(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュール式適応電力管理システムであって、
ホスト電力命令を受信するように動作可能なトランスレータ・インターフェースを含み、該ホスト電力命令は、少なくとも第１の粗い電力利用及び第２の粗い電力利用のうちの１つを提供するように動作可能であり、該モジュール式適応電力管理システムは、さらに、
第１の回路部分及び第２の回路部分と、
該第１の回路部分及び第２の回路部分の各々への電力を選択的に制御する電力アイランド・コントローラと、
該第１の回路部分に提供される第１のクロック及び該第２の回路部分に提供される第２のクロックを選択的に管理する発振コントローラとを含み、
該モジュール式適応電力管理システムは、該電力アイランド・コントローラと該発振コントローラの組合せに指示して、少なくとも該第１の粗い電力利用の中での第１の微細な電力利用及び該第１の粗い電力利用の中での第２の微細な電力利用のうちの１つを実装させるように動作可能である電力管理システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電力管理システムにおいて、
プロセッサをさらに含み、該プロセッサは、該電力管理システムを動作させるために実行可能なファームウェアを含む電力管理システム。
【請求項３】
請求項２に記載の電力管理システムにおいて、
該電力アイランド・コントローラは、該ファームウェアによって書き込み可能であって、該第１の回路部分への給電をディスエーブルにするように動作可能な、第１のレジスタ・ビットと、該ファームウェアによって書き込み可能であって、該第２の回路部分への給電をディスエーブルにするように動作可能な、第２のレジスタ・ビットと、を含む電力管理システム。
【請求項４】
請求項３に記載の電力管理システムにおいて、
該ファームウェアは、適応電力管理方式を実装するように動作可能である電力管理システム。
【請求項５】
請求項３に記載の電力管理システムにおいて、
該第１のレジスタ・ビット及び該第２のレジスタ・ビットは、該トランスレータ・インターフェースを介しての書き込みが可能である電力管理システム。
【請求項６】
請求項２に記載の電力管理システムにおいて、
該発振コントローラは、該ファームウェアによって書き込み可能であって、該第１の回路部分への第１のクロックをディスエーブルにするように動作可能な、第１のレジスタ・ビットと、該ファームウェアによって書き込み可能であって、該第２の電力回路部分への第２のクロックをディスエーブルにするように動作可能な、第２のレジスタ・ビットと、を含む電力管理システム。
【請求項７】
請求項２に記載の電力管理システムにおいて、
該発振コントローラは、該ファームウェアによって書き込み可能であって、該第１の回路部分への第１のクロック及び該第２の電力回路部分への第２のクロックの両方をディスエーブルにするように動作可能なレジスタ・ビットを含む電力管理システム。
【請求項８】
請求項７に記載の電力管理システムにおいて、
該レジスタ・ビットはさらに、該第１のクロック及び該第２のクロックが取り出される発振器をディスエーブルにするように動作可能である電力管理システム。
【請求項９】
請求項１に記載の電力管理システムにおいて、
該トランスレータ・インターフェースは、ＡＴＡインターフェース、ＳＡＴＡインターフェース、ＭＭＣインターフェース、ＣＥ−ＡＴＡインターフェース、及びＳＤＩＯインターフェースからなる群から選択される電力管理システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の電力管理システムにおいて、
レジスタ・ベースであり、様々なホスト・システムとの関連で配備可能である電力管理システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電力管理システムにおいて、
該様々なホスト・システムのうちの１つがハードディスク・ドライブ・システムである電力管理システム。
【請求項１２】
様々なシステムにおいて使用される、再使用可能なモジュール式電力管理回路であって、
電力アイランド制御レジスタを備え、該電力アイランド制御レジスタは、複数の電力アイランド制御ビットに関連付けられ、該複数の電力アイランド制御ビットのそれぞれは、所与の電力アイランドへの給電をディスエーブルにするように動作可能であり、
発振制御レジスタを備え、該発振制御レジスタは、複数の発振制御ビットに関連付けられ、該複数の発振制御ビットのそれぞれは、所与のクロックをディスエーブルにするように動作可能であり、
トランスレータ・インターフェースを備え、該トランスレータ・インターフェースは、少なくとも第１の粗い電力利用及び第２の粗い電力利用のうちの１つを選択するように動作可能な標準的な電力管理命令を受信することと、該標準的な電力管理命令を、該電力アイランド制御レジスタ及び該発振制御レジスタへの書き込みに変換することと、を行うように動作可能であり、該電力アイランド制御レジスタ及び該発振制御レジスタへの該書き込みは、適合された電力管理方式を実装し、該適合された電力管理方式は、少なくとも該第１の粗い電力利用の中での第１の微細な電力利用及び該第１の粗い電力利用の中での第２の微細な電力利用のうちの１つを実装する電力管理回路。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電力管理回路において、
ファームウェアを実行する埋め込みプロセッサをさらに備え、該埋め込みプロセッサは、該トランスレータ・インターフェースの動作を、少なくとも部分的に制御する電力管理回路。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電力管理回路において、該ファームウェアはアップグレード可能である電力管理回路。
【請求項１５】
請求項１２に記載の電力管理回路において、
該複数の発振制御ビットのうちの第１の発振制御ビットが、発振器をディスエーブルにするように動作可能であり、該複数の発振制御ビットのうちの第２の発振制御ビットが、該発振器から取り出されるすべてのクロックをゲートするように動作可能であり、該複数の発振制御ビットのうちの第３の発振制御ビットが、該発振器から取り出されるクロックのうちの、すべてではない一部のクロックをゲートするように動作可能である電力管理回路。
【請求項１６】
請求項１２に記載の電力管理回路において、
該標準的な命令は、ＡＴＡ命令及びＳＡＴＡ命令からなる群から選択される電力管理回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気システムの電力損失を管理するシステムおよび方法に関し、特に、ハードディスク・ドライブ・システムの電力消費を管理するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク・ドライブは、複雑な電気機械システムであり、電力の問題と熱放散の問題との両方があるために、いっそう複雑なシステムである。これらの電力の問題および熱放散の問題については、様々な個別の方向からの取り組みが行われてきた（たとえば、低電力特定用途向け半導体の設計、クロック速度を低減するハードウェア、ファームウェア、またはソフトウェアのいずれかの使用など）。一例として、ホストからのソフトウェア命令に従って電力損失を管理するハードディスク・ドライブがある。そのようなホスト命令は、典型的には、ＡＴＡバスを介して配信され、本質的に非常に粗い。こうした精密さの欠如により、ハードディスク・ドライブの動作を十分なレベルに保ちながら、ドライブの電力を効果的に管理することができない。
【０００３】
したがって、少なくとも上述の理由により、当該技術分野では、先進的な、電力管理のシステムおよび方法が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、電気システムの電力損失を管理するシステムおよび方法に関し、特に、ディスク・ドライブの電力消費を管理するシステムおよび方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の各種実施形態は、モジュール式の適応電力管理システムを提供する。そのようなモジュール式の適応電力管理システムは、ハードディスク・ドライブ・コントローラ、チャネル読み出しモジュール、ホスト・インターフェース・コントローラ、および電力管理システムを含む。ハードディスク・ドライブ・コントローラは、ファームウェアを実行するプロセッサを含み、ホスト・インターフェース・コントローラは、ホスト・インターフェースを介してのホスト・アクセスを可能にする。ホスト・インターフェースまたはトランスレータ・インターフェースは、たとえば、ＡＴＡインターフェース、ＳＡＴＡインターフェース、および／または、ＭＭＣ、ＣＥ−ＡＴＡ、ＳＤＩＯなどのような、他の新興のシリアル・インターフェースであってよい。電力管理システムは、電力アイランド・レジスタおよび発振制御レジスタを含む。電力アイランド・レジスタおよび発振制御レジスタは、両方がそれぞれ、少なくとも、ファームウェアおよび／またはホスト・インターフェースを介して間接的に書き込み可能である。ハードディスク・コントローラ、インターフェース・コントローラ、チャネル読み出しモジュール、および電力管理システムは、２つ以上の別個の電力アイランドにまたがって実装され、２つ以上の別個のクロックを使用する。２つ以上の別個の電力アイランドへの電力は、少なくとも部分的には、電力アイランド・レジスタを介して電力管理システムによって制御され、２つ以上の別個のクロックは、それぞれ、発振制御レジスタを介して電力管理システムによって制御される。
【０００６】
