JP2023126145A - Motor driver circuit, positioning device using the same, hard disk device, motor driving method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、モータのドライバ回路に関する。 The present disclosure relates to a motor driver circuit.
さまざまな電子機器や産業機械に、対象物を位置決めするリニアモータ(リニアアクチュエータ)が使用される。ボイスコイルモータは、リニアモータのひとつであり、供給される駆動電流に応じて、可動子の位置を制御可能である。ボイスコイルモータの駆動回路は、ボイスコイルモータに流れる電流を、目標位置を規定する目標電流に近づくようにフィードバック制御する。 Linear motors (linear actuators) are used in various electronic devices and industrial machines to position objects. A voice coil motor is one type of linear motor, and can control the position of a movable element according to a supplied drive current. The voice coil motor drive circuit feedback-controls the current flowing through the voice coil motor so that it approaches a target current that defines a target position.
定電流駆動されるモータ用のドライバ回路としては、アナログ方式のものと、デジタル方式のものがある。アナログ方式のドライバ回路では、エラーアンプの位相補償が必要となるため設計が難しい。これに対して、デジタル方式では、PIコントローラやPIDコントローラを採用することで、位相補償が容易である。 There are two types of driver circuits for constant current driven motors: analog type and digital type. Analog driver circuits are difficult to design because they require phase compensation for the error amplifier. On the other hand, in the digital system, phase compensation is easy by employing a PI controller or a PID controller.
デジタル方式では、モータに流れる電流をデジタル信号に変換する必要がある。図1は、電流検出を説明する図である。 Digital methods require converting the current flowing through the motor into a digital signal. FIG. 1 is a diagram illustrating current detection.
電流検出のために、センス抵抗Rsおよび電流センスアンプAMP1が設けられる。センス抵抗Rsは、モータドライバ回路のA相出力端子(AOUT)とB相出力端子(BOUT)の間に、モータMと直列に接続されている。センス抵抗Rsには駆動電流IDRVに比例した電圧降下Vsが発生する。電流センスアンプAMP1は、センス抵抗Rsの電圧降下VCSを増幅し、電流フィードバック信号VFBを生成する。 A sense resistor Rs and a current sense amplifier AMP1 are provided for current detection. The sense resistor Rs is connected in series with the motor M between the A-phase output terminal (AOUT) and the B-phase output terminal (BOUT) of the motor driver circuit. A voltage drop Vs proportional to the drive current IDRV occurs in the sense resistor Rs. The current sense amplifier AMP1 amplifies the voltage drop V CS of the sense resistor Rs and generates a current feedback signal V FB .
本発明者は、センス抵抗Rsを利用した電流検出について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。 As a result of studying current detection using the sense resistor Rs, the inventor has come to recognize the following problems.
PWM駆動を行うシステムでは、AOUT端子の電圧とBOUT端子の電圧が個別にスイッチング(遷移)する。電流センスアンプAMP1の2つの入力電圧VaとVbの同相成分は、BOUT端子の遷移の影響が相対的に小さく、AOUT端子の遷移の影響の方が大きくなる。 In a system that performs PWM driving, the voltage at the AOUT terminal and the voltage at the BOUT terminal switch (transition) independently. The in-phase components of the two input voltages Va and Vb of the current sense amplifier AMP1 are relatively less influenced by transitions at the BOUT terminal, and more influenced by transitions at the AOUT terminal.
つまり、電流センスアンプAMP1の交流同相モード除去比(AC CMRR(Common Mode Rejection Ratio))は、AOUT端子の電圧の遷移中と、BOUT端子の電圧の遷移中とでは、異なることとなり、電流検出に誤差が生ずる。 In other words, the AC CMRR (Common Mode Rejection Ratio) of the current sense amplifier AMP1 is different during a voltage transition at the AOUT terminal and during a voltage transition at the BOUT terminal. An error will occur.
本開示は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、電流検出の精度を改善したドライバ回路の提供にある。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and one exemplary objective of a certain aspect thereof is to provide a driver circuit with improved current detection accuracy.
本開示のある態様は、モータドライバ回路に関する。モータドライバ回路は、電流センス抵抗を介して駆動対象のモータの第1端と接続されるべき第1出力端子と、モータの第2端と接続されるべき第2出力端子と、第1出力端子の第1出力電圧の遷移開始をトリガとしてアサートされ、遷移の完了後にネゲートされるマスク信号を生成するマスク発生回路と、電流センス抵抗の電圧降下にもとづく電流フィードバック信号と基準信号との誤差にもとづくアナログ誤差信号を生成する誤差検出器と、マスク信号がネゲートの期間において生成されたアナログ誤差信号にもとづいて電圧指令値を生成するフィードバックコントローラと、電圧指令値に応じた相補的なデューティサイクルを有する第1パルスおよび第2パルスを生成するパルス幅変調器と、第1パルスに応じた第1出力電圧を第1出力端子に発生する第1ドライバと、第2パルスに応じた第2出力電圧を第2出力端子に発生する第2ドライバと、を備える。 Certain aspects of the present disclosure relate to motor driver circuits. The motor driver circuit includes a first output terminal to be connected to a first end of a motor to be driven via a current sense resistor, a second output terminal to be connected to a second end of the motor, and a first output terminal. a mask generation circuit that generates a mask signal that is asserted using the start of transition of the first output voltage as a trigger and is negated after the transition is completed; and a mask generation circuit that generates a mask signal that is triggered by the start of transition of the first output voltage of It has an error detector that generates an analog error signal, a feedback controller that generates a voltage command value based on the analog error signal generated during the period when the mask signal is negated, and a complementary duty cycle according to the voltage command value. a pulse width modulator that generates a first pulse and a second pulse; a first driver that generates a first output voltage at a first output terminal according to the first pulse; and a first driver that generates a second output voltage that corresponds to the second pulse. a second driver that generates a signal at a second output terminal.
本開示の別の態様もまた、モータドライバ回路である。このモータドライバ回路は、電流センス抵抗を介して駆動対象のモータの第1端と接続されるべき第1出力端子と、モータの第2端と接続されるべき第2出力端子と、第1出力端子の第1出力電圧の遷移開始をトリガとしてアサートされ、遷移の完了後にネゲートされるマスク信号を生成するマスク発生回路と、電流センス抵抗の電圧降下にもとづく電流フィードバック信号を生成する電流検出回路と、電流フィードバック信号が基準信号に近づくように電圧指令値を生成するフィードバックコントローラと、電圧指令値に応じた相補的なデューティサイクルを有する第1パルスおよび第2パルスを生成するパルス幅変調器と、第1パルスに応じた第1出力電圧を第1出力端子に発生する第1ドライバと、第2パルスに応じた第2出力電圧を第2出力端子に発生する第2ドライバと、を備える。フィードバックコントローラは、その少なくとも一部がデジタル回路で構成され、デジタル回路は、マスク信号がネゲートの期間、アナログ信号をデジタル信号に変換して取り込むように構成される。 Another aspect of the disclosure is also a motor driver circuit. This motor driver circuit includes a first output terminal to be connected to a first end of a motor to be driven via a current sense resistor, a second output terminal to be connected to a second end of the motor, and a first output terminal to be connected to a second end of the motor to be driven. a mask generation circuit that generates a mask signal that is asserted using the start of transition of the first output voltage of the terminal as a trigger and is negated after the transition is completed; and a current detection circuit that generates a current feedback signal based on the voltage drop of the current sense resistor. , a feedback controller that generates a voltage command value such that the current feedback signal approaches a reference signal, and a pulse width modulator that generates first and second pulses having complementary duty cycles according to the voltage command value. The device includes a first driver that generates a first output voltage corresponding to the first pulse at a first output terminal, and a second driver that generates a second output voltage corresponding to the second pulse at a second output terminal. The feedback controller is configured, at least in part, of a digital circuit, and the digital circuit is configured to convert an analog signal into a digital signal and capture the digital signal while the mask signal is negated.
本開示のさらに別の態様は、モータの駆動方法である。駆動方法は、モータの第1端側において、モータと直列に電流センス抵抗を接続するステップと、電流センス抵抗の電圧降下にもとづいて、電流フィードバック信号を生成するステップと、電流センス抵抗に印加される第1出力電圧の遷移開始をトリガとしてマスク信号をアサートするステップと、第1出力電圧の遷移完了をトリガとしてマスク信号をネゲートするステップと、遷移が完了するとマスク信号をネゲートするステップと、電流フィードバック信号と基準信号との誤差に応じたアナログ誤差信号を生成するステップと、マスク信号がネゲートの期間、アナログ誤差信号をデジタル誤差信号に変換して取り込むステップと、デジタル誤差信号に応じた電圧指令値を生成するステップと、電圧指令値に応じたデューティサイクルを有する第1パルスに応じた第1出力電圧を、電流センス抵抗を介してモータの第1端に印加するステップと、第1パルスと相補的な第2パルスに応じた第2出力電圧をモータの第2端に印加するステップと、を備える。 Yet another aspect of the present disclosure is a method of driving a motor. The driving method includes connecting a current sense resistor in series with the motor at the first end of the motor, generating a current feedback signal based on the voltage drop across the current sense resistor, and generating a current feedback signal applied to the current sense resistor. a step of asserting a mask signal using the start of transition of the first output voltage as a trigger; a step of negating the mask signal using the completion of the transition of the first output voltage as a trigger; a step of negating the mask signal when the transition is completed; A step of generating an analog error signal according to the error between the feedback signal and the reference signal, a step of converting the analog error signal into a digital error signal and importing it during the period when the mask signal is negated, and a step of generating a voltage command according to the digital error signal. applying a first output voltage responsive to a first pulse having a duty cycle responsive to a voltage command value to a first end of the motor via a current sensing resistor; applying a second output voltage responsive to the complementary second pulse to the second end of the motor.
本開示の別の態様も、モータの駆動方法である。駆動方法は、モータの第1端と直列に電流センス抵抗を接続するステップと、電流センス抵抗の電圧降下にもとづいて、電流フィードバック信号を生成するステップと、電流センス抵抗に印加される第1出力電圧の遷移開始をトリガとしてマスク信号をアサートするステップと、第1出力電圧の遷移完了をトリガとしてマスク信号をネゲートするステップと、電流フィードバック信号が基準信号に近づくように電圧指令値を生成するステップと、電圧指令値に応じた相補的なデューティサイクルを有する第1パルスおよび第2パルスを生成するステップと、第1パルスに応じた第1出力電圧を、電流センス抵抗を介してモータの第1端に印加するステップと、第2パルスに応じた第2出力電圧をモータの第2端に印加するステップと、を備える。電圧指令値を生成するステップは、マスク信号がネゲートの期間、アナログ信号をデジタル信号に変換して取り込むステップを含む。 Another aspect of the present disclosure is also a method of driving a motor. The driving method includes the steps of connecting a current sense resistor in series with the first end of the motor, generating a current feedback signal based on the voltage drop of the current sense resistor, and generating a first output applied to the current sense resistor. A step of asserting a mask signal using the start of a voltage transition as a trigger, a step of negating the mask signal using the completion of a transition of the first output voltage as a trigger, and a step of generating a voltage command value so that the current feedback signal approaches a reference signal. generating a first pulse and a second pulse having complementary duty cycles in response to a voltage command value; and applying a second output voltage corresponding to the second pulse to the second end of the motor. The step of generating the voltage command value includes the step of converting the analog signal into a digital signal and capturing the digital signal while the mask signal is negated.
