KR100630721B1 - 하드디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어 방법, 트랙 탐색제어 장치 그리고 이에 적합한 기록 매체 - Google Patents

하드디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어 방법, 트랙 탐색제어 장치 그리고 이에 적합한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하드디스크 드라이브 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 정현파 가속도 궤적에 따른 트랙 탐색 제어 장치에 있어서 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 왜곡과 위상 지연을 보상하는 트랙 탐색 방법 및 장치에 관한 것이다.
하드디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어 방법은 정현파의 가속도 궤적에 따른 위치 y*(n), 속도 v*(n), 그리고 가속도 a*(n)을 얻기 위한 이상적인 정현파와 이득 및 위상 왜곡을 나타내는 정현파를 합성하고, 합성된 정현파 즉, 이득 및 위상 왜곡을 보상하기 위한 정현파에 의해 VCM 구동 신호 u(n)를 발생함으로써 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡 C(j2πf)를 보상한다.

Description

하드디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어 방법, 트랙 탐색 제어 장치 그리고 이에 적합한 기록 매체{Method and appratus for track seek control of hard disk drive and recording medium therefor}
도 1은 종래의 정현파 형태의 가속도 궤적을 이용한 트랙 탐색 제어 장치의 구성을 보이는 것이다.
도 2는 트랙 탐색 시간 TSK 는 트랙 탐색 거리 XSK 의 관계를 보인다.
도 3a 및 도 3b는 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 왜곡 및 위상 지연을 보이는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 트랙 탐색 제어 방법을 도식적으로 보이는 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 트랙 탐색 제어 방법을 보이는 흐름도이다.
도 6은 본 발명이 적용되는 하드디스크 드라이브의 구성을 보이는 것이다.
도 7은 도 6에 도시된 하드디스크 드라이브를 제어할 수 있는 전기 시스템을 보이는 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 트랙 탐색 제어 장치의 구성을 보이는 것이다.
본 발명은 하드디스크 드라이브 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 정현파 가속도 궤적에 따른 트랙 탐색 제어 장치에 있어서 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 왜곡과 위상 지연을 보상하는 트랙 탐색 방법 및 장치에 관한 것이다.
하드디스크 드라이브는 회전하는 디스크 상의 자계를 감지하고 자화 시킴으로써 정보를 기록하고 읽을 수 있는 복수의 자기 변환기(magnetic transducer)들을 포함하고 있다. 정보는 동심원 형상의 트랙들 상에 저장된다. 각각의 트랙들은 고유의 디스크 번호 및 트랙 번호를 가지며, 복수의 디스크들에 있어서 동일한 트랙 번호를 가지는 트랙들을 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 어셈블리는 액튜에이터 암에 부착되어 있다. 액튜에이터 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 콘트롤러를 포함하고 있다. 여기된 보이스 코일 모터는 액튜에이터 암을 회전시켜 변환기들을 디스크(들)의 표면을 가로질러 이동시킨다.
정보를 기록하거나 또는 읽을 때, 하드디스크 드라이브는 변환기를 한 실린더에서 다른 실린더로 이동시키기 위한 트랙 탐색 제어 루틴을 실행할 가능성이 있 다. 트랙 탐색 제어 루틴 도중에 보이스 코일 모터는 변환기가 디스크 표면의 어떤 실린더로부터 새로운 실린더 위치로 이동시키도록 여기된다. 콘트롤러는 변환기가 정확한 실린더 위치 및 트랙의 중앙으로 이동될 수 있도록 보이스 코일 모터에 인가되는 전류를 제어한다.
될수록 디스크(들)로부터 정보를 읽거나 기록하는데 필요한 시간을 최소화시키는 것이 바람직하다. 그러므로, 하드디스크 드라이브에 의하여 실행되는 트랙 탐색 제어 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.
종래에 있어서, 목표 트랙으로 변환기를 이동시키기 위하여 구형파 형태의 가속도 궤적을 적용하여 트랙 탐색 제어를 실행하였다. 불행하게도, 구형파는 높은 주파수 성분의 고조파를 포함하고 있으며, 이러한 높은 주파수 성분의 고조파는 헤드 짐벌 어셈블리에서 기계적인 공진을 초래해서 기계적인 구성요소 또는 어셈블리들을 진동시킨다. 또한 잔여 진동으로 인하여 청각적인 노이즈, 원하지 않는 진동 등을 초래하였다. 더욱이 종래의 구형파 형태의 가속도 궤적에 따른 트랙 탐색 제어 방법에 의하여 생성된 기계적인 공진은 디스크로부터 정보를 기록하거나 또는 읽기 위하여 필요로 되는 안정 시간 및 전체적인 탐색 시간 모두를 증가시키는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 기술이 정현파 형태의 가속도 궤적 을 이용한 트랙 탐색 제어 방법이다. 정현파 형태의 가속도 궤적을 이용한 트랙 탐색 제어기(Sinusoidal Seek Controller)는 구형파 형태의 가속도 궤적을 이용한 트랙 탐색 제어 방법에 비해 진동 및 소음 측면에서 유리하다.
도 1은 종래의 정현파 형태의 가속도 궤적을 이용한 트랙 탐색 제어 장치의 구성을 보이는 것이다.
