KR20100051660A - 데이터 저장 드라이브, 데이터 처리 시스템 및 데이터 저장 드라이브의 구동 방법 - Google Patents

Abstract

데이터 저장 드라이브는 저장 디스크, 판독/기록 헤드, 및 판독/기록 헤드와 신호 통신하는 신호 처리 회로를 구비한다. 판독/기록 헤드는 기록 디스크에 대해 복수의 데이터 전송 레이트로 데이터를 기록 및 판독한다. 또한, 신호 처리 회로는 가변 전력원에 의해 전력 공급된다. 가변 전력원은, 판독/기록 헤드의 데이터 전송 레이트 중 현재 레이트의 함수로서, 신호 처리 회로로의 공급 전압을 가변시킨다. 이러한 방식으로 소비 전력이 감소된다.

Description

데이터 저장 드라이브, 데이터 처리 시스템 및 데이터 저장 드라이브의 구동 방법{DATA STORAGE DRIVE WITH REDUCED POWER CONSUMPTION}

본 발명은 일반적으로 데이터 저장 드라이브에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 저소비 특징을 갖는 하드 디스크 드라이브와 같은 데이터 저장 드라이브에 관한 것이다.

하드 디스크 드라이브(HDD)는 비휘발성 데이터 저장을 위한 최근의 데이터 처리 시스템에서 광범위하게 이용되고 있다. 전형적인 HDD 디자인은 하나 이상의 편평한 원형의 저장 디스크(플래터(platters)로도 지칭됨)를 유지하는 스핀들(spindle)로 구성된다. 저장 디스크 각각은 비자기 재료, 통상적으로 유리 또는 알루미늄으로 구성되고, 박막의 자기 재료로 코팅되어 있다. 데이터는 디스크를 고속으로 회전시킴으로써, 또한, 판독/기록(r/w) 헤드 바로 아래의 저장 디스크의 표면 상의 자기 물질의 자화를 검출하고 변화시키는 r/w 헤드를 이용함으로써, 저장 디스크에 대해 기록 및 판독된다. 액츄에이터 암(actuator arm)은 디스크가 회전할 때에 저장 디스크를 경유하는 원호(arc) 상으로 r/w 헤드를 정확히 이동시켜, 헤드가 저장 디스크의 거의 전체 표면을 액세스 가능하게 한다.

유감스럽게도, 종래의 HDD는, 그들의 작동 부품으로 인한 큰 부품에 있어서 전형적으로, 데이터 처리 시스템에서 다른 구성요소와 비교하면 비교적 큰 전력량을 소비한다. 이는, 배터리를 이용하는 랩탑 컴퓨터(laptop computers)와 같은 휴대용 데이터 처리 시스템에서, 흔히 짧은 배터리 수명을 초래한다. 그 결과, HDD에서 전력 소비를 줄이는 몇몇의 접근법이 있다. 하나의 접근법은, 예컨대 그 저장된 데이터로의 즉각적인 액세스가 예상될 때마다 간단히 HDD를 전력 강하(power down)시키는 것이다. 다른 접근법은 예컨대 r/w 헤드를 이동시키는 트랙당 풀 스텝 액츄에이터(full step-per-track actuators) 및 저장 디스크를 회전시키는 낮은 토크의 스핀들 모터를 이용함으로써, HDD의 전기 기계 구성요소의 전력 소비를 줄이는 것이다. 그럼에도 불구하고, 이들 접근법은 통상적으로 나쁜 성능 및 나쁜 신뢰 결과를 가진다. HDD의 전력 저감은 데이터 액세스 시간의 지연을 초래할 수 있다. 낮은 전력의 전기 기계 구성요소를 이용하는 것은 드라이브 수명을 줄일 수 있다.

그 결과, HDD 성능 및 신뢰성을 실질적으로 저하시키지 않고 종래의 HDD 디자인과 비교하면 저소비 전력 특성을 제공하는 새로운 HDD 디자인의 필요성이 있다.

본 발명의 실시예들은 종래의 HDD 디자인과 비교하면 낮은 저전력 특성을 갖는 HDD 디자인을 제공함으로써 전술한 필요성을 제공한다. 이는, HDD의 저장 디스크의 상이한 영역이 액세스될 때에 DTR(data transfer rate)의 변화에 응답하여, HDD 내의 회로로의 공급 전압을 가변함으로써 부분적으로 달성된다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 데이터 저장 드라이브는 저장 디스크, r/w 헤드, r/w 헤드와 신호 통신하는 신호 처리 회로를 구비한다. r/w 헤드는 저장 디스크에 대해, 복수의 DTR로 데이터를 판독 및 기록하도록 작동된다. 또한, 신호 처리 회로는 가변 가능한 전력원에 의해 전력 공급된다. 가변 가능한 전력원은 r/w 헤드의 DTR의 현재 DTR의 기능에 따라 신호 처리 회로로의 공급 전압을 가변한다.