本発明の他の実施形態は、様々なシステムで使用される、再使用可能なモジュール式電力管理回路を提供する。そのような電力管理回路は、電力アイランド制御レジスタおよび発振制御レジスタを含む。電力アイランド制御レジスタは、いくつかの電力アイランド制御ビットに関連付けられ、電力アイランド制御ビットのそれぞれは、所与の電力アイランドへの給電をディスエーブルにするように動作可能である。発振制御レジスタは、いくつかの発振制御ビットに関連付けられ、発振制御ビットのそれぞれは、所与のクロックをディスエーブルにするように動作可能である。この回路はさらに、トランスレータ・インターフェースを含む。トランスレータ・インターフェースは、標準的な電力管理命令を受信することと、その標準的な電力管理命令を、電力アイランド制御レジスタおよび発振制御レジスタへの書き込みに変換することと、を行うように動作可能である。電力アイランド制御レジスタおよび発振制御レジスタへの書き込みは、標準的な電力管理命令に関連して適合された電力管理方式を実装する。ケースによっては、標準的な電力管理命令は、ＡＴＡまたはＳＡＴＡ命令であり、あるいは、ＭＭＣ、ＣＥ−ＡＴＡ、ＳＤＩＯなどのような、新興のシリアル・インターフェースの１つに関連付けられた命令である。
【０００７】
本発明の前述の実施形態のいくつかの例では、この回路はさらに、ファームウェアを実行する埋め込みプロセッサを含む。そのような埋め込みプロセッサは、トランスレータ・インターフェースの動作を、少なくとも部分的に制御することが可能である。ケースによっては、ファームウェアはアップグレード可能である。本発明の前述の実施形態の一具体例では、発振制御ビットのうちの１つのビットが、発振器をディスエーブルにするように動作可能であり、発振制御ビットのうちの別のビットが、その発振器から取り出されるすべてのクロックをゲートするように動作可能であり、発振制御ビットのうちのさらに別のビットが、その発振器から取り出されるクロックのうちの、すべてではない一部のクロックをゲートするように動作可能である。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態は、ハードディスク・コントローラ、インターフェース・コントローラ、チャネル読み出しモジュール、および電力管理システムを含むハードディスク・ドライブ・システムを提供する。これらのハードディスク・コントローラ、インターフェース・コントローラ、チャネル読み出しモジュール、および電力管理システムは、２つ以上の別個の電力アイランドにまたがって実装され、それらの２つ以上の別個の電力アイランドへの給電は、少なくとも部分的に、電力管理システムによって制御される。ケースによっては、これらのハードディスク・コントローラ、インターフェース・コントローラ、チャネル読み出しモジュール、および電力管理システムは、２つ以上の別個のクロックを利用し、この２つ以上の別個のクロックは、それぞれが電力管理システムによって制御される。ケースによっては、インターフェース・コントローラは、たとえば、ＡＴＡインターフェース、ＳＡＴＡインターフェースなどのようなホスト・インターフェース、および／または、ＭＭＣ、ＣＥ−ＡＴＡ、ＳＤＩＯなどのような、他の新興のシリアル・インターフェースを提供するように動作可能である。ケースによっては、ハードディスク・ドライブ・システムはさらに、ファームウェアを実行するプロセッサを含む。そのようなケースでは、ファームウェアは、電力管理システムを介して適応電力管理方式を実装するように動作可能である。特定のケースでは、インターフェース・コントローラは、選択された電力モードが電力管理システムを介して実装されるようにするホスト命令を受信するように動作可能なトランスレータ・インターフェースを提供するように動作可能である。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態は、電力アイランド・コントローラおよび発振コントローラを含むモジュール式適応電力管理システムを提供する。これらの発振コントローラおよび電力アイランド・コントローラは、モジュール式電力管理回路内に実装される。ケースによっては、電力管理システムはさらに、電力管理システムを動作させるために実行可能なファームウェアを有するプロセッサを含む。さらに、ケースによっては、電力管理システムは、２つ以上の電力アイランドを含む装置との関連で配備される。そのようなケースでは、電力アイランド・コントローラは、ファームウェアによって書き込み可能であって、それらの電力アイランドのうちの１つの電力アイランドへの給電をディスエーブルにするように動作可能な、１つのレジスタ・ビットと、ファームウェアによって書き込み可能であって、それらの電力アイランドのうちの別の電力アイランドへの給電をディスエーブルにするように動作可能な、別のレジスタ・ビットと、を含む。ケースによっては、ファームウェアは、適応電力管理方式を実装するように動作可能である。
【００１０】
前述の実施形態のさらに別のケースでは、電力管理システムはさらに、ホスト・インターフェースを含む。そのようなケースでは、前述のレジスタ・ビットは、ホスト・インターフェースを介しての書き込みが可能である。特定のケースでは、ホスト・インターフェースを介して通信しているホストが、粗い電力管理方式の実装を命令する。そのようなケースでは、ファームウェアは、より微細な適応電力管理方式を実装するように動作可能であってよい。ケースによっては、電力管理システムは、レジスタ・ベースであり、様々なホスト・システムとの関連で配備可能である。
【００１１】
本要約では、本発明によるいくつかの実施形態の概要のみを示した。本発明の、他の多くの目的、特徴、利点、および他の実施形態が、以下の詳細説明、添付の特許請求項、および添付図面から、より完全に明らかになるであろう。
【００１２】
本明細書のこの後の部分で説明されている図面を参照することにより、本発明の各種実施形態のさらなる理解が得られるであろう。図面において、類似の要素については、複数の図面にわたって類似の参照符号が使用されている。いくつかの例では、複数の同様の要素のうちの１つを表すために、小文字からなるサブラベルが、参照符号に関連付けられている。既存のサブラベルを指定せずに参照符号への参照が行われた場合、これは、そのような複数の同様の要素をすべて参照しようとするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の各種実施形態によるモジュール式適応電力管理モジュールを組み込んだハードディスク・ドライブ・システムを示す図である。
【図２】本発明の１つまたは複数の実施形態による、アクティブ状態における異なる電力レベル間の例示的適応遷移を示すグラフである。
【図３ａ】本発明の各種実施形態による電力管理システムの制御下にある電力アイランドを含む、異なるシステムを示す図である。
【図３ｂ】本発明の各種実施形態による電力管理システムの制御下にある電力アイランドを含む、異なるシステムを示す図である。
【図４】本発明の１つまたは複数の実施形態による、レジスタ・ベースのモジュール式電力管理システムを示す図である。
【図５】本発明の１つまたは複数の実施形態による、再使用可能なモジュール式電力管理回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、電気システムの電力損失を管理するシステムおよび方法に関し、特に、ハードディスク・ドライブ・システムの電力消費を管理するシステムおよび方法に関する。
【００１５】
多数のコンピュータ装置がハードディスク・ドライブを使用している。たとえば、ハードディスク・ドライブは、デスクトップ・コンピュータおよびラップトップ・コンピュータの両方を含むパーソナル・コンピュータに一般的に組み込まれる。さらに、多くの民生用電子機器が、機器の記憶容量を増やすための機構として、ハードディスク・ドライブを組み込み始めている。たとえば、デジタル・ビデオ・カメラ、デジタル・スチル・カメラ、携帯情報端末、携帯電話などがハードディスク・ドライブを組み込むことが一般的になり始めている。多くの場合、これらの機器は、非常に高いクロック速度で動作しており、関連付けられたハードディスク・ドライブにあるデータに対して、比較的低いアクセス時間を必要とする。データ保持プラッタが回転する速度を、読み出し／書き込みヘッド・アセンブリに対して高くすることにより、高速ハードディスク・ドライブを実装することが可能である。これらのプラッタは回転スピンドルに接続されているため、プラッタの回転速度は、スピンドル速度と呼ばれることが多い。スピンドル速度を増加させると、シーケンシャル・アクセス時にプラッタのデータにアクセスできる速度が増加するだけでなく、回転遅延も減少するため、ランダム・データ・アクセスの実行に必要な時間の平均値が減少する。スピンドル速度の増加によって得られる利点のために、スピンドル速度をさらに増加させる取り組みが続けられている。
【００１６】
スピンドル速度を増加させると、振動エネルギーおよび熱エネルギーが増加し、これらは、それぞれが、ハードディスク・ドライブの動作に対しては有害である。効果的な電力管理を導入することにより、熱エネルギーの増加を抑えて、ハードディスク・ドライブの性能を高めることが可能である。電力管理は、モバイル民生用電子機器に配備されるべきハードディスク・ドライブにおいては最も重要であるが、電力管理は、より大きな、モバイル性の低い機器（たとえば、ラップトップ・パーソナル・コンピュータや、さらには企業用途など）に配備されるべきハードディスク・ドライブの場合でも、かなり重要である。
【００１７】