도 1에 도시된 트랙 탐색 제어기(100)는 정현파 궤적 생성기(102), 노치 필터(116), VCM 드라이버(122), HDA(128), 그리고 상태 추정기(104)를 구비한다.
도 1에 도시된 트랙 탐색 제어기(100)는 변환기를 제1트랙으로부터 트랙 탐색 거리 XSK만큼 떨어진 목표 트랙으로 이동시키는 트랙 탐색 제어 루틴을 실행한다.
정현파 궤적 생성기(102)는 각 샘플링 주기(n)마다 정현파 형태의 가속도 궤적에 따른 위치 y*(n), 속도 v*(n), 그리고 가속도 a*(n)을 발생한다.
정현파 형태의 가속도 궤적에 따른 위치 y*(n), 속도 v*(n), 그리고 가속도 a*(n)는 다음의 수학식 1에 의해 결정된다.
Figure 112004056811357-pat00001
정현파 형태의 가속도 궤적을 발생하기 위한 sin 함수 및 cos 함수값들을 얻기 위하여, sin 함수 및 cos 함수들을 샘플링 주기(n)에 맞추어 샘플링하여 롬 테이블(ROM table)에 저장하고, 샘플링 주기(n)에 맞추어 읽어내도록 할 수 있다.
그렇지만 어떤 위상에서의 sin 함수 및 cos 함수는 다른 위상에서의 sin 함수 및 cos 함수에 의해 얻어지는 것이 잘 알려져 있다. 따라서, 최초 샘플링 주기에서의 sin 함수 및 cos 함수의 값들을 롬 테이블에 저장해두고 수학식1의 가장 위 쪽에 보여지는 바와 같은 sin/cos 계산식을 사용하여 사용하여 어떤 샘플링 주기(n)에서의 sin 함수 및 cos 함수값들을 산출하도록 함에 의해 롬 테이블의 용량을 절약할 수 있다.
롬 테이블은 대표적인 몇 가지의 주파수 즉, 대표 주파수들에 대한 최초 샘플링 주기에서의 sin 함수 및 cos 함수값들을 저장한다. 대표 주파수들 사이의 주파수에 대한 최초 주기의 sin 함수 및 cos 함수값들은 보간에 의해 결정된다. 여기서, 주파수는 트랙 탐색 거리 및 탐색 시간에 대응된다. 즉, 트랙 탐색 거리가 주어지면 이에 따라 탐색 시간 즉, 정현파 신호의 주파수가 결정된다.
수학식1에 있어서, 상수들 KA, IM, XSK, 그리고 TSK는 각각 가속도 상수, 최대 전류치, 트랙 탐색 거리 그리고 트랙 탐색 시간을 나타낸다. 트랙 탐색 시간(혹은 탐색 주파수)은 트랙 탐색 거리, 노치 필터(116) 및 VCM 드라이버(122)에 대한 이상화된 쌍적분기 모델, 그리고 전류 및 전압 제한들을 고려하여 미리 계산되고, 롬 테이블에 저장되어 사용되게 된다.
도 1은 수학식 1에 의한 가속도 궤적(a), 속도 궤적(v), 그리고 위치 궤적(y)을 각각 보이는 것이다. 도 1에 있어서 시간축은 트랙 탐색 시간 TSK에 대하여 정규화된 것이다. 즉, 도 1은 주어진 트랙 탐색 시간 TSK을 1로 하였을 때의 가속도 궤적(a), 속도 궤적(v), 그리고 위치 궤적(y)들을 보인다.
도 1을 참조하면, 트랙 탐색 시간 TSK은 정현파 형태의 가속도 궤적(a)의 한 주기에 상응함을 알 수 있다. 또한, 가속도 궤적(a)을 가지도록 변환기의 움직임을 제어함에 의해 트랙 탐색 시간 TSK 동안 트랙 탐색 거리 XSK까지 변환기가 이동함을 알 수 있다.
가속도 상수 KA, 최대 전류치 IM, 트랙 탐색 거리 XSK 그리고 트랙 탐색 시간 TSK 과의 관계는 다음의 수학식 2로 표현된다.
Figure 112004056811357-pat00002
수학식 2를 참조하면, 트랙 탐색 시간 TSK 는 트랙 탐색 거리 XSK 에 대하여 루트(root)의 관계를 가짐을 알 수 있다.
도 2는 트랙 탐색 시간 TSK 과 트랙 탐색 거리 XSK 의 관계를 보인다.
상태추정기(104)는 변환기의 이전 샘플링 주기(n-1, n-2,)들에서의 위치들 및 현재 샘플링 주기(n)에서의 위치를 참조하여 변환기의 추정 위치 y(n) 및 추정 속도 v(n)를 출력한다.
트랙의 위치 즉, 트랙 번호는 섹터 영역에 기록된 그레이 코드(gray code)를 통하여 알 수 있으며, 변환기는 디스크 상에서 이동하는 동안 그레이 코드를 읽어낸다. 변환기를 통하여 읽혀진 그레이 코드는 상태추정기(104)에 제공된다.
도 1에 도시된 장치에 있어서, 노치 필터(116)에 인가되는 VCM 구동 전류 u(n)은 다음의 수학식 3에 의해 결정된다.
