JP2001512655A - 転流角を変調することによりディスクドライブのモータを制御する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ディスクドライブのモータ（１０６）を制御するモータ制御回路（１００）が提供される。モータ制御回路（１００）は転流回路（１０２）を含み、転流回路（１０２）は転流信号をモータ（１０６）へ供給し、モータ（１０６）を転流周波数で転流させる。転流回路（１０２）には、周波数変調回路（１８１）が動作上結合している。周波数変調回路（１８１）は、転流周波数を所定パターンにより周波数変調する変調信号を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】 転流角を変調することによりディスクドライブの モータを制御する方法および装置 発明の分野 本発明は、一般的にはディスクドライブモータの転流周波数の制御に関する。 特に、本発明は転流周波数の変調に関する。 発明の背景 ブラシレス直流（ＤＣ）モータは、典型的に、ディスクドライブシステムの複 数のディスクを担持するスピンドルの回転を駆動するために使用される。ブラシ レスＤＣモータは、典型的に、回転子に取付けられたいくつかの永久磁石と、固 定子に取付けられた電磁コイルのセットと、を有する。回転子は、それらのコイ ルを、回転子の角位置に関し特定のシーケンスで付勢することにより回転せしめ られる。回転の特定点においてコイルを付勢する機能は、モータの「転流」と呼 ばれる。 モータ転流の１つの従来の方法は、回転子の角位置を検知するために、固定子 に取付けられたホールセンサを用いる。このホールセンサに接続された電子回路 が、ホールセンサを通り越す回転子の通過を検出し、その瞬間に、異なる電磁コ イルへエネルギーをスイッチ（転流）する。 第２の転流方法は、逆起電力（ＥＭＦ）の検知に基づいている。コイルが付勢 されることにより回転子が回転する時、現在付勢されていないコイル内に電磁界 が誘導される。この生じた逆ＥＭＦを検知することにより、モータの正しい転流 状態を決定しうる。逆ＥＭＦ転流は、大形になりがちで高価になりうるホールセ ンサの使用を必要としない利点を有する。 逆ＥＭＦから得られる情報は、フェーズロックトループ制御回路内の電圧制御 発振器（ＶＣＯ）を駆動するために用いられる。そのＶＣＯの出力は、モータを 正しく転流させて、最大トルク効率とモータの方向とを実現するために、転流制 御論理を正確にクロックするために用いられる。 このタイプのモータ転流制御回路は、最適の時刻にモータを正確に転流させる が、それは極めて純粋なトーンの、ジッタのない、転流信号を作り出すという欠 点を有する。また、この信号は、高度に効率的な高速スイッチングの電力電界効 果トランジスタを経て、モータへ給電するために用いられる。このようにして、 モータコイル内に高レートの電流変化が誘起され、転流周波数での、また転流周 波数の高調波での、可聴機械共振を起こしうる。さらに、そのようなシステムは 、転流周波数が懸念のある高レベルになると、特に、発生した例外的にジッタの ない転流信号の高周波の高調波においては、電磁放射を生じうる。もし望ましく ない共振および放射が十分な振幅になれば、それらは、可聴雑音、サーボトラッ クフォローイングエラー、および読取り／書込みエラーを生じうる。 本発明は、これらの問題およびその他の問題の解決に取り組み、従来技術より も優れた利点を提供する。 発明の要約 本発明は、１つまたはそれ以上の上述の問題を解決するためのシステムに関す る。 本発明の１つの実施例によれば、モータ制御回路が、ディスクドライブのモー タを制御する。このモータ制御回路は、転流信号をモータへ供給しモータを転流 周波数で転流させる転流回路を含む。この転流回路には、周波数変調回路が動作 上結合せしめられている。この周波数変調回路は、所定パターンにより転流周波 数を周波数変調する変調信号を供給する。 本発明はまた、ディスクドライブ内のスピンドルモータを制御する方法として も実施される。転流タイミング信号が供給される。モータは、この転流タイミン グ信号に基づき、転流周波数の複数の転流信号をモータへ供給することにより転 流せしめられる。転流タイミング信号は、転流周波数および転流周波数の所定の 高調波以外の周波数においてピークを示すスペクトル内容を有する周波数スペク トルをもつ所定パターンを有する変調波形により周波数変調される。 これらの特徴およびさまざまな他の特徴、ならびに本発明が特徴とする利点は 、以下の詳細な説明を読み、関連する図面を検討することにより明らかとなろう 。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の１つの実施例による転流制御回路のブロック図である。 図２は、図１に示されている回路の変調のない動作を示すタイミング図である 。 図３は、変調波形の１つの実施例を示すタイミング図である。 図４は、図１に示されている変調回路の１つの実施例の、部分概略形式で示さ れたブロック図である。 図５は、電圧制御発振器により供給される、変調された転流タイミング信号の タイミング図を示す。 図６は、本発明による変調波形の他の実施例を示す。 図７は、本発明の１つの特徴による転流制御回路の第２の実施例のブロック図 である。 図８は、変調波形を発生させる方法の１つの実施例を示す。 図９は、図７に示されているシステムの動作を示すフローダイアグラムである 。 実施例の詳細な説明 図１は、本発明の１つの実施例によるモータ制御回路１００のブロック図であ る。システム１００のようなシステムは、転流信号発生回路１０２と、フェーズ ロック帰還回路１０４と、スピンドルモータ１０６と、変調回路１１０と、を含 む。モータ１０６はまた、スピンドル１１２に連結されているように図示されて おり、スピンドル１１２は、スピンドル１１２と共に回転する複数のデータ記憶 ディスク１１４を支持しているように示されている。 １つの実施例における転流信号発生回路１０２は、電圧制御発振器（ＶＣＯ） １１６と、転流制御論理１１８と、電力電界効果トランジスタ（電力ＦＥＴ）１ ２０と、を含む。フェーズロック帰還回路１０４は、マルチプレクサ（ＭＵＸ） １２２と、選択反転回路１２４と、比較器１２６と、充電ポンプ１２８と、フェ ーズロックトループ（ＰＬＬ）フィルタキャパシタ１３０と、を含む。 １つの実施例においては、変調回路１１０は、変調信号源１３２と、変調フィ ルタ回路１３４と、を含む。変調回路１１０の出力（すなわち、変調フィルタ回 路１３４の出力）は、ＶＣＯ１１６の入力に結合する。フェーズロック帰還回路 １０４は、ＰＬＬフィルタキャパシタ１３０へ帰還信号を供給し、ＰＬＬフィル タキャパシタ１３０もまたＶＣＯ１１６の入力に結合する。 システム１００の従来の動作を、図２に示されている波形を参照しつつ説明す る。フェーズロック帰還回路１０４は、スピンドルモータ１０６に関連する逆Ｅ ＭＦを検知する。検知された逆ＥＭＦを表示するアナログ信号が、フェーズロッ ク帰還回路１０４からＶＣＯ１１６へ供給される。検知された逆ＥＭＦに基づき 、ＶＣＯ１１６は、そのアナログ入力信号により決定される周波数の方形波出力 信号をＶＣＯ１１６へ供給する。その方形波出力信号は、図２の波形１３６によ り示されている 転流制御論理１１８は、ＶＣＯ１１６から信号１３６を受け、モータを駆動す る電力ＦＥＴ１２０へ適正なゲート駆動信号を供給する。電力ＦＥＴ１２０の出 力は、スピンドルモータ１０６へ供給され、スピンドルモータ１０６を駆動する ために用いられる。それぞれのモータの位相は、低信号から高信号への遷移状態 および高信号から低信号への遷移状態以外の、全ての状態における電力ＦＥＴに より駆動される。従って、それぞれの位相は、電力ＦＥＴ１２０により（波形１ ３６により示されている）２つの転流周期において高電圧へ駆動され、１つの転 流周期において遷移状態にあり、２つの転流周期において低へ駆動され、最終転 流周期において遷移状態へ復帰する。このサイクルは、６転流周期（または６転 流カウント）毎に繰返され、それぞれのモータ位相は、他から１２０°だけ電気 的に遅延せしめられている。 マルチプレクサ１２２は、その入力として、電力ＦＥＴ１２０を駆動するため に供給される転流制御信号を受ける。マルチプレクサ１２２は、その出力に、転 流制御論理１１８の出力に基づき、その特定の転流信号の駆動されない位相中に 、転流信号のそれぞれを順番に選択し供給するように構成されている。マルチプ レクサ１２２の出力は、このようにして図２の波形１４４により示される。 転流信号がモータと正確に同相にある、図２に示されている理想化された遷移 においては、マルチプレクサ信号１４４は、完全な三角波形となる。信号１４４ は、選択インバータ１２４へ供給され、それはそこで選択的に反転される。これ は、のこぎり波形１４６を生じる。図２に示されている特定の波形１４６は転流 信号に対応し、モータは正確に同相にある。このようにして、波形１４６は、正 確に時間の５０％だけ中心電圧よりも大きく、かつ正確に時間の５０％だけ中心 電圧よりも小さい。 転流／モータ位相のエラーに際しては、波形１４４はひずんで、中心電圧に関 し非対称になる。非対称の量は位相エラーに対応し、中心電圧に関する平均電圧 はゼロでなくなる。これは信号１４６にエラーを生じ、信号１４６は、５０％を 超える時間の間、（位相エラーの方向により）中心電圧よりも大きくなるか、ま たは中心電圧よりも小さくなる。 このエラー信号１４４は、比較器１２６を経て供給され、それは比較器１２６ において中心電圧と比較され、ＰＬＬフィルタキャパシタ１３０に接続された充 電ポンプ１２８を駆動するために用いられる。信号１４６が５０％のデューティ サイクルを有する（すなわち、それが５０％の時間の間中心電圧より高く、５０ ％の時間の間中心電圧より低い）時は、ＰＬＬフィルタキャパシタ１３０は、（ 図２の波形１４８により示されているように）同じ量だけ充電され、かつ放電し 、ＶＣＯ１１６へ供給される電圧には正味の変化はない。しかし、なんらかの位 相エラーは、等しくない量の充電または放電をＰＬＬフィルタキャパシタに生ぜ しめ、ＶＣＯ１１６へ供給される電圧に正味の変化を与える。これは、転流周波 数をして、スピンドルモータ１０６の物理位置に適応させ、かつ該位置を追跡さ せる。このタイプの回路は、独力でＶＣＯ１１６から信号１３６の出力周波数を 生じ、これは極めて安定で、極めて低いジッタを有し、またこれは、周波数領域 内の転流周波数の倍数におけるタイトバンド（ｔｉｇｈｔ ｂａｎｄｓ）内へ分 配される電力を示す。 本発明によれば、変調回路１１０が設けられ、その変調出力信号はＶＣＯ１１ ６の入力に接続される。１つの実施例における変調回路１１０は、変調信号源１ ３２と、変調フィルタ回路１３４とを含む。変調フィルタ回路１３４の出力は、 直接ＰＬＬフィルタキャパシタ１３０に接続される。この接続は、ＰＬＬフィル タキャパシタ１３０へ流れる充電電流への加算、または該充電電流からの減算、 を効果的に行う能力を作り出す。充電電流の正味の変化は、ＶＣＯ１１６の入力 における電圧に変化を与え、従って、波形１３６により表されるＶＣＯの出力周 波数に変化を生じる。これは、ひいては転流周波数の変化を起こす。 本発明の１つの実施例においては、変調信号源１３２は、単に図３の波形１５ ０により示される方形波である出力を発生するように構成されている。方形波１ ５０は、モータの速度と同期する周期で、または非同期的に、発生せしめられう る。しかし、任意の適切な変調信号源１３２を、それが転流信号の周波数スペク トルを広げる信号を発生する限り、用いることができる。