JP2011065746A - Semiconductor integrated circuit for driving motor and semiconductor integrated circuit for motor - Google Patents

Semiconductor integrated circuit for driving motor and semiconductor integrated circuit for motor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor integrated circuit for driving and controlling a coil motor with high precision. <P>SOLUTION: The motor drive semiconductor integrated circuit (200) moves a magnetic head (106) which is used to read information from a storage track on a magnetic storage disk rotated and driven, by performing a feedback control while detecting a drive current of a voice coil motor (108) which moves the magnetic head on the disk, the drive current flowing through a coil of the voice coil motor. A control circuit which performs the feedback control of the voice coil motor includes: a current detector which detects the drive current flowing through the coil of the voice coil motor; and a control signal generator (235) which includes a digital circuit which generates a drive control signal for a driver circuit which causes the drive current to flow through the coil of the voice coil motor, based on the current detected by the current detector and a given current command value. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁気ディスク記憶装置の制御技術、さらには、回転駆動される磁気記憶ディスク上の記憶トラックに対して情報のリード/ライトを行なう磁気ヘッドを移動させるボイスコイルモータの制御技術に関する。   The present invention relates to a control technique for a magnetic disk storage device, and more particularly to a control technique for a voice coil motor that moves a magnetic head for reading / writing information with respect to a storage track on a magnetic storage disk that is rotationally driven.

磁気ディスク記憶装置は、回転駆動される磁気記憶ディスク上の記憶トラックに対して情報のリード/ライトを行なう磁気ヘッドと、この磁気ヘッドを上記ディスク上にて移動させるボイスコイルモータと、上記磁気ヘッドのリード状態を監視しながら上記ボイスコイルモータの駆動電流を制御することにより上記磁気ヘッドの位置決めを行なうボイスコイルモータ駆動制御装置を有する。   A magnetic disk storage device includes a magnetic head for reading / writing information on a storage track on a rotationally driven magnetic storage disk, a voice coil motor for moving the magnetic head on the disk, and the magnetic head And a voice coil motor drive control device for positioning the magnetic head by controlling the drive current of the voice coil motor while monitoring the lead state.

磁気ディスク記憶装置の情報記憶密度は年々高められているが、これに伴って磁気ヘッドの位置決め制御も非常に高精度が要求される。そこで、上記ボイスコイルモータの駆動電流を当該駆動電流の検出値に基づいてフィードバック制御することにより上記磁気ヘッドの位置決めを行なうフィードバック制御が採用されている。また、磁気ヘッドを移動させるボイスコイルモータの駆動には、当初、ボイスコイルモータの駆動電流量を連続的に変化させるリニア駆動方式が採用されていた。   The information storage density of magnetic disk storage devices is increasing year by year, and accordingly, the magnetic head positioning control is also required to have very high accuracy. Therefore, feedback control is adopted in which the magnetic head is positioned by feedback control of the drive current of the voice coil motor based on the detected value of the drive current. For driving the voice coil motor that moves the magnetic head, a linear drive system that continuously changes the amount of drive current of the voice coil motor was initially employed.

しかしながら、磁気ディスク記憶装置の高速化を実現するためには磁気ヘッドを所望の記憶トラックまで移動させる時間いわゆるシーク時間を短縮させなければならないが、そのためにはボイスコイルモータの駆動電流を増大させる必要がある。しかし、ボイスコイルモータの駆動電流を増大させると特にモータコイルでの電力損失が増大し、これに伴って発熱量が増大する。リニア駆動方式ではシーク時間短縮に伴う電源電流の増加が著しく大きい。一方、磁気ヘッドの移動の際に必要な電源を減らす方法として、パルス幅変調制御(以下、PWM制御と呼ぶ)がある。ただし、PWM制御はリニア駆動方式に比べて低消費電力であるが、高精度の制御が難しいという課題があった。   However, in order to increase the speed of the magnetic disk storage device, it is necessary to shorten the time required to move the magnetic head to the desired storage track, the so-called seek time. To this end, it is necessary to increase the drive current of the voice coil motor. There is. However, when the drive current of the voice coil motor is increased, the power loss particularly in the motor coil is increased, and the heat generation amount is increased accordingly. In the linear drive method, the increase in power supply current accompanying the reduction in seek time is remarkably large. On the other hand, there is pulse width modulation control (hereinafter referred to as PWM control) as a method for reducing the power supply required for moving the magnetic head. However, although PWM control consumes less power than the linear drive method, there is a problem that high-precision control is difficult.

そこで、磁気ヘッドを所定の記憶トラックまで移動させるいわゆるシーク時にはPWM制御でボイスコイルモータを駆動させ、リード・ライトのため磁気ヘッドを所望のトラックに追従させるトラックフォロー時にはリニア駆動方式でボイスコイルモータを駆動させるようにした技術が開発された(特許文献1)。   Therefore, the voice coil motor is driven by PWM control during the so-called seek to move the magnetic head to a predetermined storage track, and the voice coil motor is driven by the linear drive method during track follow to make the magnetic head follow the desired track for reading and writing. A technique for driving was developed (Patent Document 1).

特開2002−184137号公報JP 2002-184137 A

しかし、シーク動作からトラックフォロー動作へ移る時にPWM駆動からリニア駆動へ切り替える方式にあっては、切り替えを円滑かつ迅速に行なわなくてはならないが、その制御を高精度で行うのが困難であるとともに、PWM駆動のための制御回路とリニア駆動のための制御回路を別々にそれぞれ最適設計しなければならないので、設計負担が大きいとともに回路規模が増大するという不具合がある。そこで、本発明者らは、シーク動作とトラックフォロー動作の両方をPWM制御で行なうことを検討した。   However, when switching from seek operation to track follow operation, switching from PWM drive to linear drive must be performed smoothly and quickly, but it is difficult to control with high accuracy. Since the control circuit for PWM drive and the control circuit for linear drive must be optimally designed separately, there is a problem that the design burden is large and the circuit scale increases. Therefore, the present inventors examined performing both seek operation and track follow operation by PWM control.

ところが、現在、ボイスコイルモータのPWM制御には14ビット前後のDA変換回路が使用されているが、トラックフォローをPWM制御で行なうには16ビット以上のDA変換回路が必要であり、現在の半導体製造技術で主流のCMOSプロセスで16ビット以上のDA変換回路を製造するのは比較的困難であるという課題がある。また、従来、ボイスコイルモータのフィードバック制御のための電流検出には、コイルと直列に接続された抵抗の両端に発生する電圧をリニアアンプで検出する方式が一般に採用されているが、センス抵抗において電力損失が生じたり、サンプリングクロックの持つジッタにより検出誤差が生じたりするなど、種々の課題があることが明らかとなった。   However, at present, a DA converter circuit of around 14 bits is used for PWM control of a voice coil motor, but a DA converter circuit of 16 bits or more is necessary to perform track follow by PWM control. There is a problem that it is relatively difficult to manufacture a DA conversion circuit of 16 bits or more by a mainstream CMOS process in manufacturing technology. Conventionally, for current detection for feedback control of a voice coil motor, a method in which a voltage generated at both ends of a resistor connected in series with a coil is detected by a linear amplifier is generally employed. It has become clear that there are various problems such as power loss and detection error due to jitter of the sampling clock.

本発明の目的は、シーク動作やトラックフォロー動作をPWM制御で行なうことができるとともに、所望の制御精度を有しかつCMOSプロセスで製造することができるボイスコイルモータの駆動制御用半導体集積回路を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit for driving control of a voice coil motor that can perform seek operation and track follow operation by PWM control and has a desired control accuracy and can be manufactured by a CMOS process. There is to do.

本発明の他の目的は、ボイスコイルモータのフィードバック制御のための電流検出を、サンプリングクロックのジッタの影響を受けずかつPWM周期にも依存することなく、高精度に行なうことができるボイスコイルモータの駆動制御用半導体集積回路を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a voice coil motor capable of performing current detection for feedback control of a voice coil motor with high accuracy without being affected by jitter of a sampling clock and without depending on a PWM cycle. Another object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit for driving control.

本発明のさらに他の目的は、量子化ノイズを抑えて制御系全体をディジタル回路化することができ、これによってアナログ回路に比べてSN比を向上させることができるボイスコイルモータの駆動制御用半導体集積回路を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a drive control semiconductor for a voice coil motor that can suppress the quantization noise and make the entire control system into a digital circuit, thereby improving the SN ratio compared to an analog circuit. It is to provide an integrated circuit.

本発明の更に他の目的は、シーク動作やトラックフォロー動作をPWM制御で行なうことができるとともに、PWM駆動で発生するノイズを低減することができるとともに、精度の高い電流制御が可能なボイスコイルモータの駆動制御用半導体集積回路を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a voice coil motor capable of performing seek operation and track follow operation by PWM control, reducing noise generated by PWM drive, and enabling highly accurate current control. Another object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit for driving control.

本発明の更に他の目的は、製造ばらつきによってドライバ回路に生じる伝播遅延時間や遷移時間のずれを自動調整し、PWM駆動の制御精度の低下を防止するとともにドライバ回路の出力信号の変化によってヘッドにより読み出された信号にノイズが結合して位置情報や記憶情報に誤りが生じるのを防止することができるボイスコイルモータの駆動制御用半導体集積回路を提供することにある。   Still another object of the present invention is to automatically adjust a deviation in propagation delay time and transition time generated in a driver circuit due to manufacturing variations, to prevent a decrease in control accuracy of PWM drive, and to change the output signal of the driver circuit by the head. It is an object to provide a semiconductor integrated circuit for controlling driving of a voice coil motor capable of preventing occurrence of errors in position information and stored information due to noise combined with a read signal.

本発明のさらに他の目的は、センス用抵抗において発生する電力損失を低減することができるボイスコイルモータの駆動制御用半導体集積回路を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit for controlling driving of a voice coil motor capable of reducing power loss generated in a sense resistor.

本発明のさらに他の目的は、電源電圧の変動により生じるコイルの誤差電流を低減し、精度の高い駆動制御を行なうことができるボイスコイルモータの駆動制御用半導体集積回路を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit for driving control of a voice coil motor capable of reducing a coil error current caused by fluctuations in power supply voltage and performing highly accurate driving control.

本発明のさらに他の目的は、消費電力が少なく、読み出しエラーの少ない磁気ディスク記憶装置を提供することにある。   Still another object of the present invention is to provide a magnetic disk storage device with low power consumption and few read errors.

本発明の前記ならびにそのほかの目的と特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。   Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

すなわち、本願の第1の発明は、回転駆動される磁気記憶ディスク上の記憶トラックに対して情報のリードを行なう磁気ヘッドを上記ディスク上にて移動させるボイスコイルモータの駆動電流を、前記ボイスコイルモータのコイルに流れる駆動電流を検出しながらフィードバック制御することにより前記磁気ヘッドの移動を行なうボイスコイルモータ駆動回路において、磁気ヘッドのシーク動作やトラックフォロー動作などコントローラからの指令値に基づいて磁気ヘッドを移動させる位置決め制御に必要なボイスコイルモータの駆動電流制御を、PWM駆動で行なうようにしたものである。   That is, the first invention of the present application relates to a driving current of a voice coil motor that moves a magnetic head for reading information on a storage track on a magnetic storage disk that is rotationally driven on the disk. In a voice coil motor drive circuit that moves the magnetic head by performing feedback control while detecting a drive current flowing in the motor coil, the magnetic head based on command values from the controller such as seek operation and track follow operation of the magnetic head The drive current control of the voice coil motor necessary for the positioning control for moving the motor is performed by PWM drive.

上記した手段によれば、シーク動作とトラックフォロー動作をPWM駆動のみで行なうため、シーク動作からトラックフォロー動作への移行およびその逆の移行を円滑かつ迅速に実行させることができ、時間的なロスが少ないとともに、PWM駆動のための制御回路とリニア駆動のための制御回路を別々に設計する必要がないので、設計負担が軽減し回路規模も低減する。さらに、PWM駆動はリニア駆動に比べて、出力MOSトランジスタのホットキャリアによる特性劣化を生じにくいため、安価なCMOSプロセスを採用し易く、それによってコストを低減することが可能になる。   According to the above-described means, since the seek operation and the track follow operation are performed only by the PWM drive, the transition from the seek operation to the track follow operation and vice versa can be executed smoothly and quickly, resulting in a time loss. In addition, since it is not necessary to separately design a control circuit for PWM driving and a control circuit for linear driving, the design burden is reduced and the circuit scale is also reduced. Furthermore, since the PWM driving is less likely to cause characteristic deterioration due to hot carriers of the output MOS transistor than the linear driving, it is easy to adopt an inexpensive CMOS process, thereby reducing the cost.

ここで、望ましくは、磁気ヘッドを退避位置からディスク上へ移動させるロード動作制御もPWM駆動で行なう。さらに、シーク動作からトラックフォロー動作に移行する際のセトリング動作制御もPWM駆動で行なうように構成すると良い。さらに、磁気ヘッドをディスク上から退避位置へ移動させるアンロード動作制御もPWM駆動で行なうようにすることが可能である。   Here, preferably, the load operation control for moving the magnetic head from the retracted position onto the disk is also performed by PWM drive. Furthermore, it is preferable that the settling operation control when shifting from the seek operation to the track follow operation is also performed by PWM drive. Further, unloading operation control for moving the magnetic head from the disk to the retracted position can also be performed by PWM driving.

本願の第2の発明は、ボイスコイルモータをフィードバック制御するための制御回路全体をディジタル回路で構成するようにしたものである。従来は、ボイスコイルモータの制御回路がアナログ回路により構成されていたため、外部からのノイズに弱くまたオフセットによる誤差を生じ易いとともに、製造ばらつきの影響を受け易いため制御の高精度化が困難であったが、制御回路全体をディジタル回路で構成することによりこれらの問題を解決することができる。   In the second invention of the present application, the entire control circuit for feedback control of the voice coil motor is constituted by a digital circuit. Conventionally, since the control circuit of the voice coil motor has been constituted by an analog circuit, it is weak to external noise, easily causes an error due to offset, and is easily affected by manufacturing variations, so it is difficult to improve the control accuracy. However, these problems can be solved by configuring the entire control circuit with a digital circuit.

ここで、望ましくは、電流指令値と電流検出値との差分信号から出力ドライバを制御する信号を生成する変調回路としてΣΔ(シグマ・デルタ)変調器を用いる。制御回路をディジタル回路で構成した場合、量子化ノイズが問題となるが、ΣΔ変調回路は量子化ノイズを高周波領域に拡散する特性があるため、ボイスコイルモータの位置決め制御に必要な低周波領域でのノイズを低減することができ、SN比を向上させることができる一方、増加した高周波領域のノイズはフィルタ(ディジタルフィルタ等)によって比較的容易に抑制することができる。   Here, preferably, a ΣΔ (sigma delta) modulator is used as a modulation circuit for generating a signal for controlling the output driver from the difference signal between the current command value and the current detection value. When the control circuit is configured with a digital circuit, quantization noise becomes a problem, but the ΣΔ modulation circuit has the characteristic of diffusing the quantization noise into the high frequency region, so it is used in the low frequency region necessary for voice coil motor positioning control. Noise can be reduced and the S / N ratio can be improved. On the other hand, the increased noise in the high frequency region can be relatively easily suppressed by a filter (digital filter or the like).

本願の他の発明は、ボイスコイルモータの制御回路全体をディジタル回路で構成することにより派生する新たな問題点を解決するためのものであり、それには以下のようなものがある。   Another invention of the present application is to solve a new problem derived by configuring the entire control circuit of a voice coil motor with a digital circuit, and includes the following.

第1に、ΣΔ変調器側において発生した高周波領域のノイズは、通常はフィルタを設けて除去するところを、フィルタを設けずに、制御信号をアナログ信号に変換するD/A変換回路(PWMパルス生成回路等)で生じるノイズと共に、モータのコイルが有する時定数(積分作用)を利用して平均化させることで減衰させるようにしたものである。具体的には、ΣΔ変調器の出力信号を直接D/A変換回路に入力して出力ドライバを制御するPWMパルスもしくはPAMパルスを生成させるようにする。これにより、ΣΔ変調器の後段のフィルタが不要になって制御回路全体を簡略化することができる。   First, noise in the high frequency region generated on the ΣΔ modulator side is usually removed by providing a filter, but a D / A conversion circuit (PWM pulse) that converts a control signal to an analog signal without providing a filter. In addition to noise generated in the generation circuit, etc., it is attenuated by averaging using a time constant (integration action) of the motor coil. Specifically, the output signal of the ΣΔ modulator is directly input to the D / A conversion circuit to generate a PWM pulse or a PAM pulse for controlling the output driver. This eliminates the need for the subsequent filter of the ΣΔ modulator and simplifies the entire control circuit.

ここで、望ましくは、ΣΔ変調器の量子化器として、1ビット量子化器ではなくマルチビット量子化器を用いるようにする。制御回路の高速化にはΣΔ変調器の量子化器として1ビット量子化器を用いる方が良いが、1ビット量子化器を用いると出力駆動回路のスイッチングディレイによってリニアリティが悪化してSN比が劣化したり、出力駆動回路におけるスイッチングロスが増加したりするが、マルチビット量子化器を用いることにより、高周波ノイズの拡散をPWM周波数よりも低い周波数帯域に集中できるため、SN比を向上させ、出力駆動回路におけるスイッチングロスを低減することができる。   Here, preferably, a multi-bit quantizer is used instead of the 1-bit quantizer as the quantizer of the ΣΔ modulator. In order to increase the speed of the control circuit, it is better to use a 1-bit quantizer as the quantizer of the ΣΔ modulator. However, if a 1-bit quantizer is used, the linearity deteriorates due to the switching delay of the output drive circuit and the SN ratio is increased. Although deterioration or switching loss in the output drive circuit increases, by using a multi-bit quantizer, high-frequency noise diffusion can be concentrated in a frequency band lower than the PWM frequency, thereby improving the SN ratio, Switching loss in the output drive circuit can be reduced.

第2に、ΣΔ変調器の前段に積分型ディジタルフィルタからなる位相補償器を設けるようにしたものである。ボイスコイルモータの制御回路は、負帰還ループであるため系を安定させて発振を防止するために位相補償器を設ける必要があるが、ΣΔ変調器の前段に位相補償器を設けることにより制御回路全体を簡略化することができる。すなわち、電流指令値の更新周波数に比べて高い周波数で動作するΣΔ変調器の前段には、量子化ノイズを減らすためのオーバーサンプリングのための予測器が必要となるが、本発明では制御系全体の位相補償を行なう回路を積分型ディジタルフィルタで構成しΣΔ変調器の前段に設けることによって予測器と兼用させることができ、それによって別途予測器を設ける必要がなくなり制御回路を簡略化することができる。また、予測器で生じる時間遅れを削減できるため、本発明のVCMドライバ回路全体の周波数帯域を向上させることができる。   Second, a phase compensator composed of an integral digital filter is provided in front of the ΣΔ modulator. Since the control circuit for the voice coil motor is a negative feedback loop, it is necessary to provide a phase compensator in order to stabilize the system and prevent oscillation. By providing a phase compensator before the ΣΔ modulator, the control circuit The whole can be simplified. That is, a predictor for oversampling to reduce quantization noise is required in the preceding stage of the ΣΔ modulator that operates at a frequency higher than the update frequency of the current command value. The circuit for performing phase compensation of the above is constituted by an integral type digital filter and provided in the previous stage of the ΣΔ modulator, so that it can also be used as a predictor, thereby eliminating the need for a separate predictor and simplifying the control circuit. it can. Further, since the time delay caused by the predictor can be reduced, the frequency band of the entire VCM driver circuit of the present invention can be improved.

ここで、望ましくは、位相補償器を低周波領域のみ積分特性を有するPI型制御器を用い、ΣΔ変調器の前段に配置する。これにより、ΣΔ変調器およびその後段のD/A変換器で発生する量子化ノイズの出力駆動電流に対する入力換算ノイズの伝達特性に微分特性を持たせることができ、それがΣΔ変調器の微分特性に加算されるため、低周波領域におけるSN比が更に向上する。また、ボイスコイルモータ駆動回路の低周波領域におけるSN比はほぼ電流検出段の精度で決定できるようになり、電流検出段にΣΔ変調型A/D変換回路を用いることで精度を向上させることができる。さらに、望ましくは、位相補償器のフィルタ係数を設定するレジスタを設ける。これにより、ファームウェアの変更で、適用される磁気ディスク記憶装置の仕様に応じて最適な特性となるように、位相補償器を設定することができる。   Here, desirably, the phase compensator is disposed in front of the ΣΔ modulator using a PI controller having an integration characteristic only in the low frequency region. Thereby, it is possible to give a differential characteristic to the transfer characteristic of the input conversion noise with respect to the output drive current of the quantization noise generated in the ΣΔ modulator and the subsequent D / A converter, which is the differential characteristic of the ΣΔ modulator. Therefore, the S / N ratio in the low frequency region is further improved. In addition, the S / N ratio in the low frequency region of the voice coil motor drive circuit can be determined with substantially the accuracy of the current detection stage, and the accuracy can be improved by using a ΣΔ modulation type A / D conversion circuit for the current detection stage. it can. Further, preferably, a register for setting the filter coefficient of the phase compensator is provided. As a result, the phase compensator can be set so as to obtain optimum characteristics according to the specifications of the applied magnetic disk storage device by changing the firmware.

