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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine elektronische
Schaltungsanordnung mit lokalem Speicher.
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Hintergrund
der Erfindung
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Ein
Festkörperspeicher
ist ein Standardbauelement in Computersystemen und anderen elektronischen
Vorrichtungen, die für
die elektronische Schaltungsanordnung, in der selbiger enthalten
ist, einen lokalen Speicher bereitstellt. Einige Beispiele für derartige
Festkörperspeicher-Bauelemente
sind Flash-EPROM (löschbarer,
programmierbarer Festwertspeicher), SRAM (statischer Arbeitsspeicher) und
DRAM (dynamischer Arbeitsspeicher). Eine nützliche Funktion von lokalen
Speichern ist, dass diese kleinen Mengen an Mikrocodes enthalten,
die beispielsweise für
die Programmierung programmierbarer Schaltkreisbauelemente oder
zum Ausführen eines
BAT-Selbsttests auf anderen Schaltkreisbauelementen verwendet werden.
Außerdem
ist das Speichern von Informationen eine nützliche Funktion lokaler Speicher,
so wird ein lokaler Speicher beispielsweise von Pagern zum Speichern
von Telefonnummern und Mitteilungen, von Faxgeräten zum Speichern der Übertragungsprotokollparameter,
von Druckern zum Speichern von Druckerfonts usw. verwendet. Um Zuverlässigkeit
und Flexibilität
zu sichern ist der in solchen Anwendungen eingesetzte Festkörperspeicher
nicht flüchtig
und modifizierbar, beispielsweise SRAM.
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Allerdings
steigen die Kosten derartiger Festkörperspeicher fast linear mit
ihrer Speicherkapazität
an. Zudem geht die Anhebung der Speicherkapazität eines solchen Speichers mit
einer entsprechenden Zunahme seiner geometrischen Größe einher,
da bekannte Festkörpertechnologien
auf physische Grenzen stoßen.
Da die Nachfrage nach kleinen, hochentwickelten, tragbaren und kostengünstigen
Vorrichtungen mit beträchtlicher
Speicherkapazität
ansteigt, stellen diese Grenzen ein absehbares Problem dar.
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Ein
Bereich, in dem diese Grenzen, auf denen Festkörperspeicher stoßen, deutlich
zutage treten, sind elektronische Schaltkreise auf Karten. Beispielsweise
sind Schaltkreise zur Steuerung von Faxgeräten, Modems, Mobiltelefonen,
Druckern, Kameras, Plattenlaufwerken und anderer Vorrichtungen derzeit
in Gehäusen
von Kreditkartengröße mit vorbestimmten
Maßen
untergebracht, die in einen kompatiblen Steckplatz eines Laptops,
eines PCs oder eines anderen elektronischen Geräts einzustecken sind. Drei
Standardformate mit Kreditkartengröße haben sich als PCMCIA-Formate
durchgesetzt. Eine "Typ-III"-Karte ist 10,5 mm
hoch, 85,6 mm lang und 54 mm breit. Die Maße einer "Typ-II"-Karte betragen in etwa 3,3 mm Höhe × 85,6 mm
Länge × 54 mm Breite.
Eine "Typ-I"-Karte ist nur 2,5
mm hoch × 85,6 mm
lang × 54
mm breit.
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Die
EP-A-597186 und die WO 94/29866 offenbaren eine Festplattenlaufwerk-Speicherkassette mit
PCMCIA-Formfaktor. Das "IBM
Technical Disclosure Bulletin",
Band 35, Ausgabe 6, Nov. '92,
S. 30–31,
das für
den Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs
1 herangezogen wurde, und die JP-A-62270089 offenbaren Systeme,
bei denen ein Festplattenmodul (HDA) eines Festplattenlaufwerks auf
einer Karte installiert ist, wobei die dem Plattenlaufwerk zugeordnete
elektronische Schaltungsanordnung auf der Karte angeordnet ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer elektronischen
Einheit mit einer alternativen Form eines lokalen Speichers, der
in etwa auf die gleiche Größenordnung
wie ein herkömmlicher
Festkörperspeicher
verkleinert, gleichzeitig aber mit relativ geringem Kostenaufwand
und hoher Speicherkapazität
hergestellt werden kann.
