KR100532481B1

KR100532481B1 - 하드 디스크 드라이브의 언래치 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100532481B1
Application number: KR10-2003-0085768A
Authority: KR
Inventors: 박철훈; 정광조; 추상훈; 이용권; 박철
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2005-11-30
Also published as: EP1536415A2; EP1536415A3; DE602004030986D1; US7145743B2; US20050117245A1; JP4741220B2; JP2005166246A; EP1536415B1; KR20050052600A

Abstract

본 발명은 하드 디스크 드라이브(hard disk drive)에 관한 것으로서, 특히 래치 시스템을 채용한 하드 디스크 드라이브에 있어서 래치하는 힘의 크기에 상관없이 확실한 언래치 동작을 보장하면서도 헤드의 최대 이동 속도를 일정하게 유지시킬 수 있는 언래치 장치 및 이에 적합한 언래치 제어 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 언래치 장치는 보이스코일모터에 가속 전류를 인가하는 가속 동작과 감속 전류를 인가하는 감속 동작에 의해 헤드를 파킹 영역에서 분리시키는 하드디스크 드라이브의 언래치 장치에 있어서, 헤드를 이동시키는 보이스코일모터; 상기 보이스코일모터 에 인가되는 전류를 스위칭하는 스위치; 상기 보이스코일모터의 역기전력을 측정하기 위한 아날로그/디지털 변환기; 상기 보이스코일모터에 가속 전류 및 감속 전류를 인가하는 언래치 제어부를 포함한다.

본 발명에 따른 언래치 방법에 의하면 헤드의 최대 이동 속도가 거의 일정하게 유지되므로 디스크의 스크래치를 방지하고, 서보 동작도 안정화되는 효과를 가진다.

Description

하드 디스크 드라이브의 언래치 장치 및 방법{Apparatus and method for unlatching of hard disk drive}

통상적으로, 하드디스크 드라이브(hard disk drive)는 회전하는 자기 디스크상에 데이터를 자기적으로 기록/독출하는 장치로서 대량의 데이터를 고속으로 액세스할 수 있기 때문에 컴퓨터 시스템의 보조 기억 장치로서 널리 사용되고 있다.

하드 디스크 드라이브의 래치 시스템은 비동작 중에 발생할 수 있는 외부 충격으로부터 디스크와 헤드의 물리적 손상을 방지하기 위한 것으로서, 마그네틱 방식, 전자석 방식, 그리고 램프 로딩 방식 등이 사용되나 사용 방법이 비교적 간단한 마그네틱 방식이 주로 사용된다. 마그네틱 방식은 헤드어셈블리의 외측에 부착된 마그네틱 래치의 자력에 의해 헤드를 파킹 영역에 고정시켜두는 것이다.

하드디스크 드라이브가 동작할 때는 파킹 영역에 고정시켜 두었던 헤드를 데이터 영역위로 이동시켜야 한다. 이러한 동작을 언래치 동작이라 한다.

언래치 동작은 마그네틱 래치의 자력을 이겨낼 정도의 큰 토르크(torque)를 발생하도록 보이스코일모터(Voice Coil Motor, 이하 VCM이라 함)에 가속 전류를 인가하는 가속 동작과 마그네틱 래치가 분리된 후 가속 전류에 의해 빠르게 이동하는 헤드를 멈추게 하는 감속 동작으로 나누어진다.

대량생산의 영향으로 마그네틱 래치의 자력은 넓은 범위의 분포를 가지게 된다. 이는 마그네틱 방식을 채택한 하드디스크 드라이브에 있어서 확실한 언래치 동작을 보장하도록 가장 큰 자력을 가지는 래치를 기준으로 가속전류의 크기 및 인가 시간을 결정하도록 요구한다.

그렇지만 이와 같이 결정된 가속 전류의 크기 및 인가 시간은 많은 문제를 드러내게 한다. 예를 들면, 설계시 참조된 표본 래치에 비해 자력이 낮은 래치가 구비된 하드디스크 드라이브의 경우 가속 구간에서의 헤드의 이동 속도가 과도하게 커져서 헤드의 부상 높이가 불안정해지고, 이는 헤드와 디스크 사이의 접촉을 유발시켜 디스크 표면에 스크래치를 발생시키거나 디스크에 기록된 서보 정보가 읽혀지기 어렵게 한다. 여기서, 서보 정보는 서보 섹터에 기록되는 서보 싱크 마크(servo sync mark), 트랙번호(track number), 섹터 번호(sector number) 등을 말하며, 서보 정보를 안정적으로 읽어내기 위해서는 헤드의 최대 이동 속도가 적절하게 제한되어져야 한다.

