KR980010857A

KR980010857A - 디스크 드라이브의 스핀들 모터 제동회로와 그 제어방법

Info

Publication number: KR980010857A
Application number: KR1019960031343A
Authority: KR
Inventors: 손병국
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1996-07-29
Filing date: 1996-07-29
Publication date: 1998-04-30
Also published as: KR100233126B1

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

CSS방식을 채용한 디스크 드라이브에서 스핀들모터를 구동중에 제동시켜 정지시키는 회로와 그 제어방법에 관한 것이다.

나. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제

절전모드로 될 경우에도 신속히 스핀들모터를 정지시킬 수 있는 회로와 그 제어방법을 제공한다.

다. 발명의 해결방법의 요지

스핀들모터가 정상회전하는 중에 절전모드로 전환될때 스핀들모터 드라이버에 인가하는 구동클럭의 주파수를 정상주파수보다 낮게 설정된 제동주파수로 변경한후, 스핀들모터의 회전속도가 제동주파수에 대응하는 속도가 될때 스핀들모터 드라이버를 디스에이블시킴으로써 스핀들모터의 제동시간을 단축한다.

라. 발명의 중요한 용도

절전모드로 될때 스핀들모터를 신속히 정지시키는데 이용한다.

Description

디스크 드라이브의 스핀들 모터 제동회로와 그 제어방법

본 발명은 CSS(Contact Start Stop)방식을 채용한 디스크 드라이브(disk drive)에 관한 것으로, 특히 스핀들모터(spindle motor)를 구동중에 제동시켜 정지시키는 회로와 그 제어방법에 관한 것이다.

통상적으로 HDD(Hard Disk Drive)와 같은 디스크 드라이브에 있어서 디지탈정보를 저장하는 디스크는 스핀들모터에 의해 회전된다. 스핀들모터는 디스크 드라이브의 주제어장치로 사용되는 마이크로컴퓨터(microcomputer: 이하 "마이컴"이라 함)에 의해 제어되는 스핀들모터 드라이버(driver)에 의해 구동된다. 스핀들모터 드라이버는 원칩 IC(Integrated Circuit)로 제공되며, 스핀들모터를 목표속도로 정속회전시킨다. 상기 목표속도는 디스크 드라이브마다 다르나 예를들면 5400RPM이 된다. 이러한 디스크 드라이브는 디스크가 정속회전하는 상태에서 디스크상을 비행하는 헤드에 의해 디스크상에 디지탈정보를 기록/독출하도록 되어 있다. 이때 헤드는 스핀들모터의 회전력에 의해 발생하는 기류에 의해 디스크상으로부터 부상한다.

이와 같이 디스크가 정속회전, 즉 스핀들모터가 정속회전을 하고 있는 상태에서 전원이 "오프"되면, 스핀들모터는 정지하게 된다. 이때 스핀들모터는 전원이 "오프"되는 순간에 바로 정지되지 않고 전원이 "오프"된 시점부터 회전속도가 점차 낮아지면서 어느 정도의 시간, 통상적으로 수십초가 경과된 다음에 완전히 정지한다.

한편 CSS방식을 채용한 디스크 드라이브는 전원이 "오프"될 경우 헤드를 디스크상에 특별히 마련된 파킹영역(parking zone)으로 옮겨 파킹시킨다. 이와 같이 헤드를 파킹시킬때 스핀들모터의 회전속도가 낮아짐에 따라 헤드도 점차 하강한다. 통상적으로 헤드가 하강하기 시작하는 스핀들모터의 회전속도, 즉 헤드 하강속도는 대략 1500RPM 정도이며, 약 1000RPM 정도까지 낮아지면 헤드는 디스크상에 완전히 착륙하게 된다. 이때 여전히 디스크가 회전하고 있는 상태이므로 디스크가 완전히 정지할때까지 헤드와 디스크는 서로간의 충돌로 인한 충격과 마찰로 인해 손상된다. 이러한 손상은 전원이 "오프"된 시점부터 스핀들모터가 완전히 정지하게 되는 시점까지의 시간이 길어질 수록 더욱 심해진다.