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目(課題を解決するための手段)の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。 Note that arbitrary combinations of the above components, and mutual substitution of components and expressions among methods, devices, systems, etc., are also effective as aspects of the present invention or the present disclosure. Furthermore, the description in this section (Means for Solving the Problems) does not describe all essential features of the present invention, and therefore, subcombinations of the described features may also constitute the present invention. .
本開示のある態様によれば、適切なタイミングで電流を検出できる。 According to an aspect of the present disclosure, current can be detected at appropriate timing.
(実施形態の概要)
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、1つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態(実施例や変形例)または複数の実施形態(実施例や変形例)を指すものとして用いる場合がある。
(Summary of embodiment)
1 provides an overview of some exemplary embodiments of the present disclosure. This Summary is intended to provide a simplified description of some concepts of one or more embodiments in order to provide a basic understanding of the embodiments and as a prelude to the more detailed description that is presented later. It does not limit the size. This summary is not an exhaustive overview of all possible embodiments and is not intended to identify key elements of all embodiments or to delineate the scope of any or all aspects. For convenience, "one embodiment" may be used to refer to one embodiment (example or modification) or multiple embodiments (examples or modifications) disclosed in this specification.
一実施形態に係るモータドライバ回路は、電流センス抵抗を介して駆動対象のモータの第1端と接続されるべき第1出力端子と、モータの第2端と接続されるべき第2出力端子と、第1出力端子の第1出力電圧の遷移開始をトリガとしてアサートされ、遷移の完了後にネゲートされるマスク信号を生成するマスク発生回路と、電流センス抵抗の電圧降下にもとづく電流フィードバック信号と基準信号との誤差にもとづくアナログ誤差信号を生成する誤差検出器と、マスク信号がネゲートの期間において生成されたアナログ誤差信号にもとづいて電圧指令値を生成するフィードバックコントローラと、電圧指令値に応じた相補的なデューティサイクルを有する第1パルスおよび第2パルスを生成するパルス幅変調器と、第1パルスに応じた第1出力電圧を第1出力端子に発生する第1ドライバと、第2パルスに応じた第2出力電圧を第2出力端子に発生する第2ドライバと、を備える。 A motor driver circuit according to an embodiment includes a first output terminal to be connected to a first end of a motor to be driven via a current sense resistor, and a second output terminal to be connected to a second end of the motor. , a mask generation circuit that generates a mask signal that is asserted using the start of transition of the first output voltage of the first output terminal as a trigger and is negated after the transition is completed; and a current feedback signal and a reference signal based on the voltage drop of the current sense resistor. an error detector that generates an analog error signal based on the error between the mask signal and the feedback controller; a pulse width modulator that generates a first pulse and a second pulse having a duty cycle; a first driver that generates a first output voltage at a first output terminal responsive to the first pulse; and a first driver that generates a first output voltage responsive to the first pulse; a second driver that generates a second output voltage at a second output terminal.
本発明者は、電流センス抵抗と接続される出力端子の電圧の遷移中は、電流検出精度が低下していることを認識した。そこで、遷移中は、電流検出をマスクすることにより、電流検出精度を改善できる。 The inventors have recognized that current detection accuracy decreases during voltage transitions at the output terminal connected to the current sense resistor. Therefore, current detection accuracy can be improved by masking current detection during transition.
一実施形態において、フィードバックコントローラは、アナログ誤差信号をデジタル誤差信号に変換するA/Dコンバータと、マスク信号がネゲートの期間においてデジタル誤差信号を取り込み、デジタル誤差信号に応じた電圧指令値を生成する補償器と、を含んでもよい。 In one embodiment, the feedback controller includes an A/D converter that converts an analog error signal into a digital error signal, and a feedback controller that captures the digital error signal during a period in which the mask signal is negated and generates a voltage command value according to the digital error signal. A compensator may also be included.
一実施形態において、フィードバックコントローラは、マスク信号がアサートの期間において、アナログ誤差信号をホールドするサンプルホールド回路と、サンプルホールド回路の出力をデジタル誤差信号に変換するA/Dコンバータと、デジタル誤差信号に応じた電圧指令値を生成する補償器と、を含んでもよい。 In one embodiment, the feedback controller includes a sample and hold circuit that holds the analog error signal, an A/D converter that converts the output of the sample and hold circuit to a digital error signal, and an A/D converter that converts the output of the sample and hold circuit to a digital error signal during the period when the mask signal is asserted. A compensator that generates a corresponding voltage command value may also be included.
一実施形態において、マスク発生回路は、第1パルスの遷移をトリガとしてマスク信号をアサートしてもよい。一実施形態において、マスク発生回路は、第1出力電圧が所定のしきい値電圧とクロスしたことをトリガとしてマスク信号をアサートしてもよい。 In one embodiment, the mask generation circuit may trigger the transition of the first pulse to assert the mask signal. In one embodiment, the mask generation circuit may assert the mask signal when the first output voltage crosses a predetermined threshold voltage.
一実施形態において、第1ドライバは、ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタを含んでもよい。マスク発生回路は、第1出力電圧のライズエッジに対応するマスク信号に関して、マスク発生回路は、ハイサイドトランジスタのゲートソース間電圧が第1しきい値電圧を越えると、マスク信号をネゲートしてもよい。 In one embodiment, the first driver may include a high-side transistor and a low-side transistor. Regarding the mask signal corresponding to the rising edge of the first output voltage, the mask generation circuit negates the mask signal when the gate-source voltage of the high-side transistor exceeds the first threshold voltage. good.
一実施形態において、第1ドライバは、ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタを含んでもよい。マスク発生回路は、第1出力電圧のライズエッジに対応するマスク信号に関して、マスク発生回路は、ハイサイドトランジスタのゲートソース間電圧が第1しきい値電圧を越えた後、所定第1時間の経過後に、マスク信号をネゲートしてもよい。 In one embodiment, the first driver may include a high-side transistor and a low-side transistor. With respect to the mask signal corresponding to the rising edge of the first output voltage, the mask generation circuit generates a mask signal corresponding to the rising edge of the first output voltage, after the gate-source voltage of the high-side transistor exceeds the first threshold voltage. The mask signal may be negated later.
一実施形態において、第1出力電圧のフォールエッジに対応するマスク期間に関して、マスク発生回路は、マスク信号のアサート後、第1出力電圧が第2しきい値電圧より低くなると、マスク信号をネゲートしてもよい。 In one embodiment, for a mask period corresponding to a fall edge of the first output voltage, the mask generation circuit negates the mask signal when the first output voltage becomes less than a second threshold voltage after assertion of the mask signal. It's okay.
一実施形態において、第1出力電圧のフォールエッジに対応するマスク期間に関して、マスク発生回路は、マスク信号のアサート後、第1出力電圧が第2しきい値電圧より低くなってから所定第2時間の経過後に、マスク信号をネゲートしてもよい。 In one embodiment, with respect to a mask period corresponding to a falling edge of the first output voltage, the mask generation circuit is configured to perform a predetermined second period of time after the first output voltage becomes lower than a second threshold voltage after assertion of the mask signal. The mask signal may be negated after .
一実施形態において、第1出力電圧のライズエッジに対応するマスク信号に関して、マスク発生回路は、マスク信号のアサート後、第1出力電圧が第3しきい値電圧を越えると、マスク信号をネゲートしてもよい。 In one embodiment, with respect to a mask signal corresponding to a rising edge of the first output voltage, the mask generation circuit negates the mask signal when the first output voltage exceeds a third threshold voltage after assertion of the mask signal. It's okay.
一実施形態において、第1出力電圧のライズエッジに対応するマスク信号に関して、マスク発生回路は、マスク信号のアサート後、第1出力電圧が第3しきい値電圧を越えた後、所定第1時間の経過後にマスク信号をネゲートしてもよい。 In one embodiment, with respect to a mask signal corresponding to a rising edge of the first output voltage, the mask generation circuit is configured to perform a predetermined first period of time after the first output voltage exceeds a third threshold voltage after assertion of the mask signal. The mask signal may be negated after .
一実施形態において、所定第1時間は、外部から設定可能であってもよい。一実施形態において、所定第2時間は、外部から設定可能であってもよい。 In one embodiment, the predetermined first time period may be externally settable. In one embodiment, the predetermined second time period may be externally settable.
一実施形態において、A/Dコンバータは、マスク信号のネゲートをトリガとして、サンプルホールド用のタイミング信号をリスタートしてもよい。本発明者は、A/Dコンバータの動作クロックであるタイミング信号が、マスク信号と非同期である場合に、A/Dコンバータの出力に、PWM周波数より低い周波数が含まれることを認識した。この構成によれば、タイミング信号をマスク信号と同期させることにより、A/Dコンバータの出力に含まれるPWM周波数より低い周波数を低減または除去できる。 In one embodiment, the A/D converter may restart the sample and hold timing signal using negation of the mask signal as a trigger. The present inventor recognized that when the timing signal, which is the operating clock of the A/D converter, is asynchronous with the mask signal, the output of the A/D converter includes a frequency lower than the PWM frequency. According to this configuration, by synchronizing the timing signal with the mask signal, frequencies lower than the PWM frequency included in the output of the A/D converter can be reduced or removed.
一実施形態に係るモータドライバ回路は、電流センス抵抗を介して駆動対象のモータの第1端と接続されるべき第1出力端子と、モータの第2端と接続されるべき第2出力端子と、第1出力端子の第1出力電圧の遷移開始をトリガとしてアサートされ、遷移の完了後にネゲートされるマスク信号を生成するマスク発生回路と、電流センス抵抗の電圧降下にもとづく電流フィードバック信号を生成する電流検出回路と、電流フィードバック信号が基準信号に近づくように電圧指令値を生成するフィードバックコントローラと、電圧指令値に応じた相補的なデューティサイクルを有する第1パルスおよび第2パルスを生成するパルス幅変調器と、第1パルスに応じた第1出力電圧を第1出力端子に発生する第1ドライバと、第2パルスに応じた第2出力電圧を第2出力端子に発生する第2ドライバと、を備える。フィードバックコントローラは、その少なくとも一部がデジタル回路で構成され、デジタル回路は、マスク信号がネゲートの期間、アナログ信号をデジタル信号に変換して取り込むように構成される。 A motor driver circuit according to an embodiment includes a first output terminal to be connected to a first end of a motor to be driven via a current sense resistor, and a second output terminal to be connected to a second end of the motor. , a mask generation circuit that generates a mask signal that is asserted using the start of transition of the first output voltage of the first output terminal as a trigger and is negated after the transition is completed, and generates a current feedback signal based on the voltage drop of the current sense resistor. a current detection circuit; a feedback controller that generates a voltage command value such that the current feedback signal approaches a reference signal; and a pulse width that generates first and second pulses having complementary duty cycles according to the voltage command value. a modulator; a first driver that generates a first output voltage at a first output terminal according to the first pulse; and a second driver that generates a second output voltage at a second output terminal according to the second pulse; Equipped with The feedback controller is configured, at least in part, of a digital circuit, and the digital circuit is configured to convert an analog signal into a digital signal and capture the digital signal while the mask signal is negated.
一実施形態において、フィードバックコントローラは、電流フィードバック信号と基準信号との誤差にもとづく誤差信号を、デジタル信号に変換してもよい。 In one embodiment, the feedback controller may convert an error signal based on the error between the current feedback signal and the reference signal into a digital signal.
一実施形態において、フィードバックコントローラは、電流フィードバック信号を、デジタル信号に変換してもよい。 In one embodiment, the feedback controller may convert the current feedback signal to a digital signal.