즉, 종래의 언래치 방법은 하드디스크 드라이브들에 구비된 마그네틱 래치들의 자력이 서로 다름에도 불구하고 동일한 크기 및 인가시간을 가지는 가속 전류를 인가함에 의해 헤드의 최대 이동 속도가 안정되게 제한되지 못하는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서 서로 다른 자력을 가지는 마그네틱 래치들에 대응하여 헤드의 최대 이동 속도를 적절하게 제한할 수 있는 개선된 언래치 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기의 장치에 적합한 언래치 제어 방법을 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하는 본 발명에 따른 언래치 장치는

보이스코일모터에 가속 전류를 인가하는 가속 동작과 감속 전류를 인가하는 감속 동작에 의해 헤드를 파킹 영역에서 분리시키는 하드디스크 드라이브의 언래치 장치에 있어서,

헤드를 이동시키는 보이스코일모터;

상기 보이스코일모터 에 인가되는 전류를 스위칭하는 스위치;

상기 보이스코일모터의 역기전력을 측정하기 위한 아날로그/디지털 변환기;

상기 보이스코일모터에 가속 전류 및 감속 전류를 인가하는 언래치 제어부를 포함하며,

상기 언래치 제어부는 상기 스위치를 제어하여 보이스 코일 모터가 상기 자석으로부터 떨어지게 하기 위한 최대 가속 전류에 상응하는 최대 주기보다 짧은 주기를 가지는 펄스형의 가속 전류가 상기 보이스 코일 모터에 인가되도록 제어하고, 가속 전류가 실질적으로 0으로 되는 시점에서 상기 아날로그/디지털 변환기를 통하여 상기 보이스코일모터의 역기전력을 측정하고, 측정된 VCM의 역기전력에 상당하는 헤드의 이동 속도와 헤드가 파킹 영역으로부터 이탈되었음을 보장하는 임계속도를 비교하며, 비교 결과 헤드의 이동 속도가 임계속도보다 크면 상기 보이스코일모터에 감속 전류가 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 펄스형 가속 전류의 주기 T는 표본 래치들 중에서 가장 큰 자력을 가지는 래치에 상당하는 가속 구간을 Ta라 할 때 T<Tmax를 만족하는 것을 특징으로 한다.

상기의 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 언래치 제어 방법은

보이스코일모터에 가속 전류를 인가하는 가속 동작과 감속 전류를 인가하는 감속 동작에 의해 헤드를 파킹 영역에서 분리시키는 마그네틱 래치 방식의 하드디스크 드라이브의 언래치 제어 방법에 있어서,

보이스 코일 모터가 상기 자석으로부터 떨어지게 하기 위한 최대 가속 전류에 상응하는 최대 주기보다 짧은 주기를 가지는 펄스형의 가속 전류를 보이스 코일 모터에 인가하는 과정;

상기 펄스형의 가속 전류가 인가되는 구간 사이에서 헤드의 이동 속도를 검출하는 과정;

검출된 헤드의 이동 속도를 헤드가 파킹 영역에서 벗어난 것으로 판단할 수 있는 헤드의 이동 속도인 임계속도와 비교하는 과정;

검출된 헤드의 이동 속도가 임계속도보다 크면 보이스코일모터에 감속 전류를 인가하여 헤드의 이동 속도를 감속시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 펄스형의 가속 전류의 주기 T는 표본 래치들 중에서 가장 큰 자력을 가지는 래치에 상당하는 가속 구간을 Tmax라 할 때 T<Tmax를 만족하는 것을 특징으로 한다.

또한, 펄스형의 가속 전류가 실질적으로 0이 되는 시점에서 헤드의 이동 속도에 비례하는 VCM의 역기전력을 측정함에 의해 헤드의 이동 속도를 검출하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작을 상세히 설명하기로 한다.

하드디스크 드라이브는 크게 두 부분으로 구성된다. 첫 번째는 대부분의 회로 부품들을 PCB(Printed Circuit Board) 상에 장착한 회로 부분 집합으로서 통상 PCBA(Printed Circuit Board Assembly)라 칭한다. 두 번째는 헤드와 자기 디스크를 포함하는 대부분의 기구 부품과 일부의 회로 부품을 내장한 기구 부분 집합으로서 이를 통상 HDA(Head Disk Assembly)라 칭한다.

도 1은 HDA의 개략적인 구조를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 디스크(2)는 호스트 컴퓨터로부터 전송된 데이터를 자기 형태로 기록하며 스핀들 모터에 의해 정속 회전한다. 액튜에이터(6)의 일측 선단에 부착되어 있는 헤드(4)는 디스크(2)가 정속 회전시 디스크(2)상에서 일정 높이로 부상하여 데이터를 기록 또는 재생한다. 헤드(4)를 일측 선단에 부착하고 타측 선단에 자석에 잘 붙는 철편(12)이 부착되어 있는 액튜에이터(6)는 피봇 베어링(8)에 의해 지지된다.

액튜에이터(6)의 피봇 베어링(8)과 철편(12) 사이에는 보이스 코일 모터(Voice Coil Motor; VCM)(10)이 위치한다. 액튜에이터(6)는 보이스 코일 모터의 구동에 의해 피봇 베어링(8)을 축으로 회전하여 헤드(4)를 디스크(2)의 방사선 방향으로 이동시키게 된다.

