KR100246791B1 - 하드디스크구동장치의스핀들모터제어장치와방법 - Google Patents

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 하드 디스크 구동장치의 스핀들 모터 제어장치와 방법에 관한 것이다.

나. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

단순한 하드웨어로서 스핀들 모터를 정속도로 유지시킨다.

다. 발명의 해결방법의 요지

자기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터와, 상기 자기 디스크상의 미리 정해진 영역에 대응하는 정속도 데이타를 제공하는 제어부와, 상기 자기 헤드가 상기 미리 정해진 영역을 리드하는 동안 클럭을 카운트하여 실제속도 데이타를 생성하는 실제속도 검출부와, 상기 정속도 데이타와 실제속도 데이타를 비교하여 정속도와 실제속도간의 오차를 검출하는 오차검출부와, 상기 오차에 대응하여 상기 스핀들모터의 스핀들 구동신호의 펄스폭을 조절하면서, 상기 스핀들 모터를 구동하는 스핀들 모터 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

라. 발명의 중요한 용도

본 발명은 하드 디스크 구동장치에 관한 것이다.

Description

하드 디스크 구동장치의 스핀들 모터 제어장치와 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING A SPINDLE MOTOR OF THE HDD}

본 발명은 하드 디스크 구동장치에 관한 것으로, 특히 하드 디스크 구동장치의 스핀들 모터 제어장치와 방법에 관한 것이다.

하드 디스크 드라이브 구동장치는 빠른 속도로 회전하는 자기 디스크 표면상의 자기 헤드의 위치를 보이스 코일모터를 이용하여 제어하는 정교한 일렉트로-메카니컬(Electro-Mechanical)장치이다.

상기 하드 디스크 구동장치는 보이스 코일모터와 스핀들 모터를 구비한다. 상기 보이스 코일모터는 자기 헤드의 위치를 제어하며, 상기 스핀들 모터는 자기 디스크를 회전시킨다. 상기 자기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터는 하드 디스크 구동장치의 내부의 모든 타이밍과 스펙을 결정한다. 이에따라 스핀들 모터의 정교한 제어가 요구된다.

상기 자기 헤드는 회전하는 자기 디스크상의 데이타를 리드한다. 상기 자기 헤드의 상승높이는 상기 자기 디스크의 회전속도에 의하여 결정되며, 상기 자기 디스크의 회전속도는 상기 스핀들 모터의 회전속도(이하 스핀들 속도라 함)에 대응한다. 이에따라 하드 디스크 구동장치의 신뢰성과 데이타의 무결성을 보장하기 위해서 상기 스핀들 모터는 구동중에 정속도를 유지하여야 한다.

상기 스핀들 속도를 정속도로 유지하지 못하는 경우를 설명하면 다음과 같다. 상기 스핀들 속도가 느려지는 경우에 자기 헤드의 상승높이가 낮아진다. 상기와 같이 자기 헤드의 상승높이가 낮아지면 상기 자기 헤드와 자기 디스크가 충돌한다. 상기 충돌은 자기 헤드와 자기 디스크간의 심각한 손상을 일으킨다.

이와달리 스핀들 속도가 빨라질 경우에는 자기 헤드의 상승높이가 높아진다. 상기와 같이 자기 헤드의 상승높이가 높아지면 리드/라이트 마진이 낮아진다. 상기와 같이 리드/라이트 마진이 낮아지면 에러 레이트가 높아지며, 심지어 에러가 발생할 수도 있다. 상기 에러에 의하여 자기 디스크상의 서보 필드의 위치제어정보가 손상되면, 자기 헤드의 위치제어를 정확하게 수행하지 못한다. 상기 자기 헤드의 위치제어를 정확히 수행하지 못하는 것은 자기 헤드 충돌의 원인이 된다.

근래에는 컴퓨터 시스템이 소형화되고 포터블화된다. 특히 포터블 컴퓨터는 데스크 탑 컴퓨터에 비하여 외부의 충격이나 진동, 밧데리 사용으로 인한 전압/전류의 변화, 사용시의 자기 헤드의 상승높이의 변화등에 의하여 스핀들 제어시스템이 영향받을 수 있다. 이에따라 상기 포터블 컴퓨터에 내장되는 소형 하드 디스크 구동장치는 상기와 같은 영향을 적절히 보상하고, 심각한 외란의 발생시에 구동장치의 자기 헤드 미디어를 안정하게 보호하도록 되어 있다.

이에따라 종래에는 포터블 컴퓨터에 내장되는 소형 하드 디스크 구동장치는 외란을 감지하기 위한 충격센서를 사용하였으나, 점차 하드웨어 콘트롤러나 소프트웨어 콘트롤러를 사용하여 외란을 감지하고 외란에 적절히 대응하는 방식을 채용하였다.