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Demgemäß stellt
die vorliegende Erfindung eine elektronische Einheit nach Anspruch
1 bereit.
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Im
Gegensatz zu herkömmlichen
Festkörperspeichern,
werden Magnetplattenlaufwerke mit immer kleineren Maßen hergestellt,
und die Kosten pro Megabyte sinken. Es ist somit vorteilhaft, eine Magnetplattenlaufwerk
bereitzustellen, das klein genug ist, um Festkörperspeicher in elektronischen
Geräten,
etwa in Druckern, und in elektronischen Schaltkreisen auf Karten,
beispielsweise PCMCIA-Formate, zu ersetzen. Außerdem sind Magnetplattenlaufwerke
für zahlreiche
der oben aufgeführten
Anwendungen ideal, da sie modifizierbare und nicht flüchtige Speicher
von hoher Dichte bereitstellen.
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Bis
vor kurzem waren Magnetspeichervorrichtungen noch zu groß, um sie
direkt in eine Applikationsschaltung, wie sie in Kartengehäusen vom PCMCIA-Typ
eingesetzt werden, einzubauen. Diese Laufwerke wurden stattdessen
als Peripheriegeräte verwendet,
und die Anwendung erfolgte über
eine periphere Schnittstelle.
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In
jüngster
Zeit aber wurden einige kleine Plattenlaufwerke auf den Markt gebracht,
deren Größe sich
jener von Festkörperspeichervorrichtungen annähert. Beispielsweise
bietet Hewlett Packard das 20- bis 40-MB-1,3''-KittyHawk-Laufwerk
an. Zudem sind Komponenten-Laufwerke im US-Patent Nr. 5.264.975,
den japanischen Patentanmeldungen Nr. 62-270089 und Nr. 04-291079
sowie der japanischen Veröffentlichung
Nr. 01112586 geoffenbart. Keine dieser Publikationen erwägt aber
die Verwendung eines Plattenlaufwerks als lokalen Speicher in einer elektronischen
Schaltung, in der das Plattenlaufwerk Mikrocodes zur Verwendung
für den
Betrieb der Schaltung speichert, oder in der von der Schaltung erhaltenen
Nachrichten im Plattenlaufwerk gespeichert werden und in der die
elektronische Schaltung die im Plattenlaufwerk gespeicherten Informationen zur
Ausführung
dieser Funktion benützt.
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In
den bevorzugten Ausführungsformen
ist die elektronische Schaltung in einem Kartengehäuse, z.B.
einer PCMCIA-Karte vom Typ II oder III, bereitgestellt und umfasst
in diesem Gehäuse
ein flaches Plattenlaufwerk in Bauelementgröße mit einer Anschlussfläche von
weniger als 50% der Kartenfläche
und mit guter Beständigkeit
gegenüber
von außen
einwirkenden Stößen.
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In
den bevorzugten Ausführungsformen
umfasst das Plattenlaufwerk eine einzelne Platte mit einem Durchmesser
von nicht mehr als 1,3 Zoll und einer einzigen Aufzeichnungsoberfläche, die
direkt auf einem drehbaren, flachen Motor mit einem Durchmesser
von bis zu 1,3 Zoll angebracht ist. Das Plattenlaufwerk umfasst
weiters einen einzelne Aufhängung,
die zumindest einen Wandler zum Schreiben und Ablesen von Daten
auf der Platte trägt,
sowie eine Landezone in der Mitte der Aufzeichnungsoberfläche zum
Zweck einer hohen Stoßfestigkeit.
