专利名称：双模式音圈电机控制器从d类到线性运行的有效转换的制作方法
技术领域：
本发明涉及电机控制领域，且更具体地说，针对用于计算机磁盘驱动控制器中的音圈电机的控制。
背景技术：
在业界显而易见的是，在包括桌面工作站和便携式“膝上型”计算机的现代计算机中，磁盘驱动或驱动器依然是大容量读/写存储的主要技术。现在，磁盘驱动器同样在诸如便携音频系统和播放器的较小规模的便携系统中很流行。
现代磁盘驱动器一般包括“主轴”电机和“音圈”电机。在运行过程中，主轴电机旋转磁盘，使磁盘一定半径的扇区通过数据传感器，或读/写“头”。“音圈”电机沿径向方向在磁盘表面的径向位置定位数据传感器，此径向位置对应于数据由此读出或写入的磁道位置。数据传感器一般位于定位臂的远端，定位臂从磁盘圆周外侧的支点或枢轴点旋转通过旋转磁盘的表面，这样定位臂绕枢轴的旋转使在磁盘表面上的数据传感器的径向位置发生改变。音圈电机控制定位臂绕枢轴的旋转，从而控制数据传感器的磁道位置。
音圈电机控制器电路通常通过一对输出驱动器给音圈电机提供驱动信号，输出驱动器一般包括正侧驱动器和负侧驱动器，其连接于音圈电机相对侧上。运行中，通过正侧驱动器驱动电流流过音圈电机流到负侧驱动器，而使定位臂沿一个方向绕枢轴旋转，并且通过负侧驱动器驱动电流流过音圈电机流到正侧驱动器，而使定位臂沿相反的方向绕枢轴旋转。
于2002年4月16日授权的美国第6,374,043号专利描述了一种音圈电机驱动器和控制器。这种常规的音圈电机驱动器包括一对驱动器晶体管，分别用于正侧音圈电机驱动器和负侧音圈电机驱动器，且控制这些驱动器对绕驱动器交叉点以连续模式和线性AB类模式运行。
双模式音圈电机控制在本领域是公知的。作为进一步的背景技术，美国第5,838,515号专利描述了双模式音圈电机驱动器，其运行在脉冲宽度调制(“D类”)模式和线性模式。本领域众所周知的是，音圈电机的“磁道跟踪”运行模式使数据传感器保持在期望的磁道位置，且“磁道寻找”运行模式将定位臂从一个磁道位置移动到另一个磁道位置。该参考文献描述了通过在寻道减速期(deceleration phase)开始时将音圈电机驱动器从线性模式转换到脉冲宽度调制模式，以减小音圈电机驱动器的功率耗散。该参考文献公开了当定位传动器将读/写头向其预期的目标磁道移动时，驱动器被转换回线性模式，以便在磁道跟踪过程中使驱动器运行在线性、恒定电流模式。
可以认为，其它的磁盘驱动系统可将这两种音圈电机驱动模式(线性驱动和脉冲宽度调制驱动)和不同的磁盘驱动操作相关联。从音圈电机控制器的角度而言，两种驱动模式的可用性给磁盘驱动系统的实现者提供了极大的灵活性。
与本发明有关，已经发现音圈电机驱动器从脉冲宽度调制模式转换到线性运行模式会在通过音圈电机的电流中产生一些不连续。电流的不连续导致定位臂的运动产生误差，当处于磁道寻找操作的减速期时，尤其不希望出现电流不连续。当数据传感器正接近期望的磁盘磁道时，可能导致磁道定位的失败，使寻道定位时间变长，更严重的情况为在数据读和数据写的操作中出现误差。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种双模式电机控制器，其能大大减少在从D类、脉冲宽度调制驱动模式到线性驱动模式的转换中出现的不连续。
本发明更进一步的目的是提供一种双模式电机控制器，其尤其很好地适用于磁盘驱动中的音圈电机控制。
本发明更进一步的目的是提供一种双模式电机控制器，其中可用混合模式型的驱动模式，而电机电流中不会出现转换的不连续。
参考下面的说明书及其附图，本发明的其它目的和优点对本领域技术人员是显而易见的。
本发明可以被实施到双模式功率控制器中，诸如用于磁盘驱动器的音圈电机控制器，其具有桥输出驱动器，驱动电流沿两个方向中的其中一个流过如音圈电机之类的负载。多路复用器用PWM控制器产生的PWM控制信号或比较器的输出，来驱动输入信号到输出脉冲宽度调制器(PWM)驱动器。每一比较器将音圈电机终端电压(指相电压)和诸如中点处的参考电压进行比较。这样比较器的输出对应于类似PWM的控制信号，当其施加到PWM驱动器时，将相电压预调节到中点电压，诸如线性驱动模式中提供的中点电压。在线性驱动控制电路取代之前，在混合模式运行周期期间，比较器驱动的PWM控制和线性驱动都能够被使能。