그런데, 상기 하드웨어 콘트롤러는 고가이며, 상기 소프트웨어 콘트롤러는 하드 디스크 구동장치의 제어부에 대한 부하를 가중시켰다.

상술한 바와 같이 종래에는 스핀들 속도를 정속도로 유지하기 위하여 고가의 하드웨어 콘트롤러를 구비하였다. 상기 고가의 하드웨어를 구비하는 것은 하드 디스크 구동장치의 단가를 상승시키는 요인이 되었다.

상기와 다르게, 스핀들 속도를 정속도로 유지하기 위하여 소프트웨어 콘트롤러를 사용하는 것은 하드 디스크 구동장치의 제어부의 부하를 가중시키는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 단순한 하드웨어로서 스핀들 속도를 정속도로 유지하는 스핀들 모터 제어장치와 방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스핀들 모터 제어장치의 블럭도,

도 2는 본 발명이 적용되는 자기디스크상에 서보필드를 도시한 도면,

도 3 내지 도 5는 도 1의 각 부분에서의 동작파형도.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터와, 상기 자기 디스크상의 미리 정해진 영역에 대응하는 정속도 데이타를 제공하는 제어부와, 상기 서보필드 영역 시작신호에 응답하여 자기 헤드가 상기 서보필드 영역의 서보정보를 리드하는 동안 내부 클럭 발생기로부터 발생되는 클럭을 카운트하여 상기 스핀들 모터의 실제 회전속도 데이터를 계산하는 실제속도 검출부와, 상기 정속도 데이타와 실제속도 데이타를 비교하여 정속도와 실제속도간의 오차를 검출하는 오차검출부와, 상기 오차에 대응하여 상기 스핀들모터의 스핀들 구동신호의 펄스폭을 조절하면서, 상기 스핀들 모터를 구동하는 스핀들 모터 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부도면에서 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들 없이 본 발명이 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 자명할 것이다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스핀들 모터 제어장치의 블럭도를 도시한 것이다. 상기 스핀들 모터 제어장치는 스핀들 모터(10)와 스핀들 모터 구동부(12)와 제어부(14)와 레지스터(16)와 감산기(18)와 업/다운 카운터(20)와 펄스폭 변조신호 생성부(이하 PWM부라 함)(22)와 자기 헤드(24)와 자기 디스크(26)와 앤드게이트(28)와 스핀 카운터(30)를 구비한다.

상기 자기 디스크(26)는 스핀들 모터(10)에 의해 회전된다. 상기 자기 디스크(26)상에 위치한 자기 헤드(24)는 상기 자기 디스크(26)의 회전속도가 정속도에 이르면 리드/라이트를 수행한다. 상기 자기 헤드(24)는 리드/라이트시에 자기 디스크(26)상의 서보필드에 저장되어 있는 서보정보를 리드한다. 상기 제어부(14)는 상기 서보정보를 제공받아 자기디스크(26)상의 자기 헤드(24)의 위치를 알 수 있다.

상기 자기 디스크(26)상의 서보필드를 도시한 도 2를 참조하면, 상기 자기 디스크(26)는 다수의 트랙으로 구성되고, 상기 트랙은 다수의 섹터로 구성된다. 상기 섹터는 다시 서보필드와 데이타필드로 구성된다. 상기 서보필드에는 서보정보가 저장되며, 상기 서보정보는 상기 트랙과 섹터에 대한 정보를 포함한다. 이에따라 상기 제어부(14)는 상기 서보정보를 제공받아 자기헤드(24)가 자기디스크(26)상의 어느 트랙과 섹터에 위치하는지를 알 수 있다.

특히, 도 2에서 서보시작신호는 상기 서보필드가 시작되는 부분을 나타내는 신호이며, 서보종료신호는 상기 서보필드가 종료되는 부분에서 시작하여 다시 다른 서보필드가 시작되는 부분까지를 나타내는 신호이다.

신호는 상기 서보종료신호를 반전한 것이다.

상기

신호와 클럭은 앤드게이트(28)에 인가된다. 상기 앤드게이트(28)는 상기 두 신호가 동시에 하이상태인 경우에만 하이인 신호를 발생한다. 이에따라 상기 앤드게이트(28)의 출력은 서보필드 구간에서만 클럭이 나타나는 신호이다.

