KR100699842B1 - 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법 및 이를 이용한디스크 드라이브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디스크 드라이브 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 디스크 드라이브에서 동작 온도에 따라서 최적의 상태로 탐색 모드를 실행하도록 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법은 디스크 드라이브 제어 방법에 있어서, 탐색 모드에서 주어진 탐색 거리 및 동작 온도의 변화를 고려하여 탐색 시간을 결정하는 단계, 및 상기 결정된 탐색 시간에 따라 변환기 이동시키기 위한 위치, 속도 및 가속도 궤적을 생성시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

Description

온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법 및 이를 이용한 디스크 드라이브{Method for controlling seek servo with respect to temperature variation and disk drive using the same}

도 1은 본 발명이 적용되는 하드디스크 드라이브의 구성의 평면도이다.

도 2는 본 발명이 적용되는 하드디스크 드라이브를 제어하는 전기 시스템의 회로도이다.

도 3은 본 발명이 적용되는 하드디스크 드라이브의 서보 제어 시스템의 회로도이다.

도 4는 본 발명에 따른 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법의 흐름도이다.

도 5는 하드디스크 드라이브의 동작 온도 및 공급 전압 대비 탐색 시간의 관계를 도시한 그래프이다.

도 6은 하드디스크 드라이브의 동작 온도의 변화에 따른 스케일 인자 ??(dT) 값을 도시한 그래프이다.

본 발명은 디스크 드라이브 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 디스크 드라이브에서 동작 온도에 따라서 최적의 상태로 탐색 모드를 실행하도록 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 데이터 저장 장치의 하나인 하드디스크 드라이브는 자기 헤드에 의해 디스크에 기록된 데이터를 재생하거나, 디스크에 사용자 데이터를 기록함으로써 컴퓨터 시스템 운영에 기여하게 된다.

최근 디스크 드라이브는 컴퓨터뿐만 아니라 가전 제품, 자동차 항법 장치 등의 여러 분야에서 널리 사용되고 있다. 따라서, 디스크 드라이브가 동작하는 환경, 특히 온도 조건은 매우 다양하게 되었다.

또한, 디스크 드라이브는 점차 고용량화, 고밀도화 및 소형화되면서 디스크 회전 방향의 밀도인 BPI(Bit Per Inch)와 반경 방향의 밀도인 TPI(Track Per Inch)가 증대되는 추세에 있으므로 그에 따라 더욱 정교한 메커니즘이 요구된다.

디스크 드라이브는 회전하는 단일 또는 복수의 디스크 각각의 자계를 감지하고 자화시킴으로써 정보를 기록하고 읽을 수 있는 복수의 자기 변환기(magnetic transducer)들을 포함하고 있다. 이 정보는 환상 트랙 내에 위치한 복수의 섹터들 내에 저장된다. 디스크의 각 표면을 가로질러 위치한 트랙 번호가 있다. 수직적으로 유사한 트랙들의 번호는 때로는 실린더(cylinder)라 칭한다. 그러므로 각 트랙은 실린더 번호에 의하여 정의되기도 한다.

각 변환기(transducer)는 전형적으로 헤드 짐벌 어셈블리(HGA:Head Gimbal Assembly)에 편입되어 있는 슬라이더 내에 통합되어 있다. 각 헤드 짐벌 어셈블리 는 엑츄에이터 암에 부착되어 있다. 엑츄에이터 암은 보이스 코일(voice coil) 모터를 함께 특정하는 마그네틱 어셈블리에 인접되게 위치한 보이스 코일을 갖고 있다. 하드디스크 드라이브는 전형적으로 보이스 코일 모터를 여기시키는 전류를 공급하는 구동 회로 및 컨트롤러를 포함하고 있다. 여기된 보이스 코일 모터는 엑츄에이터 암을 회전시켜 변환기들을 디스크(들)의 표면을 가로질러 이동시킨다.

정보를 기록하거나 또는 읽을 때, 하드디스크 드라이브는 변환기를 한 실린더에서 다른 실린더로 이동시키기 위한 탐색 루틴을 실행할 가능성이 있다. 탐색 루틴 도중에 보이스 코일 모터는 변환기들을 디스크 표면에서 새로운 실린더 위치로 이동시키는 전류에 의하여 여기 된다. 컨트롤러는 또한 변환기가 정확한 실린더 위치 및 트랙의 중앙으로 이동시키는 것을 보증하는 서보 루틴을 실행한다.

디스크(들)로부터 정보를 읽거나 기록하는데 필요한 시간의 양을 최소화시키는 것이 바람직하다. 그러므로, 드라이브에 의하여 실행되는 탐색 루틴은 변환기들을 가장 짧은 시간 내에 새로운 실린더 위치로 이동시켜야 한다. 추가적으로, 헤드 짐벌 어셈블리의 안정 시간은 변환기가 빠르게 정보를 기록하거나 또는 읽을 수 있고, 한번에 새로운 실린더에 인접되게 위치하도록 하기 위하여 최소화되어야 한다. 즉, 디스크 드라이브의 성능 평가 척도 중의 하나인 탐색(seek) 시간이 최소화되어야 한다.

