JP4921169B2 - ディスクドライブのためのモータ電力制御器、モータ電力制御器を有するディスクドライブ及びディスクドライブのモータ電力を制御するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディスクドライブのためのモータ電力制御器に関する。更に、本発明は、モータ電力制御器を有するディスクドライブ及びディスクドライブのモータ電力を制御するための方法に関する。

以下の説明に対して、ディスクドライブは、ＣＤ−ＲＯＭドライブのような光学ドライブ若しくはディスクドライブ又は光磁気ドライブのような磁気ドライブとして定義される。

ラップトップコンピュータのような携帯型のコンピュータ若しくはＤＶＤプレーヤ又は他の携帯装置のような携帯型の音声／映像システムは、通常、バッテリ電力で動作する。例えば、携帯装置が、そのバッテリが再充電されることが必要になる前に動作する持続時間は、バッテリからもたらされる電流のレベルとバッテリが蓄えることができる充電とにより決定される。そのバッテリが再充電されることが必要になる前に長い期間動作する携帯装置を提供するためには、そのようなバッテリにより搬送される総電荷数を最大化すること並びにバッテリからもたらされる電流を最小にすること又は携帯装置による電力消費を最小化することの両者に研究の努力の焦点が当てられてきた。

更に効率的なロジック及びディスプレイが利用可能となったため、バッテリ寿命を決定することの重要な因子は携帯装置のディスクドライブである。そのために、バッテリ寿命を最大化するように、ディスクドライブの効率が改善される必要がある。

米国特許第５，５１７，６４９号明細書において、ハードディスクドライブについての適切な電力管理について開示されている。この先行技術の文献において、ハードディスクドライブにより消費される電力を管理する方法であって、それにより、第１段階において、ハードディスクドライブに掛かる負荷を測定する方法について記載されている。次の段階において、動作状態及び一連の休止時間の間の低電力状態にあるディスクドライブにおいて消費される平均電力が決定される。次の段階において、ディスクドライブにより消費される全平均電力が最小である休止時間が決定される。最終段階において、ディスクドライブが前に決定された最小の休止時間に対して動作する休止時間が設定される。

米国特許第５，４９３，６７０号明細書においては、携帯用ラップトップコンピュータにおけるディスクドライブにより消費される電力を管理するための方法について開示されている。米国特許第５，４９３，６７０号明細書によると、次のアクセスが数秒より先の将来で起こりうるならば、すなわち、例えば、次のアクセスは、ディスクをスピンダウンさせることで、システムが電力を節約するほど遠い将来に起こりうるならば、動作状態でなくなるとすぐにディスクをスピンダウンさせることにより、ラップトップコンピュータにおける電力は保存される。このような先行技術の特許文献に記載されている方法によると、所定の長さの時間の後にハードディスクがアクセスされなかったとき、電力システムはそのハードディスクドライブをスピンダウンさせる。ディスクをスピンダウンさせるための決定は、ディスクの動作の過去の履歴に応じてコンピュータによりなされる。ディスクの動作の過去の履歴は又、閾値を調整するために用いられる。

携帯コンピュータにおけるディスクドライブの消費電力を制御するための他の方法については、米国特許第６，０９７，６７９号明細書及び国際公開第０１／１５１６１Ａ１号パンフレットに記載されている。
米国特許第５，５１７，６４９号明細書 米国特許第５，４９３，６７０号明細書 米国特許第６，０９７，６７９号明細書 国際公開第０１／１５１６１Ａ１号パンフレット

本発明は、ディスクドライブ、特に携帯装置のディスクドライブについてのモータ電力制御器であって：前記ディスクドライブの少なくとも２つの動作状態であって、前記ディスクドライブのモータを連続的に駆動する第１動作状態と、各々のデータ演算の開始時に前記モータをスピンアップする第２動作状態とを規定する手段；何れのデータ要求を伴わずに所定の期間より長い時間インターバルが決定されたとき、前記第１動作状態から前記第２動作状態に前記モータを移行させる構成手段；並びに、連続するデータ要求の間の時間インターバルの所定数が、それらの時間インターバルの全て又は各々が前記の所定の期間より短いと判断されるとき、前記第２動作状態から前記第１動作状態に前記ディスクドライブを移行させる更なる構成手段；を有する、モータ電力制御器を提供する。

本発明に従ったモータ電力制御器はディスクドライブのモータエネルギー消費を最小にする一方、ディスクドライブはアプリケーションの実行、バッファサイズ若しくはディスクドライブが接続されている又はディスクドライブが一部である携帯装置のデータ要求パターンについての情報又は知識を必要としない。本発明に従ったモータ電力制御器は単純であり、ディスクドライブと携帯装置又はその携帯装置において実行されるアプリケーションとの間の通信を増加させない。

