KR100506262B1 - 액츄에이터 언래칭 제어방법 - Google Patents

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야 : 하드 디스크 드라이브의 액츄에이터 언래칭 제어방법에 관한 것이다.

나. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제 : 드라이브마다의 PCB 오프셋이나 마그네트 래치 자력차에 의해 발생할 수 있는 액츄에이터의 언래칭 불안정을 해소하는 동시에, 언래칭 직후의 감소구간에서 액츄에이터가 역방향의 속도를 가지는 것을 배제할 수 있는 액츄에이터 언래칭 제어방법을 제공함에 있다.

다. 그 발명의 해결방법의 요지 : 마그네트 래치방식을 채택하는 하드 디스크 드라이브의 액츄에이터 언래칭 제어방법에 있어서, 상기 액츄에이터 언래칭 직후 헤드로부터 리드되는 신호로부터 액츄에이터의 속도를 산출하고, 산출된 속도의 제곱에 비례하는 역방향 전류를 상기 액츄에이터에 인가하여 액츄에이터의 속도를 감소시킴을 특징으로 한다.

라. 발명의 중요한 용도 : 마그네트 래치방식의 하드 디스크 드라이브에 적용할 수 있다.

Description

액츄에이터 언래칭 제어방법

본 발명은 하드 디스크 드라이브의 액츄에이터 제어방법에 관한 것으로, 특히 액츄에이터 언래칭후 트랙탐색 이전까지 액츄에이터를 안정적으로 제어하기 위한 액츄에이터 언래칭 제어방법에 관한 것이다.

하드 디스크 드라이브 파워 오프(Power Off)시 스핀들모터는 회전이 멈추고, 헤드는 부상력을 상실 시스템에 입력된대로 디스크 내측에 주어진 파킹 존에 자동으로 파킹된다. 이때 외부로 부터 진동이나 충격이 가해지면 헤드는 디스크와 접촉된 상태에서 데이타 존을 침범하게 되어 디스크에 하드 디펙(Hard Defect)을 발생시켜 데이타에 손상을 입히게 된다. 이러한 문제가 발생하지 않도록 하기 위해 헤드를 장착한 액츄에이터 암(이하 액츄에이터라함)을 일정한 힘으로 잡아 주어야 하며, 이러한 기능을 하는 것이 래치(Latch)이다. 그리고 하드 디스크 드라이브에서 채택되고 있는 래치방식을 예로 들면 마그네트 래치방식, 솔레노이드 래치방식 및 에어 플로우(Air Flow) 래치방식이 있다.

마그네트 래치방식을 채택하고 있는 하드 디스크 드라이브의 단점중 하나는 초기 구동에서 액츄에이터를 래치에서 분리하는 언래칭(Unlatching) 알고리즘이 불안하다는 것이다. 이를 구체적으로 설명하면, 우선 언래칭작업은 일정한 전류를 VCM에 인가하여 액츄에이터를 마그네트로부터 언래칭시키고, 이후 액츄에이터(헤드)가 데이타 존을 지나기 전에 그 속도가 "제로(Zero)"가 되도록 반대방향의 전류를 상기 VCM에 인가함으로서 헤드가 안정되게 데이타 존에 머물수 있도록 한다. 그러나 모든 드라이브에 대해서 일정한 전류를 VCM에 인가하여 액츄에이터를 언래칭시킴으로서, 각 드라이브마다의 PCB 오프셋이나 래치 마그네트의 자력 차이를 보상하지 못하여 액츄에이터가 데이타 존까지 도달하지 못하는 경우도 발생할 수 있으며, 액츄에이터의 속도가 충분히 감속되지 않아 액츄에이터가 베이스 커버(Base Cover)에 부딪치는 경우도 있다.

이러한 현상을 개선하고자 종래의 하드 디스크 드라이브에서는 액츄에이터 언래칭시 충분히 큰 전류를 VCM에 인가하여 데이타 존 이전에서 액츄에이터가 멈추는 것을 방지하였으며, 또한 언래칭후 액츄에이터 속도를 감지하여 이에 비례하는 힘으로 감속을 시킴으로서 액츄에이터가 베이스 커버에 부딪치는 현상을 방지하였다.