이에따라 전원 "오프"시에 상기한 바와 같이 발생되는 헤드 및 디스크의 손상을 최소화하기 위해 디스크 드라이브는 별도의 제동회로를 채용하여 왔다. 상기 제동회로는 전원이 "오프"될때 액티브(active)되어 스핀들모터를 제동시키는데, 통상적으로 전원이 "오프"된 시점부터 5초이내에 스핀들모터를 완전히 정지시킨다. 그리고 헤드는 스핀들모터가 규정된 회전속도보다 점차 낮아지는 경우에도 기류의 힘에 의해 5초정도는 부상상태를 유지한다. 이에따라 헤드가 디스크상에 착륙하기 전에 스핀들모터가 제동회로에 의해 완전히 또는 거의 정지함으로써 전술한 바와 같은 헤드 및 디스크의 손상을 최소화할 수 있게 된다.

한편 디스크 드라이브를 채용하는 퍼스널 컴퓨터(Personal Computer: 이하 "PC"라 함)는 사용자가 PC의 주전원을 "오프"시키지 않은 상태에서 장시간동안 사용치 않을 경우 불필요한 전력소비를 방지하기 위해 절전기능을 구비하는 추세이다. 이에따라 디스크 드라이브도 불필요한 소비전력을 줄이기 위한 스탠바이 모드(standby mode), 슬립 모드(sleep mode)와 같은 절전모드(power saving mode)를 구비한다. 이러한 절전모드로 전환될때 디스크 드라이브의 마이컴은 스핀들모터 드라이버를 디스에이블(disable)시킴으로써 스핀들모터의 구동을 정지시키며 이와 동시에 헤드를 파킹시킨다. 그러나 이때 전원은 여전히 "온"상태이므로 제동회로가 액티브되지 않게 되므로 제동이 이루어지지 않아 전술한 바와 같은 헤드 및 디스크의 손상이 발생된다.

상술한 바와 같이 종래에는 전원이 "오프"될 경우에는 제동회로가 동작되지만, 절전모드로 될경우에는 제동회로가 동작되지 않음으로써 헤드 및 디스크가 심하게 손상되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 절전모드로 전환될 경우에도 신속히 스핀들모터를 정지시킬 수 있는 스핀들모터 제동회로 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 스핀들모터 제동회로도.

제2도는 제1도의 비교기의 동작 파형도.

제3도은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 흐름도.

제4도는 제3도의 제어에 따른 스핀들모터의 속도변화상태도.

