KR20070027936A - 레이저 다이오드 구동회로 및 그 제어방법과 레이저다이오드 구동용 반도체 집적회로 - Google Patents

레이저 다이오드 구동회로 및 그 제어방법과 레이저다이오드 구동용 반도체 집적회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 다이오드 구동회로에 관한 것으로, 단일한 전압원과 NPN트랜지스터 등을 이용하여 고출력 레이저 다이오드 구동하는 레이저 다이오드 구동회로에 관한 것이다. 이에 따른 본 발명의 레이저 다이오드 구동회로는 아날로그 신호처리부의 출력전압을 미리 설정된 레벨로 쉬프트하는 전압레벨쉬프터와, 상기 레벨 쉬프트된 전압에 기록 및 재생에 따라 미리 정해진 전압을 가산하는 전압가산기와, 상기 가산된 전압을 인가받아 전원부의 전류를 증폭하여 레이저 다이오드로 출력하는 트랜지스터를 포함한다.

Description

레이저 다이오드 구동회로 및 그 제어방법과 레이저 다이오드 구동용 반도체 집적회로{Laser diode driving Circuit and its Control method, Laser diode driving Semiconductor Integrated Circuit}
도 1은 일반적인 레이저 다이오드의 출사광을 자동으로 유지하는 회로구성을 나타내는 블록도.
도 2는 종래의 고에너지 출력 레이저 다이오드 구동회로의 블록도.
도 3는 본 발명에 따른 고에너지 출력 레이저 다이오드 구동회로의 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 전압레벨 쉬프터와 전압가산기의 일 실시예를 나타내는 블록도.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
112 : 레이저 다이오드(Laser Diode : LD)
118 : 포토 다이오드(Photo Diode : PD)
119 : 프론트 포토 다이오드(Front Photo Diode : FPD)
130 : 레이저 다이오드 구동부
126 : 제2게인컨트롤앰프(Second Gain Control Amp : GCA2)
250 : 고주파(HFM)발생부 310 : 전압레벨쉬프터
320 : 고전압원 330 : 전압가산기
340 : NPN 트랜지스터
본 발명은 레이저 다이오드 구동회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단일전압원과 NPN트랜지스터 등을 이용하여 고출력 레이저 다이오드를 구동하는 레이저 다이오드 구동회로에 관한 것이다.
일반적으로, 광디스크의 재생은 레이저 다이오드에 전류를 인가하여 발생한 레이저를 광디스크에 조사하여 반사되는 빛의 세기를 포토 다이오드를 통해 검출하여 전기적인 신호로 변환하고 이를 재생신호처리부(미도시)에서 R/F변환하여 판독함으로써 광디스크에 기록된 데이터를 독출한다.
일반적으로 레이저 다이오드는 온도 등의 환경적인 요인에 의해 인가되는 일정한 전류에도 그 출력이 변화한다. 이렇게 레이저 다이오드의 출력이 변하게 되면 반사되는 빛의 세기도 변하게 되어 데이터의 검출에 어려움이 있어 광디스크이 기록 및 재생시에 레이저 다이오드의 출력은 일정하게 유지되어야 한다.
이를 위하여 광디스크 기록/재생장치에는 레이저 다이오드의 출력을 일정하게 유지되도록 제어하기 위한 레이저 다이오드 구동회로가 마련되어 있다. 이러한 레이저 다이오드의 일정한 출력제어에는 광픽업과 아날로그 신호 처리부와 레이저 다이오드 구동부 사이에 피드백을 거는 구성방식이 주로 사용된다. 종래의 광기록/재생장치의 레이저 파워제어장치에 대해서는 대한민국 공개특허공보 특2000-40989 에 그 일예가 개시되어 있다. 동 공보에 개시된 레이저 파워제어장치는 포토다이오드와 고주파신호검출부와 고주파신호의 변화량으로부터 레이저 다이오드의 입력신호의 레벨을 조정하는 수단을 구비하여 레이저 파워를 일정하게 유지한다.
도 2는 종래의 고에너지 출력 레이저 다이오드 구동회로의 블록도이다. 종래의 레이저 다이오드 구동회로는 아날로그 신호 처리부의 제2게인 컨트롤 앰프(126)으로부터 출력된 전압을 전압 전류 변환기(V/I)(210)에서 전류로 변환한다. 이 전류는 전류가산기(220)에서 재생 및 기록에 따라 각각 다른 양의 전류를 더해 출력된다.