第3に、電流検出段として、コイルに流れる電流(それを再現した電流を含む)を高速サンプルによる積分動作によって平均化した後に量子化(AD変換)する手段を用いるようにしたものである。具体的には、電流検出手段を電流検出用アンプと該アンプで検出されたアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換回路とで構成し、A/D変換回路としてオーバーサンプリング型A/D変換回路を用いる。これにより、サンプリングパルスのジッタによる検出誤差がなくなると共に、PWMパルスのデューティ比が小さい時の平均電流の検出が可能となる。また、量子化の際に行なうサンプリング周期もPWM駆動の周期とは無関係に設定できるため、ボイスコイルモータ駆動回路全体の帯域向上も容易となる。   Thirdly, as the current detection stage, means for quantizing (AD conversion) after averaging the current flowing through the coil (including a current that reproduces the current) by an integration operation using a high-speed sample is used. Specifically, the current detection means is composed of a current detection amplifier and an A / D conversion circuit that converts an analog signal detected by the amplifier into a digital signal, and an oversampling A / D is used as the A / D conversion circuit. A conversion circuit is used. As a result, detection errors due to sampling pulse jitter are eliminated, and the average current can be detected when the duty ratio of the PWM pulse is small. In addition, since the sampling period for quantization can be set regardless of the PWM driving period, it is easy to improve the bandwidth of the entire voice coil motor driving circuit.

ここで、望ましくは、検出信号をディジタル信号に変換するA/D変換回路として、ΣΔ変調型A/D変換回路を用いる。これにより、量子化ノイズが高周波領域に拡散されるため、ボイスコイルモータの位置決め制御に必要な低周波領域でのノイズを低減することができ、SN比を向上させることができる。なお、通常ΣΔAD変調型A/D変換回路の前段にはオーバーサンプリングを行なうための予測器が必要となるが、本発明ではボイスコイルモータのコイルによる積分特性でこれを代行し、予測器を省略する。つまり、電流検出用アンプから出力された検出信号を直接A/D変換回路に入力させる。これによって、予測器が不要となり制御回路全体を簡略化することができる。   Here, preferably, a ΣΔ modulation type A / D conversion circuit is used as an A / D conversion circuit for converting a detection signal into a digital signal. Thereby, since the quantization noise is diffused in the high frequency region, the noise in the low frequency region necessary for the positioning control of the voice coil motor can be reduced, and the SN ratio can be improved. Normally, a predictor for oversampling is required in the preceding stage of the ΣΔ AD modulation type A / D converter circuit. In the present invention, this is substituted by the integral characteristic of the coil of the voice coil motor, and the predictor is omitted. To do. That is, the detection signal output from the current detection amplifier is directly input to the A / D conversion circuit. This eliminates the need for a predictor and simplifies the entire control circuit.

また、望ましくは、ΣΔ変調型A/D変換回路の後段に、低域通過および周波数間引き機能を持つデシメーションフィルタを設ける。これにより、電流検出手段としてΣΔ変調型A/D変換回路を用いるによって増加する高周波領域のノイズを抑制することができる。なお、さらに、望ましくは、該デシメーションフィルタの後段には、位相進み補償器を設ける。これにより、本フィルタの遅延によって生じるボイスコイルモータ駆動回路全体の不安定化(ゲインピーキング)を防止することができる。   Desirably, a decimation filter having a low-pass and frequency thinning function is provided at the subsequent stage of the ΣΔ modulation type A / D conversion circuit. As a result, it is possible to suppress noise in the high-frequency region that increases due to the use of the ΣΔ modulation type A / D conversion circuit as the current detection means. Furthermore, desirably, a phase lead compensator is provided at the subsequent stage of the decimation filter. As a result, it is possible to prevent instability (gain peaking) of the entire voice coil motor drive circuit caused by the delay of this filter.

本願のさらに他の発明は、ボイスコイルモータの制御回路全体をディジタル回路で構成するとともに、電流指令値と電流検出値との差分信号から出力ドライバを制御する信号を生成する変調回路としてΣΔ変調器を用い、電流検出手段の出力とΣΔ変調器の入力である高精度の駆動電圧指令信号とに基づいてコイルに生じる逆起電圧を推定する逆起電圧推定回路を設けるようにしたものである。コイルに生じる逆起電圧は、これを直接検出しなくても、ボイスコイルモータ駆動回路の電源電圧と、コイルに流れている電流の大きさ、コイルの駆動電圧が分かれば、コイルインピーダンスのモデルを用いて演算によって求めることができるが、これらのパラメータは上記構成を有する制御回路内にはもともと存在するため、演算によって容易に得ることができる。そのため、複雑な逆起電圧を検出するためのアンプ等を設ける必要がなくなり、回路規模を低減することができ低コスト化が可能となる。   Still another invention of the present application is that the entire control circuit of the voice coil motor is constituted by a digital circuit, and a ΣΔ modulator as a modulation circuit that generates a signal for controlling an output driver from a difference signal between a current command value and a current detection value And a counter electromotive force estimation circuit for estimating the counter electromotive voltage generated in the coil based on the output of the current detection means and the highly accurate drive voltage command signal that is the input of the ΣΔ modulator. Even if the back electromotive force voltage generated in the coil is not detected directly, if the power supply voltage of the voice coil motor drive circuit, the magnitude of the current flowing in the coil, and the drive voltage of the coil are known, the coil impedance model can be determined. However, since these parameters originally exist in the control circuit having the above configuration, they can be easily obtained by calculation. Therefore, it is not necessary to provide an amplifier or the like for detecting a complicated counter electromotive voltage, and the circuit scale can be reduced and the cost can be reduced.

本願の更に他の発明は、回転駆動される磁気記憶ディスク上の記憶トラックに対して情報のリードを行なう磁気ヘッドを上記ディスク上にて移動させるボイスコイルモータの駆動電流を、前記ボイスコイルモータのコイルに流れる駆動電流を検出しながらフィードバック制御することにより前記磁気ヘッドの移動を行なうボイスコイルモータ駆動回路において、磁気ヘッドのシーク動作やトラックフォロー動作などコントローラからの指令値に基づいて磁気ヘッドを移動させる電流制御をPWM駆動で行なうとともに、コイルの一方の端子を駆動するドライバ回路とコイルの他方の端子を駆動するドライバ回路のいずれか一方をPWMパルスの1/2周期ごとにPWM駆動し、他方のドライバ回路の制御信号は当該1/2周期の間固定状態にするようにしたものである。   Still another invention of the present application relates to a driving current of a voice coil motor that moves a magnetic head for reading information on a storage track on a magnetic storage disk that is rotationally driven on the disk. In a voice coil motor drive circuit that moves the magnetic head by performing feedback control while detecting the drive current flowing in the coil, the magnetic head is moved based on command values from the controller such as seek operation and track follow operation of the magnetic head The current control is performed by PWM driving, and one of the driver circuit that drives one terminal of the coil and the driver circuit that drives the other terminal of the coil is PWM driven every 1/2 period of the PWM pulse, and the other The control signal of the driver circuit is fixed for the half cycle. In which was to so that.

上記した手段によれば、PWMパルスの1周期内で発生する駆動電流の変動ムラを小さくすることができるため、PWM駆動で発生するノイズを低減することができる。また、1/2周期ごとに異なる電流指令値を与えることができるため、1周期ごとに電流指令値を与える従来のPWM駆動方式に比べて、より高速応答の電流制御が可能になる。   According to the above-described means, fluctuation unevenness of the drive current generated within one cycle of the PWM pulse can be reduced, so that noise generated by PWM drive can be reduced. Further, since a different current command value can be given every ½ cycle, it is possible to control the current more quickly than the conventional PWM drive method that gives a current command value every cycle.

本願の更に他の発明は、ボイスコイルモータ駆動回路のコイルの端子を駆動するドライバ回路の出力電圧の立上がりまたは立下がりのタイミングを検出してドライバ回路を制御する信号の遅延時間を計測する遅延時間計測回路と、ドライバ回路を制御する信号を任意の時間遅延させる可変遅延回路と、上記遅延時間計測回路で計測した時間を可変遅延回路に帰還させて信号の遅延時間を変化させる負帰還制御ループとを設けるようにしたものである。   Still another invention of the present application is to detect a delay time of a signal for controlling a driver circuit by detecting a rise or fall timing of an output voltage of a driver circuit that drives a coil terminal of a voice coil motor drive circuit. A measurement circuit, a variable delay circuit that delays a signal that controls the driver circuit for an arbitrary time, and a negative feedback control loop that feeds back the time measured by the delay time measurement circuit to the variable delay circuit to change the delay time of the signal Is provided.

これによって、製造ばらつきや温度変化および電源電圧変動によってドライバ回路に生じる伝播遅延時間のずれを自動調整することができ、これによってPWM駆動制御におけるリニアリティの低下を防止することができる。ここで、上記遅延時間計測回路は、コイルの一方の端子を駆動するドライバ回路とコイルの他方の端子を駆動するドライバ回路の両方に対して共通の回路として設けても良いが、別々に設けることによってより精度の高いPWM駆動制御が保証される。   As a result, it is possible to automatically adjust the deviation of the propagation delay time that occurs in the driver circuit due to manufacturing variations, temperature changes, and power supply voltage fluctuations, thereby preventing a decrease in linearity in PWM drive control. Here, the delay time measuring circuit may be provided as a common circuit for both the driver circuit that drives one terminal of the coil and the driver circuit that drives the other terminal of the coil, but is provided separately. As a result, more accurate PWM drive control is guaranteed.

本願の更に他の発明は、ボイスコイルモータ駆動回路のコイル端子を駆動するドライバ回路の出力電圧の立上がりまたは立下がりに要する時間を検出してドライバ回路の出力信号の遷移時間を計測する遷移時間計測回路と、ドライバ回路を制御する信号の変化速度を任意に設定する傾き調整回路と、上記遷移時間計測回路で計測した時間を傾き調整回路に帰還させて信号の遷移時間を変化させる負帰還制御ループとを設けるようにしたものである。   Still another invention of the present application is to detect a transition time of a driver circuit output signal by detecting a time required for a rise or fall of an output voltage of a driver circuit that drives a coil terminal of a voice coil motor drive circuit. Circuit, a slope adjustment circuit that arbitrarily sets the rate of change of the signal that controls the driver circuit, and a negative feedback control loop that feeds back the time measured by the transition time measurement circuit to the slope adjustment circuit to change the signal transition time Are provided.

これによって、製造ばらつきや温度変化および電源電圧変動によってドライバ回路に生じる遷移時間のずれを自動調整することができ、同遷移時間を高精度に制御できるので、ドライバ回路の出力信号を伝播するケーブルにおいて、ドライバ回路の出力信号の急峻な変化によってヘッドにより読み出された信号にノイズが結合して位置情報や記憶情報に誤りが生じるのを防止することができる。ここで、上記遷移時間の調整は、遷移時間を設定するレジスタを設けて外部のコントローラからレジスタに設定した値に応じて行なうようにしても良いが、コントローラからボイスコイルモータ駆動回路へ供給される電流指令値に基づいて指令値に比例して遷移時間の調整を行なうように構成することも可能である。   As a result, it is possible to automatically adjust the shift of the transition time that occurs in the driver circuit due to manufacturing variations, temperature changes, and power supply voltage fluctuations, and the transition time can be controlled with high precision. Thus, it is possible to prevent an error from occurring in position information and stored information due to noise combined with a signal read out by the head due to an abrupt change in the output signal of the driver circuit. Here, the transition time may be adjusted according to the value set in the register from an external controller by providing a register for setting the transition time, but is supplied from the controller to the voice coil motor drive circuit. The transition time can be adjusted in proportion to the command value based on the current command value.

本願の更に他の発明は、ボイスコイルモータをフィードバック制御するための制御回路全体をディジタル回路で構成するとともに、検出したコイル電流をフィードバックする経路の途中に、制御系全体で生じるオフセットをキャンセルするオフセット校正回路を設けるようにしたものである。制御回路全体をディジタル回路で構成したことにより、従来のアナログ制御系ではさまざまな箇所に必要であったオフセットの校正回路を1箇所に集約して設けることができ、回路規模の増大を抑制することができる。ここで、検出したコイル電流をディジタル信号に変換する回路がΣΔ変調型A/D変換回路とその後段に設けられたデシメーションフィルタとからなる場合には、デシメーションフィルタの後段にオフセット校正回路を設けるのが望ましい。   According to still another aspect of the present invention, the entire control circuit for performing feedback control of the voice coil motor is constituted by a digital circuit, and an offset that cancels an offset generated in the entire control system in the middle of a path for feeding back the detected coil current. A calibration circuit is provided. By configuring the entire control circuit with a digital circuit, it is possible to consolidate the offset calibration circuits required at various locations in the conventional analog control system into one location, thereby suppressing an increase in circuit scale. Can do. Here, when the circuit for converting the detected coil current into a digital signal includes a ΣΔ modulation type A / D conversion circuit and a decimation filter provided at the subsequent stage, an offset calibration circuit is provided at the subsequent stage of the decimation filter. Is desirable.

本願の更に他の発明は、ボイスコイルモータのコイルに駆動電流を流すドライバ回路の出力トランジスタと並列に設けられ出力トランジスタの電流に比例した電流を流す所定のサイズ比のセンス用トランジスタを有するコイル電流再現回路と、該コイル電流再現回路により再現された電流をセンス用抵抗に流して発生した電圧降下を増幅する差動アンプとを有する電流検出回路を設けるようにしたものである。従来(特許文献1)のボイスコイルモータ駆動回路においては、モータのコイルと直列に接続したセンス用抵抗において生じた電圧降下を誤差アンプで増幅することでコイル電流を検出するようにしていたためセンス用抵抗において電力損失が発生していたが、本発明によると、モータのコイルと直列に接続するセンス用抵抗が不要となり、別途設けたセンス用抵抗にはコイル電流を比例縮小した電流を流して検出することができ、それによって電力損失を低減することができる。   Still another invention of the present application provides a coil current having a sense transistor having a predetermined size ratio that is provided in parallel with an output transistor of a driver circuit that supplies a drive current to a coil of a voice coil motor and that supplies a current proportional to the current of the output transistor. A current detection circuit having a reproduction circuit and a differential amplifier that amplifies a voltage drop generated by flowing the current reproduced by the coil current reproduction circuit through a sense resistor is provided. In the conventional voice coil motor drive circuit (Patent Document 1), since the voltage drop generated in the sense resistor connected in series with the motor coil is amplified by the error amplifier, the coil current is detected. Although power loss has occurred in the resistor, according to the present invention, a sense resistor connected in series with the motor coil is not required, and a separately reduced sense resistor is detected by flowing a current that is proportionally reduced in coil current. Power loss can be reduced.

また、前述の特許文献1に記載のボイスコイルモータ駆動回路においては、センス用抵抗において生じた電圧降下を増幅する誤差アンプに抵抗分割した電圧を入力しているが、この抵抗分割に用いる抵抗がオンチップの場合、抵抗値が島電位のバイアス依存性を持つことで電流検出誤差が発生したり、抵抗分割に用いる抵抗の比が製造ばらつきや局所的な温度上昇でマッチングが取れなくなると誤差アンプのCMRR(同相ノイズ除去比)が低下して検出誤差が発生したりするおそれがあったが、本発明によると、誤差アンプへの入力電圧の分圧用抵抗が不要となるため、検出誤差を低減することができるようになる。   In the voice coil motor drive circuit described in Patent Document 1, the voltage divided by the resistor is input to the error amplifier that amplifies the voltage drop generated in the sense resistor. In the case of on-chip, if the resistance value has a bias dependency of the island potential, current detection error will occur, or if the ratio of the resistors used for resistance division cannot be matched due to manufacturing variation or local temperature rise, error amplifier However, according to the present invention, a resistance for dividing the input voltage to the error amplifier is not necessary, so that the detection error is reduced. Will be able to.

ここで、望ましくは、電流検出回路に、PWM駆動の電力回生時に出力トランジスタに逆方向の電流が流れる場合でも上記センス用トランジスタに順方向電流が流れるように常時オフセット電流を流す電流付加回路と、検出電流に該オフセット電流が加算されないようにするオフセット電流キャンセル回路とを設ける。さらに、望ましくは、電流検出対象の出力トランジスタの状態がON抵抗領域に無く電流再現回路により正しい電流を再現できないような場合にその状態を判定する判定回路と、検出電流を保持可能なホールド手段とを設け、その間直前の検出電流を保持させるようにする。これによって、誤った電流の検出を回避して、より精度の高い電流検出が可能となる。   Here, preferably, a current addition circuit that constantly flows an offset current so that a forward current flows in the sense transistor even when a reverse current flows in the output transistor during power regeneration of PWM drive, An offset current cancel circuit for preventing the offset current from being added to the detection current is provided. Furthermore, desirably, a determination circuit for determining the state when the state of the output transistor to be detected by current is not in the ON resistance region and a correct current cannot be reproduced by the current reproduction circuit, and a holding means capable of holding the detection current; In the meantime, the immediately preceding detection current is held. This avoids erroneous current detection and enables more accurate current detection.

本願の更に他の発明は、ボイスコイルモータ駆動回路の電源電圧を検出する電源電圧検出回路を設け、基準電圧と比較してそのずれ量に応じて駆動制御信号(PWM駆動パルス)のデューティ比もしくは出力電圧値を変化させるようにしたものである。これにより、電源電圧の変動により生じるコイルの誤差電流を低減することができる。ここで、PWM駆動パルスのデューティ比もしくは出力電圧値を変化させる信号が、ΣΔ変調器で形成されるように構成されている場合には、ΣΔ変調器の入力部に可変利得アンプとして機能する乗算器を設け、該アンプのゲインが電源電圧の変化に反比例するように乗算器を働かせると良い。   Still another invention of the present application is provided with a power supply voltage detection circuit for detecting a power supply voltage of a voice coil motor drive circuit, and a duty ratio of a drive control signal (PWM drive pulse) or a drive voltage according to a deviation amount compared to a reference voltage. The output voltage value is changed. Thereby, the error current of the coil caused by the fluctuation of the power supply voltage can be reduced. Here, when the signal for changing the duty ratio or output voltage value of the PWM drive pulse is formed by the ΣΔ modulator, multiplication that functions as a variable gain amplifier at the input of the ΣΔ modulator. It is preferable to provide a multiplier and to operate the multiplier so that the gain of the amplifier is inversely proportional to the change in the power supply voltage.

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。   The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

すなわち、本発明に従うと、精度の高い駆動制御を行なうことができるコイルモータの駆動制御用半導体集積回路を得ることができる。   That is, according to the present invention, it is possible to obtain a coil motor drive control semiconductor integrated circuit capable of highly accurate drive control.

