경되기도 한다.
펄스 발생부(210)는 NRZI신호 및 마크와 스페이스의 상관 관계에 따라 각각의 파워 레벨을 온/오프하는 파워 레벨 제어 신호(power level control signal)를 발생한다. 파워 레벨 제어 신호는 리드 파워 레벨, 피크 파워 레벨, 바이어스1 파워 레벨, 바이어스2 파워 레벨, 바이어스3 파워 레벨들을 각각 제어하는 리드 제어 신호, 피크 제어 신호, 바이어스1 제어 신호, 바이어스2 제어 신호, 바이어스3 제어 신호 등을 포함한다.
샘플홀더(202)는 어떤 시점에서 포토 다이오드 신호의 크기를 샘플링하여 현재 파워값을 얻고, 이를 연산부(204)에 제공한다.
연산부(204)는 기준 파워값과 샘플링된 현재 파워값을 비교하고, 비교 결과에 따라 레이저 다이오드(LD)의 출력을 제어한다. 구체적으로 연산부(204)는 비교 결과에 따라 레이저 다이오드(LD)에 제공되는 구동 전원의 레벨을 변경하며, 레이저 다이오드 구동부(LD driver 206)는 이 전류값에 따라 레이저 다이오드(LD)의 출력을 변화시킨다.
레이저 다이오드 드라이버(LD driver)에는 각 파워 레벨에 대응하는 구동 전원들이 제공되며 구동 전원의 레벨은 연산부(204)의 출력에 따라 가변된다. 또한, 레이저 다이오드 드라이버(206)는 각 구동 전원을 선택적으로 조합함에 의해 레이저 다이오드(LD)를 구동하며, 구동 전원의 선택은 파워 레벨 제어 신호에 의해 수행된다.
도 3은 본 발명에 따른 자동 레이저 다이오드 제어 장치의 바람직한 실시예을 보이는 블록도이다.
도 3에 도시된 장치는 기준 DAC(302), 스위칭 증폭기(304), 비교기(306), ADC(308 ∼ 312), 업/다운 카운터부(314 ∼322), 멀티플렉서(324 ∼ 332), 연산부(334 ∼ 342), DAC(344∼ 352), 샘플홀더(354 ∼ 358), 멀티플렉서게이트(360), 지연부(362), 펄스 발생부(364), NRZI 검출부(366), 제어부(368), 인터페이스부(370), 그리고 모니터부(372)를 구비한다.
기준 DAC(302)는 제어부(368)에서 제공되는 기준 파워값을 아날로그 변환하여 비교부(306)의 반전 입력 단자에 제공한다.
기준 파워값은 디스크 포맷(CD, CD-R, DVD, DVD-RW, DVD+RW등), 미디어의 종류, 제조회사 별로 다르며 인터페이스부(370)를 통하여 제어부(368)에 제공된다. 제어부(368)는 테이블 형태로 기준 파워값을 저장하며, 디스크 포맷, 미디어의 종류, 제조회사, 동작 모드 등에 따라 테이블에 저장된 내용을 독출하여 기준DAC(302)에 제공한다.
스위칭 증폭기(304)는 포토 다이오드 신호를 소정의 이득에 따라 증폭하여 비교기(306)의 비반전 입력 단자에 제공한다. 스위칭 증폭기(304)의 출력은 현재 파워값을 나타내게 된다. 도 3에 있어서 Monitor Front PD 신호는 포토 다이오드(PD)의 출력인 포토 다이오드 신호를 나타낸다.
스위칭 증폭기(304)는 가변 이득 증폭기이며 그의 이득이 비선형적으로 제어된다. 스위칭 증폭기(304)의 이득은 동작 모드, 랜드/그루브의 여부 등에 따라 설정된다.
비교기(306)는 기준 DAC(302)에서 제공되는 기준 파워값과 스위칭 증폭기(304)에서 제공되는 현재 파워값을 비교하고 비교 결과에 따라 0 혹은 1의 값을 출력한다. 비교기(306)의 출력은 업/다운 카운터부(314 ∼322)에 제공된다.