본 발명의 전술한 실시예들 중 일 실시예에 따르면, HDD는 저장 디스크, r/w 헤드, 판독 및 기록 동작을 위한 신호의 처리에 이용되는 디지털 신호 처리 회로를 구비한다. 저장 디스크가 일정한 각속도로 회전하기 때문에, HDD의 r/w 헤드의 DTR은 HDD가 디스크의 상이한 영역을 액세스할 때에 변경된다. 룩업 테이블은 DTR 변경과 같이 공급 전압의 변경에 이용된다. 각 DTR에 있어서, 공급 전압은 디지털 신호 처리 회로가 현재의 DTR에 대해 동일하거나 약간 높은 주파수로 동작하도록 하는 값으로 설정된다. 신호 처리 회로로의 공급 전압은, 이러한 방식으로, 정전압을 유지하기보다는 그 저장 디스크의 상이한 영역을 액세스할 때에 변경된다. 유리하게도, 이것은 실질적으로 HDD의 전력 소비 특성을 향상시킨다.

본 발명의 이들 및 다른 특징 및 장점은 첨부한 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명의 예시된 실시예에 따른 HDD의 사시도,
도 2는 도 1의 HDD의 저장 디스크의 평면도,
도 3은 도 1의 HDD의 SOC(system-on-chip)의 블록도,
도 4는 도 3의 SOC의 마이크로프로세서의 블록도,
도 5는 도 3의 SOC의 신호 처리 회로의 블록도,
도 6은 테스트 구성을 위한 동작 주파수 대 공급 전압의 차트,
도 7은 테스트 구성을 위한 대기 누설 전류 대 공급 전압의 차트,
도 8은 도 1의 HDD의 존의 기능에 따라 공급 전압을 가변하는 방법의 흐름도,
도 9는 도 1의 HDD의 DTR 대 존의 테이블,
도 10은 도 1의 HDD의 동작 주파수 대 공급 전압의 차트,
도 11은 도 1의 HDD에서 이용하는 최악의 경우의 공급 전압 룩업 테이블,
도 12는 도 1의 HDD에서 이용하는 공급 전압 바이어스 항목 룩업 테이블이다.

본 발명에 대해서 예시된 실시예들을 참조하여 설명한다. 이에 따라, 이들 실시예에 대해 다양한 변형이 이루어질 수 있고, 그 결과는 본 발명의 범주에 여전히 포함될 것이다. 여기서 설명하는 특정 실시예에 대해 한정이 없다고 생각하거나 추측해야 한다.

도 1은 본 발명의 예시된 실시예에 따른 HDD(100)의 사시도를 나타낸다. HDD는 자기 매체로 코팅된 종래의 저장 디스크(110)를 구비한다. 저장 디스크는 저장 디스크를 고속으로 회전시키는데 이용되는 스핀들 모터(도시하지 않음)에 의해 구동되는 스핀들(120)에 접속된다. 종래의 전자기 r/w 헤드(130)는 포지셔닝 암(positioning arm)(140) 상에 탑재되어, 인코딩된 데이터를 저장 디스크의 자기 표면에 기록하고, 사전에 저장된 데이터를 기록하도록 동작한다. 포지셔닝 암은 종래의 전기 기계적 액츄에이터(150)에 의해 저장 디스크에 대해 정확히 포지셔닝된다. 부분적으로만 도시한 회로(160)는 HDD의 다른 구성요소를 제어하고, 신호 처리 작업을 실시하며, HDD와, HDD가 제공하는 어떠한 데이터 처리 시스템 간의 데이터를 통신하도록 기능한다.

예시한 HDD(100)는 단일 저장 디스크(110) 및 r/w 헤드(130)만을 구비하고 있지만, 이는 몇개의 저장 디스크 및 r/w 헤드를 구비하는 HDD에 더욱 용이하게 적용할 수 있는 본 발명의 관점 및 설명을 더욱 용이하게 위한 것이다. 최근의 HDD는 더 큰 저장 용량 및 더 빠른 액세스 속도를 제공하기 위해서 하나 이상의 저장 디스크 및 r/w 헤드를 빈번히 사용한다. 복수의 저장 디스크는 동일한 속도로 회전되고, 단일 스핀들 모터에 의해 활성화되도록 통상 단일 스핀들에 부착된다. 복수의 r/w 헤드의 액츄에이터 암도 또한 r/w 헤드들을 일제히 이동시키도록 서로 부착된다.

저장 디스크(110)의 기록면을 도 2에 도시한다. 종래와 같이, 기록면은 일련의 동심원의 트랙(210)으로 구성된다. 각 트랙은 다음 검색을 위해 데이터의 블록을 저장할 수 있는 복수의 동일한 사이즈의 섹터(220)로 세분화된다. 저장 디스크의 외측 에지를 향해 위치하는 트랙은 저장 디스크의 중앙을 향해 위치하는 트랙(즉, 스핀들(120)에 더 가까이 위치하는 트랙)과 비교하면 큰 원주를 갖는다. 그 결과, 트랙은 몇개의 고리 형상 존(230)으로 그룹화되며, 여기서 주어진 존들 중 하나의 존 내의 트랙은 동일 수의 트랙을 가진다. 외측 존 내의 이들 트랙들은 내측 존에 위치하는 트랙들보다 많은 섹터를 가진다. 이러한 구성은 흔히 "ZBR(Zoned Bit Recording)" 또는 "ZDR(Zoned Density Recording)" 배열로 불린다.