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In
einer Ausführungsform
ist eine elektronische Schaltung mit einem Plattenlaufwerk in Bauelementgröße umfasst,
bereitgestellt, in der das Plattenlaufwerk einen Mikrocode zur Verwendung
im Betrieb der Schaltung speichert. In einer anderen Ausführungsform
ist eine elektronische Schaltung mit einem Plattenlaufwerk in Bauelementgröße bereitgestellt,
in der das Plattenlaufwerk Benutzerinformationen, wie beispielsweise
Telefonnummern und Nachrichten, speichert.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun zu Beispielzwecken beschrieben, wobei
auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
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1 eine
Leiterplatte zeigt, die ein diskretes Plattenlaufwerk in Bauelementgröße als lokalen Speicher
umfasst;
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die 2(a) und 2(b) eine
Seiten- bzw. Draufsicht eines bekannten Plattenlaufwerks zeigen, welches
zwei Aufzeichnungsoberflächen
und zwei Aufhängungen
umfasst;
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die 3(a) bis 3(d) Seiten-
bzw. Draufsichten eines Plattenlaufwerks in Bauelementgröße zeigen,
das in den bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegende Erfindung zur Anwendung gelangt;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines typischen Gehäuses vom Kreditkartentyp für eine elektronische
Schaltung zeigt;
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5 eine
Draufsicht mit freigelegter Oberseite eines Gehäuses vom Kreditkartentyps zeigt,
in der eine elektronische Schaltung mit einem Plattenlaufwerk in
Bauelementgröße als lokalen
Speicher untergebracht ist; und
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die 6 bis 8 Blockschaltbilder
verschiedener Ausführungsformen
der elektronischen Schaltungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigen.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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1 veranschaulicht
eine elektronische Leiterplatte 4, die (mit Ausnahme des
Plattenlaufwerks 2) repräsentativ für jene Leiterplatten ist, die gemeinhin
in einer Vielzahl von elektronischen Geräten vorzufinden sind. Sie umfasst
eine Vielzahl an miteinander verbundenen Schaltelementen 5,
wie etwa Festkörperbauteilen,
Widerständen,
Kondensatoren, Oszillatoren usw. Die Festkörperbauteile umfassen beispielsweise
einen Mikroprozessor, einen Speicher, ein Rechen- und Steuerwerk,
eine programmierbare Logikeinheit usw. Die miteinander verbundenen
Elemente werden kollektiv als elektronische Schaltung bezeichnet.
Die elektronische Schaltung umfasst zudem ein diskretes Plattenlaufwerk
in Bauelementgröße 2,
um einen lokalen Speicher für eine
oder mehrere der Schaltungsbauteile 5 bereitzustellen.
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Eine
in 1 dargestellte Leiterplatte kann beispielsweise
in einem Personalcomputer, einem Laptop oder einer anderen Rechnervorrichtung
untergebracht sein. Auch kann sie in Peripheriegeräten einer
Rechnervorrichtung angeordnet sein, beispielsweise in Controller-Karten
für größere Plattenlaufwerke,
Drucker, Modems, Faxmodems und Server. Eine Leiterplatte ist auch
oft in elektronischen Geräten
zu finden, beispielsweise in Videokameras, Faxgeräten, Mobiltelefonen,
elektronischen Pagern, Fotokopiergeräten und Fernsteuerungsvorrichtungen. All
diese Anwendungen verfügen
höchstwahrscheinlich über elektronische
Schaltungen mit gewissen lokalen Speicheranforderungen.
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Die 2(a) und 2(b) sind
eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht eines bekannten Plattenlaufwerks,
das eine Platte 11, welche mit einer Nabe 15 verbunden
ist, einen Motor (nicht dargestellt), eine Aktuatoranordnung 12,
Armelektronik 17 und ein Gehäuse 16 umfasst. Die
Platte 11 umfasst ein Paar an Aufzeichnungsoberflächen 8, 9.