먹스(230)은 재생DAC(232)와 기록DAC(234)의 전류를 각 모드에 따라 마이컴(미도시) 등의 신호에 따라 전류가산기(220)로 인가한다.
전류가산기(220)에서 출력된 전류는 전류증폭기(240)를 통해 적절히 증폭된다. 고주파(HFM)발생부(250)에서는 수백 MHz의 일정한 AC파형을 출력시키는데 이는 레이저다이오드에서 출사한 광과 디스크에서 반사된 광의 간섭현상을 없애기 위한 것이다. 고주파가 중첩된 전류는 PNP트랜지스터(260)의 이미터단자로 출력된다.
이 PNP트랜지스터에 걸리는 전압은 약 1V 정도이고 고출력 레이저다이오드의 광을 출사하기 위해서는 문턱전압이 Red-ray를 출사하는 레이저다이오드의 거의 두배인 4V정도이고 수십 mA의 전류가 필요하다. 따라서 전류증폭기(240)에서 인가되는 전류로는 문턱전압을 넘기기도 어려워 원하는 레이저의 출사량을 확보하기 위해서는 -5V의 전압을 발생시키는 네커티브전압발생부(280)가 필요하였다.
따라서 종래에는 고출력 레이저다이오드를 구동하기 위해서 복수의 전원부 (5V, -5V)가 필요하여 -5V의 전원을 위해 별도의 전원부를 구성할 필요가 있었고 또한, 전압전류변환기와 전류증폭기 등이 필수적인 구성요소이므로 제조원가가 많이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 네거티브전압발생부(280)에는 인덕터와 커패시터 등의 회로소자가 필요하여 레이저구동회로를 IC칩화하는 것이 매우 어려운 문제점이 있고, DC/DC컨버터 등의 고가의 소자가 필요하여 제조원가가 상승하는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 단일한 전원부를 이용하여 고출력 레이저의 출사광을 일정하게 유지하는 레이저다이오드 구동회로를 구성함으로써 회로구성을 간단히 하고 회로의 제조원가를 줄이는 레이저다이오드 구동회로를 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 다이오드 구동회로는 아날로그 신호처리부의 출력전압을 미리 설정된 레벨로 쉬프트하는 전압레벨쉬프터와, 상기 레벨 쉬프트된 전압에 광디스크에의 기록시 및 재생시에 따라 미리 정해진 전압을 가산하는 전압가산기와, 상기 가산된 전압을 인가받아 전원부의 전류를 증폭하여 레이저 다이오드로 출력하는 증폭부를 포함한다.
또한, 제어부의 신호에 따라 상기 기록 및 재생에 따른 전압을 상기 전압가산기에 인가하는 먹스를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 레이저 다이오드 구동회로는 하나의 단일한 전압원으로 구동되는것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단일 전압원은 6볼트 내지 12볼트에 속하는 전압을 출력하는 전압원인 것을 특징으로 한다.
또한, 레이저 다이오드에 전원을 공급하는 상기 전원부는 단일한 전압원을 이용하여 상기 전압레벨쉬프터와 상기 전압가산기와 트랜지스터에 일정한 크기의 전압을 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 증폭부는 NPN형 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 다이오드 구동회로의 제어방법은 광디스크의 기록 및 재생시스템의 레이저 다이오드를 구동하는 구동전류를 출력하는 레이저 다이오드 구동회로에 있어서, 아날로그 신호처리부의 출력전압을 입력받아 일정한 레벨로 쉬프트 하는 단계; 상기 레벨 쉬프트된 전압에 광디스크에의 기록시 및 재생시에 따라 미리 정해진 전압을 가산하는 단계; 상기 가산된 전압을 인가받아 전원부의 전류를 증폭하는 단계를 통해 상기 구동전류의 출력을 제어한다.
또한, 상기 레이저 다이오드 구동전류의 출력제어하는데 하나의 단일한 전압원을 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전원부의 전류의 증폭에는 NPN형 트랜지스터를 이용하는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레이저 다이오드 구동용 반도체 집 적회로는 아날로그 신호 처리부로부터의 출력전압을 일정레벨로 쉬프트하는 레벨 쉬프터와, 상기 레벨쉬프트된 전압에 광디스크의 기록시 및 재생시에 따라 일정량의 전압을 가산하는 전압가산기와, 상기 가산된 전압을 입력받아 전원부의 전류를 증폭하여 레이저 다이오드로 출력하는 증폭부를 포함한다.