상기 서보시작신호는 스핀카운터(30)의 리셋단자에 인가되고, 클럭단자에는 상기 SCK신호가 인가된다. 이에따라 상기 스핀카운터(30)는 서보시작신호에 따라 리셋된 후, SCK신호를 카운트한다. 여기서, 상기 서보필드와 클럭은 미리 정해져 있으므로, 상기 스핀들 모터(10)의 속도에 따라 상기 SCK의 클럭수가 정해진다. 즉, 상기 스핀들 모터(10)가 정속도에 비하여 빠르게 되면 상기 SCK의 클럭수는 적어지고, 상기 스핀들 모터(10)가 정속도에 비하여 느려지면 상기 SCK의 클럭수가 많아진다. 이에따라 상기 스핀카운터(30)의 카운트값은 상기 스핀들 모터(10)의 실제속도에 따라 가변된다. 따라서 상기 스핀카운터(30)의 카운트값을 실제속도라 한다. 상기 실제속도는 감산기(18)에 입력된다.

상기 제어부(14)는 전반적인 스핀들 모터 제어장치의 제어를 수행하며, 특히 스핀들 속도의 정속도에 대한 데이타(이하 정속도라 함)를 레지스터(16)에 전송한다. 상기 레지스터(16)는 상기 정속도를 래치한다. 상기 레지스터(16)는 정속도를 감산기(18)에 입력한다.

상기 감산기(18)는 상기 정속도와 실제속도를 입력받아 Calst 신호에 의해서 상기 정속도에서 실제속도를 감산하며, 상기 감산결과에 따른 감산데이타와 감산데이타의 부호를 나타내는 부호신호를 출력한다. 상기 Calst신호는 감산시작신호이다. 상기 감산데이타와 부호신호는 업/다운 카운터(20)에 입력된다. 또한 상기 부호신호는 PWM부(22)에 입력된다.

상기 업/다운 카운터(20)에 입력되는 로드신호는 카운터 로드신호이며, PWM부(22)에 입력되는 OUTEN신호는 PWM신호의 출력 인에이블 신호이다.

상기 부호신호는 PWM부(22)의 PWM신호의 출력상태를 결정한다. 상기 PWM신호는 하이상태와 로우상태와 하이임피던스 상태의 3상태를 가진다. 상기 부호신호에 따른 PWM신호의 출력상태를 결정하는 것을 나타낸 것이 표 1이다.

부호신호	업/다운 카운트	PWM신호 출력상태
하이(양)	감산데이타(유)	업 카운트	하이상태
	감산데이타(무)	카운트 안함	하이임피던스상태
로우(음)	다운 카운트	로우상태

상기 업/다운 카운터(20)는 감산데이타를 인가받아 카운트를 부호신호에 따라 업/다운 카운트를 수행한다. 이때 상기 업/다운 카운터(20)는 감산데이타를 입력받아 상기 감산데이타를 업/다운 카운트하여 카운트값이 0 또는 최대치가 되면 캐리를 발생하고 카운트동작을 중단한다. 상기 캐리는 PWM부(22)에 입력된다.

상기 PWM부(22)는 OUTEN신호에 의하여 상기 부호신호에 의해 결정된 상태의 PWM신호를 출력한다. 상기 PWM신호의 출력중에 상기 업/다운 카운터(20)의 캐리신호가 인가되면 상기 PWM신호의 상태를 하이임피던스 상태로 변환하여 출력한다.

상기 실제속도가 정속도보다 빠른 경우에 상기 PWM신호의 출력을 도시한 도 3을 참조하면, 감산기(18)는 Calst신호 발생시점에서 정속도에서 실제속도를 감산한다. 상기와 같이 실제속도가 정속도보다 빠른 경우에 실제속도는 정속도보다 작은 값이다. 이에따라 상기 감산기(18)는 하이상태의 부호신호와 정속도와 실제속도의 차이를 나타내는 감산데이타를 출력한다. 이에따라 업/다운 카운터(20)는 로드신호에 따라 상기 감산데이타를 업 카운트한다. 상기 감산데이타를 업 카운트하는 동안 PWM부(22)는 하이상태인 PWM신호를 출력한다. 상기 PWM부(22)는 상기 업/다운 카운터(20)가 감산데이타를 업 카운트하기 시작하여 업 카운트 값이 최대값이 되어 캐리를 발생할 때까지 상기 하이상태의 PWM신호를 출력한다. 그리고, 상기 캐리가 발생하면 상기 PWM부(22)는 PWM신호를 상기 하이임피던스 상태로 변환출력한다. 상기 PWM신호는 스핀들 모터 구동부(12)에 입력된다. 상기 스핀들 모터 구동부(12)는 상기 PWM신호에 대응하여 스핀들 모터(10)의 구동신호의 펄스폭을 감소시킨다. 이에따라 스핀들 속도가 감속된다.