图1是以方框图形式表示的根据本发明优选实施例构建的磁盘驱动系统的电路图。
图2是以方框图和示意图形式表示的根据本发明优选实施例构建的音圈电机控制器的电路图，及图1磁盘驱动系统的输出驱动电路的电路图。
图3是以方框图和示意图形式表示的、根据本发明优选的实施例构建的图2电路中的脉冲宽度调制驱动和控制电路。
图4a到4c是说明图2和3中根据本发明优选实施例的音圈电机控制器和输出驱动电路运行的时序图。
具体实施例方式本发明将结合其优选的实施例进行描述，也就是，和实施到磁盘驱动器中一样实施到音圈电机(VCM)的控制器中，其原因是本发明被认为在这种应用中特别有用。然而，可以认为本发明同样在其它应用中也是有用的，例如能在多种模式下(也就是多个放大器类)运行的驱动器电路。
图1一般描述了根据本发明的优选实施例构建的磁盘驱动系统10。磁盘驱动系统10包括一个或多个磁介质盘12，其由主轴电机14旋转，主轴电机14由主轴驱动器电路16驱动。数据传感器18是磁盘驱动系统10的读/写头，且被放置于定位臂17的末端。在图1所示的有多个磁盘的情况下，会提供多个定位臂17，每一定位臂具有一个或多个数据传感器18。音圈电机(VCM)22运行使定位臂17绕枢轴旋转，以将数据传感器18放置在磁盘12的可选择的径向磁道上。磁盘12的这些径向磁道包含有磁道识别数据、位置信息及用于磁盘驱动系统10运行的同步数据。数据传感器18用于将用户数据记录(“写”)在磁盘上及从磁盘上读取用户数据，以检测识别从此处写入数据的磁道和扇区的信号，和检测能使读/写头恰好与磁盘的磁道横向对齐的伺服脉冲串(servo burst)。
响应于记录在磁盘12上的磁信号而由读/写头18产生的模拟电信号被发送到数据通道13，以与主计算机系统(未示出)往来进行结果通信。以数字或模拟形式预先记录在磁盘12上的伺服信号，被一个或多个伺服解调器电路(未示出)检测和解调，并且经数字信号处理器30(DSP)处理，以通过定位驱动器电路32来控制数据传感器18的位置。定位驱动器电路32可以在普通的微控制器中实现，该微控制器具有控制主轴电机14的主轴驱动器电路16。定位驱动器电路32也可根据需要与磁盘驱动系统10内的其它电路集成在一起。
现在参考图2，将描述根据本发明优选实施例的定位驱动器电路32的构造，以及音圈电机(VCM) 22本身。从这个描述可以明显看出，定位驱动器电路32是双模式的，其原因是它既包括线性驱动器模式又包括脉冲宽度调制(或D类)驱动器模式。
功率晶体管50被布置成传统的“H”桥，以驱动电流流过VCM 22。正侧驱动由晶体管50PH、50PL提供，在本发明的这个实施例中，它们都是N沟道功率金属氧化物半导体(MOS)晶体管；如本领域众所周知的，如果需要，也可以使用互补的MOS(CMOS)技术来驱动VCM 22，在这种情况下，晶体管50PH为P沟道MOS晶体管。正侧晶体管50PH、50PL的源极-漏极通道串联连接于电源电压VM和地之间。同样地，负侧驱动由晶体管50NH、50NL提供，其源极-漏极通道也串联连接于电源电压VM和地之间。音圈电机22连接于节点VCMP和节点VCMN之间，节点VCMP位于晶体管50PH的源极和晶体管50PL的漏极之间，节点VCMN位于晶体管50NH的源极和晶体管50NL的漏极之间。节点VCMP、VCMN的电压在本领域通常是指“相”电压。电流传感电阻器51和VCM 22相串联，其传感节点ISP位于电阻器51和VCM 22之间。