Die Aktuatoranordnung 12 umfasst im Allgemeinen einen Schwingspulenmotor
(VCM), einen Aktuatorarm 6 und ein Paar an Aufhängungen 13,
die mit dem Arm 6 verbunden sind und ein Paar an luftgelagerten
Gleitstücken 14 über der
entsprechenden Aufzeichnungsoberfläche 8 bzw. 9 der
Platte 11. Ein oder mehrere Wandler oder Schreib-/Leseköpfe sind
an jedem Gleitstück 14 angeordnet
und werden durch die Kombination aus einer von der Aufhängung 13 ausgeübten, (in
Bezug auf die Plattenoberfläche)
nach unten wirkenden Kraft und einer vom Luftstrom, der durch die
Drehung der Platte 11 erzeugt wird, verursachten, nach
oben wirkenden Kraft in enger räumlicher
Nähe zur Plattenoberfläche gehalten.
Ist die nach unten wirkende Kraft größer als die nach oben wirkende,
so berührt
das Gleitstück
die Plattenoberfläche.
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Der
VCM umfasst eine Induktionsspule 19, die zwischen einem
oberen Magneten (nicht dargestellt) und einer unteren Magnetplatte 7 angeordnet ist.
Die Armelektronik 17 überträgt den elektrischen Positionierungsstrom
an die Spule 19. Das Stromsignal induziert einen Magnetfluss
um die Spule, um den Magneten und die Magnetplatte 7 abzustoßen und anzuziehen.
Die Abstoßungs-
und Anziehungskräfte sorgen
für die
Bewegung des Aktuatorarms in einer im Wesentlichen parallel zur
Plattenaufzeichnungsoberfläche
liegenden Ebene, wodurch die Aufhängungen 13 zur Bewegung
entlang einer bogenförmigen Pfads über der
entsprechenden Oberfläche 8 bzw. 9 veranlasst
werden.
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Die
Daten werden im Allgemeinen auf konzentrischen Spuren der Aufzeichnungsoberflächen 8, 9 aufgezeichnet.
Jener Bereich oder jene Spur der Platte, die den größten Durchmesser
aufweist, wird als Außendurchmesser
(OD) der Platte bezeichnet, während
jener Bereich oder jene Spur, die am nächsten zur Nabe liegt und den
kleinsten Durchmesser aufweist, als Innendurchmesser (ID) bezeichnet
wird. Auf der Platte 11 zu speichernde Daten werden zunächst durch
einen Lese/-Schreibkanal
(nicht dargestellt) "kodiert", der im Allgemeinen
außerhalb
des Plattenlaufwerkgehäuses 16 angeordnet
ist. Die Daten werden in einer für
das Speicherme dium geeigneten Form kodiert und anschließend über die
Armelektronik 17 an den Wandler zum Schreiben auf der Platte übertragen.
Beispielsweise werden bei einer Magnetplatte digitale Daten zu einer
Abfolge von Impulsen kodiert. Wie auf dem Gebiet der Erfindung bekannt
ist, werden diese Impulse dann in Form eines Stroms an den Wandler übertragen
und verursachen ein fluktuierendes Magnetfeld an der Polspitze des Wandlers,
welches die Magnetisierung diskreter Bereiche an der Plattenoberfläche beeinflusst.
Fühlt oder "liest" ein Wandler Informationen
von der Platte, so werden die Daten über die Armelektronik 17 in
kodierter Form an den Kanal zum "Dekodieren" übertragen. Die Armelektronik
umfasst üblicherweise
Mittel um Verstärken
und Synchronisieren des gelesenen Signals.
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Die
Nabe 15 ist an der Platte 11 fix angebracht und
umschließt
einen Motor (nicht dargestellt), um eine Drehkraft bereitzustellen.
Die Drehkraft wird dann an die Nabe 15 und von der Nabe 15 auf
die Platte 11 übertragen.