즉, 상기 스핀들 모터 구동부(12)는 상기 하이상태의 PWM신호의 지속시간에 대응하여 상기 스핀들 모터(10)의 구동신호의 펄스폭을 조절하여 스핀들 속도를 감속하여 스핀들 속도가 정속도에 이르도록 한다.

이제, 실제속도가 정속도보다 느린 경우에 상기 PWM신호의 출력을 도시한 도 4를 참조하면, 감산기(18)는 Calst신호 발생시점에서 정속도에서 실제속도를 감산한다. 상기와 같이 실제속도가 정속도보다 느린 경우에 실제속도는 정속도보다 큰 값이다. 이에따라 상기 감산기(18)는 로우상태의 부호신호와 정속도와 실제속도의 차이를 나타내는 감산데이타를 출력한다. 이에따라 업/다운 카운터(20)는 로드신호에 따라 상기 감산데이타를 다운 카운트한다. 상기 감산데이타를 다운 카운트하는 동안 PWM부(22)는 로우상태인 PWM신호를 출력한다. 상기 PWM부(22)는 상기 업/다운 카운터(20)가 감산데이타를 다운 카운트하기 시작하여 다운 카운트 값이 0되어 캐리를 발생할 때까지 상기 로우상태의 PWM신호를 출력한다. 그리고, 상기 캐리가 발생하면 상기 PWM부(22)는 PWM신호를 상기 하이임피던스 상태로 변환출력한다. 상기 PWM신호는 스핀들 모터 구동부(12)에 입력된다. 상기 스핀들 모터 구동부(12)는 상기 PWM신호에 대응하여 스핀들 모터(10)의 구동신호의 펄스폭을 증가시킨다. 이에따라 상기 스핀들 속도가 가속된다.

즉, 상기 스핀들 모터 구동부(12)는 상기 로우상태의 PWM신호의 지속시간에 대응하여 상기 스핀들 모터(10)의 구동신호의 펄스폭을 증가시켜 스핀들 속도를 가속하여 스핀들 속도가 정속도에 이르도록 한다.

상기 정속도가 실제속도와 같은 경우에 상기 PWM신호의 출력을 도시한 도 5를 참조하면, 감산기(18)는 Calst신호 발생시점에서 정속도에서 실제속도를 감산한다. 상기와 같이 정속도가 실제속도보다 같으므로, 상기 감산기(18)의 부호신호는 하이상태이고, 감산데이타는 없다. 이에따라 업/다운 카운터(20)는 카운트를 수행하지 않는다. 이에따라 PWM부(22)는 하이임피던스 상태의 PWM신호를 출력한다. 상기 스핀들 모터 구동부(12)는 하이임피던스 상태의 PWM신호를 입력받아 현상태를 그대로 유지한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 자기 디스크의 서보필드를 리드하는 시간을 검색하여 스핀들 모터의 실제속도를 검색해내고, 상기 실제속도에 따라 스핀들 모터의 구동신호의 펄스폭을 조절하여 스핀들 속도를 조절한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 간단한 하드웨어로서 스핀들 속도를 정속도로 유지하므로 하드 디스크 구동장치의 단가를 낮추는 이점이 있다.

Claims (11)

1. 자기 디스크와 상기 자기 디스크상에 데이타를 리드 또는 라이트하는 헤드를 구비하는 하드 디스크 구동장치의 스핀들 모터 제어장치에 있어서,

   상기 자기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터와,

   상기 자기 디스크상의 서보필드 영역에 대응하는 정속도 데이타를 제공하는 제어부와,

   상기 서보필드 영역 시작신호에 응답하여 자기 헤드가 상기 서보필드 영역의 서보정보를 리드하는 동안 내부 클럭 발생기로부터 발생되는 클럭을 카운트하여 스핀들 모터의 실제 회전속도 데이터를 계산하는 실제속도 검출부와,

   상기 정속도 데이타와 실제 회전속도 데이타를 비교하여 정속도와 실제속도간의 오차를 검출하는 오차검출부와,

   상기 오차에 대응하여 상기 스핀들모터의 스핀들 구동신호의 펄스폭을 조절하면서, 상기 스핀들 모터를 구동하는 스핀들 모터 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 스핀들 모터 제어장치가,

   상기 제어부로부터 정속도 데이타를 제공받아 래치하는 래치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터 제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 오차검출부가,

   상기 정속도 데이타에서 상기 실제속도 데이타를 감산하여 부호와 감산데이타를 출력하는 감산부임을 특징으로 하는 스핀들 모터 제어장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 스핀들 모터 제어부가,