例えば、変調信号源１ ３２は、方形波を供給する必要さえなく、特定の存在する制御ループ、特定のド ライブ内に用いられている材料の共振周波数、設計された変調フィルタ回路１３ ４、または低減が所望される電磁放射の特定周波数、に基づいて選択された所望 の変調周波数成分を含む任意の適切な信号を供給しさえすればよい。 変調フィルタ回路１３４は図４に示されており、１つの実施例においては、方 形波１５０を微分する働きをする直列接続された抵抗１５２およびキャパシタ１ ５４を含む。この微分は、方形波１５０の正および負の遷移において、図３の波 形１５６により表されるインパルス関数を生じる。このインパルス関数は、本質 的に、ＰＬＬフィルタキャパシタ１３０に対し加算される、またＰＬＬフィルタ キャパシタ１３０から減算される、電流を表すことになる。変調フィルタ回路１ ３４における特定の成分値は、それぞれのインパルスにおいて注入される充電の 量を決定する。 図５は、変調回路１１０がシステムに追加された時のＶＣＯ１１６の出力を表 す、（わかりやすくするために誇張された）波形１５８を示す。波形１５８が示 すように、変調信号は、２つの周波数の間にあるＶＣＯ１１６からの出力パルス をスミアする傾向がある。時間に関するＶＣＯ１１６の出力の平均周波数は、ス ピンドルモータ１０６が実質的に同じ速度で回転しているので変化しない。しか し、２つの周波数の間にあるＶＣＯ１１６の出力周波数（従って、転流周波数） のスミアリングは、出力周波数の回りに、また出力周波数の高調波の回りに、無 変調の場合よりも短い、また広いピークを有する、周波数領域における転流信号 の電力分配を与える。 図３の波形１５６は、ＰＬＬフィルタキャパシタ１３０へ供給される変調信号 の１つの実施例を示すが、また、この信号は、ＶＣＯの出力周波数が２つの周波 数の間で変調される実施例を示すが、他の変調信号も同様に用いうることを認識 すべきである。図６は、用いうる変調信号の他の例を示す。波形１６０は、変調 フィルタ回路１３４内の成分を単に変化させることにより実現されうる変調信号 を示す。変調波形１６０により与えられるインパルスは、波形１５６により示さ れているものよりも広く、かつ大きい振幅を有する。これは、ＶＣＯ１１６の出 力周波数が、変調波形１５６により示されているものよりも大きく離れた２つの 周波数の間で変調されるようにする。 波形１６２は、ＶＣＯ１１６の出力周波数が２つよりも多くの周波数の間で変 調される、別の実施例を示す。例えば、波形１６２のパルス１６４がＰＬＬフィ ルタキャパシタ１３０へ印加される時は、ＶＣＯ１１６の出力周波数は、第１の 高い周波数へ変調される。次に、パルス１６６がＰＬＬフィルタキャパシタ１３ ０へ印加される時は、ＶＣＯ１１６の出力周波数は、第１の周波数より低い第２ 周波数へ変調される。パルス１６８がＰＬＬフィルタキャパシタ１３０へ印加さ れる時は、ＶＣＯ１１６の出力周波数は、第２周波数よりもさらに低い第３周波 数へ変調される。次に、パルス１７０がＰＬＬフィルタキャパシタ１３０へ印加 される時は、ＶＣＯ１１６の出力周波数は変調されて、第２周波数よりは高いが 第１周波数よりは低い、より高い周波数へ復帰する。このタイプの変調は、任意 の所定パターンにより、または擬似ランダムパターンにより、継続しうる。 図７は、本発明のもう１つの特徴による別の転流システム１８０を示す。転流 システム１８０は、図１に示されているものと類似したいくつかの部分を含み、 それらには同じ番号が付されている。しかし、システム１８０はまた、サーボ復 調器１８２と、アドレス発生器１８４と、波形テーブル１８６と、をも含む。図 ７に示されているシステム１８０は、復調波形を本発明により発生させる１つの 好ましい方法を示している。 システム１８０は、変調波形を得て、フェーズロック帰還回路１０４内のキャ パシタ１３０へ印加し、スピンドルモータ１０６を転流させるために用いられる 転流周波数（または転流角）を変調しうる。最初に、典型的なディスクドライブ は、閉ループ負帰還サーボシステムにより動作することに注意すべきである。こ のサーボシステムは、ドライブ内のディスク１１４の１つの、少なくとも１つの ディスク表面からサーボ位置決め情報を読取る。このサーボ情報は、ディスク表 面上に記録されているデータまたはサーボトラックの中心に対する、トランスジ ューサ（すなわちデータヘッド）の正確な位置を決定するために用いられる。 組込みサーボシステムにおいては、サーボ情報は、ユーザデータと共にそれぞ れのディスク表面上に記録されている。サーボ情報は、それぞれのディスク表面 上のサーボセクタ、または複数のサーボセクタ内に記録されている。データヘッ ドがサーボセクタ上を浮動する時、それはその上に記録されているサーボ情報を 読取り、それをサーボ復調器１８２へ供給する。サーボ復調器１８２は、サーボ 情報を復調し、それを、サーボ位置決めシステム（図示せず）の残部への出力１ ８３へ供給し、復調されたサーボ情報はそこで、トラックシーク動作またはトラ ックフォローイング動作を行うために、サーボ情報が読取られたディスク表面に 対するトランスジューサ（すなわちデータヘッド）の位置を調整するために用い られる。もしモータが一定の速度で回転していれば、ディスク中心に対するデー タヘッドの実際の位置にかかわらず、サーボ情報が、時間的に一定間隔をあけた インタバルにおいて検出されるように、サーボセクタは、正確に間隔をあけたイ ンタバルに配置される。このようにして、サーボ情報の検出を表示するディジタ ル信号が、この信号のそれぞれの検出の間の時間を測定することにより、モータ の速度を表示するために用いられる。 転流角（または転流周波数）の周波数変調は、低レベルのトルク妨害を追加す るように作用し、それは、ドライブがそうでない場合に発生するピュアトーンを 励起するために使用可能なエネルギーを散布し、またそのトーンを周波数領域内 へ広げる。これは、人の耳に対し、もっと白色背景雑音のように聞こえ、もっと 容易に同調により除去されうるトーンを生じる。