DE69414632T2

DE69414632T2 - Plattenantriebspindelphasenverriegelung an ein Referenzpignal

Info

Publication number: DE69414632T2
Application number: DE1994614632
Authority: DE
Inventors: William F. Massachusetts 01501-2613 Even; William D. Northboro Massachusetts 01532 Lewis
Original assignee: Quantum Corp
Current assignee: Quantum Corp
Priority date: 1993-04-23
Filing date: 1994-04-25
Publication date: 1999-07-22
Anticipated expiration: 2014-04-26
Also published as: EP0621595B1; DE69414632D1; EP0621595A2; EP0621595A3

Description

Bereich der Erfindung

Die Erfindung betrifft den Bereich von Plattenantrieben für Datenverarbeitungssysteme, und insbesondere die Synchronisierung und Phasenverriegelung von Mehrfach-Plattenantriebsspindeln.

Hintergrund der Erfindung

Datenspeichersysteme verwenden häufig mehrere Speichervorrichtungen, wie etwa Magnet-Festplattenantriebe, um eine geeignete Speicherkapazität für Permanentdaten bereitzustellen. Jeder Festplattenantrieb beinhaltet einen Mehrfachplattenstapel, welcher an einer Spindel angebracht ist und von einem bei einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit betriebenen Motor angetrieben ist; diese Anordnung wird im allgemeinen als eine Spindel-Platten-Anordnung oder SDA bezeichnet. Die Datenübertragung zu und von jedem Platilenantrieb wird mittels einer Mehrzahl von Schreib/Lese-Übertragern, wie etwa magnetischen Lese/Schreib-Köpfen bewirkt, wobei ein jeder von diesen einer Plattenfläche zugeordnet ist und an einem gemeinsamen Betätigungsmechanismus angebracht ist. Jedem Plattenantrieb ist typischerweise auch eine Spindelmotorgeschwindigkeitssteuerschaltung zugeordnet, um die Drehgeschwindigkeit der SDA innerhalb vorbestimmter Grenzen zu halten. 3600 U/min ist eine verbreitete Drehgeschwindigkeit, jedoch geht der Trend hin zu höheren Umdrehungen pro Minute, um die Rate zu erhöhen, mit der Daten von dem Plattenantrieb gelesen oder auf diesen geschrieben werden können.
Wenn in einem Speichersystem eine Anzahl unabhängiger Plattenantriebe eingesetzt wird, ist es vorteilhaft, deren Betrieb zu synchronisieren. Insbesondere ist es vorteilhaft, eine präzise Phasenausrichtung zwischen den Platten in verschie denen Antrieben zu haben, um unnötige Verzögerungen zu minimieren, wenn von einer Platte in einem Antrieb auf eine Platte in einem anderen Antrieb umgeschaltet wird. Dieser Bedarf nach Synchronisierung benötigt einen höheren Grad an Drehsteuerung, als er durch einen Satz unabhängiger Geschwindigkeitssteuerungen erzielt werden kann.
Eine bekannte Technik zur Erzielung synchronen Betriebs ist es, jedes Plattenlaufwerk mit einem einzigen Hauptbezugssignal phasenzuverriegeln. Beispielsweise ist es möglich, ein die Spindelposition anzeigendes Rückkopplungssignal mit dem Hauptbezugssignal phasenzuverriegeln und dadurch die Spindel mit dem Hauptbezugssignal phasenzuverriegeln. Ein solcher Mechanismus weist ohne weitere Abwandlung nur grobe Phasenausrichtungsauflösung auf, da das Rückkopplungssignal die Spindelposition im allgemeinen nur bezüglich des nächsten Rotorpols angibt. Ferner bedarf es noch einer Möglichkeit, die Information auf der Platte mit der Spindel auszurichten, so daß die Phasenausrichtung der Spindeln zu phasenausgerichteten Platten führt. Diese Notwendigkeit bringt den Herstellungsschritt der "Servobeschreibung" mit sich, d. h. des Schreibens von Servormechanismus-bezogenen Informationen auf die Platte, und zwar auf wenigstens zwei Arten: 1) Der Servobeschreiber muß irgendwie die Spindel-Motor-Drehung verfolgen, um sicherzustellen, daß die Positionsinformation mit der Spindel ausgerichtet ist; und 2) der Servobeschreiber und das Endprodukt sind darauf beschränkt, ähnliche, wenn nicht identische Spindelsteuerungshardware zu verwenden, was in bestimmten Situationen nachteilig sein kann.
Eine weitere Technik zur Erzielung synchronen Betriebs ist es, das Hauptbezugssignal mit einem Plattenpositionssignal phasenzuverriegeln, welches von einem auf einer Platte des Plattenlaufwerks aufgezeichneten Muster abgeleitet ist. Da sich diese Technik auf ein Plattenpositionssignal statt auf ein Spindelpositionssignal verläßt, behebt sie die oben genannten Probleme der Verwendung von Spindelausrichtung. Jedoch verlangt auch sie die ständige Gegenwart des Plattenpositionssignals. In sogenannten "separaten Servo"-Systemen ("dedicated servo" systems), welche eine separate Plattenfläche zur Bereitstellung der Plattenpositionsinformation aufweisen, ist diese Anforderung kein Problem. Bei modernen "Embedded Servo"-Systemen, welche Positionsinformationen von den Datenflächen statt von einer separaten Fläche erhalten, ist das Plattenpositionssignal gelegentlich unterbrochen, beispielsweise während Kopf-Umschaltungen. Nach einer Unterbrechung muß das Laufwerk die Phasenverriegelung wiedergewinnen, bevor ein Plattenzugriff fortgesetzt werden kann, was zu einer unerwünschten Verzögerung führt.
Ein Beispiel der Synchronisierung von Mehrfach-Plattenspindeln ist in dem US- Patent 5 276 569 mit dem Titel "Disk Storage System", mit Erfinder Even und Inhaber Digital Equipment Corp., gezeigt. Dieses System setzt eine abgewandelte Version des oben beschriebenen Plattenpositionsrückkopplungssytems ein. Es umfaßt einen Trigger-Pulsabwandler als Teil des Phasenverriegelungsservomechanismus. Während des Startbetriebs des Plattenlaufwerks mißt der Trigger- Pulsabwandler die Phasendifferenz zwischen dem Hauptbezugssignal und einem von einem auf der Platte aufgezeichneten Referenzmuster erzeugten Sektor-Null- Bezugspuls. Diese Phasendifferenz wird einer Verweistabelle zugeführt, deren Ausgabe eine ganze Zahl (integer) ist, welche eine Anzahl von Phasenschiebezyklen angibt, welche auf von Sensoren an einer Spindel erzeugte Sensorsignale anzulegen sind. Das phasenverschobene Signal wird dann, nach geeigneter Frequenzteilung, als ein Rückkopplungssignal einem Phasendifferenzdetektor in der Schleife zugeführt.
Dieses System weist den Vorteil auf, daß während der Phasenverriegelung die Plattenposition berücksichtigt wird. Und da die Pulsabwandlung nur während der Startphase stattfindet, verläßt es sich nicht auf kontinuierliche Plattenpositionsinformation. Jedoch verlangt es, ebenso wie das Spindelverriegelungssystem, daß das Referenzmuster mit der Spindel ausgerichet sein muß, und auch, daß der Servoschreiber und das Endprodukt eine ähnliche Steuerung verwenden. Eine verbesserte Technik würde deshalb ähnlich günstige Ergebnisse erzielen, wobei diese Randbedingungen eliminiert oder wesentlich reduziert sind und dabei der Servobeschreibungsvorgang vereinfacht und größere Auslegungsflexibilität bereitgestellt wird.
US 4 815 063 betrifft eine Plattenmotorsteuerschaltung, bei welcher die Drehgeschwindigkeit des Plattenmotors durch Umschalten zwischen einer Auto-Frequenzsteuerung und einer phasenverriegelten Schleife gesteuert wird. Ein Zeitfenster wird an einem Punkt erstellt, bei welchem ein Synchronisierungssignal erwartet wird und wobei außerhalb dieses Fensters auftretende Signale nicht berücksichtigt werden, was die Gefahr von rauschbezogenen Fehlern mindert.
EP 0 426 483 betrifft ein Mehrfach-Plattensystem, bei welchem Neben-Plattenlaufwerke mit einem Indexsignal eines Haupt-Plattenlaufwerks synchronisiert werden, indem die Phase aufeinanderfolgender Laufwerke gestaffelt wird.