이를 도 1을 참조하여 구체적으로 설명하면, 도 1은 하드 디스크 드라이브 초기화루틴에서 VCM에 인가되는 전류 파형도와 그에 따른 속도 파형도를 도시한 것이다. 도 1에서 A를 액츄에이터가 마그네트 래치로부터 분리되는 시점을 나타내는 것으로 가정하면, VCM에 정(+)방향의 언래칭전류 I(t) 인가후 A시점에서 비행을 시작한 액츄에이터가 V(t)의 속도로 디스크 외주로 이동하게 되고 이후 역(-)방향의 언래칭전류 I(t)에 의해 감속하게 된다. 한편 감속모드에서 드라이브의 전반적인 동작을 제어하는 마이크로 콘트롤러는 트랙넘버를 리드하고 리드된 두개의 트랙넘버로부터 현재 액츄에이터의 속도 V(t)를 산출한다. 그리고 산출된 속도 V(t)에 비례하는 제어출력값 U(t), 이때 U(t) = kTIMESV(t);k는 비례상수, 를 출력하여 VCM에 인가되는 전류 I(t)의 양을 제어한다. 이에 따라 액츄에이터의 속도 V(t)는 t1구간에서 점진적으로 감소하게 되고 B시점에서 "제로" 근사치의 값이 된다. 이에 따라 마이크로 콘트롤러는 B 시점 이후에 드라이브를 초기화시키기 위한 캘리브레이션 동작 등을 수행한후 C시점에서 드라이브를 레디모드로 전환시킨다.

상술한 바와 같이 종래 하드 디스크 드라이브에서는 속도에 비례하는 제어출력값으로 액츄에이터를 제어함으로서 감속 프로파일(Profile)의 기울기가 완만하다. 이에 따라 드라이브마다 PCB 오프셋 혹은 마그네트 래치 자력차에 의한 편차가 크게 발생할 수 있으므로 액츄에이터가 베이스 커버에 부딪힐 수 있는 문제의 소지가 있다. 또한 감속 프로파일의 기울기가 완만하기 때문에 액츄에이터가 역방향의 속도를 가질 가능성이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 드라이브마다의 PCB 오프셋이나 마그네트 래치 자력차에 의해 발생할 수 있는 액츄에이터의 언래칭 불안정을 해소할 수 있는 액츄에이터 언래칭 제어방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 액츄에이터 언래칭 직후의 감소구간에서 액츄에이터가 역방향의 속도를 가지는 것을 배제할 수 있는 액츄에이터 언래칭 제어방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 마그네트 래치방식을 채택하는 하드 디스크 드라이브의 액츄에이터 언래칭 제어방법에 있어서,

상기 액츄에이터 언래칭 직후 헤드로부터 리드되는 신호로부터 액츄에이터의 속도를 산출하는 액츄에이터 속도산출과정과,

상기 과정에서 산출된 속도의 제공에 비례하는 역방향 전류를 상기 액츄에이터에 인가하여 액츄에이터의 속도를 감소시키는 역방향 전류 인가과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 동작을 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 일반적인 하드 디스크 드라이브의 블럭구성도를 도시한 것으로 두장의 디스크(10)와 그에 대응하는 4개의 헤드(12)를 구비한 하드 디스크 드라이브의 예를 보인 것이다.

도 2를 참조하면, 디스크(10)들은 통상 스택(stack)형태로서 스핀들모터(34) 구동축에 장착되어 회전하며 각각의 디스크면은 하나의 헤드(12)에 대응되어 있다. 통상 디스크(10)는 동심원상으로 배열되어 있는 복수개의 트랙들로 구성되어지며 드라이브 비사용시(전원 '오프'상태) 헤드(12)가 위치할 수 있는 파킹 존(Parking Zone)과 디펙섹터에 대한 대체정보 및 각종 시스템 유지보수를 위한 정보가 기록되는 메인터넌스영역을 포함한다.

헤드(12)는 디스크(10)의 표면상에 위치하며 환상 보이스 코일 모터(Rotary Voice Coil Motor;VCM)(28) 암 어셈블리(Arm Assembly)로부터 신장된 암(14)에 설치된다.

전치증폭기(16)는 데이타 리드시 헤드들(12)중 하나의 헤드에 의해 픽업된 리드신호를 전치증폭하여 리드/라이트 채널회로(read/write channel circuit)(18)에 인가하며 데이타 라이트시에는 리드/라이트 채널회로(18)로부터 인가되는 부호화된 라이트데이타(Encoded Write Data)를 헤드들(12)중 대응하는 하나의 헤드를 구동시켜 디스크(10)상에 기록되도록 한다. 이때 전치증폭기(16)는 디스크 데이타 콘트롤러(Disk Data Controller:DDC)(36)의 제어에 의해 헤드들(12)중 하나를 선택한다.