本発明の各種実施形態は、ハードディスク・ドライブの有効電力を適応制御する既存の手法と連携して動作して、所望の性能レベルを提供しながら熱損失を制限することが可能な、精巧に適合された電力管理を実現する。本発明のそのような実施形態は、低電力損失モードから高電力損失モードへ、および／または、高電力損失モードから低電力損失モードへの適応遷移を、たとえば、標準的なＡＴＡバスを介して配信されるホスト命令による制御では提供されない微細さで、含むことが可能である。本発明のいくつかの実施形態では、上述の適応電力管理システムは、専用電力管理コントローラとして実装される。そのような専用電力管理コントローラは、様々なハードディスク・ドライブ設計および／または他のシステム設計に適合され、それらの設計と関連して配備されることが可能であるように、モジュール式であることが可能である。
【００１８】
本発明の各種実施形態は、モジュール式の適応電力管理システムを提供する。そのようなモジュール式の適応電力管理システムは、ハードディスク・ドライブ・コントローラ、チャネル読み出しモジュール、ホスト・インターフェース・コントローラ、および電力管理システムを含む。ハードディスク・ドライブ・コントローラは、ファームウェアを実行するプロセッサを含み、ホスト・インターフェース・コントローラは、ホスト・インターフェースを介してのホスト・アクセスを可能にする。ホスト・インターフェースまたはトランスレータ・インターフェースは、たとえば、ＡＴＡインターフェース、ＳＡＴＡインターフェース、および／または、ＭＭＣ、ＣＥ−ＡＴＡ、ＳＤＩＯなどのような、他の新興のシリアル・インターフェースであってよい。電力管理システムは、電力アイランド・レジスタおよび発振制御レジスタを含む。本明細書では、用語「レジスタ」は、任意のメモリ素子を意味する、最も広い意味で使用される。したがって、ケースによっては、レジスタが、単一フリップフロップまたはラッチ、一群のフリップフロップまたはラッチ、または他の何らかのアドレス指定可能なメモリ素子であってよい。なお、「レジスタ」は、所与のアドレスまたはメモリ・アドレスにおける書き込みおよび／または読み出しが可能な個別レジスタ・ビットのサブセットまたはスーパセットを含んでよい。電力アイランド・レジスタおよび発振制御レジスタは、両方がそれぞれ、少なくとも、ファームウェアおよび／またはホスト・インターフェースを介して間接的に書き込み可能である。ハードディスク・コントローラ、インターフェース・コントローラ、チャネル読み出しモジュール、および電力管理システムは、２つ以上の別個の電力アイランドにまたがって実装され、２つ以上の別個のクロックを使用する。本明細書では、語句「電力アイランド」は、電源によって提供され、所与のシステムの他の領域から離れたところで制御可能な、任意の領域を意味する、最も広い意味で使用される。２つ以上の別個の電力アイランドへの電力は、少なくとも部分的には、電力アイランド・レジスタを介して電力管理システムによって制御され、２つ以上の別個のクロックは、それぞれ、発振制御レジスタを介して電力管理システムによって制御される。
【００１９】
図１は、本発明の１つまたは複数の実施形態によるモジュール式適応電力管理モジュール１１０を含むハードディスク・ドライブ・システム１００を示す。本発明のいくつかの実施形態では、モジュール式適応電力管理モジュール１１０が、多数の異なる装置に配備されたり、かつ／または、１つまたは複数の装置での動作のためにカスタマイズされたりすることが可能なモジュール式設計で実装される。本発明の別の実施形態では、モジュール式適応電力管理モジュール１１０が、ホスト命令による電力管理、ファームウェア制御下の適応電力管理、および／またはハードワイヤード適応電力管理のうちの１つまたは複数を提供することが可能である。本発明のさらに別の実施形態では、モジュール式適応電力管理モジュール１１０が、設計および適応電力管理の両方のモジュール性を提供する。本発明のさらになお別の実施形態では、モジュール式適応電力管理モジュール１１０が、設計、適応電力管理、およびホスト命令による電力管理のモジュール性を提供する。ハードディスク・ドライブ・システム１００は、モジュール式適応電力管理モジュール１１０に加えて、インターフェース・コントローラ１２０、チャネル読み出しモジュール１３０、ハードディスク・コントローラ１４０、モータ・コントローラ１５０、前置増幅器１６０、スピンドル・モータ１７０、読み出し／書き込みヘッド・アセンブリ１８０、およびディスク・プラッタ１９０を含む。
【００２０】
インターフェース・コントローラ１２０は、命令がホスト・コントローラに渡されること、および／または命令がホスト・コントローラから渡されることを可能にするように適合された任意のインターフェースであってよい。したがって、ホスト・インターフェース・コントローラは、ＡＴＡインターフェース・コントローラ、ＳＡＴＡインターフェース・コントローラ、ＭＭＣインターフェース・コントローラ、ＣＥＡＴＡインターフェース・コントローラ、またはＳＤＩＯインターフェース・コントローラであってよく、これらに限定されない。当業者であれば、本明細書で提供される開示に基づいて、本発明の１つまたは複数の実施形態に関連して実装可能な、様々なインターフェース・コントローラを認識されるであろう。
【００２１】
ディスク・プラッタ１９０上のデータは、読み出し／書き込みヘッド・アセンブリ１８０がディスク・プラッタ１９０の上で適正に位置決めされたときにアセンブリ１８０によって検出されることが可能な磁気信号の集まりで構成される。典型的な読み出し動作では、読み出し／書き込みヘッド・アセンブリ１８０が、モータ・コントローラ１５０によって、ディスク・プラッタ１９０上の所望のデータ・トラックの上で正確に位置決めされる。モータ・コントローラ１５０は、ハードディスク・コントローラ１４０の指示に従って、読み出し／書き込みヘッド・アセンブリ１８０をディスク・プラッタ１９０上の適正なデータ・トラックへ移動させることによって、ディスク・プラッタ１９０に対して読み出し／書き込みヘッド・アセンブリ１８０を位置決めするとともに、スピンドル・モータ１７０を駆動する。スピンドル・モータ１７０は、所定の回転数（ＲＰＭ）でディスク・プラッタ１９０を回転させる。
【００２２】
読み出し／書き込みヘッド・アセンブリ１９０が適正なデータ・トラックの近傍に位置決めされた時点で、ディスク・プラッタ１９０がスピンドル・モータ１７０によって回転するにつれて、ディスク・プラッタ１９０上のデータを表す磁気信号が、読み出し／書き込みヘッド・アセンブリ１８０によって検知される。検知された磁気信号は、ディスク・プラッタ１９０上の磁気データを表す微小な連続アナログ信号として与えられる。この微小なアナログ信号は、前置増幅器１６０を介して読み出し／書き込みヘッド・アセンブリ１８０からチャネル読み出しモジュール１３０へ転送される。前置増幅器１６０は、ディスク・プラッタ１９０から読み出された微小アナログ信号を増幅するように動作可能である。さらに、前置増幅器１６０は、ディスク・プラッタ１９０に書き込まれるべき、チャネル読み出しモジュール１３０からのデータを増幅するように動作可能である。そして、チャネル読み出しモジュール１３０は、受信されたアナログ信号をデジタイズして、最初にディスク・プラッタ１９０に書き込まれたデジタル・データを再作成する。デジタイズされたデータは、インターフェース・コントローラ１２０を介して、ホスト・コンピュータ、またはハードディスク・ドライブ・システム１００の動作を制御する装置へ渡される。
【００２３】
書き込み動作は、前述の読み出し動作のほぼ逆であり、デジタル・データが、インターフェース・コントローラ１２０を介してホストから受信される。デジタル・データは、チャネル読み出しモジュール１３０およびハードディスク・コントローラ１４０に渡される。ハードディスク・コントローラ１４０は、モータ・コントローラ１５０による、データ・プラッタ１９０上の特定のデータ・トラックの近傍での読み出し／書き込みヘッド・アセンブリ１８０の適正な位置決めと、ディスク・プラッタ１９０の所望の回転数とを指示する。上述の指示が行われると、デジタル・データが、チャネル読み出しモジュール１３０によってアナログ・データ・ストリームに変換され、前置増幅器１６０を介して読み出し／書き込みヘッド・アセンブリ１８０に渡される。そして、読み出し／書き込みヘッド・アセンブリ１８０が、データをディスク・プラッタ１９０に書き込む。
【００２４】
ケースによっては、前述の読み出し動作および書き込み動作が連続的には行われず、そのようなケースでは、電力管理を行う機会が存在する。モジュール式適応電力管理モジュール１１０は、そのような電力管理をハードディスク・ドライブ・システム１００に対して行う。本発明のいくつかの特定の実施形態では、モジュール式適応電力管理モジュール１１０は、所望のシステム性能を満たしながら、ドライブのエネルギー効率を高めるために、プログラム可能な電力管理を行う。
【００２５】
既に提案されたように、本発明の１つまたは複数の実施形態では、モジュール式適応電力管理モジュール１１０は、ハードディスク・ドライブ・システム１００内の他の主要サブブロックにクロックを分配し、イネーブルするように動作するスタンドアロン回路である。本発明のいくつかの実施形態では、モジュール式適応電力管理モジュール１１０が、ハードディスク・コントローラ１４０上で実行されているファームウェアが、ハードディスク・ドライブ・システム１００の他の様々な回路への配電を制御することを可能にする、いくつかのレジスタをサポートしている。モジュール式適応電力管理モジュール１１０は、いくつかの電力管理手法を連携させて利用することにより、ハードディスク・ドライブ・システム１００の全体の電力損失を制御することが可能である。本発明のある特定の実施形態では、モジュール式適応電力管理モジュール１１０が、ハードディスク・ドライブ・システム１００の全体のシステム・クロックを同期させる動作をイネーブルおよびディスエーブルにする機能を含む。ある特定のケースでは、そのような機能は、全体のシステム・クロックをゲートすることによって与えられることが可能であり、他のケースでは、前述の機能は、全体のシステム・クロックを生成する役割の発振回路への給電をオフにすることによって与えられることが可能である。