Überblick über die Erfindung

Die vorliegende Erfindung soll auf die vorangehend diskutierten Probleme sowie weitere allgemeinere Probleme abzielen. Insbesondere weist die vorliegende Erfindung mehrere Ziele auf, einschließlich der folgenden:
i) den Betrieb von Mehrfach-Plattenlaufwerken zu synchronisieren, ohne der Zahl der möglichen Plattenlaufwerke eine vorbestimmte Grenze aufzuerlegen, wodurch die Skalierbarkeit des Speichersystems verbessert wird;
ii) Phasenverriegelung der Plattenlaufwerke unter Verwendung von bereits für die Geschwindigkeitssteuerung benötigter digitaler Hardware zu erreichen;
iii) den Servobeschreibungsvorgang zu erleichtern und es einem Servobeschreiber zu ermöglichen, eine andere Spindelsteuerelektronik als bei einem Endprodukt einzusetzen;
iv) nachlassende Betriebseigenschaften, wie etwa Verfügbarkeit und Leistungsfähigkeit, zu vermeiden; und
v) die Prüfbarken der Plattenlaufwerke zu verbessern.
Die Erfindung liegt in ihrer breitesten Form in einem Verfahren zur Phasenverriegelung der Drehung einer Spindel gemäß Anspruch 1 vor. Die Erfindung liegt auch in einer Spindelsteuerung gemäß Anspruch 4 vor.
Wie im nachfolgenden beschrieben wird, bestimmt der Schaltungsaufbau in jedem Plattenlaufwerk während des Starts den Phasenversatz zwischen seinen Platten und einem einzigen Hauptbezugssignal, welches allen Plattenlaufwerken gemeinsam ist, und stellt dann die Phase seiner Spindel bezüglich dem Hauptbezugssignal ein, um eine hochaufgelöste Phasenausrichtung zu erzielen. Der Phasenversatz wird durch Abtasten der Phase des Hauptbezugssignals bestimmt, wenn die Platte in einer vorbestimmten Position ist. Die Spindel-Plattenanordnung stellt getrennte Angaben zu Spindel- und Plattenpositionen an Synchronisations- und Phasenverriegelungssubsystemen bereit. Da die Spindel- und Plattenpositionen unabhängig angegeben werden, kann die Synchronisationstechnik einen beliebigen Phasenversatz zwischen der Spindel und der auf die Platte geschriebenen Servoinformation bestimmen. Die Erfindung umfaßt ferner eine Einrichtung zum Verstellen der Spindelphase um sehr kleine Schritte. Dieses Merkmal erübrigt die Notwendigkeit der präzisen Servoschreibung während der Herstellung und eröffnet auch die Möglichkeit, eine Platte im Einsatz vollständig zu reformatieren (ohne Servobeschreibung), und zwar ohne besondere Werkzeuge oder Instrumente zu benötigen.
Ein Spindelbezugssignal wird für jedes Plattenlaufwerk erzeugt, wobei jedes Signal einen einstellbaren Phasenversatz bezüglich des Hauptbezugssignals auf weist. Auf diese Weise verfügt jedes Plattenlaufwerk über seine eigene unabhängige Sub-Hauptreferenz, so daß die verteilte Synchronisationstechnik ausgeführt werden kann.
Ferner ist in einer bevorzugten Ausführungsform die Hardware in allen Plattenlaufwerken die gleiche; programmierbare Features in der Hardware erlauben es einem Plattenlaufwerk, als entweder ein Hauptlaufwerk (Master) oder ein Nebenlaufwerk (Slave) zu arbeiten. Die Hardware ist dazu ausgelegt, doppelte Funktionen bereitzustellen, und als "eine von vielen" zu arbeiten, statt nur eine einzige Funktion auszuführen (d. h. Hauptlaufwerk oder Nebenlaufwerk), und/oder als eine aus einer vorbestimmten Zahl zu arbeiten. Eine software-konfigurierbare Hardware-Auslegung minimiert zum einen die Kostren und erhöht zum anderen die Skalierbarkeit. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Phasenverriegelungstechnik, welche zwischen Frequenzen umschaltet, die höher und niedriger sind als die Nominalfrequenz des Phasenbezugs, und verläßt sich auf Phasenkoinzidenz-Erfassung, um die Phasenverriegelung auf rechtzuerhalten. Die Schaltfrequenzen können programmierbar sein und können so ausgewählt sein, daß sie in den Betriebsfrequenzbereich der Spindel fallen. Diese Phasenverriegelungstechnik wird in Firmware implementiert und verwendet Hardware, welche im allgemeinen nur zur Erreichung von Spindelgeschwindigkeitssteuerung eingesetzt wird.
Die Phasenverriegelungstechnik führt zu verschiedenen Vorteilen. Da das Plattenlaufwerk nur bei einer von zwei programmierbaren Frequenzen, welche beide in seinem Betriebsbereich liegen, arbeiten können, kann das Plattenlaufwerk selbst dann richtig weiterarbeiten, wenn das Spindelbezugssignal nicht vorhanden ist oder verrauscht oder fehlerhaft wurde. Deshalb gibt es keine Notwendigkeit für eine Standby-Phasenreferenz, wenn eine solche Situation auftreten sollte, oder für eine weitere Vorrichtung, um einen solchen Zustand zu erfassen und auf ein solches Standby umzuschalten. Ferner können normale Plattendatenübertragungen während des Synchronisationsvorgangs auftreten, da die Platte immer innerhalb ihres ausgewiesenen Drehgeschwindigkeitsbereichs arbeitet.
Schließlich setzt das Gerät gemäß der Erfindung auch Diagnose-Features ein, um die Erfassung von fehlerhaften Signalen und Komponenten zu ermöglichen, womit die Prüfbarkeit des Plattenlaufwerks verbessert wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Plattenspeichersystems mit mehreren Plattenlaufwerken gemäß den Prinzipien der Erfindung ist,
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines der Plattenlaufwerke der Fig. 1 ist,
Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Spindelsynchronisierers innerhalb des Plattenlaufwerks der Fig. 2 ist,
Fig. 4 ein Zeitdiagramm von Signalen ist, welche von dem Spindelsynchronisierer der Fig. 3 erzeugt und von diesem verwendet werden,
Fig. 5 ein Zeitdiagramm von Signalen ist, welche von dem Spindelsynchronisierer der Fig. 3 erzeugt und von diesem verwendet werden,
Fig. 6 ein Zeitdiagramm von Signalen ist, welche von dem Spindelsynchronisierer der Fig. 3 erzeugt und von diesem verwendet werden,
Fig. 7 ein Blockdiagramm einer Spindelsteuerung in dem Plattenlaufwerk der Fig. 2 ist,
Fig. 8 ein Flußdiagramm ist, welches den Frequenzverriegelungsbetrieb der Spindelsteuerung der Fig. 7 zeigt,
Fig. 9 ein Flußdiagramm ist, welches den Phasenverriegelungsbetrieb der Spindelsteuerung der Fig. 7 zeigt,
Fig. 10 ein Diagramm ist, welches den Bereich von Betriebsfrequenzen von verschiedenen Komponenten und Signalen in dem Plattenlaufwerk der Fig. 2 zeigt, und