제5도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 흐름도

제6도는 제5도의 제어에 따른 스핀들모터의 속도 변화상태도.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 스핀들모터가 정상회전하는 중에 절전모드로 전환될때 스핀들모터 드라이버에 인가하는 구동클럭의 주파수를 정상주파수보다 낮게 설정된 제동주파수로 변경한후, 스핀들모터의 회전속도가 제동주파수에 대응하는 속도가 될때 스핀들모터 드라이버를 디스에이블시킴을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서 구체적인 회로구성이나 흐름도, 논리상태, 동작 파형, 회전속도등과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들 없이 본 발명이 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 자명할 것이다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들모터의 제동회로도를 보인 것이다. 클럭발생부(100)는 마이컴(106)과 비교기(108)로 구성하는 제어부(110)의 마이컴(106)의 제어에 따라 정상주파수와 제동주파수중 하나를 가지는 구동클럭 SCLK을 발생하여 스핀들모터 드라이버(102)에 인가한다. 상기 정상주파수는 스핀들모터(104)의 정속회전, 즉 전술한 예에서의 5400RPM이 되도록 하기 위한 주파수를 의미하고, 제동주파수는 후술하는 바와 같이 본 발명에 따라 정상주파수보다 낮게 설정한 주파수이다. 이와 같이 구동클럭 SLCK의 주파수를 변경하기 위해 클럭발생부(100)는 두가지의 수정진동자를 사용하여 두가지 주파수신호를 발생시킨후 마이컴(106)의 제어에 따라 하나를 선택하여 출력하도록 구성한다. 이와달리 클럭발생부(100)는 하나의 기본주파수신호를 서로 다른 분주비로 분주하여 두가지 주파수를 가지는 신호를 만든후 마이컴(106)의 제어에 따라 하나를 선택하여 출력하도록 구성하여도 된다. 이와같이 주파수를 선택적으로 변경하여 클럭을 발생하는 것은 본 발명의 기술분야에서 공지된 기술이므로 상세한 설명을 생략한다. 스핀들모터 드라이버(102)는 클럭발생부(100)로부터 인가되는 구동클럭 SCLK을 입력하여 그의 주파수에 대응되는 주기를 가지는 구동신호를 스핀들모터(104)에 인가하여 스핀들모터(104)를 구동시킨다. 이때 스핀들모터 드라이버(102)와 스핀들모터(104)간에는 서로 다른 위상들 U,V,W로 연결되며 N은 중성단자를 나타낸다. 그리고 스핀들모터 드라이버(102)는 마이컴(106)에 의해 인에이블 또는 디스에이블된다. 마이컴(106)은 정상모드인 동안에는 통상적인 경우와 마찬가지로 스핀들모터 드라이버(102)를 인에이블시킴과 아울러 클럭발생부(100)를 제어하여 구동클럭 SCLK의 주파수를 정상주파수로 발생한다. 이러한 상태에서 절전모드로 전환될때 마이컴(106)은 클럭발생부(100)를 제어하여 구동클럭 SCLK을 제동주파수로 변경한후, 스핀들모터(104)의 회전속도가 제동주파수에 대응하는 속도가 될때 스핀들모터 드라이버(102)를 디스에이블시킨다. 이때 마이컴(106)은 비교기(108)로부터 입력되는 구형파신호의 주기로부터 스핀들모터(104)의 회전속도를 감지한다. 이러한 마이컴(106)은 전술한 바와 같이 통상적인 디스크 드라이브에 주제어장치로서 구비되는 마이컴을 사용한다.

여기서 비교기(108)를 이용한 스핀들모터(104)의 회전속도 감지에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 세개의 위상 U,V,W에 나타나는 신호 파형은 각각 제2도의 (A),(B),(C)에 도시한 바와 같이 나타나며, 스핀들모터(104)의 회전속도에 비례하는 주기를 가진다. 그러므로 스핀들모터(104)의 세개의 위상 U,V,W중 임의의 위상에 나타나는 신호의 주기를 검사함으로써 스핀들모터(104)의 회전속도를 알 수 있게 된다. 제1도은 세개의 위상 U,V,W중에 위상 U을 이용한 예를 보인 것이다. 즉, 비교기(108)의 비반전입력단자(+)를 스핀들모터(104)의 위상 U에 연결하고 반전입력단자(-)를 제2도의 (D)와 같은 파형의 신호가 나타나는 중성단자 N에 연결하며, 출력단자는 마이컴(106)에 연결한다. 그러면 비교기(108)는 제2도의 (E)와 같이 두 입력신호의 레벨을 비교하여 비교 결과에 따른 제2도의 (F)와 같은 구형파신호를 발생한다. 이러한 구형파신호의 주기를 카운트함으로써 마이컴(106)은 스핀들모터(104)의 회전속도를 확인할 수 있게 된다. 이와같이 구형파신호의 주기를 카운트하여 속도를 확인하는 것은 본 발명의 기술분야에서 공지된 기술이므로 상세한 설명을 생략한다

상기한 스핀들모터(104)를 회전시키려면, 구동클럭 SCLK을 규정된 목표속도에 대응하는 일정 주파수로 외부에서 스핀들모터 드라이버(102)에 인가하여 주어야 한다. 이에따라 정상모드인 경우 마이컴(106)은 통상적인 경우와 마찬가지로 구동클럭 SCLK이 정상주파수를 가지도록 클럭발생부(100)를 제어한다. 그러면 스핀들모터 드라이버(102)는 구동클럭 SCLK에 의해 스핀들모터(104)를 일정한 회전속도로 구동한다.