탐색 모드에서는 탐색 거리에 대한 가속도, 속도 및 위치 궤적을 만들고 가속도 궤적을 기준으로 생성된 설계 속도, 설계 위치와 현재 속도 및 현재 위치 사이의 에러 값을 피드백하여 탐색 전류를 보이스 코일 모터에 인가한다. 이 설계 궤 적은 보이스 코일 모터(VCM; Voice Coil Motor) 및 구동 회로에 대한 모델링으로부터 유도된다.

이 설계 궤적은 이상적인 모델을 기반으로 설계되며, 실제 시스템과의 차이는 설계 시에 얼마간의 여유를 갖도록 설계함으로써 문제를 야기시키지 않게 된다. 그 대표적인 기술이 이상적인 사인 파형의 탐색 서보 알고리즘을 공급 전압 제한을 고려하여 설계한 기술이며, 미국 특허공보 6,801,384에 언급되어 있다.

일반적으로, 디스크 드라이브가 동작하는 온도가 변하게 되면 디스크 드라이브의 성능 또한 변하게 된다. 즉, 온도가 상승함에 따라 보이스 코일 모터 내의 코일의 저항 값이 증가하고, 영구 자석의 자력 감소에 의해 토크 상수는 감소하게 되므로 이상적인 환경을 가정하여 설계된 탐색 궤적을 고온에서는 추종할 수 없게 된다. 따라서, 탐색 궤적은 최악의 조건인 고온의 경우를 기준으로 하여 설계할 수 밖에 없으며, 이는 결국 상온에서의 탐색 성능을 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 디스크 드라이브에서 동작 온도의 변화에 따라서 적응적으로 탐색 시간을 가변시키는 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법 및 이를 이용한 디스크 드라이브를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법은 디스크 드라이브 제어 방법에 있어서, 탐색 모드에서 주어진 탐색 거리 및 동작 온도의 변화를 고려하여 탐색 시간을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 탐색 시간에 따라 변환기 이동시키기 위한 위치, 속도 및 가속도 궤적을 생성시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 세부적인 실시 예에 따른 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법은 디스크 드라이브의 탐색 제어 방법에 있어서, 탐색 명령이 입력되면, 표준 온도에 근거하여 탐색 거리에 따른 표준 탐색 시간을 산출하는 단계; 디스크 드라이브의 현재 동작 온도를 감지하는 단계; 상기 표준 온도와 상기 현재 동작 온도의 차에 상응하는 탐색 시간의 조정 값을 산출하는 단계; 상기 표준 탐색 시간에 상기 탐색 시간의 조정 값을 반영하여 최종 탐색 시간을 계산하는 단계; 상기 최종 탐색 시간에 근거하여 위치, 속도 및 가속도 궤적을 생성시키는 단계; 및 상기 생성된 위치, 속도 및 가속도 궤적을 이용하여 트랙 탐색 제어를 실행하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 디스크 드라이브는 데이터 저장 장치에 있어서, 디스크에 정보를 기록하고 상기 디스크로부터 정보를 읽어내는 변환기; 상기 변환기를 이동시키는 보이스 코일 모터; 디스크 드라이브의 동작 온도를 측정하는 온도 감지 수단; 및 탐색 모드에서 탐색 거리 및 상기 온도 감지 수단에서 측정된 동작 온도를 고려하여 탐색 시간을 결정하고, 상기 결정된 탐색 시간에 따라 위치, 속도 및 가속도 궤적을 생성시키고, 상기 생성된 위치, 속도 및 가속도 궤적을 이용하여 상기 보이스 코일 모터의 구동 전류를 제어하는 컨트롤러를 포함함을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 하드 디스크 드라이브에서 주어진 탐색 거리에 대한 탐색 시간을 산출하는데 있어서, 보이스 코일 모터에 공급되는 전원의 전압이 한정된다는데 기초를 두고 있다.

변환기는 헤드 짐벌 어셈블리(HGA:Head Gimbal Assembly)에 편입되어 있는 슬라이더 내에 통합되어 있다. 헤드 짐벌 어셈블리는 디스크 표면을 가로질러 변환기를 이동시킬 수 있는 엑츄에이터 암에 부착되어 있다. 엑츄에이터 암과 변환기의 이동은 컨트롤러에 의하여 제어된다. 컨트롤러는 탐색 서보 제어 루틴에 따라서 현재 트랙으로부터 새로운 트랙으로 변환기를 이동시킨다.

도 1은 하드디스크 드라이브(10)의 구성을 보여준다. 드라이브(10)는 스핀들 모터(14)에 의하여 회전되는 적어도 하나의 자기 디스크(12)를 포함하고 있다. 드라이브(10)는 디스크 표면(18)에 인접되게 위치한 변환기(16)를 또한 포함하고 있다.

변환기(16)는 각각의 디스크(12)의 자계를 감지하고 자화시킴으로써 회전하는 디스크(12)에서 정보를 읽거나 기록할 수 있다. 전형적으로 변환기(16)는 각 디스크(12)의 표면에 결합되어 있다. 비록 단일의 변환기(16)로 도시되어 설명되어 있지만, 이는 디스크(12)를 자화시키기 위한 기록용 변환기와 디스크(12)의 자계를 감지하기 위한 분리된 읽기용 변환기로 이루어져 있다고 이해되어야 한다. 읽기용 변환기는 자기 저항(MR : Magneto-Resistive) 소자로부터 구성되어 진다.

