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Dokumentenidentifikation DE69732679T2 13.04.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000814473
Titel Harddisk Spindle Motor Steuerschaltkreis mit entweder Pulsbreitensteuerung oder Linearausgang
Anmelder Texas Instruments Inc., Dallas, Tex., US
Erfinder Hassan, Mehedi, Plano, Texas 75025, US;
Whyte, Robert E., Dallas, Texas 75287, US;
Chloupek, James E., Plano, Texas 75075, US
Vertreter Prinz und Partner GbR, 81241 München
DE-Aktenzeichen 69732679
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 11.06.1997
EP-Aktenzeichen 973040793
EP-Offenlegungsdatum 29.12.1997
EP date of grant 09.03.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.2006
IPC-Hauptklasse G11B 19/28(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H02M 7/5387(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G11B 19/24(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von Computern und konkreter auf ein Verfahren und eine Schaltung zum Antreiben eines Festplattenlaufwerk-Spindelmotors.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Allgemein enthält ein Festplattenlaufwerk einen Stapel sich drehender Platten, einen Spindelmotor, der die Drehung der Platten verursacht, Lese-/Schreibköpfe, die über der Oberfläche der Platten fliegen, einen Aktuatormotor (bekannt als „Schwingspulenmotor" oder VCM), der die Positionierung der Lese-/Schreibköpfe steuert, einen Leistungsschaltkreis zur Lieferung elektrischer Leistung an den Spindel- und Schwingspulenmotor, und einen Steuerkreis zur Steuerung des Betriebs des Spindel- und Schwingspulenmotors.

Ein Lese-/Schreibkopf liest Daten von einer Platte, indem er Änderungen des Flusses auf der magnetischen Oberfläche der Platte wahrnimmt, wenn diese unter dem Lese-/Schreibkopf durchläuft. Zur Synchronisation der von der Platte gelesenen Daten mit dem Betrieb der Datenverarbeitungsschaltung ist es notwendig, die Drehgeschwindigkeit der Platten sorgfältig zu steuern. Dies wird erreicht, indem der an den Spindelmotor gelieferte Strom gesteuert wird.

Stromsteuerung wird allgemein auf eine von zwei Arten bewerkstelligt. Die erste Art ist Pulsweitenmodulation, bei der der Ansteuerstrom von einer Rechteckwelle moduliert wird. Strom wird nur dann an den Spindelmotor geliefert, wenn die Rechteckwelle hoch ist. Das Tastverhältnis des Pulsweitenmodulationssignals bestimmt somit den an den Spindelmotor gelieferten durchschnittlichen Strom.

Die andere Art der Stromsteuerung ist bekannt als lineare Stromsteuerung. In diesem Verfahren wird ein analoges Spannungseingangssignal geliefert, das proportional zum an den Spindelmotor zu liefernden Strom ist. Der Spindelmotorsteuerkreis verarbeitet dieses Eingangssignal und passt den Pegel des vom Leistungsschaltkreis gelieferten Stroms entsprechend an.

In der Vergangenheit waren diese beiden Arten der Stromsteuerung nur auf separaten IC-Bausteinen verfügbar. Somit musste ein Festplattenhersteller, wenn er einen Typ Festplattenlaufwerk mit Pulsweitenmodulation und einen anderen Typ Festplattenlaufwerk mit linearer Stromsteuerung herstellen wollte, einen separaten IC-Baustein für jeden Typ Festplattenlaufwerk entwickeln und herstellen. Da die Entwicklung und Herstellung von IC-Bausteinen teuer ist, wäre es vorteilhaft, sowohl lineare Stromsteuerung als auch Pulsweitenmodulation zur Auswahl auf demselben Baustein zur Verfügung zu haben, so dass ein einziger generischer Baustein entweder in einem Pulsweitenmodulationssystem oder einem linearen Stromsteuersystem verwendet werden könnte.

Die japanische Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer 04161081 beschreibt einen Spindelmotor-Steuerkreis. Dieses Dokument offenbart eine Motorsteuerkreis-Rückkopplungsschleife, umfassend eine Motorstromerkennungsschaltung, einen Operationsverstärker, einen Komparator, eine Sägezahnwelle erzeugende Schaltung, einen Endstufen-Steuerkreis, und desgleichen kann durch ein Linear-/PWM-Schaltnetz zwischen linearer Steuerung und PWM-Steuerung wählen. Das Linear-/PWM-Schaltnetz wählt eine rauscharme lineare Steuerung für einen Lesemodus aus, in dem Daten basierend auf einem Lesemodussignal von einer Platte ausgelesen werden, und anderenfalls wählt es durch Umschalten der Schalter eine hocheffiziente PWM-Steuerung aus. Anders ausgedrückt, darf eine lineare Steuerung nur im Lesemodus angewendet werden, wo der Geräuschpegel Probleme verursachen könnte. Gemäß der Struktur kann der durchschnittliche Leistungsverlust verringert werden.

