KR100472587B1 - 하드디스크드라이브스핀들및액츄에이터모터의구동방법및회로 - Google Patents

하드디스크드라이브스핀들및액츄에이터모터의구동방법및회로 Download PDF

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에드워드 엔. 제프리
윌리엄 알. 크레니크
데이비드 코튼
데니스 브이. 한
사이발 바루아
로이 씨. 3세 존스
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텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드
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Abstract

본 발명에는 하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 모터를 구동하기 위한 시스템이 개시되어 있다. 상기 시스템은 스핀들 모터 제어회로(120), 스핀들 모터 전력회로(210), 액츄에이터 모터 제어회로(210) 및 액츄에이터 모터 전력회로(220)를 구비한다. 스핀들 모터 제어회로(120)와 액츄에이터 모터 제어회로(110)는 제1 기판(100)상에 형성된다. 스핀들 모터 전력회로(210)와 액츄에이터 모터 전력회로(220)는 제2 기판(200)상에 형성된다. 또한 상기 시스템은 회전가능한 스핀들(21)에 부착된 적어도 하나의 디스크(22), 스핀들 모터 전력신호를 수신하여 통전되고 스핀들(21)의 회전을 제어하는 스핀들 모터(400), 디스크(22)에 인접한 복수개의 디스크 판독헤드(12) 및 액츄에이터 모터 전력신호를 수신하여 통전되며 디스크 판독헤드(12)의 위치를 제어하는 액츄에이터 모터(300)를 포함한다.

Description

하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 모터의 구동방법 및 회로
본 발명은 디스크 드라이브 회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 모터를 구동하기 위한 방법 및 회로에 관한 것이다.
일반적으로, 하드디스크 드라이브는 회전 디스크 또는 플래터의 스택, 디스크를 회전시키는 스핀들 모터, 디스크의 표면으로 지나는 판독/기입 헤드, 판독/기입 헤드의 위치를 제어하는 음성 코일 모터(Voice Coil Motor; VCM)로 공지된 액츄에이터 모터, 상기 스핀들 모터 및 음성 코일 모터에 전력을 제공하는 전력회로, 상기 스핀들 모터와 음성코일 모터의 동작을 제어하는 제어회로를 포함한다.
인텔 80X86 마이크로프로세서를 포함한 컴퓨터 라인과 같은 어떤 특정 형태의 컴퓨터용으로, 다양한 호환성가능한 디스크 드라이브가 통상적으로 제공된다. 이들 디스크 드라이브는 이용가능한 메모리량, 스택 내에서의 디스크 또는 플래터(platter)의 수 및 데이터가 기입되거나 디스크로부터 판독되는 속도에 따라 다양하다. 디스크 드라이브용 스핀들 및 음성코일 모터를 구동하기 위해 요구되는 전력 및 제어회로는 일반적으로 디스크 드라이브의 파라미터에 따라 변한다.
과거에는, 하드 디스크 드라이브의 일렉트로닉스 제작자들은 4개의 분리된 집적회로(IC) 칩, 즉 음성코일모터 전력칩, 음성코일모터 제어칩, 스핀들 모터 전력칩 및 스핀들 모터 제어칩으로 모터 전력 및 제어회로를 설계하였다. 이러한 각 칩들은 디스크 드라이브 타입에 따라 다양해질 수 있다. 따라서, 하나의 디스크 드라이브 타입은 다른 디스크 드라이브 타입의 것과 네 개가 모두 다른 칩을 필요로 할 수도 있다.
다른 종래의 장치는 액츄에이터 모터의 전력 및 제어회로를 하나의 집적회로상에, 스핀들 모터의 전력 및 제어회로를 다른 집적회로상에 집적화시킨다. 각 칩의 전력부는, 사용되는 액츄에이터 및 스핀들 모터의 타입에 따라 변할 수 있으며, 서로 다른 칩들이 다른 모터를 구동하도록 요구될 수 있다.
집적회로 칩들은 설계 및 제작에서 비용이 비싸기 때문에 디스크 드라이브 모터의 전력 및 제어를 행하는 데 사용되는 전체 칩수를 감소시킬 필요가 있다. 더구나, 디스크 드라이브 모터를 구동하고 제어하는 데 하나 이상의 칩이 몇 가지의 다른 타입의 디스크 드라이브에 사용되는 경우 이는 더욱 유리하게 될 것이다.
본 발명에는 하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 모터를 구동하기 위한 방법이 개시된다. 상기 방법은 (1) 제1 기판상에 형성된 액츄에이터 제어회로에서 액츄에이터 모터 제어 신호를 발생시키는 단계; (2) 상기 제1 기판상에 형성된 스핀들 제어회로에서 스핀들 모터 제어 신호를 발생시키는 단계; (3) 제2 기판상에 형성된 액츄에이터 전력회로에서 액츄에이터 모터 제어 신호를 수신하고, 액츄에이터 모터 전력신호를 발생시키는 단계; 및 (4) 제2 기판상에 형성된 스핀들 전력회로에서 스핀들 모터 제어 신호를 수신하고, 스핀들 모터 전력신호를 발생시키는 단계; 를 포함한다.
본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 모터를 구동하기 위한 (1) 복수개의 스핀들 모터 제어 신호를 발생시키기 위하여 제1 기판상에 형성된 스핀들 모터 제어회로; (2) 스핀들 모터 제어 신호를 수신하여 복수개의 스핀들 모터 전력신호를 발생시키기 위하여 제2 기판상에 형성된 스핀들 모터 전력회로; (3) 선형 전류 커맨드 신호를 수신하여 복수개의 액츄에이터 모터 제어 신호를 발생시키기 위하여 제1 기판상에 형성된 액츄에이터 모터 제어회로; (4) 상기 액츄에이터 모터 제어 신호를 수신하여 복수개의 액츄에이터 모터 전력신호를 발생시키기 위하여 제2 기판상에 형성된 액츄에이터 모터 전력회로; (5) 데이터 저장을 위한 자기매체를 가지며 회전가능한 스핀들에 부착된 적어도 하나의 디스크; (6) 상기 스핀들 모터 전력신호를 수신하여 통전되고 상기 스핀들의 회전을 제어하기 위한 스핀들 모터; (7) 상기 디스크들에 인접한 복수개의 디스크 판독헤드; 및 (8) 상기 액츄에이터 모터 전력신호를 수신하고 통전되며 상기 디스크 판독헤드의 위치를 제어하기 위한 액츄에이터 모터를 포함한다.