一実施形態において、モータはリニアモータであってもよい。一実施形態において、リニアモータは、ボイスコイルモータであってもよい。 In one embodiment, the motor may be a linear motor. In one embodiment, the linear motor may be a voice coil motor.
一実施形態において、モータドライバ回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を1つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。 In one embodiment, the motor driver circuit may be monolithically integrated on one semiconductor substrate. "More integration" includes cases where all of the circuit components are formed on a semiconductor substrate, and cases where the main components of the circuit are integrated, and some resistors are used to adjust the circuit constants. or a capacitor may be provided outside the semiconductor substrate. By integrating circuits on one chip, the circuit area can be reduced and the characteristics of circuit elements can be kept uniform.
一実施形態に係る位置決め装置は、リニアモータと、リニアモータを駆動する上述のいずれかのモータドライバ回路と、を備える。 A positioning device according to one embodiment includes a linear motor and any of the above-mentioned motor driver circuits that drive the linear motor.
一実施形態に係るハードディスク装置は、上述の位置決め装置を備える。 A hard disk device according to one embodiment includes the above-described positioning device.
(実施形態)
以下、好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施形態は、開示および発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示および発明の本質的なものであるとは限らない。
(Embodiment)
Hereinafter, preferred embodiments will be described with reference to the drawings. Identical or equivalent components, members, and processes shown in each drawing are designated by the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted as appropriate. Furthermore, the embodiments are illustrative rather than limiting the disclosure and invention, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the disclosure and invention.
本明細書において、「部材Aが、部材Bに接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 In this specification, "a state in which member A is connected to member B" refers to a case where member A and member B are physically directly connected, or when member A and member B are electrically connected. This also includes cases in which they are indirectly connected through other members that do not substantially affect the connection state or impair the functions and effects achieved by their combination.
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 Similarly, "a state in which member C is provided between member A and member B" refers to the case where member A and member C or member B and member C are directly connected, This also includes cases in which they are indirectly connected via other members that do not substantially affect the connection state or impair the functions and effects achieved by their combination.
また本明細書に示される波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化されている。 Furthermore, the vertical and horizontal axes of the waveform diagrams and time charts shown in this specification have been enlarged or reduced as appropriate for ease of understanding, and each waveform shown has also been simplified for ease of understanding. has been made into
(実施形態1)
図2は、実施形態1に係るモータドライバ回路200を備える位置決め装置100のブロック図である。位置決め装置100は、リニアモータ102、上位コントローラ104およびモータドライバ回路200、電流センス抵抗(以下、単にセンス抵抗ともいう)Rsを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 2 is a block diagram of the
上位コントローラ104は、位置決め装置100を統合的に制御する。上位コントローラ104はリニアモータ102の目標位置を示す位置制御データPOSを生成し、位置制御データPOSをモータドライバ回路200に送信する。上位コントローラ104はたとえば、マイクロコントローラ、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)で構成される。
The
モータドライバ回路200は、位置制御データPOSを受け、位置制御データPOSに応じた量の駆動電流IDRVをリニアモータ102に供給する。リニアモータ102はたとえばボイスコイルモータであり、その可動子は、リニアモータ102に流れる駆動電流IDRVに応じた量だけ変位する。
The
続いてモータドライバ回路200の構成を説明する。モータドライバ回路200は、電流指令生成部210、フィードバックコントローラ220、パルス幅変調器240、電流検出回路250、マスク発生回路280、第1ドライバ260、第2ドライバ270を備え、ひとつの半導体基板に集積化された機能IC(Integrated Circuit)である。
Next, the configuration of the
モータドライバ回路200は、第1出力端子(A相出力)AOUT、第2出力端子(B相出力)BOUT、電流検出端子ISNSを備える。AOUT端子には、センス抵抗Rsを介してリニアモータ102の一端が接続される。BOUT端子には、リニアモータ102の他端が接続される。ISNS端子は、リニアモータ102の一端と接続される。
The
電流指令生成部210は、リニアモータ102に供給する駆動電流IDRVの目標値を示すアナログ指令信号VDACを生成する。たとえば電流指令生成部210は、インタフェース回路212、ロジック回路214、D/Aコンバータ216を含む。インタフェース回路212は、上位コントローラ104と接続され、位置制御データPOSを含む各種制御データを受信する。インタフェース回路212はたとえばI2C(Inter IC)インタフェースであってもよいし、SPI(Serial Peripheral Interface)であってもよい。たとえばインタフェース回路212からの制御データは、リニアモータ102の可動子の目標位置を示すコードを含む。ロジック回路214は、受信したコードにもとづく制御コードを、D/Aコンバータ216に出力する。制御コードは、上位コントローラ104から受信したコードと同じであってもよいし、受信したコードを演算して得た別のコードであってもよい。D/Aコンバータ216は、ロジック回路214が生成する制御コードを、アナログ指令信号VDACに変換する。
The current
なお電流指令生成部210の構成はこれに限定されず、外部から直接、アナログ指令信号VDACを受ける構成であってもよい。
Note that the configuration of the current
電流検出回路250は、AOUT端子およびISNS端子と接続されており、センス抵抗Rsの電圧降下にもとづいて、リニアモータ102に流れる駆動電流IDRVを示す電流フィードバック信号VFBを生成する。たとえば、電流フィードバック信号VFBは、以下の式(1)で表される。k、VCMREFは任意の定数である。
VFB=k×IDRV+VCMREF …(1)
The
V FB =k×I DRV +V CMREF …(1)
フィードバックコントローラ220は、サーボコントローラであり、電流フィードバック信号VFBが基準信号であるアナログ指令信号VDACに近づくように、フィードバックによって電圧指令値VCTRLを生成する。
フィードバックコントローラ220は、エラー検出アンプ230、A/Dコンバータ290、デジタル補償器224、D/Aコンバータ226を備える。エラー検出アンプ230は、電流フィードバック信号VFBとアナログ指令信号VDACを受け、駆動電流IDRVとその目標量IREFとの誤差を示すアナログ誤差信号VERRを生成する誤差検出器である。
VERR=(IREF-IDRV)×g
gは、有限のゲインである。
V ERR = (I REF - I DRV ) x g
g is a finite gain.
A/Dコンバータ290は、エラー検出アンプ230が生成するアナログ誤差信号VERRをデジタル誤差信号DERRに変換する。アナログ誤差信号VERRは、駆動電流IDRVを示す信号であり、具体的には駆動電流IDRVとその目標量との誤差を示す信号である。
The A/
デジタル補償器224は、A/Dコンバータ290が出力するデジタル誤差信号DERRにもとづいて、デジタル制御量DCTRLを生成する。デジタル補償器224は、PI(比例積分)補償器やPID(比例積分微分)補償器を含む。PI補償器は、デジタル誤差信号DERRに比例ゲインKPを乗算し、デジタル誤差信号DERRの積分値に積分ゲインKIを乗算し、それらを加算して、デジタル制御量DCTRLを生成する。
The
PID補償器は、デジタル誤差信号DERRに比例ゲインKPを乗算し、デジタル誤差信号DERRの積分値に積分ゲインKIを乗算し、デジタル誤差信号DERRの微分値に微分ゲインKDを乗算し、それらを加算して、デジタル制御量DCTRLを生成する。PI補償器やPID補償器は、PI制御器やPID制御器とも称される。PI補償器とPID補償器は、制御対象の特性に応じて選択すればよい。 The PID compensator multiplies the digital error signal DERR by a proportional gain KP , multiplies the integral value of the digital error signal DERR by an integral gain KI, and multiplies the differential value of the digital error signal DERR by a differential gain KD . The digital control amount D CTRL is generated by multiplying and adding them. A PI compensator or a PID compensator is also called a PI controller or a PID controller. The PI compensator and PID compensator may be selected depending on the characteristics of the controlled object.
D/Aコンバータ226は、デジタル制御量DCTRLをアナログ制御信号VCTRLに変換する。アナログ制御信号VCTRLは、リニアモータ102の両端間に印加すべき電圧の指令値であり、電圧指令値ともいう。
The D/
パルス幅変調器240は、電圧指令値VCTRLに応じたデューティサイクルを有する第1パルス(A相PWMパルス)PWMAおよび第2パルス(B相PWMパルス)PWMBを生成する。PWMA信号のデューティサイクルは、電圧指令値VCTRLに対して正の相関を有し、PWMB信号のデューティサイクルは、電圧指令値VCTRLに対して負の相関を有してもよい。
The
パルス幅変調器240の構成は特に限定されず、公知技術を用いて構成することができる。たとえばパルス幅変調器240は、三角波あるいはのこぎり波の周期信号を生成し、電圧指令値VCTRLを、周期信号TRIA,TRIBと比較することにより、PWMA信号およびPWMB信号を生成してもよい。周期信号TRIA,TRIBは逆相の三角波を用いることができる。以下、TRIA信号およびTRIB信号を、三角波信号とも称する。
The configuration of
第1ドライバ260は、PWMA信号に応じたパルス状の駆動電圧VOUTAを、AOUT端子に発生し、センス抵抗Rsを介してリニアモータ102の一端に供給する。第2ドライバ270は、PWMB信号に応じたパルス状の駆動電圧VOUTBを、BOUT端子に発生し、リニアモータ102の他端に供給する。
The
マスク発生回路280は、AOUT端子の状態、すなわち第1出力電圧VOUTAにもとづいて、マスク信号MSKBを生成し、フィードバックコントローラ220のA/Dコンバータ290に供給する。具体的にはマスク発生回路280は、出力電圧VOUTAの遷移開始をトリガとしてマスク信号MSKBをアサートし、遷移の完了後にマスク信号MSKBをネゲートする。本実施形態において、マスク信号MSKBのアサートはローであり、ネゲートはハイである。
The
フィードバックコントローラ220は、マスク信号MSKBがネゲートされる期間、つまり出力電圧VOUTAの非遷移期間中に生成されたアナログ誤差信号VERRにもとづいて電圧指令値VCTRLを生成する。言い換えると、マスク信号MSKBがアサートの期間、つまり出力電圧VOUTAの遷移中のアナログ誤差信号VERRはフィードバック制御に使用されない。
The
A/Dコンバータ290は、その内部信号であるサンプルホールド用のタイミング信号S/H(図2に不図示)に応じて、アナログ誤差信号VERRをデジタル誤差信号DERRに変換する。A/Dコンバータ290には、パルス幅変調器240から同期信号SYNCが供給される。同期信号SYNCは、TRIA信号,TRIB信号と同期しており、たとえばTRIA,TRIBのピークおよびボトムのタイミングを示している。A/Dコンバータ290のサンプルホールドのタイミングは、同期信号SYNCと同期している。たとえばA/Dコンバータ290は、内部のタイミング信号S/Hを、同期信号SYNCによってリタイミング可能に構成される。
The A/
デジタル補償器224は、マスク信号MSKBがネゲートの期間において、A/Dコンバータ290が出力するデジタル誤差信号DERRを取り込む。デジタル補償器224は、デジタル誤差信号DERRに応じた電圧指令値DCTRLを生成する。
The
なお、A/Dコンバータ290は、マスク信号MSKがアサートの期間、動作を停止してもよいし、アサートの期間中も動作し続けてもよい。
Note that the A/
以上がモータドライバ回路200の構成である。続いてその動作を説明する。
The above is the configuration of the
以上が位置決め装置100の構成である。続いてその動作を説明する。図3は、図2のモータドライバ回路200の入出力特性を示す図である。デジタル補償器224によるフィードバック制御によって、フィードバック信号VFBとアナログ指令信号VDACとの誤差が近づくようにフィードバックがかかる。したがって、フィードバックが安定した状態では、式(2)が成り立つ。
VFB=k×IDRV+VCMREF=VDAC …(2)
式(2)が成り立つ定常状態において、駆動電流IDRVは、式(3)で表される目標レベルIREFに安定化される。
IREF=(VDAC-VCMREF)/k …(3)
The above is the configuration of the
V FB =k×I DRV +V CMREF =V DAC …(2)
In a steady state where equation (2) holds true, drive current I DRV is stabilized at the target level I REF expressed by equation (3).
