KR100316427B1 - 적응형 펄스 폭으로 변조된 모터 제어 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직접 액세스 저장 장치(DASD) 내의 스핀들 모터 및 음성 코일 모터(VCM)를 제어하기 위한 모터 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 펄스 폭 변조(PWM) 파형의 특성은 드라이버 동작의 최적화를 위해 낮은 잡음 방사, 높은 전력 효율, 및 모터 내의 전류 리플 간의 트레이드오프가 이루어지도록 조정된다. PWM 파형의 전이 속도의 변화는 제어 레지스터 내에서 상수값으로 유지되는 "오프-시간(off-time)"을 DASD의 조건 또는 동작 모드의 변경에 응답하여 변경시킴으로써 달성된다. PWM 파형의 "슬루 레이트(slew-rate)"는 또한 제어 레지스터 내에 저장되어 있는 상수값을 변경시킴으로써 제어되며, DASD의 조건 또는 동작 모드의 변경에 응답하여 변경될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 모터의 코일을 통하여 흐르는 전체 전류를 상대적으로 일정하게 유지함으로써 음성 잡음을 감소시키기기 위하여, 정류(commutation)가 일어나는 동안 스핀들 모터 코일을 통하여 흐르는 전류는 상대적으로 높은 속도로 전력 증폭기 구동 회로를 펄스화시킴으로써 제어된다. 따라서, 음성 잡음을 유발하는 기계적 진동이 방지되거나 억제된다.
Description
본 발명은 모터를 포함하는 형태의 직접 액세스 저장 장치(DASD)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펄스 폭 변조 제어 신호(pulse width modulated control signals)를 사용하여 DASD 내의 모터를 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
스택(stacked)화되어 있으며, 함께 회전하는 고정 자기 디스크들을 구비한 직접 액세스 저장 장치(DASD)는 디스크의 표면 상에 자기적인 형태로 데이터를 저장하는데 사용된다. 통상적으로 디스크들은 동시에 회전하도록 일체화된 스핀들 및 모터 어셈블리에 의해 평행하게 장착된다. 변환기 헤드는 구동축(drive axis)으로 접근하고 구동축으로부터 멀어지는 경로를 따라 구동되어 디스크 상에 헤드를 위치시킴으로써 디스크에 데이터를 기록하고 디스크로부터 데이터를 판독한다. 데이터는 디스크의 표면 상에 제공되는 데이터 정보 트랙에 기록된다.
도 1은 스핀들 모터 (102) 및 음성 코일 모터 (128)을 갖는 종래 기술의 DASD (100)의 블록도이다. 스핀들 모터 (102)는 디스크 (104)가 스핀들 (106)을 중심으로 회전하도록 해준다. 음성 코일 모터(VCM) (128)은 판독/기록 헤드 (108)을 디스크 (104) 상에 위치시킨다. 판독/기록 헤드 (108)에 의해 생성되는 자기장을 적절히 조정하여 정보가 그 위에 인코딩되는 자기 재료로 디스크 (104)는 처리된다. 헤드를 통하여 판독되고 기록되는 정보는 판독/기록 전치 증폭기 (110)을 경유하여 판독/기록 헤드 (108)과 양방향으로 접속된다.
부가 데이터(일반적으로 "서보" 정보라고 불림)는 사용자 데이터와 함께 디스크 상에 저장된다. 서보 정보는 판독/기록 헤드 (108)의 현재 위치와 관련하여 VCM에 피드백을 제공하여 판독/기록 헤드 (108)이 데이터가 저장되고 판독되는 디스크 상의 기지(known)의 위치 상에 적절하게 위치되도록 한다. 서보 복조기 (112)는 서보 정보를 사용자 데이터와 구별한다. 사용자 데이터는 데이터 채널 (114)를 통해 인터페이스 마이크로프로세서 (116)으로 전송되는데, 이 인터페이스 마이크로프로세서 (116)은 사용자 데이터가 인터페이스 제어기 (118)을 통하여 호스트 컴퓨터(도시되지 않음)와 양방향으로 통신하는 것을 제어한다. 서보 데이터는 서보 디지털 신호 처리기(DSP) (120)으로 전송된다.
서보 DSP (120)은 제어 신호를 생성하기 위해 서보 정보를 처리하고, 이 제어 신호는 스핀들 모터 (102)의 속도 및 VCM의 동작(motion)을 제어한다. 서보 DSP (120)에 의해 생성된 제어 신호는 VCM/스핀들 전치-구동 회로 (122)에 전송된다. VCM/스핀들 전치-구동 회로(VCM/spindle pre-drive circuit) (122)는 구동 신호를 생성하여 VCM 전력 증폭기 (124) 및 스핀들 전력 증폭기 (126)으로 전송한다. VCM 전력 증폭기 (124)는 VCM (128)을 구동하여 판독/기록 헤드를 적절하게 위치시킨다. 마찬가지로 스핀들 전력 증폭기 (126)은 스핀들 모터 (102)를 구동하여 스핀들 모터 (102)가 요구되는 회전 속도에 도달한 후 이 회전 속도를 유지하도록 한다.
통상적으로 브러시리스(brushless) 직류(DC) 스핀들 모터가 디스크 드라이브에 사용된다. 스핀들 모터 제어는 선형 구동 방법(linear drive method) 또는 펄스 폭 변조(PWM) 구동 방법 중 어느 하나에 따라 이루어진다. 마찬가지로 VCM은 선형 구동 방법 또는 PWM 구동 방법 중 어느 하나에 의해 구동될 수 있다. 선형 구동이 이루어지기 위해서는 모터의 코일(windings)에 전류가 계속해서 공급되어야 한다. 이에 비하여, PWM 구동 방법은 코일에 펄스 형태의 전류가 공급되어야 한다. DASD 동작의 일부분 동안에는 PWM 구동을 선택하고, 나머지 동작 모드 동안에는 선형 구동을 선택하는 하이브리드 방법이 모터 제어에 사용될 수 있다. PWM 구동 방법은 효율을 개선하는데, 특히 스핀들 모터의 시동시(startup)에 고전력 손실을 제한하는데 사용되어 왔다. 전류가 펄스화되어 스핀들 모터의 코일을 통하여 공급되므로, PWM 구동 기술에 따라 모터를 회전시키는데 필요한 전체 전력은 선형 구동 방법에 따라 모터를 구동시키는데 필요한 전체 전력보다 작다. 그러나, 코일 및 구동 회로 소자를 통하여 공급되는 전류의 펄스화는 DASD 내의 다른 회로에 결합될 수 있는 전기적 잡음을 발생시킨다. 특히, 온 및 오프 시간 사이의 전이에서 발생하는 상대적으로 빠른 상승 및 하강 시간은 고주파 전기적 잡음을 유발하는 고조파(harmonic overtones)를 발생시키는 경향이 있다. 따라서, 보다 적은 전기적 잡음이 발생되는 선형 구동 방법이 PWM 구동 방법보다 더 널리 사용되고 있다.