본 발명의 기술적 장점은 하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 모터를 구동하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다는 것이다. 다른 기술적 장점은 본 발명이 2개의 집적회로만을 필요로 한다는 것이다. 또 다른 장점은 동일한 종류의 제어 집적회로가 여러 가지 전력 집적회로와 결합하여 사용될 수 있다는 것이다. 또다른 장점은 펄스폭 변조 또는 선형 전류 제어가 스핀들 모터의 회전속도를 제어하기 위해 선택될 수 있다는 것이다.
본 발명, 본 발명의 목적, 및 장점을 보다 완전히 이해하기 위해, 첨부된 도면에 대한 하기의 상세한 설명에 대해 참조 부호가 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시예 및 그 장점들은 도1 내지 도3을 참조함으로써 잘 이해될 수 있으며, 각 도면 중 유사하며 대응하는 부분에는 유사한 참조번호가 사용된다.
도1을 참조하면, 본 발명에 따른 디스크 드라이브의 전체 블록도가 도시되어 있다. 하드 디스크 드라이브(1)는 회전가능한 스핀들(22)상에 장착된 복수개의 디스크(21)를 포함한다. 상기 스핀들은 스핀들 모터(도시되지 않음)에 의해 회전된다.
각 디스크(21)는 디스크의 양면상에 자기기록면을 갖는다. 판독헤드(12)는 음성코일 모터(VCM; 도시되지 않음)로 공지된 액츄에이터 모터에 의해 일치되어 이동되는 액츄에이터 아암(11)에 장착되어 있다. 상기 판독헤드(12)는 디스크(21)표면상에서 자기 플럭스(magnetic flux) 변화를 감지한다. 각 플럭스 변화는 프리앰프(30)에 의해 판독되는 신호를 만들어낸다. 상기 프리앰프(30)는 상기 신호를 판독채널(40)로 전달하며, 판독 채널(40)은 신호를 디코드하고 그렇지 않으면 신호를 처리한다. 판독채널(40)에 의해 수행되는 기능의 한 예는 부분응답, 즉 비터비(viterbi) 검출기를 사용하는 최대 가능한 검출(likelyhood detection)이다.
상기 판독채널(40)은 디코딩된 데이터를 위상 고정 루프(PLL: 51)를 포함하는 블록(50)으로 송신한다. 상기 위상 고정 루프(51)는 판독채널(40)과 통신하여 데이터가 적합한 동기화를 가지며 디스크로부터 판독될 수 있도록 해준다. 또한 블록(50)은 에이직(Application Specific Integrated Circuit; ASIC 52)을 포함하며, 이것은 디코딩된 데이터를 처리하며, 판독채널(40), DRAM 유니트(61), SRAM 유니트(62), 플래쉬(flash) 메모리 유니트(63) 및 디지탈 신호 처리 블록(73)과 통신한다.
판독채널(40)은 아날로그 형태로 디코딩된 데이터를 디지탈 신호처리 블록(70)으로 송신한다. 이 블록은 아날로그-디지탈 컨버터(71), 디지탈 신호처리회로(73) 및 디지탈-아날로그 컨버터(72)를 포함한다. 디지탈 신호처리 블록(70)은 신호를 상기 스핀들 및 액츄에이터 모터가 다음에 어떤 동작을 취할 지를 지시하는 제어칩(100)상의 모터 제어블록(110)(120)으로 송신한다. 제어칩(100)상의 지지기능블록(130)은 이하에서 설명되는 지지기능을 수행한다.
도2를 참조하면, 디스크 드라이브 모터의 전력 및 제어회로의 기능적 블록도가 도시되어 있다. 제어칩(100)은 액츄에이터 제어블록(110), 스핀들 모터 제어블록(120) 및 지지기능블록(130)을 포함하는 바이시모스(bi-CMOS)칩이다.
전력칩(200)은 액츄에이터 전력블록(220) 및 스핀들 전력블록(210)을 포함하며, 각 전력블록은 복수개의 전력 전계효과 트랜지스터(FET)(도3에 도시됨)를 갖는 디모스(DMOS)칩이다. 액츄에이터 전력블록(220)은 선택된 전류를 음성코일 모터(300)에 공급하는 한편, 스핀들 전력블록(210)은 희망 전류를 스핀들 모터(400)에 공급한다.
액츄에이터 제어블록(110)은 저역 통과 필터(111), 에러 증폭기(112), 액츄에이터 모터 사전 구동 증폭기(113) 및 감지증폭기(114)를 포함한다. 예를 들어, 디지탈 신호처리 블록(70)의 일부가 될 전류제어장치(10)는 희망되는 액츄에이터 전류를 나타내는 입력전압을 공급한다. 이 전압은 저역 통과 필터(111)에 의해 필터링된다. 감지증폭기(114)는 감지 레지스터(310)에 걸친 전압강하를 감지하여 증폭함으로써 액츄에이터(300)를 통해 흐르는 실제전류에 비례하는 출력 신호를 발생시킨다.