Die Nabe umschließt
eine Motorwelle und steht im Allgemeinen über die Oberseite der Platte
vor, wie in 2A dargestellt ist, und verhindert
so, dass die Aufhängungs-/Kopfanordnung auf
den Bereich in der Mitte der Platte zugreifen kann. Um das drehbare
Plattenlaufwerk während
des Betriebs order der Bewegung vor von außen einwirkenden Kräften zu
schützen,
sind gegebenenfalls Mittel vorgesehen, die den Kopf parken, wenn
die Platte außer
Betrieb und/oder zeitweise inaktiv ist (d.h. in Zeiträumen, in
denen keine Daten auf die Platte geschrieben oder von dieser gelesen
werden).
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Die 3(a) bis 3(d) zeigen
die bevorzugte Ausführungsform
des Plattenlaufwerks in Bauelementgröße, das in der elektronischen
Schaltungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Das
Laufwerk umfasst eine Platte 11, einen Motor 44, eine
Aktuatoranordnung 12, Armelektronik 17 und ein
Gehäuse 16.
Die Platte 11 ist vorzugsweise magnetisch und umfasst eine
Aufzeichnungsoberfläche 42 mit
einem im Wesentlichen planaren Bereich 45 in der Mitte.
Sie ist vorzugsweise an ihrer nicht der Aufzeichnung dienenden Oberfläche durch
passende Mittel, z.B. mechanisch oder durch Aufbringen eines Haftmittels
entlang der Grenzfläche 43 direkt
auf einem flachen Motor 44 angebracht. Die Verwendung einer
einzigen Aufzeichnungsoberfläche
und die direkte Befestigung der Platte machen die Verwendung einer
breiteren, dünneren
Motoranordnung möglich, als
dies bei einer Platte mit zwei Aufzeichnungsoberflächen machbar
wäre. Der
Durchmesser des Motors 44 kann gleich groß oder größer sein
als der Durchmesser der Platte 11 selbst. Die Vorteile
dieses Motortyps 44 werden nachstehend noch in ihren Einzelheiten
erörtert.
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Die
Aktuatoranordnung umfasst einen Schwingspulenmotor, einen Aktuatorarm 6,
eine einzelne Aufhängung 13 und
ein Gleitstück 14,
das den Wandler lagert. Vorzugsweise trägt das Gleitstück einen
Magneto-Widerstands-(MR-)Kopf, um für eine größere Datenkapazität zu sorgen.
Magneto-Widerstandsköpfe
sind in der Plattenlaufwerksindustrie bekannt und bevorzugt, da
ihre hohe Empfindlichkeit eine größere Flächendichte (d.h. Bits pro Zoll)
als herkömmliche
Induktionsköpfe
ermöglicht.
Die Verwendung eines Magneto-Widerstandskopfs des Stands der Technik
in der bevorzugten Ausführungsform
sorgt für
eine Datenspeicherkapazität,
die für Anwendungen
mit mäßig großen Speicheranforderungen
nützlich
ist. Es versteht sich, dass auch andere Wandlertypen verwendet werden
können.
Zudem kann die Erfindung einfach für eine Vielzahl an Köpfen pro
Gleitstück
und eine Vielzahl an Gleitstücken am
Aufhängungsarm 13 angepasst
werden.