상업적으로 입수 가능한 부품 번호가 L6232인 구동 장치는 SGS-Thompson Microelectronics에 의해 제조, 판매되어 브러시리스 DC 모터 응용, 특히 디스크 드라이브 응용에 사용된다. 이러한 장치는 PWM 구동 및 선형 구동 양자를 수행하는 회로를 포함한다. 스핀들 드라이버는 스핀들 시동(startup)시 발생하는 높은 전력 손실을 제한하기 위해 시동하는 동안에는 PWM 구동을 사용하고, 시동한 다음에 디스크가 정상 동작 스핀들 속도에 접근하게 되면 선형 구동으로 스위칭하여 PWM 구동에 의해 발생하는 잡음을 감소시킨다. 그러나, 디스크가 동작 속도에 도달(또는 접근)하자마자 선형 구동으로 스위칭함으로써 PWM 구동의 장점이 단지 시동하는 동안에 실현된다. 보다 상세하게는 PWM 구동을 사용함으로써 달성되는 개선된 전력 효율은 적어도 소정의 동작(즉 판독 및 기록) 동안에는 사용될 수 없는데, PWM 구동 방법에서는 통상적으로 전기적 잡음이 발생되기 때문이다.
따라서, 종래 기술의 모터 제어 시스템은 일반적으로 효과적인 동작을 제공하지만, DASD 동작의 교란(disruption)을 제한하기 위해 PWM 구동 방법에서 발생되는 전기적 잡음을 감소시키는 한편 PWM 구동을 사용하여 전력 소비를 감소시키기 위해 스핀들 모드 제어를 위한 개선된 방법 및 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
또한 통상적인 3상 모터에 있어서, 3개의 모터 코일에는 "정류(commutation)" 설계로 알려진 순서로 흐르는 전류가 공급된다. 상기 정류 설계에 따라 언제 전류가 각각의 코일을 통해 흘러야 하는지가 정해진다. 도 2는 하나의 정류 설계에 따라 3상 모터의 3개 코일을 통하여 흐르는 전류를 나타낸 도면이다. 도 3은 3상 모터의 코일 (301), (303), 및 (305)를 구동하는 전력 증폭기 (126)의 출력 스테이지의 개략도이다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 일정 시점에서 하나의 코일은 정방향으로 전류가 통하고(conducting), 하나의 코일은 역방향으로 전류가 통하며, 하나의 코일은 전류가 통하지 않는다. 설명을 위해 전류의 정방향은 전력 증폭기에서 모터로 향하는 방향이고, 전류의 역방향은 모터에서 전력 증폭기로 향하는 방향이라고 가정할 수 있다. 도 3으로부터 어느 하나의 코일을 통하여 전류가 흐르기 위해서는, 적어도 하나의 다른 코일을 통하여 전류가 흘러야 한다는 것을 알 수 있다. 즉, 정전력 공급원(positive power source)으로부터 3개의 상부 출력 트랜지스터 (307), (311), 및 (315) 중의 어느 하나를 통해 전류가 흐르면, 각 상부 트랜지스터에 접속된 각 코일을 통하여 전류가 통하고, 하부 트랜지스터 (309), (313), 및 (317) 중 적어도 하나가 또한 통전되었다고 가정하면, 전류는 통전된 하부 트랜지스터에 접속된 코일을 통하여 흐른다.
도 2로부터 상(phase) 1 내지 상 6으로 표시되는 6개의 개별적인 정류 상들(commutation phases)이 존재한다는 것을 알 수 있다. 도 2에서 상 1 및 상 2가 반복되는 것에 유의하여야 한다. 이러한 각 상에서, 전류는 단지 2개의 코일을 통하여 흐른다. 예를 들어, 제 1 상에서 코일 "A"는 정방향으로 통전되고, 코일 "B"는 통전되지 않으며, 코일 "C"는 역방향으로 통전된다. 따라서 정류 설계의 상 1에 있어서, 단지 코일 A에 접속된 출력 트랜지스터 (307) 및 코일 C에 접속된 출력 트랜지스터 (317)만이 통전된다. 나머지 4개의 출력 트랜지스터 (309), (311), (313), 및 (315)의 각각은 "턴오프"(즉, 차단)된다.
제 2 상에 있어서, 출력 트랜지스터 (317)은 턴오프되고 출력 트랜지스터 (313)은 턴온된다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 코일 B를 통하여 흐르는 전류가 코일 A 내의 전류를 유지하기에 충분한 레벨에 도달하기 전에(즉, 출력 트랜지스터 (313)이 충분하게 통전을 시작하기 전에) 코일 C 내의 전류가 하강하므로(즉, 출력 트랜지스터 (317)이 턴오프되므로) 코일 A를 통하여 흐르는 전류에는 교란(perturbation)이 발생한다. 모터의 코일들을 통하여 흐르는 이러한 전류의 교란은 기계적 진동을 초래하는데, 이러한 기계적 진동은 모터, 모터 관련 봉입물 및 모터 봉입물이 기계적으로 결합되는 구조 내에서 정류 주파수로 발생한다. 많은 경우에 있어서, 정류 주파수는 음성 주파수 범위 내이다. 예를 들어 하나의 스핀들 모터 구동 회로에 있어서, 정류는 2.88 kHz에서 발생한다.
따라서, 스핀들 모터의 동작에 의해 발생되는 음성 잡음(acoustic noise)을 감소시키기 위해 전류 내의 교란을 제거하는 것이 바람직하다.
본 발명은 직접 액세스 저장 장치(DASD) 내의 스핀들 모터 제어 및 음성 코일 모터(VCM) 제어를 위한 모터 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 펄스 폭 변조(PWM) 파형의 특성은 구동 동작을 최적화시키기 위하여 보다 낮은 잡음 방사, 높은 전력 효율, 및 모터 내의 전류 리플 간의 트레이드오프가 이루어지도록 변경되거나 또는 "조정(adaptive)"된다. 예를 들어, 전기적 잡음의 감소를 우선적으로 고려하는 경우, PWM 파형은 모터 내의 전류 리플을 희생시키는 대신 상대적으로 낮은 전이 속도(즉, 미리 정해진 시간 동안의 펄스 개수가 감소)를 갖고, 전력 효율을 희생하는 대신 느린 펄스 상승 및 하강 시간을 갖도록 조정될 수 있다. 반면에, 흔히 시동시의 경우와 같이 전기적 잡음 감소가 효율 개선보다 덜 중요한 경우, 전이 속도는 일정하게 유지하면서 펄스의 상승 및 하강 시간이 구동 회로의 효율을 개선하기 위해 증가될 수 있다. 마찬가지로, 전류 리플의 감소가 중요한 경우 전이 속도가 증가될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, PWM 파형의 전이 속도 변화는 제어 레지스터 내에서 상수값으로 유지되는 "오프 타임(off-time)"을 DASD의 조건 또는 동작 모드의 변화에 응답하여 변경시킴으로써 달성된다. 또한, PWM 파형의 "슬루 레이트(slew rate)"(즉, 각 펄스의 시작점 및 종점에서 전압이 각각 상승 및 하강하는 속도)는 또한 제어 레지스터 내에 저장되어 있는 상수의 값을 변경시킴으로써 제어되고, DASD의 조건 또는 동작 모드의 변화에 응답하여 변경될 수 있다. 슬루 레이트의 감소는 전이가 이루어지는 동안 발생하는 스위칭 손실을 증가시킨다. 그러나, 슬루 레이트가 감소되면 또한 PWM 파형의 고조파 주파수가 낮아진다. 대안적인 실시예에 있어서, PWM 파형의 전체 사이클 시간은 (오프-타임과는 반대로) 상수값으로 유지되고, DASD의 조건 또는 동작 모드의 변화에 응답하여 변경될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 정류가 이루어지는 동안 스핀들 모터 코일을 통하여 흐르는 전류는, 모터의 코일을 통하여 흐르는 전체 전류를 상대적으로 일정하게 유지함으로써 음성 잡음을 감소시키기 위하여, 상대적으로 높은 속도로 전력 증폭기 구동 회로를 펄스화시킴으로써 제어된다. 정류가 이루어지는 동안 코일 내의 전류를 펄스화시킴으로써, 모터의 3개의 코일을 통하여 흐르는 전체 전류는 실질적으로 일정하게 유지된다. 따라서, 음성 잡음을 유발하는 기계적 진동이 방지되거나 억제될 수 있다.