또한, 상기 전원부의 전류를 증폭하는 증폭부에는 NPN형 트랜지스터 회로소자인 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 일반적인 레이저 다이오드의 출사광을 자동으로 유지하는 회로구성을 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시한 바와 같이 픽업부(110)와 레이저 다이오드를 구동하는 레이저 다이오드 구동회로(130)와 아날로그 신호처리부(120)를 포함하여 구성된다.
픽업부(110)은 레이저 광을 방사하는 레이저 다이오드(112)와 입사된 레이저 광의 진행방향을 변환하는 빔 스프리터(114)와 상기 빔 스프리터(114)와 광디스크(100)의 경로상에 배치되어 광디스크(100)에 입사된 레이저 광을 집속시키는 대물렌즈(116)와 광디스크(100)에서 반사된 반사광을 수광하여 광학신호를 전류신호로 변환하는 포토 다이오드(Photo Diode)와 레이저 다이오드에서 방사되는 레이저 광의 일부를 수광하여 수광된 광량에 상응하는 광량전압신호를 변환하는 프론트 포토 다이오드(FPD : Front Photo Diode)를 포함한다. 이 때 대부분의 레이저 광은 대물렌즈(116)으로 보내지고 일부의 레이저 광이 프론트 포토 다이오드(119)로 보내진 다.
아날로그 신호 처리부(120)은 프론트 포토 다이오드(119)에서 변환된 광량전압신호를 입력받아 증폭하는 제1게인 컨트롤 앰프(122)와 게인 컨트롤 앰프(122)에서 증폭된 전압신호를 일정한 레벨의 전압을로 쉬프트 하는 레벨쉬프터(124)와 레벨쉬프트된 전압을 다시 증폭하는 제2게인 컨트롤 앰프를 포함한다. 이렇게 2개의 게인 컨트롤 앰프에서 게인을 나누어 증폭하는 이유는 하나의 게인 컨트롤 앰프를 이용할 경우 큰 게인의 증폭에 의해 앰프가 세츄레이션될 수 있기 때문이다. 증폭을 마치고 제2게인 컨트롤 앰프에서 출력되는 전압은 통상 고출력 레이저 다이오드를 구동하기 위한 문턱전압인 4V에는 미치지는 못한다.
레이저 다이오드 구동부(130)은 제2게인 컨트롤 앰프(126)에서 출력된 전압신호를 인가받아 레이저 다이오드를 구동하는 구동전류를 레이저 다이오드(112)에 공급한다.
도 3은 본 발명에 따른 고에너지 출력 레이저 다이오드 구동회로의 블록도인데 도 3을 참조하여 레이저 다이오드 구동회로(130)의 구성을 상세히 설명한다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 레이저 다이오드 구동회로는 제2게인 컨트롤 앰프(126)에서 출력된 전압을 일정한 레벨의 전압으로 쉬프트 하는 전압 레벨 쉬프터(310)와 전압 레벨 쉬프터(310)에서 출력된 레벨 쉬프트된 전압에 기록/재생에 따른 일정한 전압을 가산하기 위한 전압가산기(330)와 제어부(미도시)의 신호에 따라 기록 또는 재생에 따른 일정한 전압을 전압가산기(330)에 인가하는 먹스(350)와 전압가산기의 출력전압을 저항 R2(334)를 통해 베이스로 인가받아 전압원(Vh)(320)에 서 저항 R1(336)를 통해 이미터로 인가된 전류를 증폭하여 컬렉터로 출력하는 NPN트랜지스터(340)와 레이저 다이오드의 출사광과 광디스크(100)에서 반사된 반사광과의 간섭을 줄이기 위해 수백 MHz의 고주파를 중첩시키는 고주파 발생부(250)를 포함하여 구성된다.
이상과 같은 구성에 의해 본 발명의 레이저 다이오드의 동작을 설명하면 일반적으로 고출력 레이저 다이오드는 일반적인 Red-ray를 출사하는 레이저 다이오드의 두배에 가까운 4V의 문턱전압과 수십 mA이상의 전류가 필요한데 이를 확보하기 위해 종래에는 전류증폭기나 네거티브 전압발생기 등과 같은 구성이 필요함은 앞서 언급하였다. 이는 아날로그 신호 처리부(120)에서 출력되는 전압이 고출력레이저 다이오드의 문턱전압에 미치지 못하기 때문에 레이저 다이오드(112)에서 원하는 광량의 레이저를 얻기 위함이다.
일단 아날로그 신호 처리부(120)의 출력전압을 레이저 다이오드 구동시스템에서 사용하는 전압의 레벨에 맞게 적절히 레벨을 쉬프트시킨다. 쉬프트 되는 레벨은 V1과 V2의 전압을 조절하여 이루어진다. 따라서 쉬프트할 레벨에 따라 V1과 V2는 다양하게 정하여질 수 있다.