업/다운 카운터부(314 ∼322)는 비교기(306)의 비교 결과에 따라 업 카운트 혹은 다운 카운트를 수행한다. 업/다운 카운터부(314 ∼322)의 초기 설정값은 제어부(368)에서 제공되며, 통상적으로 기준 파워값과는 약간의 차이가 있다. 현재 파워값이 기준 파워값을 빠르게 추종할 수 있도록 초기 설정값과 기준 파워값의 차이가 적은 것이 좋지만 관련된 회로들의 이득, 응답 속도 등에 따라 결정되는 것이 바람직하다.
멀티플렉서(324 ∼332)는 추후에 설명하는 바와 같이 두개의 피드백 루프중의 하나를 선택한다.
연산부(334 ∼342)는 샘플링된 현재 파워값의 평균값 연산, 기준 파워값과의차값 연산 및 파워값 조정, 연산된 값의 유지 등의 동작을 수행한다.
DAC(344 ∼352)는 연산부(334 ∼342)의 출력을 아날로그 변환하여 레이저 다이오드 드라이버(미도시)에 제공한다.
한편, 샘플홀더(354 ∼358)는 스위칭 증폭기(304)에서 출력되는 포토 다이오드 신호를 샘플홀드한다. 샘플홀더들(354 ∼358)의 출력은 ADC(308 ∼312)를 통하여 디지털 변환되고, 멀티플렉서(324 ∼332)를 거쳐 연산부(334 ∼342)에 각각 제공된다.
멀티플렉서게이트(360)는 샘플홀더(354 ∼358)의 샘플홀드 동작을 제어하기 위한 샘플홀드 제어 신호를 발생한다. 도시되지는 않았지만 멀티플렉서게이트부(360)는 복수의 멀티플렉서게이트(360a ∼360c)를 구비하며 각각의 멀티플렉서게이트들(360a, 360b, or 360c)은 멀티플렉서와 논리 게이트를 구비한다.
멀티플렉서게이트(360)의 멀티플렉서는 지연부(362)에서 제공되는 지연된 리드 제어 신호, 지연된 피크 제어 신호, 지연된 바이어스1 제어 신호, 지연된 바이어스2 제어 신호, 지연된 바이어스3 제어 신호들 중의 하나 혹은 다수를 선택하며, 게이트는 멀티플렉서의 출력을 논리 조합하여 샘플홀드 제어 신호를 발생한다. 게이트의 가장 간단한 형태는 앤드 게이트가 될 수 있다.
지연부(362)는 복수의 지연 소자들을 구비하며, 펄스 발생부(364)에서 발생된 리드 제어 신호, 피크 제어 신호, 바이어스1 제어 신호, 바이어스2 제어 신호, 바이어스3 제어 신호들을 지연시켜 출력한다.
지연부(362)와 멀티플렉서게이트부(360)의 동작에 의해 샘플링을 위한 구간을 용이하게 선택할 수 있고, 이를 이용하여 피드백되는 포토 다이오드 신호의 원하는 부분을 샘플링할 수 있게 된다.
펄스 발생부(364)는 리드 제어 신호, 피크 제어 신호, 바이어스1 제어 신호, 바이어스2 제어 신호, 바이어스3 제어 신호들을 발생하며, 각 신호의 시작/끝 위치, 펄스폭 등은 NRZI 검출기(366)에 의해 결정된다.
NRZI 검출기(366)는 NRZI신호를 입력하여 현재 마크와 전후 스페이스의 상관 관계를 검출한다. 검출된 결과는 펄스 발생부(364)에 제공되어 각 제어 신호의 각 신호의 시작/끝 위치, 펄스폭 등을 결정하게 된다.
제어부(368)는 인터페이스부(370)를 통하여 수신한 기준 파워값을 기준 DAC(302) 및 연산부(334 ∼342)에 제공하고, 업/다운 카운터(314 ∼322)의 초기값을 설정한다. 또한, 동작 모드, 미디어의 종류, 디스크 포맷, 랜드/그루브의 여부 등의 정보에 의해 스위칭 증폭기(304)의 이득, 멀티플렉서(324 ∼332)의 절환 위치, 연산부들(334 ∼342)의 동작 모드 등을 제어한다.
모니터부(372)는 스위칭 증폭기(305)에서 출력되는 현재 파워값을 감시 및 응급조치를 수행한다.
통상적으로는 도 3에 도시된 샘플홀더(354 ∼358)와 ADC(308 ∼312)가 일체화되어 사용되지만 설명의 편의를 위해 구분하여 도시한 것이다.