【００２６】
さらに、モジュール式適応電力管理モジュール１１０は、全体のシステム・クロックのサブクロックをイネーブルおよびディスエーブルにする機能を含むことが可能である。したがって、たとえば、モジュール式適応電力管理モジュール１１０は、チャネル読み出しモジュール１３０に与えられるクロックをディスエーブルにし、同時に、インターフェース・コントローラ１２０に与えられるクロックをイネーブルにする機能を含むことが可能である。なお、モジュール式適応電力管理モジュール１１０は、ハードディスク・ドライブ・システム１００の他のエレメントと同じシリコン片に実装されてもよく、異なるシリコン片および／または異なるパッケージにおいて他のエレメントのうちの１つまたは複数のエレメントから離れて実装されてもよい。
【００２７】
前述の、クロックをゲートするアプローチおよび／またはクロックをオフにするアプローチを用いると、ＣＭＯＳ回路で損失される動的電力の量を劇的に低減することが可能である。一般的には、これで十分である。所与の回路における動的電力の損失は、静的電力（たとえば、漏れ電流）の損失の何倍にもなる可能性があるからである。しかしながら、漏れ電力もさらに制御することが有利であろう。したがって、本発明のいくつかの実施形態は、漏れ電流を制限する機能も提供する。具体的には、本発明のいくつかの実施形態では、モジュール式適応電力管理モジュール１１０が、ハードディスク・ドライブ・システム１００の個々の部分への電力をシャットオフする機能を含む。そのようなケースでは、個々の設計部分は、様々な回路が、他の領域の回路とは別個の共通電源を共有する電力アイランドまたは領域に配置されることが可能である。したがって、たとえば、チャネル読み出しモジュール１３０およびインターフェース・コントローラ１２０が全体電源から電力を受けるものの、チャネル読み出しモジュール１３０およびインターフェース・コントローラ１２０のそれぞれへの電力が個別にイネーブルおよびディスエーブルにされることが可能であるように、チャネル読み出しモジュール１３０およびインターフェース・コントローラ１２０を実装することが可能である。したがって、チャネル読み出しモジュール１３０への電力をディスエーブルにして、インターフェース・コントローラ１２０への電力をイネーブルにすることにより、チャネル読み出しモジュール１３０による動的電力損失および静的電力損失の両方を排除する一方で、インターフェース・コントローラ１２０の機能性を維持することが可能である。
【００２８】
この複数電圧アイランド・トポロジは、設計が様々な技術に移行し続けるにつれて、重要性が増す。たとえば、ある技術では、動的電力損失は、いかなる静的電力損失より相対的に優位かもしれない。一方、別の技術では、静的電力損失が動的電力損失より有意であるかもしれない。具体的には、いくつかの技術では、全体電力損失があるとすれば、その主因は漏れの問題である場合がある。使用されていないロジックへの給電をオフにすることによって、そのロジックを完全にシャットダウンすると、この漏れの要素が排除され、スタンバイ・モードおよびスリープ・モードの動作における全体システム電力消費が減少する。
【００２９】
本発明のいくつかの特定の実施形態では、モジュール式適応電力管理モジュール１１０は、インターフェース・コントローラ１２０へのインターフェースを含み、このインターフェースは、本発明のいくつかの実施形態では、ホスト・コントローラから電力管理命令を受信するために、ハードディスク・ドライブ・システム１００によって使用される。したがって、多数の例のうちの１つに過ぎないが、ホストは、３つのレベルの動作（アウェイク（覚醒）、スタンバイ、およびスリープ）を命令することが可能である。どのモードが選択されているかにかかわらず、前述の読み出し命令や書き込み命令のようなメディア・アクセス命令が受信された場合、ハードディスク・ドライブ・システム１００は、受信された命令の要求に応える動作を開始しなければならない。この、受信された命令の要求に応える動作を開始することにかかる時間は、ハードディスク・ドライブ・システム１００が現在どのモードで動作しているかによって異なる可能性がある。したがって、応答時間と電力損失との間にはトレードオフが存在する。このトレードオフは、装置が現在どの程度使用されているか、および、どれだけ速い応答時間が所与のアプリケーションによって要求されているか、によって異なる可能性がある。したがって、たとえば、電力が非常に貴重であるポータブル装置では、電力損失を最小限に抑えるために、応答時間を犠牲にしてよい。これに対し、電源の制限がない固定装置の場合は、応答時間がより重要であってよく、実装される電力管理方式は、あまり積極的なものでなくてもよい。
【００３０】
具体的には、モジュール式適応電力管理モジュール１１０は、アウェイク・モードで動作するように命令されている場合には、最小限の遅延だけで読み出しおよび書き込みの要求に応答するのに十分な配電を保証する。これに対し、スタンバイ・モードで動作するように命令されている場合には、モジュール式適応電力管理モジュール１１０は、読み出しまたは書き込みの要求の受信後にフル配電を行うことを見込んだ所定の遅延の応答時間を与えながら、電力損失を最小限に抑える。さらにまた、スリープ・モードで動作するように命令されている場合には、モジュール式適応電力管理モジュール１１０は、受信された読み出しまたは書き込みの要求に応えることがいつ必要になっても著しい遅延が避けられないように、配電が極端に切り詰められている。ケースによっては、そのようなスリープ・モードは、ハードディスク・ドライブ・システム１００の電源がほぼ完全に切られることを含んでよい。そのように給電を完全にオフにすることは、電力の大幅な節約を可能にし、ホスト・コンピュータまたはホスト装置によって実質的なキャッシングが提供されるいくつかのケースでは、そのような給電オフの弊害が限定される。一例として、ＭＰ３装置では、かなりの量のオーディオ・データがシステム・キャッシュ内で保持される、非常に低電力かつ高遅延であるアプローチを利用することが可能である。本発明のいくつかの実施形態では、積極的な電力管理方式または消極的な電力管理方式のいずれが実装される場合でもモジュール式適応電力管理モジュール１１０を使用可能にするために、モジュール式適応電力管理モジュール１１０にプログラム可能性が与えられる。そのようなプログラム可能性は、モジュール式適応電力管理モジュール１１０に含まれているいくつかの制御レジスタを介して実装可能であり、それらの制御レジスタは、ファームウェアを実行しているプロセッサを介してアクセス可能であって、ハードディスク・コントローラ１４０の一部として実装されている。これにより、モジュール式適応電力管理モジュール１１０を、複数の設計および／またはアプリケーション空間にまたがって再利用および活用することが可能になる。ユーザは、応答時間と電力損失との間のトレードオフを、個々のアプリケーション要件に応じて適合させることが可能である。
【００３１】
ハードディスク・ドライブ・システム１００との通信のために、様々なホスト・インターフェースが存在する。そのようなホスト・インターフェースは、典型的には、所定の電力管理ストラテジを含むが、その電力管理ストラテジは、特定のハードディスク・ドライブ・システム１００に対して最適に動作する場合と、最適には動作しない場合とがある。たとえば、ＡＴＡインターフェースは、よく知られており、業界が準拠して設計を行うことが可能な、安定したインターフェース規格を提供している。しかしながら、規格が安定であることは、最適な電力管理に適合することを困難にする。ＡＴＡ規格の一部として提供される電力管理命令は、汎用であり、ＡＴＡバス・インターフェースを介して通信する任意のタイプの装置に適用される。このような抽象化は、粗い電力管理のみを可能にし、特定のハードディスク・ドライブ実装にはほとんど適合されない。さらに、多くのケースでは、特定のホストが、非常に積極的な電力管理方式を実装することは不可能である。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態は、ホスト命令に付加するかたちで動作する自己管理または適応電力管理方式を提供する。いくつかのケースでは、ホスト命令による電力管理は、粗い電力管理として動作し、自己管理は、上述の粗い制御の中での微細な制御として動作する。ホスト命令による電力管理に付加するかたちで適応電力管理が提供される実施形態では、そのような適応電力管理は、ホストによって命令される範囲内で動作することが可能である。したがって、たとえば、ホストがアウェイク・モードでの動作を命令した場合、適応電力管理は、アウェイク・モードの上限からスタンバイ・モードの上限までの範囲で適応的に変化する電力損失を与えるように実装されることが可能である。同様に、ホストがスタンバイ・モードでの動作を命令した場合、適応電力管理は、スタンバイ・モードの上限からスリープ・モードの上限までの範囲で適応的に変化する電力損失を与えるように実装されることが可能である。
【００３３】