도 1에서, 헤드(4)가 디스크(2)의 외측으로 벗어나는 것을 방지하기 위해 아웃터 크래쉬 스토퍼(outer crash stopper)(14)가 베이스(base)에 설치되며, 하드 디스크 드라이브의 비사용시 자석(16)(인너 크래쉬 스토퍼라고도 함)이 액투에이터(6)의 타측선단에 부착되어 있는 마그네틱 래치(12)과 자력에 의해 접촉함으로써 액튜에이터(6)을 고정시킨다. 도 1에서는 액튜에이터(6)이 자석(16)에 의해 래치된 상태를 보여주고 있는데, 이때 헤드(4)는 파킹 영역(5)에 파킹되어 있다.

도 2는 다중 플래터 방식을 채용하는 HDD에 있어서 디스크들의 부분 절단면도이다. 다중 플래터 방식은 데이터 저장용량을 극대화시키기 위해 채용된다. 도 2를 참조하면, 2장의 디스크(2)가 스핀들 모터(14)의 구동축에 장착되어 있고, 각 디스크 2A - 2D 면상에는 액튜에이터(6)로부터 수직으로 신장된 암에 부착된 헤드 4A - 4D 면에는 동심원을 따라가며 트랙들이 배열되며, 각 트랙에는 해당 트랙번호(트랙0 - 트랙N)가 부여된다. 각 헤드 4A-4D에 대응하는 디스크들 2A-2D 면상의 동일 트랙번호에 해당하는 트랙들을 통상 실린더라 칭하다. 그러므로 각 디스크들 사이에서 동일한 트랙 번호는 하나의 실린더 번호로 정의된다. 예를 들면, 각 헤드 4A -4D에 대응된 각 디스크 2A-2D면 상에 있는 모든 트랙 번호 트랙 0는 실린더 번호 0가 된다.

HDD는 서보 메커니즘(servo mechanism)에 의해 헤드를 디스크상의 트랙들 중에서 소망하는 어느 하나의 트랙에 선택적으로 위치시킨다. 헤드를 특정 트랙에 위치시키는 것은 통상적으로 트랙 탐색(track seek)과 트랙 추종(track following)으로 이루어지는 두 단계의 서보 제어 모드에 의해 수행된다. 트랙 탐색은 현재의 트랙으로부터 원하는 트랙으로 헤드를 이동시키는 동작이며, 트랙 추종은 헤드가 일단 하나의 트랙에 위치될 경우 데이터의 정확한 독출 및 기록 동작을 위해 헤드를 트랙의 중심선에 추종하도록 유지시키는 동작이다.

이러한 트랙 탐색, 트랙 추종, 그리고 데이터의 독출/기록을 위해 디스크면상의 트랙은 도 3에 도시된 바와 같은 데이터 포맷을 가진다.

도 3은 하드 디스크 드라이브에 있어서 각 트랙의 데이터 포맷을 보이는 것이다. 도 3을 참조하면 각 헤드(헤드0, 헤드1, 헤드2, 헤드3)에 대응하는 트랙에는 서보 섹터와 데이터 섹터가 교호적으로 위치하고 있는데, 여기서, 서보 섹터는 트랙 탐색 및 트랙 추종 등의 서보 제어를 위해 마련되어 있고, 데이터 섹터는 사용자 데이터를 기록하기 위해 마련되어 있다. 서보 섹터는 통상 디스크 전체 용량의 9-11% 정도를 차지하고 있다.

도 3은 2장의 디스크를 채용하는 HDD에서 각 헤드에 대응하는 디스크의 동일 실린더상에 존재하는 4개의 트랙들에 대한 섹터 포맷을 예를 들어 보인 것이다. 도 3에서, 데이터 섹터는 통상 ID필드(IDentification field)와 데이터 필드로 구분된다. ID필드에는 해당 데이터 섹터를 식별하기 위한 헤더(header) 정보가 기록되고, 데이터 필드에는 디지털 데이터가 기록된다. 데이터 섹터의 전후에는 서보 섹터들이 위치한다.

도 4는 도 3에 도시된 서보 섹터의 상세한 구성을 보이는 것이다.

도 4를 참조하면, 서보 섹터는 프리앰블(preamble), 서보 어드레스 마크(Servo Address Mark; 이하 SAM이라 함), 그레이코드(gray code), 버스트(A, B, C, D), 및 패드(PAD)로 구성된다.

프리앰블은 서보 정보 독출시에 클럭 동기를 제공하는 동시에 서보 섹터 앞의 갭(gap)을 제공하여 서보 섹터임을 표시하는 것으로 서보 동기(servo sync)라고도 칭한다. SAM은 서보의 시작을 알려 뒤에 이어지는 그레이 코드를 읽기 위한 동기를 제공한다. 즉, SAM은 서보 제어에 관련된 각종 타이밍 펄스를 생성하기 위한 기준점으로 제공된다. 그레이코드는 각 트랙에 대한 정보 즉, 트랙 정보를 제공한다. 버스트(A, B, C, D)는 트랙 탐색 및 트랙 추종을 위해 요구되는 위치 에러 신호 PES(Position Error Signal)을 제공한다. 마지막으로 패드(PAD)는 서보 섹터에서 데이터 섹터로의 트랜지션 마진(transition margin)을 제공한다.