도 3에 도시된 장치의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
자동 레이저 다이오드 전원 제어란 광디스크에서 기록/재생시 레이저의 파워를 제어하는 것을 말한다. 레이저의 출력은 온도에 따라 변화하므로 동작 온도의변화에 따라 레이저 출력을 일정하게 하기 위한 제어가 필요하며, 이를 자동 레이저 출력 제어라고 한다. 자동 레이저 다이오드 전원 제어를 수행하는 이유는 온도 변화에 따른 레이저 출력을 안정화시키고, 멀티트레인 기록 방식에 있어서 열집적에 따른 기록 열화를 방지하기 위함이다.
본 발명의 자동 레이저 다이오드 전원제어 장치는 크게 두 개의 루프로 구성된다. 제1루프는 제어 회로의 응답 시간이 빠르지 않아도 좋은 경우에 사용되는 것으로서 증폭부(304) 및 기준 DAC(302), 비교기(304), 업/다운 카운터부(314∼322), 연산부(334 ∼342), DAC(344∼352), 레이저 다이오드 드라이버(LD driver, 미도시), 레이저 다이오드(LD, 미도시), 포토 다이오드(PD, 미도시), 그리고 전류/전압변환기(I/V)들에 의해 구성된다.
제2루프는 제어 회로의 응답 시간이 빨라야 하는 경우에 사용되는 것으로서 증폭부(304), 샘플홀더(354∼358), 연산부(334 ∼342), DAC(344∼352), 레이저 다이오드 드라이버(LD driver, 미도시), 레이저 다이오드(LD, 미도시), 포토 다이오드(PD, 미도시), 그리고 전류/전압변환기(I/V)들에 의해 구성된다.
제1루프 또는 제2루프의 선택은 멀티플렉서(324∼332)에서 수행되며, 미디어의 종류에 의해 결정된다.
1) 제1 루프의 동작 설명
스위칭 증폭기(304)는 포토 다이오드의 출력신호를 증폭한다. 포토 다이오드에서 출력되는 포토 다이오드 신호는 현재 파워값을 나타내며, 지연된 기록 펄스의 파형을 가진다.
스위칭 증폭기(304)는 디스크의 드라이버의 동작 모드 즉, 재생 모드, 기록 모드, 소거 모드에 따라 이득이 달라진다. 스위칭 증폭기(304)에 의해 증폭된 포토 다이오드 신호는 비교부(22)의 비반전 입력 단자(+ 표기)로 입력된다. 또한 스위칭 증폭기(304)의 입력이 전류이면 I/V 변환도 수행하게 된다.
기준 DAC(302)는 8비트 DAC로 구현되며 제어부(368)로부터 미디어의 종류, 제조회사등에 따른 기준 파워값을 입력받아 아날로그 변환하여 출력한다. 기준 DAC(302)에서 출력되는 기준 파워값은 비교부(306)의 반전 입력 단자(- 표기)로 입력된다.
제1 내지 제5 업/다운 카운터부(314∼322)는 비교부(302)의 출력에 따라 1비트씩 업 또는 다운 카운팅 동작을 수행한다.
제1업/다운 카운터(314) 내지 제5 업/다운 카운터(322)는 각각 리드 파워, 피크 파워, 바이어스1, 바이어스2, 그리고 바이어스3을 제어하기 위하여 사용된다.
상세히 도시되지는 않았지만 업/다운 카운터부들(314∼322) 각각은 두개의 업/다운 카운터를 구비한다. 하나는 랜드용이고 다른 하나는 그루브용이다.
제1업/다운 카운터부(314) 내지 제5 업/다운 카운터부(322)는 비교기(306)의 비교 결과 현재 파워값이 기준 파워값보다 큰 경우에는 다운 카운팅을 수행하고, 반대로 현재 파워값이 기준 전원 파워값보다 작은 경우에는 업 카운팅을 수행한다.
업/다운 카운터부(314 ∼322)의 초기 설정값은 제어부(368)에서 제공되며, 현재 파워값이 기준 파워값을 빠르게 추종할 수 있도록 초기 설정값과 기준 파워값의 차이가 적은 것이 좋다.