U.S. Patent Nummer 5,204,594 beschreibt einen Schaltkreis zur Lieferung eines Signals, das proportional zum Strommittelwert ist, der durch Spulen eines sowohl in linearer als auch in PWM-Betriebsart betriebenen Motors fließt. Der Schaltkreis enthält einen Sensorwiderstand, über den eine Spannung, die die Stromversorgung für die Spulen darstellt, entwickelt wird. Die Spannung wird selektiv an eine Ausgangsschaltung angelegt, die als Tiefpassfilterschaltung arbeitet, wenn den Spulen Ansteuerungsstrom zugeführt wird, und als Spannungshalteschaltung arbeitet, wenn den Spulen kein Ansteuerungsstrom zugeführt wird. Die Ausgangsschaltung enthält einen Verstärker, der angeschlossen ist, um eine vom Sensorwiderstand erzeugte Spannung zu empfangen, wenn der Motor im linearen Modus betrieben wird, und sie enthält einen mit einem Widerstand parallel geschalteten Kondensator, wobei der Kondensator und der Widerstand zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Verstärkers geschaltet sind, um als Tiefpassfilterschaltung zu wirken. Ein in Reaktion auf PWM-Signale arbeitender Schalterstromkreis trennt die im Mittelwiderstand erzeugte Spannung vom Verstärker und trennt den Widerstand vom Kondensator, wenn den Spulen kein Ansteuerungsstrom zugeführt wird, um als Spannungshalteschaltung zu arbeiten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung wird in Ansprüchen 1, 6 und 10 spezifiziert. Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen spezifiziert.

Ein technischer Vorteil von Ausführungsbeispielen der Erfindung besteht darin, dass ein Verfahren und ein System zum Antreiben eines Festplattenlaufwerk-Spindelmotors bereitgestellt werden. Ein weiterer technischer Vorteil besteht darin, dass entweder Pulsweitenmodulation oder lineare Stromsteuerung für die Steuerung der Drehgeschwindigkeit des Spindelmotors gewählt werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung, ihrer Aufgaben und Vorteile, wird nun auf die folgende Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:

1 ein Gesamtblockdiagramm eines Festplattenlaufwerksystems ist;

2 ein Blockdiagramm des Leistungsschaltkreises und Steuerkreises für Festplattenlaufwerkaktuator- und Spindelmotoren ist, die die Erfindung verkörpern; und

3 ein schematisches Diagramm der Aktuator- und Spindelleistungsschaltkreise ist, die die Erfindung verkörpern.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und dessen Vorteile können am Besten verstanden werden, indem auf 1 bis 3 der Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen gleiche Zahlenzeichen für gleiche und entsprechende Teile der verschiedenen Zeichnungen verwendet werden.

Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Gesamtblockdiagramm eines die Erfindung verkörpernden Plattenlaufwerks gezeigt. Festplattenlaufwerk 1 enthält eine Mehrzahl von Platten 21, die an einer drehbaren Spindel 22 befestigt sind. Die Spindel 22 wird durch einen Spindelmotor (nicht gezeigt) gedreht.

Jede Platte 21 hat magnetische Aufzeichnungsoberflächen auf beiden Seiten der Platte. Leseköpfe 12 sind an den Aktuatorarmen 11 befestigt, die in Übereinstimmung durch einen Aktuatormotor (nicht gezeigt) bewegt werden. Die Leseköpfe 12 entdecken Änderungen des Magnetflusses auf den Oberflächen der Platten 21. Jede Flussänderung erzeugt ein Signal, das von einem Vorverstärker 30 gelesen wird. Der Vorverstärker 30 überträgt das Signal an Lesekanal 40, der das Signal dekodiert und anderweitig verarbeitet. Ein Beispiel einer vom Lesekanal 40 ausgeführten Funktion ist Partial-response, maximale Wahrscheinlichkeit der Entdeckung unter Verwendung eines Viterbi-Detektors.

Der Lesekanal 40 sendet die dekodierten Daten an Block 50, der einen Phasenregelkreis 51 enthält. Der Phasenregelkreis 51 kommuniziert mit dem Lesekanal 40, um sicherzustellen, dass die Daten von der Platte mit der richtigen Synchronisierung gelesen werden. Block 50 enthält auch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) 52, die die dekodierten Daten verarbeitet und mit dem Lesekanal 40, mit dynamischer RAM-Einheit 61, statischer RAM-Einheit 62, Flash-Speichereinheit 63 und Digitalsignalverarbeitungsblock 70 kommuniziert.

Lesekanal 40 sendet die dekodierten Daten in analoger Form an Digitalsignalverarbeitungsblock 70, Dieser Block enthält einen Analog-Digital-Wandler 71, digitale Signalverarbeitungsschaltung 73 und einen Digital-Analog-Wandler 72. Digitalsignalverarbeitungsblock 70 sendet Signale an Motorsteuerblöcke 110, 120 auf Steuerchip 100, die anzeigen, welche Aktionen die Spindel- und Aktuatormotoren als nächstes durchführen sollen. Unterstützungsfunktionsblock 130 auf Steuerchip 100 führt unten beschriebene Unterstützungsfunktionen aus.

Unter Bezugnahme auf 2 wird ein Funktionsblockdiagramm des Leistungsschaltkreises und Steuerkreises des Plattenlaufwerkmotors gezeigt. Steuerchip 100 ist ein Bi-CMOS-Chip, der Aktuatorsteuerblock 110, Spindelsteuerblock 120 und Unterstützungsfunktionsblock 130 enthält.

Leistungschip 200 ist ein DMOS-Chip, der Aktuatorleistungsblock 220 und Spindelleistungsblock 210 enthält, wobei jeder Leistungsblock eine Mehrzahl von Leistungs-FETs (in 3 gezeigt) umfasst. Aktuatorleistungsblock 210 liefert einen ausgewählten Strom an den Schwingspulenmotor 300, während Spindelleistungsblock 220 einen gewünschten Strom an Spindelmotor 400 liefert.