저장 디스크(110)의 외측 존(230)은 2가지 이유로 인해 내측 존보다 더 높은 DTR을 제공한다. 첫째, 저장 디스크의 각속도는, 디스크의 표면 상에서 판독 또는 기록 동작이 일어나는 것과는 독립적인 일정한 속도로 저장 디스크가 회전하기 때문에, 그 외측 에지를 향해 위치하는 존으로 이동할 때에 더 크다. 이러한 동작의 모드는 CAV(constant angular velocity) 동작으로 흔히 불리며, 전형적으로 동작의 CLV(constant linear velocity) 모드를 이용하여 구동되는 광 데이터 저장 드라이브(예컨대, CD(compact disc) 및 DVD(digital versatile disc))와 HDD를 명확하게 구분하고 있다. 그 결과, 매초당 더 많은 표면 영역이 저장 디스크의 내측 존에서보다 저장 디스크의 외측 존에서 r/w 헤드(130) 아래로 지나간다. 둘째로, 각 외측 존이 내측 존보다 더 많은 데이터를 저장하기 때문에, r/w 헤드는 외측 존의 데이터를 액세스할 때에, 주어진 데이터의 양을 판독하기 위해 자주 이동될 필요는 없다. 따라서, 외측 존의 트랙으로 전달되거나 트랙으로부터 전달되는 큰 데이터는 내측 존의 트랙으로 전달되거나 트랙으로부터 전달되는 것보다 더 높은 DTR을 유지한다.

도 3은 HDD(100) 내의 회로(160)의 일부를 형성하는 예시적 SOC(system-on-chip)의 블록도를 나타낸다. SOC는 몇개의 기능부, 더 상세하게는 마이크로프로세서부(310), 정주파 디지털 후단부(constant frequency digital back end portion)(320), AFE(analog front end)부(330), 및 VFDBE(variable frequency digital back end)부(340)으로 나뉠 수 있는 단일 집적 회로로 구성된다. 도면에 도시한 바와 같이, 마이크로프로세서부, 정주파 디지털 후단부, 및 AFE부는 정전압원(350)에 의해 전원 공급되지만, VFDBE는 가변 전압원(360)에 의해 전원 공급된다. 마이크로프로세서부는 HDD의 몇개의 기능을 제어하여, HDD와, HDD가 서비스하는 데이터 처리 시스템이 서로 통신하도록 하는 다양한 데이터 처리 작업을 수행하고 있다. 게다가, 마이크로프로세서부는 가변 전압원의 전압 출력을 제어하도록 동작하는데, 이는 이하에서 더 상세히 설명한다. 이에 반하여, 정주파 디지털 후단부는 스핀들 모터의 제어를 담당하고 있다. 마지막으로, AFE부 및 VFDBE부는 신호 처리 회로를 구비한다.

HDD(100)에서 가변 전압원(360)과 같은 가변 전압원은 전형적으로 종래의 HDD에서 발견되지 않지만, 상업적으로는 유용하여 당업자에는 익숙할 것이다. 가변 전압원은 프로그램 가능한 것이 바람직하며, 그 전압 출력이 하나 이상의 제어 신호 입력에 근거한 것을 의미한다. 그러한 프로그램 가능한 가변의 전압원은 예컨대 미국 캘리포니아주 밀피타스에 위치한 리니어 테크놀로지 코포레이션(Linear Technology Corporation)의 LTC1736 스위칭 레귤레이터를 구비할 수 있다. LTC1736은 디지털 제어 입력을 입력받아, 입력에 근거하여 최고 2V의 출력 전압을 공급한다. 가변 전압원은 HDD SOC(300) 외부에 있거나, 이와 달리 SOC 집적 회로에 직접 장착될 수 있다.

HDD SOC(300)의 마이크로프로세서부(310)를 형성하는 몇개의 소자를 도 4에 도시한 블록도에 더 상세히 나타낸다. 이들 소자는 r/w 헤드 제어기(400), WCSV(a worst case supply voltage) 룩업 테이블(410), 오실레이터 회로(420), SVBT(a supply voltage bias term) 룩업 테이블(430), 및 데이터 프로세서(440)를 구비한다.