제1 내지 제5 연산부(334∼342)는 제어부(368)에서 제공하는 연산 모드에 따라 연산을 수행한다. 제1 내지 제5 연산부(334∼342)는 각각 리드 파워, 피크 파워, 바이어스1(이레이즈 erase) 파워, 바이어스2(쿨링 cooling) 파워, 그리고 바이어스3(바텀 bottom) 파워 연산용으로 사용된다. 제어부(368)에서 제공되는 연산 모드로서 서브 ALPC 모드(SUB-ALPC), 평균 ALPC(Average ALPC) 모드, SUB-평균 ALPC 모드 등이 있다.
제1 내지 제5 DAC(344∼352)의 출력신호는 레이저 다이오드 드라이버(LD driver, 미도시)를 통하여 레이저 다이오드(미도시)를 구동시키고, 레이저 다이오드의 출력은 포토 다이오드(미도시)에 의해 모니터링되어 도 3에 도시된 스위칭 증폭기(304)로 피드백된다.
2) 제2 루프의 동작 설명
NRZI 검출부(366)는 NRZI 데이터를 입력으로 하여 기록하고자 하는 데이터를 검출한다. NRZI 검출부(366)는 현재 마크(Mark)를 기준으로 전 후 스페이스(Space)의 크기에 따라 소정의 상관관계를 검출하고, 그 검출 결과를 펄스 발생부(364)에 출력한다. 적응적 제어 방법에 따르면 현재 마크의 길이와 전후 스페이스의 조합은 마크와 스페이스의 길이에 따라 몇 개의 그룹으로 분류되고, 분류된 그룹마다 기록 펄스를 구성하는 각 펄스의 파워 레벨, 시작/끝 위치, 펄스폭 등이 달라진다. 또한, 각 펄스의 파워 레벨은 NRZI 신호의 에너지에 따라서도 달라진다. 여기서, 에너지란 단위 시간동안 0과 1사이에 전환되는 횟수를 나타낸다.
펄스 발생부(364)는 NRZI 검출부(366)의 검출 결과 및 제어부(368)에서 제공되는 레이저 다이오드 및 미디어 종류와 기록 속도에 적합한 기록 펄스(도 4의 (b))를 형성하기 위한 파워 레벨 제어 신호들(도 4의(c)∼(f))을 발생한다.
지연부(362)는 펄스 발생부(364)에서 출력되는 파워 레벨 제어 신호들을 지연시켜 출력한다.
멀티플렉서게이트부(360)는 지연부(362)에서 제공되는 지연된 파워 레벨 제어 신호들을 선택 및 조합하여 각각의 샘플홀더들(354∼358)을 제어하기 위한 샘플홀드 제어 신호를 출력한다.
샘플홀더들(354∼358)은 샘플홀드 제어 신호에 의해 활성화되는 동안 포토 다이오드 신호에 대해 샘플링을 수행한다. 여기서 샘플홀더들(354∼358) 및 ADC들(308∼312)은 제2 루프의 활성화 및 샘플홀드 신호의 액티브 구간 내에서 연속적으로 샘플링 및 디지털 변환 동작을 수행한다.
샘플홀더들(354∼358)은 각각 리드 파워, 피크 파워, 그리고 바이어스 파워을 샘플링하기 위한 것이다.
샘플홀더들(354∼358)에 의해 샘플링된 포토 다이오드 신호는 ADC(308∼312)를 통하여 디지털 변환되고, 연산부(334∼342)에 제공된다.
연산부(334∼342)는 제어부(368)에서 지시된 연산 모드에 따라 샘플홀더(354∼358)에 의해 샘플링된 파워값과 제어부(368)에서 제공된 기준 파워값을 비교하고, 그 결과에 따라 레이저 다이오드의 파워 레벨을 제어한다.
모니터(372)는 레이저 다이오드 테스트 모드(LTM : Laser diode Test Mode) 혹은 인터럽트를 수행한다.