I REF = (V DAC - V CMREF )/k...(3)
以上がモータドライバ回路200の動作である。モータドライバ回路200によれば、アナログ方式の場合に比べて、アナログの位相補償回路が不要であるため、設計が容易である。
The above is the operation of the
図4は、モータドライバ回路200の動作波形図である。パルス幅変調器240において、電圧指令値VCTRLが、三角波信号TRIA,TRIBと比較され、PWMA信号およびPWMB信号が生成される。
FIG. 4 is an operational waveform diagram of the
第1ドライバ260は、PWMA信号に応じて、パルス状のA相駆動電圧VOUTAを生成する。第1ドライバ260の遅延によって、A相駆動電圧VOUTAは、PWMA信号に対して遅れている。第2ドライバ270は、PWMB信号に応じて、パルス状のB相駆動電圧VOUTBを生成する。第2ドライバ270の遅延によって、B相駆動電圧VOUTBは、PWMB信号に対して遅れている。
The
マスク発生回路280によって、マスク信号MSKBが生成される。マスク信号MSKBは、A相駆動電圧VOUTの遷移期間においてアサート(ハイ)であり、A相駆動電圧VOUTが安定している間、ネゲート(ロー)である。
Mask signal MSKB is generated by
A/Dコンバータ290は、マスク信号MSKがネゲートの期間、その内部信号であるタイミング信号(サンプルホールド信号)S/Hにもとづいて、アナログ誤差信号VERRをデジタル誤差信号DERRに変換する。
While the mask signal MSK is negated, the A/
図4の波形図では、S/H信号は、三角波信号TRIA,TRIBと同期している。具体的には、三角波信号TRIA,TRIBのピークおよびボトムのタイミングで、S/H信号をリタイミング(強制同期)している。 In the waveform diagram of FIG. 4, the S/H signal is synchronized with the triangular wave signals TRIA and TRIB. Specifically, the S/H signal is retimed (forced synchronized) at the peak and bottom timings of the triangular wave signals TRIA and TRIB.
図4の最下段には、デジタル補償器224に取り込まれるデジタル誤差信号DERRが示される。デジタル補償器224は、取り込んだデジタル誤差信号DERRにもとづいて、デジタル制御量DCTRLを生成する。このデジタル制御量DCTRLがD/Aコンバータ226によってアナログの電圧指令値VCTRLに変換される。
At the bottom of FIG. 4, the digital error signal DERR taken into the
以上がモータドライバ回路200の動作である。上述のように、本発明者は、電流センス抵抗Rsと接続される出力端子AOUTの電圧(A相駆動電圧)VOUTAの遷移中は、電流検出精度が低下することを認識した。そこで、A相駆動電圧VOUTAの遷移中は、電流検出をマスクすることにより、電流検出精度を改善できる。
The above is the operation of the
本開示は、図2のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本開示の範囲を狭めるためではなく、本開示や本発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。 The present disclosure extends to various devices and methods that can be understood as the block diagram or circuit diagram of FIG. 2 or derived from the above description, and is not limited to a particular configuration. More specific configuration examples and examples will be described below, not to narrow the scope of the present disclosure, but to help understand and clarify the essence and operation of the present disclosure and the present invention.
(実施例1)
図5は、実施例1に係るモータドライバ回路200Aの一部分を示す回路図である。第1ドライバ260は、ハイサイドトランジスタMH、ローサイドトランジスタML、ハイサイドプリドライバ262、ローサイドプリドライバ264、ブートストラップ用ダイオードD1を備える。
(Example 1)
FIG. 5 is a circuit diagram showing a portion of the
ハイサイドトランジスタMHは、NチャンネルMOSFETであり、入力電圧VCCを受ける電源端子VCCと、OUTA端子の間に接続される。ローサイドトランジスタMLは、OUTA端子と接地の間に接続される。入力電圧VCCはたとえば12V~60Vである。 High-side transistor MH is an N-channel MOSFET, and is connected between a power supply terminal VCC receiving input voltage VCC and an OUTA terminal. Low-side transistor ML is connected between the OUTA terminal and ground. The input voltage V CC is, for example, 12V to 60V.
ブートストラップ端子BSとAOUT端子の間には、ブートストラップ用キャパシタCBSが外付けされる。ダイオードD1のアノードには、電源電圧VDDが入力され、ダイオードD1のカソードはBS端子と接続される。 A bootstrap capacitor CBS is externally connected between the bootstrap terminal BS and the AOUT terminal. The power supply voltage V DD is input to the anode of the diode D1, and the cathode of the diode D1 is connected to the BS terminal.
ハイサイドプリドライバ262およびローサイドプリドライバ264は、PWMA信号に応じて、ハイサイドトランジスタMHおよびローサイドトランジスタMLを相補的に駆動する。ハイサイドプリドライバ262は、PWMA信号がハイのとき、ハイサイドトランジスタMHのゲートに、ハイ電圧、具体的にはBS端子に生ずる電圧VBSを印加し、ハイサイドトランジスタMHをターンオンする。またハイサイドプリドライバ262は、PWMA信号がローのとき、ハイサイドトランジスタMHのゲートに、ロー電圧、具体的にはOUTA端子に生ずる電圧VOUTAを印加し、ハイサイドトランジスタMHをターンオフする。
High-
ローサイドプリドライバ264は、PWMA信号がローのとき、ローサイドトランジスタMLのゲートに、ハイ電圧、具体的には電源電圧VDDを印加し、ローサイドトランジスタMLをターンオンする。またローサイドプリドライバ264は、PWMA信号がハイのとき、ローサイドトランジスタMLのゲートに、ロー電圧、具体的には接地電圧0Vを印加し、ローサイドトランジスタMLをターンオフする。
When the PWMA signal is low, the low-
マスク発生回路280Aは、エッジ検出回路282、第1コンパレータ284、第2コンパレータ286、ロジック回路288を含む。
The
エッジ検出回路282は、PWMA信号のポジティブエッジおよびネガティブエッジを検出し、エッジ検出信号EDGEを生成する。エッジ検出信号EDGEは、A相駆動電圧VOUTAの遷移開始を示す。ロジック回路288は、エッジ検出信号EDGEに応答して、マスク信号MSKBをアサート(ロー)する。
第1コンパレータ284は、ハイサイドトランジスタMHのゲートソース間電圧VGSを、第1しきい値電圧VTH1と比較し、VGS>VTH1となると、ハイ遷移完了信号H_DETをアサートする。H_DET信号のアサートは、A相駆動電圧VOUTAのローからハイへの遷移の完了を示す。
The
第2コンパレータ286は、A相駆動電圧VOUTAを、第2しきい値電圧VTH2と比較する。第2しきい値電圧VTH2はたとえば0~1Vの間に設定される。第2コンパレータ286は、VOUTA<VTH2となると、ロー遷移完了信号L_DETをアサートする。L_DET信号のアサートは、A相駆動電圧VOUTAのハイからローへの遷移の完了を示す。
The
ロジック回路288は、H_DET信号のアサートおよびL_DET信号のアサートに応答して、マスク信号MSKBをネゲート(ハイ)する。
以上がモータドライバ回路200Aの構成である。続いてその動作を説明する。
The above is the configuration of the
図6は、図5のモータドライバ回路200Aの動作波形図である。時刻t0にPWMA信号がハイとなると、エッジ検出信号EDGEがアサートされ、マスク信号MSKBがアサート(ロー)となる。
FIG. 6 is an operational waveform diagram of the
PWMA信号がハイとなると、ハイサイドプリドライバ262によってハイサイドトランジスタMHのゲート容量が充電され、ハイサイドトランジスタMHのゲートソース間電圧VGSが増大する。時刻t1にゲートソース間電圧VGSが第1しきい値電圧VTH1を超えると、H_DET信号がアサートされる。これによりマスク信号MSKBがネゲート(ハイ)される。
When the PWMA signal becomes high, the gate capacitance of the high-side transistor MH is charged by the high-
以上がA相駆動電圧VOUTAのライズエッジに関するマスク信号MSKBの生成である。 The above is the generation of the mask signal MSKB regarding the rising edge of the A-phase drive voltage V OUTA .
時刻t2に、PWMA信号がローに遷移すると、エッジ検出信号EDGEがアサートされ、マスク信号MSKBがアサート(ロー)となる。 At time t2 , when the PWMA signal transitions to low, the edge detection signal EDGE is asserted and the mask signal MSKB is asserted (low).
PWMA信号がローとなると、ハイサイドプリドライバ262によってハイサイドトランジスタMHのゲート容量が放電され、ハイサイドトランジスタMHのゲートソース間電圧VGSが低下し、ハイサイドトランジスタMHがターンオフする。またローサイドプリドライバ264によってローサイドトランジスタMLがオンされる。その結果、A相駆動電圧VOUTAが低下する。
When the PWMA signal becomes low, the gate capacitance of the high-side transistor MH is discharged by the high-
時刻t3に、A相駆動電圧VOUTAが第2しきい値電圧VTH2より低くなると、L_DET信号がアサートされる。これによりマスク信号MSKBがネゲート(ハイ)される。 At time t3 , when the A-phase drive voltage V OUTA becomes lower than the second threshold voltage V TH2 , the L_DET signal is asserted. As a result, the mask signal MSKB is negated (high).
以上が、A相駆動電圧VOUTAのフォールエッジに関するマスク信号MSKBの生成である。 The above is the generation of the mask signal MSKB regarding the fall edge of the A-phase drive voltage V OUTA .
図5のマスク発生回路280Aによれば、A相駆動電圧VOUTAのライズエッジおよびフォールエッジの区間、マスク信号MSKBをアサートすることができる。
According to the
(実施例2)
図7は、実施例2に係るモータドライバ回路200Bの一部分を示す回路図である。第1ドライバ260の構成は、図5と同様である。
(Example 2)
FIG. 7 is a circuit diagram showing a part of the
マスク発生回路280Bは、エッジ検出回路282、第1コンパレータ284、第2コンパレータ286、ロジック回路288に加えて、遅延回路289を含む。
The
遅延回路289は、H_DET信号を、第1時間τ1遅延し、L_DET信号を第2時間τ2遅延する。ロジック回路288は、遅延後のH_DET信号および遅延後のL_DET信号に応答して、マスク信号MSKBをネゲートする。
The
第1時間τ1と第2時間τ2は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。たとえば、第1時間τ1と第2時間τ2は、0.2μsとすることができる。これらの遅延時間τ1,τ2は、レジスタなどを利用して、外部から設定可能としてもよい。この場合、0~1μsの範囲で設定できるようにしてもよい。 The first time τ 1 and the second time τ 2 may be equal or different. For example, the first time τ 1 and the second time τ 2 can be 0.2 μs. These delay times τ 1 and τ 2 may be externally settable using a register or the like. In this case, it may be possible to set the time in the range of 0 to 1 μs.