또한, HDD SOC(300)의 AFE부(330) 및 VFDBE부(340)를 형성하는 몇개의 신호 처리 소자를, 도 5에 도시한 블록도에 더 상세히 나타낸다. 신호 처리 회로의 아날로그 소자는 AFE부에 내장되고, 디지털 소자는 VFDBE부에 내장된다. 이들 아날로그 소자 및 디지털 소자는 통상적으로 HDD에서 사용되어, 그 결과, 그들의 디자인 및 기능은 당업자에게 익숙하다. 간단히 설명하면, 판독 동작시에, r/w 헤드(130)로부터의 아날로그 신호는, ADC(analog-to-digital converter)에서의 아날로그-디지털 변환을 위해 아날로그 신호를 준비하는, 전치 증폭기(pre-amplifier)(505), 가변 이득 증폭기(510), 이퀄라이저(515)를 통과한다. 아날로그-디지털 변환시에, 데이터의 DTR은 클럭 복원 소자(clock recovery element)(525)를 이용하여 판정되어, DTR과 매칭되는 주파수로 동기화된 클럭을 HDD SOC의 VFDBE부의 디지털 회로에 공급할 수 있다. ADC에서의 아날로그-디지털 변환 후에, 현재 디지털 신호를 디지털 FIR(Finite Input Response) 필터(530), 반복 또는 비반복 검출기(iterative or non-iteractive detector)(535)를 통과하고, 마지막으로 디코더(540)를 통과하여, HDD(100) 외부의 데이터 처리 소자에 전송 가능한 일련의 디지털 비트로 디지털 신호가 변환된다. 데이터를 저장 디스크로 기록하는 것은 디지털 데이터를 취하여, 저장 디스크(110)의 자기화면(magnetic surface)을 패터닝하는데 이용할 수 있는 아날로그 신호로 변환하는 것을 포함한다. 이 경우, 디지털 데이터는 HDD에 의해 수신되고, 인코더(545) 및 기록 보상 회로(550)를 통해 전달된다. 마지막으로, 기록 드라이버(555)는 적절한 자기 패턴을 저장 디스크의 자기화면으로 r/w 헤드가 인코딩하도록 기능한다.

전술한 바와 같이, HDD SOC(300)의 VFDBE부(340)의 신호 처리 회로(이하, "디지털 신호 처리 회로"라고 부름)는 r/w 헤드(130)에 의해 제공되는 전류 DTR과 동기화되는 동기 클럭으로 구동된다. 이 디지털 신호 처리 회로는, 바람직하게는 현재의 HDD에서 관례적인 CMOS(complimentary metal-oxide-semiconductor) 기술을 이용하여 형성된다. CMOS 기술에서의 MOSFET(a metal-oxide-semiconductor field effect transistor)의 게이트 전파 시간 지연 tpd는 이하의 표현식으로 근사화될 수 있다.

tpd=C×Vdd×(Vdd-Vt)^α

여기서, C는 MOSFET 상의 출력 부하 용량(output load capacity)이고, Vdd는 공급 전압이고, Vt는 임계 전압이며, α는 디바이스의 생성에 따른 인수(factor)이다. 게이트 전파 시간은 물론 MOSFET의 최대 동작 주파수에 반비례 관계에 있다. 동작 주파수(즉, 속도)와 Vdd간의 이러한 관계는 도 6에서의 실제 하드웨어에 의해 입증된다. 도 6은 60~80㎚의 다양한 채널 길이의 MOSFET들을 포함하는 인버터 체인 테스트 구조에 대한 동작 주파수 대 Vdd의 차트를 나타낸다. "GPLUS" 명칭은 특정 파운드리(particular foundry)에서 이용될 수 있는 새로운 MOSFET 디자인에 따라 관련 인버터 체인 테스트 구조를 형성함을 나타내고, "lp-lvt" 명칭은 관련 인버터 체인 테스트 구조가 낮은 임계 전압 디바이스를 구비함을 나타낸다. 상이한 인버터 체인 테스트 구조의 동작 주파수의 값들은 어떠한 주어진 Vdd에서 각각 서로 다르지만, 동작 주파수 대 공급 전압의 기울기는 모든 테스트 구조에서 매우 동일하다. 더 상세하게는, 각 테스트 구조에서, 동작 주파수는, 약 1.4V로부터 약 0.85V로 줄여질 때 약 2배만큼 낮아진다.

게다가, COMS 기술에서의 MOSFET의 소비 전력 P는 이하의 표현식에 의해 근사화된다.

P=K×C×Vdd×f+Ileak×Vdd

여기서, K는 스위칭 확률, f는 동작 주파수, Ileak는 준임계 누설 전류(subthreshold leakage current)이다. Ileak 그 자체도 Vdd의 함수이다. 도 7은 도 6에 도시한 동일한 인버터 체인 테스트 구조에 대한 Vdd의 함수로서 Ileak를 나타낸다. 여기서 또한, 곡선의 기울기는, 공급 전압이 1.4V로부터 0.85V로 감소될 때에 단조적으로 감소하는 Ileak를 갖는 각 테스트 구조에 대해 실질적으로 동일하다. 그 결과, 동적인 전력 소비(즉, 인버터 체인 테스트 구조의 MOSFET가 실제로 전환되는 동안의 전력 소비) 및 대기 전력 소비(즉, MOSFET가 실제로 전환되지 않는 동안의 전력 소비)는 또한 Vdd가 감소될 때에 인버터 체인 테스트 구조에서 실질적으로 줄어든다. 사실, 여기서 측정된 Vdd의 범위에 걸쳐, 테스트 구조에서의 동적 전력 소비는 약 34%만큼 감소되고, 대기 누설 전력 소비는 약 49%만큼 감소된다.