Figure 112004056811357-pat00003
트랙 탐색시의 진동과 소음을 줄이도록, 수학식 3에 의해 결정되는 VCM 구동 전류는 노치 필터(104)를 통과시켜 VCM 드라이버(106)에 인가한다. 노치 필터는 각 주파수에서의 공진을 잘 억제할 수 있도록 설계된다. 여기서, 노치 필터(102) 및 VCM 드라이버(126)은 탐색 궤적 설계의 복잡성을 피하기 위하여 통상 상수의 이득으로 표현된다. 그리고, HDA(128)는 VCM, 암(Arm), 헤드 및 디스크로 이루어져 있으며, VCM에 흐르는 전류에 의해서 암이 이동하여 디스크에 쓰여진 트랙의 위치를 읽어내게 되는데 탐색 궤적 설계의 복잡성을 피하기 위하여 통상 쌍적분기 모델로 표현된다.
그렇지만, 도 1에 도시된 장치에 의한 변환기의 움직임에 있어서 노치 필터(116) 및 VCM 드라이버(126)에 의한 이득 왜곡 및 위상 지연이 나타나게 된다. 그 이유는 수학식 1에 따른 트랙 탐색 제어는 노치 필터(116), VCM 드라이버(126) 및 HDA(128)를 합쳐서 쌍적분기 모델을 가정하여 설계 되지만, 실재의 시스템은 노치 필터(116) 및 VCM 드라이버(126)에 의한 이득 및 위상 왜곡에 의해서 노치 필터(116) 및 VCM 드라이버(126) 및 HDA(128)를 포함하는 전체 시스템은 이상적인 쌍적분기 모델과는 차이가 발생하기 때문이다.
도 3a 및 도 3b는 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 왜곡 및 위상 지연을 보이는 것이다. 도 3a에 있어서 참조부호 302 및 304는 각각 노치 필터(116) 및 VCM 드라이버(126)의 이득 특성들을 보이는 것이고 참조부호 306은 노치 필터(116) 및 VCM 드라이버(126) 모두에 의한 전체 이득 특성을 보이는 것이다. 도 3a를 참조하면, 낮은 주파수에 있어서는 이상적인 이득 특성을 보이지만 주파수가 높아질수록 즉, 트랙 탐색 거리가 짧아질수록 이득의 왜곡이 커지는 것을 알 수 있다.
한편, 도 3b에 있어서 참조부호 312 및 314는 각각 노치 필터(116) 및 VCM 드라이버(126)의 위상 특성들을 보이는 것이고 참조부호 316은 노치 필터(116) 및 VCM 드라이버(126) 모두에 의한 전체 위상 특성을 보이는 것이다. 도 3b를 참조하면, 낮은 주파수에 있어서는 이상적인 위상 특성을 보이지만 주파수가 높아질수록 즉, 트랙 탐색 거리가 짧아질수록 위상의 왜곡이 커지는 것을 알 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 종래의 트랙 탐색 제어 방법에 있어서, 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 왜곡 및 위상 지연은 이상적인 모델과 실제 시스템의 차이를 유발하여 변환기가 주어진 궤적을 추종하는 것을 방해하게 된다.
이와 같은 비이상적인 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 오차를 해결하기 위하여, 고이득의 제어기 즉, 감도가 매우 예민한 제어기를 사용하거나 보수적인 기준 궤적 즉, 상대적으로 느린 궤적에 따라 제어되도록 설계하는 것이 강구될 수 있다. 그렇지만 고이득 제어기는 소음과 더불어 전체 시스템을 불안하게 하며, 보수적인 궤적에 따른 설계는 탐색 시간을 느리게 한다는 문제점이 있다.
본 발명은 하드디스크 드라이브의 정현파 형태의 가속도 궤적에 따른 트랙 탐색 제어 방법에 있어서 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡을 효율적으로 보상하는 트랙 탐색 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 트랙 탐색 제어 방법에 적합한 트랙 탐색 제어 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 트랙 탐색 제어 방법을 기록한 컴퓨터로 읽어들일 수 있는 기록 매체를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡을 보상하는 하드디스크 드라이브를 제공하는 것에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 하드디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어 방법은
트랙 탐색 거리에 상당하는 주파수를 가지는 정현파 형태의 가속도 궤적을 사용하며, 노치 필터나 VCM 액튜에이터를 구동하기 위한 VCM 드라이버를 이용하여 가속도 명령을 인가하는 하드디스크 드라이브의 탐색 제어 방법에 있어서,
상기 주파수에 대한 상기 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡을 측정하는 과정;
상기 주파수에 대하여 측정된 이득 및 위상 왜곡을 하나의 복소수로 표현하는 과정;
상기 주파수의 이득 및 위상 왜곡값에 근거하여 이득 및 위상 왜곡을 역보상 하여 새로운 정현파를 얻는 과정;
상기 이득 및 위상 왜곡을 보상한 새로운 정현파 형태의 가속도 궤적에 따른 VCM 구동 전류를 발생하는 과정;및
상기 보상된 VCM 구동 전류를, 상기 노치 필터를 통하여, 상기 VCM 드라이버에 인가하여 VCM 액튜에이터를 구동하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 이득 및 위상 왜곡은 이상적인 기준 정현파에 보상 이득값을 곱하고 보상 위상값을 더하여 새로운 정현파를 얻는다.