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Die
direkte Anbringung der Platte 11 auf dem Motor 44 schafft
einen für
die Aktuatoranordnung 12 zugänglichen, nicht blockierten
Bereich 45 in der Mitte 41 der Platte. Der Durchmesser
der Aufzeichnungsspuren in diesem Berech wäre zu klein für die praktische
Verwendung, weshalb dieser Bereich zum Parken in der Mitte benutzt
wird. Die 3(a) und 3(b) zeigen
den Kopf 14 und die Aufhängung 13 über der
Datenaufzeichnungsfläche
der Platte 11. Während
inaktiver Zeiträume
wird der Kopf im Mittelbereich 45 "geparkt", wie in den 3(c) und 3(d) zu erkennen ist, sodass der Kopf 14 im
Wesentlichen fluchtend mit dem mit einem senkrecht zur Plattenoberfläche stehenden
Zugang 41 ausgerichtet ist. Wenn sich das Gleitstück 14 dem
Innendurchmesser der Platte 11 nähert, nimmt die nach oben wirkende Kraft
des Luftstroms ab, und das Gleitstück beginnt, sich entlang dem
Bereich 45 zu bewegen. Wie dargestellt wird es daraufhin
in der Plattenmitte 41 "geparkt". Parkstrukturen,
z.B. Rampen, können
in dieser Landezone in der Mitte bereitgestellt sein, um das Parken
zu erleichtern. Abstandshalterstrukturen können ebenfalls zwischen diesem Bereich
und dem oberen Plattenlaufwerksgehäuse bereitgestellt sein, um
für zusätzliche
Strukturfestigkeit zu sorgen.
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Sobald
dies notwendig ist, bewegt die Aktuatoranordnung 12 das
Gleitstück
zurück
zur Plattenoberfläche,
indem eine Kraft angelegt wird, welche stärker als die Haftreibung zwischen
dem Gleitstück 14 und
der Oberfläche 8 ist. "Haftreibung" ist ein Terminus
aus dem Gebiet der Erfindung, um die zwischen dem Gleitstück 14 und
der Oberfläche 8 wirkenden
Anziehungs- und Reibungskräfte
zu beschreiben. Diese ist am Außendurchmesser
der Platte am stärksten
und nimmt in der Richtung zur Plattenmitte hin ab, wobei sie in
der genauen Mitte im Wesentlichen Null beträgt. Da das Gleitstück am Plattenmittelpunkt 41 geparkt
ist, ist die Haftreibung im Wesentlichen nicht existent, weshalb
nur eine äußerst geringe
Kraft aufgewendet werden muss, um diese zu überwinden.
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Auch
das Gleitstück 14 ist
vorzugsweise in der Mitte geparkt, wenn das Laufwerk nicht in Betrieb ist.
Wird das Laufwerk angetrieben, so dreht sich die Platte 11 ohne
wesentlichen Haftreibungswiderstand. Durch die geminderte Haftreibung
wird ein geringeres Anlaufdrehmoment des Motors 44 benötigt, und ein
geringeres Anlaufdrehmoment führt
wiederum zu einer Senkung der elektrischen Leistungsbedarf des Laufwerks.
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Wie
zuvor erwähnt
wurde, ermöglicht
die bevorzugte Ausführungsform
des Bauelement-Plattenlaufwerks die Verwendung eines flacheren,
breiteren Motors 44 als herkömmliche Plattenlaufwerke, die Naben
benötigen.
Der Motor kann in verschiedensten Formen vorliegen. Beispielsweise
kann er am Plattengehäuse
angebracht oder in diesem eingebaut sein. Er kann die Form einer
Scheibe aufweisen oder aber ringförmig sein. Er kann eine Nabe
umfassen und die Platte direkt auf der Nabe angebracht werden, oder
alternativ dazu kann die Nabe die Platte durchdringen und im Wesentlichen
in einer Ebene mit der Aufzeichnungsoberfläche liegen, um zu verhindern,
dass der Aktuator Zugang zur Landezone in der Mitte erhält. Ein
ringförmiger
Motor kann eine feststehende Nabenstruktur umgeben, die in einer
Ebene mit der der Aufzeichnungsoberfläche liegt, um in der Plattenmitte
eine feststehende Landezone bereitzustellen.