레이저 다이오드 테스트 모드는 선택적으로 수행할 수 있으며 초기화 시에 또는 동작 중에 레이저 다이오드를 검사하며, 각각의 전원 레벨을 검사하거나 정확하게 캘리브레이션하는 데 이용된다. 레이저 다이오드 테스트 모드 수행시에 레이저 다이오드(LD)는 기록을 위한 파워를 가지는 광신호를 출력하므로 이로 인하여 이미 기록된 자료에 영향을 줄 수도 있다. 따라서 레이저 다이오드 테스트 모드를 수행할 때는 픽업(미도시)을 디스크의 최내주 또는 최외주로 이동시키거나, 포커스 서보(미도시)를 통해 대물렌즈를 최대로 업(Up)하거나 다운(Down)해서 기록된 자료을 보호하여야한다.
여기서, 4.7GB DVD-RAM의 경우 바이어스 파워 레벨의 범위가 0∼10mW로 동일하기 때문에 제3 ADC(312) 하나만으로도 구현이 가능하다.
제1 내지 제5 DAC들(344∼352)의 출력신호는 레이저 다이오드(LD)를 구동시키고, 레이저 다이오드(LD)의 출력 레벨은 포토 다이오드를 통하여 스위칭 증폭기(304)로 피드백된다.
제1 내지 제5 업/다운 카운터부(314∼322)를 사용하는 제1 루프의 경우에는 한 번에 1비트씩만을 움직여가면서 기준 파워값을 추종하므로 추종 속도가 느리다. 그러나 제1 내지 제3 ADC(308∼312)를 사용하는 제2 루프의 경우에는 제한 없이 한번에 전체 비트들을 변경할 수 있기 때문에 추종 속도가 빠르다.
DVD-RAM의 경우에는 데이터가 기록되어 있지 않은 미러(mirror)나 갭(gap) 영역이 있기 때문에 제1 루프 또는 제2 루프를 사용하고, 미러나 갭 영역이 없는 CD-RW 또는 CD-RW의 경우에는 제2 루프를 사용하는 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 본 발명의 실시예는 두 가지의 루프를 가지는 제어 구조를 채택함으로써 보다 정교하게 레이저 다이오드의 출력을 제어하는 것이 가능하며, 출력 제어값을 시간적으로 무한하게 유지하거나 임의적인 가변하는 것이 용이하다.
업/다운 카운터(314∼322)를 이용한 피드백 루프는 이상 현상(noise or error)에 의한 급격한 파워 변화를 방지할 수 있는 반면 스텝 단위로만 추종하므로 응답 속도에 제한을 받는다. 이때 유저 데이터(user data) 미사용 영역(DVD-RAM의 Gap 영역)에서 각각의 파워를 DC형태로 출력하여 광 파워를 조정할 수 있으며, 피크 홀더 또는 버텀 홀더가 비교기(306)의 내부에 포함되어 있다.
Gap 영역을 가지지 않는 미디어의 경우 미사용 영역이 없으므로 포커스 서보를 Max/Min으로 제어하고 각각의 파워를 DC형태로 출력시키면서 보정할 수 있다. 이때 포커스 서보를 Max/Min으로 제어하고 있기 때문에 디스크에서는 Read 파워 이하의 레벨을 가지는 광신호가 집광되므로 데이터를 보호할 수 있다. 이러한 방법이 가능한 것은 포토 다이오드(PD)는 디스크의 위치 혹은 종류에 상관없이 레이저 다이오드(LD)의 출력 중의 일정 광량이 입력되는 구조를 가지기 때문이다.
샘플홀더(354∼358) 및 ADC(308∼312) 를 이용한 피드백 루프는 샘플링시 노이즈도 일부 포함할 수 있기 때문에 근사치로 처리하여야 하지만 응답 속도 및 변화폭에 제한을 받지 않는다.
도 3에 도시된 장치는 두 가지 피드백 루프중의 하나를 선택적으로 사용할 수 있으므로 미디어의 종류 및 기록 속도에 따라 효율적으로 레이저 파워를 제어할 수 있다.
각각의 피드백 루프는 필요한 파워 레벨들의 개수만큼 구비되며, 도 2에 도시된 예는 피크, 바이어스1, 바이어스2, 바이어스3, 그리고 리드 레벨의 5개로 구성한 예이다. 이때 ADC 및 DAC의 경우 고속의 소자를 이용할 수 있다면 하나로 사용될 수도 있다. 즉, 하나의 고속 ADC를 사용하여 각각의 레벨 값을 디지털화하여 처리할 수 있다. 이때 고속의 ADC이므로 피크 홀더 또는 버텀 홀더를 사용하지 않고 기록 펄스로부터 각각의 레벨값을 샘플링하게 된다. 또한 고속의 DAC를 사용할 경우 하나의 DAC에서 고속으로 입력값을 바꾸는 것이 가능하므로 하나의 DAC를 이용하여 기록 펄스를 발생시킬 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 장치의 동작을 도식적으로 보이기 위한 타이밍도이다.