一般而言，如本领域众所周知的，施加到晶体管50栅极的相对驱动决定了流过VCM 22的电流的极性和量值。例如，如果正侧驱动晶体管50PH、50PL的栅极被加偏压，就使得和晶体管50PL相比，晶体管50PH相对难导通，如果负侧驱动晶体管50NH、50NL的栅极被加偏压，就使得和晶体管50NH相比，晶体管50NL相对难导通，这样节点VCMP的相电压比节点VCMN的相电压高。这会产生电流，它源于晶体管50PH，传导通过VCM 22，然后通过晶体管50NL导走，这样导致VCM 22使定位臂17沿一个方向绕枢轴旋转。相反地，如果正侧驱动晶体管50PH、50PL的栅极被加偏压，使得和晶体管50PH相比，晶体管50PL相对难导通，给负侧驱动晶体管50NH、50NL的栅极加偏压，使得晶体管50NH相对晶体管50NL难导通，节点VCMN的相电压就会比节点VCMP的相电压高。这会产生电流，它源于晶体管50NH，传导通过VCM 22，然后通过晶体管50PL导走，这导致VCM22使定位臂17沿相反的方向绕枢轴旋转。
相应地，施加到晶体管50栅极上的电压控制传导流过VCM 22的电流的极性和量值。定位驱动器电路32在图1的磁盘驱动系统10中实现的就是该功能。
再参考图2，在定位驱动器电路32的线性侧，电流传感放大器34接收节点VCMP和ISP的电压作为其输入，产生的信号对应于电阻器51上的压降，因此对应于流过VCM 22的电流。此信号与控制电压VDAC在误差放大器36的一个输入端相加；误差放大器36的另一输入接收参考电压VREF。误差放大器36包括连接在其输入和输出之间的补偿反馈网络37，其目的是为了运行的稳定性，如本领域公知的。误差放大器36的输出为误差信号，其对应于期望电压VDAC与对应于通过VCM 22的瞬时电流电平的电压之和相对于参考电压VREF的差值。这个误差信号和对应于节点VCMP、VCMN的相电压的反馈信号一起被施加到线性前置级驱动器38。响应于误差信号和相电压，线性前置级驱动器38以限定流过VCM 22的电流的电压驱动桥晶体管50PH、50PL、50NH、50NL的栅极，从而控制定位臂17和传感器18(图1)在磁盘12上寻找或跟踪期望的磁道位置时的运动。
可以和本发明相关联使用的线性前置级驱动器38的构造和运行的附加详细情况，在美国第6,374,043号专利中提供。可以预计用于音圈电机22的其它结构的线性驱动器也可以替代地用于本发明中。
在定位驱动器电路32的PWM侧，误差放大器36输出的误差信号传送到差分放大器40的一个输入端；差分放大器40的第二个输入端接收参考电压VREF。差分放大器40产生差分输出信号，其对应于误差放大器36输出的误差信号和参考电压VREF之间的差值。差分放大器40的一个输出被施加到比较器42P的一个输入，而差分放大器40的另一输出被施加到比较器42N的一个输入。各个比较器42P、42N将这些输入与斜坡信号RAMP相比较，如用在常规的PWM和D类放大器控制中的情形，该斜坡信号在选定的切换频率一般为锯齿波或三角波。因此比较器42P、42N各自产生全摆幅(full-rail)输出信号，其响应于从差分放大器40接收到的其输入和斜坡信号RAMP之间的比较值，且将产生的逻辑电平提供给PWM控制逻辑44。PWM控制逻辑44由脉冲宽度调制使能信号PWM_en使能，且产生一对控制信号，该对控制信号被施加到PWM前置级驱动器46，PWM前置级驱动器46产生被施加到晶体管50的栅极的驱动信号。以这种方式，“H”桥中的晶体管50产生施加到VCM 22的脉冲宽度调制电流，其控制VCM 22的绕枢轴旋转和运动。按照本发明优选的实施例，PWM前置级驱动器46也接收相电压VCMP、VCMN，用于从PWM驱动模式到线性驱动模式的转换过程中施加到晶体管50上的驱动控制，下面会参考图3进行描述。
