DE10020092A1 - Verfahren und System für eine Spindelmotorsteuerung für das Kopfladen in einem Festplattenantrieb - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und Systemaspekte der Steuerung der Spindelmotordrehzahl während des Kopfladens in einem Festplattenantrieb beschrieben. Die Aspekte beinhalten die Eingabe eines zeitlich veränderlichen Referenzsignals für das Drehzahlprofil und die Auswahl einer Steuereinheit zur Steuerung der Spindelmotordrehzahl. Weiterhin einbezogen werden Mitkopplungssteuersignale, die ausreichend sind, um die Zugkraft während eines Kopfladeereignisses vorzukompensieren und die Spindelmotordrehzahl innerhalb einer Betriebstoleranz zu halten.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Spindelmotoren von Festplattenantrieben und insbesondere auf eine Spindelmotor- Steuereinheit für das Kopfladen (head loading) in Festplattenantrieben.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Digitale Datenspeicher benutzen herkömmlicherweise Festplattenantriebe mit rotierenden starren Festplatten. Verbesserungen der Technologie haben versucht, die Speicherkapazität und die Genauigkeit der Festplattenantriebe, bei gleichzeitiger Verringerung des Gewichtes und des Energieverbrauchs zu erhöhen. Bei diesen Verbesserungen wurde noch mehr Wert auf die genaue Steuerung der Drehzahl der sich drehenden Festplatten gelegt. Normalerweise wird versucht, die Spindelmotordrehzahl des Antriebes durch Anlegen eines eingeschwungenen Stromes an den Spindelmotor auf einer konstanten Drehzahl zu halten, im Zusammenwirken mit einer zugehörigen Rückkopplungskorrektur in Form einer Standardsteuer- oder Servoschleife.

Fig. 1 veranschaulicht eine klassische Regelschleife für die Spindeldrehzahl. So wie dargestellt sendet ein digitaler Proportional-Integral-Regler 10, normalerweise als Firmware vorhanden, ein Steuerausgangssignal an einen Digital-Analog- Wandler (D/A) 12. Der D/A 12 wandelt das Steuersignal in eine analoge Form zur Eingabe in einen Motorvorantrieb 14, der das Signal benutzt, um die Drehzahl des Spindelmotors 16 anzupassen. Die Drehzahl des Spindelmotors 16 wird vom Motorvorantrieb 14 in Form von Drehzahlimpulsen gesendet, die von einem digitalen Zähler 18 gezählt werden, um eine Frequenz der Impulse zu bestimmen, die einen Messwert des Zeitraumes zwischen den Impulsen ergibt, um die Drehzahl des Spindelmotors 16 zu schätzen. Dieses gemessene Drehzahlsignal wird dann von einem Eingangsreferenzsignal subtrahiert, das eine konstante Periode besitzt, um ein Drehzahlfehlersignal bereitzustellen. Das Drehzahlfehlersignal wird in der digitalen Steuereinheit 10 als Rückkopplung benutzt, um die Drehzahl des Spindelmotors proportional zur gewünschten konstanten Drehzahl des Spindelmotors 16 einzustellen.