도 4에 있어서 (a)는 입력된 NRZI 신호를 나타내며, (b)는 레이저 다이오드에서 출력되는 기록 펄스이다. 미디어의 종류, 기록 속도, 디스크 제작 회사에 따라 각각의 기록 펄스의 모양이 달라지게 된다. 이 기록 펄스는 4.7GByte DVD-RAM의 경우를 예로 도시하였으며, 마크 및 스페이스의 상관 관계에 따라서도 기록 펄스의 모양이 달라지게 된다. (c)는 피크 파워 레벨을 제어하기 위한 제어 신호이며, (d)는 이레이즈 파워 레벨을 제어하기 위한 제어 신호이고, (e)는쿨링파워 레벨을 제어하기 위한 제어 신호이며, 그리고 (f)는 버텀 파워 레벨을 제어하기 위한 제어 신호이다. 이와 같이 (c), (d), (e) 및 (f)에 도시되는 바와 같은 각각의 제어 신호의 조합으로 (b)와 같은 기록 펄스를 생성할 수 있다.
(g)는 피드백되는 신호로서 레이저 다이오드(LD)에서 출력되는 광신호의 일부가 포토 다이오드로 입력되고, 포토 다이오드의 출력인 전류가 전압으로 변환됨과 동시에 적절한 이득(gain)으로 증폭된 신호이다. 따라서 이 신호를 감시함에 의해 레이저 다이오드(LD)에서 출력되는 광의 파워를 알 수 있으므로 적절한 제어를 할 수 있게 된다. (h)는 지연된 피크 제어 신호이며, (i)는 지연된 이레이즈 제어 신호이며, (j)는 지연된 클링 제어 신호이며, (k)는 지연된 바이어스 제어 신호이다. 각각의 (h), (i), (j), 그리고 (k) 신호는 일정한 시간 지연을 갖는데 그 값은 (b)와 (g)의 시간 지연량과 동일하다.
이때의 시간 지연량은 포토 다이오드(PD) 및 스위칭 증폭기(302)를 거치며 발생된 것이다. (h), (i), (j), 그리고 (k) 각각의 신호에서 점선은 샘플홀드가 가능한 범위를 나타내며, 그 범위 안에서 원하는 위치 및 폭을 가지는 샘플홀드 제어 신호를 만드는 것이 가능하다. 따라서, 생성된 샘플홀드 제어 신호는 정확한 위치에서 레이저 다이오드(LD)의 출력을 검출할 수 있게 된다.
도 5는 지연된 제어 신호에 의해 샘플홀드 제어 신호를 발생하는 것을 도식적으로 보이기 위한 타이밍도이다. 도 5에 있어서 (a)-(i)의 Q1- Q8은 지연부(362)에 의해 발생된 지연된 제어 신호들의 예이며, (j)-(l)는 멀티플렉서게이트부(360)에 의해 발생되어 샘플홀더부(354∼358)의 샘플링 동작을 제어하는 샘플홀드 제어 신호이다. 지연된 제어 신호들의 지연량은 원하는 크기로 적절하게 조절될 수 있다.
각각의 지연된 제어 신호들은 멀티플렉서에 의해 선택되고, 논리 게이트를 이용하여 원하는 샘플홀드 제어 신호를 만든다.
스위칭 증폭기(304)의 이득은 비선형적적으로 조정된다. 따라서, 이득 전환시 포토 다이오드 신호에서 오버슈트 내지는 언더슈트가 발생된다. 포토 다이오드 신호를 샘플링함에 있어 이러한 오버 슈트 및 언더 슈트 기간은 회피하는 것이 바랍직하다. 오버 슈트 및 언더 슈트 기간을 회피하기 위하여 지연된 파워 레벨 제어 신호들을 적절하게 논리조합시켜 사용한다.
ADC(308∼312)에 의한 샘플링 노이즈는 파워 레벨의 변화를 초래하게 된다.