图3根据本发明优选的实施例，结合功率晶体管50和VCM22，图解说明了PWM前置级驱动器46的构造。如图3所示，来自PWM控制逻辑44的PWM控制信号HiLoP、HiLoN分别被施加到每一多路复用器52H、52L的一个输入。多路复用器52H、52L由控制电路53产生的控制信号TR_en分别控制，该控制电路53可以位于PWM控制逻辑44中或定位驱动器电路32的其它逻辑中，其对线性模式或PWM模式的选择进行控制。控制电路53可包括一定时器，其用于启用或表明(assert)控制信号TR_en，且将控制信号TR_en维持一选定的持续时间，或可替代地根据节点VCMP、VCMN处的相电压，来维持控制信号TR_en。多路复用器52H、52L的输出分别被施加到输出PWM驱动器54H、54L；在PWM模式下，多路复用器52H、52L选择PWM控制信号HiLoP、HiLoN，应用于其各自的输出PWM驱动器54H、54L。输出PWM驱动器54H产生的驱动信号施加到正侧功率晶体管50PH、50PL的栅极，并且输出PWM驱动器54L产生的驱动信号施加到负侧功率晶体管50NH、50NL的栅极。
根据本发明优选的实施例，比较器56H、56L控制从PWM模式到线性驱动模式转换过程中施加到功率晶体管50上的驱动。比较器56H的第一输入接收节点VCMP的相电压，而第二输入接收参考电压。施加到比较器56H上(施加到比较器56L上的电压会在下面进行描述)的参考电压是这样的电压在实现从PWM模式转换到线性模式时朝着该电压优选驱动相电压。在此例中，该电压是加到“H”桥中的晶体管50的电源电压的一半，即电压VM/2。同样地，比较器56L在第一输入处接收节点VCMN的相电压，且在第二输入处接收参考电压(如，VM/2)。
比较器56H的输出作为多路复用器52H的第二输入，并且比较器56L的输出作为多路复用器52L的第二输入。如上所述，多路复用器52H、52L由控制信号TR_en控制。根据本发明的这个优选实施例，在从PWM模式到线性模式的转换过程中，控制信号TR_en控制多路复用器52H、52L，以分别选择比较器56H、56L的输出分别应用到输出PWM驱动器54H、54L，且在PWM模式下，控制信号TR_en控制多路复用器52H、52L从PWM控制逻辑44中选择进入的PWM控制信号HiLoP、HiLoN，分别应用于输出PWM驱动器54H、54L。在线性模式期间，可以预计其它的选通逻辑和控制信号(未示出)是可操作用于使PWM前置级驱动器46对功率晶体管50不起作用或从功率晶体管50去耦。如下面的描述，定位驱动器32在从PWM模式转换到线性模式的过程中，优选运行在混合模式，PWM驱动信号和线性驱动信号都施加到功率晶体管50的栅极。
在正常运行中，定位驱动器32运行以使定位臂17绕枢轴旋转，且这样将数据传感器18移动到磁盘12的磁道上，其对应于由主机计算机及其磁盘操作系统产生的磁盘存储器地址。按照本发明的这个实施例，预计由定位驱动器32提供的两种模式(PWM和线性)可用于各种操作中，诸如磁道寻找、磁道寻找操作末期的减速和磁道跟踪，其可用于实现对磁盘12的确定地址的磁道的存取。例如，正如上述本发明的背景技术中所述，定位驱动器32的PWM(或D类)驱动模式可以用于磁道寻找和磁道跟踪操作，定位驱动器32的线性驱动模式用于磁道寻找操作的减速期，即当数据传感器18接近期望的磁道位置时。替代地，PWM驱动模式和线性驱动模式的其他组合是有用的，例如，使用线性驱动模式进行磁道跟踪，和使用PWM驱动模式进行磁道寻找。参考本说明书，本专业领域技术人员都能理解，与定位驱动器32的PWM驱动模式和线性驱动模式相关联的特殊磁盘驱动操作的其它组合也是有用的，例如，在磁道跟踪时使用线性驱动模式，这取决于特定的性能要求和磁盘驱动系统的应用。
综合参考图2和图3，现在结合根据本发明的优选实施例的功率晶体管50对PWM前置级驱动器46的运行进行描述。在PWM或D类放大器模式下，根据误差放大器36产生的误差信号和参考电压VREF(由比较器42P、42N(相对于斜坡信号RAMP)进行脉冲宽度调制)的比较结果，PWM控制逻辑44产生PWM控制信号HiLoP、HiLoN。在PWM模式中，PWM控制逻辑44使控制信号TR_en无效(de-assert)，PWM控制逻辑44控制多路复用器52H、52L，以将PWM控制信号HiLoP、HiLoN分别传递到输出PWM驱动器54H、54L。输出PWM驱动器54H将电压施加到功率晶体管50PH、50PL的栅极，以控制节点VCMP的相电压，且输出PWM驱动器54L将电压施加到功率晶体管50NH、50NL的栅极，以控制节点VCMN的相电压。在这种模式中，预计以D类脉冲宽度调制方式轨对轨(rail-to-rail)地驱动节点VCMP、VCMN的相电压。相电压的占空比和极性决定流过VCM22的平均电流，由此控制定位臂17和其数据传感器18的定位。