특정 동작 조건에서 사용되는 펄스화된 최적 제어 신호 특성의 집합을 결정함으로써, DASD의 성능을 최적화하도록 효율 및 잡음 발생 간의 트레이드오프가 이루어질 수 있다.
도 1은 직접 액세스 저장 장치의 개략적인 블록도.
도 2는 하나의 정류 설계에 따른 3상 모터의 3개의 코일을 통하여 흐르는 전류를 나타낸 도면.
도 3은 3상 모터의 코일을 구동하는 전력 증폭기의 출력 스테이지의 개략적인 회로도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 VCM 전력 증폭기, 스핀들 전력 증폭기, 및 음성 코일 모터/스핀들 구동 회로의 블록도.
도 5a는 VCM 또는 스핀들 모터 전치 증폭기 중 어느 하나의 전치 증폭기 출력 트랜지스터의 게이트에서 게이트 전압 대 시간의 관계를 나타낸 그래프.
도 5b는 슬루 레이트의 감소가 없는 VCM 또는 스핀들 모터 전치 증폭기 중 어느 하나의 전치 증폭기 출력 트랜지스터의 드레인에서의 출력 전압 대 시간의 관계를 나타낸 그래프.
도 5c는 거의 1 ㎲ 동안 임계 전압으로 유지되는 게이트 전압을 나타내는 도면.
도 5d는 도 5c에서 거의 1 ㎲ 동안 임계 전압으로 유지되는 게이트 전압으로 인해 거의 1㎲ 동안 하이 전압 레벨에서 로우 전압 레벨로 하강하는 드레인 전압을 나타내는 도면.
도 6은 PWM 제어 회로의 블록도.
도 7은 하나의 코일에 해당하는 전류가 도시되고; 상기 전류가 기입(plotted)되는 코일과 관련된 코일 전압이 도시되며; 음성 잡음(acoustic noise) 감소 펄스가 모터에 의해 발생되는 음성 잡음을 감소시키는데 사용되는 것을 제외하고는 도 2와 실질적으로 동일한 도면.
도 8은 음성 잡음 감소 능력을 갖는 PWM 제어 회로의 단순화된 블록도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
102 : 스핀들 모터
120 : 서보 디지털 신호 처리기(DSP)
124a, 124b : VCM 전력 증폭기
126 : 스핀들 전력 증폭기
128 : 음성 코일 모터(VCM)
202 : 정류 논리/제어 회로
203 : 스핀들 모터 전치 증폭기
204, 206, 208 : 스핀들 모터 코일
214, 228 : 디지털-아날로그(D/A) 변환기
216 : 펄스 폭 변조(PWM) 제어 회로
218, 232 : 제어 레지스터
230 : 선형/PWM 제어 전치 증폭기
240 : 상부 트랜지스터
242 : 하부 트랜지스터
도 4는 본 발명에 따른 스핀들 모터 (102), 음성 코일 모터(VCM) (128), VCM 전력 증폭기 (124a) 및 (124b), 스핀들 전력 증폭기 (126), VCM/스핀들 구동 회로 (222), 및 서보 디지털 신호 처리기(DSP) (120)의 블록도이다. 또한 도 4는 서보 DSP (120) 및 본 발명의 VCM/스핀들 구동 회로 (222)에 관련된 선택 신호를 보여준다.
VCM/스핀들 구동 회로 (222)의 회로는 기본적으로 2개의 회로 즉, VCM 구동 신호 생성용 VCM 구동 회로 및 스핀들 모터 구동 신호 생성용 스핀들 모터 구동 회로로 구성된다. 스핀들 모터 구동 회로는 정류 논리/제어 회로(commutation logic/control circuit) (202), 스핀들 모터 전치 증폭기 (203), 스핀들 모터 속도 및 회전 위치 검출 회로 (210), 펄스 폭 변조(PWM) 제어 회로 (216), 및 제어 레지스터 (218)을 포함한다. VCM 구동 회로는 선형/PWM 제어 전치 증폭기 (230), 제어 레지스터 (232), 및 전류 센서 (236)을 포함한다.
스핀들 모터 구동 회로
제어 레지스터 (218)은 서보 DSP (120)이 미리 정해진 시간 내에 발생하며 PWM 제어 회로 (216)으로부터 출력되는 신호의 전이 개수(즉, "전이 속도(transition rate)")를 제어하도록 한다. 따라서, 서보 DSP (120)은 DASD의 동작 중에 잡음 또는 전력에 민감한 시간(noise or power sensitive times)에서 전이 속도를 감소시킬 수 있으며, 전류 제어가 효율보다 중요한 경우의 시점에서 전이 속도를 증가시킬 수 있다. 제어 레지스터 (218)은 또한 DASD의 동작 도중 잡음에 민감한 시간 동안 전치 증폭기 (203)에서 출력되는 신호 중 고주파의 고조파 성분을 감소시키고, 효율이 잡음 감소보다 중요한 시간 동안에는 슬루 레이트를 증가시키기 위하여 서보 DSP (120)이 전치 증폭기 (203)의 슬루 레이트를 제어하도록 한다. 또한, 제어 레지스터 (218)은 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이 서보 DSP (120)이 음성 잡음 감소 설계를 활성화시키도록 한다.
본 발명을 포함하는 DASD에 전력을 처음 인가시키면, 서보 DSP (120)은 정류 논리/제어 회로 (202)로 접속되는 시동 정류 신호를 생성한다. 정류 논리/제어 회로 (202)는 스핀들 모터 전치 증폭기 (203)에 접속되는 스핀들 모터 정류 신호를 생성하여 전치 증폭기 (203)으로부터 출력되는 구동 신호가 적절한 시간에 적절한 극성으로 스핀들 모터 코일 (204), (206), 및 (208)에 인가되도록 한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 코일 (204), (206), 및 (208)은 또한 센서가 없는(무센서) 상 검출 및 정류 발생 회로(sensorless phase detection and commutation generation circuit) (210)에 접속되는데, 이 센서가 없는 상 검출 및 정류 발생 회로 (210)은 스핀들 모터 (102)의 속도 및 회전 위치를 결정하는 정류 논리/제어 회로 (202)에 피드백을 제공한다. 정류 논리/제어 회로 (202)는 신호선 (212)를 통하여 "모터 속도" 신호를 서보 DSP (120)으로 전송한다. 서보 DSP (120)은 모터 속도 신호에 응답하여 신호 라인 (213) 상에 "스핀들 제어" 신호를 생성한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 스핀들 제어 신호는 디지털 신호로서 생성된다. 이러한 실시예에 있어서, 디지털-아날로그(D/A) 변환기 (214)는 디지털 스핀들 제어 신호를 아날로그 스핀들 제어 신호로 변환하여 PWM 제어 회로 (216)에 전송한다. 대안적으로, 스핀들 제어 신호는 서보 DSP (120)에서 출력되어 PWM 제어 회로 (216)에서 아날로그 신호로 수신되거나, 또는 PWM 제어 회로 (216)에서 수신되기 전에 디지털 신호로 변환될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, PWM 제어 회로 (216)은 또한 서보 DSP (120)으로부터는 클록 신호를, 스핀들 전력 증폭기, 즉 도 1에 도시된 스핀들 전력 증폭기 (126)으로부터는 구동 센서 신호(drive sensor signal)를, 그리고 제어 레지스터 (218)로부터는 2개의 제어 신호를 수신한다. 클록 신호는 스핀들 모터 코일에 인가될 것으로 예측되는(anticipated) 최고 펄스 속도보다 몇 배 높은 주파수를 갖는 것이 바람직하다. PWM 제어 회로 (216)은 클록 신호를 사용하여 전치 증폭기 (203)에 접속되는 출력 신호를 생성한다. PWM 제어 회로 (216)의 동작에 관해서는 후술한다.