本発明が適用される磁気ディスク記憶装置の概要を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an outline of a magnetic disk storage device to which the present invention is applied. 本発明が適用される磁気ディスク記憶装置を構成するボイスコイルモータ駆動回路の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the voice coil motor drive circuit which comprises the magnetic disc memory | storage device to which this invention is applied. 図2に示したボイスコイルモータ駆動回路とボイスコイルモータを伝達関数で表わした説明図である。It is explanatory drawing which represented the voice coil motor drive circuit and voice coil motor shown in FIG. 2 with the transfer function. 実施例のボイスコイルモータ駆動回路を構成するデシメーションフィルタの具体例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the specific example of the decimation filter which comprises the voice coil motor drive circuit of an Example. デシメーションフィルタの周波数特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the frequency characteristic of a decimation filter. 実施例のモータ駆動回路の周波数−ゲイン特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the frequency-gain characteristic of the motor drive circuit of an Example. 位相進み補償部PGCや位相補償回路223を構成するディジタルフィルタの等価回路を示す構成図である。It is a block diagram which shows the equivalent circuit of the digital filter which comprises the phase advance compensation part PGC and the phase compensation circuit 223. 実施例のモータ駆動回路における動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation example in the motor drive circuit of an Example. 実施例のボイスコイルモータ駆動回路の電流検出段で発生する誤差電流ΔIadcと、出力段で発生する誤差電流ΔIoutと、回路全体の誤差電流ΔIvcmを示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing an error current ΔIadc generated in the current detection stage of the voice coil motor drive circuit of the embodiment, an error current ΔIout generated in the output stage, and an error current ΔIvcm of the entire circuit. 実施例のボイスコイルモータ駆動回路を構成する出力ドライバと出力制御回路の具体例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the specific example of the output driver which comprises the voice coil motor drive circuit of an Example, and an output control circuit. 実施例のボイスコイルモータ駆動回路の出力ドライバの動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation example of the output driver of the voice coil motor drive circuit of an Example. 本発明が適用される磁気ディスク記憶装置におけるヘッド側と制御装置側とを接続するケーブルの構成例を示す拡大説明図である。FIG. 3 is an enlarged explanatory view showing a configuration example of a cable connecting a head side and a control device side in a magnetic disk storage device to which the present invention is applied. ケーブルにより伝達される信号の影響を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the influence of the signal transmitted with a cable. 実施例のボイスコイルモータ駆動回路に備わる電流検出回路と本発明者が先に考え検討した形式のボイスコイルモータ駆動回路における電流検出回路の動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation example of the current detection circuit in the voice coil motor drive circuit of the form which the present inventor considered and examined previously, and the current detection circuit with which the voice coil motor drive circuit of an Example is equipped. 実施例のボイスコイルモータ駆動回路における電流検出回路の具体例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the specific example of the electric current detection circuit in the voice coil motor drive circuit of an Example. 実施例の電流検出回路の動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation example of the current detection circuit of an Example. 実施例の電流検出回路の別の状態での動作例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operation example in another state of the current detection circuit of an Example. 実施例の電流検出回路におけるコイルの電流の向きと駆動電圧の極性が一致する場合と一致しない場合の出力電圧波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the output voltage waveform when the direction of the electric current of the coil in the current detection circuit of an Example and the polarity of a drive voltage correspond, and when it does not correspond. 電流検出回路内に設けられるホールド機能付き誤差アンプの具体例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the specific example of the error amplifier with a hold function provided in a current detection circuit. デッドタイム判定回路の具体例を示す論理構成図である。It is a logic block diagram which shows the specific example of a dead time determination circuit. 本発明が適用される磁気ディスク記憶装置を構成するボイスコイルモータ駆動回路の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of the voice coil motor drive circuit which comprises the magnetic disc memory | storage device to which this invention is applied. PAM変調制御の図21の実施例のモータ駆動回路における入力指令値と駆動パルスとの関係を、図2のPWM変調制御の実施例のモータ駆動回路における入力指令値と駆動パルスとの関係と比較して示すタイミングチャートである。The relationship between the input command value and the drive pulse in the motor drive circuit of the embodiment of FIG. 21 in the PAM modulation control is compared with the relationship between the input command value and the drive pulse in the motor drive circuit of the embodiment of the PWM modulation control in FIG. It is a timing chart shown.

以下、本発明の好適な実施態様を、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の技術が適用された磁気ディスク記憶装置の概要を示す。   FIG. 1 shows an outline of a magnetic disk storage device to which the technique of the present invention is applied.

同図に示す磁気ディスク記憶装置は、磁気記憶ディスク100、該磁気記憶ディスク100を回転駆動させるスピンドルモータ102、上記磁気記憶ディスク100上の記憶トラックに対して情報のリード/ライトを行なう磁気ヘッド(書込み磁気ヘッドおよび読出し磁気ヘッドを含む)104、先端に磁気ヘッド104を有するアーム106、このアーム106を回動させて磁気ヘッド104を上記ディスク100上にて径方向へ移動させるボイスコイルモータ108、このボイスコイルモータ108を駆動するモータ駆動回路200、上記磁気ヘッド104の読出信号から位置情報を読み取る信号処理回路(信号処理IC)110、この信号処理回路110が読み出した位置情報に基づいて上記モータ駆動回路200に駆動電流指令値Icmdを送る制御部300などを有する。   The magnetic disk storage device shown in FIG. 1 includes a magnetic storage disk 100, a spindle motor 102 that rotationally drives the magnetic storage disk 100, and a magnetic head that reads / writes information from / to a storage track on the magnetic storage disk 100. 104, including a write magnetic head and a read magnetic head), an arm 106 having the magnetic head 104 at the tip, a voice coil motor 108 that rotates the arm 106 to move the magnetic head 104 in the radial direction on the disk 100, A motor drive circuit 200 for driving the voice coil motor 108, a signal processing circuit (signal processing IC) 110 for reading position information from a read signal of the magnetic head 104, and the motor based on the position information read by the signal processing circuit 110. The drive circuit 200 has a drive current command value Ic A control unit 300 for sending md is included.

ここで、制御部300は、磁気ディスク記憶装置全体の動作を制御するマイクロコンピュータ(CPU)310と、このマイクロコンピュータ310からの位置指令(目標トラック位置情報)と上記信号処理回路110からのヘッド位置情報とに基づいて例えば16ビットのバイナリコードからなる駆動電流指令値Icmdを生成するコントローラ320を有する。このコントローラ320が生成する駆動電流指令値Icmdは、電流の流れる向きを指定できるようにするため2の補数あるいはオフセット・バイナリの形式で上記モータ駆動回路200へ送られる。モータ駆動回路200は、特に制限されるものでないが、この実施例では、単結晶シリコンのような1個の半導体チップに半導体集積回路として形成されている。   Here, the control unit 300 includes a microcomputer (CPU) 310 that controls the operation of the entire magnetic disk storage device, a position command (target track position information) from the microcomputer 310, and a head position from the signal processing circuit 110. The controller 320 generates a drive current command value Icmd composed of, for example, a 16-bit binary code based on the information. The drive current command value Icmd generated by the controller 320 is sent to the motor drive circuit 200 in the form of 2's complement or offset binary so that the direction of current flow can be specified. Although the motor drive circuit 200 is not particularly limited, in this embodiment, it is formed as a semiconductor integrated circuit on one semiconductor chip such as single crystal silicon.

図2はボイスコイルモータ108を駆動制御するモータ駆動回路200の構成を示す。   FIG. 2 shows the configuration of a motor drive circuit 200 that controls the drive of the voice coil motor 108.

モータ駆動回路200は、図2に示されているように、上記コントローラ320との間でシリアルにデータの送受信を行なうシリアルポート201と、ボイスコイルモータVCMのコイルLVCMに流される電流に比例した電流が流されるセンス用抵抗Rsnsの両端に発生する電圧を検出する差動アンプ(以下、電流検出用アンプと称する)202と、コイルLVCMの両端子に駆動電圧を印加して所望の電流を流す出力ドライバ211,212が出力する電流に比例した電流がセンス用抵抗Rsnsに流れるように制御する電流検出制御回路203と、上記シリアルポート201を介してコントローラ320から受信した駆動電流指令値Icmdと上記電流検出用アンプ202により検出した駆動電流Ivcmに比例する出力電圧Vsnsとに基づいて上記ドライバ211,212の駆動制御信号を生成するディジタル制御回路220と、該制御回路220において発生するオフセットを校正するオフセットキャリブレーション回路204と、電源電圧VDDの電圧値を検出するための分圧抵抗R1,R2およびAD変換回路205と、ディジタル制御回路220内部の信号に基づいてコイルの逆起電圧Vb-emf(推定値)を演算して速度情報として上記コントローラ320へ供給する逆起電圧推定回路206などから構成されている。図2に示されている回路ブロックや素子は、ボイスコイルモータVCMとセンス抵抗Rsnsを除いて、半導体集積回路化される。   As shown in FIG. 2, the motor drive circuit 200 is a current proportional to the current flowing in the serial port 201 for serially transmitting / receiving data to / from the controller 320 and the coil LVCM of the voice coil motor VCM. A differential amplifier (hereinafter referred to as a current detection amplifier) 202 for detecting a voltage generated at both ends of a sense resistor Rsns through which a current flows, and an output for applying a desired voltage by applying a drive voltage to both terminals of the coil LVCM A current detection control circuit 203 for controlling the current proportional to the current output from the drivers 211 and 212 to flow through the sense resistor Rsns, the drive current command value Icmd received from the controller 320 via the serial port 201, and the current The driver 21 is based on the output voltage Vsns proportional to the drive current Ivcm detected by the detection amplifier 202. , 212 for generating a drive control signal, an offset calibration circuit 204 for calibrating an offset generated in the control circuit 220, and voltage dividing resistors R1, R2 for detecting the voltage value of the power supply voltage VDD And an AD conversion circuit 205, a back electromotive voltage estimation circuit 206 that calculates a back electromotive voltage Vb-emf (estimated value) of the coil based on a signal in the digital control circuit 220, and supplies it to the controller 320 as speed information. It is configured. The circuit blocks and elements shown in FIG. 2 are formed into a semiconductor integrated circuit except for the voice coil motor VCM and the sense resistor Rsns.

逆起電圧推定回路206は、後述の変調回路224内の乗算器VGAの出力をCNT、コイルの電流をIvcm、コイルの寄生抵抗をRL、制御回路の電源電圧VDDの基準値をVDD0とおくと、次式
Vb-emf=Vout−Ivcm・RL
Vout=(2/CNT)・VDD0
によって逆起電圧Vb-emfを簡単に演算することができる。したがって、逆起電圧推定回路206はRL値やVDD0値を保持するレジスタと乗算器と加減算器により構成することができ、従来のアナログ制御システムにおけるような複雑な逆起電圧検出回路が不要となる。
The counter electromotive voltage estimation circuit 206 sets the output of a multiplier VGA in the modulation circuit 224, which will be described later, as CNT, the coil current as Ivcm, the coil parasitic resistance as RL, and the reference value of the power supply voltage VDD of the control circuit as VDD0. Vb-emf = Vout−Ivcm · RL
Vout = (2 / CNT) ・ VDD0
Thus, the counter electromotive voltage Vb-emf can be easily calculated. Therefore, the counter electromotive voltage estimation circuit 206 can be constituted by a register for holding the RL value or the VDD0 value, a multiplier, and an adder / subtracter, and a complicated counter electromotive voltage detection circuit as in the conventional analog control system is not required. .

逆起電圧推定回路206によって算出された逆起電圧Vb-emfは、シリアルポート201を介してコントローラ320へ送るようにすることができる。コントローラ320は受信した逆起電圧からヘッドの移動速度を認知することができ、例えば磁気ヘッドをランプと呼ばれる退避位置からディスク上へ移動させるヘッドロード時のボイスコイルモータの速度制御に利用することができる。磁気ヘッドの移動速度が速過ぎると磁気ヘッドがディスク表面に接触して傷をつけてしまうおそれがあるが、該速度制御によりそれを回避することが可能となる。   The counter electromotive voltage Vb-emf calculated by the counter electromotive voltage estimation circuit 206 can be sent to the controller 320 via the serial port 201. The controller 320 can recognize the moving speed of the head from the received back electromotive voltage. For example, the controller 320 can be used to control the speed of the voice coil motor when the head is loaded to move the magnetic head from the retracted position called a ramp onto the disk. it can. If the moving speed of the magnetic head is too high, the magnetic head may come into contact with the disk surface and damage it, but this speed control can avoid this.

ディジタル制御回路220は、上記差動アンプ202の出力信号をディジタル信号に変換するA/D変換回路221と、その後段に設けられたデシメーションフィルタ222と、デシメーションフィルタ222から出力される検出電流値とコントローラ320から送られて来る駆動電流指令値Icmdとの差分に対して位相補償のための演算を行なう位相補償回路223と、位相補償された電流値を所定ビット数(実施例では7ビット)の制御コード信号FCNTに変換する変調回路224と、該変調回路224の出力信号とその符号反転信号に基づいて前記VCMドライバ211,212の駆動制御信号を生成するD/A変換手段としてのPWMパルス生成回路225,226などから構成されている。   The digital control circuit 220 includes an A / D conversion circuit 221 that converts the output signal of the differential amplifier 202 into a digital signal, a decimation filter 222 provided in the subsequent stage, and a detected current value output from the decimation filter 222. A phase compensation circuit 223 that performs an operation for phase compensation on the difference from the drive current command value Icmd sent from the controller 320, and the phase compensated current value of a predetermined number of bits (7 bits in the embodiment). Modulation circuit 224 for converting to control code signal FCNT, and PWM pulse generation as D / A conversion means for generating drive control signals for the VCM drivers 211 and 212 based on the output signal of the modulation circuit 224 and its sign inversion signal It consists of circuits 225, 226 and the like.

この実施例においては、上記デシメーションフィルタ222および上記位相補償回路223はロウパスフィルタ特性を有し、共にディジタルフィルタにより構成されている。PWMパルス生成回路225,226はカウンタとコンパレータにより構成することができる。変調回路224は、電流指令値と電流測定値とからPWMパルス生成回路225,226に出力駆動信号のパルス幅に応じた計数値FCNT,−FCNTを与え、PWMパルス生成回路225,226は50MHzのようなクロックφ0によって動作して、上記計数値に応じたデューティ比の駆動電圧VCMP,VCMNがドライバ211,212から出力されるように駆動制御信号(PWM駆動パルス)PL1,PL2を生成して出力する。本実施例では、変調回路224の出力部の量子化器QTZとして7ビット量子化器を用いることにより、出力段のスイッチングロスを適切に保ちながらPWM駆動によるノイズの最適化を図るようにしている。   In this embodiment, the decimation filter 222 and the phase compensation circuit 223 have low-pass filter characteristics, and both are constituted by digital filters. The PWM pulse generation circuits 225 and 226 can be constituted by a counter and a comparator. The modulation circuit 224 gives the count values FCNT and -FCNT corresponding to the pulse width of the output drive signal to the PWM pulse generation circuits 225 and 226 from the current command value and the current measurement value, and the PWM pulse generation circuits 225 and 226 The drive control signals (PWM drive pulses) PL1 and PL2 are generated and output so that the drivers 211 and 212 output the drive voltages VCMP and VCMN having a duty ratio corresponding to the count value. To do. In this embodiment, a 7-bit quantizer is used as the quantizer QTZ in the output section of the modulation circuit 224, so that noise is optimized by PWM driving while appropriately maintaining the switching loss of the output stage. .

また、ディジタル制御回路220には、上記デシメーションフィルタ(222)と上記位相補償器(223)における演算に必要な係数を保持するレジスタ227,228がそれぞれ設けられており、これらのレジスタ227,228には、イニシャライズ(初期化)時等にコントローラ320から送られて来る値が設定され、保持されるように構成されている。オフセットキャリブレーション回路204は、イニシャライズ時にコントローラ320から出力アンプ211および212をハイインピーダンス状態にする信号が与えられたときに、電流検出回路全体のオフセットによって生じる値を電流検出系のオフセットキャンセル値ACQとしてレジスタ229に設定されるように構成される。   The digital control circuit 220 is provided with registers 227 and 228 for holding coefficients necessary for calculation in the decimation filter (222) and the phase compensator (223), respectively. Is configured so that a value sent from the controller 320 at the time of initialization (initialization) or the like is set and held. The offset calibration circuit 204, when a signal for setting the output amplifiers 211 and 212 in the high impedance state is given from the controller 320 at initialization, a value generated by the offset of the entire current detection circuit is used as an offset cancellation value ACQ of the current detection system. The register 229 is configured to be set.

本実施例においては、A/D変換回路221としてオーバーサンプリング型A/D変換器の一種である2次のΣΔ変調型A/D変換回路(以下、ΣΔ型A/D変換回路と称する)が、また変調回路224として2次のΣΔ型変調回路が使用されている。ΣΔ型A/D変換回路221は出力部にディジタル出力信号を生成する2ビットのA/D変換器ADC1と、アナログ帰還信号を生成する2ビットのD/A変換器DAC1とが設けられ、25MHzのような周波数のサンプリングクロックφsに同期して動作される。ΣΔ型変調回路224は入力部に可変利得アンプVGAとして機能する乗算器が、また出力部に7ビット量子化器QTZが設けられ、PWM制御の周期(390kHz)に対応してその1/2の周期を有する780kHzのような周波数のクロックφ1に同期して動作されるように構成されている。   In this embodiment, a secondary ΣΔ modulation type A / D conversion circuit (hereinafter referred to as a ΣΔ type A / D conversion circuit), which is a kind of oversampling type A / D converter, is used as the A / D conversion circuit 221. In addition, a second-order ΣΔ modulation circuit is used as the modulation circuit 224. The ΣΔ A / D conversion circuit 221 is provided with a 2-bit A / D converter ADC1 for generating a digital output signal and a 2-bit D / A converter DAC1 for generating an analog feedback signal at an output unit, and has a frequency of 25 MHz. It is operated in synchronization with the sampling clock φs having the frequency The ΣΔ modulation circuit 224 has a multiplier functioning as a variable gain amplifier VGA at the input section and a 7-bit quantizer QTZ at the output section, corresponding to a PWM control period (390 kHz), ½ of that It is configured to operate in synchronization with a clock φ1 having a frequency such as 780 kHz.

ΣΔ型変調回路224の入力部の可変利得アンプVGAのゲインKrは、A/D変換回路205から出力される検出電源電圧VDDSと電源電圧VDDの基準値VDD0との比VDD0/VDDS・(1+R1/R2)で決定される。PWM駆動によってドライバ211,212から出力される電圧VCMP,VCMNは、電源電圧VDDに比例するため、電源電圧VDDの変動は出力電圧の歪となり、PSRR(Power Supply Rejection Ratio)を悪化させる。そこで、本実施例では、電源電圧VDDを検出するA/D変換回路204を設けるとともにΣΔ型変調回路224の入力部に可変利得アンプVGAとして機能する乗算器を設けて、該アンプのゲインKrを電源電圧VDDの変化に反比例するように制御することで、高PSRR化を図るようにしている。   The gain Kr of the variable gain amplifier VGA at the input of the ΣΔ modulation circuit 224 is the ratio VDD0 / VDDS · (1+) between the detected power supply voltage VDDS output from the A / D conversion circuit 205 and the reference value VDD0 of the power supply voltage VDD R1 / R2). Since the voltages VCMP and VCMN output from the drivers 211 and 212 by PWM driving are proportional to the power supply voltage VDD, fluctuations in the power supply voltage VDD become distortions in the output voltage and deteriorate the PSRR (Power Supply Rejection Ratio). Therefore, in this embodiment, an A / D conversion circuit 204 for detecting the power supply voltage VDD is provided, and a multiplier functioning as a variable gain amplifier VGA is provided at the input of the ΣΔ modulation circuit 224, and the gain Kr of the amplifier is set. High PSRR is achieved by controlling the power supply voltage VDD to be inversely proportional to the change in the power supply voltage VDD.

上記のように、本実施例のモータ駆動回路において、ΣΔ型A/D変換回路とΣΔ型変調回路を用いているのは、ΣΔ型回路の特徴である高周波領域にノイズを拡散させて低周波領域のノイズを減らすことができるノイズシェーピングという特性(雑音整形)を利用するためである。つまり、ボイスコイルモータの駆動回路はその制御帯域が数10kHz以下であり、比較的低いため、ΣΔ型回路を用いることで低周波領域のノイズを減らして制御精度を高めることとした。そして、低周波領域のノイズが減った分増加する高周波領域のノイズは、ΣΔ型A/D変換回路211の後段に、ロウパスフィルタとして機能するデシメーションフィルタ222を設けて抑制することとした。   As described above, in the motor drive circuit of the present embodiment, the ΣΔ A / D conversion circuit and the ΣΔ modulation circuit are used because the noise is diffused in the high frequency region which is a feature of the ΣΔ circuit. This is because a characteristic called noise shaping (noise shaping) that can reduce the noise in the region is used. That is, the control circuit of the voice coil motor drive circuit has a control band of several tens of kHz or less and is relatively low. Therefore, by using the ΣΔ circuit, noise in the low frequency region is reduced and control accuracy is increased. Then, the noise in the high frequency region, which increases as the noise in the low frequency region decreases, is suppressed by providing a decimation filter 222 that functions as a low-pass filter after the ΣΔ A / D conversion circuit 211.