도 5는 통상적인 HDD의 구성을 보이는 블록도로서, 2장의 디스크를 일례로 하는 구성을 보이고 있다. 도 5에서 디스크(2)는 스핀들 모터(52)에 의해 회전한다. 헤드(4)는 디스크(2)의 표면상에 위치하며 액튜에이터(6)의 암 어셈블리(arm assemgly)(7)의 수직으로 신장된 암의 전단에 설치된다. 전치 증폭기(22)는 데이터 독출시 헤드(2)에 의해 픽업된 신호를 전치증폭하며, 데이터 기록시에는 헤드(4)를 구동시켜 리드/라이트 채널회로(24)로부터 인가되는 부호화된 기록 데이터(encoded write data)를 디스크(2)에 기록하도록 한다.

리드/라이트 채널 회로(24)는 전치증폭기(22)로부터 인가되는 리드 신호로부터 데이터 펄스를 검출하고 디코딩하여 DDC(Disk Data Controller)(54)에 인가하며, DDC(54)로부터 인가되는 라이트 데이터를 디코딩하여 전치증폭기(22)에 인가한다. DDC(54)는 호스트로부터 수신되는 데이터를 리드/라이트 채널 회로(24)과 전치증폭기(22)를 통해 디스크 상에 기록한다. 또한 DDC(54)는 호스트 컴퓨터와 마이크로 콘트롤러(124) 사이의 통신을 인터페이스한다.

마이크로 콘트롤러(40)는 호스트 컴퓨터로부터 수신되는 리드 또는 라이트 명령에 응답하여 트랙 탐색 및 트랙 추종을 제어한다. VCM구동부(44)는 마이크로 콘트롤러(40)의 서보 제어(헤드의 위치 제어)에 대한 값을 D/A컨버터(42)를 통해 받아서 액튜에이터(6)을 구동하기 위한 구동 전류를 발생하여 액튜에이터(6)의 VCM에 인가한다. 액튜에이터(6)은 VCM구동부(44)로부터 인가되는 구동 전류의 방향 및 레벨에 대응하여 헤드(4)들을 디스크(2)상의 방사선 방향으로 이동시킨다. 모터 제어부(48)는 마이크로 콘트롤러(40)의 제어 하에 디스크 (2)의 회전 제어를 위한 제어값을 스핀들 모터 구동부(50)으로 인가하고, 스핀들 모터 구동부(50)는 상기 제어값에 따라 스피들 모터(52)를 구동하여 디스크(2)들을 회전시킨다. A/D컨버터(36)는 리드/라이트 채널 회로(24)를 통하여 인가되는 서보 정보 중 버스트 신호에 의거한 위치 에러 신호(Position Error Signal; PES)를 디지털 변환하여 마이크로 콘트롤러(40)으로 출력한다. 게이트 어레이(38)는 리드/라이트에 필요한 각종 타이밍 신호들을 발생하여 서보 정보를 디코딩하여 마이크로 콘트롤러(40)에 인가한다.

이러한 HDD 는 비동작시 헤드(4)를 파킹 영역(5)에 파킹시킨다. 이때에는 도 1의 설명에서 전술한 바와 같이 액튜에이터(6)에 타측선단에 있는 마그네틱 래치(12)가 자석(16)과 부착되게 된다.

하드디스크 드라이브가 비동작 상태에서 동작 상태로 되면 마이크로 콘트롤러(40)는 파킹 영역(5)에 파킹되어 있는 헤드(4)를 디스크 상의 데이터 영역으로 나오도록 제어한다.

도 6은 종래의 언래치 방법을 보이는 흐름도이다. 하드디스크 드라이브가 비동작 상태에서 동작 상태로 되면 마이크로 콘트롤러(40)는 스핀들모터(52)를 정속회전하도록 제어하고, 스핀들모터(52)가 정속회전하게 되면 VCM 구동부(44)를 통해 액튜에이터(6)에 일정 크기의 구형파 전류를 가해 액튜에이터(6)가 자석(16)의 래치 포스(자력)을 이기고 나오도록 한다.

먼저, 래치 시스템의 자력을 극복하여, 헤드를 데이터 영역으로 이동시키기 위하여 충분히 큰 가속 전류를 일정 시간(가속 구간) 동안 VCM에 인가한다.(S602)

가속 구간이 종료된 후 헤드를 통하여 서보 데이터를 읽어서 서보 어드레스 마크를 찾았는지 즉, FSAM(Fault Servo Address Mark)가 발생하였는 지를 판단한다.(S604)

헤드를 통하여 서보 데이터가 제대로 읽혀지면 즉, 서보 어드레스 마크가 찾아지면 서보 데이터를 참조하여 산출된 헤드 이동 속도를 입력으로 사용하는 속도 피드백 제어기를 통해 헤드의 이동 속도가 소정의 속도 즉, Va로 될 때까지 감속한다.(S606, s608)

이때, 헤드의 이동 속도는 (현재 샘플에서의 트랙 번호 - 이전 샘플에서의 트랙 번호)/샘플링 주기로 구할 수 있으며, 트랙 번호는 그레이 코드에 의해 알 수 있다.