제어 레지스터 (218)로부터 수신되는 2개의 제어 신호 중 첫 번째 신호는 "PWM 오프-시간" 신호이다. PWM 제어 회로 (216)은 PWM 오프-시간 신호에 의해 표시되는 값에 응답하여 "오프-시간"(즉, 스핀들 모터의 코일에 구동 전압이 인가되지 않는 동안의 시간)을 설정한다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 오프-시간은 오프-시간 제어 신호에 의해 정해지는 어떠한 기간(duration) 동안에도 일정하게 유지되어야 한다. 그러나, 서보 DSP (120)은 제어 레지스터 (218)에 저장되는 값을 제어할 수 있으므로, DASD가 디스크에 기록되고 디스크로부터 판독을 시작하는 경우와 같이 DASD 동작의 변화로 인한 전류 제어의 정확성(current control precision), 전기적 잡음 감소, 및 전력 효율 간의 트레이드오프가 변화하는 경우, 서보 DSP (120)이 직렬 포트 (220)을 통하여 제어 레지스터에 새로운 값을 기록함으로써 오프-시간 제어 신호가 변경될 수 있다.
제어 레지스터 (218)로부터 수신되는 2개의 제어 신호 중 두 번째 신호는 "음성 잡음 감소 제어" 신호이다. 음성 잡음 감소 제어 신호는 이하에서 상세하게 설명되는 방식으로 제공되는 음성 잡음의 감소량을 표시한다.
PWM 제어 회로의 출력은 전치 증폭기 (203)으로 전송되어 스핀들 모터 구동 신호를 생성하는 펄스 스트림이다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 오프-시간은 제어 레지스터 (218)에 저장되어 있는 값으로 정해진다. 오프-시간 값은 DASD의 각 동작 모드의 시점에서 저장되며, 새로운 모드가 다른 오프 시간 값과 관련된다고 가정하는 경우 DASD의 모드가 변경되면 오프-시간 값도 변경된다. PWM 제어 회로는 "온-시간(on-time)"(구동 전압이 스핀들 모터의 코일에 인가되는 동안의 시간)을 조절함으로써 스핀들 모터의 속도를 제어한다. 본 발명의 대안적인 실시예에 있어서, 온-시간은 동작 모드의 함수로서 정해지고 오프-시간은 변화되어 스핀들 모터의 회전 속도를 제어하도록 유지될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 온-시간 및 오프-시간 양자는 듀티 사이클(duty cycle)(즉, 오프-시간에 대한 온-시간의 비율)을 변경시키는 방식으로 변화될 수 있다. 이러한 실시예의 특정 구현에 있어서, 각각의 완전한 사이클의 기간은 DASD의 동작 모드의 함수이다. 따라서, 2개의 연속적인 선행 에지 간의 기간 또는 2개의 연속적인 후행 에지 간의 기간은 온-시간 및 오프-시간의 기간과 상관없이 전체 동작 모드에 걸쳐 일정하게 유지된다. 대안적인 실시예에 있어서, 미리 정해진 속도(rate)로 커패시터를 충전 및 방전시켜 타이밍을 정하는 아날로그 타이머가 제공될 수 있다.
전기적 잡음에 대한 출력 신호 및 각 동작 모드의 효율을 최적화하기 위하여, 서보 DSP (120)은 제어 레지스터 (218)의 내용(content) 및 PWM 제어 회로 (216)으로부터 출력되는 신호의 파라미터를 제어한다. 예를 들어, 서보 DSP (120)이 서보 DSP (120)으로 입력되는 신호로부터 판독 동작이 수행되어야 한다고 결정하면, 서보 DSP (120)은 스핀들 모터 구동 회로에서 발생되는 전기적 잡음의 양을 감소시키기 위해 제어 레지스터 (218)의 내용을 갱신하여 오프-시간을 증가시키고 슬루 레이트를 감소시킨다. 오프-시간이 일정하게 유지되지 않는 경우에는 출력 신호가 일반적으로 보다 낮은 기본 주파수를 갖도록 온-시간 또는 사이클 시간을 증가시킴으로써 제어 레지스터의 내용이 갱신된다는 점을 이해하여야 한다. 동작 모드 및 서보 DSP (120)에 의해 제어 레지스터 (218)에 로드되는 정보 간의 상세한 관계에 대해서는 후술한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전치 증폭기 (203)은 적어도 다음의 2가지 기능을 수행한다. 첫 번째로, 전치 증폭기 (203)은 스핀들 모터의 코일 (204), (206), 및 (208)에 인가될 구동 신호의 슬루 레이트를 제어한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, "PWM 슬루 레이트 제어" 신호는 제어 레지스터 (218)로부터 전치 증폭기 (203)으로 전송된다. 전치 증폭기 (203)은 전치 증폭기 (203)에서 수신되는 PWM 슬루 레이트 제어 신호의 값에 응답하여 전치 증폭기 (203)으로부터 출력되는 구동 신호의 슬루 레이트를 설정한다. 따라서 서보 DSP (120)은 특정 동작 모드 또는 스핀들 모터 구동 회로에서 발생되는 잡음량 및 스핀들 모터 구동 회로의 전력 효율에 관한 다른 조건에 응답하여 스핀들 모터의 코일 (204), (206), 및 (208)에 인가될 구동 신호의 슬루 레이트를 제어할 수 있다.
전치 증폭기 (203)의 두 번째 기능은 정류 논리/제어 회로 (202)로부터 정류 신호를 수신하여 스핀들 모터 (102)의 각 코일 (204), (206), 및 (208)에 대한 구동 타이밍을 설정하는 것이다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 서보 DSP (120)이 외부 소스(external source)가 정류 설계(commutation scheme)를 제공하도록 하는 "내부/외부 정류 선택(internal/external commutation select)" 신호를 출력한다는 점에 유의하여야 한다.
VCM 구동 회로
VCM 구동 회로의 동작을 설명하면, 제어 전치 증폭기 (230)은 제어 레지스터 (232)에 접속된다. 제어 레지스터 (232)는 다음과 같은 3가지 파라미터, 즉 (1) 제어 전치 증폭기 (230)이 선형 모드 또는 PWM 모드 중 어느 모드에서 동작되어야 하는지를 결정하는 파라미터; (2) 제어 전치 증폭기 (230)이 동작할 PWM 주파수(즉, 사이클 시간)를 결정하는 파라미터; 및 (3) 저항 (238)에 의해 정해지는 PWM 슬루 레이트 기준선(baseline)을 조정하는 파라미터를 저장한다. 서보 DSP (120)은 직렬 포트 (220)을 통하여 제어 데이터를 제어 레지스터 (232)에 로드시킨다. 서보 DSP (120)은 또한 직렬 포트 (220)을 통하여 제어 레지스터 (232)로부터 제어 데이터를 판독할 수 있다. 서보 DSP (120)이 스핀들 모터 구동 회로의 제어 레지스터 (218) 내의 제어 데이터를 설정하는 것과 동일한 방식으로, 서보 DSP (120)은 DASD에서 수행 중인 특정 동작(즉, 현재 동작 모드)에 기초하여 제어 데이터를 설정한다.