또한, 상기 VCM 구동 전류는 위치 성분, 속도 성분, 그리고 가속도 성분을 구비하며, 여기서 상기 이득 및 위상 왜곡을 보상하기 위한 정현파 형태의 가속도 궤적에 따른 VCM 구동 전류를 발생하는 과정은 가속도 성분에 대해서만 보상을 수행하는 것이 바람직하다.
상기의 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 하드디스크 드라이브의 탐색 제어 장치는
상기의 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 기록 매체는
상기의 또 다른 목적을 달성하는 본 발명에 따른 하드디스크 드라이브는
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 트랙 탐색 제어 방법을 도식적으로 보이는 것이다. 도 4에 도시된 바를 참조하면, 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡을 복소수 C(j2πf)라 할 때, VCM 구동 신호 u(n)가 노치 필터에 인가되기 전에 1/C(j2πf)만큼 보상함에 의해 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡을 방지할 수 있음을 알 수 있다.
노치 필터 및 VCM 드라이버 모두에 의한 전체 이득 왜곡 mag_tot 및 전체 위상 지연 pha_tot들은 노치 필터 및 VCM 드라이버가 직렬로 연결되어 있으므로 각각 다음과 같이 나타낼 수 있다.
mag_tot = mag_not * mag_vcm
pha_tot = pha_not + pha_vcm + pha_compdly
여기서, mag_not 및 mag_vcm는 각각 노치 필터에 의한 이득 왜곡 및 VCM 드라이버에 의한 이득 왜곡을 나타낸다. 또한, pha_not, pha_vcm, 그리고 pha_compdly는 각각 노치 필터에 의한 위상 지연, VCM 드라이버에 의한 위상 지연 그리고 연산시간 지연에 의한 위상 지연을 나타낸다.
이에 따라 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡 C(j2πf)는 다음의 수학식 4와 같이 나타내어진다.
Figure 112004056811357-pat00004
노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡 C(j2πf)를 보상하기 위한 보상치 V(j2πf)는 다음의 수학식 5와 같이 나타내어진다.
Figure 112004056811357-pat00005
여기서, Re(V(j2πf)) 및 Im(V(j2πf))들은 이상적인 모델에 기반한 기준 정현파에 대한 이득 및 위상 외곡값의 복소수 표현을 나타낸다. 즉, 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡치 C(j2πf)로부터 이득 및 위상 왜곡을 선보상하기 위한 복소수 1/C(j2πf)를 얻을 수 있다.
따라서, 수학식 1에서 정현파의 가속도 궤적에 따른 위치 y*(n), 속도 v*(n), 그리고 가속도 a*(n)을 얻기 위한 이상적인 정현파와 이득 및 위상 왜곡을 나타내는 복소수 값 1/C(j2πf)를 이용하여 새로운 정현파를 생성하고, 이 새로운 정현파에 의하여 생성된 새로운 가속도 궤적을 이용하여 VCM 구동 신호 u*(n)를 발생함으로써 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡 C(j2πf)를 보상할 수 있다.
즉, 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡 C(j2πf)를 미리 보상한 VCM 구동 전류 u*(n)를 발생시키면, 이 보상된 VCM 구동 전류 u*(n)가 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의해 처리되는 과정에서 이득 및 위상 왜곡을 받더라도 결과적으로는 이상적인 정현파 형태의 가속도 궤적에 의한 VCM 구동 전류 u(n)에 의한 트랙 탐색 제어가 수행되게 된다.
실제에 있어서, 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡의 보상은 가속도 a*에만 적용되는 것이 바람직하다. 그것은 위치 y* 및 속도 v*에서의 변경이 이득 및 위상의 변화에 주는 영향이 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡에 비해 상대적으로 크기 때문에 가속도 a*에만 적용하여도 충분한 보상 효과가 얻어질 수 있기 때문이다.
도 5는 본 발명에 따른 트랙 탐색 제어 방법을 보이는 흐름도이다.
먼저, 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 왜곡 및 위상 지연, 그리고 연산 시간에 따른 위상 지연을 측정한다(s502). 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 왜곡 및 위상 지연은 각각 노치 필터 및 VCM 드라이버에 인가되는 정현파 신호의 주파수를 스윕(sweep)하면서 출력을 측정함에 의해 알 수 있다. S502과정의 측정 결과로서 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 이득 특성 및 위상 특성이 얻어 진다.
S502과정의 측정 결과로부터 트랙 탐색 시간 TSK에 대한 이득 왜곡 및 위상 지연을 나타내는 복소수 C(j2πf)를 구한다. (s504)
대표 주파수에 대한 복소수 C(j2πf)의 역수 V(j2πf)를 얻는다. 구체적으로, V(j2πf)의 실수부 Re(V(j2πf)) 및 허수부 Im(V(j2πf))을 구하고, 이를 트랙 탐색 시간 TSK별로 롬 테이블에 저장한다.(s506)
트랙 탐색 시간 TSK에 대한 이득 및 위상 왜곡을 보상하기 위한 정현파 즉, cos(p(TSK)) 및 sin(p(TSK))는 다음의 수학식 6과 같이 결정된다.