만일, S604단계에서 서보 데이터를 읽을 수 없을 경우에는 즉, 서보 어드레스 마크를 찾지 못하였을 때는 소정의 시간(감속 구간)동안 주기적으로 이전 주기에서 인가한 전류를 소정 비율 만큼 감산시켜 VCM에 인가한다. 따라서, 서보 어드레스 마크가 찾아지지 않는 경우에는 래치 포스에 상관없이 일정한 감속 패턴에 따라 감속한다. (S610)

헤드를 파킹시킨다.(S612)

도 7은 도 6에 도시된 흐름도에 있어서, VCM 에 인가되는 전류와 헤드의 이동 속도와의 관계를 보이는 것이다.

도 7을 참조하면, 언래치 동작의 초기에는 액튜에이터(6)가 자석(16)의 힘을 이기도록 가속 구간(도 7의 A구간) 동안 가속 전류를 인가하여 헤드(4)가 파킹 상태에서 벗어나도록 하고, 그 후에는 감속 구간 (도 7의 B구간) 동안 역방향의 감속 전류를 인가한다. 여기서, 감속 전류는 단계적으로 작아진다.

예를 들면 감속 구간에서 ΔT동안 I의 크기를 가지는 감속 전류를 인가하였다면 다음 ΔT동안에는 I * α(여기서 α < 1)의 값을 가지는 감속 전류를 인가한다.

이러한 종래의 언래치 동작에 있어서 가속 전류의 크기 및 인가 시간은 표본 래치들 중에서 가장 큰 자력을 가지는 래치에 상응하도록 설정함으로써 래치의 자력이 서로 상이하더라도 확실하게 헤드가 파킹 영역으로부터 분리될 수 있게 하고 있다.

그렇지만 이와 같이 결정된 가속 전류의 크기 및 인가 시간을 모든 하드디스크 드라이브들에 일률적으로 적용할 경우 각각의 하드디스크 드라이브에 구비된 마그네틱 래치의 자력이 서로 상이하다는 이유 때문에 종종 문제를 일으킨다. 예를 들면, 설계시 참조된 래치에 비해 자력이 낮은 래치가 구비된 하드디스크 드라이브의 경우 가속 구간에서의 헤드의 이동 속도가 과도하게 커져서 헤드의 부상 높이가 불안정해지고, 이는 헤드와 디스크 사이의 접촉을 유발시켜 디스크 표면에 스크래치를 발생시키거나 디스크에 기록된 서보 정보가 읽혀지기 어렵게 한다. 한편, 설계시 참조된 래치에 비해 자력이 높은 래치가 채택된 하드디스크 드라이브의 경우 언래치 동작이 제대로 이루어지지 않게 된다.

도 7은 자력이 서로 다른 마그네틱 래치를 채용하고 있는 하드디스크 드라이브에 있어서 동일한 가속 전류에 의한 헤드의 이동 속도를 보이는 것이다.

도 7에 도시된 바와 같이 동일한 가속 전류 및 감속 전류에 대하여 헤드의 이동 속도가 V1, Vref, 그리고 V2와 같이 서로 다르게 된다. 여기서, Vref는 최적의 가속이 이루어진 때를 보이는 것이고, V1은 가속이 불충분할 때를 보이는 것이고, V2는 가속이 지나칠 때를 보이는 것이다.

만일, 가속 구간의 끝에서 헤드의 이동 속도가 임계 속도 즉, 헤드가 파킹영역에서 벗어난 것으로 판단할 수 있는 헤드의 이동 속도보다 훨씬 큰 V2의 값을 가지게 된다면 스크래치, 서보 정보를 독출할 수 없음 등의 문제가 발생할 수 있다. 이러한 경우는 하드디스크 드라이브에 채용된 래치의 자력이 설계시 참조된 래치의 자력보다 훨씬 작은 경우에 발생할 수 있다.

한편, 가속 구간의 끝에서 헤드의 이동 속도가 임계 속도보다 훨씬 작은 V1의 값을 가지게 된다면 언래치 동작이 제대로 이루어지지 않는다. 이러한 경우는 하드디스크 드라이브에 채용된 래치의 자력이 설계시 참조된 래치의 자력보다 훨씬 큰 경우에 발생할 수 있다.

본 출원인에 의해 출원된 대한민국 공개특허공보 1999-65645호(1999 8. 5 공개)에는 가속 구간에서 단계적인 언래치 포스를 인가함에 의해 기기마다 서로 다른 래치포스에 대응하는 방법이 개시되지만, 이 방법은 헤드로부터 읽혀지는 서보 정보에 의해 헤드가 데이터 영역에 인입되었는 지의 여부를 판단하므로 헤드의 최대 이동 속도를 제한하지는 못하고 있다.