Aktuatorsteuerblock 110 enthält Tiefpassfilter 111, Fehlerverstärker 112, Aktuatormotor-Vorsteuerverstärker 113 und Leseverstärker 114. Eine Stromsteuervorrichtung 10, die zum Beispiel ein Teil eines Digitalsignalverarbeitungsblocks 70 sein kann, stellt eine Eingangsspannung bereit, die dem gewünschten Aktuatorstrom entspricht. Diese Spannung wird durch Tiefpassfilter 111 gefiltert. Leseverstärker 114 erzeugt ein Ausgangssignal, das proportional zum tatsächlich durch Aktuator 300 fließenden Strom ist, indem der Spannungsabfall am Messwiderstand 310 gemessen und verstärkt wird.

Fehlerverstärker 112 empfängt die Ausgabe des Leseverstärkers 114 (VSENSE), die Ausgabe des Tiefpassfilters 111 (VINPUT) und eine Referenzspannung von Referenzquelle 115 (VREF), die auf Steuerchip 100 erzeugt werden kann. Fehlerverstärker 112 nimmt die Differenz zwischen der Ausgabe des Leseverstärkers 114 und der Ausgabe des Tiefpassfilters 111. Diese Differenzspannung wird dann mit der Referenzspannung von Referenzquelle 115 verglichen, und die Differenz zwischen den beiden Spannungen wird verstärkt, um eine Zielspannung (VTARGET) zu erzeugen. Die Zielspannung ist proportional zur Differenz zwischen dem gewünschten und dem tatsächlichen Aktuatorstrom, mit einem Spannungsversatz, wie folgt: VTARGET = c·(VINPUT – VSENSE – VREF)(1)

Die Zielspannung ist die gewünschte Spannung an Aktuatormotorknoten 301 und 302. Diese gewünschte Steuerspannung erhält man auf eine Art, die unten zu beschreiben ist.

Unter Bezugnahme auf 3 enthält Aktuatorleistungsblock 220 FETs 221224. Die Gates von FETs 221224 empfangen vier Bit der Ausgabe vom Aktuatormotorsteuerblock 110 und konkreter vom Aktuatormotor-Vorsteuerverstärker 113. Die versorgungsseitigen FETs 221 und 223 haben Drains mit einer Hochspannung verbunden, während die masseseitigen FETs 222 und 224 Sourcen mit Masse verbunden haben. Die Sourcen der versorgungsseitigen FETs 221 und 223 sind mit den Drains der masseseitigen FETs 222 bzw. 224 und mit den Aktuatormotorknoten 301 bzw. 302 verbunden.

Unter erneuter Bezugnahme auf 2 sendet Aktuatormotor-Vorsteuerverstärker 113 analoge Ausgangssignale an die Gates der Leistungs-FETs 221224 (in 3 gezeigt), die als spannungsgesteuerte Widerstände agieren. Während des normalen Betriebs sperrt („OFF") Aktuatormotor-Vorsteuerverstärker 113 einen versorgungsseitigen FET 221 oder 223 und einen masseseitigen FET 222 oder 224. Die zwei gesperrten („OFF") FETs sind nicht mit demselben Knoten 301 bzw. 302 verbunden. Somit agiert ein versorgungsseitiger FET als gesteuerten Widerstand zwischen Aktuatormotor 300 und der Spannungsquelle, während ein masseseitiger FET als gesteuerten Widerstand zwischen Aktuatormotor 300 und Masse agiert. Aktuatormotor-Vorsteuerverstärker 113 kann somit sowohl die Richtung als auch die Höhe des durch Aktuatormotor 300 fließenden Stroms steuern.

Aktuatormotor-Vorsteuerverstärker 113 passt die Widerstände von FETs 221224 so an, dass die Spannung zwischen Knoten 301 und 302 der in Gleichung (1) oben berechneten Zielspannung gleicht. Aktuatormotor-Vorsteuerverstärker 113 „verstärkt" somit seine Eingangsspannungen indirekt durch Manipulation der Gate-Spannungen der FETs 221224.

Spindelsteuerblock 120 enthält Steuerlogikblock 121, spannungsgesteuerten Oszillator 122, Multiplexer 123 und 127, Kommutierungszustandsmaschine 124, Spindelvorsteuerung 125, Back-EMF-Mess-und-Vergleichsblock 126 und Transkonduktanzverstärker 128. Steuerlogikblock 121 empfängt vom Digitalsignalverarbeitungsblock 70 eine Drei-Bit-Führungsgröße, die die gewünschte Betriebsart des Spindelmotors auswählt. Mögliche ausgewählte Betriebsarten umfassen Anlaufen, Laufen, Auslaufen und Bremsen.

In der Betriebsart Anlaufen sendet Steuerlogikblock 121 ein Signal an Multiplexer 123, so dass die Kommutierungszustandsmaschine 124 um ein externes Signal vom Digitalsignalverarbeitungsblock 70 auf Eingangsleitung 123a vorgerückt wird. In der Betriebsart Laufen wählt Steuerlogikblock Multiplexer 123 aus, so dass Kommutierungszustandsmaschine 124 um ein Signal vom spannungsgesteuerten Oszillator 122 vorgerückt wird.