転流角の周波数変調は、ある場 合には、固定周波数変調波形による変調よりも効果的である。そのわけは、変調 パラメータを注意深く制御することにより、周波数が増大するのに伴い指数関数 的に低下するスペクトルを有する簡単な方形波変調信号による場合よりも、ピュ アトーンが存在する高い周波数範囲内に、強い高調波による妨害を発生させるこ とが可能だからである。 詳述すると、周波数変調信号は、搬送周波数と、ある変調周波数の積分とによ り、次のように表される。 ただし、Ａ_cは搬送信号の振幅を表し、 ω_cは一定の搬送周波数であり、 Ｋ_vは乗算定数であり、 Ｖ（ｔ）は変調波形である。 有効であることが観察されている２つの変調信号は、掃引正弦変調波形を発生 する信号と、正弦の和の変調波形（ｓｕｍ−ｏｆ−ｓｉｎｅｓ ｍｏｄｕｌａｔ ｉｏｎ ｗａｖｅｆｏｒｍ）とを含む。掃引正弦波形は、「掃引」の始めと終わ りとの間の一連の周波数に基づく変調周波数成分を有する。正弦の和の波形は、 １つまたはそれ以上の離散周波数に基づく変調周波数成分を有する。他の変調波 形も用いられうるが、（掃引正弦変調または正弦の和の変調のような）複数の周 波数に基づくものは、最も効果的でありうると信じられている。そのわけは、多 重周波数の組合せは、転流周波数と、転流周波数の選択された高調波と、の間の 高い周波数において、高レベルの高調波を発生し、周波数スペクトルをより効果 的に広げて、ピュアトーン周波数に現れるピークを低下させうるからである。 例えば、１つの実施例においては、スイッチング周波数（極の数と回転速度と の積）およびスイッチング周波数の第３、第６、および第９高調波が、実際に最 高のピュアトーンの音響放出を生じる。このようにして、スイッチング周波数か ら変位した、より高い周波数の高レベルの高調波を発生する周波数変調信号およ び第３、第６、および第９高調波は、転流信号の周波数スペクトルを広げ、ピュ アトーン周波数における音響放出を減少させる傾向がある。 １つの例として、正弦の和の周波数変調信号は、次のように表される。 ただし、ω_cは搬送周波数に等しく、 ω₁は第１変調周波数に等しく、 ω₂は第２変調周波数に等しい。 周波数ω₁およびω₂は、これらの和および差が、ピュアトーン音響放出を生じ る周波数の間の高調波を生じ、ピュアトーン周波数からのエネルギーを用いる ように選択される。 再び図７を参照し、かつ本発明の１つの特徴によると、サーボ復調器１８２に より供給される信号は、アドレス発生器１８４へも供給される。アドレス発生器 １８４は、波形テーブル１８６を含むメモリをアドレス指定するために用いられ るアドレスを発生する。１つの実施例においては、波形テーブル１８６は複数の ワードを含み、それぞれのワードは複数の２進ビットから形成されている。これ らの２進ビットは波形テーブル１８６からシーケンスをなして読出され、これら の２進ビットの論理レベルは、キャパシタ１３０上の電荷に関連する、所定時刻 における変調波形の正負符号を表示する。このようにして、波形テーブル１８６ からシーケンスをなして読出されたビットは、転流周波数の変調において用いら れるべき変調波形の所定パターンを決定するビットストリームを形成する。この ビットは、次に波形発生器１３２へ供給され、波形発生器１３２は波形テーブル １８６内のビットにより定められる所定パターンにより変調波形を発生し、その 波形を変調フィルタ１３４へ供給する。変調フィルタ１３４は、波形発生器１３ ２が発生した波形を、フェーズロック帰還回路１０４により転流信号発生器１０ ２へ供給される変調タイミング信号内へ結合させるように作用する。これは、も ちろん、上述のように、スピンドルモータ１０６を転流させる転流周波数を変調 する。 テーブル １ テーブル１は、転流角の変調に用いられるべきディジタル化された波形を表示 する値を記憶する波形テーブル１８６の一部の一例を示す。１つの実施例におい ては、波形テーブル１８６（その一部はテーブル１に示されている）は、本発明 を用いるディスクドライブに関連するディスクドライブ制御装置のプログラムラ ンダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）内に記憶されている。テーブル１８６は、ビッ トポインタを用い一連のビットとしてアクセスされる。このポインタは、その時 アクセスされているディスク１１４の表面からサーボセクタが読出される毎に１ つの位置だけ前進する。テーブルから読出されたビットは、キャパシタ１３０上 の電荷に関連する変調波形の極性（すなわち正負符号）を、データヘッドが次の サーボセクタに出会うまでセットするために用いられる。テーブル１が示してい るように、波形テーブル１８６は、このテーブルを記憶しているプログラムＲＡ Ｍ内のアドレスを表すＲＡＭアドレスと、それぞれの１６ビットを１６進形式で 表しているテーブル値と、ワード内のビット位置を表示するビット位置インディ ケータと、２進テーブル値と、ワード番号と、を含む。もちろん、波形テーブル １８６の具体化においては、２進値および１６進値の双方を用いる必要はない。 それらは、単に説明のために与えたものである。 実施例においては、ビットポインタが用いられ、アドレス発生器１０４により 波形テーブル１８６内のビット位置を経て連続的に前進せしめられる。それぞれ のビット位置は２進値（１または０）を含み、これは、波形発生器１３２が発生 した波形が、フェーズロック帰還回路１０４内の充電ポンプに関連して正極性ま たは負極性のいずれを有するかを表示する。アドレス発生器１８４は、好ましく は、選択されたディスク表面から情報を読出すデータヘッドが新しいサーボフレ ームに出会う毎に、ビットポインタを１つの位置だけ前進させる（すなわち、そ れを増加させる）。図８は、テーブル１に示されている値と、発生する変調波形 と、の間の相関を示している。