본 발명은 가속 구간 중에 헤드의 이동 속도를 검출하고, 검출된 이동 속도가 헤드가 파킹 영역으로부터 이탈되었음을 보장하는 임계속도보다 크다면 감속 동작을 수행하도록 함으로써 하드디스크 드라이브마다 래치 자력이 서로 다르다는 문제에 대처하게 한다.

헤드가 파킹 영역으로부터 확실하게 분리되었는 지의 헤드의 이동 속도에 의해 판단한다. 즉, 헤드의 이동 속도가 설정된 임계속도 이상이면 헤드가 파킹 영역으로부터 이탈된 것으로 판단하여 가속 동작을 중지하고 감속 동작으로 전환한다. 이러한 동작을 통해 언래치시의 헤드의 최대 이동 속도를 제한함으로써 헤드의 부상 높이(flying height)를 안정적으로 유지시키고 또한 서보 신호를 정확하게 읽어 들일 수 있게 된다.

여기서, 헤드의 이동 속도는 VCM의 역기전력에 의해 검출된다. VCM의 역기전력을 정확하게 측정하기 위해서는 VCM에 인가되는 가속 전류를 0으로 하여야 하기 때문에 펄스형의 가속 전류가 사용된다. 즉, 펄스형 가속 전류가 인가되는 구간 사이에서 가속 전류가 실질적으로 0이 되기를 기다려 VCM의 역기전력을 측정한다.

도 8은 본 발명에 따른 언래치 장치의 구성을 보이는 블록도이다.

도 8에 도시된 장치는 VCM(802), VCM 증폭기(806), VCM 증폭기(VCM AMPlifier, 806)에서 출력되는 전류가 VCM(802)에 제공되는 것을 단속하는 스위치(804), VCM(802)에서 발생되는 역기전력 Bemf을 측정하기 위한 ADC(Analog/Digital Convertor, 812), 언래치 동작을 제어하는 언래치 제어부(810)을 포함한다. 언래치 제어부(810)는 언래치 동작시 가속 전류, 감속 전류를 인가하며 ADC(812)에서 제공되는 VCM(802)의 역기전력 Bemf 에 해당하는 헤드의 이동 속도와 임계속도를 비교하여 감속 동작으로의 전환을 결정하며, 또한 가속 동작 중에 펄스형의 가속 전류가 VCM(802)에 인가되도록 스위치(806)의 스위칭 동작을 제어한다. DAC(Digital/Analog Converter, 808)는 언래치 제어부(810)에서 출력되는 전류값을 아날로그값으로 변환하여 VCM 증폭기(806)에 제공한다. 언래치 제어부(810)는 프로그램에 의해 동작하는 마이크로 프로세서로 구현된다.

도 9는 도 8에 도시된 장치의 언래치 동작을 도식적으로 보이기 위한 것이다.

도 9에 도시된 바에 있어서 특징적인 것은 가속 구간에서 인가되는 가속 전류가 펄스형이라는 것이다. 펄스형 가속 전류를 사용하는 것은 VCM(802)의 역기전력 Bemf을 측정하기 위해서도 필요하지만, 펄스형의 가속 전류를 사용함에 의해 래치를 떼어내기 위한 토르크를 점진적으로 증가시킬 수 있기 때문이다.

도 9에 도시된 바와 같이 서로 다른 자력을 가지는 래치들 각각에 있어서 가속 구간의 길이는 서로 다르게 된다. 구체적으로 최대의 자력을 가지는 래치에 해당하는 가속 구간을 Tmax라 할 때 그보다 작은 자력을 가지는 래치들에 해당하는 가속 구간은 T2 내지 T1이 된다. 그러나, 각각의 경우에 있어서 헤드의 최대 이동 속도는 임계속도로 제한되고 있는 것을 알 수 있다.

통상 래치가 분리된 것으로 판단하기 위한 임계속도는 60m/s로 알려져있다. 헤드의 이동 속도는 VCM의 역기전력 Bemf에 비례한다.

VCM 양단의 전압을 V(t)라 하면

V(t) = R*i(t) + L di/dt + Bemf(t) 식(1)

로 나타내어진다.

여기서, Ii(t)는 VCM에 흐르는 전류이고, R은 VCM의 저항이고, L은 VCM의 인덕턴스이고, Bemf(t)는 각속도 w(t)에 의한 역기전력이다.

식(1)에 있어서 VCM에 흐르는 전류 Ii가 0가 되면 V(t)=Bemf(t)가 되는 것을 알 수 있다.