변환기(16)는 슬라이더(20)에 통합되어 질 수 있다. 슬라이더(20)는 변환기(16)와 디스크(12) 표면사이에 공기 베어링(air bearing)을 생성시키는 구조로 되어 있다. 슬라이더(20)는 헤드 짐벌 어셈블리(22)에 결합되어 있다. 헤드 짐벌 어셈블리(22)는 보이스 코일(26)을 갖는 엑츄에이터 암(24)에 부착되어 있다. 보이스 코일(26)은 보이스 코일 모터(VCM : Voice Coil Motor 30)를 특정하도록 마그네틱 어셈블리(28)에 인접되게 위치하고 있다. 보이스 코일(26)에 공급되는 전류는 베어링 어셈블리(32)에 대하여 엑츄에이터 암(24)을 회전시키는 토오크를 발생시킨다. 엑츄에이터 암(24)의 회전은 디스크(12) 표면을 가로질러 변환기(16)를 이동시킬 것이다.

정보는 전형적으로 디스크(12)의 환상 트랙(34) 내에 저장된다. 각 트랙(34)은 일반적으로 복수의 섹터를 포함하고 있다. 각 섹터는 데이터 필드(data field)와 식별 필드(identification field)를 포함하고 있다. 식별 필드는 섹터 및 트랙(실린더)을 식별하는 그레이 코드(Gray code)로 구성되어 있다. 변환기(16)는 다른 트랙에 있는 정보를 읽거나 기록하기 위하여 디스크(12) 표면을 가로질러 이동된다. 다른 트랙으로 가로질러 변환기를 이동시키는 것을 일반적으로 탐색 모드라 부른다.

도 2는 하드디스크 드라이브(10)를 제어하는 전기 시스템(40)을 보여준다. 전기 시스템(40)은 디스크(12), 변환기(16), 컨트롤러(42), 리드/라이트 채널(44), 프리 앰프(45), 보이스 코일 모터 구동부(48), ROM(50), RAM(52), 호스트 인터페이스(54) 및 온도 감지 수단(56)을 구비한다.

ROM(50)에는 소프트웨어 루틴을 실행시키기 위하여 컨트롤러(42)에 의하여 사용되어지는 각종 명령어 및 데이터들이 저장되어 있다. 소프트웨어 루틴의 하나로서 한 트랙에서 다른 트랙으로 변환기(16)를 이동시키는 탐색 서보 제어 루틴이 있다. 또한, ROM(50)에는 한정된 전압에 근거한 사인 파형의 가속도, 속도 및 위치 궤적을 생성시키기 위한 방정식들이 저장되어 있다.

특히, ROM(50)에는 표준 온도에 근거하여 탐색 거리와 탐색 시간과의 관계를 구해 놓은 제1테이블 정보 및 동작 온도와 탐색 시간의 조정 값의 관계를 구해 놓은 제2테이블 정보가 저장된다. 이러한 제1,2테이블 정보를 산출하는 구체적인 방법에 대해서는 아래에서 설명되어질 것이다.

본 발명의 일 실시 예에서는 위의 제1,2테이블 정보를 ROM(50)에 저장하였으나, 경우에 따라서는 디스크(12)의 메인터넌스 실린더(Maintenance Cylinder) 영역에 저장하도록 설계할 수도 있다.

RAM(52)에는 드라이브 구동 초기에 ROM(50) 또는 디스크(12)에서 읽어낸 디스크 드라이브 구동에 필요한 정보들이 저장된다.

온도 감지 수단(56)은 디스크 드라이브 내부의 온도를 측정하기 위한 수단으로서, 일 예로서 서미스터(Thermistor)를 이용하여 온도를 측정할 수 있다.

컨트롤러(42)는 호스트 인터페이스(54)를 통하여 호스트 기기(도면에 미도시)로부터 수신되는 커맨드(command)를 분석하고, 분석된 결과에 상응하는 제어를 실행한다. 컨트롤러(42)는 보이스 코일 모터의 여기 및 변환기(16)의 움직임을 제어하기 위하여 보이스 코일 모터(VCM) 구동부(48)로 제어신호를 공급한다.

우선, 일반적인 디스크 드라이브의 동작을 설명하면 다음과 같다.

데이터 읽기(Read) 모드에서, 디스크 드라이브는 디스크(12)로부터 변환기(16)에 의하여 감지된 전기적인 신호를 프리 앰프(45)에서 일차적으로 증폭시킨다. 그리고 나서, 리드/라이트 채널(44)에서는 자동이득제어 회로(도면에 미도시)에 의하여 이득을 제어하여 프리 앰프(45)에서 증폭된 신호를 일정한 레벨로 증폭시키고, 자동이득제어 회로에 의하여 일정한 레벨로 증폭된 아날로그 신호를 호스트 기기(도면에 미도시)가 판독할 수 있는 디지털 신호로 부호화시키고, 스트림 데이터로 변환하여 호스트 인터페이스(54)를 통하여 호스트 기기로 전송한다.