이러한 상태에서 절전모드로 전환되면 마이컴(106)은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 흐름도를 보인 제3도에 따른 제어 동작을 수행한다. 먼저 마이컴(106)은 (300)단계에서 클럭발생부(100)를 제어하여 구동클럭 SCLK의 주파수를 제동주파수로 변경한다. 이때 제동주파수는 상기한 바와 같이 정상주파수보다 낮게 설정되고 스핀들모터(104)의 회전속도는 스핀들모터 드라이버(102)에 인가되는 구동클럭 SCLK의 주파수에 비례하므로 스핀들모터(104)의 회전속도는 제동주파수에 따라 급격히 떨어지게 된다. 상기 제동주파수는 스핀들모터(104)의 최저 응답속도에 대응하는 주파수로 설정하는 것이 바람직하다. 이는 구동클럭 SCLK의 주파수를 낮출수록 스핀들모터(104)의 회전속도가 낮아지나 최저 응답속도까지 낮아지게 되면 구동클럭 SCLK의 주파수 하강에 응답하지 않게 되기 때문이다. 이러한 최저 응답속도는 디스크 드라이브마다에 사용된 스핀들모터(104)와 스핀들모터 드라이버(102)의 특성에 따라 달라지는데, 통상적으로 헤드가 디스크상에 완전히 착륙하게 되는 속도인 1000RPM보다 낮다. 그러므로 제동주파수의 실제값은 해당 디스크 드라이브에 사용된 스핀들모터(104)와 스핀들모터 드라이버(102)의 특성에 따라 설정한다.

상기한 바와 같이 절전모드로 될때 구동클럭 SCLK의 주파수를 제동주파수로 변경하여 낮추면, 비록 제동회로가 동작하지 않는다해도 스핀들모터 드라이버(102)에 의해 스핀들모터(104)의 회전속도가 신속히 스핀들모터(104)의 최저 응답속도까지 낮아짐으로써 스핀들모터(104)의 제동시간을 단축시키게 된다. 이러한 스핀들모터(104)의 속도 변화상태를 제4도에 보였다. 제4도는 스핀들모터(104)가 5400RPM으로 정속회전하고 있는 상태에서 t0시점에서 절전모드로 전환될때 스핀들모터(104)의 속도 하강상태를 보인 것으로, 정상속도가 5400RPM이고 최저 응답속도가 500RPM인 예를 들어 보였다.

상기 (300)단계에서 구동클럭 SCLK의 주파수를 제동주파수로 변경한후, 마이컴(106)은 (302)∼(304)단계에서 비교기(108)의 출력으로부터 스핀들모터(104)의 회전속도를 확인한다. 이때 스핀들모터(104)의 회전속도가 제4도의 t1시점과 같이 최저 응답속도인 500RPM까지 떨어지면, 마이컴(106)은 (306)단계에서 통상적인 경우와 같이 스핀들모터 드라이버(102)를 디스에이블시킨후 종료하여 통상적인 절전모드를 수행한다. 그러면 스핀들모터(104)는 제4도의 t2시점에서 완전히 정지하게 된다.

따라서 종래에는 절전모드로 전환될때 제동회로가 동작하지 않음에 따라 스핀들모터(104)의 회전속도가 제4도의 곡선 S2과 같이 완만히 낮아지게 됨으로써 제동시간이 길어졌었으나, 본 발명은 구동클럭 SCLK의 주파수를 제동주파수로 변경함에 따라 비록 제동회로가 동작하지 않는다해도 스핀들모터(104)의 속도가 곡선 S1과 같이 500RPM까지 신속히 낮아지게 됨으로써 제동시간이 그만큼 단축된다. 그러므로 절전모드로 전환될때 헤드 파킹에 따른 헤드와 디스크의 손상을 최소화할 수 있게 된다.