언래치 제어부(810)는 가속 전류(Ia)를 VCM(802)에 인가한 후 소정 시간 후에 스위치(804)를 제어하여 VCM(802)에 가속 전류가 인가되지 않게 한다. 즉, VCM(802)에 흐르는 전류를 0으로 만든다. 이후 ADC(812)를 통하여 Bemf(t)를 검출한다. 본 발명의 실시예에 있어서 가속 전류가 인가되는 기간은 600us이고 가속 전류가 인가되지 않는 기간은 400us이다. 즉, 펄스형 가속 전류의 주기는 1ms가 되며, 가속 전류가 인가되지 않는 구간의 끝에서 VCM의 역기전력 Bemf를 측정한다. 가속 전류가 인가되지 않는 구간의 끝에서 VCM의 역기전력 Bemf를 측정하는 이유는 VCM(802)에 인가되는 가속 전류가 실질적으로 0이 되는 것을 보장하기 위한 것이다.

여기서, 펄스형 감속 전류의 주기 T는 표본 래치들 중에서 가장 큰 자력을 가지는 래치에 상당하는 가속 구간을 Tmax라 할 때 T<Tmax를 만족하는 것을 특징으로 한다.

종래의 언래치 방법에 의하면 가속 구간 동안 일정한 크기의 가속 전류가 지속적으로 인가되는 것에 비해 본 발명에서는 펄스형의 가속 전류에 의해 가속 구간 동안 소정 크기의 가속 전류가 간헐적으로 인가되게 된다.

Bemf(t)는 헤드의 이동 속도에 비례하며 다음과 같이 표현된다.

Bemf(t) = w(t) * Ke 식(2)

여기서, w(t)는 VCM의 각속도이고, Ke는 VC(802)의 역기전력 상수이다. 식(2)를 참조하면 Bemf(t)는 VCM의 각속도 w(t)에 비례함을 알 수 있으므로, ADC(808)를 통하여 검출된 Bemf(t)를 이용하여 헤드의 이동 속도를 산출할 수 있다.

언래치 제어부(810)는 검출된 헤드의 이동 속도와 임계속도를 비교하고, 비교 결과에 따라 가속 전류를 더 인가할 것인지 혹은 가속 과정을 종료하고 감속 과정으로 전환한다. 즉, 검출된 헤드의 이동 속도가 임계속도보다 크다면 헤드가 파킹 영역에서 이탈된 것으로 판단하여 감속 과정으로 전환하고, 크지 않다면 가속 전류를 다시 인가하여 헤드를 파킹영역으로부터 이탈시키기 위한 토르크를 증가시키게 된다.

한편, 대한민국 국제공개특허 1995-703781호, 일본공개특허공보 2002-208238호, 일본공개특허공보 2001-43645호 등에도 ,VCM의 역기전력 Bemf을 이용하여 언래치시의 헤드 위치와 속도를 제어하는 것이 개시되지만 이들은 감속 구간에서의 헤드 이동 속도를 제어하는 것으로서 본 발명에서와 같이 헤드의 최대 이동 속도를 제한하는 것은 아니다.

또한, 종래의 기술들은 VCM의 역기전력을 피드백하여 헤드의 이동 속도를 제어하지만 본 발명에서처럼 VCM의 역기전력에 상응하는 헤드의 이동 속도를 얻고, 얻어진 이동 속도와 임계속도를 비교함에 의해 가속 구간의 종료 여부를 결정하고 있지는 않다.

도 10은 본 발명에 따른 언래치 방법을 보이는 흐름도이다.

도 10을 참조하면 본 발명에 따른 언래치 제어 방법은 다음과 같이 수행된다.

먼저, VCM 증폭기(806)에서 출력되는 전류가 VCM(802)에 인가될 수 있도록 스위치(802)를 닫는다.(s1002)

언래치 제어부(802)는 DAD(812)를 통하여 가속 전류를 600us동안 VCM 증폭기(806)에 인가한다.(s1004), s1002 및 s1004 과정에 의해 VCM(802)에는 가속 전류가 인가되고, 이 가속 전류에 의해 래치를 분리시키기 위한 토르크가 발생된다.

언래치 제어부(802)는 VCM 증폭기(806)에서 출력되는 전류가 VCM(802)에 인가되지 않도록 스위치(802)를 닫는다.(s1006)

VCM 증폭기(806)에서 출력되는 전류가 실질적으로 0이 되도록 400us동안 대기한다.(s1008)

ADC(812)는 VCM의 역기전력 Bemf을 측정하고, 측정된 VCM의 역기전력 Bemf은 언래치 제어부(810)에 제공된다.(s1010)

언래치 제어부(810)는 측정된 VCM의 역기전력 Bemf에 의해 헤드의 이동 속도를 검출하고, 검출된 헤드의 이동 속도가 임계속도보다 큰 지를 비교한다.(s1012) s1012과정의 비교 결과 검출된 헤드의 이동 속도가 임계속도보다 크지 않다면 s1002과정으로 복귀하여 다시 가속 전류를 인가하게 된다.

만일, s1012과정의 비교 결과 검출된 헤드의 이동 속도가 임계속도보다 크다면 헤드가 파킹 영역에서 충분히 이탈된 것으로 판단하여 감속 과정으로 전환하게 된다.