Ein bekanntes Problem bei modernen Festplattenantrieben ist die Zugkraft (force of drag), die durch die Wechselwirkung des Festplattenkopfes und der Luft entsteht, die sich um die Festplatten bewegt, wenn sich die Festplatten mit hoher Drehzahl drehen. Einige Systeme, zum Beispiel die in den US- Patentschriften 5 473 230 und 5 592 345 beschriebenen, versuchen, die Zugkraft während der Positionierung des Kopfes zu beseitigen. Diese Systeme bestimmen jedoch ihre Kompensation entsprechend einer Stelle oder eines Bereiches der Festplatte, über denen der Kopf positioniert ist. Obwohl sie anscheinend die Zugkraft während der Positionierung des Kopfes kompensieren, gibt es noch ein Problem zu dem Zeitpunkt, wenn der Kopf geladen wird, da sich das Drehmoment der Zugkraft am Spindelmotor erhöht, was den Motor abbremst. Bei einem Hochgeschwindigkeitsantrieb mit mehreren Platten und mehreren Köpfen kann dieses Abbremsen so groß sein, dass der Motor auf eine Drehzahl heruntergeht, die außerhalb seiner normalen Betriebstoleranz liegt. Weiterhin kann die Reaktion des Drehzahlreglers auf die unerwartete Belastungsänderung auch zu einer Verzögerung bei der Rückkehr der Spindeldrehzahl auf einen annehmbaren Wert führen. Die Verzögerung verursacht eine Vergrößerung des Zeitraumes, der für den Abschluss des Ladeprozesses erforderlich ist, während die Motordrehzahl wiederhergestellt wird, und kann den Anfangszugriff auf Daten während eines Systemstarts oder einer Fehlerkorrektur verlangsamen.

Demzufolge werden ein System und ein Verfahren zur Steuerung der Spindelmotordrehzahl während des Kopfladeprozesses innerhalb einer bestimmten Toleranz benötigt. Die vorliegende Erfindung wird diesem Bedarf gerecht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Verfahren und Systemaspekte der Steuerung der Spindelmotordrehzahl während des Kopfladens in einem Festplattenantrieb werden beschrieben. Die Aspekte beinhalten die Eingabe eines zeitlich veränderlichen Referenzsignals für das Drehzahlprofil und die Auswahl einer Steuereinheit, um die Spindelmotordrehzahl zu steuern. Weiterhin einbezogen ist die Mitkopplung von Steuersignalen, die ausreichen, um die Zugkraft während eines Kopfladeereignisses vorzukompensieren und die Spindelmotordrehzahl innerhalb einer Betriebstoleranz zu halten.

Durch die vorliegende Erfindung reduziert die Vorkompensation von Auswirkungen der Zugkraft während eines Kopfladens von einer Rampenposition in einem Festplattenantrieb aus die Möglichkeit einer Verzögerung durch eine Servoregelschleife, wenn eine geeignete Spindeldrehzahl erreicht wird. Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind im Zusammenhang mit der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen besser zu verstehen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer klassischen Spindeldrehzahl-Regelschleife zur Steuerung der Drehzahl des Spindelmotors.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Komponenten des Festplattenantriebes einschließlich einer Rampe, die in den Kopfladeprozess einbezogen sind.

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer Spindelmotor- Regelschleife entsprechend der vorliegenden Erfindung zur Steuerung eines Spindelmotors während eines Kopfladeereignisses.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Spindelmotorsteuerung während eines Kopfladeereignisses. Die folgende Beschreibung wird dargestellt, um einen normalen Fachmann zu befähigen, die Erfindung herzustellen und anzuwenden, und sie wird im Kontext einer Patentanmeldung und deren Anforderungen vorgenommen. Verschiedene Modifikationen der bevorzugten Ausführungsform und der hier beschriebenen gegnerischen Prinzipien und Eigenschaften werden für Fachleute vollständig ersichtlich sein. Somit ist nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung auf die dargestellte Ausführungsform zu beschränken, es muss ihr stattdessen der weiteste Umfang vorbehalten bleiben, der mit den hier beschriebenen Prinzipien und Eigenschaften übereinstimmt.

