用于驱动致动器的方法、致动器驱动器以及包括致动器的设备

摘要

一种致动器驱动器电路，包括驱动信号源(60)以及具有与驱动信号源(60)串联连接的负电阻的电阻尼元件(100)。可控开关被提供来选择性地把所述电阻尼元件(100)切换入或切换出从所述驱动信号源输出到驱动器电路输出的信号路径，以便选择地修改致动器的电阻尼，特别是在失去轨道或失去聚焦时分别增加光盘驱动器的径向致动器或聚焦致动器的电阻尼。

说明书

本发明通常涉及用于驱动致动器的方法。特别地(但不排他地)，本发明涉及包括致动器的光盘驱动器，该致动器用于光束聚焦、轨道跟随、倾斜光学拾取器等等。因此，在下面将对于这种应用具体地解释本发明。然而，应当注意，这种解释性的应用不应当被理解为限制本发明的用途，因为本发明可以被用在不同的应用中。

众所周知，光存储盘包括可以以数据模式(data pattern)的形式存储信息的存储空间的至少一个轨道，其要么具有连续螺线的形式要么具有多个同心圆的形式。光盘可以是只读类型，信息在制造期间被记录在其中，该信息只能被用户读取。光存储盘也可以是可写类型，信息可以由用户存储在其中。用于把信息写入光存储盘/从光存储盘读出信息的光盘驱动器设备在下文中也被表示为“光盘驱动器”。由于一般的光盘技术、信息可以被存储到光盘的方式以及从光盘中读取光学数据的方式都是公知的，此处不需要更详细地描述这种技术。

为了在光存储盘的存储空间中写入信息、或者为了从光盘中读取信息，光盘驱动器一方面包括用于接收和旋转光盘的旋转设备，而另一方面，为了扫描旋转的光盘的存储轨道，光盘驱动器包括光束生成器装置(典型地是激光二极管)、用于把光束聚焦在光盘上的焦点中的物镜和用于接收从光盘反射的反射光并用于生成电检测器输出信号的光检测器。

在操作期间，光束应当保持聚焦在光盘上。为了这个目的，物镜被安排为轴向可移位的，并且光盘驱动器包括用于控制物镜的轴向位置的聚焦致动器装置。此外，焦点应当保持与轨道对准或者应当能够关于新轨道被定位。为了这个目的，至少物镜被安装为径向可移位的，并且光盘驱动器包括用于控制物镜的径向位置的径向致动器装置。

在实践中，可能发生光盘关于其旋转轴倾斜。为了更好的播放能力，许多光盘驱动器具有被安装成可以倾斜的物镜，以及包括用于控制物镜的倾斜位置的倾斜致动器。

致动器的性能强烈地依赖于致动器自身的参数。然而，总是精确地确定所有致动器参数是不可能的：不同致动器的参数总是展现出由制造期间的容差引起的一定量的相互差异。致动器参数也可以依赖于来自周围环境的影响，例如温度。理想的是，致动器系统在参数变化方面是鲁棒的。

对于致动器的一个重要要求是其速度。致动器应当能够迅速跟随轨道的偏差或移位。另一方面，可能发生致动器释放(loose)其目标位置，在这种情况下致动器应当能够迅速恢复并再次迅速找到其目标位置。例如，由于外部机械冲击，可能发生物镜释放其轨道和/或变得失焦(out-of-focus)。此外当光盘驱动器设备被接通时，致动器需要迅速找到所规定的位置。此外，如果物镜将被移位到另一个轨道，这种移位应当尽可能迅速。

在正常情况下，当致动器在其目标位置时，致动器控制的稳定性通过由控制器在反馈环路中接收关于实际位置的信息而增强。实际位置和目标位置之间的偏差通常较小，并且任何校正动作可以较小。如果致动器例如由于机械冲击而失去其目标位置，或者例如在操作的初始化阶段期间仍没有到达任何规定的位置，或者例如在从一个轨道跳跃到另一个轨道的过程中将被移位到另一个位置，则移位距离可能相对较大，并且容易发生过冲。

在正常情况下，与目标位置的偏差相对较小，并且伺服系统能够以表示实际位置和目标位置之间的偏差大小的误差信号为基础控制致动器。然而，这种误差信号仅对于相对小的偏差是可用的；一旦偏差太大，由于缺少误差信号，伺服系统不再能够控制致动器。

在光盘驱动器设备被安装在移动交通工具中的情况下，机械冲击是特别成问题的。在这种情况下，依赖于道路情况，机械装置可能遭受频繁的冲击和震动，导致致动器的大的位置偏差，因此对于致动器来说可能很难恢复。

