Шпиндельный двигатель (SPM) и звуковая катушка (VCM) являются самыми мощными элементами HDD, потребляющими наибольшие токи. Именно это становится причиной того, что микросхемы драйверов VCM/SPM работая в сильно нагруженном режиме, достаточно сильно нагреваются, и, даже незначительные ошибки конструкторов в расчетах режимов работы этих микросхем, способны приводить к их регулярным отказам. Знание принципов построения и функционирования схемы управления SPM и VCM на примере даже одного накопителя, позволит вам проводить диагностику неисправностей шпинделей на совершенно ином качественном уровне.
Для управления шпинделем в накопителях Fujitsu семейств M1614TAU, M1638TAU, MPA30xxAT, MPB30xxAT, MPC30xxAT могут использоваться микросхемы HA135252A или HA13525B, выпускаемые фирмой Hitachi semiconductors. Эти микросхемы практически идентичны, но все-таки несколько отличаются электрическими характеристиками и внутренней архитектурой. Они считаются совместимыми только в одну сторону, т.е. драйвер HA13525B может использоваться вместо HA135252A, в то время как обратная замена невозможна. Так, например, в накопителях семейств M1614TAU, M1638TAU, MPA30xxAT могут использоваться оба драйвера, а вот в накопителях семейств MPB30xxAT и MPC30xxAT допускается применение только лишь драйвера HA13525B.
Принципиальная схема драйвера двигателей SPM и VCM упомянутых накопителей представлена на рис.1.
В рассматриваемых накопителях, как впрочем, и во всех остальных накопителях используется трехфазный шпиндельный двигатель, коммутация фаз которого и осуществляется микросхемами комбинированных драйверов HA13525A/B. Эти драйверы являются «интеллектуальными», т.е. управляются они через внутренние программно-доступные регистры, доступ к которым осуществляется через последовательный интерфейс сигналы (S1,S2, S3). В эти внутренние регистры записываются команды и данные, описывающие режимы функционирования драйверов. Такое программирование драйверов осуществляется центральным микропроцессором накопителей, в качестве которого в рассматриваемых моделях используется MB9004, выпускаемый Fujitsu Semiconductor.
Драйвер двигателя HA13525A/B поддерживает три режима управления шпиндельным двигателем:
- режим запуска;
- режим ускорения;
- режим стабильной скорости.
Режим запуска
При включении питания, после того как напряжения +5В и 12В достигнут номинальных значений, на вход драйвера приходит сигнал RESET высокого уровня, которым осуществляется первоначальный сброс драйвера при включении питания. Сигнал RESET также подается и на микропроцессор MB9004 (на конт.86 и 90), а формируется сигнал RESET микросхемой мониторинга питания MB3771. После окончания процедуры тестирования и первоначальной загрузки управляющей программы, микропроцессором начинается программирование драйвера SPM/VCM, путем записи соответствующих данных во внутренние регистры HA13525A/B. Далее микропроцессором (на конт.72) начинает генерироваться импульсный сигнал Charge Pump. Этот сигнал является импульсным сигналом, длительность которого может изменяться. Этими импульсами, приходящими на конт.12 микросхемы HA13525A/B, заряжается конденсатор накачки заряда. Энергия, накопленная на этом конденсаторе, определяет величину тока протекающего через фазы двигателя. Через некоторый период времени, после начала заряда конденсатора Charge Pump, микропроцессор пересылает на драйвер двигателя команду на запуск (бит SPNENAB внутреннего регистра данных устанавливается в «1»). Драйвер начинает коммутировать фазы двигателя в соответствующем порядке согласно внутренней таблице истинности, и через катушки фаз начинает протекать ток, величиной примерно 1.3А. Через определенный период времени, в течение которого шпиндель начинает вращаться, хотя и очень медленно, на фазах двигателя появляется ЭДС самоиндукции (противо-ЭДС). Это позволяет драйверу определить положение шпинделя и его скорость. По сигналам противо-ЭДС драйвер начинает генерировать выходной сигнал PHASE на своем конт.17. Сигнал PHASE подается на вход микропроцессора MB9004, и по этому сигналу микропроцессор определяет текущую скорость шпинделя. Таким образом, после завершения процесса запуска, микропроцессор получает от драйвера сигнал PHASE и может управлять скоростью шпинделя.