図８は、ワード番号を示す行１８８と、テーブル １から読出されたそれぞれのワード内のビット位置を示す行１９０と、変調波形 １９２と、テーブル１から読出されたそれぞれのビット位置における２進値を示 す行１９４と、を含む。 図８は、ビットパターン１９４と、テーブル１から最初の３つの１６進ワード を読出すことにより発生せしめられる、その結果の変調波形１９２と、を示して いる。このようにして、ビットポインタが波形テーブルの始めにあり、選択され たディスク表面上のデータヘッドが次のサーボフレームに出会った時、アドレス 発生器１８４はアドレスを発生して、波形テーブル１８６を記憶するメモリへ供 給し、そのアドレスは、波形テーブル１８６をして、その出力に、その時アドレ ス指定された、単一ビット、または完全な１６進ワード、またはその１６進ワー ドの２進表示を発生させる。簡単にするために、本説明は、単一アドレスビット のみを出力に生じる波形テーブル１８６について進めることにする。 ビットポインタがテーブル１の始めにあり、かつサーボフレームに出会ってい る場合には、波形テーブル１８６は、その出力に２進値１を発生する。そのわけ は、テーブルに入力されている最初のワード（ワード０）に対し、かつそのワー ド内の最初のビット位置（位置０）に対しては、その位置に記憶される２進値は １であるからである。波形テーブル１８６が出力に１を発生しているので、かつ その２進値が波形発生器１３２へ供給されるので、波形発生器１３２は、第１極 性（図８に示されている実施例においては、それは正極性である）を有する波形 １９２を発生する。 選択されたディスク表面上のサーボフレームに次に出会った時には、サーボ復 調器１８２はそれを表示する信号を発生し、アドレス発生器１８４はビットポイ ンタを１ビット位置だけ増加させる。これにより、波形テーブル１８６は、その 出力に別の２進法の１を発生する。これは、テーブル１内に記憶されている最初 の１６進ワードの全体を通して続けられ、データヘッドが出会う６つのサーボフ レームに対し必要とされる時間の量により決定される期間において正極性の波形 を生じる。そのわけは、テーブル１に記憶されている最初の６つの２進値が、２ 進法の１であるからである。 しかし、サーボフレームに次に出会った時には、アドレス発生器１８４はビッ トポインタを１ビット位置だけ増加させ、それにより、波形テーブル１８６は、 その出力に０を発生する。これにより、波形発生器１３２は、キャパシタ１３０ 上の電荷に関し負極性を有する波形１９２を発生する。この負極性の波形は、５ つのサーボフレームの間発生せしめられ、その後再び正極性の波形が発生せしめ られる。 このようにして、波形は、波形テーブル１８６内に記憶されている２進値に基 づき、これらの２進値が相次いで読出されるのに伴い発生せしめられる所定パタ ーンに従って与えられることがわかる。テーブル１内の第１ワードの終りに達す ると直ちに、ビットポインタは、テーブル１内の第２ワードからの２進値の読出 しを開始するために増加せしめられる。これは、それぞれの新しいサーボフレー ムに出会った時、ディスクドライブがもはやトラックフォローイング動作を行わ なくなる期間まで続けられる。そのような期間は、図８の参照番号１９５により 一般的に示されている。その時、変調信号は中止されるか、または０極性レベル で発生するので、転流周波数の変調はトラックフォローイング動作以外の期間中 は中止されている。 本発明の１つの特徴によれば、転流周波数は、トラックシーク動作中は変調さ れず、トラックフォローイング動作中においてのみ変調されることにも注意すべ きである。トラックシーク動作中における変調は、トラックシーク動作の実行に 悪影響を与えうる望ましくないトルク妨害を導入するものと信じられている。 変調波形の中止の直前（すなわち、変調波形が０極性レベルで発生する直前） に、変調波形は、キャパシタ１３０を高レベルにするのに役立つ論理高レベルへ スイッチされるべきであることも観察された。もしそれが、終了の直前に論理低 レベルのままにされていれば、それは、たとえ変調波形が０レベルへスイッチさ れた後になっても、変調波形により転流周波数を低くする傾向がある。特に、こ れは、スピンドルモータを通る通常よりも高い電流サージを生じさせる。しかし 、論理高レベルの変調波形を、その中止の直前に供給することにより、ＶＣＯは 、シーク動作により誘起されるモータ速度の小さい変化に遅れずに容易について いく。 図９は、波形１９２を得るためのシステム１８０の動作を示すフローダイアグ ラムである。図９は、図７および図８の双方を参照しつつ読むべきである。 本発明は、サーボセクタをディスク１１４の表面から読出す周波数に依存する 周波数で、波形テーブル１８２をアドレス指定するので、システム１８０は、こ のシステムが指示されたディスク表面からサーボセクタを読出し始めようとして いることを表示する、サーボフレーム割込みの検出から開始する。図９において は、これはブロック１９８により示されている。次に、サーボ変調器１８２がサ ーボ信号を変調する。これは、ブロック２００により示されている。 転流周波数の変調は、好ましくはトラックフォローイング動作中にのみ行われ るので、トラックフォローイング動作が行われつつあるかどうかについての決定 が行われなければならない。モータ速度を制御しつつある同じプロセッサが、ト ラックフォローイング動作およびシーク動作を実現するので、そのプロセッサは 、ディスクドライブ内のサーボシステムがデータヘッドを予選択されたトラック 上に維持しているかどうかを、アドレス発生器１８４が決定することを可能にし うる。これは、ブロック２０２により示されている。 もし維持していれば、トラックフォローイング動作は現在実行されつつあり、 転流周波数は適切である。従って、処理は単に、図９に示されているフローダイ アグラムで下方へ続けられる。 