동작 주파수 및 Vdd에 대한 전력 소비의 전술한 관계는 HDD에서 전력 소비를 실질적으로 감소시키는 기회를 제공한다. 전술한 바와 같이, HDD(100)의 디지털 신호 처리 회로는 r/w 헤드(130)에 의해 현재 제공되는 DTR로 동기화되는 동기 클럭으로 구동된다. 따라서, 어떠한 주어진 시간에, 이 회로는 단지 현재 DTR의 동작 주파수와 동일한 동작 주파수로 동작되도록 하는 Vdd가 공급될 필요가 있다. r/w 헤드가 액세스하는 어떤 존(230)의 함수로서 DTR이 변화되므로, 실질적인 전력 절약은 r/w 헤드가 이동할 때에 DTR의 변화에 응답하여 Vdd를 가변함으로써 이루어질 수 있다. 다시 말하면, 실질적 전력 절약은, r/w 헤드가 더 느린 DTR로 존(예컨대 저장 디스크(110)의 내측 존)을 가로지를 때에, Vdd를 동적으로 줄이고, r/w 헤드가 더 빠른 DTR로 존(예컨대 저장 디스크의 외측 존)을 가로지를 때에, Vdd를 동적으로 증가시킴으로써 달성될 수 있다.

도 8은 전술한 바와 같은 HDD(100)를 이용하여 이러한 형태 Vdd를 정확히 가변하는 방법(800)을 나타낸다. 그러나, 이 방법에 대해서만 설명하지만, 본 발명의 범위 내의 방법만 있는 것이 아님을 유의해야 할 것이다. 당해 방법(800)은 단계 805~825로 기술된 몇개의 셋업 단계(set-up steps)로 시작된다. 이들 셋업 단계들은 실수요자에게 배송되기 전에 HDD의 제조업자에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 셋업 단계들이 수행된 후에는, HDD는 HDD가 판독 동작 및 기록 동작의 루틴을 수행하는 단계들의 시퀀스를 반복적으로 수행한다. 이 반복하는 단계들의 시퀀스를 단계 825~860으로서 도 8에 나타낸다.

단계 805에서, 제조업자는 HDD(100)의 저장 디스크(110) 상의 각 존(230)에 대한 DTR을 결정한다. 특정 HDD에 대한 DTR은 비트 밀도 및 성능을 최대화하고자 하는 당업자에게 익숙한 최적화 처리의 기능이다. 이 처리의 결과를 도 9의 테이블에 나타낸다. 이 경우, 저장 디스크는 16개의 존으로 분할된다. 저장 디스크의 외측 에지 근처의 가장 빠른 존, 즉 zone 00 및 zone 01은 약 532㎒의 DTR을 가진다. 반면에, 저장 디스크의 중앙 근처의 가장 느린 존, 즉 zone 0E 및 zone 0F는 제각기 단지 약 293㎒ 및 271㎒의 DTR을 가진다. 따라서, DTR은 외측 존으로부터 내측 존으로 이동할 때에 거의 2배만큼 변화된다.

전술한 바와 같이, 특정 존을 액세스하는 도중에 가변 가능한 Vdd는, HDD SOC(300)의 디지털 신호 처리 회로가 적어도 그 존에서 DTR과 동일한 동작 주파수로 구동될 수 있도록 설정되는 것이 바람직하다. 단계 805에서 결정된 각각의 DTR의 상이한 값으로 Vdd가 설정되게 한다. 그러나, 주어진 HDD SOC에 대한 각 DTR에 대한 정확한 Vdd를 찾는 것은, HDD SOC가 이상적인 디자인을 가지더라도, 주어진 Vdd에서 디지털 신호 처리 회로의 동작 주파수가 하나의 HDD SOC로부터 다른 HDD SOC로 변화될 수 있다는 사실로 더욱 복잡해진다. 이러한 변화는 집적 회로 형성시의 처리 변화(즉, "처리 품질"의 변화), 및 동작 조건의 차이(예컨대 온도)의 통상적 결과로서 발생한다. 예컨대, HDD SOC의 신호 처리 회로의 양 설정이 동일 Vdd에 의해 전원 공급되고, 이상적인 디자인을 가지더라도, 하나의 HDD SOC의 디지털 신호 처리 회로가 다른 HDD SOC의 디지털 신호 처리 회로보다 40% 정도 빠를 수 있다.

동작 주파수 대 Vdd의 판정은, 실제의 하드웨어를 측정함으로써도 달성될 수 있지만, 종래의 모델링 기술을 이용하여 디지털 신호 처리 회로의 디자인을 모델링함으로써, 단계 810에서 수행되는 것이 바람직하다. 예컨대 미국 캘리포니아주 마운틴뷰의 Synopsys(주)의 상업적으로 이용 가능한 디자인 소프트웨어 PrimeTime이이러한 종류의 모델링을 허용한다. 더 상세하게는, 그러한 모델링 소프트웨어는 HDD SOC(300)의 디지털 신호 처리 회로의 동작 주파수를 상이한 처리 품질 및 동작 조건에 대한 Vdd의 함수로서 모델링되게 한다. 도 10은 HDD(100)에 대한 모델링의 결과의 차트를 나타낸다. 제일 낮은 곡선은 최악의 경우의 처리 품질 및 동작 조건(즉, 처리 품질/동작 조건 공간의 최악의 경우의 코너)을 제조업자가 고려한 것에 대한 동작 주파수 대 Vdd를 나타낸다. 나머지 2개의 데이터 세트는 약간 더 좋은 처리 품질 및 동작 조건에 대한 신호 처리 회로의 설정에 대한 동작 주파수 대 Vdd를 나타낸다. 여기서, 3개의 데이터 세트만을 나타내었지만, 제조업자는 물론 제조업자가 원하는 만큼 많은 데이터 세트를 생성할 수 있다.