ところで、従来より、A/D変換回路には、逐次比較型やオーバーサンプル型など種々の形式のものが開発されている。一般に、A/D変換回路でアナログ入力信号をディジタル信号に変換する場合、サンプリング周波数を高くすれば、信号周波数近傍のS/N(Signal to Noise Ratio)特性を向上させることができる。オーバーサンプル型A/D変換回路は、オーバーサンプル比を高くすることによりS/N特性を向上させた方式である。   By the way, conventionally, various types of A / D conversion circuits such as a successive approximation type and an oversample type have been developed. In general, when an analog input signal is converted into a digital signal by an A / D conversion circuit, an S / N (Signal to Noise Ratio) characteristic near the signal frequency can be improved by increasing the sampling frequency. The oversampled A / D converter circuit is a system in which the S / N characteristic is improved by increasing the oversample ratio.

オーバーサンプル型A/D変換回路は、Δ変調方式、ΣΔ変調方式、それらの混合方式に大別できる。このうち、ΣΔ変調方式は、出力信号と入力信号との差を積分器で積分し、この積分器の出力が最小となるようにフィードバック制御するものである。このΣΔ変調方式においては、積分の次数すなわち積分器の数を増やすことにより、S/N特性をさらに改善することができる。つまり、積分の次数を1次増やす毎に、周波数に比例したノイズシェーピング特性が期待できる。ただし、積分の次数を高くすると、系の安定性が低下するとともに消費電力が多くなるという不具合がある。本実施例では、ΣΔ型A/D変換回路221とΣΔ型変調回路224をそれぞれ2次の回路とした。   The oversampled A / D conversion circuit can be roughly classified into a Δ modulation method, a ΣΔ modulation method, and a mixed method thereof. Of these, the ΣΔ modulation method integrates the difference between the output signal and the input signal with an integrator, and performs feedback control so that the output of the integrator is minimized. In this ΣΔ modulation method, the S / N characteristic can be further improved by increasing the order of integration, that is, the number of integrators. That is, every time the integration order is increased by one, a noise shaping characteristic proportional to the frequency can be expected. However, when the order of integration is increased, there are problems that the stability of the system is lowered and the power consumption is increased. In this embodiment, the ΣΔ A / D conversion circuit 221 and the ΣΔ modulation circuit 224 are secondary circuits.

本発明者等は、ボイスコイルモータ駆動用ICに内蔵されて、コイル電流を検出するセンスアンプ202の出力信号をディジタル信号に変換してフィードバックするA/D変換回路としては、変換精度および変換速度の点からオーバーサンプリング型A/D変換回路、その中でも特にΣΔ変調方式のA/D変換回路が適していると考えた。ΣΔ変調方式を用いると、通常の16ビットのA/D変換回路として良く知られる逐次比較方式やノイズシェーパを用いないオーバーサンプリング方式を適用した場合に比べて、ノイズシェーピング特性の効果によって量子化ビット数を少なくして回路を簡略化できると共に、電流セル等の製造上のバラツキに対するセルのキャリブレーション無しで安定に高精度を実現できるという利点がある。   The present inventors have incorporated conversion accuracy and conversion speed as an A / D conversion circuit that is incorporated in a voice coil motor driving IC and converts an output signal of a sense amplifier 202 that detects a coil current into a digital signal and feeds it back. From this point of view, it was considered that an oversampling A / D converter circuit, particularly, a ΣΔ modulation type A / D converter circuit was suitable. When the ΣΔ modulation method is used, the quantization bit is more effective due to the effect of noise shaping characteristics than when a successive approximation method well known as a normal 16-bit A / D conversion circuit or an oversampling method that does not use a noise shaper is applied. The circuit can be simplified by reducing the number, and there is an advantage that high accuracy can be realized stably without calibration of the cell with respect to manufacturing variations of current cells and the like.

本電流検出にコイルに流れる電流Ivcmを検出した信号をディジタル変換する回路としてオーバーサンプリング型A/D変換回路の1種であるΣΔ変調方式を用いた他の理由は、PWM駆動の周期よりも短い周期で検出信号のサンプリングを行なうことにより、通常の16ビットのA/D変換回路を用いる場合よりも電流検出誤差を小さくすることができるからである。   Another reason for using the ΣΔ modulation method, which is a kind of oversampling A / D conversion circuit, as a circuit for digitally converting a signal that detects the current Ivcm flowing through the coil in this current detection is shorter than the PWM drive cycle. This is because the current detection error can be made smaller by sampling the detection signal at a period than when a normal 16-bit A / D conversion circuit is used.

すなわち、通常の16ビットのA/D変換回路を用いる場合には、例えば図14(a)〜(c)に示すように、PWMパルスの中央におけるコイル電流Ivcmをサンプリングして代表値とする方式が採られると考えられるが、これに用いられるサンプリングクロックφsは、通常VCO(電圧制御発振器)等で生成されるため破線のようにジッタを有することが多く、それによって図14(d)に示すように、検出電流Isnsに誤差ΔIが生じるおそれがある。また、前述の特許文献1のアナログ制御方式の発明においてもPWMパルスの中心点におけるコイル電流Ivcmをサンプリングして代表値とし電流指令値との差をとる方式が採用されている(特許文献1の図3,図4参照)ため、同様な検出電流誤差ΔIが生じるおそれがあった。   That is, when a normal 16-bit A / D converter circuit is used, for example, as shown in FIGS. 14A to 14C, the coil current Ivcm at the center of the PWM pulse is sampled to be a representative value. However, since the sampling clock φs used for this is usually generated by a VCO (Voltage Controlled Oscillator) or the like, it often has jitter as shown by a broken line, and as shown in FIG. As described above, the error ΔI may occur in the detection current Isns. Also, in the above-described invention of the analog control system of Patent Document 1, a system is adopted in which the coil current Ivcm at the center point of the PWM pulse is sampled to obtain a representative value and the difference from the current command value (see Patent Document 1). For this reason, a similar detection current error ΔI may occur.

これに対し、本実施例のボイスコイルモータ駆動回路においては、コイル電流Ivcmの検出信号をディジタル変換する回路としてオーバーサンプリング型A/D変換回路を用い、PWM駆動の周期よりも短い周期で検出信号のサンプリングを行ないΣΔ型A/D変換回路の持つ積分機能で平滑化を行なうため、図14(e)に示すように、クロックジッタによる電流検出誤差が原理上無視できるようになる。   In contrast, in the voice coil motor drive circuit of this embodiment, an oversampling A / D conversion circuit is used as a circuit for digitally converting the detection signal of the coil current Ivcm, and the detection signal is shorter than the PWM drive cycle. As shown in FIG. 14E, the current detection error due to the clock jitter can be ignored in principle because the sampling is performed and smoothing is performed by the integration function of the ΣΔ A / D conversion circuit.

なお、ΣΔ型A/D変換回路とΣΔ型変調回路の構成と動作は公知であるので、詳しい説明は省略する。ΣΔ型A/D変換回路221の出力用のA/D変換器ADC1と帰還用のD/A変換器DAC1は、低周波領域のノイズを減らすとともに回路規模の増大を抑えるため2ビットとした。   Since the configurations and operations of the ΣΔ A / D converter circuit and the ΣΔ modulator circuit are known, detailed description thereof will be omitted. The output A / D converter ADC1 and the feedback D / A converter DAC1 of the ΣΔ A / D conversion circuit 221 are set to 2 bits in order to reduce noise in the low frequency region and suppress an increase in circuit scale.

ところで、通常、ΣΔ型変調器の前段にはオーバーサンプリングを行なうための予測器(補間処理)が必要となるが、本実施例ではモータ駆動回路全体の位相補償を行なう位相補償回路223を積分器で構成することによって、これをΣΔ型変調回路224の予測器として代行させるようにしている。また、電流検出のA/D変換回路221側ではPWM駆動時のコイルの積分特性が予測器として働くためコイルを予測器として代用させることで、予測器を省略している。   Normally, a predictor (interpolation process) for performing oversampling is required upstream of the ΣΔ modulator, but in this embodiment, a phase compensation circuit 223 that performs phase compensation of the entire motor drive circuit is integrated in the integrator. This is substituted as a predictor of the ΣΔ modulation circuit 224. Moreover, since the integral characteristic of the coil at the time of PWM drive works as a predictor on the A / D conversion circuit 221 side for current detection, the predictor is omitted by substituting the coil as a predictor.

位相補償回路223は、ボイスコイルモータのコイルインピーダンスの1次遅れ特性を補償し、系全体を1次遅れに保つことと、出力段のSN比を向上させるために設けられた回路である。図2の位相補償回路223のブロック内に示されている伝達関数から分かるように、この実施例では位相補償回路223は積分器で構成される。"s"は、ラプラス変換された関数を表すのに用いられる変数である。   The phase compensation circuit 223 is a circuit provided for compensating the first order lag characteristic of the coil impedance of the voice coil motor, keeping the entire system at the first order lag, and improving the S / N ratio of the output stage. As can be seen from the transfer function shown in the block of the phase compensation circuit 223 in FIG. 2, in this embodiment, the phase compensation circuit 223 is constituted by an integrator. “s” is a variable used to represent a Laplace transformed function.

本実施例では、ボイスコイルモータ駆動回路全体の帰還ループの位相補償を行なう位相補償回路223を、低周波領域において積分特性を有し、高周波領域で比例特性を有するPI型制御器とし、ΣΔ型変調回路224の前段に配置することで、変調器(量子化器)で発生する量子化ノイズの出力駆動電流に対する入力換算ノイズの伝達特性に微分特性を持たせるようにしている。   In this embodiment, the phase compensation circuit 223 that performs phase compensation of the feedback loop of the entire voice coil motor drive circuit is a PI controller having an integral characteristic in the low frequency region and a proportional characteristic in the high frequency region, and a ΣΔ type By disposing it before the modulation circuit 224, the transfer characteristic of the input conversion noise with respect to the output drive current of the quantization noise generated by the modulator (quantizer) has a differential characteristic.

これにより、上記微分特性がΣΔ型変調回路224の微分特性に加算されるため、低周波領域におけるSN比は更に向上し、本実施例のボイスコイルモータ駆動回路200の低周波領域におけるSN比はほぼ電流検出段(A/D変換回路221)の精度で決定されるようになる。しかるに、本実施例では、電流検出段として、ノイズシェーピング効果を有するΣΔ型A/D変換回路221を用いているため、回路全体としてのSN比を低減することができる。   Thereby, the differential characteristic is added to the differential characteristic of the ΣΔ modulation circuit 224, so that the SN ratio in the low frequency region is further improved, and the SN ratio in the low frequency region of the voice coil motor driving circuit 200 of this embodiment is It is determined with the accuracy of the current detection stage (A / D conversion circuit 221). However, in this embodiment, since the ΣΔ A / D conversion circuit 221 having a noise shaping effect is used as the current detection stage, the SN ratio of the entire circuit can be reduced.

図9には、本実施例のボイスコイルモータ駆動回路200の電流検出段で発生する誤差電流ΔIadcと、出力段(位相補償回路、変調回路およびPWM生成回路)で発生する誤差電流ΔIoutと、回路全体の誤差電流ΔIvcmを示す。同図より、電流検出段で発生する誤差電流ΔIadcは出力段で発生する誤差電流ΔIoutよりも大きいが、回路全体の誤差電流ΔIvcmは電流検出段で発生する誤差電流ΔIadcよりも若干大きい程度であることが分かる。なお、図9において、ΔIvcmoは40kHzの帯域を有する理想の16ビットD/A変換器の誤差電流である。また、図9に示されているすべての誤差電流の値は、ΔIvcmo(at f<fvcm)で正規化されている。   FIG. 9 shows an error current ΔIadc generated in the current detection stage of the voice coil motor drive circuit 200 of the present embodiment, an error current ΔIout generated in the output stage (phase compensation circuit, modulation circuit, and PWM generation circuit), a circuit The total error current ΔIvcm is shown. From the figure, the error current ΔIadc generated in the current detection stage is larger than the error current ΔIout generated in the output stage, but the error current ΔIvcm of the entire circuit is slightly larger than the error current ΔIadc generated in the current detection stage. I understand that. In FIG. 9, ΔIvcmo is an error current of an ideal 16-bit D / A converter having a band of 40 kHz. Further, all error current values shown in FIG. 9 are normalized by ΔIvcmo (at f <fvcm).

なお、本実施例の電流検出段の理論SN比は次式(1)で近似することができる。   Note that the theoretical S / N ratio of the current detection stage of the present embodiment can be approximated by the following equation (1).

Figure 2011065746
Figure 2011065746

但し、n:ΣΔ変調の次数
N:ΣΔ変調の量子化bit数
ovsa:オーバーサンプリング比(=fadc/2fvcm)
fadc:電流検出用ADCのサンプリングレート[Hz]
fvcm:本実施例のVCMドライバの帯域[Hz]
であり、入力信号(電流指令値Icmd)はfvcmに帯域制限されていると仮定(即ちナイキスト周波数がfvcmと仮定)した。
Where n: ΣΔ modulation order N: ΣΔ modulation quantization bit number
ovsa: Oversampling ratio (= fadc / 2fvcm)
fadc: Sampling rate [Hz] of ADC for current detection
fvcm: VCM driver bandwidth [Hz] of this embodiment
It is assumed that the input signal (current command value Icmd) is band-limited to fvcm (that is, the Nyquist frequency is assumed to be fvcm).

図3には、ボイスコイルモータVCMと図2の実施例のモータ駆動回路200を伝達関数で現したものが示されている。図3において、"Ksens"は差動アンプ202のゲイン、"Kadc"はA/D変換回路221のゲイン、"QNadc"はA/D変換回路221における量子化ノイズ、"QNout"はPWM変調における量子化ノイズ、"VDD0"は電源電圧の基準、FCNTはPWMパルス生成回路225,226が計数すべきカウント値であり、このカウント値がΣΔ型変調回路224からPWMパルス生成回路225,226へ与えられる。   FIG. 3 shows the voice coil motor VCM and the motor drive circuit 200 of the embodiment of FIG. In FIG. 3, “Ksens” is the gain of the differential amplifier 202, “Kadc” is the gain of the A / D conversion circuit 221, “QNadc” is the quantization noise in the A / D conversion circuit 221, and “QNout” is the PWM modulation. Quantization noise, “VDD0” is a reference for the power supply voltage, FCNT is a count value to be counted by the PWM pulse generation circuit 225, 226, and this count value is given from the ΣΔ modulation circuit 224 to the PWM pulse generation circuit 225, 226 It is done.

図4には、図2の実施例のモータ駆動回路200におけるデシメーションフィルタ222の具体例が示されている。   FIG. 4 shows a specific example of the decimation filter 222 in the motor drive circuit 200 of the embodiment of FIG.

この実施例のデシメーションフィルタは、それぞれN個(例えばN=16)の遅延段DLYおよび加算器ADDを有しフィルタ係数が「1」のFIR(有限インパルス応答)フィルタFIR1,FIR2とそれらの出力の平均をとる平均化回路AVR1,AVR2とが縦続接続されてなるロウパスフィルタ部LPFと、M個(例えばM=32)の遅延段DLYおよび加算器ADDを有しフィルタ係数が「1」のFIRフィルタFIR3とその出力の平均をとる平均化回路AVR3と、平均化回路AVR3のデータをM個おきに取り出して出力する間引き回路(M:1)とが縦続接続されてなる間引き処理部ELMと、位相進み補償部PGCとから構成されている。   The decimation filter of this embodiment has N (for example, N = 16) delay stages DLY and an adder ADD, and has FIR (finite impulse response) filters FIR1 and FIR2 having a filter coefficient of “1” and their outputs. FIR having a low-pass filter unit LPF in which averaging circuits AVR1 and AVR2 for averaging are cascade-connected, M delay stages DLY and an adder ADD (for example, M = 32), and a filter coefficient of “1” A decimation processing unit ELM in which a filter FIR3 and an averaging circuit AVR3 that averages the outputs thereof, and a decimation circuit (M: 1) that extracts and outputs every M pieces of data of the averaging circuit AVR3, are cascaded; It consists of a phase lead compensation unit PGC.

位相進み補償部PGCは、(1+S1/ωd)/(1+S1/m・ωd)なる伝達関数で表される演算を行なうディジタルフィルタにより構成し、分子が大きくなるように設定することで位相の進みを大きくすることができる。ここで、ωdはボイスコイルモータの周波数帯域をfvcmとおくと、ωd=3×2・π・fvcmで表される。位相進み補償部PGCを設けているのは、モータ駆動回路200の周波数−ゲイン特性における50kHz近傍でゲインが上昇するのを抑えるためである。以下、その理由を説明する。   The phase lead compensation unit PGC is composed of a digital filter that performs an operation represented by a transfer function of (1 + S1 / ωd) / (1 + S1 / m · ωd), and is set so that the numerator becomes larger. Phase advance can be increased. Here, ωd is represented by ωd = 3 × 2 · π · fvcm, where fvcm is the frequency band of the voice coil motor. The reason why the phase lead compensation unit PGC is provided is to suppress an increase in gain near 50 kHz in the frequency-gain characteristic of the motor drive circuit 200. The reason will be described below.

図5にはデシメーションフィルタの周波数特性が、また図6には実施例のモータ駆動回路200の周波数−ゲイン特性が示されている。位相進み補償部PGCを設けないデシメーションフィルタを用いた場合、ディジタルフィルタはロウパスフィルタ特性を有するため遅延が生じ、ゲインと群遅延時間の周波数特性は、それぞれ図5に点線A1,A2で示すような特性となり、これによってモータ駆動回路200の周波数特性は図6に点線A0で示すように、50kHz近傍にゲインピーキングが発生する。   FIG. 5 shows the frequency characteristics of the decimation filter, and FIG. 6 shows the frequency-gain characteristics of the motor drive circuit 200 of the embodiment. When a decimation filter without a phase lead compensation unit PGC is used, a delay occurs because the digital filter has a low-pass filter characteristic, and the frequency characteristics of gain and group delay time are shown by dotted lines A1 and A2 in FIG. As a result, gain peaking occurs in the frequency characteristic of the motor drive circuit 200 in the vicinity of 50 kHz as indicated by a dotted line A0 in FIG.

一方、位相進み補償部PGCを設けたデシメーションフィルタを用いた場合、図5に実線B1,B2で示すような特性となり、これによってモータ駆動回路200の周波数特性は、図6に実線B0で示すように、ゲインピーキングのない特性となる。   On the other hand, when the decimation filter provided with the phase lead compensation unit PGC is used, the characteristics shown by solid lines B1 and B2 in FIG. 5 are obtained, and thus the frequency characteristics of the motor drive circuit 200 are as shown by the solid line B0 in FIG. In addition, there is no gain peaking.

ここで、上記位相進み補償部PGCや位相補償回路223は、図7に示すような等価回路からなるディジタルフィルタにより構成することができ、その伝達特性は、Ki’=(1+bz-1)/(1-az-1)で表わされる。PI型制御器は、Kiの項とKpの項を含む式Ki/s+Kpで表わされ、これは次式   Here, the phase lead compensation unit PGC and the phase compensation circuit 223 can be constituted by a digital filter composed of an equivalent circuit as shown in FIG. 7, and its transfer characteristic is Ki ′ = (1 + bz−1). / (1-az-1). The PI-type controller is represented by an expression Ki / s + Kp including a term of Ki and a term of Kp.

Ki/s+Kp=Ki/s(1+Kp・s/Ki)
=Ki/s(1+s・Kp/Ki)
のように、変形することができる。この式は、図2の位相補償回路223のブロック内部に記されている式、Ki/s(1+s・L/RL)と同じ形であることが分かる。図2の実施例のモータ駆動回路の位相補償回路223は、Ki/s(1+s・Kp/Ki)とKi/s(1+s・L/RL)とが同じになるように、図7中のパラメータ"K","a","b"が設計される。
Ki / s + Kp = Ki / s (1 + Kp · s / Ki)
= Ki / s (1 + s · Kp / Ki)
It can be deformed. It can be seen that this equation has the same form as the equation Ki / s (1 + s · L / RL) written inside the block of the phase compensation circuit 223 of FIG. The phase compensation circuit 223 of the motor drive circuit of the embodiment of FIG. 2 has parameters in FIG. 7 so that Ki / s (1 + s · Kp / Ki) and Ki / s (1 + s · L / RL) are the same. “K”, “a”, and “b” are designed.

次に、本実施例のモータ駆動回路におけるPWMパルス生成回路225,226について説明する。PWMパルス生成回路225,226はそれぞれカウンタとコンパレータからなる回路であり、アナログ式駆動制御回路における三角波生成回路に相当する。PWMパルス生成回路225,226の計数値FCNT,−FCNTがΣΔ型変調回路224からパルス幅を指定する7ビットのバイナリコードとして与えられ、50MHzのクロックφ0でカウント動作して計数値に達すると出力が変化するように構成される。   Next, the PWM pulse generation circuits 225 and 226 in the motor drive circuit of this embodiment will be described. The PWM pulse generation circuits 225 and 226 are circuits each composed of a counter and a comparator, and correspond to a triangular wave generation circuit in an analog drive control circuit. The count values FCNT and -FCNT of the PWM pulse generation circuits 225 and 226 are given as a 7-bit binary code designating the pulse width from the ΣΔ modulation circuit 224, and output when the count value is reached by the count operation with the 50 MHz clock φ0. Is configured to change.