しかし、もしトラックフォローイング動作が行われつつなければ、変調波形の 振幅は、その最初の０レベルに保持される。処理はブロック２０４へ進み、そこ では、波形振幅が波形発生器へ供給される。しかし、波形振幅は０レベルに保持 されるので、有効な変調は行われない。 ブロック２０２における決定の際に、トラックフォローイング動作が行われつ つあるものと仮定すると、それは、テーブル１のワード内のビット位置１９０を ポイントするビットテーブルポインタが増加せしめられることを意味する。換言 すれば、それぞれのサーボフレームの検出により、ビット位置１９０をポイント するビットポインタが１ステップだけ増加せしめられる。これは、ブロック２０ ６により示されている。 次に、ビットポインタが、波形テーブル１８６（その一部はテーブル１に示さ れている）内に記憶されている与えられたワード内のビット位置の数を超えた値 まで増加せしめられたかどうかが決定される。これは、ブロック２０８により示 されている。もし増加せしめられていれば、ビットポインタは、ブロック２１０ に示されているようにテーブルの始めへ戻される。しかし、もしビットポインタ が、テーブルの終わりに到達していなければ、アドレス発生器１８４は、波形テ ーブル１８６から用いられるべきワードを得るために用いられる適切なアドレス を、変調波形１９２を発生させるためのビットポインタと共に決定しなければな らない。 もしビットポインタが、ブロック２０８に示されているように、テーブルの終 わりを通り越していれば、ビットポインタはブロック２１０に示されているよう に、テーブルの始めへリセットされる。しかし、もしビットポインタが、ブロッ ク２０８における決定の際にテーブルの終わりになければ、アドレス発生器１８ ４は、ビットポインタがメモリ内の適正なワードをポイントするように、適切な アドレスを発生しなければならない。１つの実施例においては、メモリ内のそれ ぞれのワードは１６ビットワードであるので、ビットポインタの値は、最初１６ により除算される。次に、テーブルのベースアドレス（すなわち波形テーブル１ ８６において最初の入力が行われるアドレス）がその除算の結果に加算される。 これは、本質的に、波形テーブルを含むメモリ内の適正なワードを捜し出すアド レスを発生する。これは、ブロック２１２により示されている。 ビットポインタ値の１６による除算から生じる剰余は、その時ポインタがポイ ントしているアドレス指定されたワード内の特定ビットを表示する。この値は、 ブロック２１４により示されているように記憶される。 次に、選択されたワードにおいてビットポインタがポイントしている特定のビ ットについて、それがセットされているか、またはクリアされているか（すなわ ち、それが１であるか、または０であるか）をテストする。これは、ブロック２ ２０により示されている。もしポインタがポイントしているビットがクリアされ ていれば、ブロック２２２に示されているように、波形が負極性で発生せしめら れるべきことが決定される。しかし、もしビットがセットされていれば、ブロッ ク２２４に示されているように、波形は正極性で発生せしめられるべきである。 いずれにせよ、ビットが適正に識別されテストされた時は、波形発生器１３２ は、適正な極性の波形を変調フィルタ１３４へ供給する。これは、ブロック２０ ４により示されている。その後、モータ制御のタスクが継続される。これは、ブ ロック２２６により示されている。 変調回路１１０および１８１を実施例に関連して説明してきたが、本発明は他 の設計をも考えていることに注意すべきである。例えば、任意の適切なアクティ ブフィルタまたはパッシブフィルタを、変調フィルタ回路１３４として用いうる 。さらに、このフィルタは、ディジタルフィルタまたはアナログフィルタであり え、 かつ、どのような与えられたシステムに対しても、所望の周波数変調の有効性を 改善するように選択されうる。例えば、このフィルタは、変調信号から全ての望 ましくない周波数（または共振）を特に回避し、すなわちフィルタし、それらが 転流信号内へ導入されないようにするよう設計されうる。 さらに、変調信号源１３２もまた、任意の適切な変調信号源でありうる。信号 源１３２から供給される変調信号の周波数、および変調フィルタによりそれぞれ のエッジにおいて注入される電荷の量は、所望の結果を生じるように、また最初 の制御ループ回路と調和して働くように、最適化されうる。変調信号源１３２を 、２つの実施例において、方形波を発生するものとして説明したが、本発明はま た、簡単な、または精巧なソフトウェアアルゴリズムのもとで動作する、ソフト ウェアによりプログラム可能な信号源の使用を考えている。 本発明はまた、変調周波数がランダムな数の周波数の間で変調されるように、 ランダムな量の電荷を注入する、ランダム変調信号を用いても実施されうるが、 これは、あるシステムに対しては好ましくない。例えば、もしシステムから音響 振動が消去、または低減されるべきであれば、ランダム変調は好ましくない。シ ステム内のそれぞれのハードウェアアイテムは、与えられた周波数で振動（また は共振）する傾向がある。もしそれらの周波数が既知のもので、変調周波数から 消去されれば、音響トーンは、システム内において消去（または実質的に低減） されうる。しかし、ランダム変調周波数は、転流周波数を必然的にハードウェア システムの共振周波数へ変調する。従って、ランダム変調周波数は、消去が所望 される音響トーンを消去、または低減しえない。 また、本発明を、システムからの可聴音放出、すなわち音響放出の消去、また は低減に関して説明したが、本発明は、全電磁スペクトルにおける放出を消去す るために用いることができる。例えば、ディスクドライブアレイは、かなり高レ ベルの電磁放射を放出するために悪名高いことが公知である。本発明がアレイ内 のドライブに用いられている該アレイにおいては、アレイから放出される高い周 波数の高調波は顕著に低減されうる。 