Figure 112004056811357-pat00006
Figure 112004056811357-pat00007
트랙 탐색 시간 TSK에 대한 이득 및 위상 왜곡의 보상값을 나타내는 복소수의 V(2*pi/TSK)의 실수부 및 허수부 cos(p(TSK)) 및 sin(p(TSK))들은 대표 탐색시간에 대해서 샘플링되어 롬 테이블에 저장된다. 롬 테이블에는 이상적인 정현파의 생성을 위한 cos(2*pi/NSK) 및 sin(2*pi/NSK)들 그리고 이득 및 위상 왜곡 보상치를 나타내는 cos(p(TSK)) 및 sin(p(TSK))들이 트랙 탐색 시간 NSK(혹은 T SK)별(혹은 주파수별 로)로 저장된다.
실제에 있어서는 대표 트랙 탐색 시간 TSK(NSK)에 대한 최초의 샘플링 주기에서의 cos(2*pi/NSK)와 sin(2*pi/NSK), 이득 및 위상 왜곡 보상치 cos(p(TSK )) 및 sin(p(TSK))들의 값들만을 저장하게 되고 다른 탐색 시간 및 2번째 이후의 샘플링 주기에 대해서는 수학식 7과 같이 sin/cos의 관계 및 보간을 이용하여 얻어진다.
트랙 탐색 시간 TSK에 대한 각각의 샘플링 주기에서, 이득 및 위상 왜곡이 보상된 VCM 구동 전류 u*(n)를 얻는다. (s508) VCM 구동 전류 u*(n)는 위치 명령 y*(n), 속도 명령 v*(n), 그리고 가속도 명령 a*(n) 및 실재 위치 y(n), 속도의 추정치 v(n)의 성분들로 구성된다. 여기서, 수학식 1에서와 같이 위치 명령 y*(n) 및 속도 명령 v*(n) 을 계산하기 위한 이상적인 정현파와 이득 및 위상 왜곡이 선보상된 새로운 가속도 명령 a*(n)를 계산하기 위한 새로운 정현파가 수학식 7에 따라 각각 계산되고 VCM 구동 신호를 발생함으로써 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡 C(j2πf)를 보상하게 된다.
Figure 112004056811357-pat00008
이득 및 위상 왜곡이 선보상된 새로운 정현파는 수학식 7에 보여지는 바와 같이 수학식 1에서 사용된 이상적인 정현파와 이득 및 위상 왜곡의 보상을 위한 복소수를 이용하여 정현파의 크기 및 위상을 수정하여 얻어진다. 본 발명에 따른 트랙 탐색 제어 방법에 있어서는 대표 탐색 시간에 대한 이득 및 위상 왜곡의 보상치를 롬 테이블에 저장하며, 수학식 7에 보여지는 바와 같이 주어진 탐색시간에 대해서 이상적인 정현파와 이득 및 위상 왜곡을 보상하는 복소수를 이용하여 매 샘플링 주기에 이득 및 위상 왜곡이 선보상된 새로운 정현파를 얻는다. 이러한 방법은 주어진 트랙 탐색 시간 TSK 에 있어서, 정현파 신호의 한 주기 동안의 이득 및 위상 왜곡을 모두 사용하지 않아도 되므로 롬 테이블의 용량을 절약하게 된다.
이득 및 위상 왜곡이 보상된 VCM 구동 전류 u*(n)를 노치 필터 및 VCM 드라이버에 인가한다.(s510)
도 5에 도시된 본 발명에 따른 트랙 탐색 제어 방법에 따르면, 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡 C(j2πf)를 미리 보상하여 VCM 구동 전류 u*(n)를 발생시킴으로써 결과적으로 이상적인 정현파 형태의 가속도 궤적에 의한 VCM 구동 전류 u(n)에 의해 트랙 탐색 제어가 수행되게 된다.
한편, 수학식 1 및 상기의 수학식 7을 비교하면, VCM 구동 전류 중에서 가속도 a*(n)에 대해서만 보상이 수행되고 있는 것을 알 수 있다. 그 이유는 VCM 구동 전류 중에서 위치 및 속도 성분에서의 변경이 이득 및 위상의 변화에 주는 영향이 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡에 비해 상대적으로 크기 때문에, 가속도 a*(n)에만 적용하여도 충분한 보상 효과가 얻어질 수 있기 때문이다.
도 6은 본 발명이 적용되는 하드디스크 드라이브(10)의 구성을 보이는 것이다. 도 6에 도시된 하드디스크 드라이브(10)는 스핀들 모터(14)에 의하여 회전되는 적어도 하나의 디스크(12)를 포함하고 있다. 하드디스크 드라이브(10)는 디스크(12) 표면에 인접되게 위치한 변환기(16)를 또한 포함하고 있다.
변환기(16)는 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) 표면 사이에 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 액튜에이터 암(24)에 부착되어 있다. 보이스 코일(26)은 보이스 코일 모터(VCM : Voice Coil Motor 30)를 특정하는 마그네틱 어셈블리(28)에 인접되게 위치하고 있다. 보이스 코일(26)에 공급되는 전류는 베어링 어셈블리(32)에 대하여 액튜에이터 암(24)을 회전시키는 토오크를 발생시킨다. 액튜에이터 암(24)의 회전은 디스크(12) 표면을 가로질러 변환기(16)를 이동시킬 것이다.