本発明の好適な実施形態に従って、モータ電力制御器は、前記所定期間を演算するための手段を有してよく、前記所定期間は、前記ディスクドライブのモータをスピンアップするために使用される前記ディスクドライブの消費エネルギー／電力と、前記ディスクドライブの連続動作中の前記モータの消費エネルギー／電力とが等しくなるように選択される。

更に、本発明は、独立請求項５に記載したモータ電力制御器を有するディスクドライブと、独立請求項７に記載したディスクドライブのモータ電力を制御するための方法とを提供する。

本発明は、ディスクドライブ、特に、携帯光学装置のためのモータ電力制御器に関する。

本発明に従って、モータ電力制御器は、前記ディスクドライブの少なくとも２つの動作状態を規定する手段を有する。図１は、２つの動作状態、即ち、第１動作状態及び第２動作状態を示すディスクドライブモータ制御器の所謂、状態図を示している。第１動作状態１０においては、前記ディスクドライブのモータは、実行されるデータ操作がない時間中に連続的に実行される。実行されるデータ操作がない時間を、以下、バッファフェーズと呼ぶ。前記第２動作状態１１中、モータは、各々のデータ操作、即ち、各々の読み取り／書き込み操作の開始時にスピンアップし、各々の読み取り／書き込み操作の終了時にスピンダウンする。この第２動作状態１１中、ディスクドライブモータはバッファヘーズの間には動作しない。第１動作状態１０は、“連続状態”とも呼ばれ、第２動作状態１１は、“スピンアップ／ダウン状態”又は“デフォルト状態”もと呼ばれる。

第２動作状態１１中の各々のデータ操作の終了時の前記モータのスピンダウンが受動的に又は能動的に実行されることに留意する必要がある。表現“前記モータのスピンダウン”はそれらの２つの選択肢の１つのみを方向付けるのではない。表現“前記モータのスピンダウン”は、両方の選択肢がこの表現の主旨の範囲内に含まれるとして理解される必要がある。

本発明に従ったモータ電力制御器は、第１動作状態１０から第２動作状態１１へ及び第２動作状態１１から第１動作状態１０へとディスクドライブを移行させる手段を有する。図１における矢印１２は、第１動作状態１０から第２動作状態１１への移行を示している。図１における矢印１３は、第２動作状態１１から第１動作状態１０への移行を示している。

本発明に従って、第１動作状態、即ち、所謂“連続状態”から第２動作状態、即ち“スピンアップ／ダウン状態”への移行は、この期間中に存在する何れの読み取り及び／又は書き込み要求なしに、所定の期間より長い又は大きい時間インターバルが決定されたときに起こる。このことは、携帯装置、特に、その携帯装置において実行されるアプリケーションがストリーミングを停止したこと又は更なるバッファ空間が利用可能になったことを示す。この条件下で、ディスクのモータがバッファフェーズ中に停止するようにすること及び続く読み取り及び／又は書き込み操作前に再びスピンアップするようにすることはより効率的である。

第２動作状態１１、即ち、所謂“スピンアップ／ダウン状態”から第１動作状態１０、即ち、所謂“連続状態”への移行は、連続したデータ要求間の時間インターバルの所定数αが全て前記所定期間より短いと決定されるときに起こる。このことは、小さいバッファサイズを有するアプリケーションがディスクドライブに及び／又はディスクドライブからデータをストリーミングすることを示す。略同じインターバルにおける更なるデータ要求がストリーミング中に実行されるため、バッファフェーズ中に連続的に動作するモータを有することはエネルギー効率が高い。

最も単純な実施形態においては、連続的なデータ要求間の時間インターバルの所定数はα＝１として選択されることが可能である。しかしながら、α＝３を選択することは更に効率が高く、信頼性が高い。α＝３が選択されるとき、第２動作状態１１、即ち、所謂“スピンアップ／ダウン状態”から第１動作状態、即ち、所謂“連続状態”への移行は、連続的なデータ要求間の３つの連続する時間インターバルが決定されるときにのみ起こり、それにより、それらの３つの時間インターバルの各々は前記所定期間より短いことが必要である。３つの時間インターバルの２つのみが前記所定期間より短い場合、その移行は起こらない。