本发明的一个主要目的是克服这些问题。

按照本发明的一个重要方面，给致动器提供了电子阻尼电路。

按照本发明的一个优选方面，这种电子阻尼电路在致动器驱动环路中提供负电阻。

按照本发明的另一个优选方面，依赖于致动器的情况和对增加的阻尼的需要，这种电子阻尼电路可以被控制来接通或切断，或者被控制来适配所述负的电阻值。

本发明的这些和其他方面、特征以及优点将参考附图由下面的本发明的描述进一步解释，其中相同的附图标记表示相同或类似的部件，以及其中：

图1示意性地示出了一个光盘驱动器；

图2是阐明通常用于致动器的驱动电路的框图；

图3A-B阐明了驱动器、致动器和电阻尼元件的可能的安排；

图3C阐明了一个具有负的内部电阻的驱动器；

图4是阐明电阻尼元件的一个示范性实施例的框图；

图5是阐明具有可切换的内部电阻的致动器驱动器电路的框图；

图6是阐明具有可切换的内部电阻的致动器驱动器电路的框图。

图1示意性地示出了一个光盘驱动器1，其适合把信息存储到光盘2上或从光盘2中读取信息。光盘驱动器设备1包括规定旋转轴5的电动机4。

光盘驱动器设备1进一步包括用于用光束扫描光盘2的轨道(未示出)的光学系统30。更具体地说，光学系统30包括光束生成装置31，其典型地是诸如激光二极管的激光器，并被安排来生成光束32a，光束32a穿过分束器33和物镜34。物镜34把光束32b聚焦在光盘2上。

光盘驱动器设备进一步包括径向致动器11，其被设计用于调整物镜34的径向位置。光盘驱动器设备1也包括聚焦致动器12，其被安排来轴向移位物镜34，以便精确地使光束32b在光盘2的想要位置上达到并维持聚焦。因为径向致动器和聚焦致动器本身是已知的，同时本发明不涉及这些致动器的设计和机能，所以在此处不必非常详细地讨论致动器的设计和机能。

光束32b从光盘2反射(反射光束32c)并穿过物镜34和分束器33(光束32d)以到达产生读取信号S_R的光检测器。

光盘驱动器设备1进一步包括控制单元90，控制单元90具有连接到电动机4的控制输入的第一输出90a、具有耦合到径向致动器11的输入的第二输出90b以及具有耦合到聚焦致动器12的输入的第三输出90c。控制单元90被设计为在其第一输出90a处生成对电动机4的控制信号S_CM，在其第二控制输出90b处生成对径向致动器11的控制信号S_CR，并且在其第三控制输出90c处生成对聚焦致动器12的控制信号S_CF。

如本领域技术人员应当清楚的那样，读取信号S_R包括至少一个表示物镜34关于轨道(径向致动器的目标位置)的径向移位的信号分量，并且还包括至少一个表示物镜34关于聚焦情况(聚焦致动器的目标位置)的偏差的信号分量。

在图1阐明的示范性实施例中，控制单元90还具有读取信号输入90d，用于从光检测器35接收读取信号S_R，并且控制单元90被设计为在来自光检测器35的读取信号S_R的基础上生成其致动器控制信号S_CR和S_CF，例如用来将致动器保持在它们各自的目标位置上，正如本领域技术人员应当清楚的那样。

图2是更详细地阐明通常对致动器的驱动的框图；在此图中，致动器由附图标记50表示，并可以被认为是代表上面讨论的任何一个致动器11、12。致动器50具有包括输入端51a和51b的电输入51，其连接到至少一个致动器线圈52。致动器50的输出是机械的，其由施加到物镜34的力和/或移位组成，并示意性地由箭头F代表。

驱动信号源60被示为控制单元90的一部分，其为致动器50生成驱动信号S_D，该驱动信号S_D在包括输出端61a和61b的输出61处被提供。在所示出的实施例中，第一致动器输入端51a连接到第一源输出端61a，同时第二致动器输入端51b连接到第二源输出端61b。因此，用于驱动信号S_D的电流环路变得可见。然而，一般来说，驱动信号源60不具有单独的第二输出端61b，而仅具有第一输出端61a，而驱动信号源60具有连接到主体(mass)的参考端62，如虚线所示。类似的说明适用于致动器50。于是，把第二源输出端61b连接到第二致动器输入端51b的线路可以实际上由主体本身构成。

在下面，第一致动器输入端51a也将被表示为信号输入端，同时第二致动器输入端51b也将被表示为主体端。

来自驱动信号源60的所述驱动信号S_D可以被认为是代表上面讨论的任何一个致动器驱动信号S_CR和S_CF。响应于所述驱动信号S_D，致动器50移位物镜34。致动器50对所述物镜施加一定的力，结果物镜以一定的速度v和加速度a移动。物镜受到和其速度v成比例的称为阻尼的反作用力。阻尼部分地由致动器-目标系统的机械特性引起，并且部分地具有电起源，包括致动器线圈52的反电动势。