정보는 전형적으로 디스크(12)의 환상 트랙 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.
도 7은 도 6에 도시된 하드디스크 드라이브(10)를 제어할 수 있는 전기 시스템(40)을 보이는 것이다. 도 7에 도시된 전기 시스템(40)은 리드/라이트(R/W) 채널 회로(44) 및 프리-앰프 회로(46)에 의하여 변환기(16)에 결합된 콘트롤러(42)를 포함하고 있다. 콘트롤러(42)는 디지털 신호 프로세서(DSP : Digital Signal Processor), 마이크로프로세서, 마이크로콘트롤러 등이 된다. 콘트롤러(42)는 디스크(12)로부터 읽거나 또는 디스크(12)에 정보를 기록하기 위하여 읽기/쓰기 채널(44)로 제어신호를 공급한다. 정보는 전형적으로 R/W 채널로부터 호스트 인터페이 스 회로(54)로 전송된다. 호스트 인터페이스 회로(54)는 퍼스널 컴퓨터와 같은 시스템에 인터페이스하기 위한 버퍼 메모리 및 제어 회로를 포함하고 있다.
콘트롤러(42)는 보이스 코일(26)에 구동 전류를 공급하는 VCM 구동 회로(48)에 또한 결합되어 있다. 콘트롤러(42)는 VCM의 여기 및 변환기(16)의 움직임을 제어하기 위하여 구동 회로(48)로 제어신호를 공급한다.
콘트롤러(42)는 읽기 전용 메모리(ROM : Read Only Memory) 또는 플레쉬 메모리 소자(50)와 같은 비휘발성 메모리 및 랜덤 액세스 메모리(RAM : Random Access Memory) 소자(52)에 결합되어 있다. 메모리 소자(50, 52)는 소프트웨어 루틴을 실행시키기 위하여 콘트롤러(42)에 의하여 사용되어지는 명령어 및 데이터를 포함하고 있다. 소프트웨어 루틴의 하나로서 한 트랙에서 다른 트랙으로 변환기(16)를 이동시키는 탐색 제어 루틴이 있다. 탐색 제어 루틴은 변환기(16)를 정확한 트랙으로 이동시키는 것을 보증하기 위한 서버 제어 루틴을 포함하고 있다. 일 실시 예로서, 메모리 소자(50)에는 도 5 및 수학식 4 ~ 7에 따른 이득 및 위상 왜곡이 보상된 정현파 형태의 가속도 궤적에 따른 VCM 구동 전류를 생성시키기 위한 실행 코드들, 롬 테이블들이 저장된다.
도 8은 본 발명에 따른 트랙 탐색 제어 장치의 구성을 보이는 것이다. 도 8에 도시된 트랙 탐색 제어 장치(800)는 도 7에 도시된 콘트롤러(42)에 의하여 실행되는 하드웨어 및 소프트웨어로 구현될 수 있다. 도 8에 도시된 트랙 탐색 제어 장치(800)는 변환기(16)가 디스크(12)의 목표 트랙에 정확히 위치하도록 한다.
콘트롤러(42)는 변환기(16)를 현재 트랙으로부터 트랙 탐색 거리 XSK에 위치한 목표 트랙으로 이동시키는 탐색 제어 루틴을 실행한다. 현재 트랙과 목표 트랙 사이에 위치한 하나 또는 그 이상의 트랙의 그레이 코드는 디스크(16)를 가로질러 움직이는 변환기로 읽어낸다. 이는 변환기(16)가 트랙을 가로질러 목표 속도 및 가속도로 움직이는지를 주기적으로 컨트롤러(42)가 결정하는데 이용된다.
도 8에 도시된 트랙 탐색 제어 장치(800)는 소프트웨어 및 하드웨어로 구성된 상태 추정기(802)를 포함한다. 변환기(16)의 위치가 그레이 코드에 의해 알려지더라도 변환기(16)의 실제 위치는 그레이 코드에 의해 나타내어지는 위치와 다르다. 변환기(16)의 실제 위치와 그레이 코드에 의해 나타내어지는 위치와의 차이는 추정에 의해 파악된다.
상태 추정기(804)는 변환기(16)의 이전 샘플링 주기들((n-1), (n-2),,,)에서의 위치들 및 현재 샘플링 주기(n)에서의 위치로부터 변환기(16)의 추정 위치 y(n)을 결정한다. 하드디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어에 사용되는 상태추정기(804)에서의 추정 동작에 관해서는 대한민국 특허공개공보 2004-55273호(2004. 6. 23 공개)에 상세하게 개시된다.
상태 추정기(804)는 또한 추정 위치 y(n)로부터 변환기(16)의 추정 속도 v(n) 및 추정 가속도 a(n)를 결정할 수 있다. 콘트롤러(42)가 변환기(16)의 움직임을 정확하게 제어할 수 있도록 하기 위하여 그레이 코드는 주기적으로 샘플링되어 질 수 있다. 여기서 샘플링 간격은 1/Ts이다.
정현파 궤적 생성기(802)는 변환기(16)가 트랙(34)의 그레이 코드를 읽어낼 때마다 수학식 4, 5, 6, 7, 그리고 8로부터 유도한 가속도 궤적 및 가속도 궤적을 적분하여 얻은 속도 궤적 및 위치 궤적으로부터 변환기(16)의 위치 y*(n), 속도 v*(n) 및 가속도 a*(n)을 계산한다.
