CN112133331B - 检测供应电流限值的数据存储装置 - Google Patents

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Abstract

公开一种数据存储装置，其包括存储介质、配置成从电压源接收供应电压的输入和由所述供应电压供电的控制电路。所述控制电路配置成：调整所述数据存储装置的负载，检测所调整负载下的负载电压，检测所述所调整负载下的负载电流，处理检测到的负载电压和检测到的负载电流以检测所述电压源的电流限值，以及响应于所述电压源的检测到的电流限值来配置所述数据存储装置。

Description

检测供应电流限值的数据存储装置
背景技术
数据中心采用通常呈硬盘驱动器(HDD)或固态驱动器(SSD)形式的大型数据存储装置阵列。数据存储装置通常安装在能够容纳多个存储装置的机箱中，其中多个机箱被安装到存储架中。每一机箱通常向数据存储装置提供一个或多个供应电压，例如用于为主轴电机和音圈电机供电的12v供应器，以及用于为磁盘驱动器的控制电路供电的5v供应器。机箱的制造商通常向数据存储装置的制造商提供例如关于在操作时应从每一供应电压汲取的最大电流的规格。另外，机箱可以制造有限制可以由每一数据存储装置汲取的最大电流的电熔丝电路。如果数据存储装置汲取过量电流，则电熔丝电路将“断开”，以防止出现过载状况。
附图说明
图1展示根据实施例的数据存储装置，其包括存储介质和由从电压源接收到的供应电压供电的控制电路。
图1B为根据实施例的流程图，其中基于检测到的负载电压和检测到的负载电流来检测电压源的电流限值。
图1C展示其中多个数据存储装置安装到存储架的机箱中的实施例，其中由电熔丝限制到每一数据存储装置的供应电流。
图1D展示其中DC电流限值可以跨越机箱的电熔丝发生变化的实施例。
图2展示其中通过增加数据存储装置内的负载，并检测电熔丝的电阻何时超出阈值来测量电熔丝的电流限值的实施例。
图3A和3B展示其中通过在数据存储装置内创建瞬态负载，并检测供应电压的斜率极性何时匹配供应电流的斜率极性来测量电熔丝的电流限值的实施例。
图4A展示根据实施例的呈磁盘驱动器形式的数据存储装置，其包括用于旋转磁盘的主轴电机，和由音圈电机(VCM)在磁盘上方致动的磁头。
图4B展示根据实施例的磁盘驱动器，其包括用于在相应磁盘表面上方致动相应磁头集合的分离式致动器。
图5A展示其中配置多个VCM的搜寻轮廓，以便不超出电压源的检测到的电流限值的实施例。
图5B展示其中使多个VCM的搜寻轮廓偏移(通过延迟至少一个搜寻轮廓)，以便不超出电压源的检测到的电流限值的实施例。
图6展示根据实施例的呈固态驱动器(SSD)形式的数据存储装置，其包括可以并行存取的多个存储器装置。
图7A展示其中多个读取通道可以并行处理多个数据流(例如，来自多个磁盘表面或多个存储器装置)的实施例。
图7B展示其中可以使多个数据流的并行处理交错，以便对数据存储装置进行存取限制并避免超出电压源的检测到的电流限值的实施例。
具体实施方式
图1A展示根据实施例的数据存储装置，其包括存储介质2和由从电压源接收到的供应电压6供电的控制电路4。控制电路4配置成执行图1B的流程图，其中调整存储装置的负载(框8)，检测所调整负载下的负载电压(框10)，且检测所调整负载下的负载电流(框12)。处理检测到的负载电压和检测到的负载电流以检测电压源的电流限值(框14)，且响应于电压源的检测到的电流限值来配置数据存储装置(框16)。