에러 증폭기(112)는 감지증폭기(114)의 출력, 저역 통과 필터(111)의 출력 및 제어칩(100)상에서 발생될 수 있는 기준 소오스(115)로부터의 기준전압을 수신한다. 에러 증폭기(112)는 감지증폭기(114)의 출력과 저역 통과 필터(114)의 출력간의 차이를 받는다. 그 후, 이 차이 전압은 기준 소오스(115)로부터의 기준전압과 비교되고, 상기 두 전압의 차이는 증폭되어 목표전압(VTARGET)을 발생시킨다. 상기 목표전압은 전압 오프셋(offset)과 함께 희망된 액츄에이터 전류와 실제 액츄에이터 전류 긴의 차이에 다음과 같이 비례한다:
(1) VTARGET = C* (VINPUT -VSENSE - VREF)
목표전압은 액츄에이터 모터 노드(301)(302)에 걸리는 희망 전압이다. 이 희망 구동전압은 아래에 설명되는 바와 같이 획득된다.
도3을 참조하면, 액츄에이터 전력블록(220)은 FET(221-224)를 포함한다. FET의 게이트(221-224)는 액츄에이터 모터 제어블록(110), 보다 상세하게는 액츄에이터 모터 사전구동 증폭기(113)로부터 네 개의 출력 신호를 수신한다. 상측 FET(221 및 223)는 고전압에 연결된 드레인들을 구비하며, 반면에 하측 FET(222 및 224)는 접지에 연결된 소오스들을 갖는다. 상측 FET(221, 223)의 소오스는 각기 하측 FET(222, 224)의 드레인과 액츄에이터 모터 노드(301, 302)에 연결된다.
다시 도2를 참조하면, 액츄에이터 모터 사전구동 증폭기(113)는 아날로그 출력 신호를 전력 FET(221-224)의 게이트들로 송신하며(도 3에 도시됨), 이는 전압 제어 레지스터로서 역할을 한다. 정상동작 동안에 액츄에이터 모터 사전구동 증폭기(113)는 하나의 상측 FET(221 또는 223) 및 하나의 하측 FET(222 또는 224)를 턴오프시킨다. 상기 두 개의 턴오프된 FET는 동일 노드(301 또는 302)에 연결되지는 않는다. 따라서, 하나의 상측 FET는 액츄에이터 모터(300)와 전압원 간의 제어된 저항으로써 기능을 할 것이며, 한편 하나의 하측 FET는 액츄에이터 모터(300)와 접지 간의 제어된 저항으로써 기능을 할 것이다. 따라서 액츄에이터 모터 사전구동 증폭기(113)는 액츄에이터 모터(300)를 통해 흐르는 전류의 방향 및 크기 둘 다를 제어할 수 있다.
액츄에이터 모터 사전구동 증폭기(113)는 노드(301 및 302) 간의 전압이 상기 식(1)에서 계산된 목표전압과 같도록 FET(221-224)의 저항을 조정한다.. 따라서 액츄에이터 모터 사전구동 증폭기(113)는 FET(221-224)의 게이트전압의 조작을 통하여 간접적으로 그 입력전압을 증폭시킨다.
스핀들 제어블록(120)은 제어논리블록(121), 전압 제어 발진기(122), 멀티플렉서(123 및 127), 정류상태기(124), 스핀들 사전구동기(125), 역(back)-EMF 감지 및 비교 블록(126) 및 합산증폭기(128)를 포함한다. 제어논리블록(121)은 디지탈 신호 처리블록(70)으로부터 스핀들 모터의 요구 동작모드를 선택하는 3비트 제어입력을 수신한다. 가능한 선택모드는 개시, 동작, 코스트(coast) 및 브레이크(brake)이다.
개시모드에서는, 제어논리블록(121)이 신호를 멀티플렉서(123)로 송신하여 정류상태기(124)가 입력라인(123a)상의 디지탈 신호 처리블록(70)으로부터의 외부 신호에 의해 진전되도록 해준다. 동작 모드에서는 제어논리블록이 멀티플렉서(123)를 선택하여 정류상태기(124)가 전압 제어 발진기(122)로부터의 신호에 의해 진행되도록 해준다.
디스크 드라이브 제어회로 분야에서 잘 공지된 바와 같이 정류상태기(124)는 스핀들 모터(400)의 3상 입력(401-403)의 각각을 위해 상측 및 하측 전력 FET들을 제어하는 6개의 출력 신호를 발생시킨다. 상기 정류상태기(124)는 스핀들 사전구동기(125)를 통하여, 스핀들 모터(400)에 희망된 토오크를 제공하도록 스핀들 모터(400)의 회전하여 도3의 FET(211-216)들을 스위칭시킨다. 예를 들어, 동작 모드에서는, 희망된 토오크가 스핀들 모터(400)의 회전방향으로 될 것인 반면 브레이크모드에서는 희망된 토오크가 반대방향이 될 것이다.
동작 모드에서는, 역-EMF 감지-비교 블록(126)이 스핀들 모터 위상 입력(401-403) 중 아이들(idle)(비구동)인 것에서 발생된 EMF를 나타내는 노드(401-403)로부터의 입력 신호를 수신한다. 이 역-EMF신호는 정류상태기(commutation state machine; 124)의 출력과 비교하여 스핀들 모터(400)의 실제 회전에 대한 희망된 위상관계에 있는지를 판정한다.
만약 정류상태기(124)가 스핀들 모터(400)의 회전에 대한 위상으로부터 벗어나 있다면, 희망된 토오크가 스핀들 모터(400)에 인가되지 않을 것이며, 원하는 회전비도 얻을 수 없을 것이다. 이러한 상황을 정정하기 위해 상기 역-EMF 감지-비교 블록(126)은 정류상태기(124)가 진행된 속도를 증감시키기 위하여 전압 제어 발진기(122)에 대한 그 출력 신호를 증감시킬 것이며, 따라서 정류상태기(124)와 스핀들 모터(400)의 회전과의 위상관계를 정정하게 된다.