しかも、この実施例においては、ΣΔ型変調回路224からPWMパルス生成回路225,226へ7ビットの計数値が780kHzの周期で与えられる一方、PWMパルス生成回路225,226は計数値FCNT,−FCNTが与えられてもいずか一方のカウンタはハイまたはロウ出力の固定値が継続出力されるように構成されている。PWMパルス生成回路225,226のかかる動作を、図8を用いて説明する。   In addition, in this embodiment, the 7-bit count value is given from the ΣΔ modulation circuit 224 to the PWM pulse generation circuits 225 and 226 at a cycle of 780 kHz, while the PWM pulse generation circuits 225 and 226 have the count values FCNT and −FCNT. The counter is configured so that a fixed value of high or low output is continuously output. The operation of the PWM pulse generation circuits 225 and 226 will be described with reference to FIG.

図8において、PWMCNTは計数値FCNT,−FCNTの入力指令と同時に50MHzのクロックφ0で「0」からカウントアップ動作する仮想のカウンタの計数値、PL1はPWMパルス生成回路225から出力ドライバ211に供給される駆動制御信号(PWM駆動パルス)、PL2はPWMパルス生成回路226から出力ドライバ212に供給される駆動制御信号(PWM駆動パルス)で、PL1,PL2はドライバ211,212から出力され、モータのコイル両端をPWM駆動する。モータ両端の駆動電圧VCMP,VCMNはそれぞれPL1およびPL2に同期してGNDレベルと電源電圧VDDをスイッチングする。VCMP−VCMNは、モータのコイルの両端子間に印加される電圧である。   In FIG. 8, PWMCNT is a count value of a virtual counter that counts up from “0” at a clock φ0 of 50 MHz simultaneously with an input command of count values FCNT and −FCNT, and PL1 is supplied from the PWM pulse generation circuit 225 to the output driver 211. Drive control signal (PWM drive pulse), PL2 is a drive control signal (PWM drive pulse) supplied from the PWM pulse generation circuit 226 to the output driver 212, and PL1 and PL2 are output from the drivers 211 and 212, and Both ends of the coil are PWM driven. The drive voltages VCMP and VCMN across the motor switch between the GND level and the power supply voltage VDD in synchronization with PL1 and PL2, respectively. VCMP-VCMN is a voltage applied between both terminals of the motor coil.

図8から分かるように、本実施例においては、PWM駆動パルスPL1,PL2はそれぞれ1周期のうち半周期は固定、つまり半周期毎に交互にハイレベルまたはロウレベルに保持される。PWM駆動におけるカウンタの動作のさせ方としては、図8の下半分に示されているように、パルスPL1,PL2が1周期の間にそれぞれ入力指令値に応じた期間だけハイレベルになるように形成すればよいが、本実施例のように半周期はどちらか一方のパルスを固定し他方のパルスのみ入力指令値で制御することで、コイルの端子間電圧VCMP−VCMNの値をPWM駆動パルスPL1,PL2の半周期毎に更新することができる。これによって、PWM変調の見かけ上の分解能を高め、電流制御精度が高くなるという利点がある。尚、PL1,PL2のどちらを固定するかはFCNTの極性とPWMCNTが前半カウントか後半カウントのいずれの状態にあるかをみて判断する。   As can be seen from FIG. 8, in the present embodiment, the PWM drive pulses PL1 and PL2 are held at a high level or a low level alternately every half cycle, that is, half of the cycle is fixed. As shown in the lower half of FIG. 8, the operation of the counter in PWM drive is such that the pulses PL1 and PL2 are at a high level only during a period corresponding to the input command value during one cycle. However, as in this embodiment, one of the pulses is fixed in the half cycle, and only the other pulse is controlled by the input command value, so that the value of the coil terminal voltage VCMP-VCMN is changed to the PWM drive pulse. It can be updated every half cycle of PL1 and PL2. This has the advantage of increasing the apparent resolution of PWM modulation and increasing the current control accuracy. Whether PL1 or PL2 is fixed is determined by checking the polarity of the FCNT and whether the PWMCNT is in the first half count or the second half count.

本実施例においては、パルスPL1とPL2の出力レベルが一致する区間と不一致する区間から構成され、カウンタ値が更新されるタイミングを起点に不一致区間、一致区間の順に並べる。これにより、FCNT値の絶対値が小さくなるトラックフォロー時ほど、PWMによる駆動電流のリップル電流が小さくなり高精度の制御が可能となる。更に本実施例ではFCNT=0のときにDuty=50%のタイミングでPL1およびPL2の極性が切り替わるため出力駆動段の遅延時間および遷移時間による、ゼロクロス歪の発生が無い。   In this embodiment, the output levels of the pulses PL1 and PL2 are made up of sections that match and sections that do not match, and the timing at which the counter value is updated is arranged in the order of the mismatch section and the matching section. As a result, the ripple current of the drive current due to PWM becomes smaller and the highly accurate control becomes possible at the time of track follow where the absolute value of the FCNT value becomes smaller. Further, in this embodiment, when FCNT = 0, the polarity of PL1 and PL2 is switched at the timing of Duty = 50%, so that no zero cross distortion is generated due to the delay time and transition time of the output drive stage.

上記で述べた本実施例における、Xbit変調器のより具体的なPL1,PL2のファンクション定義は下記のとおりである。   More specific function definitions of PL1 and PL2 of the Xbit modulator in the present embodiment described above are as follows.

(i)FCNT(PL1の指示値)=-FCNT(PL2の指示値)=0 入力のとき
If 0 <= PWMCNT< [2^(X-1)]-1 then PL1=H,PL2=H
If[2^(X-1)] < PWMCNT<= [2^X]-1 then PL1=L,PL2=L
(ii)FCNT=+N, -FCNT=-N (0<N=<2^(X-1)-1) 入力のとき
If 0 <= PWMCNT< N-1 then PL1=H,PL2=L
If N <= PWMCNT< [2^(X-1)]-1 then PL1=H,PL2=H
If[2^(X-1)] < PWMCNT< [2^(X-1)]+N-1 then PL1=H,PL2=L
If[2^(X-1)]+N< PWMCNT<= [2^X]-1 then PL1=L,PL2=L
(iii)FCNT=-N, -FCNT=+N (0<N=<2^(X-1)-1) 入力のとき
If 0 <= PWMCNT< N-1 then PL1=L,PL2=H
If N <= PWMCNT< [2^(X-1)]-1 then PL1=H,PL2=H
If[2^(X-1)] < PWMCNT< [2^(X-1)]+N-1 then PL1=L,PL2=H
If[2^(X-1)]+N< PWMCN<= [2^X]-1 then PL1=L,PL2=L
(i) When FCNT (PL1 indication value) = -FCNT (PL2 indication value) = 0 input
If 0 <= PWMCNT <[2 ^ (X-1)]-1 then PL1 = H, PL2 = H
If [2 ^ (X-1)] <PWMCNT <= [2 ^ X] -1 then PL1 = L, PL2 = L
(ii) FCNT = + N, -FCNT = -N (0 <N = <2 ^ (X-1) -1)
If 0 <= PWMCNT <N-1 then PL1 = H, PL2 = L
If N <= PWMCNT <[2 ^ (X-1)]-1 then PL1 = H, PL2 = H
If [2 ^ (X-1)] <PWMCNT <[2 ^ (X-1)] + N-1 then PL1 = H, PL2 = L
If [2 ^ (X-1)] + N <PWMCNT <= [2 ^ X] -1 then PL1 = L, PL2 = L
(iii) FCNT = -N, -FCNT = + N (0 <N = <2 ^ (X-1) -1)
If 0 <= PWMCNT <N-1 then PL1 = L, PL2 = H
If N <= PWMCNT <[2 ^ (X-1)]-1 then PL1 = H, PL2 = H
If [2 ^ (X-1)] <PWMCNT <[2 ^ (X-1)] + N-1 then PL1 = L, PL2 = H
If [2 ^ (X-1)] + N <PWMCN <= [2 ^ X] -1 then PL1 = L, PL2 = L

次に、本実施例のモータ駆動回路における電流検出回路を備えた出力ドライバ211,212の具体例とその動作を、図10および図11を用いて説明する。なお、図10には、出力ドライバ211,212のうちP側のドライバ211の構成が示されている。出力ドライバ212は211と同一の構成であるので、図示および説明を省略する。   Next, specific examples and operations of the output drivers 211 and 212 having the current detection circuit in the motor drive circuit of this embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG. 10 shows the configuration of the P-side driver 211 among the output drivers 211 and 212. Since the output driver 212 has the same configuration as 211, the illustration and description thereof are omitted.

本実施例の出力ドライバ211は、PWMパルス生成回路225から供給される駆動パルスPL1のスイッチングタイミングと、出力制御回路203から供給される制御信号に基づいて調整する波形調整部231と、出力駆動部232とからなる。また、出力制御回路203は、出力ドライバ211の電源電圧VDDと出力電圧VCMPとから出力電圧VCMPの遅延時間と遷移時間を検出する計測部233と、シリアルポート(SIO)201を介してコントローラ320から受け取った制御情報を保持するレジスタ部234と、レジスタ部234に保持されている制御情報と計測部233からの検出信号に基づいて上記波形調整部231に対する制御信号を生成する制御信号生成部235とからなる。   The output driver 211 of this embodiment includes a waveform adjustment unit 231 that adjusts based on the switching timing of the drive pulse PL1 supplied from the PWM pulse generation circuit 225 and the control signal supplied from the output control circuit 203, and an output drive unit 232. The output control circuit 203 also includes a measuring unit 233 that detects the delay time and transition time of the output voltage VCMP from the power supply voltage VDD and the output voltage VCMP of the output driver 211, and the controller 320 via the serial port (SIO) 201. A register unit 234 that holds the received control information; a control signal generation unit 235 that generates a control signal for the waveform adjustment unit 231 based on the control information held in the register unit 234 and the detection signal from the measurement unit 233; Consists of.

図10に示されているように、出力ドライバの出力駆動部232は、電源電圧端子VDDと接地点との間に直列に接続されコイルの一方の端子に駆動電圧VCMPを印加して電流を流す出力MOSトランジスタM11,M21と、M11,M21のゲート端子を駆動する差動アンプAMP1,AMP2と、上記波形調整部231からの信号と出力電圧VCMPを抵抗R9,R10で分圧した電圧とを入力とし上記コイル駆動用差動アンプAMP1,AMP2の入力信号を生成する電圧入力−電流出力型の差動増幅回路(以下、gmアンプと称する)AMP0などから構成されている。   As shown in FIG. 10, the output driver 232 of the output driver is connected in series between the power supply voltage terminal VDD and the ground point, and applies a drive voltage VCMP to one terminal of the coil to flow current. Output MOS transistors M11 and M21, differential amplifiers AMP1 and AMP2 that drive the gate terminals of M11 and M21, a signal from the waveform adjusting unit 231 and a voltage obtained by dividing the output voltage VCMP by resistors R9 and R10 are input. And a voltage input-current output type differential amplifier circuit (hereinafter referred to as a gm amplifier) AMP0 for generating input signals of the coil drive differential amplifiers AMP1 and AMP2.

また、差動アンプAMP1,AMP2は、自身の出力電圧すなわち出力MOSトランジスタM11,M21と、M11,M21のゲート電圧をそれぞれ抵抗R4とR5またはR7とR8で分圧した電圧が反転入力端子に印加されている。かかる構成の出力ドライバの駆動回路については、特開2003−52194号に類似の回路技術が開示されており、また本発明の要旨ではないので、詳細については説明を省略する。   Further, the differential amplifiers AMP1 and AMP2 apply their output voltages, that is, voltages obtained by dividing the output MOS transistors M11 and M21 and the gate voltages of M11 and M21 by resistors R4 and R5 or R7 and R8, respectively, to the inverting input terminal. Has been. Regarding the drive circuit of the output driver having such a configuration, a similar circuit technique is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-52194 and is not the gist of the present invention.

計測部233は、出力駆動部232の出力電圧VCMPと電源電圧VDDより少し低い基準電位とを入力とする電圧比較器CMP1と、出力駆動部232の出力電圧VCMPと接地電位GNDより少し高い基準電位とを入力とする電圧比較器CMP2と、電圧比較器CMP1の出力DLY1又は電圧比較器CMP2の出力DLY2とPWM駆動パルスPL1(PL2)とから出力電圧VCMPの遅延時間Td(図11参照)を検出するカウンタCNT1と、電圧比較器CMP1の出力DLY1と電圧比較器CMP2の出力DLY2とから出力電圧VCMPの遷移時間Tsを検出するカウンタCNT2などから構成されている。   The measurement unit 233 includes a voltage comparator CMP1 that receives the output voltage VCMP of the output drive unit 232 and a reference potential slightly lower than the power supply voltage VDD, and a reference potential slightly higher than the output voltage VCMP of the output drive unit 232 and the ground potential GND. The delay time Td (see FIG. 11) of the output voltage VCMP is detected from the voltage comparator CMP2 having the inputs of the output, the output DLY1 of the voltage comparator CMP1, the output DLY2 of the voltage comparator CMP2, and the PWM drive pulse PL1 (PL2). And a counter CNT2 for detecting the transition time Ts of the output voltage VCMP from the output DLY1 of the voltage comparator CMP1 and the output DLY2 of the voltage comparator CMP2.

制御信号生成部235は、レジスタ部234に保持されている制御情報と計測部233からの検出信号との差分をとる減算器もしくはディジタル比較器SUB1,SUB2と、差分に応じた制御コードCC1,CC2を生成して上記波形調整部231へ出力する補償器CPS1,CPS2などから構成されている。補償器CPS1,CPS2は、ディジタルフィルタで構成する。   The control signal generation unit 235 includes subtracters or digital comparators SUB1 and SUB2 that take the difference between the control information held in the register unit 234 and the detection signal from the measurement unit 233, and control codes CC1 and CC2 corresponding to the difference. Are generated from the compensators CPS1 and CPS2 and the like. The compensators CPS1 and CPS2 are constituted by digital filters.

波形調整部231は、補償器CPS1からの制御コードCC1に応じてPWM駆動パルスPL1を遅延させる遅延カウンタDLCと、直列に接続された一対の定電流源I1,I2およびこれらと直列に設けられたスイッチSW1,SW2と、電流源I1,I2の結合ノードN1と接地点との間に接続された容量素子C3などから構成されている。電流源I1,I2は、上記制御信号生成部235の補償器CPS2からの制御コードCC2に応じて電流値が変化されるようにされている。スイッチSW1とSW2はいずれか一方がオン状態にされるように制御され、スイッチSW1がオンされると電流源I1により容量素子C3が充電されて出力電圧PL1’が上昇し、スイッチSW2がオンされると電流源I2により容量素子C3が放電されることで出力電圧PL1’が下降する。その変化のスピードが電流源I1,I2の電流値で制御されることによって出力の変化速度(スロープ)すなわち遷移時間が調整される。   The waveform adjustment unit 231 is provided in series with a delay counter DLC that delays the PWM drive pulse PL1 according to the control code CC1 from the compensator CPS1, a pair of constant current sources I1 and I2 connected in series, and these. The switches SW1 and SW2 and the capacitive element C3 connected between the coupling node N1 of the current sources I1 and I2 and the ground point are included. The current sources I1 and I2 are configured such that the current value is changed according to the control code CC2 from the compensator CPS2 of the control signal generator 235. The switches SW1 and SW2 are controlled so that either one is turned on. When the switch SW1 is turned on, the capacitor C3 is charged by the current source I1, the output voltage PL1 ′ is increased, and the switch SW2 is turned on. Then, the capacitive element C3 is discharged by the current source I2, and the output voltage PL1 ′ decreases. The speed of change is controlled by the current values of the current sources I1 and I2, thereby adjusting the output change speed (slope), that is, the transition time.

このように、本実施例の出力ドライバ211(212)においては、PWMパルス生成回路225(226)から供給される駆動パルスPL1(PL2)のスイッチングタイミングと、計測部233による計測結果に基づいて波形調整部231において制御され、計測値がコントローラからの設定値に一致するようにフィードバックがかかる。そのため、図11に示されているように、遅延時間Tdと遷移時間Tsが次第に設定値に収束するようになる。なお、この実施例では、電流源I1,I2の電流値の切替えで出力の変化速度(スロープ)を制御するようにしているが、SW1、SW2、I1およびI2からなるスルーレート調整回路を省略しgmアンプAMP0のスルーレートを直接制御して遷移時間Tsを調整するように構成しても良い。   Thus, in the output driver 211 (212) of the present embodiment, the waveform is based on the switching timing of the drive pulse PL1 (PL2) supplied from the PWM pulse generation circuit 225 (226) and the measurement result by the measurement unit 233. It is controlled by the adjusting unit 231 and feedback is applied so that the measured value matches the set value from the controller. Therefore, as shown in FIG. 11, the delay time Td and the transition time Ts gradually converge to the set value. In this embodiment, the change rate (slope) of the output is controlled by switching the current values of the current sources I1 and I2, but the slew rate adjustment circuit composed of SW1, SW2, I1 and I2 is omitted. The transition time Ts may be adjusted by directly controlling the slew rate of the gm amplifier AMP0.

本実施例の出力ドライバ211(212)を適用すると、以下のような利点がある。   Applying the output driver 211 (212) of this embodiment has the following advantages.

図1に示されているように、磁気ディスク記憶装置においては、ボイスコイルモータ108とモータ駆動用IC(200)との間およびヘッド104を支持するアーム106に搭載してあるリード・ライト用ICと信号処理用IC(110)との間が信号線で接続される。この接続は、一般にFPCと呼ばれるフレキシブルなプリント配線ケーブル(図12参照)で行なわれており、途中で分岐されることでそれぞれの部品に結合される。そのため、このケーブルには、ボイスコイルモータ108とモータ駆動用IC(200)とを接続する配線と、リード・ライト用ICと信号処理用IC(110)とを接続する配線とが互いに隣接して設けられることとなる。   As shown in FIG. 1, in the magnetic disk storage device, a read / write IC mounted between the voice coil motor 108 and the motor driving IC (200) and on the arm 106 that supports the head 104. And a signal processing IC (110) are connected by a signal line. This connection is generally made by a flexible printed wiring cable called FPC (see FIG. 12), and is connected to each component by being branched in the middle. Therefore, in this cable, the wiring connecting the voice coil motor 108 and the motor driving IC (200) and the wiring connecting the read / write IC and the signal processing IC (110) are adjacent to each other. Will be provided.

磁気ヘッド104により読み出されたヘッドのポジショニング信号はアーム106上のリード・ライト用IC内のプリアンプで増幅され、信号処理回路110へフレキシブルケーブル400の信号線411を介して供給される。また、本実施例の出力ドライバを有するモータ駆動回路200からボイスコイルモータ108への駆動電圧(VCMPとVCMN)の供給も同一のケーブルの信号線431,432で行なわれる。従って、例えば図12に示すように、フレキシブルケーブル(FPC)400の信号線411と431,432との間に存在する浮遊容量Cs1、Cs2によって、ボイスコイルモータの駆動電圧VCMPとVCMNのスイッチングノイズがポジション信号に結合し、位置決め制御精度を悪化させるおそれがある。   The head positioning signal read by the magnetic head 104 is amplified by a preamplifier in the read / write IC on the arm 106 and supplied to the signal processing circuit 110 via the signal line 411 of the flexible cable 400. Further, the drive voltages (VCMP and VCMN) are supplied from the motor drive circuit 200 having the output driver of this embodiment to the voice coil motor 108 through the signal lines 431 and 432 of the same cable. Therefore, for example, as shown in FIG. 12, the floating noises Cs1 and Cs2 existing between the signal lines 411 and 431 and 432 of the flexible cable (FPC) 400 cause the switching noise of the voice coil motor drive voltages VCMP and VCMN. There is a possibility that the positioning control accuracy is deteriorated by coupling to the position signal.