Режим ускорения
После завершения процесса запуска, микропроцессор получает от драйвера двигателя сигнал PHASE, что позволяет ему контролировать и управлять скоростью шпинделя. Далее микропроцессор переходит к фазе ускорения шпинделя. Для этого, во внутренний регистр драйвера пересылается команда на увеличение скорости переключения фаз, и одновременно с этим увеличивается длительность импульсов Charge Pump (увеличение частоты переключения фаз должно сопровождаться увеличением их тока). Шпиндель начинает форсированно раскручиваться, а микропроцессор контролирует скорость посредством сигнала PHASE. Когда скорость шпинделя достигнет значения 5400 об/мин, микропроцессор переходит к фазе стабильной скорости вращения.
Режим стабильной скорости
В режиме стабильной скорости микропроцессор контролирует частоту сигнала PHASE каждые 1/6 оборота шпинделя. Подстройка скорости до значения 5400 об/мин осуществляется изменением длительности сигнала Charge Pump, т.е. изменением количества энергии, запасенной в конденсаторе накачки заряда.
В аварийных режимах (при пропадании питающего напряжения) управление двигателями SPM и VCM частично осуществляет и микросхема MB3771. Кроме того, что эта микросхема генерирует сигнал RESET для драйвера двигателя и микропроцессора, она формирует еще и сигнал Stop Spindle на своем выходном контакте OUTC. В случае, когда напряжение канала +12В снижается до критического уровня, на выходе OUTC устанавливается сигнал высокого уровня (лог.«1»). Этим сигналом открываются транзисторы Q8 и Q9, которые начинают шунтировать фазы двигателя «на землю», обеспечивая, тем самым, останов шпинделя.
В схеме управления звуковой катушкой можно отметить всего лишь два элемента:
- датчик тока Rs;
- схема ретракта.
С помощью токового датчика Rs осуществляется измерение тока, протекающего через VCM, что позволяет обеспечить защиту катушек, а также позволяет организовать систему слежения за перемещением актюатора. Падение напряжения на Rs драйвером двигателя измеряется через контакт RS (конт.25).
Схема ретракта обеспечивает парковку головок, поддерживая в VCM ток соответствующей величины и направления. При получении драйвером двигателя команды RETRACT от микропроцессора, на контакте Park2 устанавливается сигнал низкого уровня, которым открывается транзистор Q6. В результате этого к VCM прикладывается напряжение парковки головок. Кроме того, открывание транзистора Q6 приводит к подаче на базы транзисторов Q8 и Q9 сигнала высокого уровня (через D3 и резистор номиналом 5.1К), что приводит к их открыванию и остановке шпинделя.
Диагностирование схемы
Во-первых, стоит оговориться, что микросхема HA13525A/B достаточно надежна и ее отказ в накопителях – явление достаточно редкое. Однако это не означает, что диагностику проводить не требуется, а, кроме того, имеются и другие элементы схемы, которые могут стать причиной неисправности накопителя.
Итак, в случае неисправности накопителя и отсутствия запуска шпинделя необходимо проверить следующие элементы и сигналы.
1. На выходе микросхемы MB3771 на конт.8 (RESET) должен присутствовать сигнал высокого уровня, а на конт.3 (OUTC) должен быть сигнал низкого уровня. Если это не так, следует проверить стабильность напряжений +5В и +12В, и также исправность конденсатора, подключенного к конт.1.
2. Далее необходимо проверить наличие импульсов на конт.12 (Charge Pump), а также наличие кратковременных импульсов на конт.13, конт.14 и конт.15. Отсутствие всех этих импульсов, скорее всего, указывает на неисправность микропроцессора и других элементов HDD (RAM, ROM и т.п.).
3. Проверить наличие импульсов (сигналов фаз) на конт.1, конт.3, конт.14 и конт.28. Отсутствие импульсов и синусоидального напряжения говорит о неисправности драйвера.
4. Проверить на «пробой» транзисторы Q8 и Q9. Эти транзисторы могут шунтировать фазы шпинделя.
5. Проверить на «пробой» транзистор Q6.
Контролировать изменяющиеся сигналы необходимо, конечно же, с помощью осциллографа. Кроме того, «пробой» выходов драйвера можно определить и методом «прозвонки» контактов 1, 3 и 14 на «землю». Наличие короткого замыкания между этими контактами и землей однозначно указывает на необходимость замены микросхемы HA13525A/B (или, как вариант, на необходимость замены транзисторов Q8/Q9).