도3을 참조하면, 스핀들 모터 전력블록(210)은 FET(211-216)를 포함한다. 전계효과 트랜지스터(211-216)의 게이트들은 스핀들 모터 제어블록(120)으로부터 6비트의 출력을 수신한다. 상측 FET(211, 213, 215)들은 공급전압에 연결된 드레인들을 가지며, 반면에 하측 FET(212, 214, 216)들은 접지에 연결된 소오스들을 갖는다. 상측 FET(211, 213, 215)들의 소오스들은 각기 하측 FET(212, 214, 216)들의 드레인과, 스핀들 모터 입력노드(401-403)에 연결된다. 따라서, 예를 들어 상측 FET(211)이 온으로 스위칭되는 반면 하측 FET(212)이 오프로 스위칭되면, 공급전압이 노드(401)에 인가될 것이다. 역으로, 만약 FET(211)이 오프되고 FET(212)이 온되면, 노드(401)는 접지될 것이다.
다시 도2를 참조하면, 스핀들 모터(400)는 3상모터로, 당업계에서 잘 공지되어 있다. 상기 모터에 토오크를 주기 위해 노드(401-403)중의 하나가 고전위로 되어야 하며, 반면에 노드중의 다른 하나는 접지된다. 정류상태기(124)와 스핀들 사전구동기(125)는 원하는 토오크를 스핀들 모터(400)에 제공하기 위하여 연속적으로 FET(211-216)들을 스위칭한다.
상기 스핀들 모터 제어블록(120)은 펄스폭 변조 또는 선형 전류제어에 의하여 스핀들 모터(400)를 구동하는 전류를 제어한다. 멀티플렉서(127)는 펄스폭 변조 또는 선형 전류제어 중 어느 것이 사용될 지를 판단하는 입력포트(127a)에서 선택 입력을 수신한다. 펄스폭 변조신호는 입력포트(127b)에서 수신되며, 반면에 선형 전류제어 신호는 입력포트(127c)에서 수신된다. 이들 신호들은, 예를 들어 디지탈 신호 처리블록(70)으로부터 수신될 수도 있다. 멀티플렉서(127)는 선택 입력 신호에 의해 선택된 입력 타입을 스핀들 사전구동기(125)에 공급한다.
펄스폭 변조가 선택되면, 스핀들 사전구동기 출력의 듀티 사이클(duty cycle)은 펄스폭 변조신호의 듀티 사이클에 의해 제어된다. 펄스폭 변조신호가 로우(low)가 되면, 스핀들 사전구동기는 하측 FET(212, 214, 216)들의 게이트들을 접지로 되게 하여 이들 FET들을 턴오프시킨다. 이러한 상태에서는 어떠한 전류도 스핀들 모터(400)를 흐르지 않는다. 펄스폭 변조신호가 하이(high)로 되면, 스핀들 사전구동기(125)는 정상적으로 동작하여 정류상태기(124)에 의해 표시되는 바와 같이 적합한 하측 FET를 턴온시킨다. 따라서, 전류는 단지 펄스폭 변조신호가 하이일 때만 스핀들 모터(400)를 통하여 흐른다.
선형 전류제어가 선택되면, 원하는 스핀들 모터 전류에 비례하는 아날로그 제어 신호가 합산증폭기(128)에 의해 수신된다. 감지 레지스터(410)는 하측 FET(212, 124, 216)들의 소오스와 접지 전위 사이에 연결된다. 따라서, 감지 레지스터(410)에 걸친 전압강하는 스핀들 모터(400)를 통해 흐르는 실제 전류에 비례한다. 증폭기(128)는 이 전압을 선형 전류제어 전압으로부터 감하고, 아날로그 출력 신호를 스핀들 사전구동기(125)로 공급하여, 정류상태기(124)에 의해 현재 선택된 하측 전력 FET(212, 214, 216)들의 게이트들로 이 전압을 인가한다. 그 후, 선택된 하측 전력 FET는 증폭기(128)의 출력에 비례하는 드레인-소오스 전류를 도전하는 트랜스컨덕턴스 증폭기로서 작용한다. 감지 레지스터(410)에 걸친 전압강하는 스핀들 모터(400)를 통하여 흐르는 실제 전류가 증폭기(128)에 의해 설정된 전류와 같을 때 선형 전류 커맨드 신호와 같아질 것이다.
지지기능 블록(130)은 전압 모니터(133), 액츄에이터 리트랙 블록(actuator retract block; 131) 및 스핀들 브레이크 블록(132)을 포함한다. 전압 모니터(133)는 하드디스크 드라이브에 의해 수신된 공급전압을 모니터링한다. 공급전압이 임계레벨 이하로 떨어지면 전압 모니터(133)는 고장(fault)신호를 액츄에이터 리트랙 블록(131) 및 스핀들 브레이크 블록(132)에 송신한다.
액츄에이터 리트랙 블록(131)은, 예를 들어 판독헤드가 데이터가 저장되지 않은 디스크 영역으로 리트랙될 때를 나타내는 디지탈 신호 처리블록(70)으로부터의 입력 신호를 수신한다. 이것은 하드 드라이브로의 전력을 손실하였을 때, 공급 전압이 떨어질 때, 또는 드라이브가 어떤 이유로 사용자에 의해 정지될 때 발생된다.
공급전압이 감소되면 각 판독헤드는 각 디스크 표면위의 공기 쿠션(cushion of air)상에서 이동하기 때문에 판독헤드의 신속한 리트랙이 바람직하다. 판독헤드는 만약 디스크 회전비가 임계치로 감소하면 디스크와 부딪칠 것이다. 따라서, 스핀들 모터로의 전력이 손실되거나 사라지면 상기 헤드는 그것이 랜드(land)할 수 있는 디스크의 안전지역으로 이동되어야만 한다. 결국, 액츄에이터 리트랙 블록(131)이 공급전압의 손실을 나타내는 입력포트(131a)상의 전압 모니터(133)로부터 고장 신호를 수신하고, 출력 신호는 액츄에이터 모터 사전구동 증폭기(113)로 송신되어, 판독헤드의 신속한 리트랙을 야기한다.