图1C展示其中多个数据存储装置181到18N被安装到存储架的机箱中的实施例。电力供应器20生成通过电流限制电子保险丝(电熔丝)221到22N施加到每一数据存储装置的供应电压Vs和对应供应电流。在图1D中所示的一个实施例中，由于制造公差，每一电熔丝的DC电流限值可以跨越装置而发生变化。另外，电熔丝的瞬态响应可以跨越装置而发生变化，这意指每一电熔丝在数据存储装置的瞬态负载状况期间可以传导不同的峰值电流。常规地，每一数据存储装置配置成不超出最差情况电熔丝的最小DC电流限值，借此确保在所有负载状况下无电熔丝断开。然而，将安装于机箱中的所有数据存储装置配置成不超出电熔丝的最小DC电流限值意指数据存储装置中的至少一些将以次优水平执行。因此，在一个实施例中，每一数据存储装置内的控制电路4检测其相应电熔丝的电流限值，且接着基于检测到的电流限值优化操作性能，以例如最大化数据存储装置的处理量。在一个实施例中，控制电路4可以检测其电熔丝的DC电流限值和/或AC电流限值，以便配置数据存储装置的不同操作模式(例如，配置对应于电熔丝的相应电流限值的最大DC和AC负载)。
可以采用任何合适的技术来检测电熔丝的电流限值，其中在图2中所示的实施例中，控制电路4可以在测量电熔丝的电阻时调整数据存储装置的负载。可以将电熔丝的电阻测量为跨越电熔丝的电压除以流过电熔丝的电流。跨越电熔丝的电压(V_fuse)可以通过从由图1C的电力供应器20生成的已知供应电压Vs减去数据存储装置内检测到的负载电压(V_load)来测量。接着，可以在电熔丝的所测量电阻超出预定阈值时检测电熔丝的电流限值，如图2中所示。也就是说，随着数据存储装置内的负载增加，流过电熔丝的供应电流将增加，直到达到电熔丝的电流限值为止，借此使电熔丝的电阻随着保险丝转变为断开状态而增加。
图3A和3B展示用于检测电熔丝的电流限值的替代性实施例。在此实施例中，控制电路4在调整数据存储装置的负载时，监视检测到的负载电压和检测到的负载电流的斜率极性。参考图3A，随着负载电流增加，负载电压由于负载电流增加跨越电力供应器20和电熔丝的电压降而降低。如果未达到电熔丝的电流限值，则当负载电流降低(负斜率)时，负载电压对应增加(正斜率)，如图3A中所示。然而，如果达到了电熔丝的电流限值，使得电熔丝的电阻开始增加，则即使负载电流正降低(负斜率)，电熔丝的瞬态响应仍将使负载电压降低(负斜率)，如图3B中所示。因此，在一个实施例中，为了检测电熔丝的电流限值，增加数据存储装置的瞬态负载，直到在瞬态负载状况的至少部分期间，检测到的负载电压的斜率极性匹配检测到的负载电流的斜率极性为止。
图4A展示根据实施例的呈磁盘驱动器形式的数据存储装置，其包括配置成旋转磁盘26的主轴电机24。音圈电机(VCM)28绕枢轴旋转致动器臂30，以便在磁盘26上方径向地致动磁头32。控制电路4将控制信号34施加到主轴电机24，以便控制磁盘26的旋转速度，并基于搜寻轮廓将控制信号36施加到VCM 28，以便在磁盘26上方搜寻磁头32以存取目标数据磁道。在图4B中所示的实施例中，磁盘驱动器可以包括配置成旋转相应致动器臂集合30A和30B的多个VCM(例如，VCM 28A和VCM 28B)。多个VCM可以包括分离式致动器配置，其中VCM绕共同枢轴旋转其相应致动器臂，如在图4B的实施例中，或每一VCM可以绕独立枢轴致动相应致动器臂。
在一个实施例中，当检测电熔丝的电流限值时，控制电路4通过将驱动电流施加到VCM和/或主轴电机中的任一个或两个来增加磁盘驱动器的负载。可以在正常存取操作期间，或可以周期性地执行的校准程序期间或在磁盘驱动器通电时，将驱动电流施加到VCM和/或主轴电机。例如，在一个实施例中，在磁盘驱动器通电时，控制电路4可以在磁头停在斜面上时将驱动电流施加到VCM 28(例如，抵着碰撞止挡件驱动VCM 28，以便增加磁盘驱动器的负载)。在一个实施例中，控制电路4可以将驱动电流并行施加到两个或更多个VCM，以便进一步增加磁盘驱动器的负载(例如，在每一VCM在损害音圈或耗尽电压余量之前可能具有电流限值的实施例中)。在又一实施例中，当通电时，控制电路4可以在主轴电机停止时将驱动电流施加到主轴电机24(例如，通过在主轴电机的固定换向状态期间施加驱动电流)。在一个实施例中，控制电路4可以在校准程序期间将驱动电流施加到主轴电机之前，确认主轴电机并不旋转(例如，通过评估主轴电机的反电动势BEMF电压)。在再一实施例中，当通电时，控制电路4可以将驱动电流施加到主轴电机，以便使磁盘朝向目标旋转速度自旋，且并行地将驱动电流施加到至少一个VCM(例如，以便朝向碰撞止挡件驱动VCM)。此实施例可以减小或消除通电期间的任何延迟，这是由于可以在磁盘驱动器的正常自旋操作期间检测电熔丝的电流限值。