Fig. 11 ein Zeitdiagramm von Signalen in der Spindelsteuerung der Fig. 7 ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 zeigt ein Plattenspeichersystem, welches aus mehreren unabhängigen Plattenlaufwerken besteht, welche als ein Hauptlaufwerk 10 (master disc drive) und einer Anzahl von Neben-Plattenlaufwerken 12 (slave disc drives) konfiguriert sind. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Haupt-Plattenlaufwerk 10 hinsichtlich seines Aufbaus jedem Neben-Plattenlaufwerk 12 identisch, ist jedoch leicht abweichend konfiguriert und zwar über Software auf eine nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebene Weise. Alle Plattenlaufwerke 10, 12, sind, wie dargestellt, an einen Draht 14 angeschlossen, welcher ein MASTER REF bezeichnetes Signal trägt. Das Signal MASTER REF ist ein Haupt-Phasenreferenzsignal, welches dazu verwendet wird, den Betrieb der Plattenlaufwerke 10, 12 zu synchronisieren. Wie dargestellt ist, überträgt das Haupt-Plattenlaufwerk 10 das Signal MASTER REF und empfängt es auch, wohingegen die Neben- Plattenlaufwerke 12 es nur empfangen.
Fig. 2 zeigt die Laufwerke 10, 12 detaillierter. Jedes Laufwerk weist eine Spindel- Platten-Anordnung (SDA) 15 auf, welche einen herkömmlichen dreiphasigen Gleichspannungspindelmotor mit einer oder mehreren daran angebrachten ringförmigen Platten aufweist; eine Spindelsteuerung 18 zur Steuerung der Drehung der SDA 16; und einen Spindelsynchronisierer 20, welcher für die Synchronisierung der Drehung der SDA 16 mit dem Signal MASTER REF verantwortlich ist. Wie dargestellt ist, stellt der Spindelsynchronisierer 20 ein Signal SPC REF an die Spindelsteuerung 18 bereit und empfängt ein Signal INDEX von der SDA 16. Die Spindelsteuerung 18 stellt der Spindel auf mit MOTOR COIL < 3 : 1> bezeichneten Kabeln bereit. Bei einigen Ausführungsformen kann es einen Satz von Signalen HALL< 3 : 1> geben, welche in der SDA 16 erzeugt werden und an die Spindelsteuerung 18 geschickt werden. Diese Signale werden, wenn sie vorhanden sind, von herkömmlichen Hall-Effekt-Sensoren erzeugt, die an der Spindel in der SDA 16 angeordnet sind, um der Spindelsteuerung 18 eine Drehpositionsrückkopplung bereitzustellen.
Das Signal SPC REF ist ein Spindelphasen-Referenzsignal, mit welchem die Spindelsteuerung 18 die SDA 16 phasenverriegelt. Das Signal SPC REF wird von dem Signal MASTER REF abgeleitet; seine Erzeugung wird nachfolgend im Detail beschrieben.
Das Signal INDEX weist eine Puls-Wellenform auf, wobei jeder Puls einmal pro Umdrehung der SDA 16 auftritt, wenn sie in einer vorbestimmten Position ist. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der INDEX-Puls erzeugt, wenn ein Synchronisationsmuster, welches an einem vorbestimmten Ort auf einer Platte in der SDA 16 aufgezeichnet ist, unter einem in der SDA 16 angeordneten Rücklesekopf durchläuft. Bei alternativen Ausführungsformen könnte INDEX in Antwort auf verschiedene aufgezeichnete Informationen oder durch einen Sensor erzeugt werden, welcher es erfaßt, wenn die Platte in einer vorbestimmten Drehposition ist.
Wie gezeigt werden wird, sind die Perioden der Signale MASTER REF und SPC REF in einem Bereich von 5 bis 20 Millisekunden (ms) programmierbar. Bei der dargestellten Ausführungsform sind deren Perioden auf 11,111 ms programmiert, was einer Drehperiode von 90 Hz entspricht. Bei der dargestellten Ausführungsform liegt die Pulsbreite des Signals SPC REF in dem Bereich von 200 bis 260 Mikrosekunden (us), und die des Signals MASTER REF in dem Bereich von 5 bis 30 us.
Die Fig. 3 zeigt den Spindelsynchronisierer 20 der Fig. 2 detaillierter. Wie gezeigt ist, enthält der Spindelsynchronisierer 20 einen herkömmlichen Mikroprozessor 30, welcher mit einem Datenbus 32 verbunden ist, an welchen mehrere andere Komponenten angeschlossen sind: ein 5-Bit-Diagnose- und Steuerregister 34, ein 16-Bit-Frequenzregister 36, ein 16-Bit-Phaseizregister 38 und ein 16-Bit-Versatzregister 40. Ein 16-Bit-Vorwärtszähler 42 wird einmal pro Umdrehung von dem Frequenzregister 36 geladen. Die Übertragsausgabe von dem Zähler 42 erfolgt an einen Eingang eines Multiplexers (mux) 46 und auch an einen Pulsdehner 48, dessen Ausgabe an einen Treiber 50 erfolgt. Der Ausgang des Treibers 50 ist mit dem das Signal MASTER REF der Fig. 2 führenden Draht verbunden. Das Signal MASTER REF führt auch durch einen herkömmlichen 'dual-ranked' Synchronisierer 54, und zwar auf seinem Weg zu dem anderen Eingang des mux 46, dessen Ausgang zu dem Lade-Freigabe-Eingang des Zählers 42 führt.
Die Ausgabe des Zählers 42 wird den Eingängen des Versatzregisters 40 und einem 16-Bit-Komparator 56 bereitgestellt. Der andere Eingang des Komparators 56 kommt von dem Phasenregister 38. Der Ausgang des Komparators 56 führt zu einem weiteren Pulsdehner 58, dessen Ausgang an ein UND-Gatter 60 führt. Der Ausgang des UND-Gatters 60 ist das Signal SPC REF der Fig. 2. Das Signal INDEX der Fig. 2 führt durch einen weiteren 'dual-ranked' Synchronisierer 62, dessen Ausgang zu einem Eingang eines mux 64 führt. Der andere Eingang des mux 64 ist das Signal MASTER REF; der Ausgang des min 64 wird zu dem Takteingang des Versatzregisters 40 geführt.
Die folgenden Elemente der Fig. 3 werden von einem in der Fig. 3 nicht gezeigten 2,5-MHz-Kristalltaktgeber getaktet: der Zähler 42, die Synchronisierer 54 und fit und die Pulsdehner 48 und 58. Dieser Takt ist die Zeitbasis für den Betrieb der in Fig. 3 gezeigten Schaltung. Alternative Ausführungsformen können Taktgeber einsetzen, welche andere Frequenzen aufweisen; bei solchen Ausführungsformen können einige der noch zu beschreibenden Registerwerte von deinen abweichen, welche bei der beschriebenen Ausführungsform verwendet werden, und zwar auf eine Weise, welche für den Fachmann ersichtlich ist.
Die Pulsdehner 48, 58 sind von herkömmlichem Aufbau und arbeiten, um, wie bereits beschrieben, notwendige Pulsbreiten bereitzustellen, und zwar für die Signale MASTER REF und SPC REF.
Das Diagnose- und Steuerregister 34 weist fünf Bits auf, welche zur Steuerung und Überwachung des Spindelsynchronisierers 20 verwendet werden. Die folgende Tabelle gibt die Namen, Funktionen und Zugänglichkeit von dem Bus 32 für die Diagnose-Bits an:
Der Nicht-Diagnostik-Betrieb des Spindelsynchronisierers 20 wird nun beschrieben; für einen derartigen Betrieb ist das DEA-Bit in dem Diagnose- und Steuerregister 34 "NULL". Zu Beginn initialisiert der Mikroprozessor 30 das Frequenzregister 36 und das Phasenregister 38. Die in diesen Registern gespeicherten Werte werden als FREQ bzw. PHASE bezeichnet.
Für den 90-Hz-Betrieb muß der Zähler 42 eine Periode von 11,111 ms aufweisen, was 27.778 Perioden des 2,5 MHz Taktgebers entspricht. Da der Zähler 42 ein Vorwärtszähler ist, zählt er von FREQ aufwärts bis zu 65.536 (2¹&sup6;); deshalb wird FREQ auf 65.536 - 27.778 = 37.758 eingestellt.
Der Wert des Phasenregisters 38, PHASE, kann im allgemeinen irgendwo in dem Zählbereich des Zählers 42 (d. h. zwischen FREQ und 65.535) liegen. Jedoch muß sein Wert ausreichend kleiner sein als 65.535, um korrekten Betrieb trotz Normalfrequenzunterschieden zwischen dem lokalen Taktgeber und dem Taktgeber, welcher das Signal MASTER REF erzeugt, herzustellen. Der größte sichere Wert für das Phasenregister 38 wird MAX genannt, und es kann auf der Grundlage der relativen Abweichung zwischen dem lokalen Taktgeber und dem Taktgeber, welcher das Signal MASTER REF erzeugt, bestimmt werden. Es sei beispielhaft ein Fall betrachtet, bei dem die relative Abweichung 0,02% beträgt. Diese Abweichung überträgt sich in eine Unsicherheit von +/- 14 Zählern; in einem solchen Fall ist dann MAX 65.536 - 14 = 65.522. Selbstverständlich sind andere Werte von MAX für andere Taktgeberabweichungen möglich.
Der Komparator 56 stellt einen Puls bereit, wenn der Wert in dem Zähler 42 den Wert in dem Phasenregister 38 erreicht; dieser Puls durchläuft den Pulsdehner 58 und das UND-Gatter 60, um einen Puls in dem Signal SPC REF zu erzeugen. Das Signal SPC REF weist deshalb die gleiche Frequenz wie MASTER REF auf, hat jedoch einen Anfangsphasenversatz hierzu, wobei der Anfangsphasenversatz durch den Wert in dem Phasenregister 38 bestimmt ist. Die Spindelsteuerung 18 der Fig. 2 verriegelt sich auf eine im nachfolgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 10 beschriebene Weise mit dem Signal SPC REF. Der Mikroprozessor 30 wartet darauf, daß diese Phasenverriegelung auftritt, bevor weitere Schritte unternommen werden. Der Mikroprozessor 30 kann den Wert in dem OFFSET- Register 40 überwachen, um zu bestimmen, wann Phasenverriegelung erreicht wurde; dies ist angezeigt, wenn der Wert sich nicht länger um mehr als eine vorbestimmte kleine Größe, wie etwa +/- 2 Zähler ändert.
Wenn Phasenverriegelung eingetreten ist, weist die SDA 16 der Fig. 2 einen anfänglichen Drehphasenversatz von dem Signal MASTER REF atü, welcher sich im allgemeinen von dem Anfangsphasenversatz des Signals SPC REF unterscheidet. Ein Beispiel dieser Situation ist in Fig. 4 dargestellt, wo das Signal INDEX eine vorbestimmte Drehposition der SDA 16 anzeigt. Dies Differenz zwischen diesen beiden Anfangsphasenversätzen ist der Phasenversatz zwischen SPC REF und der SDA. Dieser "SPC REF zu SDA-Versatz" ändert sich nicht wesentlich, nachdem sich die SDA 16 mit dem Signal SPC REF phasenverriegelt hat.
Nachdem Phasenverriegelung eingetreten ist, stellt der Wert in dem Versatzregister 40 der Fig. 3 (OFFSET genannt) den anfänglichen SDA-Drehversatz dar. Der Mikroprozessor verwendet diesen Wert, um einen neuen PHASE-Wert zu berechnen, um die SDA 16 mit dem Signal MASTER REF phasenmäßig auszurichten. Diese Berechnung läuft wie folgt ab:
(1) PHASE wird von OFFSET abgezogen, um eine RESULT genannte Zahl zu ergeben.
(2) Wenn RESULT zwischen FREQ und MAX liegt, wird PHASE gleich RESULT eingestellt.
(3) Andernfalls wird PHASE gleich [65.536 + RESULT - FREQ] eingestellt. Diese Zahl kann der Rundung auf entweder MAX oder FREI bedürfen.
Dieser Vorgang hat die Wirkung, das Signal SPC REF relativ zu dem Signal MASTER REF zu verschieben. Wenn die Spindelsteuerung 18 die Phasenverriegelung wiedererlangt, ist die SDA-Drehung (wie sie durch das Signal INDEX angegeben ist) mit dem Signal MASTER REF phasenverriegelt, wie in Fig. 5 gezeigt. Obwohl Fig. 5 eine präzise Phasenausrichtung zwischen dem Signal INDEX und dem Signal MASTER REF zeigt, kann es in einigen Fällen vorteilhaft sein, wenn zwischen diesen ein vorbestimmter Nicht-Null-Phasenversatz vorliegt. Wenn beispielsweise während des Betriebs auf die Plattenlaufwerke 10, 12 sequentiell nach Daten zugegriffen wird, kann es vorteilhaft sein, wenn sie voneinander um näherungsweise die Dauer eines einzigen Zugriffs versetzt sind, so daß keine Zeit mit Warten auf geeignete Plattenpositionierung zwischen den Zugriffen verlorengeht. Ein Beispiel für einen Nicht-Null-Versatz ist in Fig. 6 gezeigt. Ein solcher vorbestimmter Phasenversatz von Nicht-Null kann durch Abwandeln des obigen Schritts (1) wie folgt erhalten werden:
(1) PHASE wird von (OFFSET + vorbestimmter Phasenversatz) abgezogen werden, um RESULT zu erhalten.
Während in der dargestellten Ausführungsform die Signale MASTER REF und SPC REF die gleiche Frequenz aufweisen, wird es dem Fachmann klar sein, daß die Frequenz des MASTER REF ein Vielfaches der Frequenz des Signals SPC REF in alternativen Ausführungsformen sein kann, welche einen. Frequenzteiler oder ähnliche Mittel verwenden, um das Signal SPC REF von dem Signal MASTER REF abzuleiten.
Obwohl in Fig. 3 ein UND-Gatter 60 verwendet wird, um den Ausgang des Komparators 56 mit dem SPC REF-Ausgang des Spindelsynchronisierers 20 zu koppeln, kann diese Kopplung bei alternativen Ausführungsformen ähnlich durch andere Mittel erzielt werden. Beispielsweise kann ein einfacher Treiber verwendet werden, wenn die UND-Funktion nicht notwendig ist. Wenn das Laden des Signals SPC REF ausreichend klein ist, kann der Ausgang des Komparators 56 selbst verwendet werden, um das Signal SPC REF zu treiben.