헤드 리트랙이 어떤 증대하지 않은 이유로 요구되어질 때는 갑작스런 가속에 의해 발생되는 판독헤드에 대한 전위 손상을 방지하기 위하여 완만한 리트랙이 바람직하다. 따라서, 리트랙 신호가 입력포트(131b)에 수신되면 액츄에이터 리트랙 블록(131)은 출력 신호를 액츄에이터 모터 사전구동 증폭기(113)에 송신하여, 판독헤드의 완만한 리트랙을 야기한다.
하드 디스크 드라이브가 닫혀지면 임계속도에 도달할 때까지 디스크를 자유롭게 작동시키게 하여 그들 회전 속도를 점점 느려지도록 하는 것이 바람직하다. 임계속도에서는 디스크의 회전을 갑작스럽게 정지시키는 것이 바람직하며, 따라서 판독헤드가 랜드하면 디스크 표면과 접촉하며 장거리를 이동할 필요가 없게 된다.
따라서, 스핀들 브레이크 블록(132)은 스핀들 모터(400)의 회전이 정지되어야 할 때를 나타내어 전압 모니터(133)로부터 출력 신호를 포함한 입력 신호를 수신한다. 이러한 신호에 응답하여 스핀들 브레이크 블록(132)은 정류상태기(124)에 출력 신호를 송신하여, 스핀들 모터(400)에 인가된 토오크의 방향을 역전시키도록 야기한다.
전력칩(200)에 의해 구동되어질 전력량은 사용된 액츄에이터 및 스핀들 모터의 전력 요구량에 따라 변한다. 하드 디스크 드라이브 모델을 위해 선택된 액츄에이터 및 스핀들 모터의 각 특정 조합에 대하여 전력칩(200)은 모터들의 전력 요구량을 충족시키도록 설계되고 제작될 수 있다. 따라서, 각 모터들의 조합에 대해 다른 전력칩이 요구된다. 그러나, 전술한 시스템의 하나의 장점은 본 발명에 따라 설계되고 구성된 모든 전력칩들이 제어칩(100)으로부터의 동일한 입력 신호를 이용한다는 것이다. 따라서, 어떤 전력칩(200)과 디스크 드라이브 모터(300)(400)의 임의의 조합을 가지고 동일한 포괄적인 제어칩(100)이 사용될 수 있다. 이것은 하드 디스크 드라이브 유닛을 제작하는 데 있어서 비용을 상당히 절감할 수 있다. 다른 장점은 펄스폭 변조와 선형 전류제어 모두가 스핀들 모터(400)를 제어하기 위해 사용될 수 있다는 것이다.
본 발명이 전술한 설명에 의해 특히 도시되어 설명되었으나, 본 발명의 정신 및 범위 내에서 형태나 구체적인 점에서의 다양한 변화가 이루어질 수 있음은 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 하드 디스크 드라이브 시스템의 전체 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 하드 디스크 드라이브 액츄에이터 및 스핀들 모터에 대한 전력 및 제어회로의 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 액츄에이터 및 스핀들 전력회로의 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 하드 디스크 드라이브
11 : 액츄에이터 아암
12 : 판독헤드
21 : 디스크
22 : 스핀들
30 : 프리앰프
40 : 판독채널
50 : 블록
61 : DRAM
62 : SRAM
63 : 플래쉬
70 : 디지탈 신호 처리블록
71 : AD 컨버터
72 : DA 컨버터
100 : 제어칩
110 : 액츄에이터 제어 블록
120 : 스핀들 모터 제어 블록
130 : 지지 기능 블록
200 : 전력 칩
210 : 스핀들 전력 블록
220 : 액츄에이터 전력 블록
300 : 음성 코일 모터
400 : 스핀들 모터

Claims (17)

  1. 하드 디스크 드라이브 스핀들(spindle) 및 액츄에이터 모터들을 구동하는 방법에 있어서,
    제1 기판상에 형성된 액츄에이터 제어회로에서 액츄에이터 모터 제어 신호를 발생시키는 단계;
    상기 제1 기판상에 형성된 스핀들 제어회로에서 스핀들 모터 제어 신호를 발생시키는 단계;
    제2 기판상에 형성된 액츄에이터 전력회로에서 상기 액츄에이터 모터 제어 신호를 수신하고, 액츄에이터 모터 전력신호를 발생시키는 단계; 및
    상기 제2 기판상에 형성된 스핀들 전력회로에서 상기 스핀들 모터 제어 신호를 수신하고, 스핀들 모터 전력신호를 발생시키는 단계를 포함고,
    상기 액츄에이터 모터 제어 신호를 발생시키는 단계는,
    전류계에서 상기 액츄에이터 모터에 의해 도전된 전류를 감지하여 감지 출력 신호를 발생시키는 단계;
    에러 증폭기에서 선형 전류 커맨드 신호와 상기 감지 출력 신호를 수신하여 증폭된 에러신호를 발생시키는 단계; 및
    액츄에이터 모터 사전구동 증폭기(actuator motor predrive amplifier)에서 상기 증폭된 상기 에러신호를 수신하여 상기 액츄에이터 모터 제어 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는 하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 모터 구동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스핀들 모터 제어 신호를 발생시키는 단계는,