서보 DSP (120)은 서보 복조기, 즉 도 1에 도시된 서보 복조기 (112)로부터 신호선 (224)를 통하여 헤드 위치 정보를 수신한다. 서보 DSP (120)은 신호선 (226)을 통하여 출력되어 VCM 제어 회로가 판독/기록 헤드 (108)을 적절하게 위치시키도록 하는 VCM 제어 신호를 생성한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, VCM 제어 신호는 디지털 신호로 디지털-아날로그(D/A) 변환기 (228)에 접속된다. D/A 변환기 (228)로부터 출력되는 아날로그 신호는 전치 증폭기 (230)에 접속된다. 대안적으로, 서보 DSP (120)의 출력이 아날로그 신호이거나, 또는 디지털 VCM 제어 신호가 선형/PWM 제어 전치 증폭기에 직접 접속되는데, 이러한 선형/PWM 제어 전치 증폭기는 신호가 아날로그 신호로 변환되기 전에 신호를 디지털 방식으로 증폭한다. 제어 전치 증폭기 (230)은 선형 구동 신호 또는 PWM 구동 신호를 출력할 수 있다. 저항과 같은 전기 저항 소자 (238)이 슬루 레이트 기준선 값을 제공하는 것이 바람직하다.
제어 전치 증폭기 (230)의 출력은 도 1에 도시된 전력 증폭기 (124a) 및 (124b)와 같은 전력 증폭기에 접속된다. VCM (128)을 통하여 흐르는 전류는 저항 (234) 또는 다른 전기 저항 소자를 가로질러 발생될 전위차를 유도한다. 전위차는 전압을 증폭하고 증폭된 전압을 피드백 신호로서 제어 전치 증폭기 (230)에 접속시키는 전류 센서 증폭기 (236)에 인가된다.
슬루 레이트 제어
본 발명은 VCM, 또는 DASD의 스핀들 모터의 슬루 레이트를 특정 조건 또는 DASD의 동작 모드에 기초하여 제어할 수 있는 수단을 제공한다. 예를 들어, 전력이 처음 DASD에 인가되면, 디스크로부터 또는 디스크로의 데이터 전송이 발생하기 전에 디스크는 먼저 동작 회전 속도에 도달하여야 한다. 시간 동안, 전기적 잡음(전자기파, 내부 회로 내의 회로 경로를 따라 발생하는 전도성 잡음 등)의 양은 크게 중요한 것은 아니다. 그러나, 전력 소비를 감소시키고 가능한 한 빨리 동작 회전 속도에 도달시키기 위해서는 스핀들 모터 효율을 최대화시키는 것이 중요하다. 마찬가지로, 디스크가 동작 회전 속도를 유지해야 하지만, 디스크로의 또는 디스크로부터의 데이터 전송이 없는 아이들 주기 동안에는, 스핀들 모터의 효율이 스핀들 모터 구동 회로에서 발생되는 전기적 잡음의 양보다 더 중요할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제어 레지스터 (232) 및 (218) 내에 저장되어 있는 데이터는 제어 전치 증폭기 (203) 및 (230)에 전송되어 서보 DSP (120)이 VCM 및 스핀들 모터 PWM 구동 신호의 슬루 레이트를 제어하도록 한다. 도 5a는 제어 전치 증폭기 (203) 또는 스핀들 모터 전치 증폭기 (230)의 전치 증폭기 출력 트랜지스터의 게이트에서의 게이트 전압(Vgs) 대 시간의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 5b는 슬루 레이트의 감소가 없는 경우 제어 전치 증폭기 (203) 또는 스핀들 모터 전치 증폭기 (230)의 전치 증폭기 출력 트랜지스터의 드레인에서의 출력 전압(Vds) 대 시간의 관계를 나타낸 그래프이다. 반대로, 본 발명은 미리 정해진 시간 동안 임계점(threshold)(즉, 트랜지스터가 차단 상태에서 통전 상태로 전이되는 점)에서 게이트 전압(Vgs)을 유지시킴으로써 필요한 슬루 레이트로 감소시킨다. 도 5c 및 도 5d에 도시된 바와 같이, 게이트 전압(Vgs)은 임계 전압에서 약 1 ㎲ 동안 유지되어, 드레인 전압(Vds)을 약 1 ㎲ 동안에 하이 전압 레벨에서 로우 전압 레벨로 떨어뜨린다. 따라서, 슬루 레이트는 제어될 수 있다. 본 발명 기술 분야의 당업자는 발생하는 슬루 레이트의 제한량이 전치 증폭기 내의 트랜지스터의 특성 및 전기적 파라미터의 함수라는 점을 이해할 수 있을 것이다. 트랜지스터의 내부 커패시턴스가 증가할수록 트랜지스터는 더 늦게 턴온된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제어 레지스터는 슬루 레이트 제어 파라미터를 저장할 수 있는데, 이러한 슬루 레이트 제어 파라미터는 복수의 값 중의 하나로 할당될 수 있으며, 각각의 값은 관련 전치 증폭기가 상이한 슬루 레이트 제어의 양을 인가하도록 명령하는데 사용된다. 이러한 경우에 있어서, 제어 레지스터 (232) 및 (218)에 기록되는 값들은 잡음 한계(tolerance) 및 동작 모드에 관한 효율에 대한 요구조건을 고려하여 현재의 동작 모드에 해당하는 최적 슬루 레이트를 제공하도록 선택된다. 대안적으로, 제어 레지스터 (232) 및 (218)은 2개의 값 중 하나를 가질 수 있는데, 첫째는 관련 전치 증폭기 (230) 및 (203)이 슬루 레이트의 감소 없이 동작하도록 명령하는 값이고, 둘째는 관련 전치 증폭기 (230) 및 (203)이 미리 정해진 슬루 레이트 감소량을 가지고 동작하도록 명령하는 값이다. 따라서, 스위칭 손실의 증가를 감수하면서 스위칭 잡음이 감소될 수 있으며, 마찬가지로 스위칭 잡음이 증가되는 반면 스위칭 손실이 감소될 수 있다. 또한, 스핀들 모터 구동 회로에 관련된 제어 레지스터 (218)은 2개의 슬루 레이트 값을 저장하는 것이 바람직하다. 첫 번째 값은 전력 증폭기 (126)의 상부 트랜지스터 (240)과 관련되고, 두 번째 값은 전력 증폭기 (126)의 하부 트랜지스터 (242)와 관련된다. 따라서, 상부 전력 증폭기 트랜지스터 (240) 및 하부 전력 증폭기 트랜지스터 (242)의 슬루 레이트는 독립적으로 제어될 수 있다.
적응형 펄스 폭 변조
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전이 속도(즉, 미리 정해진 시간 동안 발생하는 전이의 개수)는 전력 효율 및 잡음 발생 간의 트레이드오프를 최적화하도록 변화될 수 있다. 상기한 바와 같이, 서보 DSP (120)은 제어 데이터를 제어 레지스터 (218)에 기록함으로써 전이 속도를 제어할 수 있다.