Die Diagnose und Steuer-Features des Spindelsynchronisierers 20 der Fig. 3 werden nun beschrieben. Das MR-Bit in dem Diagnoseregister 34 erlaubt es dem Mikroprozessor, den Zustand des Signals MASTER REF zu bestimmen. Diese Fähigkeit ist nützlich, um die dem Signal MASTER REF zugeordnete Schaltung, wie etwa den Treiber 50 und den Draht 41 der Fig. 1 zu testen. Es erlaubt es dem Mikroprozessor auch, in etwa zu bestimmen, wann ein Übergang des Signals MASTER REF auftritt und damit seinen Betrieb mit dem Rest des Spindelsynchronisierers 20 grob zu synchronisieren. Eine solche Grobsynchronisierung erlaubt es dem Mikroprozessor 30, die Dinge zu geeigneten Zeiten zu tun. Beispielsweise sollte der Mikroprozessor 30 das Phasenregister 38 nicht nahe einem Übergang des Signals SPC REF laden. Er sollte auch das Versatzregister 40 nur lesen, wenn seine Inhalte stabil sind, d. h. nicht nahe einem Übergang des Signals, INDEX, welcher durch Takten des Versatzregisters 40 seine Inhalte ändern kann. Das ME-Bit in dem Diagnose-Register 34 steuert, ob der Zähler 42 unabhängig zählt oder durch das Signal MASTER REF erneut geladen wird, welches von einem anderen Plattenlaufwerk getrieben werden kann. Dieses Bit wird in einem Haupt-Plattenlaufwerk 10 auf "EINS" gesetzt und ist in einem Neben- Plattenlaufwerk 12 typischerweise eine "NULL". Dieses Bit kann jedoch auf "EINS" eingestellt werden, wann immer unabhängiges Zählen gewünscht wird, beispielsweise während einer Diagnoseprüfung oder wenn das Signal MASTER REF nicht ordentlich funktioniert.
Das M_D-Bit steuert den Treiber 15, welcher dazu verwendet wird, das Signal MASTER REF zu treiben. Dieses Bit ist in einem Haupt-Plattenlaufwerk 10 auf "NULL" programmiert und auf "EINS" in einem Neben-Plattenlaufwerk 12.
Das DIA-Bit in dem Diagnose-Register 34 steuert den Taktgeber des Versatzregisters 40. Wenn DIA ein "NULL" (d. h. normal, Nicht-Diagnose-Betrieb) ist, taktet die synchronisierte Version des Signals INDEX das Versatzregister 40. Wenn DIA eine "EINS" ist, taktet das Signal MASTER REF das Versatzregister 40. Deshalb kann der Versatz zwischen dem Zähler 42 und dem eingehenden Signal MASTER REF überwacht werden. Dieses Feature erlaubt es dem Mikroprozessor 30 zu bestimmen, ob das eingehende Signal MASTER REF korrekt arbeitet.
Es wird nun auf Fig. 7 Bezug genommen. Die Spindelsteuerung 18 in der Fig. 2 ist genauer dargestellt. Die in Fig. 7 gezeigte Schaltung steuert die Drehfrequenz der SDA 16 und phasenverriegelt auch die SDA 16 mit dem Signal SPC REF. Ein Mikrokontroller 70 und ein Widerstandsnetzwerk 84 stellen ein Spannungssignal ICMD bereit, welches den gewünschten Spindelstrom angibt. Transkonduktanzverstärker 77 stellen die Stromsignale MOTOR COIL< 3 : 1> bereit, welche die Spindel treiben. Ein herkömmlicher Kommutator 71 steuert das Schalten der Verstärker 71. Der Strom in der Endstufe der Verstärker 77 wird als ein sich über einen Erfassungswiderstand 75 einstellendes Spannungssignal ISENSE erfaßt, welches an den Eingang der Verstärker 77 zurückgeführt wird, um deren Steilheit einzustellen.
Der Kommutator 71 kann einer von zwei allgemeinen Typen, erfassungslos oder erfaßt, sein. Ein erfaßter Kommutator erhält Positionsrückkopplung über die Signale HALL< 3 : 1> , welche von Halleffekt-Vorrichtungen ausgegeben werden, sofern diese in der SDA 16 der Fig. 2 vorhanden sind. Eine erfassungslose Steuerung überwacht die EMF-Rückspannung, welche an Signale MOTOR COIL< 3 : 1> auftritt, um Positionsrückkopplung zu erhalten. In einer Ausführungsform sind ein erfassungsloser Kommutator 71 und Teile der Verstärker 77 in der sensorlosen Spindelmotorsteuerung ML4410 enthalten, welche von Mikro Linear Corp. erhältlich ist. Dieses IC stellt einen mit COMMUTATION in Fig. 7 bezeichneten Ausgang bereit, welcher das Auftreten jeder Kommutation anzeigt. Die Funktion des Kommutators 71 kann auch von dem Mikrokontroller 70 ausgeführt werden, in welchem Fall er die Signale HALL< 3 : 1> erhält, um die Positionsinformation abzuleiten.
In dem Mikrokontroller 70 ist ein Mikroprozessor 72 über einen Bus 74 mit Eingabepuffern 76, einem 16-Bit-Zähler 78 und einem 8-Bit-Signalspeicher (latch) 80 verbunden. Die Eingabepuffer 76 erhalten das Signal SPC REF der Fig. 2 und COMMUTATION, wenn notwendig. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Zähler 78 ein freilaufender Rückwärtszähler, d. h. er zählt jeweils von 2¹&sup6; rückwärts nach 0. Der Signalspeicher 80 ist mit dem Widerstandsleiter-Netzwerk 84 verbunden, um einen Digital-Analog-Wandler (DAC) zu implementieren. Alternative Ausführungsformen können natürlich einen integrierten DAC anstatt des Signalspeichers 80 und des Leiter-Netzwerks 84 verwenden.
Die Eingangspuffer 76 erlauben es dem Mikroprozessor 72, den zustand der Signale SPC REF und COMMUTATION abzutasten oder abzufragen. Bei alterna tiven Ausführungsformen können diese Signale statt dessen dazu verwendet werden, den Mikroprozessor 72 zu unterbrechen, so daß ihr Zustand überwacht werden kann. Bei der dargestellten Ausführungsform werden sowohl der Mikroprozessor 72 als auch der Zähler 78 durch einen nicht dargestellten Kristall- Taktgeber getaktet, welcher eine Frequenz von 1 MHz und eine Toleranz von 0,01% aufweist. Bei alternativen Ausführungsformen können diese Komponenten durch verschiedene Taktgeber getaktet werden, wenn eine geeignete Synchronisierung bereitgestellt wird. Auch können Taktgeber mit verschiedenen Frequenzen und Toleranzen eingesetzt werden, und zwar bei geeigneter, für den Fachmann offensichtlicher Abwandlung des Betriebs des Mikrokontrollers 70.
Ein bevorzugter Mikrokontroller 70 ist ein COP 820-Mikrokontroller, hergestellt von National Semiconductor Co. Es kann jedoch für den Fachmann ersichtliche alternative Ausführungsformen geben, welche andere Mikrokontroller und gegebenenfalls diskrete Komponenten einsetzen. Es sind auch der Mikrokontroller 70 und der Kommutator 71 als separate Komponenten dargestellt, ihre physikalische Implementierung kann überlappen, ohne die hier dargelegten Prinzipien der Erfindung zu berühren.
Der Betrieb der in Fig. 7 gezeigten Schaltung wird für sensorfreie Anwendungen, d. h. Anwendungen, bei denen das Signal COMMUTATION dem Mikrokontroller 70 bereitgestellt wird, beschrieben. Diese Beschreibung wird auch auf mit Sensoren versehene Anwendungen anwendbar sein, mit dem Unterschied, daß bei mit Sensor versehenen Anwendungen der Mikrokontroller 70 die Signale HALL< 3 : 1> statt COMMUTATION überwacht, um die Drehung der Spindel zu verfolgen.