図２は、アクティブ状態における異なる電力レベル間の例示的適応遷移を示すグラフ２００である。グラフ２００は、電力軸２１０および時間軸２２０を含む。ブロック２２５で示されるように、最初、ハードディスク・ドライブ・システム１００は、読み出し命令または書き込み命令をアクティブに処理している。この時間の間に、ハードディスク・ドライブ・システム１００は、フルに動作可能であり、それによって損失される電力は、ハードディスク・ドライブ・システム１００における最大になる。命令の処理が終了すると、ハードディスク・ドライブ・システム１００は、ブロック２３５で表される高パフォーマンス・アイドル状態に遷移する。この状態では、ハードディスク・ドライブ・システムは、まだほぼ動作可能であり、可能な電力低減はわずかである。さらに、この状態では、後続の命令の受信および処理に際し、それと分かるほどの遅延は発生しない。一例として、この状態の間に、他のロジックは完全にイネーブルのままで、トライステート・バスをトライステート条件で配置することが可能である。
【００３４】
非アクティブ状態が所定の時間だけ続くと、ハードディスク・ドライブ・システム１００は、ブロック２４５で表される高速アイドル状態に遷移する。高速アイドル状態では、後続の着信した命令に応える際に、遅延がより長くなる代わりに、電力損失のさらなる因子が排除される。同様に、さらに所定の時間が経過すると、ハードディスク・ドライブ・システム１００は、ブロック２５５で表される低電力アイドル状態に遷移する。低電力アイドル状態では、後続の着信した命令に応える際に、遅延がさらに長くなる代わりに、電力損失のよりさらなる因子が排除される。最終的に、さらにいくらかの遅延を経て、ハードディスク・ドライブ・システム１００は、スタンバイ電力状態に遷移する。したがって、ホスト・バスを用いて、粗い電力状態（たとえば、アクティブ、スタンバイ、およびスリープ）を命令し、適応電力管理を用いて、ホスト命令による粗いレベルの間のより微細なレベルで電力の使用のされ方を修正することが可能である。代替として、ホスト命令が使用可能でない場合は、スタンバイ状態を、単に、適応電力管理が遷移する、別の電力状態の１つと見なすことが可能である。
【００３５】
図３は、ＭＭＣインターフェースとの使用に適合されたシステム３００と、ＳＡＴＡインターフェースとの使用に適合された別のシステム３０１とを示す。これら２つのシステムは単に例示的であること、ならびに、当業者であれば、本明細書で提供される開示に基づいて、本発明の１つまたは複数の実施形態による電力管理を導入することが可能な、様々なシステムを認識されるであろうことに注意されたい。具体的には、システム３００は、モータ・コントローラ３２０、記憶プラッタ３２２、および読み出し／書き込みヘッド・アセンブリ３２４を含む、標準的な制御可能記憶システム３１０を含む。モータ・コントローラ３２０は、スイッチング・レギュレータ３１８、スイッチドキャパシタ３１２、スピンドル・ドライバ３１４、およびボイスコイル・モータ・ドライバ３１６を含む。制御可能記憶システム３１０は、当該技術分野ではよく知られていること、ならびに、当業者であれば、本開示を読むことにより、制御可能記憶システム３１０を、本発明の１つまたは複数の実施形態による電力管理を適用することが可能な、他の知られたシステムに置き換えることが可能であろうことに注意されたい。モータ・コントローラ３２０は、ＬＣフィルタ３２６を介して、安定化電源と電気的に結合されている。当業者であれば、本明細書で提供される開示に基づいて、本出願と関連して用いることが可能な、他のフィルタを認識されるであろう。
【００３６】
システム３００はさらに、ＭＭＣインターフェース３３０を含み、ＭＭＣインターフェース３３０によって、ＭＭＣ電源３３２、ＭＭＣクロック３３６、およびＭＭＣ信号３３８が、クロック・バッファ３４８およびトライステート・バッファ３４４を介してＭＭＣホスト・インターフェース回路３６０に供給される。さらに、システム３００は、ＭＭＣ電源３３２から１．２ボルト電源を生成するように動作可能なミニ電圧レギュレータ３４２を含む。システム３００はまた、水晶発振器３５２に関連付けられた発振回路３５０を含む。さらに、システム３００は、本発明の実施形態による、プロセッサおよび／または他の制御ロジック３９０と、電力管理回路３８０とを含む。システム３００はさらに、クロック生成回路３７２およびチャネル読み出しデジタル回路３９６を含む。
【００３７】
電力管理回路３８０は、システム３００内の様々な電力アイランド３４０、３７０、３９２、および３９４への電力の制御、ならびに、システム３００の様々な部分への別個のクロックの供給を行う。電力管理回路３８０の役割は、それらのクロックのうちの１つまたは複数をゲートして、各部分に関連付けられた動的電力損失を排除することと、電力アイランド３４０、３７０、３９２、および３９４のうちの１つまたは複数への電力をオフにして、各アイランドに関連付けられた動的電力損失および静的電力損失の両方を排除することと、である。ケースによっては、電力管理回路３８０および／またはインターフェース回路３６０は、アクティブ・クロックを使用せずに伝えられるＡＴＡ／ＡＴＡＰＩ命令に応答することをサポートする。そのような実施形態では、発振回路３５０をオフにすることが可能であり、それでも、システム３００を、ホスト命令によって回復させることが可能である。
【００３８】
システム３００は、それぞれが、隣接する破線内に示された回路を含む、別個の電力アイランド３４０、３７０、３９２、および３９４として構成される。たとえば、電力管理回路３８０によって制御されるスイッチ３７４は、電力アイランド３７０への給電をオフにするように開かれることが可能である。それによって、クロック生成回路３７２へのすべての給電がオフになり、動的電力損失だけでなく静的電力損失も排除される。同様に、電力管理回路３８０によって制御されるスイッチ３９８は、電力アイランド３９４への給電をオフにするように開かれることが可能である。それによって、チャネル読み出しデジタル回路３９６へのすべての給電がオフになり、動的電力損失だけでなく静的電力損失も排除される。図示されていないが、電力アイランド３４０および電力アイランド３９２に関してスイッチが配備されることも可能であり、これは、個々の電圧アイランドに関連付けられた回路に供給される電力が、電力管理回路３８０の制御下でオン／オフを切り替えられることが可能であるように配備されることが可能である。本発明のいくつかの実施形態では、前述のスイッチは、それらのスイッチのうちの１つまたは複数に割り当てられたレジスタ・ビットを介して制御される。したがって、たとえば、スイッチ３９８は、電力管理回路３８０内の特定のレジスタ・ビットに関連付けられることが可能である。そのレジスタ・ビットに論理「１」が書き込まれると、スイッチ３９８が開かれ、論理「０」が書き込まれると、スイッチ３９８が閉じられるようにすることが可能である。そのようなレジスタ・ビットについては、後で図４を参照しながら詳述する。さらに、当業者であれば、本明細書で提供される開示に基づいて、電力アイランド３４０、３７０、３９２、および３９４のうちの１つまたは複数への給電をゲートするために用いられることが可能な、様々な制御を認識されるであろう。
【００３９】
システム３００は、複数の電力アイランドに分割されることによって、連続して給電されなければならないシステム３００の様々な部分が、断続的に給電されればよいシステム３００の他の部分と分離されることを可能にしている。システム３００をウェイクアップ状態まで鋭敏にして、システム３００の電源投入シーケンスを制御することを求められるシステム３００の部分に対しては、連続給電が維持される。そのように連続給電される部分は、「常時オン」である電力アイランドに含まれることが可能であり、ケースによっては、システム３００に組み込まれたリニア・レギュレータによって給電される。当業者であれば本開示を読むことによって理解されるように、様々な電力アイランドは、共通電源によって給電されることが可能であるが、それらは互いに隔離される。
【００４０】
同様に、制御可能記憶システム３１０に対する給電が、アウェイク（ＡＷＡＫＥ）信号３２８によって制御される。図示された、本明細書の実施形態では、電力生成は、モータ・コントローラ３２０と一体化されている。アウェイク信号３２８が論理「０」であれば、電力が生成される。また、アウェイク信号３２８が論理「１」であれば、電力が生成されない。アウェイク信号３２８は、（たとえば、スピンドル・モータおよびボイスコイル・モータを含む）個々のハードディスク・ドライブ・システムにおいて使用可能ないくつかのモータに対する給電および制御をシャットダウンすることも可能である。これらのモータをシャットダウンしてヘッドをパーキングさせることは、システム・レベルの顕著な電力節約になる。これは、これらの電気機械インターフェースが、伝統的に、ハードディスク・ドライブ・システムのシステム電流の大部分を消費するためである。本発明のいくつかの実施形態では、アウェイク信号３２８は、電流管理回路３８０の一部として維持される１つまたは複数のレジスタ・ビットによって制御される。そのようなレジスタ・ビットについては、後で図４を参照しながら詳述する。当業者であれば、本明細書で提供される開示に基づいて、制御可能記憶システム３１０への給電をゲートするために使用可能な、様々な制御を認識されるであろう。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態では、システム３００の動作を制御するために、電力
管理回路３８０によって、１つまたは複数の、プログラム可能なディスクリートＩ／Ｏが提供される。たとえば、制御可能記憶システム３１０の電力生成回路を制御するアウェイク信号３２８が提供される。他に、すべてのアナログ回路をシャットダウンする信号、発振回路をシャットダウンする信号、および／または、すべての、不可欠でないデジタル回路をシャットダウンする信号が含まれることが可能である。当業者であれば、本明細書で提供される開示に基づいて、他の様々な機能性を制御するために含まれることが可能な、他のＩ／Ｏを認識されるであろう。