本発明は、ディスクドライブと携帯装置又はその携帯装置において実行されるアプリケーションとの間の通信を増加させずに、携帯又は非携帯ディスクドライブにおける電力消費を最小化するための非常に簡単な解決方法を提供する。

好適には、モータ電力制御器は、ディスクドライブモータの電力消費及びエネルギー消費からの移行処理についての基準として用いられる前記所定期間を演算する手段を有する。本発明は、それ故、携帯装置又は携帯装置において実行されるアプリケーションに関する情報を必要としない。

表現“モータ”がエネルギー又は電力消費との関連で用いられるとき、これは、モータ自体のエネルギー又は電力消費及び／又はモータドライバのエネルギー又は電力消費及び／又はモータドライバ制御回路のエネルギー又は電力消費に関連させることが可能であることに留意されたい。

所謂、ＣＬＶ（線速度一定）モードで動作するドライブについては、読み取り及び／又は書き込み操作中のビットレートは、モータ回転周波数又はモータ回転速度がディスク半径の減少につれて増加するため、ディスクの半径に依存しない。前記ＣＬＶモードにおいて動作するドライブについては、所定期間は、ディスクドライブモータをスピンアップするために用いられる前記ドライブの消費エネルギーから及び前記ディスクドライブの連続動作中のディスクドライブモータの消費電力から、次式を用いて演算され、
ｔ_ＣＬＶ＝Ｅ_{ｓｐｉｎ−ｕｐ}（ｒ）／Ｐ_{ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ}（ｒ）＋ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}
ここで、ｔ_ＣＬＶはＣＬＶモードにおいて動作されるディスクドライブについての所定期間であり、Ｅ_{ｓｐｉｎ−ｕｐ}はディスクドライブモータをスピンアップさせるために用いられる前記ディスクドライブの消費エネルギーであり、Ｐ_{ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ}は、ディスクドライブが連続動作状態にあるとき、又バッファフェーズ中にディスクをスピンさせるために用いられる前記ディスクドライブモータの消費電力であり、ｒはディスクの半径であり、そして、ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}はデータ処理中に前記ディスクドライブが動作する時間である。

ＣＬＶモードにおいて動作するディスクドライブについては、Ｅ_{ｓｐｉｎ−ｕｐ}及びＰ_{ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ}はディスクの半径ｒの関数である。時間ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}はＣＬＶモードにおいて動作するディスクドライブに対して一定であり、それ故、次式のようになり、
ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}＝ｔ_{ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ}＋ｔ_{ｓｅａｒｃｈ}＋ｔ_{ｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅ}
この式は、ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}をディスクドライブの光学系を初期化するために用いられるｔ_{ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ}、 検索操作に対して用いられる時間ｔ_{ｓｅａｒｃｈ}、及び読み取り及び書き込み操作について用いられる時間ｔ_{ｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅ}から演算することができることを意味する。

所謂、ＣＡＶ（角速度一定）モードの状態で動作するドライブに対して、読み取り及び／又は書き込み操作中のビットレートはディスクの半径に依存し、所定期間は、ディスクドライブモータをスピンアップするために用いられる前記ドライブの消費エネルギーから及び前記ディスクドライブの連続動作中のディスクドライブモータの消費電力から、次式を用いて演算され、
ｔ_ＣＡＶ＝Ｅ_{ｓｐｉｎ−ｕｐ}／Ｐ_{ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ}＋ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}（ｒ）
ここで、ｔ_ＣＡＶはＣＡＶモードにおいて動作されるディスクドライブについての所定期間である。

ＣＡＶモードの状態で動作されるディスクドライブに対しては、Ｅ_{ｓｐｉｎ−ｕｐ}及びＰ_{ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ}は一定である。時間ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}は、アクセスされるべき所定のデータ量について、ｔ_{ｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅ}がディスクの半径ｒの関数であるため、ディスクの半径ｒの関数である。

ＣＡＶモードの状態で動作されるディスクドライブに対して、ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}は次式のように演算される。

ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}（ｒ）＝ｔ_{ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ}＋ｔ_{ｓｅａｒｃｈ}＋ｔ_{ｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅ}（ｒ）
検索及び初期化操作が必要ないアプリケーションに対しては、ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}（ｒ）は単にｔ_{ｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅ}（ｒ）の関数である。

ＣＬＶモード及びＣＡＶモードにおいては、ディスクドライブに対する最後のアクセスの半径は、所定期間ｔ_ＣＬＶ又はｔ_ＣＡＶの演算のために用いられる。最良の結果は、連続的なデータ要求が略同じ半径からのデータについてのものであるときであって、例えば、大きい連続ファイルをストリーミングするときに達成される。