控制电路4可以基于电熔丝的检测到的电流限值，以任何合适方式配置磁盘驱动器。在一个实施例中，控制电路4可以例如通过在加速和/或减速搜寻阶段期间限制驱动电流来配置VCM 28的搜寻轮廓，以免超出电熔丝的检测到的电流限值。在其中可以执行多个VCM的并行搜寻的实施例中，可以配置每一VCM的搜寻轮廓，从而使得组合电流并不超出电熔丝的检测到的电流限值。图5A中展示此实施例的实例，其中配置第一VCM28A的第一搜寻轮廓38和第二VCM 28B的第二搜寻轮廓40，从而使得组合搜寻轮廓42并不超出电熔丝的检测到的电流限值。以此方式，通过具有较高电流限值的电熔丝供电的磁盘驱动器可以配置成通过使用较激进的搜寻轮廓而以较高性能操作。
图5B展示用于配置多个VCM的搜寻轮廓，以免超出电熔丝的检测到的电流限值的替代性实施例。在此实施例中，控制电路可以开始执行第一VCM 28A的第一搜寻轮廓44，且接着在预定延迟之后，开始执行第二VCM 28B的第二搜寻轮廓46。以此方式，通过减小加速和/或减速搜寻阶段期间的重叠，组合VCM电流保持低于电熔丝的检测到的电流限值。
在一个实施例中，控制电路可以配置多个VCM的搜寻轮廓，使得组合电流可以在短持续时间内超出电熔丝的DC电流限值，而不超出电熔丝的瞬态(AC)电流限值。例如，图5A中的组合搜寻轮廓42可以在瞬态持续时间内超出DC电流限值，或可以配置图5B中的搜寻轮廓的延迟，从而使得组合VCM电流可以在瞬态持续时间内超出DC电流限值，借此在电熔丝不中断磁盘驱动器操作的情况下最大化性能。
在一个实施例中，可以在执行一个或多个VCM的搜寻操作时监视磁盘驱动器的检测到的负载电压和检测到的负载电流，以便检测是否超出电熔丝的电流限值。当检测到过量电流状况时，控制电路可以修改进行中的搜寻以便防止过载状况。在一个实施例中，控制电路可以基于是否在正常搜寻操作期间超出电流限值，适应性地调整电熔丝的检测到的电流限值。例如，在一个实施例中，控制电路可以(通过增加搜寻电流)逐步提高搜寻轮廓的性能，直到达到电熔丝的电流限值为止。控制电路接着可以使搜寻轮廓的性能后退预定裕量，以免在后续搜寻操作期间超出检测到的电流限值。控制电路可以周期性地逐步提高搜寻轮廓的性能，以便再校准电熔丝的检测到的电流限值。例如，在一个实施例中，电熔丝的电流限值可以由于例如环境状况(例如，环境温度)变化而随时间推移发生变化。
图1A的数据存储装置可以包括任何合适的存储介质2，其中在图6中所示的实施例中，存储介质可以包括固态驱动器(SSD)的非易失性半导体存储器(NVSM)48。非易失性半导体存储器48可以包括用于存储多个数据块的多个个别存储器装置50A、50B等。在一个实施例中，控制电路4可以包括如图7A中所示的多个读取通道，其用于并行地存取存储器装置中的两个或更多个以便增加处理量。然而，并行地存取多个存储器装置(或多个磁盘表面)可能会超出电熔丝的电流限值。因此，在一个实施例中，控制电路4可以配置对数据存储装置的存取限制，以便不超出电熔丝的检测到的电流限值。图7B的实施例中展示存取限制的实例，其中可以使多个读取通道的操作交错，以便减小读取通道的组合负载。在一个实施例中，可以基于电熔丝的检测到的电流限值(AC或DC)，调整多个读取通道之间的重叠量。在另一实施例中，可以通过基于检测到的电流限值来调整多个重叠的读取通道的时钟速度实施存取限制，其中可以随着检测到的电流限值增加而提高计时速度。
在图1C的实施例中，可以采用能够限制从电力供应器20流到数据存储装置(DSD)181到18N的最大电流的任何合适的电熔丝221到22N或电熔丝型装置。在一个实施例中，电熔丝可以包括任何合适的有源电路，例如由电流感测电路控制的场效应晶体管(FET)。在此实施例中，电熔丝可以操作为一旦负载电流降低为低于电熔丝的电流限值可以重设的瞬态保险丝。在其它实施例中，电熔丝可以包括在电熔丝熔断之前可以展现增加的电阻的任何合适的无源电路(例如，导线)。在此实施例中，DSD 181到18N内的控制电路4可以调整负载电流，以便防止电熔丝达到熔断(永久性地停用)状态。