図8は、図7のモータドライバ回路200Bの動作波形図である。時刻t0にPWMA信号がハイとなると、エッジ検出信号EDGEがアサートされ、マスク信号MSKBがアサート(ロー)となる。
FIG. 8 is an operational waveform diagram of the
PWMA信号がハイとなると、ハイサイドプリドライバ262によってハイサイドトランジスタMHのゲート容量が充電され、ハイサイドトランジスタMHのゲートソース間電圧VGSが増大する。時刻t1にゲートソース間電圧VGSが第1しきい値電圧VTH1を超えると、H_DET信号がアサートされる。時刻t1から第1時間τ1経過後の時刻t1’に、マスク信号MSKBがネゲートされる。
When the PWMA signal becomes high, the gate capacitance of the high-side transistor MH is charged by the high-
以上がA相駆動電圧VOUTAのライズエッジに関するマスク信号MSKBの生成である。 The above is the generation of the mask signal MSKB regarding the rising edge of the A-phase drive voltage V OUTA .
時刻t2に、PWMA信号がローに遷移すると、エッジ検出信号EDGEがアサートされ、マスク信号MSKBがアサート(ロー)となる。 At time t2 , when the PWMA signal transitions to low, the edge detection signal EDGE is asserted and the mask signal MSKB is asserted (low).
PWMA信号がローとなると、ハイサイドプリドライバ262によってハイサイドトランジスタMHのゲート容量が放電され、ハイサイドトランジスタMHのゲートソース間電圧VGSが低下し、ハイサイドトランジスタMHがターンオフする。またローサイドプリドライバ264によってローサイドトランジスタMLがオンされる。その結果、A相駆動電圧VOUTAが低下する。
When the PWMA signal becomes low, the gate capacitance of the high-side transistor MH is discharged by the high-
時刻t3に、A相駆動電圧VOUTAが第2しきい値電圧VTH2より低くなると、L_DET信号がアサートされる。時刻t3から第2時間τ2経過後の時刻t3’に、マスク信号MSKBがネゲートされる。 At time t3 , when the A-phase drive voltage V OUTA becomes lower than the second threshold voltage V TH2 , the L_DET signal is asserted. The mask signal MSKB is negated at time t 3 ′ after a second time τ 2 has elapsed from time t 3 .
以上が、A相駆動電圧VOUTAのフォールエッジに関するマスク信号MSKBの生成である。 The above is the generation of the mask signal MSKB regarding the fall edge of the A-phase drive voltage V OUTA .
A相駆動電圧VOUTAの遷移時間は、モータの種類や電源電圧VCCの電圧レベルに依存する。図7のマスク発生回路280Bによれば、第1時間τ1、第2時間τ2に応じて、マスク時間を延ばすことができ、A相駆動電圧VOUTAの遷移時間に応じてマスク時間を最適化することができる。
The transition time of the A-phase drive voltage V OUTA depends on the type of motor and the voltage level of the power supply voltage V CC . According to the
(実施例3)
図9は、実施例3に係るモータドライバ回路200Cの一部分を示す回路図である。
(Example 3)
FIG. 9 is a circuit diagram showing a portion of a
マスク発生回路280Cは、A相駆動電圧VOUTAのフォールエッジに対応するマスク期間に関して、マスク信号MSKBのアサート後、A相駆動電圧VOUTAが第3しきい値電圧VTH3より高くなると、マスク信号MSKBをネゲートする。
Regarding the mask period corresponding to the fall edge of the A-phase drive voltage V OUTA , the
マスク発生回路280Cは、図7のマスク発生回路280Bの第1コンパレータ284に代えて、第3コンパレータ285を備える。第3コンパレータ285は、A相駆動電圧VOUTAを第3しきい値電圧VTH3と比較し、VOUTA>VTH3となると、H_DET信号をアサートする。
The
なお、図9のマスク発生回路280Cにおいて、遅延回路289を省略してもよい。
Note that in the
図10は、図9のモータドライバ回路200Cの動作波形図である。時刻t0にPWMA信号がハイとなると、エッジ検出信号EDGEがアサートされ、マスク信号MSKBがアサート(ロー)となる。
FIG. 10 is an operational waveform diagram of the
PWMA信号がハイとなると、ハイサイドプリドライバ262によってハイサイドトランジスタMHのゲート容量が充電され、ハイサイドトランジスタMHのゲートソース間電圧VGSが増大する。時刻t1に、A相駆動電圧VOUTAが第3しきい値電圧VTH3を超えると、H_DET信号がアサートされる。時刻t1から第1時間τ1経過後の時刻t1’に、マスク信号MSKBがネゲートされる。
When the PWMA signal becomes high, the gate capacitance of the high-side transistor MH is charged by the high-
以上がA相駆動電圧VOUTAのライズエッジに関するマスク信号MSKBの生成である。ロールエッジに関するマスク信号MSKB信号の生成は、図8と同様である。 The above is the generation of the mask signal MSKB regarding the rising edge of the A-phase drive voltage V OUTA . The generation of the mask signal MSKB signal regarding the roll edge is similar to that in FIG. 8 .
(実施例4)
図11は、実施例4に係るモータドライバ回路200Dの一部分を示す回路図である。モータドライバ回路200Dでは、A/Dコンバータ290Dに、図2の同期信号SYNCに代えて、マスク発生回路280からのマスク信号MSKBが入力されている。A/Dコンバータ290Dのサンプルホールドのタイミングは、マスク信号MSKBのネゲートのタイミング、すなわちマスク信号MSKBのポジティブエッジと同期している。たとえばA/Dコンバータ290Dは、内部のタイミング信号S/Hを、マスク信号MSKBのネゲートのエッジを用いてリタイミング可能に構成される。
(Example 4)
FIG. 11 is a circuit diagram showing a portion of a
図12は、図11のA/Dコンバータ290Dの構成例を示す回路図である。A/Dコンバータ290Dは、タイミング信号発生器292およびA/D変換部294を含む。タイミング信号発生器292は、マスク信号MSKBがネゲートされる期間、タイミング信号(サンプルホールド信号)S/Hを発生する。A/D変換部294は、S/H信号に基づいて、アナログ信号VERRをデジタル信号DERRに変換し、メモリに格納する。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration example of A/
タイミング信号発生器292は、マスク信号MSKBのポジティブエッジに応じて、S/H信号をリタイミングする。たとえばタイミング信号発生器292は、マスク信号MSKBのネゲート(ポジティブエッジ)によってリセットがかかり、マスク信号MSKBのネゲートをスタート信号として、S/H信号の生成を開始する。
図13は、図11のモータドライバ回路200Dの動作波形図である。マスク信号MSKのポジティブエッジが、A/Dコンバータ290Dの動作スタートのトリガとなる。
FIG. 13 is an operational waveform diagram of the
図14は、図2のモータドライバ回路200、図11のモータドライバ回路200Dにおいて得られるスペクトルを示す図である。スペクトルは、リニアモータ102に流れる駆動電流IDRVの時間波形を高速フーリエ変換によって変換したものである。
FIG. 14 is a diagram showing spectra obtained in the
PWM周波数は210kHzであり、スペクトルには、PWM周波数およびその高調波が含まれる。図14の上段を参照すると、図2のモータドライバ回路200では、PWM周波数およびその高調波に加えて、8.4kHzおよびその高調波に、スペクトルのピークが測定される。このようなピークは、非常に低い周波数帯域に含まれるため好ましくない。
The PWM frequency is 210 kHz, and the spectrum includes the PWM frequency and its harmonics. Referring to the upper part of FIG. 14, in the
これに対して図14の下段を参照すると、図11のモータドライバ回路200Dでは、8.4kHzのピークが消失している。図11のモータドライバ回路200Dでは、A/Dコンバータ290のサンプリング動作を、マスク信号MSKBと同期させることにより、好ましくないスペクトルピークを抑制することができる。
On the other hand, referring to the lower part of FIG. 14, in the
続いて、電流検出回路250およびエラー検出アンプ230の構成例を説明する。
Next, configuration examples of the
図15は、電流検出回路250およびエラー検出アンプ230の構成例を示す回路図である。
FIG. 15 is a circuit diagram showing a configuration example of the
センス抵抗Rsには駆動電流IDRVに比例する電圧降下が発生する。モータドライバ回路200の電流センスピンISNS,KSNS(AOUT)の間には、センス抵抗Rsの電圧降下VCSがフィードバックされる。
VCS=RS×IDRV
A voltage drop proportional to the drive current IDRV occurs across the sense resistor Rs. The voltage drop VCS of the sense resistor Rs is fed back between the current sense pins ISNS and KSNS (AOUT) of the
V CS =R S ×I DRV
電流検出回路250は、電圧VCSに対して線形に変化し、かつVCS=0(つまりIDRV=0)のときに所定レベルVCMREFとなる電流フィードバック信号VFBを生成する。
電流検出回路250は、第1オペアンプOA1、第1抵抗R1、第2抵抗R2、第3抵抗R3、第4抵抗R4を含む。
The
第1抵抗R1は、第1オペアンプOA1の反転入力(-)とセンス抵抗Rsの一端(ISNSピン)との間に接続される。第2抵抗R2は、第1オペアンプOA1の反転入力(-)と第1オペアンプOA1の出力の間に接続される。第3抵抗R3は、第1オペアンプOA1の非反転入力(+)とセンス抵抗Rsの他端(KSNSピン)との間に接続される。第4抵抗R4は、その一端に所定レベルの電圧VCMREFを受け、他端が第1オペアンプOA1の非反転入力(+)と接続される。電流フィードバック信号VFBは、第1オペアンプOA1の出力電圧に応じている。 The first resistor R1 is connected between the inverting input (-) of the first operational amplifier OA1 and one end (ISNS pin) of the sense resistor Rs. The second resistor R2 is connected between the inverting input (-) of the first operational amplifier OA1 and the output of the first operational amplifier OA1. The third resistor R3 is connected between the non-inverting input (+) of the first operational amplifier OA1 and the other end (KSNS pin) of the sense resistor Rs. The fourth resistor R4 receives a voltage V CMREF at a predetermined level at one end thereof, and has the other end connected to the non-inverting input (+) of the first operational amplifier OA1. The current feedback signal V FB is responsive to the output voltage of the first operational amplifier OA1.
R1=R3、R2=R4が成り立つとき、以下の式が成り立つ。
VFB=R2/R1×VCS+VCMREF
When R1=R3 and R2=R4 hold true, the following equation holds true.
V FB =R2/R1×V CS +V CMREF
エラー検出アンプ230は、第1入力ノードn1、第2入力ノードn2、出力ノードn3、第2オペアンプOA2、第5抵抗R5、第6抵抗R6、第7抵抗R7、第8抵抗R8、キャパシタC1を含む。第1入力ノードn1には、電流フィードバック信号VFBが入力され、第2入力ノードn2には、アナログ指令信号VDACが入力される。
The
第2オペアンプOA2、第5抵抗R5、第6抵抗R6、第7抵抗R7は、加算増幅器を構成する。第2オペアンプOA2は、その非反転入力(+)に基準電圧VCMREFを受ける。第5抵抗R5は、第2オペアンプOA2の反転入力(-)と第1入力ノードn1の間に接続される。第6抵抗R6は、第2オペアンプOA2の反転入力(-)と第2入力ノードn2の間に接続される。電圧指令信号VEAOUTは第2オペアンプOA2の出力の電圧に応じもよい。第2オペアンプOA2の反転入力(-)とその出力の間には、第7抵抗R7が接続される。 The second operational amplifier OA2, the fifth resistor R5, the sixth resistor R6, and the seventh resistor R7 constitute a summing amplifier. The second operational amplifier OA2 receives a reference voltage V CMREF at its non-inverting input (+). The fifth resistor R5 is connected between the inverting input (-) of the second operational amplifier OA2 and the first input node n1. The sixth resistor R6 is connected between the inverting input (-) of the second operational amplifier OA2 and the second input node n2. The voltage command signal V EAOUT may be responsive to the voltage of the output of the second operational amplifier OA2. A seventh resistor R7 is connected between the inverting input (-) of the second operational amplifier OA2 and its output.