磁気ディスクのヘッドシーク時は高速動作が要求されるため、ボイスコイルモータの駆動電流Ivcmは大きく(最大2A程度)なるが、比較的、ポジション信号の読み出し精度に関してはトラックフォロー時ほどシビアではない。反対にヘッドのトラックフォロー時はボイスコイルモータの駆動電流Ivcm自体は小さい(数10mA程度)が、オントラック状態を維持するためにポジショニング信号の読み出し精度は厳しい。また、トラックフォロー時はポジショニング信号と読み出しデータ信号が同一配線で時系列に交互に出力されるため、本カップリングノイズの重畳は読み出し信号のエラーレートの悪化をもたらす。さらに、コイル駆動電圧VCMPとVCMNが同時に同一方向に変化すると、ポジション信号に結合するノイズがさらに大きくなるおそれがある。   Since high-speed operation is required during head seek of the magnetic disk, the drive current Ivcm of the voice coil motor is large (up to about 2 A), but the read accuracy of the position signal is relatively less severe than the track follow. On the other hand, when the head track follows, the drive current Ivcm of the voice coil motor itself is small (about several tens of mA), but the positioning signal readout accuracy is severe to maintain the on-track state. Further, since the positioning signal and the read data signal are alternately output in time series on the same wiring during the track follow, the superposition of this coupling noise causes the error rate of the read signal to deteriorate. Furthermore, if the coil drive voltages VCMP and VCMN change simultaneously in the same direction, noise coupled to the position signal may be further increased.

そこで、本実施例では、図13に示すように、電流指令値Icmdが大きいヘッドシーク時はスイッチングロス低減を優先するため、ボイスコイルモータのコイル駆動電圧VCMPとVCMNの変化速度(スロープ)を急峻にし、電流指令値Icmdが小さいトラックフォロー時はカップリングノイズ抑制を優先させるため、ボイスコイルモータの駆動電圧VCMPとVCMNの変化速度(スロープ)を緩やかにするようにしている。このスロープの切り替えによって装置の消費電力の増加を抑えつつ、ケーブルでのカップリングノイズの発生を少なくすることができる実用的なVCMドライバを実現することができる。なお、ヘッドシーク時とトラックフォロー時における駆動電圧のスロープの切り替えは、ボイスコイルモータの駆動電流指示値Icmdの絶対値の大きさに応じて決定してもよいし、位置決め制御系のモード切替信号を利用して行なうようにしても良い。   Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 13, when the head seek has a large current command value Icmd, priority is given to the reduction of switching loss, so the change speed (slope) of the coil drive voltages VCMP and VCMN of the voice coil motor is steep. In order to prioritize coupling noise suppression during track follow with a small current command value Icmd, the change speeds (slopes) of the drive voltages VCMP and VCMN of the voice coil motor are made gentle. By switching the slope, it is possible to realize a practical VCM driver capable of reducing the generation of coupling noise in the cable while suppressing an increase in power consumption of the apparatus. Note that switching of the slope of the drive voltage during head seek and track follow may be determined according to the magnitude of the absolute value of the drive current instruction value Icmd of the voice coil motor, or a mode switching signal of the positioning control system You may make it carry out using.

次に、ボイスコイルモータのコイルに流れる電流を検出する電流検出回路の実施例について説明する。図1の実施例のボイスコイルモータ駆動回路は、従来の駆動回路と同様にモータのコイルと直列に接続されたセンス用抵抗で生じる電圧降下を検出することでモニタすることも可能であるが、本実施例では、ドライバ211,212の出力MOSトランジスタ(図10のM11,M21等)に流れる電流をカレントミラー方式で再現し、再現された電流をモータのコイルとは無関係に設けられたセンス用抵抗に流して、この抵抗で生じる電圧降下を検出することでモニタするようにしたコイル電流検出回路をドライバ211,212に設けている。   Next, an embodiment of a current detection circuit that detects a current flowing in the coil of the voice coil motor will be described. The voice coil motor drive circuit of the embodiment of FIG. 1 can be monitored by detecting a voltage drop caused by a sense resistor connected in series with the motor coil in the same manner as the conventional drive circuit. In the present embodiment, the current flowing through the output MOS transistors (M11, M21, etc. in FIG. 10) of the drivers 211 and 212 is reproduced by a current mirror method, and the reproduced current is provided for sensing independent of the motor coil. A coil current detection circuit is provided in the drivers 211 and 212 so as to monitor the voltage drop caused by the resistance flowing through the resistor.

図15に、コイル電流検出回路の具体的な回路例を示す。   FIG. 15 shows a specific circuit example of the coil current detection circuit.

図15は出力MOSM11,M21,M31,M41からコイルLvcmに電流を供給して駆動するHブリッジ型のモータ回路であり、符号Lvcmが付されているのはボイスコイルモータのコイル、RLはコイルの寄生抵抗成分を示したもので、センス用抵抗Rsnsではない。図15にはセンス用抵抗Rsnsは図示されていない。図10に示されているgmアンプAMP0や誤差アンプAMP1,AMP2も図15には示されていない。図15において、コイルLvcmの右側に示されているのは上側(P側)のドライバ211に対応する電流検出回路、コイルLvcmの左側に示されているのは下側(N側)のドライバ212に対応する電流検出回路である。   FIG. 15 shows an H-bridge type motor circuit that is driven by supplying current to the coil Lvcm from the output MOSs M11, M21, M31, and M41. The symbol Lvcm is attached to the coil of the voice coil motor, and RL is the coil. The parasitic resistance component is shown, not the sense resistor Rsns. FIG. 15 does not show the sense resistor Rsns. The gm amplifier AMP0 and the error amplifiers AMP1 and AMP2 shown in FIG. 10 are also not shown in FIG. In FIG. 15, the current detection circuit corresponding to the upper (P side) driver 211 is shown on the right side of the coil Lvcm, and the lower (N side) driver 212 is shown on the left side of the coil Lvcm. Is a current detection circuit corresponding to.

コイルLvcmの一方の端子(図では右側)にドレイン端子が接続されたMOSトランジスタM11,M21は上側(P側)のドライバ211の出力MOSトランジスタであり、これらの出力MOSトランジスタM11,M21のゲートが、図10の差動アンプAMP1,AMP2の出力電圧VCMPU,VCMPLによって駆動される。また、M31,M41は下側(N側)のドライバ212の出力MOSトランジスタであり、これらの出力MOSトランジスタM31,M41のゲートは、図10のドライバと同様な構成されたドライバの誤差アンプ(AMP1,AMP2に対応)の出力電圧VCMNU,VCMNLによって駆動される。   The MOS transistors M11 and M21 whose drain terminals are connected to one terminal (right side in the figure) of the coil Lvcm are the output MOS transistors of the upper (P side) driver 211, and the gates of these output MOS transistors M11 and M21 are , Driven by the output voltages VCMPU and VCMPL of the differential amplifiers AMP1 and AMP2 in FIG. M31 and M41 are output MOS transistors of the lower (N-side) driver 212. The gates of these output MOS transistors M31 and M41 are driver error amplifiers (AMP1) configured similarly to the driver of FIG. , Corresponding to AMP2) and output voltage VCMNU, VCMNL.

この実施例のコイル電流検出回路は、上記各出力MOSトランジスタM11,M21,M31,M41と並列に設けられそれぞれそれらのゲート端子に印加される電圧VCMPU,VCMPL,VCMNU,VCMNLと同一の電圧がゲート端子に印加されてドレイン電流をモニタするMOSトランジスタM12,M22,M32,M42を備えており、M11とM12、M21とM22、M31とM32、M41とM42はそれぞれサイズ(ゲート幅)がm:1に設定されることにより、M12,M22,M32,M42にはM11,M21,M31,M41に流れるドレイン電流の1/mの大きさのドレイン電流が流れるようにされている。   The coil current detection circuit of this embodiment is provided in parallel with each of the output MOS transistors M11, M21, M31, M41 and has the same voltage as the voltages VCMPU, VCMPL, VCMNU, VCMNL applied to their gate terminals. MOS transistors M12, M22, M32, and M42 that are applied to the terminals and monitor the drain current are provided. M11 and M12, M21 and M22, M31 and M32, and M41 and M42 each have a size (gate width) of m: 1. Thus, a drain current having a magnitude of 1 / m of the drain current flowing through M11, M21, M31, and M41 flows through M12, M22, M32, and M42.

図15から分かるように、上記各出力MOSトランジスタM11,M21,M31,M41にはそれぞれ上記モニタ用MOSトランジスタM12,M22,M32,M42を含む同一構成のモニタ回路が設けられている。そこで、以下、出力MOSトランジスタM11に対応したモニタ回路について説明し、M21,M31,M41に対応したモニタ回路については説明を省略する。   As can be seen from FIG. 15, each of the output MOS transistors M11, M21, M31, and M41 is provided with a monitor circuit having the same configuration including the monitor MOS transistors M12, M22, M32, and M42. Therefore, the monitor circuit corresponding to the output MOS transistor M11 will be described below, and the description of the monitor circuits corresponding to M21, M31, and M41 will be omitted.

モニタ用MOSトランジスタM12には、これと直列にMOSトランジスタM13とM14が接続されているとともに、M11のゲート端子に印加される電圧VCMPU,VCMPL,VCMNU,VCMNLと同一の電圧がゲート端子に印加され、M11と同一サイズを有し同一の電流が流れるMOSトランジスタM15が設けられている。そして、このMOSトランジスタM15と直列にMOSトランジスタM16とM17が接続され、このうちM17はドレインとゲートが結合されたダイオード接続とされているとともに、M17とM14のゲート端子が互いに接続されてカレントミラー回路を構成している。MOSトランジスタM17とM14は同一のサイズとされる。   The MOS transistor M13 and M14 are connected in series to the monitoring MOS transistor M12, and the same voltage as the voltages VCMPU, VCMPL, VCMNU, and VCMNL applied to the gate terminal of M11 is applied to the gate terminal. , A MOS transistor M15 having the same size as M11 and flowing the same current is provided. In addition, MOS transistors M16 and M17 are connected in series with the MOS transistor M15. Among these, M17 has a diode connection in which the drain and the gate are coupled, and the gate terminals of M17 and M14 are connected to each other to connect the current mirror. The circuit is configured. MOS transistors M17 and M14 have the same size.

また、上記MOSトランジスタM13,M16のゲート端子には、それぞれ誤差アンプAMP11,AMP12の出力電圧が印加されている。ここで、誤差アンプAMP11は、非反転入力端子にモニタ用MOSトランジスタM12のソース電圧が印加され、反転入力端子には駆動用MOSトランジスタM11のソース電圧よりも所定の電圧Voffだけ低い電圧が印加されている。これにより、MOSトランジスタM12は、誤差アンプAMP11とMOSM13からなる負帰還ループの作用により、そのソース電圧が駆動用MOSトランジスタM11のソース電圧よりもVoffだけ低い電圧になるように制御される。上記動作により駆動用MOSM11の動作状態とモニタ用MOSM12の動作状態が完全に一致し、同MOSトランジスタがON抵抗領域で動作している限りにおいて、精度の良いカレントミラーが形成される。   The output voltages of the error amplifiers AMP11 and AMP12 are applied to the gate terminals of the MOS transistors M13 and M16, respectively. Here, in the error amplifier AMP11, the source voltage of the monitoring MOS transistor M12 is applied to the non-inverting input terminal, and a voltage lower than the source voltage of the driving MOS transistor M11 by a predetermined voltage Voff is applied to the inverting input terminal. ing. As a result, the MOS transistor M12 is controlled so that its source voltage becomes Voff lower than the source voltage of the driving MOS transistor M11 by the action of the negative feedback loop including the error amplifiers AMP11 and MOSM13. As long as the operation state of the driving MOS M11 and the operation state of the monitoring MOS M12 are completely matched by the above operation and the MOS transistor operates in the ON resistance region, an accurate current mirror is formed.

一方、誤差アンプAMP12は、非反転入力端子にMOSトランジスタM15のソース電圧が印加され、反転入力端子には電源電圧VDDよりも所定の電圧(オフセット電圧)Voffだけ低い電圧が印加されている。これにより、MOSトランジスタM16は、誤差アンプAMP12とMOSM16からなる負帰還ループの作用により、そのソース電圧が電源電圧VDDよりもVoffだけ低い電圧になるように制御される。そして、このMOSトランジスタM16のドレイン電流がMOSトランジスタM17に流され、カレントミラーによってMOSトランジスタM14に転写される。その結果、MOSトランジスタM13に流れるドレイン電流とM14に流れるドレイン電流の差分が検出電流Isnsとして出力され、これがセンス抵抗Rsns(図2参照)へ流されるようになっている。   On the other hand, in the error amplifier AMP12, the source voltage of the MOS transistor M15 is applied to the non-inverting input terminal, and a voltage lower than the power supply voltage VDD by a predetermined voltage (offset voltage) Voff is applied to the inverting input terminal. Thus, the MOS transistor M16 is controlled so that its source voltage is lower than the power supply voltage VDD by Voff by the action of the negative feedback loop composed of the error amplifier AMP12 and the MOSM16. Then, the drain current of the MOS transistor M16 is supplied to the MOS transistor M17 and transferred to the MOS transistor M14 by the current mirror. As a result, the difference between the drain current flowing in the MOS transistor M13 and the drain current flowing in M14 is output as the detection current Isns, and this is passed to the sense resistor Rsns (see FIG. 2).

上記のように誤差アンプAMP11とMOSトランジスタM13を設けてM12のソース電圧をM11のソース電圧よりもVoffだけ低くしているのは、モータのコイルLvcmをPWM駆動した際の電力回生期間中に出力MOSトランジスタM11のソース電圧が電源電圧VDDよりも高くなって逆向きのドレイン電流が流れるが、モニタ用MOSトランジスタM12は回路構成上、逆向きのドレイン電流を流せないためである。オフセット電圧Voffは、PWM駆動した際の電力回生期間中の出力MOSトランジスタM11に逆向きのドレイン電流が流される状態においても、M12には逆向きの電流が流れないようにできる電圧に設定される。これによって、モニタ用MOSトランジスタM12には出力MOSトランジスタM11にドレイン電流がゼロになる場合にも所定の電流Ioffが流れるようになる。   As described above, the error amplifier AMP11 and the MOS transistor M13 are provided so that the source voltage of M12 is lower than the source voltage of M11 by Voff because the output is performed during the power regeneration period when the motor coil Lvcm is PWM-driven. This is because the drain voltage in the reverse direction flows because the source voltage of the MOS transistor M11 becomes higher than the power supply voltage VDD, but the reverse drain current cannot flow in the monitoring MOS transistor M12 due to the circuit configuration. The offset voltage Voff is set to a voltage that prevents a reverse current from flowing through M12 even when a reverse drain current flows through the output MOS transistor M11 during the power regeneration period when PWM driving is performed. . As a result, a predetermined current Ioff flows through the monitoring MOS transistor M12 even when the drain current of the output MOS transistor M11 becomes zero.

ただし、このままモニタ用MOSトランジスタM12の電流をセンス抵抗Rsnsへ流したのでは、オフセット電圧Voffによって生じる余分な電流(オフセット電流Ioff)が加算されているため、正しい検出電流を流すことができない。そこで、M15とM16と誤差アンプAMP12によってオフセット電圧Voffによって生じるオフセット電流Ioffのみを生じさせ、カレントミラーでMOSトランジスタM14に転写させ、MOSトランジスタM13に流れるドレイン電流からM14に流れるオフセット電流Ioffを差し引いた分を検出電流として出力させることによって、オフセットをキャンセルするようにしている。   However, if the current of the monitoring MOS transistor M12 is allowed to flow to the sense resistor Rsns as it is, an excess current (offset current Ioff) generated by the offset voltage Voff is added, so that a correct detection current cannot be flowed. Therefore, only the offset current Ioff generated by the offset voltage Voff is generated by M15, M16 and the error amplifier AMP12, transferred to the MOS transistor M14 by the current mirror, and the offset current Ioff flowing in M14 is subtracted from the drain current flowing in the MOS transistor M13. The offset is canceled by outputting the minute as the detection current.

さらに、この実施例のコイル電流検出回路においては、誤差アンプAMP11,AMP12〜AMP41,AMP42を、イネーブル信号EN,/ENによって所定のタイミングで活性化させることによって、同時に複数の検出回路から検出電流が出力されないようにして、誤ったコイル電流の検出を防止するように構成されている。以下、そのような動作を、図16〜図18を用いて説明する。   Further, in the coil current detection circuit of this embodiment, the error amplifiers AMP11, AMP12 to AMP41, AMP42 are activated at a predetermined timing by the enable signals EN, / EN, so that the detection currents are simultaneously generated from a plurality of detection circuits. It is configured to prevent detection of an erroneous coil current by preventing output. Hereinafter, such an operation will be described with reference to FIGS.

図16は、実施例のモータ駆動回路において、ドライバ211,212の出力VCMP,VCMNが、コイルに図15の矢印の向きつまり右から左へ向かって電流を流すように出力MOSトランジスタM11,M21,M31,M41がオン・オフ制御されているときのコイルの電流Ivcm、M11,M21,M31,M41のドレイン電流Id、イネーブル信号EN,/EN、検出電流Isnsの変化が示されている。コイル電流Ivcmが図15の矢印の向きに流れるこの制御状態においては、VCMP−VCMN>0の期間に出力MOSトランジスタM11とM41がオンされて、コイルには図15に矢印(1)で示すような方向に有効な駆動電流が流されるが、次にM11がオンのままM41がオンからオフへ、M31がオフからオンへ切り替わると矢印(2)のような電流が流れる。   FIG. 16 shows the output MOS transistors M11, M21, and the outputs VCMP and VCMN of the drivers 211 and 212 in the motor driving circuit of the embodiment so that current flows through the coils in the direction of the arrow in FIG. Changes in coil current Ivcm, drain current Id of M11, M21, M31, and M41, enable signals EN and / EN, and detection current Isns when M31 and M41 are on / off controlled are shown. In this control state in which the coil current Ivcm flows in the direction of the arrow in FIG. 15, the output MOS transistors M11 and M41 are turned on during the period of VCMP-VCMN> 0, and the coil is indicated by the arrow (1) in FIG. An effective drive current flows in any direction, but when M41 is switched from on to off and M31 is switched from off to on while M11 is on, a current as indicated by an arrow (2) flows.

その後、M11がオンのままM41がオフからオンへ、M31がオンからオフへ切り替わってコイルに再び矢印(1)のような有効な駆動電流が流された後、M11がオンからオフへ、M21がオフからオンへ切り替わって矢印(3)のような電流が流れる。それから、M41がオンのままM11がオフからオンへ、M21がオンからオフへ切り替わってコイルに再び矢印(1)のような有効な駆動電流が流れる。ところが、M41がオフからオンへまたM31がオンからオフへ切り替わって電流が(2)から(1)へ切り替わる際にも一瞬M31とM41にリカバリ電流が流れるとともに、M11がオフからオンへまたM21がオンからオフへ切り替わって電流が(3)から(1)へ切り替わる際に一瞬M11とM21にリカバリ電流が流れる。したがって、このようなリカバリ電流が流れているときにその相の電流を検出すると誤差を生じてしまう。   After that, M41 is switched from OFF to ON while M11 is ON, M31 is switched from ON to OFF, and an effective drive current as shown by the arrow (1) is again supplied to the coil, and then M11 is switched from ON to OFF. Switches from off to on and a current as shown by arrow (3) flows. Then, while M41 is on, M11 is switched from off to on, and M21 is switched from on to off, so that an effective drive current as shown by the arrow (1) flows through the coil again. However, when M41 is switched from OFF to ON and M31 is switched from ON to OFF and the current is switched from (2) to (1), a recovery current flows through M31 and M41 for a moment, and M11 is switched from OFF to ON. When the current switches from on to off and the current switches from (3) to (1), a recovery current flows through M11 and M21 for a moment. Therefore, if such a recovery current is flowing, an error will occur if the current of that phase is detected.

そこで、この実施例では、イネーブル信号EN,/ENによってTS1の期間はアンプAMP11,AMP12を、またTS2の期間はアンプAMP41,AMP42をそれぞれ活性化させて、出力駆動トランジスタの電圧が遷移している期間中の電流検出を避け、常にON抵抗状態にある出力駆動トランジスタのみから電流検出を行なうことで正しい電流を検出できるようにしている。しかも期間TS1およびTS2を同一時間とすることによりVCMP側の検出値とVCMN側の検出値の平均化をはかり、VCMP側およびVCMN側の両検出回路間で生じるオフセットと利得のばらつきを低減している。   Therefore, in this embodiment, the amplifiers AMP11 and AMP12 are activated during the period TS1 by the enable signals EN and / EN, and the amplifiers AMP41 and AMP42 are activated during the period TS2, so that the voltage of the output drive transistor transitions. Current detection during the period is avoided, and current detection is performed only from the output drive transistor always in the ON resistance state, so that a correct current can be detected. Moreover, by setting the periods TS1 and TS2 to the same time, the detection values on the VCMP side and the detection values on the VCMN side are averaged, and variations in offset and gain occurring between both detection circuits on the VCMP side and the VCMN side are reduced. Yes.