    전압 제어 발진기에서 발진기 제어 신호를 수신하여 발진기 출력 신호를 발생시키는 단계;
    정류 상태기(commutation state machine)에서 상기 발진기 출력 신호를 수신하여 복수개의 트랜지스터 선택 신호를 발생시키는 단계;
    스핀들 사전구동기에서 상기 트랜지스터 선택 신호를 수신하여 상기 스핀들 모터 제어 신호를 발생시키는 단계; 및
    위상 검출기에서 상기 트랜지스터 선택 신호와 상기 스핀들 모터로부터의 위상 표시신호를 수신하여 상기 발진기 제어 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는 하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 모터 구동 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 액츄에이터 모터 제어 신호를 수신하고 상기 액츄에이터 모터 전력신호를 발생시키는 단계는,
    제1 액츄에이터 전력 트랜지스터의 게이트 단자에서 상기 액츄에이터 모터 제어 신호 중 제1 신호를 수신하고, 상기 제1 액츄에이터 전력 트랜지스터에 의해 전압원과 상기 액츄에이터 모터의 제1 입력포트 사이에 선택된 저항을 제공하는 단계;
    제2 액츄에이터 전력 트랜지스터의 게이트 단자에서 상기 액츄에이터 모터 제어 신호 중 제2 신호를 수신하고, 상기 제2 액츄에이터 전력 트랜지스터에 의해 접지 전위와 상기 액츄에이터 모터의 제1 입력포트 사이에 선택된 저항을 제공하는 단계;
    제3 액츄에이터 전력 트랜지스터의 게이트 단자에서 상기 액츄에이터 모터 제어 신호 중 제3 신호를 수신하고, 상기 제3 액츄에이터 전력 트랜지스터에 의해 상기 전압원과 상기 액츄에이터 모터의 제2 입력포트 사이에 선택된 저항을 제공하는 단계; 및
    제4 액츄에이터 전력 트랜지스터의 게이트 단자에서 상기 액츄에이터 모터 제어 신호 중 제4 신호를 수신하고, 상기 제4 액츄에이터 전력 트랜지스터에 의해 상기 접지 전위와 상기 액츄에이터 모터의 상기 제2 입력포트 사이에 선택된 저항을 제공하는 단계를 더 포함하는 하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 모터 구동 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스핀들 모터 제어 신호를 수신하고 상기 스핀들 모터 전력신호를 발생시키는 단계는,
    제1 스핀들 전력 트랜지스터의 게이트 단자에서 상기 스핀들 모터 제어 신호중 제1 신호를 수신하고, 상기 제1 스핀들 전력 트랜지스터에 의해 전압원과 상기 스핀들 모터의 제1 입력포트 사이에 선택된 저항을 제공하는 단계;
    제2 스핀들 전력 트랜지스터의 게이트 단자에서 상기 스핀들 모터 제어 신호중 제2 신호를 수신하고, 상기 제2 스핀들 전력 트랜지스터에 의해 접지 전위와 상기 스핀들 모터의 제1 입력포트 사이에 선택된 저항을 제공하는 단계;
    제3 스핀들 전력 트랜지스터의 게이트 단자에서 상기 스핀들 모터 제어 신호중 제3 신호를 수신하고, 상기 제3 스핀들 전력 트랜지스터에 의해 상기 전압원과 상기 스핀들 모터의 제2 입력포트 사이에 선택된 저항을 제공하는 단계;
    제4 스핀들 전력 트랜지스터의 게이트 단자에서 상기 스핀들 모터 제어 신호중 제4 신호를 수신하고, 상기 제4 스핀들 전력 트랜지스터에 의해 상기 접지 전위와 상기 스핀들 모터의 제2 입력포트 사이에 선택된 저항을 제공하는 단계;
    제5 스핀들 전력 트랜지스터의 게이트 단자에서 상기 스핀들 모터 제어 신호중 제5 신호를 수신하고, 상기 제5 스핀들 전력 트랜지스터에 의해 상기 전압원과 상기 스핀들 모터의 제3 입력포트 사이에 선택된 저항을 제공하는 단계;
    제6 스핀들 전력 트랜지스터의 게이트 단자에서 상기 스핀들 모터 제어 신호중 제6 신호를 수신하고, 상기 제6 스핀들 전력 트랜지스터에 의해 상기 접지 전위와 상기 스핀들 모터의 제3 입력포트 사이에 선택된 저항을 제공하는 단계;
    를 더 포함하는 하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 모터 구동 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 액츄에이터 모터에서 상기 액츄에이터 모터 전력신호를 수신하고, 상기 액츄에이터 모터에 의해 상기 액츄에이터 모터 전력신호에 응답하여 복수개의 판독헤드를 배치시키는 단계를 더 포함하는 하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 모터 구동 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 스핀들 모터에서 상기 스핀들 모터 전력신호를 수신하고, 상기 스핀들 모터에 의해 상기 스핀들 모터 전력신호에 응답하여 하드 디스크 드라이브 스핀들에 토오크를 제공하는 단계를 더 포함하는 하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 모터 구동 방법.