제1합산기(806)는 위치 y*(n)에서 추정 위치 y(n)을 감산한다. 그리고, 위치 제어 이득 보상기(808)는 제1합산기(806)에서 연산된 위치 y*과 추정 위치 y(n)의 차이에 위치 보정을 위한 위치 이득(kp)을 곱한 위치 보정값을 생성시킨다.
다음으로, 제2합산기(810)는 위치 제어 이득 보상기(808)에서 생성된 위치 보정값에 속도값 v*(n)을 더한 후에 추정 속도 v(n)을 감산한다.
그러면, 속도 제어 이득 보상기(812)는 제2합산기(810)에서 연산된 속도 v*(n)과 추정 속도 v(n)의 차에 속도 보정을 위한 속도 이득(kv)을 곱한 속도 보정값을 생성시킨다.
다음으로, 제3합산기(814)는 속도 보정값과 가속도 a*(n)을 더하여 이득 및 위상 왜곡이 보상된 VCM 구동 전류 u*(n)을 생성시킨다.
VCM 구동 전류 u*(n)는 노치 필터(816)를 통하여 필터링된 후에 VCM 드라이버 (826)에 인가된다. 그러면, VCM 드라이버 (826)는 입력되는 VCM 구동 전류 u*(n)에 따라서 보이스 코일에 공급되는 전류를 가변시켜 결과적으로 변환기(16)의 움직임을 변경시킨다.
제4합산기(818)는 VCM 구동 전류 u*(n)에 캘리브레이션된 바이어스를 합산시 킨다. 바이어스는 디스크상의 위치에 따라 변환기(16)가 받는 힘을 말한다.
도 8에 도시된 장치에 있어서, 정현파 궤적 생성기(802)는 이득 및 위상 왜곡 보상기(830)에 의해 도시되는 바와 같이 노치 필터(816) 및 VCM 드라이버(826)에 의한 이득 및 위상 왜곡을 미리 보상한 정현파 궤적에 따른 가속도 a*(n)을 발생한다. 그 결과 VCM 드라이버(826)에서 출력되는 VCM 구동 전류 u(n)은 노치 필터(816) 및 VCM 드라이버(826)에 의한 이득 및 위상 왜곡이 보상된 즉, 이상적인 정현파 형태의 가속도 궤적에 따라 발생된 것이 된다.
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 하드디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어 방법은 트랙 탐색 시간(혹은 탐색 거리)에 따라 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡을 선보상한 새로운 가속도 명령을 앞먹임 보상한 VCM 구동 신호를 발생함으로써 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡을 보상하는 효과를 가진다.

Claims (10)

  1. 트랙 탐색 거리에 상당하는 주파수를 가지는 정현파 형태의 가속도 궤적을 이용하여 VCM 구동 전류 명령을 발생하고, 상기 VCM 구동 전류 명령을, 노치 필터 등을 거친 후(생략 가능), VCM 액튜에이터를 구동하는 VCM 드라이버에 인가하는 하드디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어 방법에 있어서,
    상기 주파수에 대한 상기 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡을 측정하는 과정;
    측정된 이득 및 위상 왜곡을 하나의 복소수를 이용하여 표현하는 과정;
    상기 주파수의 정현파 및 상기 이득 및 위상 왜곡을 나타내는 복소수에 근거하여 이득 및 위상 왜곡이 보상된 새로운 정현파를 얻는 과정;
    상기 이득 및 위상 왜곡이 선보상된 새로운 정현파 형태의 가속도 궤적에 따 른 VCM 구동 전류를 발생하는 과정; 및
    상기 보상된 VCM 구동 전류를, 상기 노치 필터를 통하여, 상기 VCM 드라이버에 인가하여 VCM 액튜에이터를 구동하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이득 및 위상 왜곡이 선보상된 새로운 정현파를 얻는 과정은 상기 이득 및 위상 왜곡을 보상하기 위한 복소수값을 이용하여 매 샘플링 주기마다 상기 주파수의 이상적인 정현파의 크기와 위상을 보정하여 새로운 정현파를 얻는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 VCM 구동 전류는 위치 성분, 속도 성분, 그리고 가속도 성분을 구비하며,
    상기 이득 및 위상 왜곡을 선보상한 새로운 정현파 형태의 가속도 궤적에 따른 VCM 구동 전류를 발생하는 과정은 가속도 성분에 대해서만 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어 방법.
  4. VCM 구동 전류를 필터링하는 노치 필터와 상기 노치 필터의 출력에 상응하여 보이스 코일 모터를 구동하는 VCM 드라이버를 포함하는 하드디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어 장치에 있어서.