如本领域技术人员应当清楚的那样，系统的品质因数Q是这种系统的阻尼的量度，高Q相应于低阻尼。在致动器的情况，总的品质因数Q_T可以被表示成：

$>>>1>>Q>T>\; >=>>1>>Q>M>\; >+>>1>>Q>E>\; >$>

其中Q_M代表对阻尼的机械贡献，以及Q_E代表对阻尼的电贡献。Q_M和Q_E将分别被称为机械品质因数和电品质因数。

可以说明，电品质因数Q_E与驱动信号源60和致动器50之间的电流环路中的总电阻R_T成比例，此处致动器线圈52的电感和电容被忽略。按照R_T＝R_S+R_A+R_P，总电阻R_T包括来自源60的贡献R_S(内部电阻R_S)、来自致动器50的贡献R_A(负载电阻R_A)以及来自从源输出61到致动器输入51及返回的路径的贡献R_P。

电阻尼可以通过减少总电阻R_T来增加。在现有技术中，即使源60被设计为接近理想电压源的性能(即，具有零内部电阻)，致动器50仍提供相当大的电阻，从而给可得到的阻尼量设置限制。

按照本发明，通过把具有负电阻的元件合并入源和致动器之间的环路中，从而使得R_P＜0，以便减少总电阻R_T。这种元件在下文中表示为电阻尼元件100。

图3A-C阐明了包括致动器50、驱动信号源60以及安排在源60和致动器50之间的驱动信号路径中的电阻尼元件100的致动器组件300。图3A阐明了这种电阻尼元件100可以被安排在驱动器输出端61a和致动器50的信号输入端51a之间。图3B阐明了这种电阻尼元件100可以被安排在致动器50的主体端51b和主体之间。

电阻尼元件100可以被实现为独立的元件，充当与致动器负载50串联的辅助负电阻负载。因此，给现有的致动器安排增加这种电阻尼元件100是可能的。

基于图3A的安排，电阻尼元件100与源60集成也是可能的，如图3C阐明的那样。这种源60和这种电阻尼元件100的组合可以被认为是致动器驱动器电路160，在这种情况下，电阻尼元件100充当输出级。这个致动器驱动器电路160的内部电阻包括电阻尼元件100的电阻，其被设计为与驱动器60的内部电阻有关，以使得致动器驱动器电路160的总体内部电阻是负的。

图4示出了电阻尼元件100的一个示范性实施例，其具有输入端101和输出端103。在图3A的安排中，输入端101连接到驱动器输出端61a，同时输出端103连接到致动器信号输入端51a。在图3B的安排中，输入端101连接到致动器主体端51b，同时输出端103连接到主体。在图3C的致动器驱动器电路160中，输出端103连接到致动器驱动器电路160的信号输出端161。

在这个实施例中，电阻尼元件100包括具有反相输入111和非反相输入112以及输出113的差分放大器或运算放大器110。第一电阻R1的一端连接到放大器110的非反相输入112，其另一端连接到元件输入101。第二电阻R2把放大器输出113连接到放大器110的所述非反相输入112。第三电阻R3的一端连接到放大器输出113，其另一端连接到元件输出103。第四电阻R4的一端连接到放大器110的反相输入111，其另一端连接到元件输出103。第五电阻R5的一端连接到放大器110的反相输入111，其另一端连接到主体。

电阻尼元件100表现为具有负电阻R_P，其被定义为R_P＝Vout/Iout。在一个简化的实施例中，第四和第五电阻R4和R5可以被省略，第四电阻R4由导线(0欧姆)取代。如本领域技术人员应当清楚的那样，于是可以按照

$>>>R>P>>=>->>>>R>1>>·>>R>3>>>>R>2>\; >$>

来表示电阻R_P。因此，通过适当地选择三个电阻R1、R2和R3的电阻值，把电阻尼元件100的负电阻R_P设置到想要的值是可能的。当使用第四和第五电阻R4和R5时，可得到更多的自由度。同样地，通过适当地选择电阻R1到R3(或许以及R4和R5)的电阻值，把电阻尼元件100的增益设置到想要的值是可能的，如本领域技术人员应当清楚的那样。

在上面的例子中，电阻尼元件100总是激活的，使得致动器的电阻尼总是高的。优选地，在正常操作情况下电阻尼是低的，并且在控制单元的控制下可以被增加。图5阐明了一个基于图3C的实施例的实施例，其中第一可控开关120被合并在源输出61a和电阻尼元件100的输入端101之间。第一可控开关120具有连接到源输出61a的主端子121和连接到电阻尼元件100的输入端101的第一切换端122。此外，第二可控开关130被合并在电路输出161和电阻尼元件100的输出端103之间。第二可控开关130具有连接到电路输出161的主端子、连接到电阻尼元件100的输出端103的第一切换端132以及连接到第一可控开关120的第二切换端123的第二切换端133。第一和第二可控开关120和130分别具有控制端124和134，用于接收控制信号。