Die vorliegende Erfindung stellt ein System und ein Verfahren bereit, um die Spindelmotordrehzahl während des Kopfladeprozesses innerhalb einer bestimmten Toleranz oder eines bestimmten Drehzahlprofils zu steuern. Wir beziehen uns jetzt auf Fig. 2; es wird eine grundlegende Darstellung der Draufsicht auf die mechanischen Komponenten des Antriebes gegeben, die an dem Kopfladeprozess beteiligt sind. Zu den Komponenten gehört ein Festplattenstapel 20, der an einer Spindel 22 befestigt ist, die von einem Spindelmotor angetrieben wird (nicht dargestellt). Ein rampenartiger Lade- Entlade-Mechanismus wird verwendet, um die Köpfe von jeder Plattenoberfläche abzuheben, wenn sich das Betätigungselement 24 (d. h. der Arm, der den Lese-Schreib-Kopf trägt) mit Hilfe des Schwingspulenmotors (VCM) 26 über den äußeren Durchmesser der Festplatten hinaus bewegt, um die Köpfe außerhalb des Festplattenstapels 22 zu parken. Am Ende jeder Kopfaufhängungsbaugruppe befindet sich eine Hubnase 28, die in eine Rampe 29 eingreift, d. h. in eine schräge Nockenfläche, die sich am äußeren Durchmesser der Festplatte befindet. Während eines Kopfladeereignisses wird der Kopf von der Rampe 29 auf die Festplatte 20 bewegt.

Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kopf geladen wird, erhöht sich das Drehmoment der Zugkraft am Spindelmotor. Die Erfindung stellt ein Mittel bereit, um die Spindelmotorsteuerung mit dem Kopfladeprozess zu verknüpfen, so dass eine genauere Steuerung des Motors erreicht wird. Dies verringert die Zeit, die für den Motor erforderlich ist, seine Betriebstoleranz während des Kopfladeprozesses zu erreichen oder beizubehalten, und verringert die Gesamtzeit, die für die Ausführung des Kopfladeprozesses erforderlich ist.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Mitkopplungssteuereinheit bereitgestellt, um während des Kopfladeereignisses ein Mitkopplungssteuersignal an den Spindelmotor anzulegen. Fig. 3 veranschaulicht eine Spindeldrehzahl-Regelschleife entsprechend der vorliegenden Erfindung, die die in Fig. 1 dargestellte herkömmliche Schleife verbessert. So wie dargestellt, enthält die Steuerschleife eine Mitkopplungssteuereinheit 30. Vorzugsweise wird die Mitkopplungssteuereinheit 30 in Form von Firmware bereitgestellt, wie Fachleuten gut bekannt sein wird. Da die Zugkraftänderung während der Kopfladeoperation bestimmt werden kann, kann die erwartete Änderung der Zugkraft benutzt werden, um das geeignete Steuersignal an den Spindelmotor 16 anzulegen, um die Zugkraftänderung vorzukompensieren. Natürlich wird die erwartete Zugkraftänderung auf die spezielle Änderung abgestimmt, die bei einem speziellen servomechanischen System auftritt. Die Mitkopplungssteuereinheit 30 liefert vorzugsweise ein Mitkopplungssteuersignal, das die erwartete Änderung der Zugkraft vorkompensiert und das mit dem Steuereinheit- Ausgangssignal der Steuereinheit 32 verknüpft wird, um das Steuerausgangssignal für die Wandlung durch den D/A 12 für die Motor-Vorsteuerung 14 zu erzeugen. Das Anlegen des Mitkopplungssteuersignals geschieht, wenn ein Kopfladeereignis auftritt, das in dem System von einer Lade-Entlade- Steuereinheit 34 an die Mitkopplungssteuereinheit 30 signalisiert wird.