如上所述，在如图2和图3所示的双模式VCM定位系统中，可以由PWM模式转换到线性模式，反之亦然。然而，已经注意到，根据本发明，在PWM驱动模式期间，节点VCMP、VCMN处的相电压及“H”桥中每一个功率晶体管50的栅极处的电压所处的电平通常与线性模式运行的电平截然不同。相应地，当突然由PWM驱动模式转换到线性驱动模式时，可以观察到流过VCM 22的电流中有不连续存在。而且已经进一步观察到误差电压中出现相电压和栅极电压的这些不连续，如由电流传感放大器34和误差放大器36测量到的误差电压。已观察到一旦突然进入线性模式，由于这些转换不连续造成的误差随时间积累，引起磁道定位误差，并因此增加了磁道寻找定位时间。在严重的情况下，这些不连续会导致在数据写和数据读操作中产生错误。
根据本发明优选的实施例，在从PWM驱动模式转换到线性驱动模式时，比较器56和多路复用器52的作用是预调节功率晶体管50的栅极电压，及节点VCMP、VCMN处的相电压。根据本发明优选的实施例，这种预调节速度很快，且实际上传感误差的减少提高了磁盘性能。
相应地，在电流PWM模式运行的末期，诸如在磁道寻找操作的减速期开始，当双模式定位驱动器32要转换到线性模式时，PWM控制逻辑44就启用TR_en控制信号，将其加到多路复用器52H、52L。在这个转换周期期间，多路复用器52H、52L据此选择比较器56H、56L的输出以分别应用到输出PWM驱动器54H、54L。同样在这个转换周期期间，如下所述，线性前置级驱动器38也优选驱动功率晶体管50的栅极，给VCM 22提供混合模式(PWM和线性)的驱动。
例如，在这个转换周期期间，比较器56H将节点VCMP的相电压和参考电压VM/2进行比较，然后，对应于这个比较的结果，在其输出产生轨对轨信号。类似地，同样在转换期间，比较器56L将节点VCMN的相电压和参考电压VM/2进行比较，然后，对应于这个比较的结果，在其输出产生轨对轨信号。比较器56H、56L的目的就是产生输出信号以使输出PWM驱动器54H、54L驱动功率晶体管50，使其处于相电压都在参考电压VM/2的状态。相应地，每一个PWM回路优选布置为负反馈回路。例如，在转换周期开始时，如果节点VCMP的相电压高于参考电压VM/2，由比较器56H、多路复用器52H和输出PWM驱动器54H组成的回路优选驱动晶体管50PH、50PL的栅极，以使晶体管50PL比晶体管50PH的导通时间长，以便节点VCMP被拉低。由比较器56L、多路复用器52L和输出PWM驱动器54L组成的回路也以同样的方式运行。
施加到多路复用器52H、52L的TR_en控制信号被优选启用或保持一段选定的持续时间，例如由控制电路53中的定时器控制的持续时间。替代地，控制电路53可包括比较器或其它电路，其它电路根据节点VCMP、VCMN的相电压使控制信号TR_en无效，例如当相电压接近参考电压VM/2时。可以预计，如适合于本发明的特殊实施方式，在参考了本说明书后，用于确定何时使控制信号TR_en无效的其它控制方案对本领域的技术人员是显而易见的。
在转换期期间，当比较器56H、56L正在控制其各自的输出PWM驱动器54H、54L时，线性前置级驱动器38也优选驱动功率晶体管50的栅极。线性前置级驱动器38的输出和输出PWM驱动器54H、54L的输出在相应的栅极节点处连接在一起，如图2明显看出的，并且两者是互相兼容的。在这个混合模式运行中，前置级驱动器38和46都驱动功率晶体管50，此外还对栅极电压和相电压进行预调节，虽然可以认为在混合模式运行转换过程中，输出PWM驱动器54H、54L趋于支配线性前置级驱动器38。