図17は、実施例のモータ駆動回路において、ドライバ211,212の出力VCMP,VCMNが、コイルに図15の矢印と逆の向きつまり左から右へ向かって電流を流すように出力MOSトランジスタM11,M21,M31,M41がオン・オフ制御されているときのコイルの電流Ivcm、M11,M21,M31,M41のドレイン電流、イネーブル信号EN,/EN、検出電流Isnsの変化が示されている。コイル電流Ivcmが図15の矢印と逆の向きに流れる制御状態においては、VCMP−VCMN<0の期間に出力MOSトランジスタM31とM21がオンされて、コイルには矢印(4)のような有効な駆動電流が流されるが、M21がオフからオンへまたM11がオンからオフへ切り替わる際に一瞬M11とM21にリカバリ電流が流れ、M31がオフからオンへまたM41がオンからオフへ切り替わる際に一瞬M31とM41にリカバリ電流が流れる。従って、このようなリカバリ電流が流れているときにその相の電流を検出すると誤差を生じてしまう。   FIG. 17 shows an output MOS transistor M11, so that the outputs VCMP, VCMN of the drivers 211, 212 in the motor drive circuit of the embodiment flow through the coils in a direction opposite to the arrow in FIG. 15, that is, from left to right. Changes in coil current Ivcm, drain currents of M11, M21, M31, and M41, enable signals EN and / EN, and detection current Isns when M21, M31, and M41 are on / off controlled are shown. In the control state in which the coil current Ivcm flows in the direction opposite to the arrow in FIG. 15, the output MOS transistors M31 and M21 are turned on during the period of VCMP-VCMN <0, and the coil has an effective value as indicated by the arrow (4). A drive current flows, but when M21 switches from OFF to ON and M11 switches from ON to OFF, a recovery current flows through M11 and M21 for a moment, and when M31 switches from OFF to ON and M41 switches from ON to OFF for a moment. A recovery current flows through M31 and M41. Accordingly, when such a recovery current is flowing, detecting a current of that phase causes an error.

そこで、この実施例では、イネーブル信号EN,/ENによってTS3の期間はアンプAMP21,AMP22を、またTS4の期間はアンプAMP31,AMP32をそれぞれ活性化させて、出力駆動トランジスタの電圧が遷移している期間中の電流検出を避け、常にON抵抗状態にある出力駆動トランジスタのみから電流検出を行なうことで正しい電流を検出できるようにしている。しかも期間TS3およびTS4を同一時間とすることによりVCMP側の検出値とVCMN側の検出値の平均化をはかり、VCMP側およびVCMN側の両検出回路間で生じるオフセットと利得のばらつきを低減している。   Therefore, in this embodiment, the amplifiers AMP21 and AMP22 are activated during the period TS3 by the enable signals EN and / EN, and the amplifiers AMP31 and AMP32 are activated during the period TS4, so that the voltage of the output drive transistor transitions. Current detection during the period is avoided, and current detection is performed only from the output drive transistor always in the ON resistance state, so that a correct current can be detected. In addition, by setting the periods TS3 and TS4 to be the same time, the detection value on the VCMP side and the detection value on the VCMN side are averaged, and variations in offset and gain occurring between both detection circuits on the VCMP side and the VCMN side are reduced. Yes.

さらに、この実施例の電流検出回路においては、出力MOSトランジスタM11,M21,M31,M41のオン・オフ切替え時に制御信号VCMPU〜VCMNLのわずかなずれで上側のMOSトランジスタM11と下側のM21あるいはM31とM41が同時にオン状態にされると非常に大きな貫通電流が流れてしまうおそれがあるので、M11とM21あるいはM31とM41が同時にオン状態にならないように制御信号VCMPU〜VCMNLのタイミングが調整されている。   Further, in the current detection circuit of this embodiment, when the output MOS transistors M11, M21, M31, and M41 are switched on / off, the upper MOS transistor M11 and the lower M21 or M31 are shifted by a slight deviation of the control signals VCMPU to VCMNL. When M41 and M41 are turned on at the same time, a very large through current may flow. Therefore, the timing of the control signals VCMPU to VCMNL is adjusted so that M11 and M21 or M31 and M41 are not turned on at the same time. Yes.

ただし、このようにすると、例えば出力MOSトランジスタM11とM41がオンされてコイルに図15の(1)のような電流が流れているときにM41がオン状態からオフ状態にされた直後はM31もオフであるため、M41の基体ダイオードを通して電流が流れ、コイルの端子電圧VCMP,VCMNには図18(c),(d)に丸印で示すようなところに、不一致部分が現われる。このような電流が流れてVCMP,VCMNに不一致部分が現われたとしても、コイルの電流の向きと駆動電圧の極性とが一致している場合には、基本的には出力MOSがフルオンしている際の電流検出となるため図15の回路により電流を正しく検出することができる。但し、遷移期間がゆっくりで、期間Ts1および期間Ts2の開始時点で、VCMPおよびVCMNの出力がそれぞれ遷移し終えてない場合は多少の検出誤差を生じる。   However, if this is done, for example, when the output MOS transistors M11 and M41 are turned on and a current such as (1) in FIG. Since it is off, a current flows through the base diode of M41, and inconsistent portions appear in the coil terminal voltages VCMP and VCMN as shown by circles in FIGS. 18 (c) and 18 (d). Even if such a current flows and a mismatched portion appears in VCMP and VCMN, if the direction of the coil current and the polarity of the drive voltage match, the output MOS is basically fully turned on. Therefore, the current can be correctly detected by the circuit of FIG. However, if the transition period is slow and the outputs of VCMP and VCMN have not finished transitioning at the start of the period Ts1 and Ts2, a slight detection error occurs.

ところが、本発明の駆動対象となる負荷は誘導性のコイルを前提にしているため、VCMP-VCMNの差動駆動電圧に比べて負荷コイルの駆動電流Ivcmの位相は遅れを生じる。このため、駆動電流の極性を切り替えた直後は一定期間、駆動電圧と駆動電流の極性が反転する。また、負荷がボイスコイルモータのコイルの場合、モータの逆器電圧B-EMFの影響によって駆動電圧と駆動電流の極性が反転する期間が存在する。本極性反転期間中(電圧と電流の極性不一致時)は、出力駆動段の上下の出力MOSトランジスタ切替えのため図18に示すTdtの期間(以下、デッドタイムと称する)は出力段の電位が遷移した後に生じるため、相選択信号としてのイネーブル信号ENの切り替わりと一致してしまう。このため、デッドタイムTdtの間は電流検出相の出力MOSトランジスタがオンせず電流検出が出来ないことが分かった。   However, since the load to be driven according to the present invention is based on an inductive coil, the phase of the drive current Ivcm of the load coil is delayed compared to the differential drive voltage of VCMP-VCMN. For this reason, immediately after switching the polarity of the drive current, the polarity of the drive voltage and the drive current is inverted for a certain period. When the load is a coil of a voice coil motor, there is a period in which the polarity of the drive voltage and the drive current is reversed due to the influence of the reverse voltage B-EMF of the motor. During this polarity inversion period (when the polarity of voltage and current does not match), the output stage potential changes during the period of Tdt shown in FIG. Therefore, it coincides with the switching of the enable signal EN as the phase selection signal. For this reason, it was found that during the dead time Tdt, the output MOS transistor in the current detection phase was not turned on and current detection was not possible.

そこで、この実施例では、図15のコイル電流検出回路内の誤差アンプAMP11,AMP21,AMP31,AMP41を、図19に示すような、制御信号HOLDPまたはHOLDNに応じて出力レベルを保持可能なホールド機能付き誤差アンプで構成し、このアンプを図20に示すような論理回路からの制御信号HOLDPまたはHOLDNによって動作させ所定の期間、直前の検出電流値を保持させるように構成することで、上述したような不具合を回避することができるようにした。図20の論理回路(デッドタイム判定回路)は、図2の出力制御回路203に設けておくようにすることができる。   Therefore, in this embodiment, the error amplifiers AMP11, AMP21, AMP31, and AMP41 in the coil current detection circuit of FIG. 15 can hold the output level according to the control signal HOLDP or HOLDN as shown in FIG. As described above, it is configured by an error amplifier with an error, and this amplifier is operated by a control signal HOLDP or HOLDN from a logic circuit as shown in FIG. 20 so as to hold the previous detected current value for a predetermined period. It was made possible to avoid various problems. The logic circuit (dead time determination circuit) in FIG. 20 can be provided in the output control circuit 203 in FIG.

図19の誤差アンプは、定電流源CI1とMOSトランジスタMop1〜Mop4とからなる差動増幅段と、定電流源CI2とMOSトランジスタMop5とからなる出力段との間にゲート端子に制御信号HOLDPまたはHOLDNが入力されるスイッチMOSトランジスタMop6,Mop7が直列に接続されており、制御信号HOLDPまたはHOLDNがハイレベルのときはMop6,Mop7がオン状態になって通常の差動アンプとして動作し、制御信号HOLDPまたはHOLDNがロウレベルのときはMop6,Mop7がオフ状態になって直前の電圧が容量Cc2とCc1に保持されることにより、出力電圧OUTが直前のレベル状態を保持できるようにされる。   The error amplifier of FIG. 19 has a control signal HOLDP or a control signal at the gate terminal between a differential amplification stage composed of a constant current source CI1 and MOS transistors Mop1 to Mop4 and an output stage composed of a constant current source CI2 and MOS transistor Mop5. Switch MOS transistors Mop6 and Mop7 to which HOLDN is input are connected in series. When the control signal HOLDP or HOLDN is at a high level, Mop6 and Mop7 are turned on and operate as a normal differential amplifier. When HOLDP or HOLDN is at a low level, Mop6 and Mop7 are turned off and the immediately preceding voltages are held in the capacitors Cc2 and Cc1, so that the output voltage OUT can hold the immediately preceding level state.

図20のデッドタイム判定回路は、出力MOSトランジスタM11の制御信号VCMPUとM11が十分オンできるしきい値電圧VthHPとを比較するコンパレータComp1と、出力MOSトランジスタM21の制御信号VCMPLとM21が十分オンできるしきい値電圧VthLPとを比較するコンパレータComp2と、出力MOSトランジスタM41の制御信号VCMNLとM41が十分オンできるしきい値電圧VthLNとを比較するコンパレータComp3と、出力MOSトランジスタM31の制御信号VCMNUとM31が十分オンできるしきい値電圧VthHPとを比較するコンパレータComp4と、前記コンパレータComp1とComp2の出力およびイネーブル信号ENを入力とするNANDゲートG1と、前記コンパレータComp3とComp4の出力およびイネーブル信号ENの反転信号/ENを入力とするNANDゲートG2とから構成されている。   In the dead time determination circuit of FIG. 20, the comparator Comp1 for comparing the control signal VCMPU of the output MOS transistor M11 and the threshold voltage VthHP at which M11 can be sufficiently turned on, and the control signals VCMPL and M21 of the output MOS transistor M21 can be sufficiently turned on. A comparator Comp2 for comparing the threshold voltage VthLP, a comparator Comp3 for comparing the control voltage VCMNL of the output MOS transistor M41 and a threshold voltage VthLN at which M41 can be sufficiently turned on, and control signals VCMNU and M31 of the output MOS transistor M31 Comparator Comp4 for comparing the threshold voltage VthHP that can be turned on sufficiently, the NAND gate G1 that receives the outputs of the comparators Comp1 and Comp2 and the enable signal EN, and the outputs of the comparators Comp3 and Comp4 and the inversion of the enable signal EN Input signal / EN NAND gate G2.

図16の各出力MOSトランジスタM11,M21,M31,M41のゲート電圧VCMPUとVCMPLがそれぞれしきい値電圧VthHP,VthLPよりも低く、またVCMNUとVCMNLがVthHN,VthLNよりも低くなると、該当する出力MOSトランジスタがオフ状態にあると判断し、対応するコンパレータの出力はハイレベルになる。そして、コンパレータComp1とComp2とイネーブル信号ENがすべてハイレベルになるとNANDゲートG1の出力HOLDPがロウレベルにされ、図16のアンプAMP11とAMP21がホールド状態となる。   When the gate voltages VCMPU and VCMPL of the output MOS transistors M11, M21, M31 and M41 in FIG. 16 are lower than the threshold voltages VthHP and VthLP, respectively, and when VCMNU and VCMNL are lower than VthHN and VthLN, the corresponding output MOS It is determined that the transistor is in the off state, and the output of the corresponding comparator becomes high level. When all of the comparators Comp1 and Comp2 and the enable signal EN become high level, the output HOLDP of the NAND gate G1 becomes low level, and the amplifiers AMP11 and AMP21 in FIG. 16 are in the hold state.

また、コンパレータComp3とComp4がハイレベルになりイネーブル信号ENがロウレベル(/ENは"H")になるとNANDゲートG2の出力HOLDNがロウレベルにされ、図16のアンプAMP31とAMP41がホールド状態となる。上記参照値VthHPとVthLP,VthLN,VthHNはそれぞれ、出力制御回路203内に設けられた基準電流源Iref1,Iref2,Iref3と抵抗Rref1,Rref2,Rref3とからなる参照電圧生成回路RVGより与えられ、各出力トランジスタがフルオンできるゲートソース間電圧に相当する参照電圧VthHP,VthLP(=VthLN),VthHNは予め各出力トランジスタのしきい値電圧、相互コンダクタンスおよび駆動電流の設計値に基づいて決定される。   Further, when the comparators Comp3 and Comp4 become high level and the enable signal EN becomes low level (/ EN is "H"), the output HOLDN of the NAND gate G2 becomes low level, and the amplifiers AMP31 and AMP41 in FIG. 16 are held. The reference values VthHP, VthLP, VthLN, and VthHN are respectively supplied from a reference voltage generation circuit RVG including reference current sources Iref1, Iref2, Iref3 and resistors Rref1, Rref2, Rref3 provided in the output control circuit 203. Reference voltages VthHP, VthLP (= VthLN), and VthHN corresponding to gate-source voltages at which the output transistors can be fully turned on are determined in advance based on the threshold voltage, mutual conductance, and drive current design values of each output transistor.

なお、図15のコイル電流検出回路内の誤差アンプAMP11,AMP21,AMP31,AMP41を図19のような構成とする代わりに、図2の電流検出用アンプ202の後段に所定のタイミングで検出電流値を保持するホールド回路を設けるとともに、出力制御回路203にデッドタイムTdtの発生を検出する判定回路を設けてホールド回路に制御信号を与えて動作させてデッドタイム直前の検出電流値を保持するように構成しても良い。   In place of the error amplifiers AMP11, AMP21, AMP31, and AMP41 in the coil current detection circuit of FIG. 15 having the configuration as shown in FIG. 19, the detected current value is set at a predetermined timing after the current detection amplifier 202 of FIG. And a determination circuit for detecting the occurrence of the dead time Tdt is provided in the output control circuit 203, and a control signal is supplied to the hold circuit so as to operate to hold the detected current value immediately before the dead time. It may be configured.

図21はボイスコイルモータ108を駆動制御するモータ駆動回路200の他の構成例を、また図22にはそのタイミングチャートを示す。   FIG. 21 shows another configuration example of the motor drive circuit 200 for driving and controlling the voice coil motor 108, and FIG. 22 shows a timing chart thereof.

この実施例は、図2の実施例のモータ駆動回路におけるPWMパルス生成回路225,226の代わりに、PAM(パルス振幅変調)パルス生成回路225,226を用いるようにしたものである。PAMパルス生成回路225,226は、通常のDA変換器で構成することができる。図2のPWM変調制御のタイミングと比較してPAM変調制御のタイミングを示す図22を参照すると分かるように、PAM変調制御では、PWM変調制御において1/2周期ごとにパルス幅を指定していた指令値で振幅値を表わすこととなる。この振幅指令値に応じて駆動パルスPL1,PL2(パルス幅一定)の振幅が変化され、それによってコイルの両端子間に印加される電圧VCMP-VCMNが変化される。   In this embodiment, PAM (pulse amplitude modulation) pulse generation circuits 225 and 226 are used instead of the PWM pulse generation circuits 225 and 226 in the motor drive circuit of the embodiment of FIG. The PAM pulse generation circuits 225 and 226 can be configured by ordinary DA converters. As can be seen from FIG. 22 showing the timing of the PAM modulation control in comparison with the timing of the PWM modulation control in FIG. 2, in the PAM modulation control, the pulse width is designated every 1/2 period in the PWM modulation control. The amplitude value is represented by the command value. The amplitudes of the drive pulses PL1 and PL2 (constant pulse width) are changed in accordance with the amplitude command value, thereby changing the voltage VCMP-VCMN applied between both terminals of the coil.

これにより、例えばPWM変調制御では指令値+16,−16でパルスのデューティ25%(振幅は100%)を表わしていたものが、PAM変調制御では指令値+16,−16でパルスの振幅25%(デューティ100%)が表わされるようになる。この実施例のPAM変調制御を適用することにより、コイル駆動電流Ivcmに現われるPAM(PWM)周波数の2倍の周波数成分のノイズを低減することができるという利点がある。   Thus, for example, in PWM modulation control, the command value +16, -16 represents a pulse duty of 25% (amplitude is 100%), but in PAM modulation control, the command value +16, -16 represents a pulse amplitude of 25% ( (Duty 100%) is expressed. By applying the PAM modulation control of this embodiment, there is an advantage that the noise of the frequency component twice the PAM (PWM) frequency appearing in the coil drive current Ivcm can be reduced.

前記実施例のモータ駆動回路によれば、シーク動作やトラックフォロー動作、セトリング動作をPWM制御で行なうことができるとともに、所望の制御精度を有しかつCMOSプロセスで製造することができるボイスコイルモータの駆動制御用半導体集積回路を得ることができる。   According to the motor drive circuit of the above embodiment, the seek operation, the track follow operation, and the settling operation can be performed by PWM control, and the voice coil motor that has a desired control accuracy and can be manufactured by a CMOS process. A drive control semiconductor integrated circuit can be obtained.

また、ボイスコイルモータのフィードバック制御のための電流検出を、サンプリングクロックのジッタの影響を受けずかつPWM周期にも依存することなく、高精度に行なうことができるボイスコイルモータの駆動制御用半導体集積回路を得ることができる。   In addition, it is possible to detect the current for feedback control of the voice coil motor with high accuracy without affecting the sampling clock jitter and without depending on the PWM period. A circuit can be obtained.

さらに、量子化ノイズを抑えて制御系全体をディジタル回路化することができ、これによってアナログ回路に比べてSN比を向上させることができるボイスコイルモータの駆動制御用半導体集積回路を得ることができる。   Furthermore, it is possible to obtain a semiconductor integrated circuit for driving control of a voice coil motor that can suppress the quantization noise and make the entire control system into a digital circuit, thereby improving the SN ratio compared to an analog circuit. .

さらに、上記のような実施例に従うと、消費電力が少なく、読み出しエラーの少ない磁気ディスク記憶装置を実現することができる。   Furthermore, according to the embodiment as described above, a magnetic disk storage device with low power consumption and few read errors can be realized.

さらに、シーク動作やトラックフォロー動作、セトリング動作をPWM制御で行なうことができるとともに、PWM駆動で発生するノイズを低減することができ、精度の高い電流制御が可能なボイスコイルモータの駆動制御用半導体集積回路を得ることができる。   Furthermore, it is possible to perform seek operation, track follow operation, and settling operation by PWM control, reduce noise generated by PWM drive, and drive control semiconductor for voice coil motor capable of highly accurate current control. An integrated circuit can be obtained.

また、製造ばらつきや温度変化および電源電圧変動によってドライバ回路に生じる伝播遅延時間や遷移時間のずれを自動調整し、PWM駆動の制御精度の低下を防止するとともに、ドライバ回路の出力信号の変化によってヘッドにより読み出された信号にノイズが結合して位置情報や記憶情報に誤りが生じるのを防止することができるボイスコイルモータの駆動制御用半導体集積回路を得ることができる。   In addition, it automatically adjusts the delay of propagation delay time and transition time generated in the driver circuit due to manufacturing variations, temperature changes, and power supply voltage fluctuations to prevent a decrease in PWM drive control accuracy, and a change in the output signal of the driver circuit Therefore, it is possible to obtain a semiconductor integrated circuit for driving control of a voice coil motor capable of preventing occurrence of errors in position information and stored information due to noise combined with the signal read out by.

さらに、センス用抵抗において発生する電力損失を低減することができるボイスコイルモータの駆動制御用半導体集積回路を得ることができる。   Further, it is possible to obtain a voice coil motor drive control semiconductor integrated circuit capable of reducing power loss generated in the sense resistor.