다음으로 쓰기(Write) 모드에서, 디스크 드라이브는 호스트 인터페이스(54)를 통하여 호스트 기기로부터 데이터를 입력받아 리드/라이트 채널(44)에 의하여 기록 채널에 적합한 바이너리 데이터 스트림으로 변환시킨 후에 프리 앰프(45)에 의하여 증폭된 기록 전류를 변환기(16)를 통하여 디스크(12)에 기록시킨다.

그러면, 컨트롤러(42)에서 실행되는 본 발명에 따른 탐색 서보 제어 루틴에 대하여 세부적으로 설명하기로 한다.

컨트롤러(42)는 탐색 명령이 입력되는 경우에, 주어진 탐색 거리 및 측정된 동작 온도를 고려하여 탐색 시간을 결정하고, 결정된 탐색 시간에 따라 위치, 속도 및 가속도 궤적을 생성시키며, 생성된 위치, 속도 및 가속도 궤적을 이용하여 보이스 코일 모터의 구동 전류를 제어한다.

컨트롤러(42)에서 세부적으로 표준 온도에 근거하여 탐색 거리에 따른 표준 탐색 시간을 산출한 후에, 표준 온도와 온도 감지 수단(56)에서 측정된 현재 동작 온도의 차에 따른 탐색 시간의 조정 값을 산출하고, 표준 탐색 시간에 탐색 시간의 조정 값을 반영하여 최종적인 탐색 시간을 계산한다.

도 3은 컨트롤러(240)에 의하여 실행되는 하드웨어 및 소프트웨어로 구성된 탐색 서보 제어 시스템을 보여준다.

시크 궤적 생성기(60)는 변환기(16)가 트랙(34)의 그레이 코드를 읽어낼 때마다 정현파 가속도 궤적 및 가속도 궤적을 적분하여 얻은 속도 및 위치 궤적으로부터 변환기(16)의 설계 위치 x_d(n), 설계 속도 v_d(n) 및 설계 가속도 a_d(n)를 계산한다.

상태 추정기(62)는 입력되는 위치 에러 신호(Position Error Signal) 및 제어 신호 uk(n)로부터 공지된 상태 방정식을 이용하여 변환기(16)의 실제 위치, 실제 속도 정보를 포함하는 변환기 움직임의 상태 변수 값을 추정하는 프로세스를 실행한다.

제1합산기(64)는 설계 위치 값 x_d(n)에서 실제 위치 값 x_r(n)을 감산한다. 그리고, 위치 제어 이득 보상기(66)는 제1합산기(64)에서 연산된 설계 위치 값과 실제 위치 값의 차에 위치 보정을 위한 위치 이득(k_p)을 곱한 위치 보정 값을 생성시킨다.

다음으로, 제2합산기(68)는 위치 제어 이득 보상기(66)에서 생성된 위치 보정 값에 설계 속도 값 v_d(n)을 더한 후에 실제 속도 값 v_r(n)을 감산한다.

그러면, 속도 제어 이득 보상기(70)는 제2합산기(68)에서 연산된 값에 속도 보정을 위한 속도 이득(k_v)을 곱한 속도 보정 값을 생성시킨다.

다음으로, 제3합산기(72)는 속도 보정 값과 설계 가속도 값을 더하여 탐색 구동 전류 제어 값 uk(n)를 생성시킨다.

탐색 구동 전류 제어 값 uk(n)에 바이어스 값(bais_cal)을 더한 후에 디지털/아날로그 변환기(76; DAC)에 의하여 아날로그 신호로 변환되어 VCM 드라이버 & HDA(78)에 인가된다. 그러면, VCM 드라이버 & HDA(82)는 변환기 위치 및 동작 온도에 따라서 결정된 탐색 구동 전류 값을 보이스 코일에 공급한다.

본 발명에서 탐색 서보 알고리즘의 일 실시 예로 이용하는 사인 파형의 탐색 서보 알고리즘에 따른 가속도, 속도, 위치 궤적 및 전류 궤적은 다음의 수학식 1로부터 구할 수 있다.

여기에서, T_SK는 탐색 시간이고, I_M는 보이스 코일에 공급되는 최대 전류이고, K_A는 가속도 상수를 각각 나타낸다.

주어진 탐색 거리(X_SK)에 대하여, 시간(t)은 탐색 시간(T_SK)과 동일하며, 다음과 같은 관계를 갖는다.

수학식 2로부터 수학식 3을 이용하여 주어진 탐색 거리(X_SK)에 대하여 필요로 하는 탐색 시간(T_SK)을 구할 수 있게 된다.

수학식 3에 따르면 보이스 코일 모터에 인가되는 일정한 전류(I_M)에 의하여 한정되는 사인 파형의 계산된 탐색 궤적을 생성시킨다는 점을 보여준다. 그러나, 실제 있어서는 전원 공급 전압의 변화에 따라서 탐색 성능을 결정하는 탐색 시간이 변화하게 된다.

한편, 보이스 코일 모터에 공급되는 전압은 수학식 4와 같이 표현할 수 있 다.