在转换周期末期，由控制逻辑53暂停或在其感测到节点VCMP、VCMN的相电压被适当预调节时，PWM前置级驱动器46停止驱动功率晶体管50的栅极。取而代之的是线性前置级驱动器38(图2)控制这些栅极电压，且因此控制节点VCMP、VCMN的相电压，并且相应地，控制流过VCM 22的电流的量值和极性。由于通过比较器56和输出PWM驱动器54的运行，对栅极电压和相电压进行预调节，使其接近在线性模式下这些节点被偏置的电压，因此与传统双模式VCM系统相比，在进行PWM模式和线性模式之间的转换时，功率晶体管50运行中的不连续性以及由此导致的误差被大大减少。
图4a到图4c说明了根据本发明的优选实施例的定位驱动器电路46运行的一个例子。图4a图解说明了节点VCMP、VCMN的相电压。图4b图解说明了晶体管50PH、50PL、50NH、50NL各自的栅极的电压GPH、GPL、GNH、GNL。图4c图解说明了控制信号TR_en的时序，其从t0时刻到t1时刻之间启用。例如，可以认为从t0时刻到t1时刻的总持续时间可以在500纳秒到1.5微秒左右。
在图4a到图4c中，在t0时刻以前，定位驱动器电路46和功率晶体管50运行于PWM模式(为清楚起见，不同节点的脉冲在这些图中未示出)。在此例中，t0时刻之前紧接的最后PWM脉冲已经将晶体管50NH和50PL的栅极置为高，将晶体管50PH和50NL的栅极置为低，这样节点VCMN为高，节点VCMP为低。因此，这最后一个PWM脉冲驱动从右向左(图2和图3)流过VCM 22的电流。
在t0时刻，从PMW驱动模式向线性驱动模式的转换开始时，控制信号TR_en被启用。因为节点VCMN的相电压相对高于参考电压VM/2(且相反地，因为节点VCMP的相电压相对低于参考电压VM/2)，比较器56H、56L就产生输出信号，输出信号使输出PWM驱动器54H、54L产生脉冲，将晶体管50PH、50NL的栅极置为高，而将晶体管50NH，50PL的栅极置为低，分别如图4b中所示的电压GPH、GNH、GPL|。|在从时刻t0到时刻t1的转换时间期间，这些脉冲对相电压VCMN放电，而对相电压VCMP充电。如上所述，在这段时间期间，线性前置级驱动器38也用线性模式偏置电压驱动晶体管50的栅极，这有助于限制栅极电压的偏移。
在转换周期结束时，即t1时刻，控制信号TR_en被无效。在转换周期期间，比较器56和输出PWM驱动器54的动作已对相电压VCMP、VCMN和栅极电压GPH、GPL、GNH、GNL进行了预调节，使得它们能更快地达到其线性驱动模式电平，其大约在t2时刻发生。根据本发明优选的实施例，通过仿真，预计经过大约15微秒左右的时间，在t2时刻可以达到线性电平。
根据本发明优选的实施例，由于对“H”桥功率晶体管50的栅极电压和相电压进行的预调节，当线性驱动模式接替时，和常规电路中的情况相比，栅极电压和相电压被驱动得更接近其线性电压电平。流过音圈电机电流中的不连续和产生的定位臂的误动作因此大大减小了，电流的不连续和定位臂的误动作会引起传感误差，该传感误差会维持到线性驱动模式反馈。可以认为本发明将使磁盘驱动系统或其它使用本发明的系统的精度和性能得以改进提高，且同样能在实施系统的其它操作中使用双模式驱动器。
结合其在磁盘驱动系统中的音圈电机的控制的预期应用，已经对本发明的优选实施例进行了描述。然而，如上所述，除电机控制和磁盘驱动系统中的应用之外，可预计本发明可以用于其它应用中。例如，可以预计本发明可以与双模式或多模式输出放大器一起使用，或与其中只使用单一驱动器对而不是如以上所述的正侧和负侧驱动器对的驱动电路一起使用。可以预计本领域技术人员在参考这个说明书后，能够将本发明用在这样的其它应用中。
权利要求