可以采用任何合适的控制电路来实施上文实施例中的流程图，例如一个或多个任何合适的集成电路。例如，控制电路可以实施于读取通道集成电路内，或分离于读取通道的组件，例如数据存储控制器中，或上文所描述的某些操作可以由读取通道执行且其它操作由数据存储控制器执行。在一个实施例中，读取通道和数据存储控制器被实施为单独的集成电路，且在替代实施例中，其被制造成单个集成电路或芯片上系统(SOC)。另外，控制电路可以包含被实施为单独的集成电路、集成到读取通道或数据存储控制器电路中，或集成到SOC中的合适的前置放大器电路。
在一个实施例中，控制电路包括执行指令的微处理器，所述指令可操作以使微处理器执行本文中所描述的流程图。所述指令可以存储在任何计算机可读介质中。在一个实施例中，所述指令可以存储在微处理器外部的非易失性半导体存储器上，或与SOC中的微处理器集成在一起。在另一实施例中，所述指令存储在磁盘上，且在磁盘驱动器通电时被读取到易失性半导体存储器中。在又一实施例中，控制电路包括合适的逻辑电路，例如状态机电路。在一些实施例中，可以使用模拟电路(例如，模拟比较器、定时器等)实施流程图框中的至少一些，且在其它实施例中，可以使用数字电路或模拟/数字电路的组合实施所述框中的至少一些。
在各种实施例中，数据存储装置可以包含磁盘驱动器、光盘驱动器、混合式磁盘驱动器、固态驱动器等。另外，一些实施例可以包含包括如上文所描述的存储介质和/或控制电路的电子装置，例如计算装置、数据服务器装置、介质内容存储装置等。
上文描述的各种特征和过程可以独立于彼此使用，或可以以各种方式组合。所有可能组合和子组合意图属于本发明的范围内。另外，在一些实施方案中可以省略某些方法、事件或过程框。本文中描述的方法和过程还不限于任何特定序列，并且与其相关的框或状态可以以其它适当的序列执行。例如，所描述的任务或事件可以以不同于具体公开的顺序来执行，或可以在单个框或状态中组合多个任务或事件。实例任务或事件可以串联、并联或以一些其它方式执行。任务或事件可以添加到所公开的实例实施例或从其去除。本文中所描述的实例系统和组件可以与描述不同地配置。例如，元件可以添加到所公开的实例实施例、从其去除或与其相比重新布置。
虽然已描述某些实例实施例，但这些实施例已仅借助于实例呈现，且不意图限制本文中公开的本发明的范围。因此，在前述描述中无一者意图暗示任何特定特征、特性、步骤、模块或框为必需或必不可少的。实际上，本文中所描述的新颖方法和系统可以以多种其它形式体现；此外，可以作出呈本文中所描述的方法和系统的形式的各种省略、替代和改变而不脱离本文中所公开的实施例的精神。

Claims (20)

1.一种数据存储装置，其包括：
存储介质；
输入，其配置成从电压源接收供应电压；以及
控制电路，其由所述供应电压供电，其中所述控制电路配置成：
调整所述数据存储装置的负载；
检测所调整负载下的负载电压；
检测所述所调整负载下的负载电流；
处理检测到的负载电压和检测到的负载电流，以检测所述电压源的电流限值；以及
响应于所述电压源的检测到的电流限值，配置所述数据存储装置。
2.根据权利要求1所述的数据存储装置，其中所述控制电路进一步配置成：
基于所述检测到的负载电压和所述检测到的负载电流，检测所述电压源的电阻；以及
响应于检测到的电阻，检测所述电压源的所述电流限值。
3.根据权利要求1所述的数据存储装置，其中所述控制电路进一步配置成增加所述数据存储装置的所述负载，并且当在瞬态负载状况的至少部分期间，所述检测到的负载电压的斜率极性匹配所述检测到的负载电流的斜率极性时，检测所述电压源的所述电流限值。