図２は、第１動作状態１０の間の時間ｔに対するディスクドライブの消費電力Ｐを表す図であり、図３は、第２動作状態１１の間のディスクドライブの消費電力Ｐを表す図である。ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}の間の消費電力又はエネルギーは両者共に同じ動作状態についてのものである。第１動作状態１０（“連続状態”、図２参照）に対して、連続モードにおいてバッファフェーズ中のモータにより用いられる消費エネルギーＥ_{ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ}はハッチングされた矩形により示されている。バッファフェーズの持続時間は時間ｔ_{ｂｕｆｆｅｒ}により特徴付けられ、次式のようになる。

Ｅ_{ｓｐｉｎ−ｕｐ}＝Ｐ_{ｓｐｉｎ−ｕｐ}＊ｔ_{ｓｐｉｎ−ｕｐ}
第１動作状態１０から第２動作状態１１への及び第２動作状態１１から第１動作状態１０へのディスクドライブの移行についての基準として用いられる所定期間ｔ _ＣＬＶ 又はｔ _ＣＡＶ は、図２及び３におけるハッチングされた矩形により示されている消費エネルギーＥ_{ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ}及び消費エネルギーＥ_{ｓｐｉｎ−ｕｐ}が等しいように選択される。

上記のモータ電力制御器及び方法は、好適には、ドライブであって、特に、携帯用光ディスクドライブの一部である。

本発明は、ディスクドライブに組み込まれる全ての装置であって、特に、光ディスクドライブ、例えば、音声／映像システム、ラップトップコンピュータ等において用いられることが可能である。

本発明に従ったディスクドライブモータ制御器の状態図である。 所謂“連続状態”と又、呼ばれる第１動作状態中のディスクドライブの消費電力及び消費エネルギーを示す図である。 所謂“スピンアップ／ダウン状態”と又、呼ばれる第２動作状態中のディスクドライブの消費電力及び消費エネルギーを示す図である。

Claims (10)