Wie im Fachgebiet der Plattenlaufwerksteuerkreise wohlverstanden ist, erzeugt Kommutierungszustandsmaschine 124 sechs Ausgangssignale, die versorgungsseitige und masseseitige Leistungs-FETs für jeden der drei Phaseneingänge 401403 des Spindelmotors 400 steuern. Kommutierungszustandsmaschine 124 schaltet durch Spindelvorsteuerung 125 FETs 211216 (in 3 gezeigt) synchron mit der Drehung des Spindelmotors 400, um dem Spindelmotor 400 das gewünschte Drehmoment zu liefern. In der Betriebsart Laufen ist das gewünschte Drehmoment beispielsweise in Richtung der Drehung des Spindelmotors 400, während in der Betriebsart Bremsen das gewünschte Drehmoment in der entgegengesetzten Richtung ist.

In der Betriebsart Laufen empfängt Back-EMF-Mess-und-Vergleichsblock 126 ein Eingangssignal von Knoten 401403, das die Leerlaufspannung (EMF), die auf dem sich im Leerlauf befindlichen (unangetriebenen) Eingang der Spindelmotorphaseneingänge 401403 erzeugt wird. Dieses Back-EMF-Signal wird mit der Ausgabe der Kommutierungszustandsmaschine 124 verglichen, um zu bestimmen, ob sich die Ausgabe der Kommutierungszustandsmaschine 124 in der gewünschten Phasenbeziehung mit der tatsächlichen Drehung des Spindelmotors 400 befindet.

Wenn die Phasen der Kommutierungszustandsmaschine 124 und der Drehung des Spindelmotors 400 verschoben sind, dann wird das gewünschte Drehmoment nicht am Spindelmotor 400 angelegt und die gewünschte Drehzahl wird nicht erreicht. Um diese Situation zu korrigieren, verstärkt oder verringert der Back-EMF-Mess-und-Vergleichsblock 126 sein Ausgangssignal an den spannungsgesteuerten Oszillator 122, um die Drehzahl, mit der die Kommutierungszustandsmaschine 124 vorgerückt wird, zu erhöhen oder zu vermindern, wodurch die Phasenbeziehung der Kommutierungszustandsmaschine 124 und der Drehung des Spindelmotors 400 korrigiert wird.

Unter Bezugnahme auf 3 enthält Spindelmotorleistungsblock 210 FETs 211216. Die Gates der FETs 211216 empfangen die sechs Bit der Ausgabe vom Spindelmotorsteuerblock 120. Die versorgungsseitigen FETs 211, 213, 215 haben Drains mit einer Versorgungsspannung verbunden, während die masseseitigen FETs 212, 214, 216 Sourcen indirekt mit Masse verbunden haben.

Die Sourcen der versorgungsseitigen FETs 211, 213, 215 sind mit den Drains der masseseitigen FETs 212, 214 bzw. 216 verbunden und jeweils mit Spindelmotoreingangsknoten 401403. Somit wird die Versorgungsspannung zum Beispiel an Knoten 401 angelegt, wenn versorgungsseitiger FET 211 durchgeschaltet wird, während masseseitiger FET 212 gesperrt („OFF") wird. Umgekehrt wird Knoten 401 geerdet, wenn FET 211 gesperrt („OFF") und FET 212 durchgeschaltet („ON") ist.

Unter erneuter Bezugnahme auf 2 ist Spindelmotor 400 ein Drehstrommotor, wie im Fachgebiet wohlverstanden ist. Um dem Motor Drehmoment zu liefern, muss einer der Knoten 401403 ein hohes Potential aufweisen, während ein anderer der Knoten geerdet sein muss. Kommutierungszustandsmaschine 124 und Spindelvorsteuerung 125 schalten FETs 211216 in Folge, um dem Spindelmotor 400 das gewünschte Drehmoment zu liefern.

Der Spindelsteuerblock 120 kann den Strom, der den Spindelmotor 400 treibt, entweder mittels Pulsweitenmodulation oder mittels linearer Stromsteuerung steuern. Multiplexer 127 empfängt eine Auswahleingabe am Eingangsanschluss 127a, die bestimmt, ob Pulsweitenmodulation oder lineare Stromsteuerung verwendet werden soll. Ein Pulsweitenmodulationssignal wird am Eingangsanschluss 127b empfangen, während ein analoges Stromsteuersignal am Eingangsanschluss 127c empfangen wird. Diese Signale können zum Beispiel vom Digitalsignalverarbeitungsblock 70 empfangen werden. Multiplexer 127 liefert der Spindelvorsteuerung 125 den durch das Auswahleingangssignal ausgewählten Eingabetyp.

Wenn Pulsweitenmodulation ausgewählt wird, wird das Tastverhältnis des Spindelvorsteuerausgangs durch das Tastverhältnis des Pulsweitenmodulationssignals gesteuert. Wenn das Pulsweitenmodulationssignal niedrig ist, zieht die Spindelvorsteuerung 125 die Gates der masseseitigen FETs 212, 214, 216 auf Masse, wodurch diese FETs gesperrt („OFF") werden. In diesem Zustand fließt kein Strom durch Spindelmotor 400. Wenn das Pulsweitenmodulationssignal hoch ist arbeitet Spindelvorsteuerung 125 normal und schaltet den entsprechenden masseseitigen FET durch („ON"), wie durch Kommutierungszustandsmaschine 124 angezeigt wird. Somit fließt Strom durch Spindelmotor 400 nur dann, wenn das Pulsweitenmodulationssignal hoch ist. Der durchschnittliche an Spindelmotor 400 gelieferte Strom hängt vom Tastverhältnis des Pulsweitenmodulationssignals ab.