한편 상기한 바와 같이 스핀들모터(104)를 제동시키는 것은 스핀들모터(104)를 토오크(torque)가 작은 것을 사용할 경우에는 적당하나, 스핀들모터(104)의 토오크가 클 경우에는 스핀들모터(104)의 회전속도를 우선 헤드 하강속도까지 낮춘 다음에 최저 응답속도에 대응하는 주파수로 변경하는 것이 바람직하다. 즉, 구동클럭 SCLK의 주파수로 두 단계에 걸쳐 낮추면 스핀들모터(104)의 토오크가 클 경우에도 보다 신속히 제동이 이루어지게 된다.

이와 같이 구동클럭 SCLK의 주파수로 두 단계에 걸쳐 낮추기 위해서는 제1도의 클럭발생부(100)를 세가지 주파수, 즉 정상주파수와 제1, 제2제동주파수를 발생할 수 있도록 변경한다. 즉, 클럭발생부(100)를 상술한 바와 같이 세가지의 수정진동자를 사용하여 세가지 주파수신호를 발생시키거나 하나의 기본주파수신호를 서로 다른 분주비로 분주하여 세가지 주파수를 가지는 신호를 만든후 마이컴(106)의 제어에 따라 하나를 선택하여 출력하도록 구성한다. 본 발명의 실시예에 있어서 제1제동주파수는 헤드 하강속도에 대응하는 주파수로 설정하고 제2제동주파수는 최저 응답속도에 대응하는 주파수로 설정한다. 그리고 마이컴(106)이 제5도의 흐름도에 따른 제동 제어동작을 하도록 프로그램한다.

그러면 절전모드로 전환될때 마이컴(106)은 (500)∼(504)단계에서 클럭발생부(100)를 제어하여 구동클럭 SCLK의 주파수를 제1제동주파수로 변경하고 비교기(108)의 출력으로부터 스핀들모터(104)의 회전속도를 확인한다. 이때 스핀들모터(104)의 회전속도가 헤드 하강속도까지 낮아지면, 마이컴(106)은 (506)단계에서 구동클럭 SCLK의 주파수를 제2제동주파수로 변경한다. 이에따라 스핀들모터(104)의 회전속도는 제6도에 보인 바와 같이 t0시점부터 제1제동주파수에 따라 t1시점의 1500RPM까지 떨어진후 제2제동주파수에 따라 t2시점에서 500RPM까지 떨어진다. 상기 제6도는 제4도와 마찬가지로 스핀들모터(104)가 5400RPM으로 정속회전하고 있는 상태에서 t0시점에서 절전모드로 전환될때 스핀들모터(104)의 속도 하강상태를 보인 것으로, 정상속도가 5400RPM이고 헤드 하강속도가 1500RPM이며 최저 응답속도가 500RPM인 예를 들어 보였다.

상기 (506)단계에서 구동클럭 SCLK의 주파수를 제동주파수로 변경한후, 마이컴(106)은 (508)∼(510)단계에서 비교기(108)의 출력으로부터 스핀들모터(104)의 회전속도를 확인한다. 이때 스핀들모터(104)의 회전속도가 제6도의 t2시점과 같이 최저 응답속도인 500RPM까지 떨어지면 (512)단계에서 통상적인 경우와 같이 스핀들모터 드라이버(102)를 디스에이블시킨후 종료하여 통상적인 절전모드를 수행한다. 그러면 스핀들모터(104)는 제6도의 t3시점에서 완전히 정지하게 된다. 즉, 전술한 바와같이 스핀들모터(104)의 회전속도가 약 1500RPM으로 되는 시점이 헤드가 하강되는 시점이므로 헤드가 파킹영역으로 이동하는 동안 스핀들모터(104)의 회전속도를 신속히 1500RPM까지 낮춘후 다시 최저 응답속도로 낮춘 다음에 스핀들모터 드라이버(102)를 디스에이블시키는 것이다.