리드/라이트 채널회로(18)는 전치증폭기(16)로부터 인가되는 리드신호를 디코딩하여 리드데이타 RDATA를 발생하며 DDC(36)로부터 인가되는 기록데이타 WDATA를 인코딩하여 전치증폭기(16)에 인가한다. 리드/라이트 채널회로(18)는 또한 디스크(10)상에 기록되어 있는 서보정보의 일부인 헤드위치정보를 복조(Demodulation)하여 PES(Position Error Signal)를 발생한다. 리드/라이트 채널회로(18)로부터 발생된 PES는 A/D 컨버터(20)에 인가되고, A/D컨버터(20)는 인가되는 PES를 그의 레벨에 대응하는 디지탈 단계값으로 변환하여 마이크로 콘트롤러(22)에 제공한다.

DDC(36)는 호스트컴퓨터로부터 수신되는 데이타를 리드/라이트 채널회로(18)와 전치증폭기(16)를 통해 디스크(10)상에 기록하거나 디스크(10)로부터 재생된 데이타를 호스트컴퓨터로 전송한다. 또한 DDC(36)는 호스트컴퓨터와 마이크로 콘트롤러(22)간의 통신을 인터페이싱한다.

한편 마이크로 콘트롤러(22)는 호스트컴퓨터로부터 수신되는 데이타 리드/라이트 명령에 응답하여 DDC(36)를 제어하며 트랙탐색 및 트랙추종을 제어한다. 즉 마이크로 콘트롤러(22)는 A/D컨버터(20)로부터 입력되는 PES값을 이용하여 트랙추종을 제어하며 게이트어레이(Gate Array:도시하지 않았음)로부터 출력되는 각종 서보제어관련 신호에 대응하여 서보제어를 수행한다. 그리고 마이크로 콘트롤러(22)는 메모리(40)에 저장된 제어프로그램에 따라 드라이브의 전반적인 동작을 제어한다.

D/A컨버터(24)는 마이크로 콘트롤러(22)로부터 발생되는 헤드들(12)의 위치제어를 위한 제어값을 아나로그신호로 변환하여 출력한다.

VCM구동부(26)는 D/A컨버터(24)로부터 인가되는 신호에 의해 액츄에이터를 구동하기 위한 전류 I(t)를 발생하여 VCM(28)에 인가한다. 일측에 헤드들(12)이 부착된 액츄에이터의 타측에 위치하는 VCM(28)은 VCM구동부(26)로부터 입력되는 전류방향 및 전류레벨에 대응하여 헤드들(12)을 디스크(10)상에서 수평이동시킨다.

모터제어부(30)는 마이크로 콘트롤러(22)로부터 발생되는 디스크들(10)의 회전제어를 위한 제어값에 따라 스핀들모터 구동부(32)를 제어한다.

스핀들모터 구동부(32)는 모터제어부(30)의 제어에 따라 스핀들모터(34)를 구동하여 디스크들(10)을 회전시킨다.

DDC(36)에 연결되어 있는 버퍼 메모리(38)는 드라이브와 호스트컴퓨터 사이에 전송되는 데이타를 일시 저장하며, 상기 마이크로 콘트롤러(22)에 연결되어 있는 메모리(40)는 본 발명의 실시예에 따른 제어프로그램이 저장된 롬(ROM)과 드라이브 제어시 발생되는 각종 데이타를 저장하기 위한 램(RAM)으로 구성된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터 언래칭 제어흐름도를 도시한 것이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전류 파형도와 그에 따른 속도 파형도를 도시한 것이다.

도 3에서, 드라이브에 전원이 인가되면 마이크로 콘트롤러(22)는 초기화과정의 일환으로 후술하는 바와 같은 액츄에이터 언래칭동작을 수행한다. 우선 50단계에서 마그네트 래치에 래치되어 있는 액츄에이터를 언래칭시키기 위한 정방향(+)의 언래칭 전류를 VCM(28)에 인가한다.

이후 52단계에서 마이크로 콘트롤러(22)는 헤드(12)를 통해 리드된 서보정보가 있으면 액츄에이터가 언래칭된 것으로 인지한다. 이때 액츄에이터가 언래칭된 시점을 A시점으로 가정하기로 한다.

한편 액츄에이터가 언래칭되었으면 마이크로 콘트롤러(22)는 액츄에이터의 속도 V(t)를 감속시키기 위해 54단계에서 도 3에 도시한 바와 같은 역방향(-)의 전류를 VCM(28)에 인가한다. 그리고 56단계로 진행하여 헤드(12)를 통해 트랙넘버를 리드한후 58단계에서 비행중인 액츄에이터의 속도 V(t)를 산출한다. 이때 액츄에이터의 속도 V(t)는 이전 서보 인터럽트 발생시점에서 검출된 트랙넘버와 현재 서보 인터럽트 발생시점에서 검출된 트랙넘버에 의해 산출된다.