HDD SOC(300)의 디지털 신호 처리 회로를 상이한 처리 품질 및 동작 조건에서 모델링한 후에, 단계 810에서 이용한 동일한 처리 품질 및 동작 조건에 대해, 단계 815에서 오실레이터 회로(420)의 동작 주파수를 또한 모델링(또는 실제 하드웨어를 이용하여 측정)한다. 오실레이터 회로는, 예컨대 정전압원(350)에 의해 공급되는 공급 정전압 하에서 구동되는 단순한 링 오실레이터로서 고려될 수 있다. 오실레이터 회로의 목적은, 현재 기능하는 어떠한 동작 조건의 특정 HDD SOC가 가지는 어떠한 특정 처리 품질 및 현재 기능하는 어떤 동작 조건을 나타내는 기준으로서 동작하는 것이다. 이러한 추가적인 모델링(또는 측정)의 결과로서, 도 10에서의 각 데이터 세트에는 관련 오실레이터 회로 기준 주파수가 할당될 수 있다. 예컨대, 최악의 경우의 데이터 세트에는 OSC0의 오실레이터 주파수가 할당된다. 다음으로 좋은 데이터 세트에는 OSC1의 오실레이터 회로 기준 주파수 등이 할당된다.

단계 820에서는, WCSV 룩업 테이블(410)을 프로그래밍한다. 그러한 룩업 테이블을 도 11에 나타낸다. 이것은 최악의 경우의 처리 품질 및 동작 조건에서의 HDD SOC에 대한 저장 디스크(110)의 16개의 존 각각에 대한 Vdd와 연관되어 있다. 이 테이블에서의 데이터는 도 10의 가장 낮은 곡선으로부터 직접 얻어질 수 있다.

단계 825에서, SVBT 룩업 테이블(430)이 프로그래밍된다. 이 제 2 룩업 테이블은 도 12에 나타내어지며, 각 오실레이터 회로 기준 주파수에 대한 Vdd 바이어스 항목과 연관된다. 이 경우, 테이블에 8개의 행이 존재하지만, 이 수는 단지 임의적이다. WCSV 룩업 테이블(410)에서의 엔트리와 같이, SVBT 룩업 테이블에서의 데이터는 도 10의 데이터로부터 판정될 수도 있다. 더 정확하게는, Vdd 바이어스 항목은 주어진 오실레이터 회로 기준 주파수의 곡선과 최악의 경우의 곡선(즉, 도면에서 제일 아래의 데이터 세트)간의 수평 방향 오프셋(horizontal offset)과 동일하다. 예컨대, 오실레이터 회로 기준 주파수 OSC1에 관련되는 Vdd 바이어스 항목은 도면에서 가로 방향 화살표(1010)로 나타내어진다. OSC2 곡선에 대한 Vdd 바이어스 항목은 가로 방향 화살표(1020)로 나타내어진다.

이들 셋업 단계가 완료되면, 판독 및 기록 동작 루틴에 관련된 일련의 단계들은 r/w 헤드(130)가 저장 디스크(110)의 상이한 존(230)을 액세스하도록 반복적으로 행해질 수 있다. 단계 830에서, 액세스될 다음 존은 r/w 헤드 제어기(400)에 의해 결정된다. 이 존 정보는 최악의 경우의 Vdd를 판정하기 위해, 단계 835에서 WCSV 룩업 테이블(410)을 어드레스하는데 이용된다.

다음으로, 단계 840에서, HDD SOC(300)의 오실레이터 회로 기준 주파수가 판정된다. r/w 헤드 제어기(400)로부터의 존 정보와 같이, 이 오실레이터 회로 기준 주파수 정보는, 단계 845에 기재된 바와 같이, 룩업 테이블, 이 경우에는 SVBT 룩업 테이블(430)을 어드레스하는 데에도 이용된다. 이 룩업 테이블의 결과가 Vdd 바이어스 항목이다. 그 후, 단계 835에서 판정된 이러한 Vdd 바이어스 항목 및 최악의 경우의 Vdd는 데이터 프로세서(440)에 제공된다. 단계 850에서, 데이터 프로세서는 최악의 경우의 Vdd로부터 Vdd 바이어스 항목을 빼서, 다음 존이 액세스되는 동안에 이용될 "최소" Vdd를 판정한다. 이 최소 Vdd는 VFDBE부(340)의 신호 처리 회로가 다음 존에 대한 DTR의 동작 주파수와 동일한 동작 주파수로 기능하게 한다.