転流角の変調の量は、変調フィルタ１３４を実現するために選択される成分の 値に直接関係することにも注意すべきである。例えば、もしフィルタ１３４にお ける成分が、フェーズロック帰還回路１０４のそれとの結合部分と精密に整合す るインピーダンスを有するように選択されれば、変調波形は帰還キャパシタ１３ ０へ、インピーダンスが不整合である場合よりも高度に伝送される。もちろん、 変調波形が帰還回路へ結合すべき程度は、それぞれの特定のアプリケーションに より変化する。例えば、重いドライブ、すなわち大きい回路慣性を有するドライ ブに対しては、より多くの変調波形を帰還回路へ結合させることが望ましい。し かし、トルク妨害に速やかに反応する軽いドライブの場合は、より少ない変調波 形を帰還回路へ結合させることが望まれうる。転流角を電気角約３ないし４°だ けオフセットさせることにより、変調波形を十分な程度だけ帰還キャパシタへ結 合させるように、フィルタ１３４におけるフィルタ成分を選択すると、受入れう る性能が得られることが観察された。 実施例においては、変調波形のデューティサイクルは、長期にわたっては約５ ０％である。例えば、短期間にわたっては、そのデューティサイクルは５０％に はならないであろう。しかし、好ましくは、変調波形は、モータが変調信号内の 認められるどのようなＤＣオフセットにも反応しないほど十分に短い期間におい ては、約５０％のデューティサイクルを有する。このようにして、転流周波数内 へは、ＤＣオフセットは注入されない。実際、本発明は、好ましくは、モータの 速度に、約０．１％より小さい影響しか与えない。 本発明の装置は、ディスクドライブ内のモータ１０６を制御するモータ制御回 路を含む。このモータ制御回路は、モータ１０６へ転流周波数の転流信号を供給 する転流回路１０２を含む。周波数変調回路１８１は、動作上転流回路１０２に 結合せしめられ、変調信号１９２を供給し、この信号は、所定パターンにより転 流周波数を周波数変調する。 １つの実施例においては、モータ１０６は、スイッチング周波数と、スイッチ ング周波数のある高調波と、において可聴共振を示す。変調信号１９２は、転流 周波数を変調して、転流周波数に関連する周波数スペクトルを広げ、スイッチン グ周波数およびある高調波における可聴共振を減少させる。 １つの実施例においては、周波数変調回路１８１は、転流周波数を、複数の異 なる周波数の間で変化する周波数変調波形１９２により変調するように構成され る。また、周波数変調回路１８１は、好ましくは波形発生器１８６および１３２ を含み、これは、所定パターンにより変調波形１９２を発生するように構成され ている。この波形発生器は、変調波形１９２を表示するビットパターンを記憶す るメモリ１８６と、そのビットパターンに基づく変調波形を供給する波形回路１ ３２と、を含む。１つの実施例においては、そのビットパターンは、変調波形１ ９２内の遷移を表示する。 もう１つの実施例においては、ディスクドライブは、ディスク表面上にサーボ セクタが存在するディスク１１４を含み、波形発生器回路１３２は、ディスクド ライブにより読出されるサーボセクタの変化に対応する周波数で、ビットパター ン内の次のビットに基づいて変調波形１９２を更新するように構成される。 実施例においては、ビットパターンは、始めの周波数と終わりの周波数との間 で変化する周波数をもった変調成分を有する掃引正弦変調波形を表示する。１つ の実施例においては、始めの周波数は約２０ヘルツであり、終わりの周波数は約 ６０ヘルツである。 もう１つの実施例においては、ビットパターンは、複数の離散周波数を有する 正弦の和の変調波形を表示する。 もう１つの実施例においては、変調信号１９２の十分な部分が、転流制御信号 内へ注入され、電気角約３ないし４°の範囲内の転流周波数に対応する転流角の 変化を生ぜしめる。さらに、変調信号は、モータが反応しうる、モータへの供給 転流信号内への、ＤＣ成分の導入を実質的に排除しうる十分に短い持続時間を有 する期間において、約５０％のデューティサイクルを有する。 本発明はまた、ディスクドライブ内のスピンドルモータを制御する方法をも提 供する。この方法は、転流タイミング信号を供給するステップと、該転流タイミ ング信号に基づき、複数の転流信号を転流周波数で前記モータへ供給することに より該モータを転流させるステップと、前記転流周波数の所定高調波における、 転流周波数以外の周波数においてピークを示すスペクトル内容を有する周波数ス ペクトルをもつ、所定パターンを有する変調波形１９２により、前記タイミング 信号を周波数変調するステップと、を含む。 １つの実施例においては、この方法はまた、変調波形１９２を表示するビット パターンを記憶するメモリ１８６を備えるステップをも含む。この方法はまた、 前記メモリから前記ビットパターンの諸部分を周期的に検索するステップと、該 検索された諸部分に基づき前記変調波形１９２を供給するステップと、をも含む 。 以上の説明においては、本発明のさまざまな実施例の多くの特徴および利点を 、本発明のさまざまな実施例の構造および機能の詳細と共に開示したが、この開 示は、説明のためのみのものであり、殊に部品の構造および配置に関しては、本 発明の原理内において、添付の請求の範囲を表現している用語の広い一般的な意 味により示される限度まで、細部の変更を行なうことができる。例えば、特定の 素子は、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、同じ機能性を実質的に 保持しつつ、本発明を実施する特定のドライブに依存して変更されうる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ６０／０６３，２２８ (32)優先日 平成９年10月23日(1997．10．23) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＤＥ，ＧＢ，ＪＰ，ＫＲ，ＳＧ (72)発明者 ベイカー，ジョン，エム. アメリカ合衆国 オクラホマ，タトル，ト ラビス ロード 3305 (72)発明者 フランシス，スチュアート，ケイ. アメリカ合衆国 オクラホマ，オクラホマ シティ，グラハム サークル 1824