1.一种多模式驱动器电路，其包括脉冲宽度调制电路，其用于产生第一和第二脉冲宽度调制信号；第一驱动器对，其包括第一和第二晶体管，它们的导电通道串联连接在电源电压和接地电压之间，且在所述第一和第二晶体管的导电通道之间的连接处确定第一相节点，所述第一和第二晶体管各具有一控制端；第一脉冲宽度调制驱动器，其具有一个输入和复数个输出，所述复数个输出连接到所述第一和第二晶体管的所述控制端；第一比较器，其具有连接到所述第一相节点的第一输入，和接收参考电压的第二输入；和第一多路复用器，其连接的第一输入接收所述第一脉冲宽度调制信号，连接的第二输入接收所述第一比较器的输出，其还具有控制输入，和连接到所述第一脉冲宽度调制驱动器的所述输入的输出。
2.根据权利要求1所述的电路，进一步包括第二驱动器对，其包括第三和第四晶体管，它们的导电通道串联连接在电源电压和接地电压之间，且确定第二相节点，其位于所述第三和第四晶体管的导电通道之间的连接处，所述第三和第四晶体管各具有一控制端；第二脉冲宽度调制驱动器，其具有一个输入和复数个输出，所述复数个输出连接到所述第三和第四晶体管的所述控制端；第二比较器，其具有连接到所述第二相节点的第一输入，和接收参考电压的第二输入；和第二多路复用器，其连接的第一输入接收所述第二脉冲宽度调制信号，连接的第二输入接收所述第二比较器的输出，其还具有控制输入，和连接到所述第二脉冲宽度调制驱动器的所述输入的输出。
3.根据权利要求2所述的电路，进一步包括控制电路，其连接到所述第一多路复用器和所述第二多路复用器的所述控制输入，用于控制所述第一和第二多路复用器。
4.根据权利要求3所述的电路，其中所述控制电路包括用于测量选定的持续时间的定时器；和用于产生控制信号的电路，以控制所述第一和第二多路复用器选择它们的第一输入，用于连接到它们的输出所述选定的持续时间。
5.根据权利要求3所述的电路，其中所述控制电路包括比较器电路，其用于测量所述第一和第二相节点的电压；和用于产生控制信号的电路，以控制所述第一和第二多路复用器选择它们的第一输入，用于响应于所述比较器电路连接到它们的输出。
6.根据权利要求2所述的电路，进一步包括连接于所述第一和第二相节点之间的负载。
7.根据权利要求1所述的电路，进一步包括连接到所述第一相节点的负载。
8.一种驱动磁盘驱动系统中的电机的方法，其包括产生脉冲宽度调制信号以驱动第一对驱动器晶体管，从而在负载处产生第一相电压；响应于所述第一相电压和参考电压的比较结果，产生第一预调节信号；在转换周期中，响应于所述第一预调节信号，驱动所述第一对驱动器晶体管；在所述转换周期之后，以线性模式驱动所述第一对驱动器晶体管。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括产生脉冲宽度调制信号以驱动第二对驱动器晶体管，从而在所述负载处产生第二相电压，所述第一和第二相电压产生通过所述负载中的电流；响应于所述第二相电压和参考电压的比较结果，产生第二预调节信号；在转换周期中，响应于所述第二预调节信号，驱动所述第二对驱动器晶体管；在所述转换周期之后，以所述线性模式驱动所述第二对驱动器晶体管。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述产生步骤包括将脉冲宽度调制信号施加到第一输出放大器，所述第一输出放大器的输出连接到所述第一对驱动器晶体管。
11.根据权利要求10所述的方法，其中驱动所述第一对驱动器晶体管的所述步骤包括将所述第一预调节信号施加到所述第一输出放大器。
12.根据权利要求11所述的方法，其中将脉冲宽度调制信号施加到所述第一输出放大器的所述步骤包括控制第一多路复用器，以将所述脉冲宽度调制信号连接到所述第一输出放大器；且其中，将所述第一预调节信号施加到所述第一输出放大器的所述步骤包括控制所述第一多路复用器，以将所述第一预调节信号连接到所述第一输出放大器。
13.根据权利要求8所述的方法，进一步包括在所述转换周期期间，以所述线性模式驱动所述第一对驱动器晶体管。
14.根据权利要求8所述的方法，进一步包括用电源电压给所述第一对驱动器晶体管加偏压；其中，所述参考电压大约是所述电源电压的一半。