단계 855에서, 데이터 프로세서(440)는, 가변 전압원이 최소 Vdd를 HDD SOC(300)의 VFDBE부(340)에 출력하게 하는데 적당한 제어 신호(아날로그 또는 디지털)를 가변 전압원(360)에 보낸다. 제어 신호의 특정 형태는 이러한 타입의 가변 전력원에 특정될 것이다. 이러한 방식으로 변환된 Vdd에 의해서, r/w 헤드(130)는 단계 860에서 저장 디스크(110)에 대해 판독 또는 기록한다. 이것이 완수되면, 당해 방법은 다른 존(230)이 액세스될 때에 재차 Vdd가 조정될 수 있도록 단계 830으로 되돌아간다.

최소 Vdd는 본 발명의 범위 내에서, 전술한 방식으로 정확히 판정될 필요가 없음을 유의해야 한다. 전술한 방식으로 최소 Vdd를 판정할 때에, 2개의 룩업 테이블로부터의 값을 조합하는, 전술한 방법과는 다른 방법은 오실레이터 회로 기준 주파수 각각에 대한 상이한 룩업 테이블을 어드레스하는 것을 포함한다. 그렇더라도, 그러한 다른 방법은 HDD SOC(300)에서의 저장 용량 요구에 상당히 부가될 수 있다.

단계 855에서 최소 Vdd의 값을 가변 전압원(360)에 보내기 전에, 단계 850에서 결정된 최소 VDD에 안전 마진(safety margin)을 부가하는 데이터 프로세서(440)를 가지는 것이 바람직하다는 것을 더욱 유의해야 한다. 그러한 안전 마진은, 다음의 판독 또는 기록 동작 시에, r/w 헤드(130)의 DTR을 디지털 신호 처리 회로가 매칭할 수 있음을 확신하는데 도움을 준다. 그러한 안전 마진은, 안전 마진에 대한 어떠한 다른 적절한 값이 이용되더라도, 예컨대 이전의 단계에서 결정된 Vdd 바이어스 항목 및 최악의 경우의 Vdd 간의 차이의 10%와 같을 수 있다. 오실레이터 회로 기준 주파수가 SVBT 룩업 테이블의 값들 사이에 있는 경우, 단계 845에서 SVBT 룩업 테이블(430)에서 다음으로 낮은 오실레이터 주파수 엔트리를 선택하는 것이 바람직하다는 것을 더욱 유의해야 한다. 이는 또한, 디지털 신호 처리 회로로의 전력 공급에 이용되는 최소 Vdd에 대한 안전한 마진을 부가한다.

WCSV 룩업 테이블(410) 및 SVBT 룩업 테이블(430)은 복수의 물리적 형태를 취할 수 있다. 이들 룩업 테이블은 예컨대, 하나 이상의 ROM(read-only memory), 플래시 메모리, PROM(programmable ROM), EPROM(erasable programmable ROM), 또는 EEPROM(electrically erasable programmable ROM)에서와 같은 HDD SOC(300)에서의 펌웨어 형태로 구현될 수 있다. 이와 달리 또는 부가적으로, 이들 룩업 테이블은 소프트웨어로 프로그래밍될 수도 있다.

HDD SOC의 VFDBE부를 구성하는 회로는 전형적으로 HDD SOC 내의 회로의 대략 절반을 차지한다. 그 결과, 실질적 전력 절약은, 도 8을 참조하여 설명한 방법(800)과 같은 본 발명의 관점에 따른 방법을 이용하여 얻을 수 있다. 특정한 전력 절약은 근본적으로, 주어진 HDD의 하나 이상의 기억 디스크 상의 데이터의 분포 및 이 데이터를 액세스하는 시간 패턴에 의존한다. 그렇더라도, 50%의 전력 절약을 종종 달성할 수 있다.

전술한 본 발명의 실시예는 단지 예시임을 재차 강조한다. 다른 실시예는 상이한 타입 및 배열의 소자, 제어 메카니즘, 및 전술한 기능을 구현하는 단계를 이용할 수 있다. 이들의 다양한 다른 실시예는 본 발명의 범위 내에 포함됨을 당업자라면 명확히 알 수 있다.

Claims (20)