【００４２】
本発明のある特定の実施形態では、システム３００において、低電力状態から高電力状態に遷移する際に、以下の例示的な電源投入シーケンスが実施される。
（１）ホスト・インターフェースにおけるアクティビティを検出するために、ＭＭＣクロック３３６が監視される。
（２）ホスト・インターフェース３６０がＭＭＣインターフェース３３０におけるアクティビティを検出すると、電力管理回路３８０に通知される。
（３）ホスト・インターフェース３６０が、システム３００を回復させるためにファームウェア制御が必要であると判断すると、電力管理回路３８０が、ファームウェアを動作させるために必要なすべての回路をオンにするように命令される。ケースによっては、これは、スーサイド・ビットをリセットすることを含む（これについては、後で図４に関連して詳述する）。
（４）電力管理システム３８０が、ホスト・インターフェース３６０への内部システム・クロックをイネーブルにする。
（５）電力管理システム３８０が、システム３００のしかるべき回復を行わせるように設計されたいくつかのレジスタ・ビットをセットするための、ファームウェアによる対話を待つ。
（６）電力管理回路３８０が、電力管理回路３８０のレジスタ・ビットを介してファームウェアから受信した命令を実施する。
本発明の各種実施形態が、複数の動作モードをサポートするように設計されることが可能であることにも注意されたい。ホスト・インターフェース３６０と電力管理システム３８０との間の対話は、動作モードごとに多少変わってもよい。しかしながら、電力管理システム３８０と対話するファームウェアを変えるだけで、同じ電力管理システム３８０を配備して、様々な意図の動作モードをサポートすることが可能である。
【００４３】
たとえば、本発明の１つまたは複数の実施形態によれば、ＡＴＡ動作モードを実装することが可能である。そのようなケースでは、ホストは主に、ホスト・インターフェース３６０を介して、給電をオフにする動作モードのシーケンスを制御する。しかしながら、電力管理システム３８０は、システムの電力をよりよく管理するために、システム３００のアーキテクチャの枠内で使用可能な、追加の、より積極的な電力管理機能を含むことが可能である。具体的には、ホスト命令による電力管理に追加するかたちの適応電力管理を用いて、クロックをゲートし、電源を切り替えることが可能である。これは、ＡＴＡバスによって提供される標準的なスリープ・モードおよびスタンバイ・モードに追加するかたちであることが可能である。スタンバイでは、クロックが選択的にシャットダウンされるが、システム３００のコア電圧ドメインへの給電はオフにされない。一方、電気機械インターフェースはすべて、シャットダウンされることが可能である。ホストがドライブに対し、スリープに入るよう指示すると、システム３００への給電が劇的に低減されるスーサイド動作モードが開始されることが可能である。
【００４４】
別の例として、埋め込みアプリケーションを対象とするＭＭＣ／ＣＥ−ＡＴＡ動作モードが実装されることが可能である。そのようなモードは、オーバライディングＡＴＡ命令セットを有するシリアル化物理インターフェースを提供する。そのようなモードでは、ホストは、給電をオフにする際に、サポートをほとんど（あったとしてもわずかしか）提供しない。本発明のそのような実施形態では、ホスト・インターフェース３６０は、ＭＭＣクロック３３６を使用するいくつかのケースにおいて、外部クロックで動作するように修正される。そのような外部クロックによってシステム３００の回復が求められた場合は、電力管理回路３８０を介して内部クロックがイネーブルにされ、回復の処理が進められる。これに対し、ホスト・インターフェース３６０が、回復は要求されていないと判断した場合、システム３００は、その低電力状態を維持される。ケースによっては、システム３００は、複数の動作モードを同時にサポートするように修正されることが可能である。たとえば、同じシリコン片に、ＭＭＣ／ＣＥ−ＡＴＡモードおよびＡＴＡモードの両方が同時に実装されることが可能である。
【００４５】
図３ｂは、ＳＡＴＡ動作モードに適合されたシステム３０１を示している。システム３０１は、既に説明されたシステム３００とほぼ同じであり、異なる点は、制御可能記憶システム３１０が、モータ・コントローラ３１３および関連付けられたスイッチング・レギュレータ３１５からなる制御可能回路３１１に置き換えられていることである。さらに、システム３００のホスト・インターフェース３３０が、ホスト電源３３３およびＳＡＴＡ信号３３９を含むホスト・インターフェース３３１に置き換えられている。さらに、システム３００のホスト・インターフェース３６０および関連付けられたＩ／Ｏが、インターフェース回路３４５、３４７、３４９、３５５、３５７、３５９、３６１、３６３、および３６５を有するＳＡＴＡ  ＰＨＹレイヤ３６７に置き換えられている。
【００４６】
システム３０１はＳＡＴＡ  ＰＨＹレイヤ３６７を含むため、ＳＡＴＡ  ＰＨＹレイヤ３６７と電力管理回路３８０との間の対話に対しては、特別の配慮がなされる。標準的なＳＡＴＡインターフェースは、関心の対象となる３つの電力状態、すなわち、「アクティブ」（ＳＡＴＡ  ＰＨＹレイヤの準備が完了していて、完全に給電されていて、送信および受信の両方がイネーブルになっている）、「パーシャル」（給電が抑えられていて、１０マイクロ秒未満で動作を再開できる）、および「スランバ」（給電が抑えられていて、１０ミリ秒未満で動作を再開できる）の各電力状態を含む。したがって、本発明の前述の実施形態と異なり、これらの定義された電力状態は、電力管理回路３８０のどの動作においても、説明がつく所定の過渡応答を必要とする。
【００４７】
図３（ａ）、（ｂ）に示されたような、本発明の実施形態が提供する１つまたは複数の有利な特徴には、システム給電シーケンス、システム・クロッキング、およびシステム・リセット生成を適応制御することが含まれ、これらに限定されない。ケースによっては、動作要件を満たすために追加電力が必要であることから、最小限必要なブロックだけがアクティブ化される。具体的には、電力アイランド制御と内部クロッキング制御とを組み合わせることにより、電力損失の問題を効果的に管理することが可能になる。さらに、ケースによっては、漏れ電流を管理するために、「常時オン」の電力アイランドの給電にミニ・レギュレータ３４２が使用される。
【００４８】
図４は、モジュール式適応電力管理モジュール１１０の代わりに使用されることが可能な電力管理システム４００（破線内）。電力管理システム４００は、トランスレータ・モジュール４１０、レジスタ・セット４２０、適応コントローラ４３０、電力アイランド・コントローラ４４０、および発振コントローラ４５０を含む。トランスレータ４１０は、インターフェース４７６から情報を受信し、インターフェース４７６は、ホスト装置で実行されるソフトウェア４７２またはハードディスク・ドライブ・システムの一部として埋め込まれたファームウェア４７４のいずれかまたは両方からの命令をフォーマットするように動作可能である。電力アイランド・コントローラ４４０および発振コントローラ４５０は、様々なシステム回路４８０への制御出力を提供する。本発明のいくつかの実施形態では、電力管理システム４００は、ファームウェア４７４から命令を受信するようにのみ動作可能である。そのようなケースでは、ファームウェア４７４は、ホストからのすべての命令を、電力管理システム４００による実施に適合された命令に変換することが可能である。したがって、たとえば、ソフトウェア４７２を実行しているホスト・コントローラが、スタンバイ・モードでの動作を要求した場合、ファームウェア４７４は、受信した命令を、要求されたスタンバイ・モードの解釈で電力管理システム４００を動作させるように適合された命令に変換する。さらに、適応電力管理方式が実装されている場合には、ファームウェア４７４は、１つまたは複数の命令をインターフェース４７６経由でトランスレータ４１０に与えることによって、適応電力管理方式の実行を制御する。前述のケースでは、トランスレータ４１０は、比較的単純に、レジスタ・セット４２０内のしかるべきレジスタに命令を書き込むメカニズムを提供しているだけである。
【００４９】
代替として、本発明のいくつかの実施形態では、ファームウェア制御が含まれない。そのような実施形態では、トランスレータ４１０は、ソフトウェア４７２からホスト命令を直接受信するように修正されることが可能である。そのようなケースでは、トランスレータ４１０は、１つまたは複数のホスト命令（たとえば、アウェイク、スタンバイ、スリープなどのような動作のレベルを指示する命令）を認識するように設計されることが可能である。トランスレータは、特定の命令を認識すると、レジスタ・セット４２０内の１つまたは複数のレジスタをセットして、電力管理システム４００が配備されているシステムに特に適合された各命令の解釈を取得する。
【００５０】
レジスタ・セット４２０は、電力管理システム４００の動作を制御する値をセットされることが可能な、いくつかのレジスタを含む。本発明のある特定の実施形態では、レジスタ・セット４２０は、電力モード・レジスタ２２３、クロック制御レジスタ２２４、および低電力制御レジスタ２２５を含む。電力モード・レジスタ２２３は、電力管理システム４００が動作している電力モードを定義することに特化された、いくつかのビットを含む。具体的には、本発明の一実施形態は、以下の表１に示された９個のレジスタ・ビットを含む。
【表１】