响应于在其控制端124接收的控制信号，第一可控开关120要么在第一操作状态(其中其主端子121连接到其第一切换端122)中，要么在第二操作状态(其中其主端子121连接到其第二切换端123)中。同样地，响应于在其控制端134接收的控制信号，第二可控开关130要么在第一操作状态(其中其主端子131连接到其第一切换端132)中，要么在第二操作状态(其中其主端子131连接到其第二切换端133)中。因此，在开关的第一操作状态中，阻尼元件100实际上被安排在从源输出61a到电路输出161的信号路径中，以使得阻尼较高，反之，在开关的第二操作状态中，阻尼元件100实际上被旁路，以使得阻尼较低。

控制单元90被设计为生成对可控开关120和130的控制信号，以便依赖于致动器的操作情况有效地增加或减少致动器50的电阻尼。如果控制单元90以例如从光读取信号S_R得出的误差信号为基础，确定致动器已失去其目标位置，则控制单元90控制可控开关120和130以采取它们的第一操作状态，否则它控制可控开关120和130以采取它们的第二操作状态。

例如，如果误差信号表示聚焦致动器12已失去聚焦，或者径向致动器11已失去轨道，或者在没有误差信号的情况下，控制单元90控制相应的致动器驱动器电路的可控开关120和130以采取它们的第一操作状态，以便增加相应的致动器的电阻尼。最后，用于各自控制环路的控制器可以被切断。一旦适当的误差信号再次出现并分别表示聚焦致动器12已重获聚焦、或径向致动器11已重获轨道，则控制单元90就控制相应的致动器驱动器电路的可控开关120和130以采取它们的第二操作状态，以使得电阻尼元件100被旁路并且相应的致动器的电阻尼被减少。如果需要，用于各自的控制环路的控制器将被重新接通。

在另一个例子中，如果控制单元90接收到一个表示向另一个轨道跳跃的命令，或者如果在加电阶段期间，控制单元90控制致动器驱动器电路的可控开关120和130以采取它们的第一操作状态，以使得相应的致动器的电阻尼被增加。一旦足够接近地到达新的目标轨道，或者加电阶段已结束，控制单元90控制致动器驱动器电路的可控开关120和130以采取它们的第二操作状态，以使得相应的致动器的电阻尼被减少。

在上述内容中，解释了负电阻元件100要么被整体接通要么被整体切断。然而，为了如所期望的那样增加/减少电阻值，选择性地改变负电阻元件100的电阻值也是可能的。图6阐明了一个基于图3A的实施例的实施例，其中可控开关140被合并在放大器110的非反相输入112和第二电阻R2之间。可控开关140具有连接到放大器110的非反相输入112的主端子141和连接到第二电阻R2的第一切换端142。第二切换端143连接到替换的第二电阻R2’，其另一端连接到放大器输出113。可控开关140具有控制端144，用于接收控制信号。

响应于在其控制端144接收的控制信号，可控开关140要么在第一操作状态(其中其主端子141连接到其第一切换端142，以使得原来的第二电阻R2有效)中，要么在第二操作状态(其中其主端子141连接到其第二切换端143，以使得替换的第二电阻R2’有效)中。参考如上给出的表达式R_P＝-R1×R3/R2，可以清楚看出通过切换有效电阻来改变阻尼。

切换电阻不限于一个电阻；为了改变元件100的特性特征，特别是电阻值和/或增益，元件100的两个或更多的部件被切换。

切换电阻不限于两个替换值；与具有三个或更多状态的可控开关相关联，对于任何电阻位置可以有三个或更多的替换电阻。

应当注意，如果致动器的阻尼被改变，相应致动器控制器的时间常数也改变。

本领域技术人员应当清楚，本发明不限于上面讨论的示范性实施例，在如所附权利要求书中定义的本发明的保护范围内，各种变化和修改都是可能的。

例如，本发明可以被用来增加BluRay光盘驱动器、DVD+RW驱动器、CD驱动器、SFFO驱动器等等中的致动器阻尼。本发明的应用可以导致更高的速度、更好的播放能力以及更好的冲击钝性，其在便携式驱动器中是尤为重要的。然而，本发明不限于光盘驱动器的领域。本发明的方案也可应用到磁盘驱动器中。但是，更广泛地，本发明可以被应用到其中想要增加致动器的阻尼的任何一种情况，而不必是光盘驱动器设备的一部分。

此外，也可以在如图3A-B中阐明的致动器安排实施例中实现选择地把阻尼元件切换入或切换出信号路径，同时也可以在如图3B中阐明的致动器安排实施例中或在图3C中阐明的致动器电路实施例中实现选择性地切换电阻尼元件的一个或多个部件。