フィードバック電圧VFBに対する加算回路のゲインgは、R7/R5である。 The gain g of the adder circuit for the feedback voltage V FB is R7/R5.
また第2オペアンプOA2の出力と、エラー検出アンプ230の出力ノードn3の間には、第8抵抗R8が接続される。出力ノードn3にはキャパシタC1が接続される。第8抵抗R8とキャパシタC1は、ローパスフィルタを構成している。このローパスフィルタは、後段のA/Dコンバータ290のアンチエイリアスフィルタとして機能する。
Further, an eighth resistor R8 is connected between the output of the second operational amplifier OA2 and the output node n3 of the
以上が電流検出回路250およびエラー検出アンプ230の構成例である。
The above is an example of the configuration of the
(実施例5)
図16は、実施例5に係るモータドライバ回路200Eの回路図である。電流指令生成部210Eは、可動子の目標位置を示す目標コード(デジタル指令値)DREFをフィードバックコントローラ220Eに出力する。フィードバックコントローラ220AのA/Dコンバータ222は、電流フィードバック信号VFBをデジタルの電流フィードバック値DFBに変換する。誤差検出器232は減算器であり、デジタルの電流フィードバック値DFBと目標コードDREFとの誤差DERRを生成する。その他は図2と同様である。
(Example 5)
FIG. 16 is a circuit diagram of a motor driver circuit 200E according to the fifth embodiment. The current
図16のモータドライバ回路200Eによれば、図2のモータドライバ回路200と同様の効果が得られる。
According to the motor driver circuit 200E of FIG. 16, the same effects as the
なお、図2のモータドライバ回路200は、図16のモータドライバ回路200Eに比べて利点を有する。以下、この利点を説明する。
Note that the
図16のモータドライバ回路200Eにおいて、A/Dコンバータ222の入力である電流フィードバック信号VFBに着目する。フィードバックループが安定化している定常状態において、誤差DERRに収束しているから、DREF=DFBが成り立つ。つまり、デジタル指令値DREFを変化させると、それと一致するデジタルの電流フィードバック値DFBが発生するように、A/Dコンバータ222の入力である電流フィードバック信号VFBが変化する。つまり図16のモータドライバ回路200Eでは、デジタル指令値DREFの変化に応じて、電流フィードバック信号VFBが広範囲に変化する。そのため、A/Dコンバータ222として、高ビットのものを選択する必要がある。
In the motor driver circuit 200E of FIG. 16, attention is paid to the current feedback signal VFB , which is the input of the A/
図16のモータドライバ回路200Eに対する、図2のモータドライバ回路200の利点を説明する。図2のモータドライバ回路200において、A/Dコンバータ290の入力に着目する。A/Dコンバータ290の入力は、アナログの誤差信号VERRである。フィードバックループが安定化している定常状態では、駆動電流IDRVの目標レベルIREFにかかわらず、つまりアナログ指令信号VDACの大きさにかかわらず、アナログ誤差信号VERRは実質的にゼロに収束している。したがって、A/Dコンバータ290の入力電圧の変動範囲は、図16のA/Dコンバータ222のそれに比べて狭くなる。これにより、図2のA/Dコンバータ290は、図16のA/Dコンバータ222よりも低ビットのものを採用することが可能となる。A/Dコンバータ222を低ビット化することにより、モータドライバ回路200のチップコストおよび消費電力を削減できる。
The advantages of the
それに加えて、図2のモータドライバ回路200では、エラー検出アンプ230のゲインを大きくすることができる。なぜなら、ゲインにかかわらず、定常状態では、誤差信号VERR、つまりA/Dコンバータ290の入力は、ゼロに対応する電圧レベルをとるからである。エラー検出アンプ230のゲインを大きくすることは、A/Dコンバータ290のビット数(分解能)を高めることと同じ効果を生む。したがってモータドライバ回路200は、この理由によっても、A/Dコンバータ290のビット数を小さくできる。
In addition, in the
たとえば図16のモータドライバ回路200Eにおいて、16ビットのA/Dコンバータ222が必要であったとすると、図2のモータドライバ回路200では、A/Dコンバータ290のビット数は、12ビットまで減らすことができる。低ビットのA/Dコンバータ290としては、SAR(逐次比較)DACを用いることができるが、その他の形式を採用してもよい。
For example, if the motor driver circuit 200E in FIG. 16 requires a 16-bit A/
(実施例6)
図17は、実施例6に係るモータドライバ回路200Fの回路図である。パルス幅変調器240Fはデジタル回路で構成される。フィードバックコントローラ220FからはD/Aコンバータ226が省略され、デジタルの電圧指令値DCTRLをパルス幅変調器240Fに供給する。パルス幅変調器240Fは、デジタルの電圧指令値DCTRLに応じた相補的なデューティサイクルを有するパルス信号PWMA,PWMBをデジタル信号処理によって生成する。
(Example 6)
FIG. 17 is a circuit diagram of a
図17のモータドライバ回路200Fによれば、図2のモータドライバ回路200と同様の効果を得ることができる。
According to the
(実施形態2)
図18は、実施形態2に係るモータドライバ回路200Gを備える位置決め装置100Gのブロック図である。
(Embodiment 2)
FIG. 18 is a block diagram of a
フィードバックコントローラ220Gは、A/Dコンバータ290の前段に挿入されたサンプルホールド回路300を備える。本実施形態では、マスク信号MSKBは、デジタル補償器224ではなく、サンプルホールド回路300に供給されている。
サンプルホールド回路300は、トラックホールド回路であり、マスク信号MSKBがネゲートの期間、エラー検出アンプ230が生成するアナログ誤差信号VERRをそのまま出力する(トラックモード)。サンプルホールド回路300は、マスク信号MSKBがアサートされると、そのときのアナログ誤差信号VERRをサンプリングし、マスク信号MSKBがアサートされる間、ホールドする(ホールドモード)。
The sample and hold
図19は、サンプルホールド回路300の構成例を示す回路図である。サンプルホールド回路300は、スイッチ302、ローパスフィルタ304、バッファ306を含む。ローパスフィルタ304は、A/Dコンバータ290の前置フィルタ(アンチエイリアスフィルタ)と兼用することができる。
FIG. 19 is a circuit diagram showing a configuration example of the sample and hold
以上がモータドライバ回路200Gの構成である。続いてその利点を実施形態1と対比して説明する。
The above is the configuration of the
実施形態1では、デジタル誤差信号DERRに対して、マスク信号MSKBにもとづいたホールド処理をかけていると言える。この場合、A/Dコンバータ290のサンプルホールド用のタイミング信号S/Hとマスク信号MSKBのタイミングの関係によっては、ビートが発生する可能性があった。これに対して実施形態2では、アナログ誤差信号VERRをサンプルホールド回路を利用してホールドするため、ビートの発生を抑制できる。
In the first embodiment, it can be said that the digital error signal DERR is subjected to hold processing based on the mask signal MSKB. In this case, depending on the timing relationship between the sample and hold timing signal S/H of the A/
(用途)
図20は、モータドライバ回路200を備えるハードディスク装置900を示す図である。ハードディスク装置900は、プラッタ902、スイングアーム904、ヘッド906、スピンドルモータ910、シークモータ912、モータドライバ回路920を備える。モータドライバ回路920は、スピンドルモータ910やシークモータ912を駆動する。
(Application)
FIG. 20 is a diagram showing a
シークモータ912はボイスコイルモータである。実施形態に係るモータドライバ回路200(あるいは200A)は、モータドライバ回路920に内蔵されており、シークモータ912を駆動する。シークモータ912は、スイングアーム904を介してヘッド906を位置決めする。
Seek
本開示において、駆動対象であるリニアモータの構成や形式は特に限定されない。たとえばスプリングリターン方式のボイスコイルモータや、その他のリニアアクチュエータの駆動にも本開示は適用可能である。あるいは駆動対象のモータは、スピンドルモータであってもよい。 In the present disclosure, the configuration and type of the linear motor to be driven are not particularly limited. For example, the present disclosure is applicable to driving a spring return type voice coil motor and other linear actuators. Alternatively, the motor to be driven may be a spindle motor.
位置決め装置100の用途も、ハードディスク装置には限定されず、カメラのレンズの位置決め機構などにも適用できる。
The use of the
(付記)
本明細書には以下の技術が開示される。
(Additional note)
The following technology is disclosed in this specification.