여기에서,

Vs = 보이스 코일 모터에 인가되는 전압

i = 보이스 코일 모터의 전류

L_VCM = 보이스 코일 모터 인덕턴스

R_VCM = 보이스 코일 모터 저항

Ke = 역기전력 상수

ω = 보이스 코일 모터의 각속도

τ = 생성된 토크

K_t = 토크 상수

이상적인 경우에 수학식 1과 같이 주어진 궤적을 정확히 추종하며, 수학식 1과 수학식 4를 이용하면 T_SK 시간 동안 X_SK 만큼의 탐색 거리를 이동하기 위하여 필요한 전압 궤적의 순간 최대값 V_M은 수학식 5와 같이 표현된다.

수학식 5는 X_SK의 탐색 거리를 T_SK 동안 이동하기 위해서 필요한 최소 전압이 된다. 이 관계를 이용하면 역으로 공급 전압 제한(V_max)하에서 탐색 거리 X_SK가 주어진 경우 사인 파형의 탐색 제어 방식에 의하여 달성될 수 있는 최소 탐색 시간 T_SK 는 수학식 6을 만족하는 최소 값으로 결정된다.

즉, 탐색 시간은 수학식 7과 같이 표현된다.

한편 디스크 드라이브의 동작 온도의 변화에 따라서 보이스 코일 모터의 저항 Rvcm도 변하게 되어 보이스 코일 모터의 저항 Rvcm은 수학식 8과 같이 표현된다.

통상 R(T)은 온도가 상승함에 따라 증가하게 된다. 따라서 수학식 5에서 알 수 있듯이 주어진 가속도 명령에 해당되는 전류 명령을 오차없이 추종하기 위해서 필요한 전압 궤적의 순간 최대값 V_M 역시 온도가 증가함에 따라서 증가하게 된다. 다시 말해서 특정 온도에서는 주어진 전류 명령을 정확하게 추종할 수 있으나, 동작 온도가 상승하게 되면 요구 전압이 상승하여 전압 제한에 도달되어 더 이상 주어진 전류 명령을 정확하게 추종할 수 없게 된다.

주어진 전류 명령을 정확히 추종할 수 없게 되면 소음 증가나 정착(settling) 특성이 나빠져서 탐색 시간의 일관성이 저하된다.

만일, 요구 전압이 최대가 되는 최악의 조건에서 탐색 시간을 결정하게 되면, 최고 온도 Tmax에서 수학식 9를 만족하는 최소 탐색 시간으로 탐색 시간을 결정한다.

즉, 최소 탐색 시간 Tsk는 수학식 10과 같이 표현된다.

도 5에 도시된 바와 같은 공급 전압 및 동작 온도에 따른 평균 탐색 시간의 관계를 나타내는 그래프로부터 동일한 공급 전압 제한 하에서 동작 온도가 상승할수록 평균 탐색 시간이 늘어남을 알 수 있다. 다시 말해서, 동일 탐색 시간에 대하여 동작 온도가 상승할수록 필요로 하는 전압 궤적의 최대값은 증가하게 되며, 동 작 온도의 변화에 관계없이 탐색 시간을 설정할 경우 필요 공급 전압의 부족으로 인하여 탐색 성능을 보장받을 수 없게 된다.

이러한 단점을 개선하기 위하여 본 발명에서는 디스크 드라이브의 동작 온도의 변화에 따라 적응적으로 탐색 시간을 결정하는 다음과 같은 새로운 방식의 탐색 서보 방식을 제안하는 것이다.

본 발명은 다양한 탐색 서보 방식에 적용될 수 있으나, 설명의 편의를 위하여 공급 전압이 제한된 사인 파형의 탐색 서보 방식에 적용되는 것으로 한정하여 설명하기로 한다.

탐색 모드에서 현재 디스크 드라이브가 동작하는 온도(T)가 측정되면, 주어진 탐색 거리 Xsk에 대한 전압 제한 및 동작 온도를 고려한 새로운 탐색 시간 Tsk(T)는 수학식 11로부터 결정된다.

탐색 시간 Tsk(T)가 결정되면 위치, 속도 및 가속도 궤적은 수학식 1로부터 결정된다.

탐색 거리로부터 탐색 시간을 계산하는 과정은 매우 복잡하므로 펌웨어를 이용하여 디스크 드라이브를 운용하는 도중에 계산하는 것이 어렵다. 따라서, 본 발명에서는 표준 동작 온도(To; 예로서, 25^oC)의 동작 조건에서 대표 탐색 거리 [Xsk¹, Xsk²,..., Xsk^N]를 선정하고, 이들 탐색 거리에 대한 탐색 시간 [Tsk¹, Tsk²,..., Tsk^N]을 일 예로서 전압 제한을 고려한 사인 파형의 탐색 방식에 따라 미리 계산하여 ROM 테이블(제1테이블)에 저장한 후에 펌웨어에서는 이 ROM 테이블을 참조하여 선형 보간법에 근거하여 수학식 7로부터 주어진 탐색 거리 Xsk에 대한 탐색 시간 Tsk(To)을 구해낸다.

같은 방법으로 특정 온도(T=To+dT)에서 주어진 탐색 거리 Xsk에 대한 새로운 최소 탐색 시간 Tsk(T)을 수학식 11을 이용하여 계산한다.