また、電源電圧の変動により生じるコイルの誤差電流を低減し、精度の高い駆動制御を行なうことができるボイスコイルモータの駆動制御用半導体集積回路を得ることができる。   In addition, it is possible to obtain a semiconductor integrated circuit for driving control of a voice coil motor capable of reducing coil error current caused by fluctuations in power supply voltage and performing highly accurate driving control.

以上、本発明者によってなされた発明を実施態様にもとづき具体的に説明したが、本発明は上記実施態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記実施例においては、ボイスコイルモータ駆動回路によるPWM駆動を磁気ヘッドのシーク時とトラックフォロー時とランプロード時に行なうと説明したが、磁気ヘッドをランプへ退避させるアンロード時にも実施例のボイスコイルモータ駆動回路でコイルのPWM駆動を行なっても良いし、ヘッドのアンロードは比較的ラフな制御でよいので、簡単なリニア駆動回路を別途設けてアンロードを行なうようにしても良い。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Not too long. For example, in the above embodiment, it has been described that the PWM drive by the voice coil motor drive circuit is performed at the time of seek of the magnetic head, at the time of track follow, and at the time of ramp loading. The coil may be PWM driven by a voice coil motor driving circuit, or the head unloading may be performed with relatively rough control. Therefore, a simple linear driving circuit may be separately provided for unloading.

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるハードディスクを記憶媒体とする磁気ディスク記憶装置に適用した場合について説明したが、本発明にそれに限定されるものでなく、光ディスクピックアップの位置決め制御、プリンタヘッドの位置決め制御、産業用ACサーボモータのトルク制御等、高精度のトルク制御が必要なアクチュエータ機器全般にも利用することができる。   In the above description, the case where the invention made by the present inventor is applied to a magnetic disk storage device using a hard disk as a storage medium, which is a field of use as a background, has been described. However, the present invention is not limited thereto. In addition, the present invention can be used for all actuator devices that require high-precision torque control, such as optical disc pickup positioning control, printer head positioning control, and industrial AC servo motor torque control.

100 磁気記憶ディスク
102 スピンドルモータ
104 磁気ヘッド
106 アーム
108 ボイスコイルモータ
110 信号処理回路(信号処理IC)
200 モータ駆動回路
201 シリアルポート
202 電流センス用アンプ
203 出力制御回路
204 オフセットキャリブレーション回路
205 A/D変換器
211,212 ドライバ
220 ディジタル制御回路
221 ΣΔ型A/D変換回路
222 デシメーションフィルタ
223 位相補償器
224 ΣΔ型変調回路
225,226 PWMパルス生成回路
310 コントローラ
320 マイクロコンピュータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Magnetic storage disk 102 Spindle motor 104 Magnetic head 106 Arm 108 Voice coil motor 110 Signal processing circuit (signal processing IC)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 200 Motor drive circuit 201 Serial port 202 Current sense amplifier 203 Output control circuit 204 Offset calibration circuit 205 A / D converter 211, 212 Driver 220 Digital control circuit 221 ΣΔ A / D conversion circuit 222 Decimation filter 223 Phase compensator 224 ΣΔ modulation circuit 225, 226 PWM pulse generation circuit 310 controller 320 microcomputer

Claims (26)

回転駆動される磁気記憶ディスク上の記憶トラックに対して情報のリードを行なう磁気ヘッドを前記ディスク上にて移動させるボイスコイルモータの駆動電流を、前記ボイスコイルモータのコイルに流れる駆動電流を検出しながらフィードバック制御することにより前記磁気ヘッドの移動を行なうモータ駆動用半導体集積回路であって、
ボイスコイルモータをフィードバック制御するための制御回路は、前記ボイスコイルモータのコイルに流れる駆動電流を検出する電流検出部と、該電流検出部により検出された電流と与えられた電流指令値とに基づいて前記ボイスコイルモータのコイルに駆動電流を流すドライバ回路に対する駆動制御信号を生成するディジタル回路で構成された制御信号生成部と、を備えることを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路。
Detects the drive current of the voice coil motor that moves a magnetic head that reads information on the storage track on the magnetic storage disk that is driven to rotate on the disk, and the drive current that flows through the coil of the voice coil motor. A semiconductor integrated circuit for driving a motor that moves the magnetic head by feedback control while
A control circuit for feedback control of the voice coil motor is based on a current detection unit that detects a drive current flowing in the coil of the voice coil motor, a current detected by the current detection unit, and a given current command value. And a control signal generator configured by a digital circuit for generating a drive control signal for a driver circuit for supplying a drive current to the coil of the voice coil motor.
請求項1において、前記制御信号生成部は、前記電流指令値と電流検出値との差分信号から前記ドライバ回路を制御する信号を生成する変調回路としてΣΔ変調器を備えることを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路。   The motor drive according to claim 1, wherein the control signal generation unit includes a ΣΔ modulator as a modulation circuit that generates a signal for controlling the driver circuit from a difference signal between the current command value and a current detection value. Semiconductor integrated circuit. 請求項2において、前記制御信号生成部は、前記ΣΔ変調器により変調された信号をアナログ信号に変換するD/A変換回路を備え、ΣΔ変調器の出力信号は直接D/A変換回路に入力されて前記ドライバ回路を制御する駆動パルスを生成させるように構成されていることを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路。   3. The control signal generation unit according to claim 2, further comprising a D / A conversion circuit that converts the signal modulated by the ΣΔ modulator into an analog signal, and an output signal of the ΣΔ modulator is directly input to the D / A conversion circuit. And a motor-driving semiconductor integrated circuit configured to generate a driving pulse for controlling the driver circuit. 請求項2または3において、前記ΣΔ変調器の量子化器としてマルチビット量子化器を用いることを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路。   4. The motor-driving semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein a multibit quantizer is used as a quantizer of the ΣΔ modulator. 請求項2ないし4のいずれかにおいて、前記ΣΔ変調器の前段に積分特性を持つディジタルフィルタからなる位相補償器を備えることを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路。   5. The semiconductor integrated circuit for driving a motor according to claim 2, further comprising a phase compensator comprising a digital filter having an integral characteristic in a stage preceding the ΣΔ modulator. 請求項5において、前記位相補償器としてPI制御器を用いることを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路。   6. The semiconductor integrated circuit for driving a motor according to claim 5, wherein a PI controller is used as the phase compensator. 請求項5において、前記位相補償器のフィルタ係数を設定するレジスタを備えることを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路。   6. The semiconductor integrated circuit for driving a motor according to claim 5, further comprising a register for setting a filter coefficient of the phase compensator. 請求項2において、前記電流検出部は、電流検出用アンプと該アンプで検出されたアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換回路を備え、該A/D変換回路としてオーバーサンプリング型A/D変換回路を用いることを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路。   3. The current detection unit according to claim 2, further comprising: a current detection amplifier and an A / D conversion circuit that converts an analog signal detected by the amplifier into a digital signal, and the A / D conversion circuit is an oversampling A / D conversion circuit. A semiconductor integrated circuit for driving a motor, wherein a D conversion circuit is used. 請求項8において、前記A/D変換回路としてΣΔ変調型A/D変換回路を用いることを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路。   9. The motor driving semiconductor integrated circuit according to claim 8, wherein a ΣΔ modulation type A / D conversion circuit is used as the A / D conversion circuit. 請求項9において、前記ΣΔ変調型A/D変換回路の後段に、低域通過、周波数間引き機能を持つデシメーションフィルタを備えることを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路。   10. The motor-driving semiconductor integrated circuit according to claim 9, further comprising a decimation filter having a low-pass and frequency thinning function at a subsequent stage of the ΣΔ modulation type A / D conversion circuit. 請求項10において、上記デシメーションフィルタは位相進み補償器を有することを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路。   11. The motor-driving semiconductor integrated circuit according to claim 10, wherein the decimation filter includes a phase lead compensator. 回転駆動される磁気記憶ディスク上の記憶トラックに対して情報のリードを行なう磁気ヘッドを前記ディスク上にて移動させるボイスコイルモータの駆動電流を、前記ボイスコイルモータのコイルに流れる駆動電流を検出しながらフィードバック制御することにより前記磁気ヘッドの移動を行なうモータ駆動用半導体集積回路であって、
ボイスコイルモータをフィードバック制御するための制御回路がディジタル回路で構成されているとともに、与えられた電流指令値と電流検出値との差分信号から生成される位相補償器の出力信号を元に出力ドライバを制御する信号を生成する変調回路としてΣΔ変調器を用い、電流検出手段の出力と前記ΣΔ変調器の入力である駆動電圧指令信号とに基づいてコイルに生じる逆起電圧を推定する逆起電圧推定回路を備えることを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路。
Detects the drive current of the voice coil motor that moves a magnetic head that reads information on the storage track on the magnetic storage disk that is driven to rotate on the disk, and the drive current that flows through the coil of the voice coil motor. A semiconductor integrated circuit for driving a motor that moves the magnetic head by feedback control while
The control circuit for feedback control of the voice coil motor is composed of a digital circuit, and an output driver based on the output signal of the phase compensator generated from the difference signal between the given current command value and current detection value A ΣΔ modulator is used as a modulation circuit for generating a signal for controlling the voltage, and a counter electromotive voltage for estimating a counter electromotive voltage generated in the coil based on an output of the current detection means and a drive voltage command signal that is an input of the ΣΔ modulator. A motor integrated semiconductor integrated circuit comprising an estimation circuit.
請求項12において、前記制御回路は、前記ボイスコイルモータのコイルに流れる駆動電流を検出する電流検出部と、該電流検出部により検出された電流と前記電流指令値とに基づいて前記ボイスコイルモータのコイルに駆動電流を流すドライバ回路に対する駆動制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、
前記制御信号生成部は、前記電流指令値と電流検出値との差分信号から前記ドライバ回路を制御する信号を生成するΣΔ変調器と、前記ΣΔ変調器の前段に設けられた積分特性を持つディジタルフィルタからなる位相補償器と、前記ΣΔ変調器により変調された信号をアナログ信号に変換するD/A変換回路と、を備え、
前記電流検出部は、電流検出用アンプで検出されたアナログ信号をディジタル信号に変換するΣΔ変調型A/D変換回路と、前記ΣΔ変調型A/D変換回路の後段に設けられた低域通過、周波数間引き機能を持つデシメーションフィルタと、を備える
ことを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路。
13. The voice coil motor according to claim 12, wherein the control circuit is configured to detect a drive current flowing in a coil of the voice coil motor, and to detect the drive current flowing in the coil of the voice coil motor, based on the current detected by the current detector and the current command value. A control signal generation unit that generates a drive control signal for a driver circuit that supplies a drive current to the coil of
The control signal generation unit includes a ΣΔ modulator that generates a signal for controlling the driver circuit from a difference signal between the current command value and a current detection value, and a digital signal having an integration characteristic provided in a preceding stage of the ΣΔ modulator. A phase compensator comprising a filter, and a D / A conversion circuit for converting the signal modulated by the ΣΔ modulator into an analog signal,
The current detection unit includes a ΣΔ modulation type A / D conversion circuit that converts an analog signal detected by a current detection amplifier into a digital signal, and a low-pass signal provided in a subsequent stage of the ΣΔ modulation type A / D conversion circuit And a decimation filter having a frequency decimation function. A semiconductor integrated circuit for driving a motor.
請求項12または13のいずれかにおいて、前記制御回路により生成された信号に従って前記ボイスコイルモータのコイルに駆動電流を流すドライバ回路を備えることを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路。   14. The motor-driving semiconductor integrated circuit according to claim 12, further comprising a driver circuit that causes a driving current to flow through a coil of the voice coil motor in accordance with a signal generated by the control circuit. 請求項13において、上記デシメーションフィルタは位相進み補償器を有することを特徴とするモータ駆動用半導体集積回路。   14. The semiconductor integrated circuit for driving a motor according to claim 13, wherein the decimation filter includes a phase lead compensator. Hブリッジ型式でコイルに電流を供給して駆動するモータに用いられるものであり上記コイルに電流を供給する為の出力段を駆動制御する為のモータ用半導体集積回路において、
上記モータをフィードバック制御するための制御回路は、
前記モータのコイルに流れる駆動電流を検出する電流検出部と、該電流検出部により検出された電流検出値と与えられた電流指令値との差分信号から上記モータのコイルに駆動電流を流す上記出力段を駆動制御するドライバ回路を制御する信号を生成する変調回路としてΣΔ変調器を有する制御信号生成部と、を備えることを特徴とするモータ用半導体集積回路。
In a semiconductor integrated circuit for a motor for driving and controlling an output stage for supplying current to the coil, which is used in a motor driven by supplying current to the coil in an H-bridge type,
The control circuit for feedback control of the motor is
A current detector for detecting a drive current flowing in the motor coil; and an output for passing the drive current to the motor coil from a difference signal between a current detection value detected by the current detector and a given current command value. And a control signal generator having a ΣΔ modulator as a modulation circuit for generating a signal for controlling a driver circuit for driving and controlling the stage.
請求項16において、前記制御信号生成部は、前記ΣΔ変調器により変調された信号をアナログ信号に変換するD/A変換回路に相当するPWM変調器またはPAM変調器を備え、ΣΔ変調器の出力信号は直接D/A変換回路に入力されて前記ドライバ回路を制御する駆動パルスを生成させるように構成されていることを特徴とするモータ用半導体集積回路。   17. The control signal generation unit according to claim 16, further comprising a PWM modulator or a PAM modulator corresponding to a D / A conversion circuit that converts the signal modulated by the ΣΔ modulator into an analog signal, and outputs the ΣΔ modulator. A semiconductor integrated circuit for a motor, wherein a signal is directly input to a D / A conversion circuit to generate a drive pulse for controlling the driver circuit. 請求項16又は17において、前記ΣΔ変調器の量子化器としてマルチビット量子化器を用いることを特徴とするモータ用半導体集積回路。   18. The motor semiconductor integrated circuit according to claim 16, wherein a multibit quantizer is used as a quantizer of the ΣΔ modulator. 請求項16ないし18のいずれかにおいて、前記ΣΔ変調器の前段に積分特性を持つディジタルフィルタからなる位相補償器を備えることを特徴とするモータ用半導体集積回路。   19. The semiconductor integrated circuit for a motor according to claim 16, further comprising a phase compensator including a digital filter having an integral characteristic in a stage preceding the ΣΔ modulator. 請求項19において、前記位相補償器としてPI制御器を用いることを特徴とするモータ用半導体集積回路。   20. The motor semiconductor integrated circuit according to claim 19, wherein a PI controller is used as the phase compensator. 請求項19において、前記位相補償器のフィルタ係数を設定するレジスタを備えることを特徴とするモータ用半導体集積回路。   20. The motor semiconductor integrated circuit according to claim 19, further comprising a register for setting a filter coefficient of the phase compensator. 請求項16において、前記電流検出部は、電流検出用アンプと該アンプで検出されたアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換回路を備え、該A/D変換回路としてオーバーサンプリング型A/D変換回路を用いることを特徴とするモータ用半導体集積回路。   17. The current detection unit according to claim 16, further comprising: a current detection amplifier and an A / D conversion circuit that converts an analog signal detected by the amplifier into a digital signal, and the A / D conversion circuit is an oversampling A / D converter. A semiconductor integrated circuit for a motor, wherein a D conversion circuit is used. 請求項22において、前記A/D変換回路としてΣΔ変調型A/D変換回路を用いることを特徴とするモータ用半導体集積回路。   23. The motor semiconductor integrated circuit according to claim 22, wherein a ΣΔ modulation type A / D conversion circuit is used as the A / D conversion circuit. 請求項23において、前記ΣΔ変調型A/D変換回路の後段に、低域通過、周波数間引き機能を持つデシメーションフィルタを備えることを特徴とするモータ用半導体集積回路。   24. The motor semiconductor integrated circuit according to claim 23, further comprising a decimation filter having a low-pass and frequency decimation function downstream of the ΣΔ modulation type A / D conversion circuit. 請求項24において、上記デシメーションフィルタは位相進み補償器を有することを特徴とするモータ用半導体集積回路。   25. The motor semiconductor integrated circuit according to claim 24, wherein the decimation filter includes a phase lead compensator. 請求項16において、上記制御信号生成部は上記電流検出部の出力と前記ΣΔ変調器の入力である駆動電圧指令信号とに基づいて上記コイルに生じる逆起電圧を推定する逆起電圧推定回路を備えることを特徴とするモータ用半導体集積回路。   17. The back electromotive force estimation circuit according to claim 16, wherein the control signal generation unit estimates a back electromotive voltage generated in the coil based on an output of the current detection unit and a drive voltage command signal that is an input of the ΣΔ modulator. A semiconductor integrated circuit for a motor, comprising:
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018007315A (en) * 2016-06-27 2018-01-11 株式会社富士通ゼネラル Motor controller
JP2018019131A (en) * 2016-07-25 2018-02-01 株式会社デンソー Load drive device
CN111669181A (en) * 2019-02-01 2020-09-15 美蓓亚三美株式会社 Semiconductor device, motor drive control device, and motor assembly
CN112751509A (en) * 2019-10-31 2021-05-04 精工爱普生株式会社 Motor drive circuit, integrated circuit device, and electronic apparatus
CN115051624A (en) * 2022-08-15 2022-09-13 杭州海康威视数字技术股份有限公司 Signal acquisition circuit and camera equipment
KR20220140355A (en) * 2021-04-09 2022-10-18 주식회사 지니틱스 A method for measuring frequency response characteristic to evaluate the stability of a voice coil motor actuator and a device therefor
WO2023219350A1 (en) * 2022-05-09 2023-11-16 한국광기술원 Hybrid led driver circuit and led package comprising same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04150794A (en) * 1990-10-11 1992-05-25 Hitachi Ltd Bridge type drive circuit and magnetic disk apparatus utilizing the same
JPH09182464A (en) * 1995-12-25 1997-07-11 Honda Motor Co Ltd Inverter for inductive load drive
JP2003052194A (en) * 2001-05-30 2003-02-21 Hitachi Ltd Magnetic disc storage device
JP2003085902A (en) * 2001-09-10 2003-03-20 Hitachi Ltd Magnetic disk unit

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04150794A (en) * 1990-10-11 1992-05-25 Hitachi Ltd Bridge type drive circuit and magnetic disk apparatus utilizing the same
JPH09182464A (en) * 1995-12-25 1997-07-11 Honda Motor Co Ltd Inverter for inductive load drive
JP2003052194A (en) * 2001-05-30 2003-02-21 Hitachi Ltd Magnetic disc storage device
JP2003085902A (en) * 2001-09-10 2003-03-20 Hitachi Ltd Magnetic disk unit

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018007315A (en) * 2016-06-27 2018-01-11 株式会社富士通ゼネラル Motor controller
JP2018019131A (en) * 2016-07-25 2018-02-01 株式会社デンソー Load drive device
CN111669181A (en) * 2019-02-01 2020-09-15 美蓓亚三美株式会社 Semiconductor device, motor drive control device, and motor assembly
US11336291B2 (en) 2019-02-01 2022-05-17 Minebea Mitsumi Inc. Semiconductor device, motor drive control device, and motor unit
CN112751509A (en) * 2019-10-31 2021-05-04 精工爱普生株式会社 Motor drive circuit, integrated circuit device, and electronic apparatus
CN112751509B (en) * 2019-10-31 2024-02-13 精工爱普生株式会社 Motor drive circuit, integrated circuit device, and electronic apparatus
KR20220140355A (en) * 2021-04-09 2022-10-18 주식회사 지니틱스 A method for measuring frequency response characteristic to evaluate the stability of a voice coil motor actuator and a device therefor
KR102495683B1 (en) 2021-04-09 2023-02-06 주식회사 지니틱스 A method for measuring frequency response characteristic to evaluate the stability of a voice coil motor actuator and a device therefor
WO2023219350A1 (en) * 2022-05-09 2023-11-16 한국광기술원 Hybrid led driver circuit and led package comprising same
KR20230156989A (en) * 2022-05-09 2023-11-16 한국광기술원 Hybrid LED Driver Circuit and LED Package Including the Same
KR102649792B1 (en) 2022-05-09 2024-03-21 한국광기술원 Hybrid LED Driver Circuit and LED Package Including the Same
CN115051624B (en) * 2022-08-15 2022-11-11 杭州海康威视数字技术股份有限公司 Signal acquisition circuit and camera equipment
CN115051624A (en) * 2022-08-15 2022-09-13 杭州海康威视数字技术股份有限公司 Signal acquisition circuit and camera equipment

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