도 6은 PWM 제어 회로 (216)의 블록도이다. 본 발명의 일실시예에 따르면, PWM 제어 회로 (216)은 신호선 (244)를 통하여 서보 DSP (120)으로부터 클록 신호를 수신한다. 클록 신호는 PWM 제어 회로 (216)으로부터 출력되는 신호의 사이클 시간보다 몇 배 짧은 사이클 시간을 갖는다. PWM 제어 회로 (216)은 클록 신호를 수신하고 카운트 값을 출력하는 카운터 (401)을 포함한다. 카운터 (401)은 각 사이클의 종점에서 리셋된다.
카운터 (401)의 출력은 디지털 비교기 (403)에 접속되는데, 이러한 디지털 비교기 (403)은 카운터 (401)로부터 출력되는 카운터 값과 PWM 제어 회로 (216)에 접속되는 오프-시간 값을 비교한다. PWM 제어 회로 (216)은 신호선 (246)을 통하여 오프-시간 신호를 수신한다. 카운터 (401)로부터 출력되는 카운트 값이 오프-시간 값보다 작은 경우에는 PWM 제어 회로의 출력은 로우이고, 카운터 (401)로부터 출력되는 카운트 값이 오프-시간 값보다 큰 경우에는 PWM 제어 회로의 출력은 하이이다. 카운터 (401)의 출력은 또한 아날로그 비교기 (405)에 전송되는데, 이러한 아날로그 비교기 (405)는 저항 Rsense(도 4 참조) (248)에 걸리는 전압 레벨을 스핀들 모터 제어 전압과 비교한다. 이러한 전압들 간의 차이는 "에러" 전압이다. "온-시간" 동안 모터 코일 (204), (206), 및 (208)을 통하여 흐르는 전체 전류는 반드시 저항 (248)을 통하여 흐르기 때문에, 저항 (248)에 걸리는 전압은 온-시간 동안 모터 (102)의 코일들을 통하여 흐른 전체 전류를 나타낸다. 모터의 코일들을 통하여 흐른 전체 전류가 아날로그 비교기 (405)에 접속되는 스핀들 모터 구동 신호에 의해 정해지는 임계값에 도달하면, 비교기 (405)의 출력은 카운터 (401)을 리셋시키고, 따라서 PWM 제어 회로 출력의 각 사이클의 종점을 결정하고, 이어서 PWM 펄스의 듀티 사이클 및 전체 구동 신호가 스핀들 모터 코일 (204), (206), 및 (208)에 인가될 것이다. 따라서, 스핀들 모터 코일 (204), (206), 및 (208)로의 구동 신호는 에러 전압에 비례한다.
본 발명에 따르면, 각 펄스의 오프-시간을 변경하기 위해 제어 레지스터에 저장되고 디지털 비교기에 전송되는 값은 서보 DSP (120)이 전이 속도를 제어하도록 한다. 즉, 펄스들 간의 오프-시간이 더 클수록, 모터 (102)의 코일들을 통하여 흐르는 전체 전류가 스핀들 모터 제어 값보다 더 큰 저항 (248)에 걸리는 전압을 발생시키는 값으로 복귀시키기 위하여 해당 펄스가 더 길어진다. 이것은 출력 트랜지스터의 전이들 간의 전체 시간이 증가되고, PWM 파형의 고조파 성분이 감소되며, 모터의 코일들의 통하여 흐르는 전류의 리플이 증가하고, 트랜지스터 스위칭 손실이 감소된다는 것을 의미한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 서보 DSP (120)은 판독 및 기록 동작과 같이 잡음에 민감한 동작이 이루어지는 동안 전기적 잡음의 양을 감소시키는 값을 제어 레지스터 (218)에 기록한다. 마찬가지로, 서보 DSP (120)은 DASD의 동작이 시동, 아이들, 및 탐색 동작과 같이 잡음에 민감하지 않은 경우 구동 회로의 전력 효율을 증가시키는 값을 제어 레지스터 (218)에 기록한다. 또한 본 발명의 대안적인 실시예에 있어서, PWM 파라미터에 대한 조정은 자체-조정(self-calibration)에 의해 이루어지거나, 또는 모집단(population) 또는 파일 레벨 기반(file level basis) 상의 제조 공정의 일부로서 파라미터를 고정시킴으로써 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 대안적인 실시예에 있어서, 파라미터는 상태 머신(state machine), 시스템의 PWM 제어 회로 내부 또는 다른 곳에 설치된 프로그램 가능 장치, 하드와이어드(hardwired)로 설정되거나, 또는 마이크로코드로 내장(embedded in microcode)될 수 있다. 따라서, 전기적 잡음과 전력 효율 간의 트레이드오프와 그러한 트레이드오프가 결정되어야 하는 조건들을 결정하는 여러 가지 다른 방식이 있다는 것이 명백하다. 예를 들어, PWM 주파수의 증가는 보다 적은 전류 리플을 초래하고, 따라서 보다 적은 전력 공급 필터링(power supply filtering) 또는 디커플링(decoupling)이 필요하므로, 한계 비용이 절약된다. 본 발명은 "플라이 상태(on the fly)"와 같은 환경이 변화되는 또는 특정 환경을 위한 구동 회로의 동작을 최적화하기 위해 이러한 트레이드오프를 동적으로 결정할 수 있는 수단을 제공한다.
적응형 펄스 폭 변조와 동기 정류(synchronous rectification)를 결합시킴으로써 중요한 개선이 이루어질 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 동기 정류는 관련 스위칭 트랜지스터가 턴오프되면 비스위칭(non-switching) 트랜지스터를 턴온시킨다. 즉, 전류가 펄스화되고 있는 경우, 상부 통전 트랜지스터 또는 하부 통전 트랜지스터 중 어느 하나가 PWM 속도(rate)로 턴온 및 턴오프됨으로써 스위칭 트랜지스터로서 동작한다. 하부 트랜지스터 (309), (313), 및 (317)(도 3 참조)이 펄스화되고 있는 경우, 하부 트랜지스터 (309), (313), 및 (317)이 턴오프되면, 2개의 통전 코일들 내에 흐르는 전류의 감소에 의해서 "플라이백(fly-back)" 전압이 생성된다. 하부 트랜지스터 (309), (313), 및 (317)이 턴오프되는 출력 증폭기 레그(leg) 내의 상부 트랜지스터 (307), (311), 및 (315)를 턴온시킴으로써, 이전(formerly)에 통전된 2개의 코일들에 걸리는 전압은 전력 공급 전압의 양단에서 클램프된다. 마찬가지로, 상부 트랜지스터가 펄스화되고 있는 경우, 관련 상부 트랜지스터가 턴오프되면 하부 트랜지스터는 턴온될 것이다. 상부 트랜지스터 및 상부 트랜지스터에 접속되는 하부 트랜지스터 양자가 전류 제한 없이 동시에 통전(on)되는 경우, 출력 트랜지스터 (307), (309), (311), (313), (315), 및 (317)에 대한 손상이 발생할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, VCM과 함께 적응형 PWM을 사용하는 것과 관련하여 서보 DSP (120)이 헤드 위치를 검출하고, 제어 레지스터 (232)에 저장되어 있는 값을 갱신하여 전이 속도를 변경하며, 따라서 헤드가 목표에 접근하면 펄스의 주파수를 증가시킨다. PWM 모드의 주파수를 결정하는데 사용되는 파라미터는 전류 센서 증폭기 (236)에 의해 검출되며 VCM을 통하여 흐르는 전류의 양인 것이 바람직하다. 즉, 더 많은 전류가 VCM을 통하여 흐를수록, 판독/기록 헤드는 최종 목표(ultimate destination)로부터 더 멀어지고 구동 회로는 더 천천히 펄스화된다. 판독/기록 헤드가 목표에 접근하면, VCM을 통하여 흐르는 전류는 감소하고, 구동 회로는 VCM이 구동될 수 있도록 하는 분해능(resolution)을 증가시키기 위하여 보다 빠르게 펄스화를 시작하는 것이 바람직하다. 판독/기록 헤드가 목표에 도달하면, VCM 구동은 원하는 실린더를 트래킹하기 위한 최대 분해능을 제공하며 발생되는 전기적 잡음의 양을 감소시키기 위해 선형 모드로 진입할 수 있다. 헤드가 다른 실린더로 이동하는 경우, VCM 구동 회로는 PWM 모드로 복귀한다. 대안적으로, 서보 DSP (120)에 의해서 결정되는 현재의 헤드 위치 및 원하는 위치 간의 거리는 PWM 모드의 주파수를 결정하는데 사용될 수 있다.