Der Mikroprozessor 72 zählt Übergänge des Signals COMMUTATION, um die tatsächliche Drehung der SDA 16 zu verfolgen. Bei der dargestellten Ausführungsform gibt es 24 Kommutationen pro Umdrehung. Es kann bei alternativen Ausführungsformen andere Zahlen von Kommutationen geben. Der Mikroprozessor 72 unterhält auch eine Tabelle von Abtastungen des freilaufenden Zählers 78, wobei jeder Eintrag in der Tabelle einer der 24 Kommutationen entspricht. Der Mikroprozessor 72 unterhält auch eine 16-Bit-Akkumulator-Variable, welche als ein integrierender Schleifenfilter wirkt. Die Verwendung von sowohl der Tabelle und dem Akkumulator wird nachfolgend detaillierter unter Bezugnahme auf die Fig. 8 beschrieben.
Die Fig. 8 zeigt die von dem Mikroprozessor 72 zur Steuerung der Drehfrequenz der SDA 16 ausgeführten Schritte. In Schritt 90 werden der Akkumulator und die Tabelle von Zählerabtastungen initialisiert. Der Akkumulator wird initialisiert, indem sein niedriges Byte auf Null gesetzt wird und sein hohes Byte auf einen Anfangswert, der einer angenäherten Strommenge entspricht, die von dem Verstärker 78 benötigt wird, um das Reibdrehmoment der SDA 16 zu überwinden. Dieser Anfangswert ist, mit anderen Worten, ausreichend, um die SDA 16 selbst bei Abwesenheit einer feineren Steuerung mit etwa der gewünschten Geschwindigkeit zu treiben. Dieser Anfangswert wird für eine bestimmte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung am besten empirisch bestimmt. Zudem hilft die Initialisierung des Akkumulators, die Amplitude von normalen Einstellungstransienten zu minimieren.
Es sollte beachtet werden, daß alternative Ausführungsformen die Initialisierung des Akkumulators auf einen Wert von nicht Null, wie vorangehend beschrieben, nicht notwendig haben müssen. In dem COP 820 weist der Mikroprozessor 72 jedoch nur 8 Bit mathematische Genauigkeit auf, und weist deshalb einen stärker beschränkten Berechnungsrahmen auf als etwa ein 16- oder 32-Bit-Mikroprozessor. Wenn ein 8-Bit-Mikroprozessor verwendet wird, fuhrt die Initialisierung des Akkumulators auf einen Wert von nicht Null zu einer geringeren Wahrscheinlichkeit eines mathematischen Unterlaufs oder Überlaufs während des Normalbetriebs. Wenn ein 16- oder 32-Bit-Mikroprozessor verwendet wird, kann der Berechnungsbereich ausreichend weit sein, um diesen Initialisierungsschritt überflüssig zu machen.
Die Tabelle von Zählerabtastungen wird initialisiert, indem der Zähler 78 bei jedem der 24 positiven Übergänge des Signals COMMUTATION bei einer Umdrehung abgetastet wird. Diese Initialisierung stellt einen Satz von Zeitmarken bereit, welche nachfolgend verwendet werden, um die Drehperiode der SDA 16 zu überwachen. Schritte 92 bis 100 werden dann für jeden positiven Übergang des Signals COMMUTATION wiederholt durchgeführt. Der Mikroprozessor 72 weiß, wenn jeder Umlauf der SDA 16 vollständig ist, indem 24 positive Übergänge des Signals COMMUTATION gezählt werden.
Im Schritt 92 wird der Zähler 78 abgetastet, um die Zeitmarke für die momentane Kommutation zu erhalten.
In dem Schritt 94 wird der Fehler in der Drehperiode wie folgt berechnet:
(i) Die momentane Abtastung wird von dem der gegenwärtigen Kommutation entsprechenden Tabelleneintrag subtrahiert. Diese Differenz stellt die tatsächliche Zahl von Kristall-Taktgeber-Perioden zwischen der gegenwärtigen Kommutation und derselben Kommutation vor einer Umdrehung dar.
(ii) Die in (i) berechnete Zahl wird von einer idealen Zahl von Taktperioden pro Drehung subtrahiert, um den Fehlerwert zu erhalten. Die ideale Zahl von Taktperioden ist eine Funktion von sowohl der Drehgeschwindigkeit der SDA 16 und der Periode des Taktgebers 82. Wenn die SDA ideal mit 5.400 U/min (90 Hz) dreht, ist die ideale Zahl von 1-MHz-Taktperioden pro Drehung beispielsweise 11.111.
Nachdem der Fehlerwert berechnet ist, lädt der Mikroprozessor 72 in Schritt 96 die Summe oder Differenz (in Abhängigkeit von der Polarität des Fehlerwerts) zwischen dem hohen Byte des Akkumulators und dem Fehlerwert in den Signalspeicher 80. Dies stellt natürlich die unmittelbare Phasenkorrektur der SDA 16 dar. Diese Zahl wird in eine Spannung auf dem Signal ICMD durch das Leiter netzwerk 84 umgewandelt. Die Verstärker 77 stellen dann die Ströme auf MOTOR COIL< 3 : 1> ein, bis ISENSE gleich ICMD ist. Insbesondere wenn der berechnete Fehlerwert positiv ist, dreht die SDA 16 zu schnell. In diesem Fall wird die Größe der Ströme an MOTOR COIL< 3 : 1> verringert. Das Gegenteil tritt ein, wenn der Fehlerwert negativ ist.
In Schritt 98 addiert oder subtrahiert der Mikroprozessor 72 Wien Fehlerwert (abhängig von seiner Polarität) zu oder von dem Akkumulator. Das Ergebnis dieser Operation kann das hohe Byte des Akkumulators ändern und kann deshalb die während der nächsten Umdrehung ausgeübte Korrektur beeinflussen.
In Schritt 100 ersetzt der Mikroprozessor 72 den der gegenwärtigen Kommutation entsprechenden Tabelleneintrag mit der in Schritt 92 erhaltenen neuen Abtastung zur Verwendung bei der nächsten Umdrehung der SDA 16.
Die in Fig. 8 gezeigten Schritte ermöglichen es dann der Spindelsteuerung 18, die Drehfrequenz der SDA 16 zu steuern. Die Spindelsteuerung 18 führt auch zusätzliche Funktionen zur Phasenverriegelung der Drehung der SDA 16 mit dem Signal SPC REF durch. Diese Fähigkeit trägt zu der Synchronisierung von Mehrfach-Plattenlaufwerken gemäß den Prinzipien der Erfindung bei.
Die Details des Phasenverriegelungsbetriebs sind in Fig. 9 gezeigt. Zwei leicht verschiedene "ideale" Drehperiodenwerte werden ausgewählt. Diese Werte werden FAST LOAD und SLOW LOAD genannt und entsprechende Frequenzen, die höher bzw. niedriger als die Nennfrequenz des Signals SPC REF sind. Beispielsweise können die Werte 11.107 und 11.115 für FAST LOAD bzw. SLOW LOAD verwendet werden. Diese Werte entsprechen den Frequenzen 90.033 Hz und 89.969 Hz. Der Mikroprozessor 72 überwacht das SPC REF-Signal und schaltet zwischen den zwei Frequenzen auf eine Weise um, welche die Phasenausrichtung zwischen der SDA 16 und dem Signal SPC REF aufrechterhält.