이러한 샘플링 노이즈는 미미한 변화는 무시하거나 샘플링된 파워값을 일정 구간에서 평균화하여 사용함으로써 회피할 수 있다.
도 6은 도 3에 도시된 연산부(334∼342)의 연산 모드를 도식적으로 보이는 것이다. 도 6의 (a)에서 미러 or 갭 구간은 DVD-RAM의 경우에 발생되며 그외는 미사용 구간이라던지 포커스 서보를 Max/Min으로 제어하는 구간을 의미한다. (b)의 경우는 연속된 제어를 하고 있으며 이 때 샘플링 노이즈 또는 외란에 의해 광파워가 변동될 수 있다. (c)의 경우는 (a)의 특정 구간(mirror 혹은 gap 구간)에서만 제어를 하고 나머지 구간에서는 마지막 제어된 값으로 유지(hold)하므로 광파워 변화를 줄일 수 있다(sub-ALPC 모드). (d)의 경우는 각각의 제어된 값을 그냥 반영시키는 것이 아니고 일정한 평균을 구하고 그 평균값을 반영시키므로 광파워 변동을 감소시킬 수 있다(AverageALPC 모드). 이때 저역 변환 필터를 사용한 것과 동일한 효과를 거둘 수 있따. (e)의 경우는 (d)와 (d)의 기능을 동시에 사용한 예이며 평균에 의한 변화분을 특정 구간에서만 반영하고 나머지 구간에서는 마지막 값을 유지하므로 샘플링 노이즈 혹은 외란에 의한 광파워 변화를 최소화할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 사상 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 디스크의 종류 및 상태에 따라 각각 다른 루프를 사용하여 급격한 광 출력 변화를 적절히 조정하므로 기록 및 재생 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 레이저 다이오드에서 출력되는 광신호의 현재 파워값을 모니터링하는 포토 다이오드, 상기 현재 파워값을 기준 파워값과 비교하고, 비교 결과에 따라 레이저 다이오드의 출력을 제어하는 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치에 있어서,
    상기 포토 다이오드에서 출력되는 현재 파워값을 샘플홀드하는 샘플홀더;
    NRZI신호에 근거하여 상기 샘플홀더의 샘플링 동작을 제어하는 샘플홀드 제어 신호를 발생하는 샘플홀드 제어 신호 발생부; 및
    상기 샘플홀더에 의해 샘플링된 현재 파워값과 상기 기준 파워값을 비교하고, 그 차값에 따라 상기 레이저 다이오드의 출력을 조정하는 연산부를 포함하는자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 샘플홀드 제어 신호 발생부는
    기록 펄스를 형성하기 위한 파워 레벨 제어 신호를 유입하고, 상기 파워 레벨 제어 신호를 서로 상이한 지연량만큼 지연시켜 복수의 지연된 파워 레벨 제어신호들을 발생하는 지연부;
    상기 복수의 지연된 파워 레벨 제어 신호들을 유입하고, 이들을 조합시켜 샘플홀드 제어 신호를 발생하는 멀티플렉서게이트부를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 멀티플렉서게이트부는 상기 복수의 지연된 파워 레벨 제어 신호들을 선택적으로 출력하는 멀티플렉서; 및
    상기 멀티플렉서의 출력을 논리 조합하는 게이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 연산부는 상기 샘플링된 포토 다이오드 신호들을 소정의 기간 동안 평균하고, 평균값과 상기 기준 파워값을 비교하고, 그 차값에 따라 상기 레이저 다이오드의 출력 파워값을 조정하는 것을 특징으로 하는 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 포토 다이오드 신호와 상기 기준 파워값을 비교하는 비교기;
    상기 비교기의 비교 결과에 따라 업 혹은 다운 카운팅을 수생하는 업/다운 카운터;
    상기 업/다운 카운터의 출력 혹은 상기 ADC의 출력중의 하나를 선택하여 상기 연산부에 제공하는 멀티플렉서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 멀티플렉서는 상기 디스크 재생 장치에 의해 드라이브되는 디스크가 DVD계열인 경우는 상기 업/다운 카운터의 출력을 선택하고, CD게열인 경우에는 상기 ADC의 출력을 선택하는 것을 특징으로 하는 자동 레이저 다이오드 출력 제어 장치.
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