음성 잡음 감소(Acoustic Noise Reduction)
도 2를 참조하면, 정류 설계의 연속적인 2개의 상에 해당하는 각 코일을 통하여 동일한 방향으로 전류가 흐르는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 상 1 및 2 동안 전류는 코일 A를 통하여 정방향으로 흐른다. 상 3 동안에는 코일 A에 전류가 흐르지 않는다. 그 다음에 상 4 및 5 동안 전류는 코일 A를 통하여 역방향으로 흐른다. 또한, 통전이 중단되는 코일을 통하여 흐르는 전류가 통전을 개시하는 코일에서 전류가 증가하는 것보다 더 빠르게 감소하기 때문에, 각 정류 시간에서 모터의 코일을 통하여 흐르는 전류에는 딥(dip)이 발생하는 것을 알 수 있다. 즉, 트랜지스터 (307), (309), (311), (313), (315), 및 (317)은 턴온되는 것보다 더 빠르게 턴오프될 수 있다. 이러한 전체 코일 전류에서 주기적으로 발생하는 딥은 사용자에게 방해(disturbing)가 될 수 있는 음성 잡음을 초래한다.
본 발명에 따르면, 음성 잡음의 감소는 상태(state)를 변환하고 있는 트랜지스터들 중 적어도 하나의 트랜지스터를 펄스화시킴으로써 달성된다. 도 7은 단지 하나의 코일 전류가 도시되어 있고, 코일 전압이 함께 도시되어 있으며, 시간 T1 및 T4 동안에 음성 잡음의 감소 펄스가 나타나는 것을 제외하면 도 2와 본질적으로 동일하다.
본 발명에 따르면, 제어 레지스터 (218)은 음성 잡음 감소 펄스의 주파수를 결정하는 값을 저장한다. 대안적으로, 제어 레지스터 (218) 내에 저장되는 값은 단지 음성 잡음 감소가 제공되는지의 여부만을 표시한다.
PWM 제어 회로 (216)에 의해 제공되는 음성 잡음 감소는 다음과 같다. 정류가 발생하는 시간 T1에서, 상부 트랜지스터 (307), (311), 및 (315)를 단순히 턴오프시키는 것이 아니라, 상부 트랜지스터를 제어 레지스터 (218)에 저장되어 있는 값에 의해 결정되는 속도(rate)로 소정 시간 주기 동안 펄스화되는데, 상기 소정 시간 주기는 또한 제어 레지스터 (218)에 저장되어 있는 값에 의해 결정된다. 이러한 값들은 외부 프로세서, 커패시터 및 충전 전류원(charging current source)을 포함하는 아날로그 회로로부터 접속되는 것과 같이 임의의 소스로부터 PWM 제어회로 (216)에 접속될 수 있거나 서보 DSP (120)에서 직접 접속되거나, 또는 이러한 값들은 펌웨어(firmware) 내에 고정되거나, 제어 회로 (216)의 회로 내로 하드와이어되거나, 또는 제어 회로 (216) 내의 프로그램 가능 장치에 의해 실행되는 소프트웨어 루틴 내로 프로그램될 수 있다. 도 7에는 각 정류에서 발생하는 전체 전류에서의 딥이 정류 시간 T2 및 T3에서는 전류 그래프(plot)에 나타나지 않는다. 이는 각 상부 트랜지스터 (307), (311), 및 (315)가 그렇지 않았더라면 턴오프되고 있는 시간 동안인 시간 T1으로부터 시간 T4까지 발생하는 음성 잡음 감소 펄스가 도입되어 정류가 이루어지는 동안 모터를 통하여 흐르는 전체 전류가 보다 정밀하게 제어되기 때문이다. 따라서, 추가 전류는 모터가 각 정류 동안 전체 전류가 딥핑(dipping)되는 것을 방지하는데 사용한다. 시간 T2 및 T3에서 전류 딥을 제거하는 것은 모터에 의해 발생되는 음성 잡음을 상당히 감소시킨다.
도 8은 음성 잡음의 감소 능력을 갖는 PWM 제어 회로 (216)의 단순화된 블록도이다. 디지털 비교기 (403)의 출력은 멀티플렉서 (801)의 제 1 입력단(first input)에 접속된다. 멀티플렉서 (802)의 제 2 입력단은 클록 신호를 원하는 음성 잡음 감소 펄스 속도로 분할하는 디바이더 (803)의 출력단에 접속되는데, 이러한 음성 잡음 감소 펄스 속도는 제어 레지스터 (218)에 저장되는 값으로 표시되고 신호선 (805)를 통하여 디바이더 (803)에 접속된다. 선택 신호선(select signal line) (807)은 제어 레지스터 (218)로부터 펄스 생성 회로 (809)로 접속된다. 선택 신호선 (807)은 정류 논리/제어 회로 (202)로부터 PWM 제어 회로 (216)으로 신호를 전송하여 각 정류 시간 T1이 언제 시작되는지를 표시한다. 펄스 생성기 (809)는 제어 레지스터 (218)에 저장되는 값으로 정해지는 기간을 갖는 펄스를 출력하여 신호선 (811)을 통하여 펄스 생성기 (809)로 전송한다. 펄스 생성기 (809)로부터 출력되는 펄스는 멀티플렉서 (801)의 선택 입력단에 전송되어 멀티플렉서 (801)이 상기한 바와 같이 디지털 비교기 (403)에 의해 생성되는 PWM 펄스 또는 바람직하게는 디바이더 (803)에 의해 생성되는 고주파 음성 잡음 감소 펄스를 출력하도록 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명되었지만, 본 발명 기술 분야의 당업자에게는 첨부된 청구범위에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것이 명백하다. 따라서, 본 발명 기술 분야의 당업자는 이러한 교시로부터 본 발명의 다른 실시예 및 변경을 가하는 것이 가능하다. 그러므로, 본 발명은 상기 상세한 설명 및 첨부된 도면을 함께 고려한 청구범위에 의해서만 제한된다.
본 발명은 직접 액세스 저장 장치(DASD) 내의 스핀들 모터 및 음성 코일 모터(VCM)를 제어하여 보다 낮은 잡음 방사, 높은 전력 효율, 및 모터 내의 전류 리플 간의 트레이드오프를 최적화시킨다.