(項目1)
電流センス抵抗を介して駆動対象のモータの第1端と接続されるべき第1出力端子と、
前記モータの第2端と接続されるべき第2出力端子と、
前記第1出力端子の第1出力電圧の遷移開始をトリガとしてアサートされ、遷移の完了後にネゲートされるマスク信号を生成するマスク発生回路と、
前記電流センス抵抗の電圧降下にもとづく電流フィードバック信号と基準信号との誤差にもとづくアナログ誤差信号を生成する誤差検出器と、
前記マスク信号がネゲートの期間において生成された前記アナログ誤差信号にもとづいて電圧指令値を生成するフィードバックコントローラと、
前記電圧指令値に応じた相補的なデューティサイクルを有する第1パルスおよび第2パルスを生成するパルス幅変調器と、
前記第1パルスに応じた前記第1出力電圧を前記第1出力端子に発生する第1ドライバと、
前記第2パルスに応じた第2出力電圧を前記第2出力端子に発生する第2ドライバと、
を備える、モータドライバ回路。
(Item 1)
a first output terminal to be connected to a first end of a motor to be driven via a current sense resistor;
a second output terminal to be connected to a second end of the motor;
a mask generation circuit that generates a mask signal that is asserted using the start of transition of the first output voltage of the first output terminal as a trigger and is negated after the transition is completed;
an error detector that generates an analog error signal based on an error between a current feedback signal based on a voltage drop across the current sense resistor and a reference signal;
a feedback controller that generates a voltage command value based on the analog error signal generated during the period when the mask signal is negated;
a pulse width modulator that generates a first pulse and a second pulse having complementary duty cycles according to the voltage command value;
a first driver that generates the first output voltage at the first output terminal according to the first pulse;
a second driver that generates a second output voltage at the second output terminal according to the second pulse;
A motor driver circuit comprising:
(項目2)
前記フィードバックコントローラは、
前記アナログ誤差信号をデジタル誤差信号に変換するA/Dコンバータと、
前記マスク信号がネゲートの期間において前記デジタル誤差信号を取り込み、前記デジタル誤差信号に応じた電圧指令値を生成する補償器と、
を含む、請求項1に記載のモータドライバ回路。
(Item 2)
The feedback controller is
an A/D converter that converts the analog error signal into a digital error signal;
a compensator that captures the digital error signal during a period in which the mask signal is negated and generates a voltage command value according to the digital error signal;
The motor driver circuit according to
(項目3)
前記フィードバックコントローラは、
前記マスク信号がアサートの期間において、前記アナログ誤差信号をホールドするサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路の出力をデジタル誤差信号に変換するA/Dコンバータと、
前記デジタル誤差信号に応じた電圧指令値を生成する補償器と、
を含む、請求項1に記載のモータドライバ回路。
(Item 3)
The feedback controller is
a sample and hold circuit that holds the analog error signal during a period in which the mask signal is asserted;
an A/D converter that converts the output of the sample and hold circuit into a digital error signal;
a compensator that generates a voltage command value according to the digital error signal;
The motor driver circuit according to
(項目4)
前記マスク発生回路は、前記第1パルスの遷移をトリガとして前記マスク信号をアサートする、請求項1から3のいずれかに記載のモータドライバ回路。
(Item 4)
4. The motor driver circuit according to
(項目5)
前記第1ドライバは、ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタを含み、
前記第1出力電圧のライズエッジに対応する前記マスク信号に関して、前記マスク発生回路は、前記ハイサイドトランジスタのゲートソース間電圧が第1しきい値電圧を越えると、前記マスク信号をネゲートする、請求項1から4のいずれかに記載のモータドライバ回路。
(Item 5)
The first driver includes a high-side transistor and a low-side transistor,
Regarding the mask signal corresponding to a rising edge of the first output voltage, the mask generation circuit negates the mask signal when a gate-source voltage of the high-side transistor exceeds a first threshold voltage. The motor driver circuit according to any one of
(項目6)
前記第1ドライバは、ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタを含み、
前記第1出力電圧のライズエッジに対応する前記マスク信号に関して、前記マスク発生回路は、前記ハイサイドトランジスタのゲートソース間電圧が第1しきい値電圧を越えた後、所定第1時間の経過後に、前記マスク信号をネゲートする、請求項1から4のいずれかに記載のモータドライバ回路。
(Item 6)
The first driver includes a high-side transistor and a low-side transistor,
Regarding the mask signal corresponding to the rising edge of the first output voltage, the mask generation circuit generates a signal after a predetermined first time has elapsed after the gate-source voltage of the high-side transistor exceeds a first threshold voltage. 5. The motor driver circuit according to
(項目7)
前記第1出力電圧のフォールエッジに対応するマスク期間に関して、前記マスク発生回路は、前記マスク信号のアサート後、前記第1出力電圧が第2しきい値電圧より低くなると、前記マスク信号をネゲートする、請求項1から6のいずれかに記載のモータドライバ回路。
(Item 7)
Regarding a mask period corresponding to a fall edge of the first output voltage, the mask generation circuit negates the mask signal when the first output voltage becomes lower than a second threshold voltage after assertion of the mask signal. A motor driver circuit according to any one of
(項目8)
前記第1出力電圧のフォールエッジに対応するマスク期間に関して、前記マスク発生回路は、前記マスク信号のアサート後、前記第1出力電圧が第2しきい値電圧より低くなってから所定第2時間の経過後に、前記マスク信号をネゲートする、請求項1から6のいずれかに記載のモータドライバ回路。
(Item 8)
Regarding the mask period corresponding to the fall edge of the first output voltage, the mask generation circuit is configured to control the mask generation circuit for a predetermined second period of time after the first output voltage becomes lower than a second threshold voltage after the mask signal is asserted. 7. The motor driver circuit according to
(項目9)
前記第1出力電圧のライズエッジに対応する前記マスク信号に関して、前記マスク発生回路は、前記マスク信号のアサート後、前記第1出力電圧が第3しきい値電圧を越えると、マスク信号をネゲートする、請求項1から4のいずれかに記載のモータドライバ回路。
(Item 9)
Regarding the mask signal corresponding to a rising edge of the first output voltage, the mask generation circuit negates the mask signal when the first output voltage exceeds a third threshold voltage after assertion of the mask signal. A motor driver circuit according to any one of
(項目10)
前記第1出力電圧のライズエッジに対応する前記マスク信号に関して、前記マスク発生回路は、前記マスク信号のアサート後、前記第1出力電圧が第3しきい値電圧を越えた後、所定第1時間の経過後に、前記マスク信号をネゲートする、請求項1から4のいずれかに記載のモータドライバ回路。
(Item 10)
Regarding the mask signal corresponding to a rising edge of the first output voltage, the mask generation circuit generates a predetermined first time period after the first output voltage exceeds a third threshold voltage after assertion of the mask signal. 5. The motor driver circuit according to
(項目11)
前記所定第1時間は、外部から設定可能である、請求項6または10に記載のモータドライバ回路。
(Item 11)
The motor driver circuit according to claim 6 or 10, wherein the predetermined first time can be set from the outside.
(項目12)
前記所定第2時間は、外部から設定可能である、請求項8に記載のモータドライバ回路。
(Item 12)
The motor driver circuit according to claim 8, wherein the predetermined second time can be set from the outside.
(項目13)
前記A/Dコンバータは、前記マスク信号のネゲートをトリガとして、サンプルホールド用のタイミング信号をリスタートする、請求項2に記載のモータドライバ回路。
(Item 13)
3. The motor driver circuit according to claim 2, wherein the A/D converter restarts a sample and hold timing signal using negation of the mask signal as a trigger.
(項目14)
電流センス抵抗を介して駆動対象のモータの第1端と接続されるべき第1出力端子と、
前記モータの第2端と接続されるべき第2出力端子と、
前記第1出力端子の第1出力電圧の遷移開始をトリガとしてアサートされ、遷移の完了後にネゲートされるマスク信号を生成するマスク発生回路と、
前記電流センス抵抗の電圧降下にもとづく電流フィードバック信号を生成する電流検出回路と、
前記電流フィードバック信号が基準信号に近づくように電圧指令値を生成するフィードバックコントローラと、
前記電圧指令値に応じた相補的なデューティサイクルを有する第1パルスおよび第2パルスを生成するパルス幅変調器と、
前記第1パルスに応じた前記第1出力電圧を前記第1出力端子に発生する第1ドライバと、
前記第2パルスに応じた第2出力電圧を前記第2出力端子に発生する第2ドライバと、
を備え、
前記フィードバックコントローラは、その少なくとも一部がデジタル回路で構成され、前記デジタル回路は、前記マスク信号がネゲートの期間、アナログ信号をデジタル信号に変換して取り込むように構成される、モータドライバ回路。
(Item 14)
a first output terminal to be connected to a first end of a motor to be driven via a current sense resistor;
a second output terminal to be connected to a second end of the motor;
a mask generation circuit that generates a mask signal that is asserted using the start of transition of the first output voltage of the first output terminal as a trigger and is negated after the transition is completed;
a current detection circuit that generates a current feedback signal based on a voltage drop across the current sense resistor;
a feedback controller that generates a voltage command value so that the current feedback signal approaches a reference signal;
a pulse width modulator that generates a first pulse and a second pulse having complementary duty cycles according to the voltage command value;
a first driver that generates the first output voltage at the first output terminal according to the first pulse;
a second driver that generates a second output voltage at the second output terminal according to the second pulse;
Equipped with
A motor driver circuit, wherein at least a portion of the feedback controller is configured with a digital circuit, and the digital circuit is configured to convert an analog signal into a digital signal and input the digital signal during a period when the mask signal is negated.
(項目15)
前記アナログ信号は、前記電流フィードバック信号と基準信号との誤差にもとづくアナログ誤差信号である、請求項14に記載のモータドライバ回路。
(Item 15)
The motor driver circuit according to
(項目16)
前記アナログ信号は、前記電流フィードバック信号である、請求項14に記載のモータドライバ回路。
(Item 16)
15. The motor driver circuit of
(項目17)
前記モータはリニアモータである、請求項1から16のいずれかに記載のモータドライバ回路。
(Item 17)
17. The motor driver circuit according to
(項目18)
前記リニアモータは、ボイスコイルモータである、請求項17に記載のモータドライバ回路。
(Item 18)
The motor driver circuit according to claim 17, wherein the linear motor is a voice coil motor.
(項目19)
ひとつの半導体基板に一体集積化される、請求項1から18のいずれかに記載のモータドライバ回路。
(Item 19)
The motor driver circuit according to any one of
(項目20)
リニアモータと、
前記リニアモータを駆動する請求項1から19のいずれかに記載のモータドライバ回路と、
を備える、位置決め装置。
(Item 20)
linear motor,
The motor driver circuit according to any one of
A positioning device comprising:
(項目21)
請求項20に記載の位置決め装置を備える、ハードディスク装置。
(Item 21)
A hard disk device comprising the positioning device according to
(項目22)
モータの駆動方法であって、
前記モータの第1端側において、前記モータと直列に電流センス抵抗を接続するステップと、
前記電流センス抵抗の電圧降下にもとづいて、電流フィードバック信号を生成するステップと、
前記電流センス抵抗に印加される第1出力電圧の遷移開始をトリガとしてマスク信号をアサートするステップと、
前記第1出力電圧の遷移完了をトリガとして前記マスク信号をネゲートするステップと、
前記電流フィードバック信号と基準信号との誤差に応じたアナログ誤差信号を生成するステップと、
前記マスク信号がネゲートの期間、前記アナログ誤差信号をデジタル誤差信号に変換して取り込むステップと、
前記デジタル誤差信号に応じた電圧指令値を生成するステップと、
前記電圧指令値に応じた相補的なデューティサイクルを有する第1パルスおよび第2パルスを生成するステップと、
前記第1パルスに応じた前記第1出力電圧を、前記電流センス抵抗を介して前記モータの前記第1端に印加するステップと、
前記第2パルスに応じた第2出力電圧を前記モータの第2端に印加するステップと、
を備える、駆動方法。
(Item 22)
A method for driving a motor, the method comprising:
connecting a current sense resistor in series with the motor at a first end of the motor;
generating a current feedback signal based on the voltage drop across the current sense resistor;
asserting a mask signal using the start of transition of the first output voltage applied to the current sense resistor as a trigger;
negating the mask signal using completion of the transition of the first output voltage as a trigger;
generating an analog error signal according to an error between the current feedback signal and a reference signal;
converting the analog error signal into a digital error signal and capturing it while the mask signal is negated;
generating a voltage command value according to the digital error signal;
generating a first pulse and a second pulse having complementary duty cycles according to the voltage command value;
applying the first output voltage responsive to the first pulse to the first end of the motor via the current sense resistor;
applying a second output voltage corresponding to the second pulse to a second end of the motor;
A driving method comprising:
(項目23)
モータの駆動方法であって、
前記モータの第1端と直列に電流センス抵抗を接続するステップと、
前記電流センス抵抗の電圧降下にもとづいて、電流フィードバック信号を生成するステップと、
前記電流センス抵抗に印加される第1出力電圧の遷移開始をトリガとしてマスク信号をアサートするステップと、
前記第1出力電圧の遷移完了をトリガとして前記マスク信号をネゲートするステップと、
前記電流フィードバック信号が基準信号に近づくように電圧指令値を生成するステップと、
前記電圧指令値に応じた相補的なデューティサイクルを有する第1パルスおよび第2パルスを生成するステップと、
前記第1パルスに応じた前記第1出力電圧を、前記電流センス抵抗を介して前記モータの前記第1端に印加するステップと、
前記第2パルスに応じた第2出力電圧を前記モータの第2端に印加するステップと、
を備え、
前記電圧指令値を生成するステップは、前記マスク信号がネゲートの期間、アナログ信号をデジタル信号に変換して取り込むステップを含む、駆動方法。
(Item 23)
A method for driving a motor, the method comprising:
connecting a current sense resistor in series with the first end of the motor;
generating a current feedback signal based on the voltage drop across the current sense resistor;
asserting a mask signal using the start of transition of the first output voltage applied to the current sense resistor as a trigger;
negating the mask signal using completion of the transition of the first output voltage as a trigger;
generating a voltage command value such that the current feedback signal approaches a reference signal;
generating a first pulse and a second pulse having complementary duty cycles according to the voltage command value;
applying the first output voltage responsive to the first pulse to the first end of the motor via the current sense resistor;
applying a second output voltage corresponding to the second pulse to a second end of the motor;
Equipped with
The driving method, wherein the step of generating the voltage command value includes the step of converting an analog signal into a digital signal and capturing the digital signal while the mask signal is negated.