4.根据权利要求1所述的数据存储装置，其中所述存储介质包括使用磁头存取的磁盘，且所述控制电路进一步配置成响应于所述电压源的所述检测到的电流限值，调整用于在所述磁盘上方搜寻所述磁头的搜寻轮廓。
5.根据权利要求4所述的数据存储装置，其中所述控制电路进一步配置成通过降低所述搜寻轮廓的加速度来调整所述搜寻轮廓。
6.根据权利要求4所述的数据存储装置，其中所述控制电路进一步配置成通过增加所述搜寻轮廓的延迟来调整所述搜寻轮廓。
7.根据权利要求1所述的数据存储装置，其中所述存储介质包括非易失性半导体存储器即NVSM，且所述控制电路进一步配置成响应于所述电压源的所述检测到的电流限值，配置对所述NVSM的存取限制。
8.一种数据存储装置，其包括：
存储介质；
输入，其配置成从电压源接收供应电压；以及
控制电路，其由所述供应电压供电，其中所述控制电路配置成：
在存取所述存储介质时检测由负载状况所引起的所述电压源的电流限值；以及
响应于所述电压源的检测到的电流限值，配置所述数据存储装置以减小所述负载状况。
9.根据权利要求8所述的数据存储装置，其中所述控制电路进一步配置成：
调整所述数据存储装置的负载，
检测所调整负载下的负载电压；
检测所述所调整负载下的负载电流；
基于检测到的负载电压和检测到的负载电流，检测所述电压源的电阻；以及
响应于检测到的电阻，检测所述电压源的所述电流限值。
10.根据权利要求8所述的数据存储装置，其中所述控制电路进一步配置成：
增加所述数据存储装置的负载，
检测增加后的负载下的负载电压；
检测所述增加后的负载下的负载电流；以及
当在所述负载状况的至少部分期间，所述检测到的负载电压的斜率极性匹配所述检测到的负载电流的斜率极性时，检测所述电压源的所述电流限值。
11.根据权利要求8所述的数据存储装置，其中所述存储介质包括使用磁头存取的磁盘，且所述控制电路进一步配置成响应于所述电压源的所述检测到的电流限值，调整用于在所述磁盘上方搜寻所述磁头的搜寻轮廓，以便减小所述负载状况。
12.根据权利要求11所述的数据存储装置，其中所述控制电路进一步配置成通过降低所述搜寻轮廓的加速度来调整所述搜寻轮廓。
13.根据权利要求11所述的数据存储装置，其中所述控制电路进一步配置成通过增加所述搜寻轮廓的延迟来调整所述搜寻轮廓。
14.根据权利要求8所述的数据存储装置，其中所述存储介质包括非易失性半导体存储器即NVSM，且所述控制电路进一步配置成响应于所述电压源的所述检测到的电流限值，增加对所述NVSM的存取限制，以便减小所述负载状况。
15.一种数据存储装置，其包括：
存储介质；
输入，其配置成从电压源接收供应电压；
用于检测所述供应电压的电流限值的构件；以及
用于响应于所述供应电压的检测到的电流限值，配置所述数据存储装置的构件。
16.根据权利要求15所述的数据存储装置，其进一步包括：
用于调整所述数据存储装置的负载的构件；
用于检测所调整负载下的负载电压的构件；以及
用于检测所述所调整负载下的负载电流的构件；
其中所述用于检测所述供应电压的所述电流限值的构件包括用于检测检测到的负载电压的斜率极性何时匹配检测到的负载电流的斜率极性的构件。
17.根据权利要求15所述的数据存储装置，其中所述存储介质包括使用磁头存取的磁盘，且所述用于配置所述数据存储装置的构件包括：用于响应于所述供应电压的所述检测到的电流限值来调整用于在所述磁盘上方搜寻所述磁头的搜寻轮廓的构件。
18.根据权利要求17所述的数据存储装置，其中所述用于调整所述搜寻轮廓的构件包括用于降低所述搜寻轮廓的加速度的构件。
19.根据权利要求17所述的数据存储装置，其中所述用于调整所述搜寻轮廓的构件包括用于增加所述搜寻轮廓的延迟的构件。
20.根据权利要求15所述的数据存储装置，其中所述存储介质包括非易失性半导体存储器即NVSM，且所述用于配置所述数据存储装置的构件包括：用于响应于所述电压源的所述检测到的电流限值来增加对所述NVSM的存取限制的构件。
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