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４個の「電力状態」ビットは、読み取り専用ビットであり、電力管理システム４００が配備されているシステムの電力状態を反映するために連続的に更新されている。これらのレジスタ・ビットは、常時オンの電力ドメインにおいて維持され、したがって、ファームウェアを介してでもホストへでも常時アクセス可能である。動作時には、これら４個の「電力状態」ビットは、適応コントローラ４３０によって示される、次に来る電力状態を伝達するために使用されることが可能である。これらの「電力状態」ビットは、ファームウェアによってプロービングされる場合には、次に来る適応電力状態を選択する契機として使用されることが可能である。電力管理システム４００がスタンバイ・モードまたはスリープ・モードで動作している場合に、「カートリッジ・ウェイク」ビットが論理「１」にセットされると、ウェイクアップ命令として動作する定義済み外部ビットがイネーブルになる。同様に、電力管理システム４００がスタンバイ・モードまたはスリープ・モードで動作している場合に、「プロセッサ・ウェイク」ビットが論理「１」にセットされると、ファームウェアを実行しているプロセッサに対するウェイクアップ命令として動作する定義済み外部ビットがイネーブルになる。
【００５１】
「スーサイド」ビットが論理「１」にセットされると、電力管理システム４００は、電力管理システム４００が配備されているシステムの動作の回復に必要なモジュールを除くすべてのモジュールへのクロックをディスエーブルにすることを強制される。さらに、ケースによっては、「スーサイド」ビットをセットすると、不可欠でないすべての電力アイランドへの給電がオフになる。したがって、「スーサイド」ビットは、システム動作を完全にシャットダウンするために使用されることが可能な、単一の書き込み可能ビットを提供する。いくつかの実施形態では、複数の「スーサイド」ビットが提供され、その各ビットは、電力管理システム４００が配備されているシステムの１つまたは複数の部分の電力消費を抑えるように適合されている。たとえば、不可欠でないすべてのクロックをゲートするように動作可能なクロック・スーサイド・ビットに加えて、不可欠でないすべての電力アイランドの給電をオフにするように動作可能な電力アイランド・スーサイド・ビットが提供されることが可能である。そのようなアプローチは、所与のシステムにおける電力管理の柔軟性をさらに高める。この高められた柔軟性は、たとえば、様々な電力アイランドへの給電を維持しながら、不可欠でないすべてのクロックをオフにすることに用いられることが可能である。これは、それらの電力アイランドに関連付けられた回路で消費される漏れ電流を犠牲にして、所与の電力状態からより迅速に戻ることを保証する。
【００５２】
「スリープ」ビットは、ホストからスリープ・モードを命令されると必ず、論理「１」にセットされる。このレジスタ・ビットは、ホストが、標準的なＡＴＡバスに準拠した電力モードを命令している場合に使用されるように適合されることに注意されたい。本発明の他の実施形態では、別の標準的なバスに固有の電力モードを命令するために、他のビットが実装される可能性がある。ケースによっては、このビットは、電力管理システム４００がファームウェアの独占的な制御の下で動作している場合には、セットされない。このビットが論理「１」にセットされた場合は、電力管理システム４００が配備されているシステムのすべての部分でクロックがオフにされる。そのため、システムをアウェイク状態にすることは、典型的には、動作を回復させることが可能な設計になっている限られた部分にのみ供給される外部クロックに存在する。代替として、または追加で、リセットが受信された場合に、動作を回復させることが可能である。さらに、このビットがセットされると、不可欠でないすべての電力アイランドへの給電がオフにされる。給電は、クロックの回復に用いられる条件と同じ条件の下で回復されるが、クロックが再確立されるより多少早く確立される可能性がある。
【００５３】
「スタンバイ」ビットは、ホストからスタンバイ・モードを命令されると必ず、論理「１」にセットされる。「スリープ」ビットと同様に、このレジスタ・ビットは、ホストが、標準的なＡＴＡバスに準拠した電力モードを命令している場合に使用されるように適合されることに注意されたい。本発明の他の実施形態では、別の標準的なバスに固有の電力モードを命令するために、他のビットが実装される可能性がある。ケースによっては、このビットは、電力管理システム４００がファームウェアの独占的な制御の下で動作している場合には、セットされない。このビットがセットされた場合は、電力管理システム４００が配備されているシステムのほとんどの部分でクロックがオフにされる。電力管理を制御する部分、および／またはリブートにかなりの時間がかかる部分に対しては、クロックが維持される。システムは、ホストまたはファームウェア制御から命令が受信されればいつでも、この状態からアウェイクになる。
【００５４】
単にいくつかの例であるが、低電力モードに入ることになっている場合、「スーサイド」ビットは、ファームウェアの制御下でセットされる。「スーサイド」ビットがセットされると、電力管理システム４００は、電力管理システム４００が配備されているシステムの、不可欠でないすべてのモジュールからのクロックを強制的にオフにする（かつ、ケースによっては、給電もオフにする）。典型的には、これらのクロックをシャットダウンすると、システム・レベルでかなりの量の電力が節約される（また、給電をシャットダウンすると、あらゆる電力消費をさらに抑えることが可能である）。
【００５５】
パワー・オン・リセット（電源投入時リセット）直後は、すべてのディスクリートＩ／Ｏがイネーブルになり、前述のレジスタ・ビットは、それぞれのデフォルト状態に初期化される。したがって、「スーサイド」ビットは、非アクティブ（すなわち、論理「０」）状態に初期化される。さらに、この時点では、すべての電力アイランドに給電が行われており、すべてのクロックがアクティブである。そのような給電オン状態は、電力モード・レジスタ４２３の「電力状態」ビットに示される。
【００５６】
電力管理システム４００が配備されているシステムが、適応的に、またはファームウェアの制御下で、「スーサイド」ビットを使用して達成可能な電力モードに遷移するようにセットされている場合、ファームウェアは、所望の電力状態に従って「スーサイド」ビットをセットする。電力モード・レジスタ４２３の「スーサイド」ビットに書き込みを行うと、電力管理システム４００が、以下のアクションを、たとえば、ハードディスク・ドライブ・システム１００内で開始することが可能になる。第１に、電力管理システム４００は、たとえばハードディスク・ドライブ・システム１００の、様々なモジュールへのクロックをディスエーブルにする。これは、ファームウェアが実行されている埋め込みプロセッサへのクロックをディスエーブルにすることを含む。これにより、実質的に、埋め込みプロセッサが停止し、すべてのファームウェア・アクティビティが終了する。第２に、電力管理システム４００は、命令された動作状態を反映および実施するように、レジスタ・セット４２０内のすべてのレジスタ・ビットをセットする。これは、すべてのクロッキングのソースである発振器をシャットオフすること、単に１つまたは複数のクロックをゲートすること、および／または、１つまたは複数の電力アイランドへの給電をオフにすることを含んでよい。第３に、電力管理システム４００は、決定された命令がシステム動作を回復することを可能にするビットをセットすることが可能である。これは、たとえば、基本的なホスト命令によって、かつ／または、所定期間が経過した後に、不変ビットがセットされると、ただちにシステム回復が行われることを含んでよい。
【００５７】
クロック制御レジスタ４２４は、電力管理システム４００に関連して用いられることが可能な各種のクロック制御方式を定義することに特化された、いくつかのビットを含む。クロック制御レジスタ４２４の各ビットは、電力管理システム４００が関連付けられている個々の回路部分をゲートすることを制御する。たとえば、ハードディスク・ドライブ・システム１００に関連して電力管理システム４００が用いられている場合は、あるクロック制御ビットがチャネル読み出しモジュール１３０に関連付けられ、別のクロック制御ビットがハードディスク・コントローラ１４０に関連付けられることが可能である。これにより、ハードディスク・コントローラ１４０へのクロックがアクティブのままで、チャネル読み出しモジュール１３０へのクロックがゲートされることが可能である。さらに、クロック制御レジスタ４２４は、全体システム・クロックをゲートすることによって、すべてのクロックをゲートするビットを含んでよい。さらにまた、クロック制御レジスタ４２４は、セットされた場合に発振器への給電を完全にオフにするビットを含む。なお、クロック制御レジスタ４２４は、それぞれが個別にアドレス指定可能、読み出し可能、および書き込み可能である、いくつかのワードを含んでよい。
【００５８】