Zusätzlich zur Mitkopplungssteuereinheit 30 verwendet die vorliegende Erfindung zur Benutzung bei der Bestimmung eines Drehzahlfehlers in der Spindeldrehzahl-Regelschleife ein digitales Referenzsignal für das Drehzahlprofil. Bei der Verwendung des Referenzdrehzahlprofils wird das Ladeereignis nicht direkt als eine schrittweise Veränderung der Zugkraft angesehen, sondern als eine realistischere Veränderung der gewünschten Drehzahl. Das Drehzahlprofil liefert deshalb ein Referenzspannung-Eingangssignal, das die Zieldrehzahl zeitlich oder während eines Ereignisses ändert, beispielsweise während eines Kopfladens, um die Auswirkungen des Kopfladens, die Mitkopplung und die gewünschte Enddrehzahl zu berücksichtigen. Im Gegensatz hierzu steuert die herkömmliche Technik direkt die gewünschte Drehzahl, auf der Grundlage der Eingabe des konstanten Referenzsignals an, ohne die Auswirkung der Belastung und der Mitkopplung zu berücksichtigen. Eine Verweistabelle ist ein geeignetes Verfahren, die Informationen zur Verwendung als Referenzdrehzahlprofil bereitzustellen, wobei die Zeitpunkte, in denen auf die Tabelle zugegriffen wird, um das Referenzprofil zu ändern, als Reaktion auf die Ereigniserkennung durch die Kenntnis des Maschinenzustandes, d. h. in einem Hauptprozessor des Antriebes, bestimmt werden, wie es für Fachleute wohl verständlich ist.

Obwohl die Steuereinheit 32 in Fig. 3 als einzelnes Element dargestellt ist, kann darüber hinaus entsprechend der vorliegenden Erfindung eine gesonderte Steuereinheitslogik verwendet werden, um eine Steuereinheit für das Kopfladen und eine Steuereinheit für normale Lese- und Schreibtätigkeit, d. h. den Standard-Proportional-Integral-Regler, bereitzustellen.

Durch Verwendung von zwei Steuereinheiten kann die Motorleistung durch Auswahl der geeigneten Steuereinheit als Reaktion auf ein auftretendes Kopfladeereignis für jeden Fall einzeln optimiert werden, wenn es durch den Maschinenzustand angezeigt wird. Da sich die Drehzahlregelungs-Anforderungen für normales Lesen und Schreiben oft vom Kopfladen unterscheiden, bietet die Verwendung von mehr als einer Steuereinheit einen Vorteil gegenüber einem System, das eine einzige Motorregelschleife verwendet, die das Lesen und Schreiben ohne Berücksichtigung des Kopfladens beachtet, der durch das Mitkopplungssignal der vorliegenden Erfindung erreicht wird.

Obwohl die vorliegende Erfindung entsprechend der dargestellten Ausführungsformen beschrieben wurde, wird ein Fachmann leicht erkennen, dass es Variationen der Ausführungsformen geben kann, und diese Variationen würden sich im Wesen und im Umfang der vorliegenden Erfindung bewegen. Demzufolge können viele Modifikationen durch einen Fachmann vorgenommen werden, ohne vom Wesen und vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims (18)

1. Verfahren zur Steuerung der Spindelmotordrehzahl während des Kopfladens in einem Festplattenantrieb kombiniert, die umfassen:
die Eingabe eines zeitlich veränderlichen Referenzsignals für das Drehzahlprofil;
die Auswahl einer Steuereinheit zur Steuerung der Spindelmotordrehzahl; und
Mitkopplungssteuersignale, die ausreichen, um die Zugkraft während eines Kopfladeereignisses vorzukompensieren und die Spindelmotordrehzahl innerhalb einer Betriebstoleranz zu halten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Auswahl einer Steuereinheit weiterhin die Auswahl einer ersten Steuereinheit zur Verwendung während des Kopfladeereignisses und die Auswahl einer zweiten Steuereinheit zur Verwendung während normaler Lese- und Schreibtätigkeit umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Eingabe eines zeitlich veränderlichen Referenzdrehzahlprofils ein Drehzahlreferenzsignal bereitstellt, das das Kopfladen, die Mitkopplung und eine gewünschte Enddrehzahl des Spindelmotors berücksichtigt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, das weiterhin die Bereitstellung einer Verweistabelle als das zeitlich veränderliche Referenzdrehzahlprofil umfasst.

5. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin die Identifikation der Einleitung eines Kopfladeereignisses durch eine Lade-Entlade-Steuereinheit umfasst.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mitkopplung durch Firmware ausgeführt wird.