따라서 스핀들모터(104)의 회전속도를 우선 헤드 하강속도로 낮춘 다음에 최저 응답속도에 대응하는 주파수로 낮춤으로써 스핀들모터(104)의 토오크가 클 경우에도 스핀들모터(104)를 신속히 정지시킬 수 있게 된다.

한편 상술한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 여러가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 특히 본 발명의 실시예에서는 절전모드로 될때 구동클럭의 주파수를 한번 또는 두번 낮추는 것을 예시하였으나, 필요한 경우 더 여러번에 걸쳐 단계적으로 구동클럭의 주파수를 낮출 수도 있다. 그리고 상술한 본 발명의 두가지 실시예는 디스크 드라이브에 채용된 스핀들모터에 따라 어느 한가지를 선택하여 적용하면 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 절전모드로 될 경우에도 스핀들모터를 신속히 정지시킴으로써 헤드 및 디스크의 손상을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

Claims

CSS방식을 채용한 디스크 드라이브의 스핀들모터 제동회로에 있어서, 정상주파수와 그보다 낮은 제동주파수중 하나를 가지는 구동클럭을 발생하는 클럭발생부와, 상기 구동클럭을 입력하여 그의 주파수에 대응되는 주기를 가지는 구동신호를 상기 스핀들모터에 인가하여 상기 스핀들모터를 구동시키는 스핀들모터 드라이버와, 정상모드인 동안에는 상기 구동클럭을 상기 정상주파수로 발생하도록 상기 클럭발생부를 제어하며, 절전모드로 전환될때 상기 구동클럭을 상기 제동주파수로 변경한후 상기 스핀들모터의 회전속도가 상기 제동주파수에 대응하는 속도가 될때 상기 스핀들모터 드라이버를 디스에이블시키는 제어부를 구비함을 특징으로 하는 스핀들모터 제동회로.
제1항에 있어서, 상기 제동주파수가, 상기 스핀들모터의 최저 응답속도에 대응하는 주파수로 설정됨을 특징으로 하는 스핀들모터 제동회로.
CSS방식을 채용한 디스크 드라이브에서 스핀들모터 드라이버에 의해 구동되는 스핀들모터의 제동을 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 스핀들모터가 정상회전하는 중에 절전모드로 전환될때 상기 스핀들모터 드라이버에 인가하는 구동클럭의 주파수를 정상주파수보다 낮게 설정된 제동주파수로 변경하는 과정과, 이후 상기 스핀들모터의 회전속도가 상기 제동주파수에 대응하는 속도가 될때 상기 스핀들모터 드라이버를 디스에이블시키는 과정을 구비함을 특징으로 하는 스핀들모터 제동 제어방법.
제3항에 있어서, 상기 제동주파수가, 상기 스핀들모터의 최저 응답속도에 대응하는 주파수로 설정됨을 특징으로 하는 스핀들모터 제동 제어방법.
CSS방식을 채용한 디스크 드라이브에서 스핀들모터 드라이버에 의해 구동되는 스핀들모터의 제동을 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 스핀들모터가 정상회전하는 중에 절전모드로 전환될때 상기 스핀들모터 드라이버에 인가하는 구동클럭의 주파수를 상기 디스크 드라이브의 헤드 하강속도에 대응하는 제1제동주파수로 변경하는 과정과, 이후 상기 스핀들모터의 회전속도가 상기 헤드 하강속도가 될때 상기 구동클럭의 주파수를 상기 스핀들모터의 최저 응답속도에 대응하는 제2제동주파수로 변경하는 과정과, 이후 상기 스핀들모터의 회전속도가 상기 최저 응답속도가 될때 상기 스핀들모터 드라이버를 디스에이블시키는 과정을 구비함을 특징으로 하는 스핀들모터 제동 제어방법.

※ 참고사항：최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.