Claims (17)
- 잡음에 민감한 장치 내의 모터를 구동하기 위한 적응형 펄스 폭 변조 모터 제어기에 있어서,a) 에러 신호에 비례하는 듀티 사이클, 및 제어 가능 모터 구동 펄스 전이 속 도를 갖는 모터 구동 펄스를 생성하는 펄스 폭 변조 제어 회로; 및b) 상기 펄스 폭 변조 제어 회로에 접속되며, 상기 잡음에 민감한 장치 내의 조건 변화에 응답하여 상기 모터 구동 펄스 전이 속도를 변경하는 제어 회로를 포함하는 적응형 펄스 폭 변조 모터 제어기.
- 제 1항에 있어서,상기 제어 회로가, 상기 펄스 폭 변조 제어 회로에 접속되어 상기 모터 구동 펄스 전이 속도를 제어하는 값을 저장하는 제어 레지스터를 포함하는 적응형 펄스 폭 변조 모터 제어기.
- 제 1항에 있어서,상기 잡음에 민감한 장치가 디스크를 갖는 직접 액세스 데이터 저장 장치인 적응형 펄스 폭 변조 모터 제어기.
- 제 3항에 있어서,a) 상기 직접 액세스 데이터 저장 장치의 조건은 디스크로부터 판독, 디스크 로 기록, 디스크 회전 시작, 아이들 상태로 디스크 유지, 디스크 상의 특 정 위치 탐색, 판독 또는 기록 동작 동안 소프트 에러 복구 절차의 수행 을 포함하고;b) 상기 제어 회로는 디스크를 판독 및 기록하는 동안에는 모터 구동 펄스의 전이 속도를 증가시키고, 디스크 회전을 시작하는 동안에는 모터 구동 펄 스의 전이 속도를 감소시키며, 아이들 상태로 디스크를 유지시키고, 디스 크 상의 특정 위치를 탐색하며, 소프트 에러 복구 절차의 일부로서 전이 속도를 감소시키는적응형 펄스 폭 변조 모터 제어기.
- 제 1항에 있어서,상기 모터 구동 펄스는 오프-시간을 가지며, 상기 제어 회로는 상기 모터 구동 펄스의 오프-시간을 잡음에 민감한 장치의 조건에 대한 함수로 설정하는 적응형 펄스 폭 변조 모터 제어기.
- 제 1항에 있어서,상기 모터 구동 펄스는 온-시간을 가지며, 상기 제어 회로는 상기 모터 구동 펄스의 상기 온-시간을 잡음에 민감한 장치의 조건에 대한 함수로 설정하는 적응형 펄스 폭 변조 모터 제어기.
- 제 1항에 있어서,상기 모터 구동 펄스는 사이클 시간을 가지며, 상기 제어 회로는 상기 모터 구동 펄스의 상기 사이클 시간을 잡음에 민감한 장치의 조건에 대한 함수로 설정하는 적응형 펄스 폭 변조 모터 제어기.
- 잡음에 민감한 장치에 접속되는 모터의 속도를 제어하기 위한 적응형 펄스 폭 변조 모터 제어기에 있어서,a) 에러 신호에 비례하는 듀티 사이클, 및 제어 가능 슬루 레이트(slew rate) 를 갖는 모터 구동 펄스를 생성하는 펄스 폭 변조 제어 회로; 및b) 상기 펄스 폭 변조 제어 회로에 접속되며, 상기 잡음에 민감한 장치 내의 조건 변화에 응답하여 상기 모터 구동 펄스의 슬루 레이트를 변경하는 제어 회로를 포함하는 적응형 펄스 폭 변조 모터 제어기.
- 제 8항에 있어서,상기 제어 회로가 상기 펄스 폭 변조 제어 회로에 접속되어 상기 모터 구동 펄스의 슬루 레이트를 제어하는 값을 저장하는 제어 레지스터를 포함하는 적응형 펄스 폭 변조 모터 제어기.
- 제 9항에 있어서,상기 잡음에 민감한 장치가 직접 액세스 저장 장치인 적응형 펄스 폭 변조 모터 제어기.
- 제 10항에 있어서,a) 상기 직접 액세스 데이터 저장 장치 내의 조건은 디스크로부터 판독, 디스 크로 기록, 디스크 회전 시작, 아이들 상태로 디스크 유지, 디스크 상의 특정 위치 탐색, 판독 또는 기록 동작 동안 소프트 에러 복구 절차의 수 행을 포함하고;b) 상기 제어 회로가 디스크를 판독 및 기록하는 동안 또는 소프트 에러를 복구하는 동안 슬루 레이트를 감소시키고, 디스크가 회전을 시작할 때 및 아이들 상태 동안 슬루 레이트를 증가시키는적응형 펄스 폭 변조 모터 제어기.
- DASD 내의 코일을 갖는 모터의 속도를 제어하기 위한 최적 펄스 폭 변조 모터 제어기에 있어서,a) 상기 DASD 내의 모터의 코일에 구동 신호(drive)를 제공하는 출력을 갖 는 모터 구동 회로; 및b) 상기 모터 구동 회로에 접속되며, 모터의 코일을 통하여 흐르는 전체 전 류 레벨을 일정하게 유지하기 위하여 모터 구동 회로의 출력을 변조하는 음성 잡음 감소 회로(acoustic noise reduction circuit)를 포함하는 적응형 펄스 폭 변조 모터 제어기.
- 제 12항에 있어서,상기 음성 잡음 감소 회로가 정류(commutation)가 일어나는 동안 전이 속도를 감소시킴으로써 상기 모터 구동 회로의 출력을 변조하는 적응형 펄스 폭 변조 모터 제어기.
- 제 13항에 있어서,상기 모터 구동 회로의 출력이 임의의 시간에서 전체 코일 수보다 작은 수의 코일에 인가되고, 상기 모터 구동 회로의 출력이 인가되는 특정 코일이 정류가 일어나는 동안 변경되며, 또한 구동 신호가 각 코일에서 차단되기 전에 상기 모터 구동 회로가 각 코일에 인가되는 구동 신호를 미리 정해진 시간 동안 상대적으로 높은 속도로 펄스화시키는 적응형 펄스 폭 변조 모터 제어기.
- 잡음에 민감한 장치 내의 모터를 구동하는 방법에 있어서,a) 에러 신호에 비례하는 듀티 사이클, 및 소정 전이 속도를 갖는 모터 구동 펄스를 생성하는 단계; 및b) 상기 잡음에 민감한 장치 내의 조건 변화에 응답하여 상기 모터 구동 펄 스의 전이 속도를 변경하는 단계를 포함하는 모터 구동 방법.
- 잡음에 민감한 장치에 접속되는 모터의 속도를 제어하는 방법에 있어서,a) 에러 신호에 비례하는 듀티 사이클, 및 제어 가능 슬루 레이트를 갖는 모 터 구동 펄스를 생성하는 단계; 및b) 상기 잡음에 민감한 장치 내의 조건의 변화에 응답하여 상기 모터 구동 펄스의 슬루 레이트를 변경하는 단계를 포함하는 모터 속도 제어 방법.
- DASD 내에서 코일을 갖는 모터의 속도를 제어하는 방법에 있어서,a) 상기 DASD 내의 모터의 코일에 구동 신호를 제공하는 단계; 및b) 상기 모터의 코일을 흐르는 전체 전류 레벨을 일정하게 유지하기 위해 상 기 모터 구동 회로의 출력을 변조하는 단계를 포함하는 모터 속도 제어 방법.
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