15.根据权利要求8所述的方法，进一步包括结束所述转换周期。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括测量所述转换周期的所述持续时间；其中，当所述测量的持续时间达到选定的持续时间时，执行所述结束步骤。
17.根据权利要求15所述的方法，进一步包括测量所述第一相电压；其中，当所述第一相电压达到选定的电压水平时，执行所述结束步骤。
18.一种磁盘驱动系统，其包括磁盘；定位臂，其延伸越过所述磁盘；数据传感器，其安装在所述定位臂的远端；音圈电机，其连接到所述定位臂的近端，用于使所述定位臂绕枢轴旋转；第一驱动器对，其包括第一和第二晶体管，它们的导电通道串联连接于电源电压和接电电压之间，且在所述第一和第二晶体管的所述导电通道之间的连接处确定连接到所述音圈电机的第一相节点，所述第一和第二晶体管各具有一控制端，和所述第一相节点；线性电路，其用于在线性驱动模式中，产生线性驱动信号以控制所述第一和第二晶体管的所述控制端；脉冲宽度调制电路，其用于产生第一和第二脉冲宽度调制信号；第一脉冲宽度调制驱动器，其具有一个输入和连接到所述第一和第二晶体管的所述控制端的复数个输出；第一比较器，其具有连接到所述第一相节点的第一输入，以及接收参考电压的第二输入；第一多路复用器，其连接的第一输入接收所述第一脉冲宽度调制信号，连接的第二输入接收所述第一比较器的一个输出，其还具有一个控制输入，和连接到所述第一脉冲宽度调制驱动器的所述输入的一个输出；以及控制电路，其连接到所述第一和第二多路复用器的所述控制输入，用于控制所述第一多路复用器和所述第二多路复用器。
19.根据权利要求18所述的磁盘驱动系统，进一步包括第二驱动器对，其包括第三和第四晶体管，它们的导电通道串联连接于所述电源电压和接地电压之间，且确定第二相节点，其在所述第三和第四晶体管的导电通道之间的连接处连接到所述音圈电机，所述第三和第四晶体管各具有一控制端；第二脉冲宽度调制驱动器，其具有一个输入和连接到所述第三和第四晶体管的所述控制端的复数个输出；第二比较器，其具有连接到所述第二相节点的第一输入，和接收参考电压的第二输入；和第二多路复用器，其连接的第一输入接收所述第二脉冲宽度调制信号，连接的第二输入接收所述第二比较器的输出，其还具有一控制输入，和连接到所述第二脉冲宽度调制驱动器的所述输入的输出。
20.根据权利要求19所述的磁盘驱动系统，进一步包括控制电路，其连接到所述第一和第二多路复用器的所述控制输入，用于控制所述第一和第二多路复用器。
21.根据权利要求20所述的磁盘驱动系统，其中所述控制电路包括用于测量选定的持续时间的定时器；和用于产生控制信号的电路，以控制所述第一和第二多路复用器选择它们的第一输入，用于连接到它们的输出所述选定的持续时间。
22.根据权利要求20所述的磁盘系统，其中所述控制电路包括用于测量所述第一和第二相节点的电压的比较器电路；和用于产生控制信号的电路，以控制所述第一和第二多路复用器选择它们的第一输入，用于响应于所述比较器电路连接到它们的输出。
全文摘要
本说明书公开了应用于磁盘驱动系统中音圈电机(22)的双模式定位驱动器。线性前置级驱动器和脉冲宽度调制前置级驱动器(46)都连接到布置成“H”桥的功率晶体管(50PH，50NH，50PL，50NL)，以驱动音圈电机(22)。因此定位驱动器是可操作的，以便以线性模式或脉冲宽度调制D类模式驱动功率晶体管(50)。在从脉冲宽度调制模式到线性模式的转换周期中，比较器(56H，56L)将“H”桥的相电压和参考电压进行比较。比较器(56H，56L)的输出施加到PWM输出放大器(54H，54L)，以驱动功率晶体管50，以便朝着它们的线性偏压点预调节相电压。结果，使得流过音圈电机(22)的驱动电流的不连续最少。
文档编号G11B5/55GK1961354SQ200580017391
公开日2007年5月9日 申请日期2005年5月23日 优先权日2004年5月28日
发明者K·W·则迈, A·Y·依尔-切瑞夫, G·普路托斯基 申请人:德克萨斯仪器股份有限公司