이렇게 각각 구해낸 Tsk(To)와 Tsk(T)를 이용하여 온도 변화에 따른 탐색 시간의 조정 값인 스케일 인자 γ(dT)를 수학식 12와 같이 계산한다.

스케일 인자 γ(dT)는 대표 온도 값에 대하여 각각 구한 후에 ROM 테이블(제2테이블)에 저장하고, 펌웨어에서는 이 ROM 테이블을 참조하여 선형 보간법에 의하여 해당 온도에 대한 스케일 인자를 계산한다.

따라서, 사인 파형의 탐색 제어 방식을 이용한 전압 제한 하에서 탐색 거리 Xsk에 대한 동작 온도 T = To + dT에서의 탐색 시간 Tsk(Xsk,T)는 수학식 7과 수학식 12를 조합한 결과인 수학식 13으로부터 간단하게 계산될 수 있다.

한편 출원인이 이미 발명하여 출원한 "시크 서보에서의 온도에 따른 토크 변 화 보상 방법(출원번호; 10-2004-57545)"에서 온도 변화에 의한 토크 상수 Kt 변화에 따른 탐색 시간의 열화를 방지하기 위하여 온도 변화에 따른 토크 상수 변화를 가속도 명령 또는 전류 명령에서 역보상하여 온도가 변화되더라도 동일한 탐색 성능이 발휘되도록 보상하는 기술을 제안한 바 있다.

이 기술에 따르면 수학식 1에서 주어진 전류 명령 궤적을 실제 전류가 완벽하게 추종하여도 온도 변화에 따른 토크 상수의 열화에 의하여 실제 가속도는 원하는 값을 얻을 수 없게 됨을 알 수 있다.

따라서, 온도의 변화에 따라서 토크 상수를 변화시키는 기술을 이용할 경우에 토크 상수 Kt가 변화하는 비율만큼 전류량이 증가하여 온도 변화에 의한 보이스 코일 모터의 저항 증가 이외에도 또 다른 요구 전압의 증가를 초래하게 된다.

본 발명에서는 이러한 단점을 보완하기 위하여 디스크 드라이브의 동작 온도가 변화될 때 보이스 코일 모터의 저항 변화 및 토크 상수 변화를 함께 고려하여 최적의 탐색 시간을 결정하는 방안을 제시한다.

토크 상수 변화에 대한 전류 크기 보상 값 Kt(T)는 시스템 구현의 편의를 위하여 선형 근사화하여 사용한다. 그리고, 디스크 드라이브가 동작하는 온도 범위 내에서 보이스 코일 모터의 저항 Rvcm(T)는 국부적으로는 선형적으로 변화한다고 가정할 수 있다. 이에 따라서, 토크 상수 및 보이스 코일 모터의 저항 값은 수학식 14와 같이 표현할 수 있다.

수학식 14를 수학식 1에 대입하고, 수학식 1의 전압 궤적의 순간 최대 값을 근사화하면 수학식 15와 같이 표현된다.

따라서, 수학식 7과 수학식 8을 이용하면 동작 온도가 To일 때 주어진 탐색 궤적을 오차없이 추종할 수 있는 최소 탐색 시간을 Tsk(To)라 할 때, 동작 온도가 T = To + dT로 변한 경우에 주어진 탐색 궤적을 오차없이 추종할 수 있는 최소 탐색 시간 Tsk(T)은 근사적으로 수학식 16과 같이 구할 수 있다.

이에 따라서, 동작 온도의 변화에 따른 보이스 코일 모터의 저항 값 변화와 토크 상수 변화를 함께 고려하여 탐색 시간을 조정하는 경우에 표준 온도 To 대비 동작 온도 T = To + dT에 대한 탐색 시간의 조정 값은 수학식 17과 같이 구해질 수 있다.

따라서, 수학식 17을 수학식 13에 대입하면 동작 온도의 변화에 따른 보이스 코일 모터의 저항 값 변화와 토크 상수 변화를 함께 고려하여 디스크 드라이브의 동작 온도에서 최적의 탐색 시간을 구해낼 수 있다.

도 6에 디스크 드라이브의 동작 온도의 변화에 따라 수학식 17로부터 구해낸 스케일 인자 값을 도시하였다.

그러면, 이와 같이 구해낸 제1테이블 및 제2테이블 정보를 이용하여 본 발명에 따른 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어를 실행하는 구체적인 방법에 대하여 도 4의 흐름도를 중심으로 설명하기로 한다.

컨트롤러(42)는 호스트 기기(도면에 미도시)로부터 호스트 인터페이스(54)를 통하여 탐색 명령이 수신되는지를 판단한다(S401).

단계401(S401)의 판단 결과 탐색 명령이 수신된 경우에, 위에서 설명한 제1테이블 정보를 이용하여 표준 온도에서의 주어진 탐색 거리에 대한 표준 탐색 시간 Tsk(To)을 구해낸다(S402).

다음으로, 온도 감지 수단(56)에 의하여 측정된 디스크 드라이브의 현재 동작 온도 정보를 검출한다(S403).

