[发明专利]完全差分音圈电机控制的芯片上补偿

说明书

技术领域

【0001】本发明涉及电机控制领域，并且特别针对磁盘驱动系统中的音圈电机控制。

背景技术

【0002】本发明涉及电机控制领域，并且特别针对磁盘驱动系统中的音圈电机控制。

【0003】磁盘驱动技术是现代个人计算机系统中主要的大容量非易失性存储技术，并且也是例如便携数字音频播放器的其他装置中大容量存储应用的主要存储技术。作为磁盘驱动领域的基础，数据通过置于磁盘板表面上的铁磁材料层的特定区域(“畴”)的磁化而写入。每个磁化后的畴形成磁偶极子以及相应于偶极子的方向的被存储数据值。将数据位“写入”畴通常通过施加电流到小电磁线圈并使通过线圈的电流极性确定感应磁偶极子的方向而完成，所述小电磁线圈被置为物理地邻近磁盘，并且由此数据状态被写入磁盘。在现代磁盘驱动器中，磁阻元件被用于感测磁偶极子在磁盘表面所选择的特定区域处的方向，由此读取存储的数据状态。通常，写入线圈和磁阻元件被物理地放置在读/写“头”内。

【0004】在传统的磁盘驱动系统中，主轴电机转动磁盘板，并且“音圈”电机移动致动器臂，在该致动器臂距电机的远端上安装有读/写头。音圈电机由此移动读/写头到相应于期望地址的磁盘表面的磁道。传统的音圈电机是伺服控制的，其中在磁盘表面上的位置指示器被感测并反馈回控制回路以调节致动器臂的位置到期望位置。通常，“外”控制回路将反馈位置信号与致动器的期望位置相比较，并且从两者的差中获得转矩命令值。转矩命令被用于产生驱动电流到音圈电机，该音圈电机产生电机转矩以在期望方向上移动致动器臂。在传统的音圈电机控制电路中，同样包括“内”控制回路，其中提供到电机的电流被感测，并且该感测值被提供到反馈回路以控制该电机电流。

【0005】图1示出了磁盘驱动系统中的音圈电机的传统驱动电路。VCM(音圈电机)数模转换器(DAC)22从“外”伺服控制回路接收数字转矩命令信号TRQ_CMD以用于音圈电机，并且经由电阻器23产生模拟信号到误差放大器24的负输入端，该误差放大器24在其正输入端接收参考电压VREF。误差放大器24的单端输出端被提供到功率放大器28，该功率放大器28在其输出端T3和T4产生差分输出电流i_OUT。该输出电流i_OUT被施加到电机M，电机M以电感L_m和寄生电阻器R_m的形式提供阻抗到功率放大器28。感测电阻器31包括在具有电机M的回路中，并且这个电阻器31两端的电压由感测放大器32在T5、T6端感测。感测放大器32的输出经由电阻器25提供到VCMDAC的输出端处的求和节点。这样，感测电阻器31两端的电压被提供为对DAC 22的输出端处的期望的转矩信号的负反馈。当电路平衡(即，电流i_OUT等于相应于转矩命令信号TRQ_CMD的期望电流)时，误差放大器24的负输入端的电压将等于参考电压VREF。

【0006】作为控制系统领域的基础，由电机M提供的阻抗确定这个内控制回路的响应特性。特别地，电机M的电感系数L_m定义了该回路的频率响应中的“极点”，从而使系统的响应随频率变化，并且定义了可以发生振动的频率。如本领域公知，电机的频率响应的补偿可以在控制回路中实现，从而使控制回路的频率响应可以达到系统的要求，并且避免操作中的不稳定性。在图1中的传统电路中，这种补偿通过连接到误差放大器24两端的R-C(阻容)网络的方式实现。在此情况下，补偿网络包括与电阻器26和电容器27的串联网络并联连接的电容器25。电容器25、27和电阻器26的元件值基于电机M的电感系数L_m和电阻R_m，并且基于控制回路的工作频率的期望带宽(即控制回路在其上充分响应的频率范围)。

【0007】如控制系统领域所公知，电容器27用作控制回路中的积分器，该积分器在控制回路的频率响应中的较低频率处提供较高的增益。电阻器26使响应特性展平以抵消积分电容器27插入控制回路响应的90°相移(并相应地减小相位裕度)，从而提高了稳定性。电容器25在超过期望的截止频率的高频处衰减该响应。