低電力制御レジスタ４２５は、電力管理システム４００によって制御される１つまたは複数のバスに関連付けられたプルアップ抵抗またはプルダウン抵抗のグループをディスエーブルにすることが可能な、いくつかのビットを有する。したがって、たとえば、あるモジュールにデータを供給するバスに関連付けられたプルアップ抵抗のグループと、別のモジュールにデータを供給する別のバスに関連付けられたプルアップ抵抗のグループとを、別々に制御することが可能である。これは、所与の設計における様々なプルアップ抵抗およびプルダウン抵抗に関連する電力損失を柔軟に制御することを可能にするものである。さらに、低電力制御レジスタ４２５は、電力管理システム４００の制御下にある１つまたは複数の電力アイランドへの給電を別々に制御するように設計された、いくつかのビットを含む。したがって、所与の設計の個々の電力アイランドのそれぞれへの給電を、別々に制御することが可能である。低電力制御レジスタ４２５のさらに別のビットの役割は、トライステート信号出力のグループをディスエーブルにすることである。このようにして、様々なトライステート信号出力に関連付けられた電力損失を最小限に抑えることが可能である。さらに、低電力制御レジスタ４２５は、関連付けられたすべてのシステムを、電力モード・レジスタ４２５の「スーサイド」ビットをセットすることによって開始された状態からアウェイク状態にするように動作可能なビットを含むことが可能である。さらに、低電力制御レジスタ４２５は、ホスト・インターフェースを動作させるために、内部生成されたクロックまたは外部生成されたクロックを選択するように動作可能なビットを含む。なお、低電力制御レジスタ４２５は、それぞれが個別にアドレス指定可能、読み出し可能、および書き込み可能である、いくつかのワードを含んでよい。
【００５９】
適応コントローラ４３０は、どのファームウェア制御とも別個であって離れているハードワイヤード適応電力管理方式を提供するように動作する。したがって、たとえば、ファームウェアを実行しているプロセッサの支援がなくても、本発明の１つまたは複数の実施形態を実装することが可能である。代替として、適応コントローラ４３０を、ファームウェアを実行しているプロセッサを含むシステムとの関連で用いて、他の方法であればファームウェアのかたちで実装されるであろう機能性のいくつかを実装することが可能である。さらに別の代替として、ハードワイヤード適応コントローラ４３０を用いずに、電力管理システム４００を実装することが可能である。ケースによっては、ハードワイヤード適応コントローラ４３０は、ハードウェア・タイマのグループを含み、これらのハードウェア・タイマは、電力管理システム４００が特定の電力状態で動作している期間を示し、かつ、より低い電力の状態に入ることを行わせるように動作可能である。当業者であれば、本明細書で提供される開示に基づいて、ハードワイヤード適応コントローラ４３０による適応制御を実施する際に使用可能な、様々な回路を認識されるであろう。
【００６０】
さらに、電力管理システム４００は、電力アイランド・コントローラ４４０および発振コントローラ４５０を含む。電力アイランド・コントローラ４４０および発振コントローラ４５０のそれぞれは、様々な所望の電力状態を実装する信号をシステム回路４８０に与える。具体的には、電力アイランド・コントローラ４４０は、電力管理システム４００が配備されているシステムにある１つまたは複数の電力アイランドへの給電をイネーブルおよびディスエーブルにする信号をシステム回路４８０に与えるように動作可能である。ケースによっては、電力アイランド・コントローラ４４０は、レジスタ・セット４２０に含まれるレジスタ・ビットの（バッファリングされるか、バッファリングされない）パススルーに過ぎない。他の実施形態では、電力アイランド・コントローラ４４０は、ハードワイヤード適応コントローラ４３０からの入力に加えてレジスタ・セット４２０にあるレジスタ・ビットを用いて、その１つまたは複数の電力アイランドへの給電を制御するように動作可能である。当業者であれば、本明細書で提供される開示に基づいて、電力アイランド・コントローラ４４０の前述の機能性を実装するために配備されることが可能な、様々な回路を認識されるであろう。発振コントローラ４５０は、システム回路４８０にクロック信号またはクロック・イネーブル信号を与えるように動作可能である。これは、電力管理システム４００が配備されているシステムにおいて様々な回路を同期するために用いられる１つまたは複数のクロックをオフまたはディスエーブルにする機能を電力管理システム４００に与える。ケースによっては、発振コントローラ４５０は、レジスタ・セット４２０に含まれるレジスタ・ビットの（バッファリングされるか、バッファリングされない）パススルーに過ぎない。他の実施形態では、発振コントローラ４５０は、ハードワイヤード適応コントローラ４３０からの入力に加えてレジスタ・セット４２０にあるレジスタ・ビットを用いて、１つまたは複数のクロックをイネーブルおよび／またはディスエーブルにするように動作可能である。当業者であれば、本明細書で提供される開示に基づいて、発振コントローラ４５０の前述の機能性を実装するために配備されることが可能な、様々な回路を認識されるであろう。
【００６１】
図５は、本発明の１つまたは複数の実施形態による、再使用可能なモジュール式電力管理回路５００を示す。モジュール式電力管理回路５００は、ホストまたはホスト・インターフェース５８０を介して命令を受信することが可能なトランスレータ・インターフェース５１０を含む。したがって、たとえば、ホストがＡＴＡハードディスク・ドライブ・システムである場合は、様々なＡＴＡ命令が、トランスレータ・インターフェース５１０を介してモジュール式電力管理回路５００に与えられることが可能である。そして、トランスレータ・インターフェース５１０は、ホスト・インターフェース５８０からの標準化された命令を、モジュール式電力管理回路５００が配備されたシステムに高度に適合された電力管理方式を実装するように適合された電力管理命令に変換する。ケースによっては、トランスレータ・インターフェース５１０は、変換機能の一部またはすべてを実行することが可能な埋め込みプロセッサ５２０を介して実装されるか、その埋め込みプロセッサ５２０と通信可能に結合される。埋め込みプロセッサ５２０は、ファームウェア更新インターフェース５３０を介して更新されることが可能なファームウェア５３０を実行する。そのようであるから、モジュール式電力管理回路５００を介して実装される電力管理は、配備後に、個々のエンド・ユーザの必要に応じて、別の電力管理方式を提供するように修正されることが可能である。
【００６２】
トランスレータ・インターフェース５１０は、動作時には、ホスト５８０から命令を受信し、それらの命令をレジスタ書き込みに変換する。具体的には、トランスレータ・インターフェース５１０は、電力アイランド・レジスタ５４０および発振制御レジスタ５５０への書き込みを行う。電力アイランド・レジスタ５４０の各ビット（５４５）は、電力アイランドＩ／Ｏバッファ５６０のそれぞれのビットに関連付けられ、発振制御レジスタの各ビット（５５５）は、発振制御Ｉ／Ｏバッファ５７０のそれぞれのビットに関連付けられている。電力アイランドＩ／Ｏバッファ５６０は、電力アイランド制御１〜Ｎ（５９１〜５９４）を含むいくつかの電力アイランド制御信号５９０を駆動する。設計者は、モジュール式電力管理回路５００が配備されているシステムの中に形成されている様々な電力アイランドへの給電をゲートするそれぞれのスイッチを駆動するために、電力アイランド制御信号５９１〜５９４のそれぞれを利用することが可能である。同様に、発振制御Ｉ／Ｏバッファ５７０は、発振制御信号１〜Ｎ（５９６〜５９９）を含むいくつかの発振制御信号５９５を駆動する。設計者は、モジュール式電力管理回路５００が配備されているシステムにおいて使用される発振器をオフにするか、クロックをゲートするそれぞれの回路を駆動するために、発振制御信号５９６〜５９９のそれぞれを利用することが可能である。したがって、一具体例として、発振制御信号５９６〜５９９のうちの１つの信号が、特定の発振器をシャットダウンすることが可能であり、発振制御信号５９６〜５９９のうちの別の信号が、その特定の発振器から取り出されるすべてのクロックをゲートすることが可能であり、発振制御信号５９６〜５９９のうちのさらに別の信号が、その特定の発振器から取り出されるクロックのうちの、すべてではない一部のクロックをゲートすることが可能である。これら３つの別個の発振制御は、異なるレベルの電力管理を実装すること、および／または、任意のレベルの電力管理において電力管理の積極性を加減することを支援する。当業者であれば、本明細書で提供される開示に基づいて、本発明の実施形態によるモジュール式電力管理回路を使用して実装されることが可能な、無数の電力管理制御を認識されるであろう。
【００６３】
モジュール式電力管理回路５００の動作の単なる一具体例であるが、トランスレータ・インターフェース５１０は、ホスト５８０からＡＴＡスリープ・モード命令を受信することが可能である。そして、トランスレータ・インターフェース５１０は、受信した命令を、１つまたは複数の電力アイランドがシャットダウンされること、ならびに１つまたは複数のクロックがオフにされるかゲートされることを引き起こすレジスタ書き込みに変換することが可能である。そのようであるから、モジュール式電力管理回路５００は、標準的な電力管理命令と対話するカスタム電力管理方式を設計者が容易に実装することを可能にするモジュール式プラットフォームを提供する。したがって、再使用可能な回路を用いることにより、電力管理をより洗練されたものにすることが可能である。
【００６４】
最後に、本発明は、電力管理のための新規なシステム、装置、方法、および構成を提供する。ここまで、本発明の１つまたは複数の実施形態を詳細に説明してきたが、当業者であれば、本発明の趣旨から逸脱しない様々な代替物、修正物、および等価物については自明であろう。したがって、ここまでの説明は、本発明の範囲を限定するものとして解釈されてはならず、本発明は、添付の特許請求項によって定義される。
【図１】
0005431930.tif 000003
【図２】
0005431930.tif 000004
【図３ａ】
0005431930.tif 000005
【図３ｂ】
0005431930.tif 000006
【図４】
0005431930.tif 000007
【図５】
0005431930.tif 000008