  7. 하드 디스크 드라이브 시스템에 있어서,
    복수개의 스핀들 모터 제어 신호를 발생시키기 위하여 제1 기판상에 형성된 스핀들 모터 제어회로;
    상기 스핀들 모터 제어 신호를 수신하여 복수개의 스핀들 모터 전력신호를 발생시키기 위하여 제2 기판상에 형성된 스핀들 모터 전력회로;
    선형 전류 커맨드 신호를 수신하고 복수개의 액츄에이터 모터 제어 신호를 발생시키기 위하여 상기 제1 기판상에 형성된 액츄에이터 모터 제어회로;
    상기 액츄에이터 모터 제어 신호를 수신하고 복수개의 액츄에이터 모터 전력 신호를 발생시키기 위하여 상기 제2 기판상에 형성된 액츄에이터 모터 전력회로;
    데이터 저장을 위한 자기매체를 가지며 회전가능한 스핀들에 부착된 적어도 하나의 디스크;
    상기 스핀들 모터 전력신호를 수신하여 통전되고(energized), 상기 스핀들의 회전을 제어하는 스핀들 모터;
    상기 디스크에 인접한 복수개의 디스크 판독헤드; 및
    상기 액츄에이터 모터 전력신호를 수신하여 통전되고 상기 디스크 판독헤드의 위치를 제어하는 액츄에이터 모터를 포함하고,
    상기 액츄에이터 모터 제어회로는,
    상기 액츄에이터 모터에 의해 도전된 전류를 감지하고 감지 출력 신호를 발생시키는 감지 장치;
    상기 선형 전류 커맨드 신호와 상기 감지 출력 신호를 수신하여, 증폭된 에러신호를 발생시키는 에러 증폭기; 및
    상기 증폭된 에러신호를 수신하여 상기 액츄에이터 모터 제어 신호를 발생시키는 액츄에이터 모터 사전구동 증폭기를 포함하는 하드 디스크 드라이브 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 스핀들 모터 제어회로는,
    발진기 제어 신호를 수신하고 발진기 출력 신호를 발생시키기 위한 전압 제어 발진기;
    상기 발진기 출력 신호를 수신하고 복수개의 트랜지스터 선택 신호를 발생시키기 위한 정류상태기;
    모드 선택 신호, 펄스폭 변조신호 및 선형 전류 제어 신호를 수신하고, 상기 모드 선택 신호에 응답하여 상기 펄스폭 변조신호와 상기 선형 전류 제어 신호중의 하나를 선택하며, 상기 펄스폭 변조신호와 상기 선형 전류 제어 신호중의 선택된 신호와 같은 출력 신호를 발생시키는 멀티플렉서;
    상기 트랜지스터 선택 신호와 상기 멀티플렉서 출력 신호를 수신하고 상기 스핀들 모터 제어 신호를 발생시키는 스핀들 사전구동기; 및
    상기 스핀들 모터로부터 위상 표시신호를 수신하고, 상기 정류상태기로부터 상기 트랜지스터 선택 신호를 수신하여, 상기 발진기 제어 신호를 발생시키는 위상 검출기를 포함하는 하드 디스크 드라이브 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 스핀들 모터 제어 신호는 상측 제어 신호(high side control signal)와 하측 제어 신호를 포함하며, 상기 상측 제어 신호는, 상기 선형 전류 제어 신호가 선택되면 상기 선형 전류 제어 신호에 비례하는 아날로그 신호이며, 상기 하측 제어 신호는 상기 펄스폭 변조신호가 선택되면 상기 펄스폭 변조신호에 비례하는 디지탈 신호인 하드 디스크 드라이브 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 상기 스핀들 모터 전력회로는,
    각각이 상기 스핀들 모터의 대응하는 입력포트에 연결되며, 상기 스핀들 모터 전력신호 중 대응하는 하나를 도전시키는 복수개의 출력 컨덕터;
    각각이 상기 스핀들 모터 제어 신호 중 대응하는 하나를 수신하기 위한 게이트 단자와, 전압원에 연결된 드레인 단자, 및 상기 출력 컨덕터 중 대응하는 하나에 연결된 소오스 단자를 구비하며, 상기 전압원과 상기 대응하는 출력 컨덕터 사이에 선택된 저항을 제공하는 복수개의 상측 전력 트랜지스터;
    각각이 상기 스핀들 모터 제어 신호 중 대응하는 하나를 수신하기 위한 게이트 단자와, 접지 전위에 연결된 소오스 단자, 및 상기 출력 컨덕터 중 대응하는 하나에 연결된 드레인 단자를 구비하며, 상기 접지 전위와 상기 대응하는 출력 컨덕터 사이에 선택된 저항을 제공하는 복수개의 하측 전력 트랜지스터를 포함하는 하드 디스크 드라이브 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 액츄에이터 모터 전력회로는,
    상기 액츄에이터 모터 전력신호 중 제1 신호를 도전시키기 위하여 상기 액츄에이터 모터의 제1 입력포트에 연결된 제1 출력 컨덕터;
    상기 액츄에이터 모터 제어 신호 중 제1 신호를 수신하기 위한 게이트 단자, 전압원에 연결된 드레인 단자 및 상기 제1 출력 컨덕터에 연결된 소오스 단자를 구비하며, 상기 전압원과 상기 제1 출력 컨덕터 사이에 선택된 저항을 제공하는 제1 전력 트랜지스터;
    상기 액츄에이터 모터 제어 신호 중 제2 신호를 수신하기 위한 게이트 단자, 접지 전위에 연결된 소오스 단자 및 상기 제1 출력 컨덕터에 연결된 드레인 단자를 구비하며, 상기 접지 전위와 상기 제1 출력 컨덕터 사이에 선택된 저항을 제공하는 제2 전력 트랜지스터;
    상기 액츄에이터 모터 전력신호 중 제2 신호를 도전시키기 위하여 상기 액츄에이터 모터의 제2 입력포트에 연결된 제2 출력 컨덕터;
    상기 액츄에이터 모터 제어 신호 중 제3 신호를 수신하기 위한 게이트 단자, 상기 전압원에 연결된 드레인 단자 및 상기 제2 출력 컨덕터에 연결된 소오스 단자를 구비하며, 상기 전압원과 상기 제2 출력 컨덕터 사이에 선택된 저항을 제공하는 제3 전력 트랜지스터; 및
    상기 액츄에이터 모터 제어 신호 중 제4 신호를 수신하기 위한 게이트 단자, 상기 접지 전위에 연결된 소오스 단자 및 상기 제2 출력 컨덕터에 연결된 드레인 단자를 구비하며, 상기 접지 전위와 상기 제2 출력 컨덕터 사이에 선택된 저항을 제공하는 제4 전력 트랜지스터를 포함하는 하드 디스크 드라이브 시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    입력 전압을 수신하고, 상기 입력 전압의 감소를 검출하고, 검출된 상기 입력 전압의 감소에 응답하여 고장 신호를 발생시키는 전압 모니터;
    상기 전압 모니터로부터 상기 고장 신호를 수신하고, 상기 고장 신호에 응답하여 액츄에이터 리트랙(retract) 신호를 상기 액츄에이터 모터 제어회로에 공급하는 액츄에이터 리트랙 모니터; 및
    상기 전압 모니터로부터 상기 고장 신호를 수신하고, 상기 고장 신호에 응답하여 스핀들 브레이크 신호를 상기 스핀들 모터 제어회로에 공급하는 스핀들 브레이크 모니터를 더 포함하는 하드 디스크 드라이브 시스템.