Die Werte von FAST LOAD und SLOW LOAD legen die Grenzen des Bereichs von Durchschnittsfrequenzen fest, bei welchen die SDA 16 arbeiten kann. Dieser Bereich sollte, wie in Fig. IO gezeigt, breiter sein als die Frequenztoleranz des Signals SPC REF und enger als die Drehfrequenztoleranz der SDA 16. Auf diese Weise ist es der Spindelsteuerung 18 möglich, die Phase des Signals SPC REF zu verfolgen, ohne die Nenndrehfrequenzgrenzen der SDA 16 zu verlassen.
Zurückkommend auf Fig. 9 wird nun der Phasenverriegelungsberrieb der Schaltung der Fig. 7 beschrieben. In Fig. 9 wird der Begriff "Kommutationsintervall" verwendet, um das Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden der 24 Kommutationen pro Umlauf der SDA 16 zu bezeichnen. Bei Schritt 110 weist der Mikroprozessor 72 die Zahlen 1 bis 24 aufeinanderfolgenden Kommutationsintervallen zu, und zwar beginnend mit einem beliebigen Kommutationsintervall; diese Numerierung wird nachfolgend beibehalten. Bei Schritt 112 wird die SDA 16 unter Verwendung des FAST LOAD-Werts hochgedreht, bis seine Drehfrequenz innerhalb des in Fig. 10 gezeigten Bereichs ist. Dann sucht der Mikroprozessor 72 in Schritt 114 die abfallende Flanke des Signals SPC REF und identifiziert das Kommutationsintervall, in welchem diese auftritt. In Schritt 116 wird das dem genannten Kommutationsintervall unmittelbar vorhergehende Kommutationsintervall als ein "Fenster"-Kommutationsintervall bezeichnet. Wenn beispielsweise die abfallende Flanke des Signals SPC REF während des 13. Kommutationsintervalls der Drehung auftritt, dann wird das 12. Kommutationsintervall als Fenster-Kommutationsintervall bezeichnet.
An dem Ende des Schritts 116 wurde dann ein Fenster-Phasenintervall der Drehung der SDA 16 erstellt. Am Anfang des Schritts 118 wird die ungefähre Phase der SDA 16 bezüglich dem Signal SPC REF durch die Linie "Kommutationsintervall - 118" in Fig. 11 angegeben. Es ist zu beachten, daß Fig. 11 dem obigen Beispiel folgt, worin Intervall 12 als das Fensterintervall zugewiesen wird. Dieses Fensterintervall wird in den nachfolgenden Schritten verwendet, um Phasenverriegelung herzustellen und beizubehalten.
Bei Schritt 118 der Fig. 9 schaltet der Mikroprozessor 72 auf den SLOW LOAD- Wert. Dies führt selbstverständlich zur Verlangsamung der SDA 16 und schiebt insbesondere das Fensterintervall hinzu der abfallenden Flanke des Signals SPC REF. In Schritten 120 und 122 wartet der Mikroprozessor 72 bis die SDA 16 sich ausreichend verlangsamt hat, so daß die abfallende Flanke des Signals SPC REF in dem Fensterintervall auftritt; dies kann irgendwo zwischen einer und vielen Umdrehungen der SDA 16 auftreten. Dieses "Gleiten" der Kommutationsintervalle bezüglich dem Signal SPC REF wird durch die Pfeile in Fig. 11 angegeben. Bei Beginn des Schritts 124 wird die ungefähre Phase der SDA 16 durch die Linie "Kommutationsintervall - 124" in Fig. 11 angegeben. Dann schaltet in Schritt 124 der Mikroprozessor 72 zurück auf den FAST LOAD-Wert und in Schritten 126 und 128 wartet er eine Umdrehung der SDA 16, bevor der gesamte Vorgang beginnend bei Schritt 118 wiederholt wird.
Der Algorithmus der Fig. 9 steuert die Phase der SDA 16 derart, daß sie der Phase des Signals SPC REF folgt. Er tut dies, indem zwischen höherer und niedriger Frequenz unter Verwendung von FAST LOAD und SLOW LOAD derart umgeschaltet wird, daß eine Flanke des Signals SPC REF wenigstens einmal bei jeder Wiederholung der Schritte 118 bis 128 auftritt, was im allgemeinen zwei oder mehr Umdrehungen der SDA 16 dauert. Die Phasenverriegelung wird durch Variieren des Anteils des Hoch-zu-Nieder-Frequenzbetriebs auf Haine auf das Signal SPC REF ansprechende Weise aufrechterhalten.
Obwohl bei der dargestellten Ausführungsform der Mikroprozessor 72 eine Umdrehung wartet, bevor die Schritte der Fig. 9 wiederholt werden, kann er bei alternativen Ausführungsformen eine beliebige vorbestimmte Anzahl von Umdrehungen warten. Jedoch ist eine Umdrehung bevorzugt, da sie den Abstand zwischen Abtastungen des Signals SPC REF minimiert und deshalb im allgemeinen zu einer besseren Phasenverfolgung führt.
Der Fachmann erkennt leicht, daß die vorangehend beschriebenes Phasenverriegelungstechnik auf viele verschiedene Weisen abgeändert werden kann, um eine ähnliche Funktionalität bereitzustellen. Beispielsweise kann die Verwendung von FAST LOAD und SLOW LOAD umgeschaltet werden, so daß das Fensterintervall sich der Flanke von SPC REF annähert, wenn die SDA 16 schneller wird, statt langsamer zu werden. In einem solchen Fall würde der Schritt 116 geändert werden, um anstatt dem vorangehenden Intervall das nachfolgende Intervall zuzuweisen. Es ist ebenfalls leicht, die Schritte 120 und 122 zu ändern, um die ansteigende Flanke von SPC REF zu suchen, falls dies vorteilhaft ist.
Es ist anzumerken, daß das vorangehend beschriebene Verfahren von herkömmlichen Phasenverriegelungstechniken stark abweicht. Herkömmliche Techniken erfassen und korrigieren im allgemeinen für sowohl positive als auch negative Phasenabweichungen des gesteuerten Signals bezüglich der Referenz. Eine Phasenverriegelungstechnik gemäß den Prinzipien der Erfindung erfaßt hingegen nur Phasenkoinzidenz und ist in der Lage zwischen höheren und niedrigeren Frequenzen derart umzuschalten, daß Phasenkoinzidenz nur zeitweise stattfindet. Eine solche Technik wird deshalb leicht in bestehende Steuersysteme inkorporiert, welche aus welchen Gründen auch immer, bereits Mittel zur Erfassung von Phasenkoinzidenz aufweisen. Zusätzlich kann die Technik die Fehlertoleranz erhöhen, da man die SDA 16 immer in ihren Nennfrequenzgrenzen arbeiten lassen kann. Wenn das SPC REF-Signal gestört sein sollte oder vollständig verschwinden sollte, so ist das Schlimmste, was passieren könnte, daß die Phasenverriegelung nicht aufrechterhalten würde, die Spindel würde immer noch mit entweder der höheren oder der niedrigeren Frequenz drehen, welche beide derart programmiert sein können, daß sie in die Nennfrequenzgrenzen der SDA fallen. Ferner kann die normale Plattenaktivität vollständig unabhängig von der Phasenverriegelungsaktivität fortgesetzt werden, so daß die Ausführung der Erfindung den Beginn des Plattenzugriffs nicht verzögert.