Wenn lineare Stromsteuerung ausgewählt wird, wird ein analoges Steuersignal, das proportional zum gewünschten Spindelmotorstrom ist, vom Transkonduktanzverstärker 128 empfangen. Messwiderstand 410 ist zwischen die Sourcen der masseseitigen FETs 212, 214, 216 und ein Massepotential geschaltet. Der Spannungsabfall am Messwiderstand 410 ist daher proportional zum tatsächlich durch den Spindelmotor 400 fließenden Strom. Verstärker 128 vergleicht diese Spannung mit der linearen Stromsteuerspannung und liefert ein analoges Ausgangssignal an Spindelvorsteuerung 125, der diese Spannung am Gate des derzeitig von Kommutierungszustandsmaschine 124 ausgewählten masseseitigen FET 212, 214, 216 anlegt. Der ausgewählte masseseitige FET leitet dann einen Drain-Source-Strom, der proportional zur Ausgabe des Verstärkers 128 ist.

Unterstützungsfunktionsblock 130 enthält Spannungsmonitor 133, Aktuator-Rückziehblock 131 und Spindelbremsblock 132. Spannungsmonitor 133 überwacht die am Festplattenlaufwerk empfangene Versorgungsspannung. Wenn die Versorgungsspannung unter einen Schwellenpegel fällt, sendet Spannungsmonitor 133 ein Fehlersignal an Aktuator-Rückziehblock 131 und an Spindelbremsblock 132.

Aktuator-Rückziehblock 131 empfängt Eingangssignale, zum Beispiel vom Digitalsignalverarbeitungsblock 70, die anzeigen, wenn der Lesekopf auf einen Bereich auf der Platte zurückgezogen werden sollte, auf dem keine Daten gespeichert sind. Dies kann geschehen, wenn Strom für die Festplatte ausfällt, wenn die Versorgungsspannung durchhängt oder wenn das Laufwerk vom Anwender aus irgendeinem Grund „geparkt" wird.

Wenn die Versorgungsspannung abnimmt, ist ein schneller Rückzug der Leseköpfe wünschenswert, da jeder Lesekopf buchstäblich auf einem Luftkissen über dessen entsprechender Plattenoberfläche fliegt. Ein Lesekopf „stürzt" in die Platte, wenn die Plattendrehzahl auf einen kritischen Pegel abfällt. Daher muss der Kopf in einen sicheren Bereich der Platte gebracht werden, wo er „landen" kann, wenn Strom für den Spindelmotor ausfällt oder abfällt. Dazu wird ein Ausgangssignal an Aktuatormotor-Vorsteuerverstärker 113 gesendet, der einen schnellen Rückzug des Lesekopfs bewirkt, wenn Aktuator-Rückziehblock 131 am Eingangsanschluss 131a ein Fehlersignal vom Spannungsmonitor 133 empfängt, das einen Ausfall der Versorgungsspannung anzeigt.

Wenn ein Rückzug des Kopfs aus irgendeinem nicht kritischen Grund angefordert wird, ist ein langsamerer Rückzug zur Vermeidung potentiellen Schadens an den Leseköpfen, der durch plötzliche Beschleunigung verursacht wird, wünschenswert. Daher sendet Aktuator-Rückziehblock 131 ein Ausgangssignal an Aktuatormotor-Vorsteuerverstärker 113, das einen langsamen Rückzug des Lesekopfs bewirkt, wenn ein Rückzugssignal am Eingangsanschluss 131b empfangen wird.

Wenn das Festplattenlaufwerk ausgeschaltet werden soll, ist es wünschenswert, es den Platten zu gestatten, frei auszulaufen, und deren Drehzahl allmählich zu verlangsamen, bis eine kritische Geschwindigkeit erreicht wird. Bei der kritischen Geschwindigkeit ist es wünschenswert, die Drehung der Platten plötzlich zu stoppen, so dass bei „Landung" der Leseköpfe diese keine weite Entfernung in Kontakt mit der Plattenoberfläche zurücklegen müssen.

Daher empfängt Spindelbremsblock 132 Eingangssignale, einschließlich des Ausgangssignals vom Spannungsmonitor 133, die anzeigen, wenn die Drehung des Spindelmotors 400 gestoppt werden sollte. In Reaktion auf diese Signale sendet Spindelbremsblock 132 ein Ausgangssignal an Kommutierungszustandsmaschine 124, das bewirkt, dass diese die Richtung des am Spindelmotor 400 angelegten Drehmoments umkehrt.

Die Menge an Leistung, die vom Leistungschip 200 getrieben werden muss, variiert mit der Art des verwendeten Aktuator- und Spindelmotors. Somit werden zum Antrieb verschiedener Plattenlaufwerksmotoren 300, 400 unterschiedliche Leistungschips benötigt. Ein Vorteil des oben beschriebenen Systems in Übereinstimmung mit der Erfindung ist jedoch, dass die Steuersignale für jeden Leistungschip gleich sind. Somit kann derselbe Steuerchip 100 mit verschiedenen Leistungschips 200 und Plattenlaufwerksmotoren 300, 400 verwendet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass entweder Pulsweitenmodulation oder lineare Stromsteuerung zur Steuerung des Spindelmotors 400 gewählt werden kann.