100 位置決め装置
102 リニアモータ
104 上位コントローラ
200 モータドライバ回路
210 電流指令生成部
212 インタフェース回路
214 ロジック回路
216 D/Aコンバータ
220 フィードバックコントローラ
222 A/Dコンバータ
224 デジタル補償器
226 D/Aコンバータ
230 エラー検出アンプ
240 パルス幅変調器
250 電流検出回路
260 第1ドライバ
262 ハイサイドプリドライバ
264 ローサイドプリドライバ
270 第2ドライバ
290 A/Dコンバータ
292 タイミング信号発生器
294 A/D変換部
280 マスク発生回路
282 エッジ検出回路
284 第1コンパレータ
286 第2コンパレータ
288 ロジック回路
100
Claims (23)
前記モータの第2端と接続されるべき第2出力端子と、
前記第1出力端子の第1出力電圧の遷移開始をトリガとしてアサートされ、遷移の完了後にネゲートされるマスク信号を生成するマスク発生回路と、
前記電流センス抵抗の電圧降下にもとづく電流フィードバック信号と基準信号との誤差にもとづくアナログ誤差信号を生成する誤差検出器と、
前記マスク信号がネゲートの期間において生成された前記アナログ誤差信号にもとづいて電圧指令値を生成するフィードバックコントローラと、
前記電圧指令値に応じた相補的なデューティサイクルを有する第1パルスおよび第2パルスを生成するパルス幅変調器と、
前記第1パルスに応じた前記第1出力電圧を前記第1出力端子に発生する第1ドライバと、
前記第2パルスに応じた第2出力電圧を前記第2出力端子に発生する第2ドライバと、
を備える、モータドライバ回路。 a first output terminal to be connected to a first end of a motor to be driven via a current sense resistor;
a second output terminal to be connected to a second end of the motor;
a mask generation circuit that generates a mask signal that is asserted using the start of transition of the first output voltage of the first output terminal as a trigger and is negated after the transition is completed;
an error detector that generates an analog error signal based on an error between a current feedback signal based on a voltage drop across the current sense resistor and a reference signal;
a feedback controller that generates a voltage command value based on the analog error signal generated during the period when the mask signal is negated;
a pulse width modulator that generates a first pulse and a second pulse having complementary duty cycles according to the voltage command value;
a first driver that generates the first output voltage at the first output terminal according to the first pulse;
a second driver that generates a second output voltage at the second output terminal according to the second pulse;
A motor driver circuit comprising:
前記アナログ誤差信号をデジタル誤差信号に変換するA/Dコンバータと、
前記マスク信号がネゲートの期間において前記デジタル誤差信号を取り込み、前記デジタル誤差信号に応じた電圧指令値を生成する補償器と、
を含む、請求項1に記載のモータドライバ回路。 The feedback controller is
an A/D converter that converts the analog error signal into a digital error signal;
a compensator that captures the digital error signal during a period in which the mask signal is negated and generates a voltage command value according to the digital error signal;
The motor driver circuit according to claim 1, comprising:
前記マスク信号がアサートの期間において、前記アナログ誤差信号をホールドするサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路の出力をデジタル誤差信号に変換するA/Dコンバータと、
前記デジタル誤差信号に応じた電圧指令値を生成する補償器と、
を含む、請求項1に記載のモータドライバ回路。 The feedback controller is
a sample and hold circuit that holds the analog error signal during a period in which the mask signal is asserted;
an A/D converter that converts the output of the sample and hold circuit into a digital error signal;
a compensator that generates a voltage command value according to the digital error signal;
The motor driver circuit according to claim 1, comprising:
前記第1出力電圧のライズエッジに対応する前記マスク信号に関して、前記マスク発生回路は、前記ハイサイドトランジスタのゲートソース間電圧が第1しきい値電圧を越えると、前記マスク信号をネゲートする、請求項1から3のいずれかに記載のモータドライバ回路。 The first driver includes a high-side transistor and a low-side transistor,
Regarding the mask signal corresponding to a rising edge of the first output voltage, the mask generation circuit negates the mask signal when a gate-source voltage of the high-side transistor exceeds a first threshold voltage. The motor driver circuit according to any one of Items 1 to 3.
前記第1出力電圧のライズエッジに対応する前記マスク信号に関して、前記マスク発生回路は、前記ハイサイドトランジスタのゲートソース間電圧が第1しきい値電圧を越えた後、所定第1時間の経過後に、前記マスク信号をネゲートする、請求項1から3のいずれかに記載のモータドライバ回路。 The first driver includes a high-side transistor and a low-side transistor,
Regarding the mask signal corresponding to the rising edge of the first output voltage, the mask generation circuit generates a signal after a predetermined first time has elapsed after the gate-source voltage of the high-side transistor exceeds a first threshold voltage. 4. The motor driver circuit according to claim 1, wherein the motor driver circuit negates the mask signal.
前記モータの第2端と接続されるべき第2出力端子と、
前記第1出力端子の第1出力電圧の遷移開始をトリガとしてアサートされ、遷移の完了後にネゲートされるマスク信号を生成するマスク発生回路と、
前記電流センス抵抗の電圧降下にもとづく電流フィードバック信号を生成する電流検出回路と、
前記電流フィードバック信号が基準信号に近づくように電圧指令値を生成するフィードバックコントローラと、
前記電圧指令値に応じた相補的なデューティサイクルを有する第1パルスおよび第2パルスを生成するパルス幅変調器と、
前記第1パルスに応じた前記第1出力電圧を前記第1出力端子に発生する第1ドライバと、
前記第2パルスに応じた第2出力電圧を前記第2出力端子に発生する第2ドライバと、
を備え、
前記フィードバックコントローラは、その少なくとも一部がデジタル回路で構成され、前記デジタル回路は、前記マスク信号がネゲートの期間、アナログ信号をデジタル信号に変換して取り込むように構成される、モータドライバ回路。 a first output terminal to be connected to a first end of a motor to be driven via a current sense resistor;
a second output terminal to be connected to a second end of the motor;
a mask generation circuit that generates a mask signal that is asserted using the start of transition of the first output voltage of the first output terminal as a trigger and is negated after the transition is completed;
a current detection circuit that generates a current feedback signal based on a voltage drop across the current sense resistor;
a feedback controller that generates a voltage command value so that the current feedback signal approaches a reference signal;
a pulse width modulator that generates a first pulse and a second pulse having complementary duty cycles according to the voltage command value;
a first driver that generates the first output voltage at the first output terminal according to the first pulse;
a second driver that generates a second output voltage at the second output terminal according to the second pulse;
Equipped with
A motor driver circuit, wherein at least a portion of the feedback controller is configured with a digital circuit, and the digital circuit is configured to convert an analog signal into a digital signal and input the digital signal during a period when the mask signal is negated.
前記リニアモータを駆動する請求項1から3のいずれかに記載のモータドライバ回路と、
を備える、位置決め装置。 linear motor,
The motor driver circuit according to any one of claims 1 to 3, which drives the linear motor;
A positioning device comprising:
前記モータの第1端側において、前記モータと直列に電流センス抵抗を接続するステップと、
前記電流センス抵抗の電圧降下にもとづいて、電流フィードバック信号を生成するステップと、
前記電流センス抵抗に印加される第1出力電圧の遷移開始をトリガとしてマスク信号をアサートするステップと、
前記第1出力電圧の遷移完了をトリガとして前記マスク信号をネゲートするステップと、
前記電流フィードバック信号と基準信号との誤差に応じたアナログ誤差信号を生成するステップと、
前記マスク信号がネゲートの期間、前記アナログ誤差信号をデジタル誤差信号に変換して取り込むステップと、
前記デジタル誤差信号に応じた電圧指令値を生成するステップと、
前記電圧指令値に応じた相補的なデューティサイクルを有する第1パルスおよび第2パルスを生成するステップと、
前記第1パルスに応じた前記第1出力電圧を、前記電流センス抵抗を介して前記モータの前記第1端に印加するステップと、
前記第2パルスに応じた第2出力電圧を前記モータの第2端に印加するステップと、
を備える、駆動方法。 A method for driving a motor, the method comprising:
connecting a current sense resistor in series with the motor at a first end of the motor;
generating a current feedback signal based on the voltage drop across the current sense resistor;
asserting a mask signal using the start of transition of the first output voltage applied to the current sense resistor as a trigger;
negating the mask signal using completion of the transition of the first output voltage as a trigger;
generating an analog error signal according to an error between the current feedback signal and a reference signal;
converting the analog error signal into a digital error signal and capturing it while the mask signal is negated;
generating a voltage command value according to the digital error signal;
generating a first pulse and a second pulse having complementary duty cycles according to the voltage command value;
applying the first output voltage responsive to the first pulse to the first end of the motor via the current sense resistor;
applying a second output voltage corresponding to the second pulse to a second end of the motor;
A driving method comprising:
前記モータの第1端と直列に電流センス抵抗を接続するステップと、
前記電流センス抵抗の電圧降下にもとづいて、電流フィードバック信号を生成するステップと、
前記電流センス抵抗に印加される第1出力電圧の遷移開始をトリガとしてマスク信号をアサートするステップと、
前記第1出力電圧の遷移完了をトリガとして前記マスク信号をネゲートするステップと、
前記電流フィードバック信号が基準信号に近づくように電圧指令値を生成するステップと、
前記電圧指令値に応じた相補的なデューティサイクルを有する第1パルスおよび第2パルスを生成するステップと、
前記第1パルスに応じた前記第1出力電圧を、前記電流センス抵抗を介して前記モータの前記第1端に印加するステップと、
前記第2パルスに応じた第2出力電圧を前記モータの第2端に印加するステップと、
を備え、
前記電圧指令値を生成するステップは、前記マスク信号がネゲートの期間、アナログ信号をデジタル信号に変換して取り込むステップを含む、駆動方法。 A method for driving a motor, the method comprising:
connecting a current sense resistor in series with the first end of the motor;
generating a current feedback signal based on the voltage drop across the current sense resistor;
asserting a mask signal using the start of transition of the first output voltage applied to the current sense resistor as a trigger;
negating the mask signal using completion of the transition of the first output voltage as a trigger;
generating a voltage command value such that the current feedback signal approaches a reference signal;
generating a first pulse and a second pulse having complementary duty cycles according to the voltage command value;
applying the first output voltage responsive to the first pulse to the first end of the motor via the current sense resistor;
applying a second output voltage corresponding to the second pulse to a second end of the motor;
Equipped with
The driving method, wherein the step of generating the voltage command value includes the step of converting an analog signal into a digital signal and capturing the digital signal while the mask signal is negated.
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