  13. 하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 모터를 구동하기 위한 시스템에 있어서,
    복수개의 액츄에이터 모터 제어 신호를 발생시키기 위하여 제1 기판상에 형성된 액츄에이터 모터 제어회로;
    복수개의 스핀들 모터 제어 신호를 발생시키기 위하여 상기 제1 기판상에 형성된 스핀들 모터 제어회로;
    상기 액츄에이터 모터 제어 신호를 수신하고, 복수개의 액츄에이터 모터 제어 신호를 발생시켜 상기 액츄에이터 모터로 공급하기 위하여 제2 기판상에 형성된 액츄에이터 모터 전력회로; 및
    상기 스핀들 모터 제어 신호를 수신하고, 복수개의 스핀들 모터 전력신호를 발생시켜 스핀들 모터로 공급하기 위하여 상기 제2 기판상에 형성된 스핀들 모터 전력회로를 포함하고,
    상기 액츄에이터 모터 제어회로는,
    상기 액츄에이터 모터에 의해 도전된 전류를 감지하고 감지 출력 신호를 발생시키는 감지 장치;
    선형 전류 커맨드 신호와 상기 감지 출력 신호를 수신하여, 증폭된 에러신호를 발생시키는 에러 증폭기; 및
    상기 증폭된 에러신호를 수신하고, 상기 액츄에이터 모터 제어 신호를 발생시키는 액츄에이터 모터 사전구동 증폭기를 포함하는 하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 구동 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 스핀들 모터 제어회로는,
    발진기 제어 신호를 수신하고 발진기 출력 신호를 발생시키기 위한 전압 제어 발진기;
    상기 발진기 출력 신호를 수신하고 복수개의 트랜지스터 선택 신호를 발생시키기 위한 정류상태기;
    상기 트랜지스터 선택 신호를 수신하고 상기 스핀들 모터 제어 신호를 발생시키는 스핀들 사전구동기; 및
    상기 스핀들 모터로부터 위상 표시신호를 수신하고, 상기 정류상태기로부터 상기 트랜지스터 선택 신호를 수신하여 상기 발진기 제어 신호를 발생시키는 위상 검출기를 포함하는 하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 구동 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 스핀들 모터 제어회로는, 모드 선택 신호, 펄스폭 변조신호 및 선형 전류 제어 신호를 수신하고, 상기 모드 선택 신호에 응답하여 상기 펄스폭 변조신호 및 상기 선형 전류 제어 신호 중 하나를 선택하며, 상기 펄스폭 변조신호 및 상기 선형 전류 제어 신호 중 선택된 신호와 같은 출력 신호를 발생시키는 멀티플렉서를 더 포함하는 하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 구동 시스템.
  16. 제13항에 있어서, 상기 스핀들 모터 전력회로는,
    각각이 상기 스핀들 모터의 대응하는 입력포트에 연결되며, 상기 스핀들 모터 전력신호의 대응하는 하나를 도전시키는 복수개의 출력 컨덕터;
    각각이 상기 스핀들 모터 제어 신호 중 대응하는 하나를 수신하기 위한 게이트 단자, 전압원에 연결된 드레인 단자 및 상기 출력 컨덕터의 대응하는 하나에 연결된 소오스 단자를 구비하며, 상기 전압원과 상기 대응하는 출력 컨덕터 사이에 선택된 저항을 제공하는 복수개의 상측 스핀들 전력 트랜지스터; 및
    각각이 상기 스핀들 모터 제어 신호의 대응하는 하나를 수신하기 위한 게이트 단자, 접지 전위에 연결된 소오스 단자 및 상기 출력 컨덕터의 대응하는 하나에 연결된 드레인 단자를 구비하며, 상기 접지 전위와 상기 대응하는 출력 컨덕터 사이에 선택된 저항을 제공하는 복수개의 하측 스핀들 전력 트랜지스터를 포함하는 하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 구동 시스템.
  17. 제13항에 있어서, 상기 액츄에이터 모터 전력회로는,
    각각이 상기 액츄에이터 모터의 대응하는 입력포트에 연결되며, 상기 액츄에이터 모터 전력신호 중 대응하는 하나를 도전시키는 복수개의 액츄에이터 전력 출력 컨덕터;
    각각이 상기 액츄에이터 모터 제어 신호 중 대응하는 하나를 수신하기 위한 게이트 단자, 전압원에 연결된 드레인 단자 및 상기 액츄에이터 전력 출력 컨덕터에 연결된 소오스 단자를 구비하며, 상기 전압원과 상기 대응하는 액츄에이터 전력 출력 컨덕터 사이에 선택된 저항을 제공하는 복수개의 상측 액츄에이터 전력 트랜지스터; 및
    각각이 상기 액츄에이터 모터 제어 신호를 수신하기 위한 게이트 단자, 접지 전위에 연결된 소오스 단자 및 상기 액츄에이터 전력 출력 컨덕터의 대응하는 하나에 연결된 드레인 단자를 구비하며, 상기 접지 전위와 상기 대응하는 액츄에이터 전력 출력 컨덕터 사이에 선택된 저항을 제공하는 복수개의 하측 액츄에이터 전력 트랜지스터를 포함하는 하드 디스크 드라이브 스핀들 및 액츄에이터 구동 시스템.
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