1. ディスクドライブ、特に、携帯装置のディスクドライブのためのモータ電力制御器であって：
   前記ディスクドライブの少なくとも２つの動作状態であって、前記ディスクドライブのモータを連続して動作させる第１動作状態と、各々のデータ操作の開始時に前記モータをスピンアップしその終了時に前記モータをスピンダウンする第２動作状態とを規定する手段；
   何れのデータ要求なしに所定期間より長い時間インターバルが決定されるとき、前記第１動作状態から前記第２動作状態に前記ディスクドライブを移行させる手段；
   連続的なデータ要求の間の時間インターバルの所定数が、それらの全て又は各々が前記所定期間より短いと判定されるとき、前記第２動作状態から前記第１動作状態に前記ディスクドライブを移行させる手段；並びに
   前記所定期間を演算する手段；
   を有し、
   前記所定期間は、前記ディスクドライブのモータをスピンアップするために使用される前記ディスクドライブの消費エネルギー／電力と、前記ディスクドライブの連続動作中の前記モータの消費エネルギー／電力とが等しくなるように選択される、
   ことを特徴とするモータ電力制御器。
2. 請求項１に記載のモータ電力制御器であって、前記ディスクドライブはＣＬＶ（線速度一定）モードで動作され、前記の演算する手段は前記所定期間を次式を用いて演算し、
   ｔ_ＣＬＶ＝Ｅ_{ｓｐｉｎ−ｕｐ}（ｒ）／Ｐ_{ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ}（ｒ）＋ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}
   ここで、ｔ_ＣＬＶは前記所定期間であり、Ｅ_{ｓｐｉｎ−ｕｐ}は前記ディスクドライブモータをスピンアップさせるために用いられる前記ディスクドライブの消費エネルギーであり、Ｐ_{ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ}は、前記ディスクドライブが連続動作状態にあるとき、又バッファフェーズ中にディスクをスピンさせるために用いられる前記ディスクドライブモータの消費電力であり、ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}はデータ処理中に前記ディスクドライブが動作する時間であり、ｒはディスクの半径である、ことを特徴とするモータ電力制御器。
3. 請求項１に記載のモータ電力制御器であって、前記ディスクドライブはＣＡＶ（角速度一定）モードで動作され、前記の演算する手段は前記所定期間を次式を用いて演算し、
   ｔＣ_ＡＶ＝Ｅ_{ｓｐｉｎ−ｕｐ}／Ｐ_{ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ}＋ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}（ｒ）
   ここで、ｔ_ＣＡＶは前記所定期間であり、Ｐ_{ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ}は、前記ディスクドライブが連続動作状態にあるとき、又バッファフェーズ中にディスクをスピンさせるために用いられる前記ディスクドライブモータの消費電力であり、ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}はデータ処理中に前記ディスクドライブが動作する時間であり、ｒはディスクの半径である、ことを特徴とするモータ電力制御器。
4. 請求項１乃至３の何れ一項に記載のモータ電力制御器であって、前記データ処理は読み取り及び／又は書き込み処理である、ことを特徴とするモータ電力制御器。
5. モータ電力制御器を有するディスクドライブであって、前記モータ電力制御器は：
   前記ディスクドライブの少なくとも２つの動作状態であって、前記ディスクドライブのモータを連続して動作させる第１動作状態と、各々のデータ操作の開始時に前記モータをスピンアップしその終了時に前記モータをスピンダウンする第２動作状態とを規定する手段；
   何れのデータ要求なしに所定期間より長い時間インターバルが決定されるとき、前記第１動作状態から前記第２動作状態に前記ディスクドライブを移行させる手段；
   連続的なデータ要求の間の時間インターバルの所定数が、それらの全て又は各々が前記所定期間より短いと判定されるとき、前記第２動作状態から前記第１動作状態に前記ディスクドライブを移行させる手段；並びに
   前記所定期間を演算する手段；
   を有し、
   前記所定期間は、前記ディスクドライブのモータをスピンアップするために使用される前記ディスクドライブの消費エネルギー／電力と、前記ディスクドライブの連続動作中の前記モータの消費エネルギー／電力とが等しくなるように選択される、
   ことを特徴とするディスクドライブ。
6. 請求項５に記載のディスクドライブであって、請求項１乃至４の何れ一項に記載のモータ電力制御器により特徴付けられる、ことを特徴とするディスクドライブ。
7. ディスクドライブ、特に、携帯装置のディスクドライブのためのモータ電力を制御するための方法であって：
   前記ディスクドライブの少なくとも２つの動作状態であって、前記ディスクドライブのモータを連続して動作させる第１動作状態と、各々のデータ操作の開始時に前記モータをスピンアップしその終了時に前記モータをスピンダウンする第２動作状態とを規定する段階；
   何れのデータ要求なしに所定期間より長い時間インターバルが決定されるとき、前記第１動作状態から前記第２動作状態に前記ディスクドライブを移行させる段階；並びに
   連続的なデータ要求の間の時間インターバルの所定数が、それらの全て又は各々が前記所定期間より短いと判定されるとき、前記第２動作状態から前記第１動作状態に前記ディスクドライブを移行させる段階；
   を有し、
   前記所定期間は、前記ディスクドライブのモータをスピンアップするために使用される前記ディスクドライブの消費エネルギー／電力と、前記ディスクドライブの連続動作中の前記モータの消費エネルギー／電力とが等しくなるように選択される、ことを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、前記ディスクドライブをＣＬＶ（線速度一定）モードで動作し、前記所定期間を次式を用いて演算し、
   ｔ_ＣＬＶ＝Ｅ_{ｓｐｉｎ−ｕｐ}（ｒ）／Ｐ_{ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ}（ｒ）＋ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}
   ここで、ｔ_ＣＬＶは前記所定期間であり、Ｅ_{ｓｐｉｎ−ｕｐ}は前記ディスクドライブモータをスピンアップさせるために用いられる前記ディスクドライブの消費エネルギーであり、Ｐ_{ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ}は、前記ディスクドライブが連続動作状態にあるとき、又バッファフェーズ中にディスクをスピンさせるために用いられる前記ディスクドライブモータの消費電力であり、ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}はデータ処理中に前記ディスクドライブが動作する時間であり、ｒはディスクの半径である、ことを特徴とする方法。
9. 請求項７に記載の方法であって、前記ディスクドライブをＣＡＶ（角速度一定）モードで動作し、前記所定期間を次式を用いて演算し、
   ｔ_ＣＡＶ＝Ｅ_{ｓｐｉｎ−ｕｐ}／Ｐ_{ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ}＋ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}（ｒ）
   ここで、ｔ_ＣＡＶは前記所定期間であり、Ｐ_{ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ}は、前記ディスクドライブが連続動作状態にあるとき、又バッファフェーズ中にディスクをスピンさせるために用いられる前記ディスクドライブモータの消費電力であり、ｔ_{ａｃｔｉｖｅ}はデータ処理中に前記ディスクドライブが動作する時間であり、ｒはディスクの半径である、ことを特徴とする方法。
10. 請求項７乃至９の何れ一項に記載の方法であって、前記データ処理は読み取り及び／又は書き込み処理である、ことを特徴とする方法。

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