액츄에이터의 속도 V(t)를 산출한 마이크로 콘트롤러(22)는 이후 60단계로 진행하여 58단계에서 산출된 속도 V(t)의 제곱에 비례하는 제어출력값 U(t)를 출력함으로서 결과적으로 VCM(28)에 역방향(-)전류를 인가하여 액츄에이터의 비행속도를 감속시킨다.

이후 마이크로 콘트롤러(22)는 62단계로 진행하여 현재 액츄에이터의 속도 V(t)가 허용치 범위내의 값인가를 검사한다. 상기 허용치 범위내의 값이란 액츄에이터가 언래칭된후 충분히 감속된 상태에서 캘리브레이션 등의 초기화과정을 수행하기 위해 최초로 수행하는 트랙탐색 직전의 속도 규정치를 의미한다. 가장 이상적인 값은 트랙탐색 이전에 액츄에이터의 속도 V(t)가 "제로"가 되는 것이지만, 실제로는 "제로"에서 약간의 허용오차를 두어 액츄에이터의 속도 V(t)가 그 허용범위내의 값을 가질때 캘리브레이션 수행을 위한 트랙탐색을 시작한다. 즉, 마이크로 콘트롤러(22)는 62단계에서 현재 액츄에이터의 속도 V(t)가 허용치 범위내의 값이 아니면 56단계로 되돌아가 속도 V(t)의 제곱에 비례하는 제어출력간 U(t)를 출력함으로서 액츄에이터의 속도 V(t)를 감속시키게 된다. 이와 같이 속도 V(t)의 제곱에 비례하는 제어출력값 U(t)의 출력에 따라 변화되는 전류 I(t)의 프로파일과 속도 V(t)의 프로파일을 살펴보면 도 4의 t2구간에 도시한 바와 같다.

이후 마이크로 콘트롤러(22)는 62단계에서 액츄에이터의 속도 V(t)가 도 4의 B시점에서 허용치 범위내의 값을 갖는다면 64단계로 진행하여 트랙탐색모드를 수행한다. 즉, 도 4의 B시점부터 C시점까지 캘리브레이션을 위한 트랙탐색을 수행한후 C시점에서 드라이브 레디모드로 전환한다.

따라서 본 발명은 언래칭된 액츄에이터를 속도 V(t)의 제곱에 비례하는 역방향 전류 I(t)로 감속시킴으로서, 드라이브마다의 PCB 오프셋 혹은 마그네트 래치 자력차에 의한 편차로 야기될 수 있는 액츄에이터 언래칭동작의 불안정을 해소할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 언래칭된 액츄에이터를 속도 V(t)의 제공에 비례하는 전류 I(t)로 감속시킴으로서 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 액츄에이터의 언래칭 직후 속도 V(t)의 감속 프로파일이 급한 기울기를 갖기 때문에 드라이브 편차에 민감하게 반응하지 않는다. 예를들면, 드라이브의 PCB 오프셋 전류가 크거나 마그네트 래치 자력이 정상분포 보다 크(작은)다고 가정하면, 액츄에이터가 언래칭된 직후 액츄에이터의 속도가 지나치게 큰 값을 가짐으로서 충분한 감속이 이루어지기 전에 베이스 커버에 부딪히는 경우가 발생한다. 따라서 본 발명은 드라이브마다의 편차에 민감하게 반응하지 않음으로서 언래칭동작의 안정화를 기할 수 있다.

둘째, 최초 트랙탐색 직전의 액츄에이터 속도 V(t) 프로파일의 기울기가 완만하기 때문에 역방향의 속도를 가질 가능성이 줄어들기 때문에 결과적으로 초기화 과정의 완료시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 하드 디스크 드라이브 초기화루틴에서 VCM(28)에 인가되는 전류 파형도와 그에 따른 속도 파형도.

도 2는 일반적인 하드 디스크 드라이브의 블럭구성도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액츄에이터 언래칭 제어흐름도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전류 파형도와 그에 따른 속도 파형도.

Claims (2)

1. 마그네트 래치방식을 채택하는 하드 디스크 드라이브의 액츄에이터 언래칭 제어방법에 있어서,

   상기 액츄에이터 언래칭 직후 헤드로부터 리드되는 신호로부터 액츄에이터의 속도를 산출하는 액츄에이터 속도산출과정과,

   상기 과정에서 산출된 속도의 제공에 비례하는 역방향 전류를 상기 액츄에이터에 인가하여 액츄에이터의 속도를 감소시키는 역방향 전류 인가과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 액츄에이터 언래칭 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 액츄에이터 속도산출과정은 상기 헤드로부터 리드되는 신호중 트랙넘버를 이용함을 특징으로 하는 액츄에이터 언래칭 제어방법.

Images