    트랙 탐색 거리에 상응하는 이상적인 정현파와 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡이 선보상된 새로운 정현파 형태의 가속도 궤적에 따른 위치 y*, 속도 v*, 그리고 가속도 a*을 연산하는 정현파 궤적 생성기;
    변환기가 디스크에서 이동되는 위치 y, 속도 v 및 가속도 a를 추정하는 상태 추정기;
    상기 위치 y*에서 상기 상태 추정기에 의해 추정된 추정 위치 y을 감산하여 출력시키는 제1합산기;
    상기 제1합산기의 출력에 위치 보정을 위한 소정의 위치 이득 Kp을 곱하여 위치 보정값을 생성시키기 위한 위치 제어 이득 보상기;
    상기 위치 보정값과 상기 속도 v*을 합산하고 상기 상태 추정기에 의해 추정된 추정 속도 v을 감산하여 출력시키는 제2합산기;
    상기 제2합산기의 출력에 속도 보정을 위한 소정의 속도 이득 Kv을 곱하여 속도 보정값을 생성시키기 위한 속도 제어 이득 보상기;
    상기 속도 보정값과 상기 가속도 a*을 합산하고 상기 상태 추정기에 의해 추정된 추정 가속도 a을 감산하여 VCM 구동 전류 u를 생성시키는 제3합산기를 포함하는 하드디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡을 나타내는 정현파는 상기 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡을 가지는 복소수의 역수에 상응하는 것임을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 정현파 궤적 생성기는
    트랙 탐색 거리에 상응하는 이상적인 정현파 형태의 가속도 궤적에 따른 가속도 위치 y* 및 속도 v*를 연산하고, 상기 보상된 정현파 형태의 가속도 궤적에 따른 가속도 a*을 연산하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어 장치.
  7. 소정의 정보를 저장하는 디스크;
    상기 디스크를 회전시키는 스핀들 모터;
    상기 디스크에 정보를 기록하고 상기 디스크로부터 정보를 읽어내는 변환기;
    상기 변환기를 상기 디스크의 표면을 가로질러 이동시키는 보이스 코일 모터를 구동하는 VCM 드라이버 ;
    상기 보이스 코일 모터를 구동하기 위한 VCM 구동 전류를 필터링하여 상기 VCM 드라이버에 인가하는 노치 필터; 및
    트랙 탐색 거리에 상응하는 이상적인 정현파와 상기 노치 필터 및 상기 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡이 보상된 새로운 정현파 형태의 가속도 궤적에 따라 상기 변환기를 이동시키도록 상기 VCM 구동 전류를 발생하는 콘트롤러를 포함하며,
    상기 콘트롤러는 트랙 탐색 거리에 상응하는 주파수에 대한 상기 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡을 측정하는 과정; 측정된 이득 및 위상 왜곡을 가지는 복소수로부터 상기 주파수에 대한 이득 및 위상 왜곡을 보상한 새로운 정현파를 얻는 과정; 상기 주파수의 정현파 및 상기 이득 및 위상 왜곡을 나타내는 정현파에 근거하여 이득 및 위상 왜곡을 보상하기 위한 정현파를 얻는 과정; 상기 이득 및 위상 왜곡을 보상한 새로운 정현파 형태의 가속도 궤적에 따른 VCM 구동 전류를 발생하는 과정; 및 상기 보상된 VCM 구동 전류를, 상기 노치 필터를 통하여, 상기 VCM 드라이버에 인가하여 VCM 액튜에이터를 구동하는 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 하드디스크 드라이브.
  8. 트랙 탐색 거리에 상당하는 주파수를 가지는 정현파 형태의 가속도 궤적에 따른 VCM 구동 전류를 발생하고, 상기 VCM 구동 전류를, 노치 필터를 통하여, VCM 액튜에이터를 구동하는 VCM 드라이버에 인가하는 하드디스크 드라이브의 트랙 탐색 제어 프로그램을 기록하는 컴퓨터로 읽어들일 수 있는 기록 매체에 있어서,
    상기 주파수에 대한 상기 노치 필터 및 VCM 드라이버에 의한 이득 및 위상 왜곡을 측정하는 과정;
    측정된 이득 및 위상 왜곡을 가지는 복소수로부터 상기 주파수에 대한 이득 및 위상 왜곡을 나타내는 정현파를 얻는 과정;
    상기 주파수의 정현파 및 상기 이득 및 위상 왜곡을 나타내는 복소수값에 근거하여 이득 및 위상 왜곡을 보상하기 위한 정현파를 얻는 과정;
    상기 이득 및 위상 왜곡을 보상한 새로운 정현파 형태의 가속도 궤적에 따른 VCM 구동 전류를 발생하는 과정; 및
    상기 보상된 VCM 구동 전류를, 상기 노치 필터를 통하여, 상기 VCM 드라이버에 인가하여 VCM 액튜에이터를 구동하는 과정을 포함하는 프로그램이 기록된 것을 특징으로 하는 기록 매체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이득 및 위상 왜곡을 보상하기 위한 정현파를 얻는 과정은 상기 주파수의 정현파와 상기 이득 및 위상 왜곡을 나타내는 복소수를 이용하여 이득 및 위상 왜곡이 보상된 새로운 정현파를 얻는 것을 특징으로 하는 프로그램이 기록된 것을 특징으로 하는 기록 매체.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 VCM 구동 전류는 위치 성분, 속도 성분, 그리고 가속도 성분을 구비하며,
    상기 이득 및 위상 왜곡을 보상한 새로운 정현파 형태의 가속도 궤적에 따른 VCM 구동 전류를 발생하는 과정은 가속도 성분에 대해서만 보상을 수행하는 것을 특징으로 하는 프로그램이 기록된 것을 특징으로 하는 기록 매체.
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