그리고 나서, 표준 온도(To)와 현재 동작 온도(To+dT)의 차이에 상응하는 탐색 시간 조정 값인 스케일 인자 γ(dT) 값을 위에서 설명한 제2테이블 정보를 이용하여 구해낸다(S404).

다음으로, 수학식 13에 스케일 인자 γ(dT) 값을 대입하여 측정된 동작 온도에서의 최종 탐색 시간을 계산한다(S405).

단계405(S405)에서 계산된 최종 탐색 시간에 따른 위치, 속도 및 가속도 궤적을 수학식 1로부터 구해낸다(S406).

단계406(S406)에서 구해낸 위치, 속도 및 가속도 궤적을 도 3의 시크 서보 제어 시스템에 적용하여 탐색 제어를 실행한다(S407).

물론, 도 4의 흐름도에서는 디스크 드라이브 동작 온도의 변화에 따른 보이스 코일 모터의 저항 변화만을 고려하여 탐색 시간을 조정하는 방법을 제시하였으나, 동작 온도 변화에 따른 토크 상수도 함께 고려하여 탐색 시간을 조정하도록 설계할 수도 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시 예에서는 탐색 거리 및 동작 온도에 따른 탐색 시간의 관계를 정의한 ROM 테이블을 이용하여 동작 온도에서의 최적의 탐색 거리를 산출하는 방안을 제시하였으나, 다른 실시 예로서 ROM 테이블을 이용하지 않고 탐색 거리 및 동작 온도에 따른 탐색 시간의 관계를 다항식으로 근사화한 후에, 근사화된 다항식을 이용하여 동작 온도에서의 최적의 탐색 거리를 계산하도록 설계할 수도 있다.

본 발명은 방법, 장치, 시스템 등으로서 실행될 수 있다. 소프트웨어로 실행될 때, 본 발명의 구성 수단들은 필연적으로 필요한 작업을 실행하는 코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 프로세서 판독 가능 매체에 저장되어 질 수 있으며 또는 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다. 프로세서 판독 가능 매체는 정보를 저장 또는 전송할 수 있는 어떠한 매체도 포함한다. 프로세서 판독 가능 매체의 예로는 전자 회로, 반도체 메모리 소자, ROM, 플레쉬 메모리, 이레이져블 ROM(EROM : Erasable ROM), 플로피 디스크, 광 디스크, 하드디스크, 광 섬유 매체, 무선 주파수(RF) 망, 등이 있다. 컴퓨터 데이터 신호는 전자 망 채널, 광 섬유, 공기, 전자계, RF 망, 등과 같은 전송 매체 위로 전파될 수 있는 어떠한 신호도 포함된다.

첨부된 도면에 도시되어 설명된 특정의 실시 예들은 단지 본 발명의 예로서 이해되어 지고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 본 발명에 기술된 기술적 사상의 범위에서도 다양한 다른 변경이 발생될 수 있으므로, 본 발명은 보여지거나 기술된 특정의 구성 및 배열로 제한되지 않는 것은 자명하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 디스크 드라이브의 동작 온도에 따라서 보이스 코일 모터의 저항 값 변화로 기인되는 탐색 제어 특성 변화를 보정하도록 탐색 시간을 조정함으로써, 탐색 서보 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 발생되며, 또한 평균적인 탐색 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 발생된다.

Claims (25)

1. 디스크 드라이브 제어 방법에 있어서,

   탐색 모드에서 주어진 탐색 거리 및 동작 온도의 변화를 고려하여 보이스 코일 모터에서 필요로 하는 전압 궤적의 최대 값이 제한된 공급 전압을 초과하지 않는 범위 내에서 탐색 시간을 결정하는 단계; 및

   상기 결정된 탐색 시간에 따라 변환기 이동시키기 위한 위치, 속도 및 가속도 궤적을 생성시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 탐색 모드는 전압 제한을 고려한 사인 파형 탐색 서보 제어 방식을 이용함을 특징으로 하는 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 탐색 시간은 표준 온도에서의 탐색 거리에 따른 탐색 시간의 관계를 정의한 제1테이블과 동작 온도에 따른 탐색 시간의 조정 값을 정의한 제2테이블을 이용하여 결정됨을 특징으로 하는 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 탐색 시간은 주어진 탐색 거리 및 감지된 현재 동작 온도에 대응되는 탐색 시간 및 탐색 시간의 조정 값을 상기 제1,2테이블에서 각각 읽어내고, 상기 제1테이블에서 읽어낸 값에 상기 제2테이블에서 읽어낸 탐색 시간의 조정 값을 반영하는 연산에 의하여 결정됨을 특징으로 하는 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 탐색 시간은 탐색 거리와 동작 온도에 따른 탐색 시간의 관계를 표현하는 근사화된 다항식을 이용하여 산출됨을 특징으로 하는 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법.
9. 디스크 드라이브의 탐색 제어 방법에 있어서,

   탐색 명령이 입력되면, 표준 온도에 근거하여 탐색 거리에 따른 표준 탐색 시간을 산출하는 단계;

   디스크 드라이브의 현재 동작 온도를 감지하는 단계;

   상기 표준 온도와 상기 현재 동작 온도의 차에 상응하는 탐색 시간의 조정 값을 산출하는 단계;