7. System für die Anpassung der Spindelmotordrehzahl während des Kopfladens in einem Festplattenantrieb, wobei das System umfasst:
einen Spindelmotor-Vorantrieb zum Antrieb eines Spindelmotors;
eine Lade-Entlade-Steuereinheit zur Steuerung des Ladens/Entladens eines Kopfes; und
eine Mitkopplungssteuereinheit zum Empfang eines Signals, das ein Ladeereignis durch die Lade-Entlade-Steuereinheit anzeigt, und zur Bereitstellung eines Mitkopplungssignals an den Spindelmotor-Vorantrieb, das die Zugkraft im Spindelmotor während des Ladeereignisses vorkompensiert.

8. System nach Anspruch 7, das weiterhin eine Rampe enthält, die mit der Lade-Entlade-Steuereinheit verbunden ist und von der der Kopf geladen/entladen wird.

9. System nach Anspruch 7, das weiterhin wenigstens eine Steuereinheit zur Anpassung der Spindelmotordrehzahl als Reaktion auf ein ermitteltes Fehlersignal und das Mitkopplungssignal umfasst.

10. System nach Anspruch 9, wobei weiterhin die wenigstens eine Steuereinheit auf der Grundlage eines Eingangssignals für die Referenzdrehzahl arbeitet.

11. System nach Anspruch 10, wobei sich das Eingangssignal für die Referenzdrehzahl zeitlich ändert.

12. System nach Anspruch 7, wobei die Mitkopplungssteuereinheit Firmware im Festplattenantrieb umfasst.

13. System für die Spindelmotorsteuerung während eines Kopfladeereignisses, wobei das System umfasst:
eine Rampe;
einen Kopf, der auf die Rampe/von der Rampe geladen wird;
wenigstens eine Festplatte, die vom Kopf gelesen/beschrieben wird;
einen Spindelmotor zum Drehen der Festplatte;
wenigstens eine Steuereinheit zum Steuern der Spindelmotordrehzahl, wobei die wenigstens eine Steuereinheit die Spindelmotordrehzahl auf der Grundlage eines zeitlich veränderlichen digitalen Referenzsignals für das Drehzahlprofil und eines Mitkopplungssteuersignals während eines Kopfladeereignisses einstellt; und
eine Mitkopplungssteuereinheit zur Bereitstellung des Mitkopplungssteuersignals während des Kopfladeereignisses, um eine erwartete Änderung der Zugkraft während des Kopfladeereignisses vorzukompensieren, wobei eine Betriebstoleranz für den Spindelmotor eingehalten und eine für die Ausführung des Kopfladeereignisses erforderliche Gesamtzeit verringert wird.

14. System nach Anspruch 13, das weiterhin eine Lade-Entlade- Steuereinheit für die Signalisierung des Auftretens des Kopfladeereignisses an die Mitkopplungssteuereinheit umfasst.

15. System nach Anspruch 13, wobei die Mitkopplungssteuereinheit und wenigstens eine Steuereinheit als Firmware im System bereitgestellt werden.

16. System nach Anspruch 13, wobei die wenigstens eine Steuereinheit einen Standard-Proportional-Integral-Regler umfasst.

17. System nach Anspruch 13, das weiterhin eine Verweistabelle für das zeitlich veränderliche digitale Referenzsignal des Drehzahlprofils umfasst.

18. Computerlesbares Medium, das Programmbefehle zur Steuerung der Spindelmotordrehzahl während des Kopfladens in einem Festplattenantrieb kombiniert, die umfassen:
die Eingabe eines zeitlich veränderlichen Referenzsignals für das Drehzahlprofil;
die Auswahl einer Steuereinheit zur Steuerung der Spindelmotordrehzahl; und
Mitkopplungssteuersignale, die ausreichen, um die Zugkraft während eines Kopfladeereignisses vorzukompensieren und die Spindelmotordrehzahl innerhalb einer Betriebstoleranz zu halten.