   상기 감산데이타를 입력받아 상기 부호에 따라 업/다운카운트하여 감산데이타의 업/다운카운트 값이 최대치가 되거나 0이 되면 캐리를 발생하는 카운터와,

   상기 감산부의 부호의 발생시점부터 캐리가 발생할 때까지 상기 부호에 대응한 상태를 나타내는 펄스폭 변조신호를 발생하는 펄스폭 변조신호 생성부와,

   상기 펄스폭 변조신호에 따라 상기 스핀들 모터의 구동신호의 펄스폭을 가변하여 스핀들 모터의 구동속도를 조절하는 스핀들 모터 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터 제어장치.
5. 하드 디스크 구동장치에서 자기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터의 제어방법에 있어서,

   상기 스핀들 모터의 정속도에 대한 데이타를 제공하는 정속도 데이타 제공단계와,

   상기 스핀들 모터를 구동하여 자기디스크를 회전시키는 스핀들 모터 구동단계와,

   상기 서보필드 영역 시작신호에 응답하여 자기 헤드가 상기 서보필드 영역의 서보정보를 리드하는 동안 내부 클럭 발생기로부터 발생되는 클럭을 카운트하여 상기 서보필드 구간에서의 스핀들 모터의 실제 회전속도를 검출하는 실제속도 검출단계와,

   상기 실제속도와 정속도를 비교하여 상기 실제속도와 정속도의 차이에 따라 상기 스핀들 모터의 구동속도를 조절하는 스핀들 모터 구동 제어단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀들 모터 제어방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 스핀들 모터 구동 제어단계가,

   상기 실제속도와 정속도의 차이에 따라 상기 스핀들 모터의 구동신호의 펄스폭을 조절하여 스핀들 모터의 구동속도를 조절하는 것임을 특징으로 하는 스핀들 모터 제어방법.
7. 하드 디스크 구동장치에 있어서,

   자기 디스크와,

   상기 자기 디스크상에 데이타를 리드 또는 라이트하는 헤드와,

   상기 자기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터와,

   상기 자기 디스크상의 미리 정해진 영역에 대응하는 정속도 데이타를 제공하는 제어부와,

   상기 서보필드 영역 시작신호에 응답하여 자기 헤드가 상기 서보필드 영역의 서보정보를 리드하는 동안 내부 클럭 발생기로부터 발생되는 클럭을 카운트하여 스핀들 모터의 실제 회전속도 데이터를 계산하는 실제속도 검출부와,

   상기 정속도 데이타와 실제속도 데이타를 비교하여 정속도와 실제속도간의 오차를 검출하는 오차검출부와,

   상기 오차에 대응하여 상기 스핀들모터의 스핀들 구동신호의 펄스폭을 조절하면서, 상기 스핀들 모터를 구동하는 스핀들 모터 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 구동장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 하드 디스크 구동장치가,

   상기 제어부로부터 정속도 데이타를 제공받아 래치하는 래치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 구동장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 오차검출부가,

   상기 정속도 데이타에서 상기 실제속도 데이타를 감산하여 부호와 감산데이타를 출력하는 감산부임을 특징으로 하는 하드 디스크 구동장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 스핀들 모터 제어부가,

    상기 감산데이타를 입력받아 상기 부호에 따라 업/다운카운트하여 감산데이타의 업/다운카운트 값이 최대치가 되거나 0이 되면 캐리를 발생하는 카운터와,

    상기 감산부의 부호의 발생시점부터 캐리가 발생할 때까지 상기 부호에 대응한 상태를 나타내는 펄스폭 변조신호를 발생하는 펄스폭 변조신호 생성부와,

    상기 펄스폭 변조신호에 따라 상기 스핀들 모터의 구동신호의 펄스폭을 가변하여 스핀들 모터의 구동속도를 조절하는 스핀들 모터 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 하드 디스크 구동장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 실제속도 검출부는,

    상기 내부 클럭 발생기로부터의 클럭신호와 상기 서보필드 영역의 종료를 나타내는 서보필드종료신호를 입력단으로 받아들여 상기 서보필드 종료신호가 인가될 때까지 상기 내부 클럭 발생기로부터의 클럭신호를 출력시키는 논리 소자와,

    상기 자기 헤드가 상기 서보필드 영역 리드시 상기 서보필드 영역 시작신호에 응답하여 리셋되고 상기 서보필드 구간동안 상기 논리 소자로부터 입력되는 상기 내부 클럭 발생기로부터의 클럭신호를 카운팅하여 상기 스핀들 모터의 회전속도에 대응하는 카운팅데이터를 출력하는 스핀 카운터로 구성됨을 특징으로 하는 스핀들 모터 제어장치.

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