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. ディスクドライブのモータを制御するモータ制御回路において、該モータ 制御回路が、 転流信号を前記モータへ供給し、前記モータを転流周波数で転流させる転流回路 と、 該転流回路に動作上結合している周波数変調回路であって、前記転流周波数を 所定パターンにより周波数変調する変調信号を供給する前記周波数変調回路と、 を含む、前記モータ制御回路。 2. 前記モータが、前記転流周波数と、前記転流周波数のある高調波と、にお いて可聴共振を示し、前記変調信号が前記転流周波数を変調して、該転流周波数 に関連する周波数スペクトルを広げ、前記転流周波数および前記ある高調波にお ける前記可聴共振を減少させる、請求項１に記載のモータ制御回路。 3. 前記変調信号が、前記転流周波数と、前記転流周波数の前記ある高調波と 、の間の周波数においてピークを示す関連のスペクトル内容を有する、請求項２ に記載のモータ制御回路。 4. 前記周波数変調回路が、前記転流周波数を、複数の異なる周波数の間で変 化する周波数変調波形により変調するように構成されている、請求項３に記載の モータ制御回路。 5. 前記周波数変調回路が、前記変調波形を所定パターンにより発生するよう に構成された波形発生器回路を含む、４に記載のモータ制御回路。 6. 波形発生器回路が、 前記変調波形を表示するビットパターンを記憶するメモリと、 該ビットパターンに基づき前記変調波形を供給する波形回路と、 を含む、請求項５に記載のモータ制御回路。 7. 前記ビットパターンが前記変調波形内の遷移を表示する、請求項６に記載 のモータ制御回路。 8. 前記ディスクドライブが、サーボセクタを有するディスク表面を含み、前 記波形発生器回路が、前記ディスクドライブにより読出されるサーボセクタの変 化に対応する周波数で、前記ビットパターン内の次のビットに基づいて前記変調 波形を更新するように構成されている、請求項７に記載のモータ制御回路。 9. 前記ビットパターンが、始めの周波数と終わりの周波数との間で変化する 周波数をもった変調成分を有する掃引正弦変調波形を表示する、請求項７に記載 のモータ制御回路。 10．前記始めの周波数が約２０ヘルツ（Ｈｚ）であり、前記終わりの周波数が 約６０Ｈｚである、請求項９に記載のモータ制御回路。 11．前記ビットパターンが、複数の離散周波数を有する正弦の和の変調波形を 表示する、請求項７に記載のモータ制御回路。 12．前記転流回路が、転流制御信号に基づき転流信号を前記モータへ供給し、 前記周波数変調回路が、約３ないし４°の範囲内の前記転流周波数に対応する転 流角の変化を生ぜしめる前記転流制御信号内へ前記変調信号の十分な部分を注入 するように構成された結合回路を経て、前記転流回路に結合している、請求項４ に記載のモータ制御回路。 13．前記変調信号は、前記モータが反応しうる、該モータへの供給転流信号内 への、直流（ＤＣ）成分の導入を実質的に排除しうる十分に短い持続時間を有す る期間において、約５０％のデューティサイクルを有する、請求項４に記載のモ ータ制御回路。 14．前記モータが前記ディスクドライブ内のスピンドルモータを含み、該ディ スクドライブがトラックシーク動作およびトラックフォローイング動作を実行す るように構成可能であり、前記周波数変調回路が実質的全トラックシーク動作の 実行中終始前記所定パターンでの前記変調信号の供給を中止するように構成され ている、請求項４に記載のモータ制御回路。 15．前記変調信号が論理高レベルと論理低レベルとの間で変化し、前記周波数 変調回路が、前記トラックシーク動作中における前記変調信号の中止の直前に前 記変調信号を前記論理高レベルで供給するように構成されている、請求項１４に 記載のモータ制御回路。 16．前記周波数変調回路は、前記モータの回転速度が前記変調信号に基づき約 ０．１％未満だけ変化せしめられるように前記変調信号を供給するよう構成され ている、請求項１に記載のモータ制御回路。 17．ディスクドライブのスピンドルモータを制御する方法において、該方法が 、 （ａ）転流タイミング信号を供給するステップと、 （ｂ）該転流タイミング信号に基づき、複数の転流信号を転流周波数で前記モー タへ供給することにより該モータを転流させるステップと、 （ｃ）純音響トーンが発生する場所以外の周波数においてピークを示すスペクト ル内容を有する周波数スペクトルに対応する所定パターンを有する変調波形によ り、前記転流タイミング信号を周波数変調するステップと、 を含む、前記方法。 18．周波数変調するステップが、 （ｃ）（ｉ）前記変調波形を表示するビットパターンを記憶するメモリを備える ステップと、 （ｃ）（ii）前記メモリから前記ビットパターンの諸部分を周期的に検索し、 該検索された諸部分に基づき前記変調波形を供給するステップと、 を含む、請求項１７に記載の方法。 19．前記ディスクドライブが、トラックシーク動作およびトラックフォローイ ング動作を行なうように構成され、周波数変調するステップが、（ｃ）（ｉ）ト ラックシーク動作中は前記転流タイミング信号の周波数変調を実質的に中止する ステップと、 （ｃ）（ii）中止するステップの直前に前記転流信号内の過渡波形を減少させる 論理状態にある前記周波数変調波形を供給するステップと、 を含む、請求項１７に記載の方法。 20．周波数変調するステップが、一般に掃引正弦波形および正弦の和の波形の 一方の形式の前記所定パターンにより前記転流タイミング信号を周波数変調する ステップを含む、請求項１７に記載の方法。