1. 데이터 저장 드라이브에 있어서,
   저장 디스크와,
   복수의 데이터 전송 레이트로 상기 저장 디스크로부터 데이터를 판독하고 상기 저장 디스크로 데이터의 기록을 행하는 판독/기록 헤드와,
   상기 판독/기록 헤드와 신호 통신하는 신호 처리 회로를 구비하며,
   상기 신호 처리 회로는 상기 판독/기록 헤드의 상기 데이터 전송 레이트 중 현재 레이트의 함수로 상기 신호 처리 회로로의 공급 전압을 동적으로 변화시키는 가변 전압원에 의해 적어도 부분적으로 전원 공급되는
   데이터 저장 드라이브.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 데이터 저장 드라이브는 하드 디스크 드라이브를 구비하는
   데이터 저장 드라이브.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 신호 처리 회로는 현재의 데이터 전송 레이트와 실질적으로 동일한 주파수에서 구동되는
   데이터 저장 드라이브.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 데이터 저장 드라이브가 동작 중일 때에, 기준 주파수(reference frequency)로 동작하는 오실레이터 회로를 더 구비하며,
   상기 신호 처리 회로에 대한 공급 전압은 또한 상기 오실레이터 회로의 상기 기준 주파수의 함수인
   데이터 저장 드라이브.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 오실레이터 회로는 링 오실레이터를 구비하는
   데이터 저장 드라이브.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 신호 처리 회로로의 공급 전압은 적어도 하나 이상의 룩업 테이블을 어드레스함으로써 부분적으로 판정되는
   데이터 저장 드라이브.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 저장 디스크는 복수의 존으로 분할되어 있고,
   상기 하나 이상의 룩업 테이블 중 적어도 하나는 상기 복수의 존들 각각으로의 공급 전압과 관련되어 있는
   데이터 저장 드라이브.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 복수의 존 각각은 상기 저장 디스크의 표면 상의 제각각의 고리 형상(annular region) 영역을 규정하는
   데이터 저장 드라이브.
   
9. 제 7 항에 있어서,
   공급 전압을 상기 복수의 존 각각에 관련시키는 하나 이상의 룩업 테이블 중 적어도 하나의 룩업 테이블에서의 하나 이상의 엔트리는 상기 신호 처리 회로를 모델링함으로써 적어도 부분적으로 결정되는
   데이터 저장 드라이브.
   
10. 제 6 항에 있어서,
    하나 이상의 룩업 테이블 중 적어도 하나는 적어도 상기 데이터 저장 드라이브에서 펌웨어로 부분적으로 구현되는
    데이터 저장 드라이브.
    
11. 제 6 항에 있어서,
    하나 이상의 룩업 테이블의 적어도 하나는 적어도 상기 데이터 저장 드라이브에서 소프트웨어로 부분적으로 구현되는
    데이터 저장 드라이브.
    
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 전압원은 프로그램 가능한 전압원을 구비하는
    데이터 저장 드라이브.
    
    
13. 제 1 항에 있어서,
    마이크로프로세서를 더 구비하며,
    상기 마이크로프로세서는 상기 가변 전압원에 의해 상기 신호 처리 회로로 공급되는 공급 전압을 적어도 부분적으로 제어하는
    데이터 저장 드라이브.
    
14. 데이터 저장 드라이브를 구비하는 데이터 처리 시스템에 있어서,
    상기 데이터 저장 드라이브는,
    저장 디스크와,
    복수의 데이터 전송 레이트로 상기 저장 디스크로부터 데이터를 판독하고 상기 저장 디스크로 데이터의 기록을 행하는 판독/기록 헤드와,
    상기 판독/기록 헤드와 신호 통신하는 신호 처리 회로를 구비하며,
    상기 신호 처리 회로는 상기 판독/기록 헤드의 상기 데이터 전송 레이트 중 하나의 레이트로 전류의 함수로 상기 신호 처리 회로로의 공급 전압을 동적으로 변화시키는 가변 전압원에 의해 적어도 부분적으로 전원 공급되는
    데이터 처리 시스템.
    
    
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가변 전력원은 적어도 상기 신호 처리 회로를 부분적으로 구현하는 집적 회로로 구현되는
    데이터 처리 시스템.
    
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 가변 전력원은 적어도 상기 신호 처리 회로를 부분적으로 구현하는 집적 회로의 외부에 존재하는
    데이터 처리 시스템.
    
17. 제 14 항에 있어서,
    상기 데이터 저장 드라이브가 동작 중일 때에, 기준 주파수로 동작하는 오실레이터 회로를 더 구비하며,
    상기 신호 처리 회로에 대한 공급 전압은 또한 상기 오실레이터 회로의 기준 주파수의 함수인
    데이터 처리 시스템.
    
18. 제 14 항에 있어서,
    상기 신호 처리 회로로의 공급 전압은 적어도 하나 이상의 룩업 테이블을 어드레스함으로써 부분적으로 판정되는
    데이터 처리 시스템.
    
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 저장 디스크는 복수의 존으로 분할되어 있고,
    하나 이상의 룩업 테이블 중 적어도 하나는 상기 복수의 존의 각 존으로의 공급 전압과 연관되어 있는
    데이터 처리 시스템.
    
20. 데이터 저장 드라이브를 구동하는 방법에 있어서,
    상기 데이터 저장 드라이브의 저장 디스크로부터 데이터를 판독하고 상기 데이터 저장 드라이브로부터 데이터의 기록을 행하는 판독/기록 헤드의 현재 데이터 전송 레이트를 판정하는 단계와,
    상기 데이터 저장 드라이브의 신호 처리 회로에 공급되는 가변 공급 전압을 상기 판독/기록 헤드의 판정된 현재 데이터 전송 레이트의 함수로서 조정하는 단계를 포함하는
    데이터 저장 드라이브의 구동 방법.

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