   상기 표준 탐색 시간에 상기 탐색 시간의 조정 값을 반영하여 최종 탐색 시간을 계산하는 단계;

   상기 최종 탐색 시간에 근거하여 위치, 속도 및 가속도 궤적을 생성시키는 단계; 및

   상기 생성된 위치, 속도 및 가속도 궤적을 이용하여 트랙 탐색 제어를 실행하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 탐색 시간의 조정 값은 온도의 변화에 따른 보이스 코일 모터의 저항 변화에 상응하는 요구 전압의 변화량을 고려하여 결정함을 특징으로 하는 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 탐색 시간의 조정 값은 온도의 변화에 따른 토크 상수의 변화량 및 보이스 코일 모터의 저항 변화에 상응하는 요구 전압의 변화량을 함께 고려하여 결정함을 특징으로 하는 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법.
12. 제9항에 있어서, 상기 최종 탐색 시간은 사인 파형 탐색 서보 방식에서의 보이스 코일 모터에서 필요로 하는 전압 궤적의 최대 값이 공급 전압을 초과하지 않는 범위 내에서 결정됨을 특징으로 하는 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법.
13. 제9항에 있어서, 상기 위치, 속도 및 가속도 궤적은 전압 제한을 고려한 사인 파형 탐색 서보 알고리즘에 의하여 생성됨을 특징으로 하는 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법.
14. 제9항에 있어서, 상기 최종 탐색 시간은 표준 온도에서의 탐색 거리에 따른 탐색 시간의 관계를 정의한 제1테이블과 동작 온도에 따른 탐색 시간의 조정 값을 정의한 제2테이블을 이용하여 결정됨을 특징으로 하는 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 최종 탐색 시간은 주어진 탐색 거리 및 감지된 현재 동작 온도에 대응되는 탐색 시간 및 탐색 시간의 조정 값을 상기 제1,2테이블에서 각각 읽어내고, 상기 제1테이블에서 읽어낸 값에 상기 제2테이블에서 읽어낸 탐색 시간의 조정 값을 반영하는 연산에 의하여 결정됨을 특징으로 하는 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법.
16. 제9항에 있어서, 상기 최종 탐색 시간은 탐색 거리와 동작 온도에 따른 탐색 시간의 관계를 표현하는 근사화된 다항식을 이용하여 산출됨을 특징으로 하는 온도 변동을 고려한 탐색 서보 제어 방법.
17. 데이터 저장 장치에 있어서,

    디스크에 정보를 기록하고 상기 디스크로부터 정보를 읽어내는 변환기;

    상기 변환기를 이동시키는 보이스 코일 모터;

    디스크 드라이브의 동작 온도를 측정하는 온도 감지 수단; 및

    탐색 모드에서 탐색 거리 및 상기 온도 감지 수단에서 측정된 동작 온도를 고려하여 사인 파형 탐색 서보 방식에서의 상기 보이스 코일 모터에서 필요로 하는 전압 궤적의 최대 값이 공급 전압을 초과하지 않는 범위 내에서 탐색 시간을 결정하고, 상기 결정된 탐색 시간에 따라 위치, 속도 및 가속도 궤적을 생성시키고, 상기 생성된 위치, 속도 및 가속도 궤적을 이용하여 상기 보이스 코일 모터의 구동 전류를 제어하는 컨트롤러를 포함함을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
18. 삭제
19. 삭제
20. 제17항에 있어서, 상기 탐색 시간은

    표준 온도에 근거하여 탐색 거리에 따른 표준 탐색 시간을 산출하는 프로세스;

    디스크 드라이브의 현재 동작 온도를 감지하는 프로세스;

    상기 표준 온도와 상기 현재 동작 온도의 차에 상응하는 탐색 시간의 조정 값을 산출하는 프로세스; 및

    상기 표준 탐색 시간에 상기 탐색 시간의 조정 값을 반영하여 최종적인 탐색 시간을 계산하는 프로세스에 의하여 결정됨을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
21. 삭제
22. 제17항에 있어서, 상기 위치, 속도 및 가속도 궤적은 전압 제한을 고려한 사인 파형 탐색 서보 알고리즘에 의하여 생성됨을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
23. 제17항에 있어서, 상기 탐색 시간은 표준 온도에서의 탐색 거리에 따른 탐색 시간의 관계를 정의한 제1테이블과 동작 온도에 따른 탐색 시간의 조정 값을 정의한 제2테이블을 이용하여 결정됨을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
24. 제23항에 있어서, 상기 탐색 시간은 주어진 탐색 거리 및 감지된 현재 동작 온도에 대응되는 탐색 시간 및 탐색 시간의 조정 값을 상기 제1,2테이블에서 각각 읽어내고, 상기 제1테이블에서 읽어낸 값에 상기 제2테이블에서 읽어낸 탐색 시간의 조정 값을 반영하는 연산에 의하여 결정됨을 특징으로 하는 디스크 드라이브.
25. 제17항에 있어서, 상기 탐색 시간은 탐색 거리와 동작 온도에 따른 탐색 시간의 관계를 표현하는 근사화된 다항식을 이용하여 산출됨을 특징으로 하는 디스크 드라이브.

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