이렇게 레벨이 쉬프트된 아날로그 신호 처리부(120)의 출력전압에는 현재 광디스크 장치가 어떤 모드로 동작하고 있느냐에 따라 즉, 기록모드냐 재생모드냐에 따라 전압가산기(330)에서 각각 일정한 전압을 가산하게 된다. 이는 기록시와 재생시의 레이저광의 광량이 차이가 있기 때문이다.
먹스(350)는 제어부(미도시)의 신호에 의해 기록 DAC(354)와 재생 DAC(352) 에서 공급되는 각 일정량의 전압을 전압가산기(330)에 인가하게 된다.
전압가산기(330)에서 각 모드에 맞는 전압이 출력되면 저항 R2를 거쳐 NPN트랜지스터(340)의 베이스(Base)로 적절한 전류(Ib)가 인가된다. 이 전류(Ib)는 전압원(320)에서 레이저 다이오드의 구동을 위해 NPN트랜지스트(340)의 에미터(Emitter)로 저항 R1을 통해 인가되는 전류(Ie)를 적절하게 증폭하며 증폭된 전류는 컬렉터(Collector)를 통해 레이저 다이오드로 출력한다. 이 때 전압원은 종래의 전압원보다 높은 6V에서 12V의 전압원을 사용한다. 통상 NPN트랜지스터에 걸리는 전압은 1V정도이고 저항 등에서의 전압강하를 고려하고 원하는 출사광을 확보하기 위해서는 문턱전압인 4V보다는 높은 전압이 레이저 다이오드에 걸려야 하므로 이론상 5V이상의 전압원이 사용되어야 한다. 다만 바람직한 정도의 출사량을 확보하기 위해서는 5V보다는 높은 약 6V이상의 전압원이 필요하다. 다만 그 하한선은 새로운 레이저 다이오드의 개발 등 기술의 진보에 따라 더 낮아질 수 있음은 물론이다. 따라서 사용되는 전압의 하한선은 단일전원으로 원하는 출사량을 얻기 위한 최소한의 전압이라고 할 수 있다. 또한, 기록 및 재생에 따라 적절한 출사량이 정하여져 있으므로 레이저 다이오드에 너무 높은 전압이 인가되어도 광디스크의 기록 및 재생에 있어서 바람직하지 않다. 따라서 기록/재생시스템의 범용성을 고려할 때 12V정도가 그 상한선이 될 수 있다. 물론 더 높은 전압원을 저항 등을 이용하여 사용할 수도 있으나 효율성면에서 바람직하지는 않다.
도 3에는 전압원의 전류를 증폭하는데 NPN트랜지스터를 사용하였으나 같은 기능을 수행하는 다른 회로소자(MOS FET 등)가 사용될 수 있음은 물론이다.
광디스크의 데이터를 독출하기 위해 디스크에 조사되는 레이저와 반사되는 반사광은 같은 경로를 이용함에 따라 간섭현상에 의해 독출되는 데이터의 열화현상이 발생한다. 이를 방지하기 위해 일반적으로 레이저 다이오드(260)에 공급되는 구동전류에 수백 MHz에 해당하는 고주파가 중첩된다. 이러한 고주파는 고주파(HFM) 발생부(250)에서 발생되어 커패시터(252)를 통해 구동전류로 전달된다.
레이저 다이오드(260)는 전달된 구동전류에 의해 고출력 레이저를 출사하며 대부분의 레이저는 광디스크로 조사되고 일부가 피드백제어를 위해 프론트 포토 다이오드(119)로 수광되게 된다.
이와 같이 본 발명의 레이저 다이오드 구동회로는 레이저 다이오드를 구동하는데 네거티브 전압 발생기 없이도 레이저 다이오드를 구동할 수 있으며 V/I, 전류증폭기 등의 구성요소가 없이도 피드백 회로를 구성하여 레이저 다이오드의 출사광을 자동으로 조절할 수 있음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 전압레벨 쉬프터(310)와 전압가산기(330)의 일 실시예를 나타내는 블록도이다. 비반전단자로 아날로그 신호 처리부(120)의 제2게인 컨트롤 앰프(126)에서 출력된 전압과 쉬프트될 레벨의 전압 V2가 입력되고 반전단자로는 레퍼런스 전압 V1이 인가되어 DC전압을 일정레벨만큼 쉬프트 하여 출력된다.