즉, s1012과정의 비교 결과 검출된 헤드의 이동 속도가 임계속도보다 크다면 언래치 제어부(810)는 VCM 증폭기(806)에서 출력되는 전류가 VCM(802)에 인가될 수 있도록 스위치(802)를 닫는다.(s1014)

언래치 제어부(810)는 DAD(808)를 통하여 감속 전류를 VCM 증폭기(806)에 인가한다.(s1016),

본 발명에 따른 언래치 제어 방법에 의하면 가속 동작 중에 헤드의 이동 속도를 검출하고, 검출된 이동 속도와 헤드가 파킹 영역에서 이탈된 것을 보장할 수 있는 임계속도를 비교함에 의해 가속 동작으로의 전환 여부를 결정하므로 래치 자력이 상이하더라도 헤드의 최대 이동 속도를 안정적으로 유지하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 언래치 방법에 의하면 래치 자력이 상이하더라도 확실한 언래치 동작을 보장할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따른 언래치 방법에 의하면 헤드의 최대 이동 속도가 거의 일정하게 유지되므로 디스크의 스크래치를 방지하고, 서보 동작도 안정화되는 효과를 가진다.

도 1은 HDA의 개략적인 구조를 도시한 것이다.

도 2는 다중 플래터 방식을 채용하는 HDD에 있어서 디스크들의 부분 절단면도이다.

도 3은 하드 디스크 드라이브에 있어서 각 트랙의 데이터 포맷을 보이는 것이다.

도 5는 통상적인 HDD의 구성을 보이는 블록도이다.

도 6은 종래의 언래치 방법을 보이는 흐름도이다.

도 7은 도 6에 도시된 흐름도에 있어서, VCM에 인가되는 전류와 헤드의 이동 속도와의 관계를 보이는 것이다.

도 9는 도 8에 도시된 장치의 동작을 도식적으로 보이는 것이다.

도 10은 본 발명에 따른 언래치 제어 방법을 보이는 흐름도이다.

Claims

보이스코일모터에 가속 전류를 인가하는 가속 동작과 감속 전류를 인가하는 감속 동작에 의해 헤드를 파킹 영역에서 분리시키는 마그네틱 래치 방식의 하드디스크 드라이브의 언래치 장치에 있어서,

헤드를 이동시키는 보이스코일모터;

상기 보이스 코일 모터에 인가되는 전류를 스위칭하는 스위치;

상기 보이스 코일 모터의 역기전력을 측정하기 위한 아날로그/디지털 변환기;

상기 보이스 코일 모터에 가속 전류 및 감속 전류를 인가하는 언래치 제어부를 포함하며,

상기 언래치 제어부는 상기 스위치를 제어하여 상기 보이스 코일 모터가 상기 자석으로부터 떨어지게 하기 위한 최대 가속 전류에 상응하는 최대 주기보다 짧은 주기를 가지는 펄스형의 가속 전류가 상기 보이스 코일 모터에 인가되도록 제어하고, 가속 전류가 실질적으로 0으로 되는 시점에서 상기 아날로그/디지털 변환기를 통하여 상기 보이스코일모터의 역기전력을 측정하고, 측정된 VCM의 역기전력에 상당하는 헤드의 이동 속도와 헤드가 파킹 영역으로부터 이탈되었음을 보장하는 임계속도를 비교하며, 비교 결과 헤드의 이동 속도가 임계속도보다 크면 상기 보이스코일모터에 감속 전류가 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 언래치 장치.
제1항에 있어서, 펄스형 가속 전류의 주기 T는 표본 래치들 중에서 가장 큰 자력을 가지는 래치에 상당하는 가속 구간을 Ta라 할 때 T<Tmax를 만족하는 것을 특징으로 하는 언래치 제어 장치.
보이스 코일 모터에 가속 전류를 인가하는 가속 동작과 감속 전류를 인가하는 감속 동작에 의해 헤드를 파킹 영역에서 분리시키는 마그네틱 래치 방식의 하드디스크 드라이브의 언래치 제어 방법에 있어서,

보이스 코일 모터가 상기 자석으로부터 떨어지게 하기 위한 최대 가속 전류에 상응하는 최대 주기보다 짧은 주기를 가지는 펄스형의 가속 전류를 보이스 코일 모터에 인가하는 과정;

상기 펄스형의 가속 전류가 인가되는 구간 사이에서 헤드의 이동 속도를 검출하는 과정;

검출된 헤드의 이동 속도를 헤드가 파킹 영역에서 벗어난 것으로 판단할 수 있는 헤드의 이동 속도인 임계속도와 비교하는 과정; 및

검출된 헤드의 이동 속도가 상기 임계속도보다 크면 상기 보이스 코일 모터에 감속 전류를 인가하여 헤드의 이동 속도를 감속시키는 과정을 포함하는 언래치 제어 방법.
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제3항에 있어서, 펄스형의 가속 전류가 실질적으로 0이 되는 시점에서 헤드의 이동 속도에 비례하는 VCM의 역기전력을 측정함에 의해 헤드의 이동 속도를 검출하는 것을 특징으로 하는 언래치 제어 방법.