Während Ausführungsbeispiele der Erfindung durch die vorhergehende ausführliche Beschreibung genau gezeigt und beschrieben wurden, werden die Fachleute verstehen, dass verschiedene andere Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, abzuweichen.


Anspruch[de]
  1. System zum Antreiben eines Festplattenlaufwerk-Spindelmotors (400), das Folgendes umfasst:

    einen Spindelmotor-Steuerkreis (120) zur Erzeugung einer Mehrzahl von Spindelmotor-Steuersignalen, wobei der Spindelmotor-Steuerkreis Folgendes umfasst:

    einen Multiplexer (127) zum Empfang eines Betriebsartenauswahlsignals, eines Pulsbreitenmodulationssignals und eines ersten Stromsteuersignals, um in Reaktion auf das Betriebsartenanwahlsignal entweder das Pulsbreitenmodulationssignal oder das erste Stromsteuersignal auszuwählen, und um ein Ausgangssignal, das dem aus dem Pulsbreitenmodulationssignal und dem ersten Stromsteuersignal ausgewählten Signal entspricht, zu erzeugen; und

    einen Spindelvortreiber (125) zum Empfang des Multiplexer-Ausgangssignals und zur Erzeugung der Spindelmotor-Steuersignale;

    einen spannungsgesteuerten Oszillator (122) zum Empfang eines Oszillator-Steuersignals und zur Erzeugung eines Oszillator-Ausgangssignals; und

    eine Kommutierungs-Zustandsmaschine (124) zum Empfang des Oszillatorausgangssignals, zur Erzeugung einer Mehrzahl von Transistorauswahlsignalen und zur Versorgung des Spindelvortreibers mit den Transistorauswahlsignalen; und

    einen Spindelmotor-Leistungsstromkreis (220) zum Empfang der Spindelmotor-Steuersignale und zur Versorgung des Spindelmotors mit einer Mehrzahl von Spindelmotor-Leistungssignalen.
  2. System aus Anspruch 1, bei dem der Spindelmotor-Leistungsstromkreis Folgendes umfasst:

    eine Mehrzahl von Ausgangsleitern (401, 402, 403), von denen jeder mit einem aus einer Mehrzahl von Eingangsanschlüssen des Spindelmotors verbunden ist, wobei jeder Ausgangsleiter zum Leiten eines entsprechenden Signals der Spindelmotor-Leistungssignale vorgesehen ist;

    eine Mehrzahl von versorgungsseitigen Leistungstransistoren (211, 213, 215), von denen jeder einen Steueranschluss zum Empfang eines entsprechenden Signals der Spindelmotor-Steuersignale, einen ersten Strom führenden Anschluss, der mit einer Spannungsquelle verbunden ist, und einen zweiten Strom führenden Anschluss, der mit einem entsprechenden Leiter der Ausgangsleiter verbunden ist, umfasst, wobei jeder Transistor einen Strom von der Spannungsquelle zu dem entsprechenden Ausgangsleiter in Reaktion auf das entsprechende Spindelmotor-Steuersignal leitet; und

    eine Mehrzahl von masseseitigen Leistungstransistoren (212, 214, 215), von denen jeder einen Steueranschluss zum Empfang eines entsprechenden Signals der Spindelmotor-Steuersignale und einen ersten Strom führenden Anschluss, der mit einem entsprechenden Leiter der Ausgangsleiter verbunden ist, umfasst, wobei jeder Transistor dafür vorgesehen ist, einen Strom von dem entsprechenden Ausgangsleiter in Reaktion auf das entsprechende Spindelmotor-Steuersignal zu leiten.
  3. System aus Anspruch 2, bei dem die Spindelmotor-Steuersignale versorgungsseitige Steuersignale und masseseitige Steuersignale umfassen, wobei jedes versorgungsseitige Steuersignal dem Steueranschluss eines entsprechenden Transistors der versorgungsseitigen Transistoren zugeführt wird, und wobei jedes masseseitige Steuersignal dem Steueranschluss eines entsprechenden Transistors der masseseitigen Transistoren zugeführt wird.
  4. System aus einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Spindelmotor-Steuerkreis ferner Folgendes umfasst:

    einen Stromfühler zum Detektieren eines Stroms, der vom Spindelmotor geleitet wird, und zur Erzeugung eines Ausgangssignal, das dies anzeigt; und

    einen Transkonduktanzverstärker (128) zum Empfang eines zweiten Stromsteuersignals und des Ausgangssignals des Stromfühlers und zur Erzeugung des ersten Stromsteuersignals.
  5. System aus Anspruch 4, bei dem der Stromfühler Folgendes umfasst:

    einen Widerstand (410) mit einem ersten und einem zweiten Anschluss, wobei der erste Anschluss mit einem Massepotential verbunden und dafür vorgesehen ist, den vom Spindelmotor geleiteten Strom zum Massepotential zu leiten; und

    einen Ausgangsleiter, der mit dem zweiten Anschluss des Widerstands verbunden und dafür vorgesehen ist, das Ausgangssignal des Stromfühlers weiterzuleiten.
  6. System aus Anspruch 1, bei dem der Spindelmotor-Steuerkreis ferner einen Phasendetektor (126) zum Empfang eines Phasenindikationssignals vom Spindelmotor, zum Empfang der Transistorauswahlsignale von der Kommutierungs-Zustandsmaschine und zur Erzeugung des Oszillatorsteuersignals umfasst.
  7. Festplattenlaufwerksystem, das Folgendes umfasst:

    eine Platte (21), die an einer drehbaren Spindel (22) befestigt ist, wobei die Platte ein magnetisches Medium zum Speichern von Daten aufweist;

    einen Spindelmotor-Steuerkreis (120) zur Erzeugung einer Mehrzahl von Spindelmotor-Steuersignalen, wobei der Spindelmotor-Steuerkreis Folgendes aufweist:

    einen spannungsgesteuerten Oszillator (122) zum Empfang eines Oszillator-Steuersignals und zur Erzeugung eines Oszillator-Ausgangssignals;

    eine Kommutierungs-Zustandsmaschine (124) zum Empfang des Oszillatorausgangssignals und zur Erzeugung einer Mehrzahl von Transistorauswahlsignalen;

    einen Multiplexer (127) zum Empfang eines Betriebsartenanwahlsignals, eines Pulsbreitenmodulationssignals und eines ersten Stromsteuersignals, um entweder das Pulsbreitenmodulationssignal oder das erste Stromsteuersignal in Reaktion auf das Betriebsartenanwahlsignal auszuwählen, und um ein Ausgangssignal, das dem aus dem Pulsbreitenmodulationssignal und dem ersten Stromsteuersignal ausgewählten Signal entspricht, zu erzeugen; und

    einen Spindelvortreiber (125) zum Empfang der Transistorauswahlsignale und des Multiplexer-Ausgangssignals und zur Erzeugung der Spindelmotor-Steuersignale;

    einen Spindelmotor-Leistungsstromkreis (220) zum Empfang der Spindelmotor-Steuersignale und zur Erzeugung einer Mehrzahl von Spindelmotor-Leistungssignalen; und

    einen Spindelmotor (400), der dafür vorgesehen ist, von den Spindelmotor-Leistungssignalen mit Strom versorgt zu werden, und dafür, die Drehung der Spindel zu steuern.
  8. Festplattenlaufwerksystem aus Anspruch 7, bei dem der Spindelmotor-Steuerkreis ferner einen Phasendetektor (126) zum Empfang eines Phasenindikationssignals vom Spindelmotor, zum Empfang der Transistorauswahlsignale von der Kommutierungs-Zustandsmaschine und zur Erzeugung des Oszillatorsteuersignals umfasst.
  9. Festplattenlaufwerksystem aus Anspruch 7, bei dem der Spindelmotor-Steuerkreis ferner Folgendes umfasst:

    einen Stromfühler zum Detektieren eines Stroms, der vom Spindelmotor geleitet wird, und zur Erzeugung eines Ausgangssignal; und

    einen Transkonduktanzverstärker (128) zum Empfang eines zweiten Stromsteuersignals und des Ausgangssignals des Stromfühlers und zur Erzeugung des ersten Stromsteuersignals.
  10. System aus Anspruch 9, bei dem der Stromfühler Folgendes umfasst:

    einen Widerstand (410) mit einem ersten und einem zweiten Anschluss, wobei der erste Anschluss mit einem Massepotential verbunden und dafür vorgesehen ist, den vom Spindelmotor geleiteten Strom zum Massepotential zu leiten; und

    einen Ausgangsleiter, der mit dem zweiten Anschluss des Widerstands verbunden und dafür vorgesehen ist, das Ausgangssignal des Stromfühlers weiterzuleiten.
  11. Festplattenlaufwerksystem aus einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die Spindelmotor-Steuersignale ein masseseitiges Steuersignal umfassen, wobei das masseseitige Steuersignal ein analoges Signal ist, das proportional zum ersten Stromsteuersignal ist, wenn das erste Stromsteuersignal ausgewählt wird, und wobei das masseseitige Steuersignal ein digitales Signal ist, das proportional zum Pulsbreitenmodulationssignal ist, wenn das Pulsbreitenmodulationssignal ausgewählt ist.
  12. Festplattenlaufwerksystem aus einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem der Spindelmotor-Leistungsstromkreis Folgendes umfasst:

    einen ersten Leistungstransistor (211) zum Empfang eines ersten der Spindelmotor-Steuersignale und zur Leitung eines ersten Stroms von einer Spannungsquelle zu einem ersten Eingangsanschluss (401) des Spindelmotors in Reaktion auf das erste Spindelmotor-Steuersignal;

    einen zweiten Leistungstransistor (212) zum Empfang eines zweiten der Spindelmotor-Steuersignale und zur Leitung eines zweiten Stroms vom ersten Eingangsanschluss des Spindelmotors in Reaktion auf das zweite Spindelmotor-Steuersignal;

    einen dritten Leistungstransistor (213) zum Empfang eines dritten der Spindelmotor-Steuersignale und zur Leitung eines dritten Stroms von der Spannungsquelle zu einem zweiten Eingangsanschluss (402) des Spindelmotors in Reaktion auf das dritte Spindelmotor-Steuersignal;

    einen vierten Leistungstransistor (214) zum Empfang eines vierten der Spindelmotor-Steuersignale und zur Leitung eines vierten Stroms vom zweiten Eingangsanschluss des Spindelmotors in Reaktion auf das vierte Spindelmotor-Steuersignal;

    einen fünften Leistungstransistor (215) zum Empfang eines fünften der Spindelmotor-Steuersignale und zur Leitung eines fünften Stroms von der Spannungsquelle zu einem dritten Eingangsanschluss (403) des Spindelmotors in Reaktion auf das fünfte Spindelmotor-Steuersignal; und

    einen sechsten Leistungstransistor (216) zum Empfang eines sechsten der Spindelmotor-Steuersignale und zur Leitung eines sechsten Stroms vom dritten Eingangsanschluss des Spindelmotors in Reaktion auf das sechste Spindelmotor-Steuersignal.
  13. Verfahren zum Antreiben eines Festplattenlaufwerk-Spindelmotors, das die Folgenden Schritte umfasst:

    Erzeugung eines Betriebsartenanwahlsignals;

    Erzeugung eines Pulsbreitenmodulationssignals;

    Erzeugung eines ersten Stromsteuersignals;

    Empfang des Betriebsartenanwahlsignals, des Pulsbreitenmodulationssignals und des ersten Stromsteuersignals an einem Multiplexer (127), Auswahl entweder des Pulsbreitenmodulationssignals oder des ersten Stromsteuersignals in Reaktion auf das Betriebsartenanwahlsignal und Erzeugung eines Ausgangssignals, das dem ausgewählten Signal aus dem Pulsbreitenmodulationssignal und dem ersten Stromsteuersignal entspricht;

    Empfang des Ausgangssignals des Multiplexers an einem Spindelvortreiber (125) und Erzeugung einer Mehrzahl von Spindelmotor-Steuersignalen;

    Empfang eines Oszillator-Steuersignals an einem spannungsgesteuerten Oszillator (122) und Erzeugung eines Oszillator-Ausgangssignals; und

    Empfang des Oszillatorausgangssignals an einer Kommutierungs-Zustandsmaschine (124), Erzeugung einer Mehrzahl von Transistorauswahlsignalen und Übertragung der Transistorauswahlsignale an den Spindelvortreiber;

    Empfang der Spindelmotor-Steuersignale an einem Spindelmotor-Leistungsstromkreis (220) und Erzeugung einer Mehrzahl von Spindelmotor-Leistungssignalen; und

    Empfang der Spindelmotor-Steuersignale an einem Spindelmotor (400) und Lieferung von Drehmoment an die Festplattenspindel.
  14. Verfahren aus Anspruch 13, bei dem der Schritt der Erzeugung des ersten Stromsteuersignals die folgenden Schritte umfasst:

    Erzeugung eines zweiten Stromsteuersignals;

    Messung eines Stroms, der vom Spindelmotor geleitet wird, an einem Stromfühler und Erzeugung eines Strompegel-Indikationssignals; und

    Empfang des zweiten Stromsteuersignals und des Strompegel-Indikationssignals an einem Transkonduktanzverstärker (128) und Erzeugung des ersten Stromsteuersignals.
  15. Verfahren aus Anspruch 13 oder Anspruch 14, bei dem der Schritt des Empfangs der Spindelmotor-Steuersignale und der Erzeugung der Spindelmotor-Leistungssignale die folgenden Schritte umfasst:

    Empfang eines ersten der Spindelmotor-Steuersignale an einem Steueranschluss eines ersten Leistungstransistors (211) und Leitung eines ersten Stroms von einer Spannungsquelle zu einem ersten Eingangsanschluss (401) des Spindelmotors in Reaktion auf das erste Spindelmotor-Steuersignal;

    Empfang eines zweiten der Spindelmotor-Steuersignale an einem Steueranschluss eines zweiten Leistungstransistors (212) und Leitung eines zweiten Stroms vom ersten Eingangsanschluss des Spindelmotors an ein Massepotential in Reaktion auf das zweite Spindelmotor-Steuersignal;

    Empfang eines dritten der Spindelmotor-Steuersignale an einem Steueranschluss eines dritten Leistungstransistors (213) und Leitung eines dritten Stroms von der Spannungsquelle zu einem zweiten Eingangsanschluss (402) des Spindelmotors in Reaktion auf das dritte Spindelmotor-Steuersignal;

    Empfang eines vierten der Spindelmotor-Steuersignale an einem Steueranschluss eines vierten Leistungstransistors (214) und Leitung eines vierten Stroms vom zweiten Eingangsanschluss des Spindelmotors an das Massepotential in Reaktion auf das vierte Spindelmotor-Steuersignal;

    Empfang eines fünften der Spindelmotor-Steuersignale an einem Steueranschluss eines fünften Leistungstransistors (215) und Leitung eines fünften Stroms von der Spannungsquelle zu einem dritten Eingangsanschluss (403) des Spindelmotors in Reaktion auf das fünfte Spindelmotor-Steuersignal; und

    Empfang eines sechsten der Spindelmotor-Steuersignale an einem Steueranschluss eines sechsten Leistungstransistors (216) und Leitung eines sechsten Stroms vom dritten Eingangsanschluss des Spindelmotors an das Massepotential in Reaktion auf das sechste Spindelmotor-Steuersignal
  16. Verfahren aus Anspruch 13, das ferner den Schritt des Empfangs der Transistorauswahlsignale und eines Phasenindikationssignals vom Spindelmotor an einem Phasendetektor (126) und den Schritt der Erzeugung des Oszillatorsteuersignals umfasst.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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