Claims

1. Verfahren zur Phasenverriegelung der Drehung einer motorisierten Spindel mit einem Referenzsignal, umfassend die Schritte:

Erstellen eines Fenster-Phasenintervalls der Drehung der Spindel (116), wobei der Schritt des Erstellens die Schritte umfaßt:

Betreiben der Spindel mit einer Frequenz, die größer ist als die Frequenz des Referenzsignals (124);

Auffinden eines Kommutierungsintervalls, während dem eine abfallende Flanke des Referenzsignals auftritt (114), und

Bestimmen des dem aufgefundenen Kommutierungsintervall vorangehenden Intervalls als Fenster-Phasenintervall (116);

Feststellen, ob ein Übergang des Referenzsignals während des Fenster-Phasenintervalls auftritt (122), und

Umschalten der Drehfrequenz der Spindel zwischen einer Frequenz, die geringer ist als die Frequenz des Referenzsignals (118), und der Frequenz, die größer ist als die Frequenz des Referenzsignals (124), derart, daß ein Übergang des Referenzsignals während des Fenster-Phasenintervalls in wenigstens einer, jedoch nicht allen Umdrehungen einer Anzahl von Umdrehungen der Spindel auftritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Feststellens (122) die Schritte umfaßt:

Feststellen, ob das Referenzsignal gestört ist, und

Feststellen, ob die Drehposition der Spindel innerhalb des Fenster-Phasenintervalls liegt, wenn das Referenzsignal gestört ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt des Umschaltens die Schritte umfaßt:

Betreiben der Spindel mit der geringeren Frequenz (118), bis ein Übergang des Referenzsignals während des Fenster-Phasenintervalls (122) auftritt,

Umschalten der Drehfrequenz der Spindel auf die geringere Frequenz, Abwarten einer Umdrehung der Spindel nach dem Schritt des Umschaltens (126) und

Umschalten einer Drehfrequenz der Spindel auf die Frequenz, die kleiner ist als die Frequenz des Referenzsignals.

4. Spindelsteuerung zur Phasenverriegelung der Drehung einer motorisierten Spindel mit einem Referenzsignal, umfassend:

Verstärker (77) zur Erzeugung von Motorspulenstromsignalen, welche zu einem einen gewünschten Spindelstrom angebenden Signal proportional sind, und zwar an entsprechenden Ausgängen,

eine Einrichtung (70, 84) zur Steuerung des Werts des den Spindelstrom angebenden Signals derart, daß die Spindel mit einer gewünschten Drehfrequenz dreht,

eine Einrichtung zum Erstellen (116) eines Fenster-Phasenintervalls der Drehung der Spindel, welche Einrichtung dazu ausgebildet ist, die Spindel bei einer Frequenz zu betreiben, die größer ist als die Frequenz des Referenzsignals, ein Kommutierungsintervall aufzufinden, während dem eine abfallende Flanke des Referenzsignals auftritt, und ein dem aufgefundenen Kommutierungsintervall vorangehendes Kommutierungsintervall als Fenster-Phasenintervall zu bestimmen,

eine Einrichtung zum Feststellen (122), ob ein Übergang eines Referenzsignals während des Fenster-Phasenintervalls auftritt, und

eine Einrichtung zum Umschalten der gewünschten Drehfrequenz zwischen einer Frequenz, die kleiner ist als die Frequenz des Referenzsignals (118), und der Frequenz, die größer ist als die Frequenz des Referenzsignals (124), derart, daß ein Übergang des Referenzsignals während des Fenster-Phasenintervalls in wenigstens einer, jedoch nicht allen Umdrehungen einer Anzahl von Umdrehungen der Spindel auftritt.

5. Spindelsteuerung nach Anspruch 4, worin die Steuereinrichtung einen sensorfreien Kommutator (71) umfaßt.

6. Spindelsteuerung nach Anspruch 4, worin die Steuereinrichtung einen mit einem Sensor versehenen Kommutator (71) umfaßt.