레벨 쉬프트되어 출력된 전압은 전압가산기(330)의 비반전단자로 입력되어 제어부(미도시)의 신호에 따라 먹스(350)에서 기록 및 재생의 각 모드에 따른 전압량을 레벨 쉬프트되어 출력된 전압에 가산하여 트랜지스터의 베이스단에 연결된 저항 R2로 출력하게 된다. 재생시에는 일정한 DC전압이 가산되지만 기록시에는 기록 되는 데이터에 따라 정해진 전압이 가산되게 된다. 따라서 기록시에 전압가산기(330)에는 매우 짧은 시간동안에 기록될 데이터에 따라 달라지는 전압이 인가되게 된다.
이상의 레이저 다이오드 구동회로는 단일한 전압원을 이용하여 구동되게 되므로 인덕터 소자가 들어있는 네거티브 전압발생부(280) 등이 필요없으므로 IC칩과 같은 형태로 제작할 수 있으므로 광디스크 장치를 경량화, 슬림화하여 제작할 수도 있을 것이다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 단일한 전압원을 이용하여 레이저 다이오드의 출사광을 일정하게 유지하는 레이저 다이오드 구동회로를 동작할 수 있게 되어 네거티브 전압 발생부, V/I 등의 구성요소가 불필요하게 됨에 따라 회로구성을 간단히 할 수 있으며 제조원가를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 네거티브 전압 발생부를 쓰지 않게 됨에 따라 레이저 다이오드 구동회로를 IC 칩 등에 포함할 수 있게 되어 제품을 경량화, 슬림화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 아날로그 신호처리부의 출력전압을 미리 설정된 레벨로 쉬프트하는 전압레벨쉬프터와,
    상기 레벨 쉬프트된 전압에 광디스크에 기록시 및 재생시에 따라 미리 정해진 전압을 가산하는 전압가산기와,
    상기 가산된 전압을 인가받아 전원부의 전류를 증폭하여 레이저 다이오드로 출력하는 증폭부를 포함하는 레이저 다이오드 구동회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제어부의 신호에 따라 상기 기록 및 재생에 따른 전압을 상기 전압가산기에 인가하는 먹스를 더 포함하는 것이 특징인 레이저 다이오드 구동회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드 구동회로는 하나의 단일한 전압원으로 구동되는 것이 특징인 레이저 다이오드 구동회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 단일 전압원은 6볼트 내지 12볼트에 속하는 전압을 출력하는 전압원인 것이 특징인 레이저 다이오드 구동회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    레이저 다이오드에 전원을 공급하는 상기 전원부는 단일한 전압원을 이용하여 상기 전압레벨쉬프터와 상기 전압가산기와 트랜지스터에 일정한 크기의 전압을 공급하는 것이 특징인 레이저 다이오드 구동회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭부는 NPN형 트랜지스터인 것이 특징인 레이저 다이오드 구동회로.
  7. 광디스크의 기록 및 재생시스템의 레이저 다이오드를 구동하는 구동전류를 출력하는 레이저 다이오드 구동회로에 있어서,
    아날로그 신호처리부의 출력전압을 입력받아 일정한 레벨로 쉬프트 하는 단계;
    상기 레벨 쉬프트된 전압에 광디스크에의 기록시 및 재생시에 따라 미리 정해진 전압을 가산하는 단계;
    상기 가산된 전압을 인가받아 전원부의 전류를 증폭하는 단계를 통해 상기 구동전류의 출력을 제어하는 레이저 다이오드 구동회로의 제어방법
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드 구동전류의 출력제어하는데 하나의 단일한 전압원을 이용하는 것이 특징인 레이저 다이오드 구동회로의 제어방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 전원부의 전류의 증폭에는 NPN형 트랜지스터를 이용하는 것이 특징인 레이저 다이오드 구동회로의 제어방법.
  10. 아날로그 신호 처리부로부터의 출력전압을 일정레벨로 쉬프트하는 레벨 쉬프터와, 상기 레벨쉬프트된 전압에 광디스크의 기록시 및 재생시에 따라 일정량의 전압을 가산하는 전압가산기와, 상기 가산된 전압을 입력받아 전원부의 전류를 증폭하여 레이저 다이오드로 출력하는 증폭부를 포함하는 레이저 다이오드 구동용 반도체 집적회로.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전원부의 전류를 증폭하는 증폭부에는 NPN형 트랜지스터 회로소자인 것이 특징인 레이저 다이오드 구동용 반도체 집적회로.
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