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Für Fachleute
auf dem Gebiet der Motorenkonstruktion ist klar, dass eine Vergrößerung des Durchmessers
der Motorwicklungen den Momentarm vergrößert und mit weniger Kraft
ein höheres
Drehmoment erzeugt werden kann. Der Motor benötigt dadurch weniger elektrischen
Strom, um die gleiche Arbeit wie ein Motor mit Mittelnabe auszuführen. Da die
elektrische Leistung (P) proportional zum Quadrat des Stroms ist,
führt eine
Senkung des Strombedarfs zu einer großen Minderung des elektrischen Leistungsbedarfs,
wie nachstehend veranschaulicht ist. P = I × I × R (1)und I = k/D. (2)
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Deshalb
gilt P = (k × k × R)/(D × D), (3)worin P die
elektrische Leistung des Motors, I der vom Motor verwendete elektrische
Strom, D der Motordurchmesser, R der elektrische Widerstand und
k die umgekehrt proportionale Konstante von Motorstrom zu Durchmesser
ist. Bei der Anwendung der obigen Gleichungen zeigt sich, dass eine
Vergrößerung des
Motordurchmessers um beispielsweise den Faktor 3 einen Motor liefert,
der mit nur 1/9 der Leistung das gleiche Drehmoment erzeugt. Das
Drehmoment des Motors wird beispielsweise über einen Kleber oder eine
Kopplungsvorrichtung direkt an die Unterseite der Platte übertragen.
Beispiele für
Motoren, die zur Umsetzung der bevorzugten Ausführungsform verwendet werden
können,
sind unter anderem jene, die im IBM Travelstar und im Maxtor MobileMax Lite,
beide im Handel erhältlich,
zur Anwendung gelangen.
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4 ist
eine Abbildung eines repräsentativen
Kartengehäuses
für eine
elektronische Schaltung, die so ausgestaltet ist, dass sie einen
kompatiblen Steckplatz am Verbindungsstecker 60 eingesteckt
werden kann. Es kann sich hierbei z.B. um eine PCMCIA-Karte vom
Typ I, II oder III mit vorbestimmter Länge 64, Breite 63 und
Höhe 62 handeln. Die
Kartendicke 62 ist gemeinhin die ausschlaggebende Maßangabe
eines Kartengehäuses.
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5 veranschaulicht
allgemein eine bevorzugte Ausführungsform
der elektronischen Schaltungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Die Schaltung verwendet ein diskretes Plattenlaufwerk 74 in
Bauelementgröße als lokalen
Speicher und ist in einem Kartengehäuse, etwa einem PCMCIA-Format
vom Typ II oder III untergebracht, obwohl es sich natürlich versteht,
dass die Schaltungsvorrichtung auch in anderen Kartenformaten untergebracht
oder einen Teil der elektronischen Schaltung einer elektronischen
Vorrichtung (z.B. einer Kamera) bilden können und somit innerhalb des
Vorrichtungsgehäuses und
nicht in einem Kartengehäuse
angeordnet sein. Die Plattenlaufwerksanordnung 74 misst
vorzugsweise nicht mehr als 2 Zoll Länge 72 × 1,6 Zoll Breite 73 × 5 mm Höhe.
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Beispielsweise
ist eine 1,3''-Magnetplatte an einem
kleinen, flachen Motor, z.B. dem im MobileMax Lite von Maxtor verwendeten,
angebracht. (Derzeit sind es noch keine flachen Motoren, die dünner als
5 mm sind, frei im Handel erhältlich,
um ein Typ-II-Design
zu verwirklichen. Allerdings wird deren Verfügbarkeit in naher Zukunft erwartet,
Prototypen befinden sich derzeit in der Testphase). Die Aktuatoranordnung
ist eine herkömmliche
Zweifach-Aufhängungskonstruktion,
die beispielsweise im KITTYHAWK 1,3''-Laufwerk
von Hewlett Packard verwendet wird, die zu einer einfachen Aufhängung mit
einem Magneto-Widerstandskopf modifiziert wurde. Die zur Einsatzfähigkeit
notwendigen Modifikationen sind unter anderem die Entfernung der
unteren Aufhängung
sowie die Einstellungen der Aktuatorarmhöhen, die durch die Höhe der direkt
angebrachten Platte bedingt sind. Weitere Modifikationen, z.B. die
Minderung der Höhe
der Aktuatoranordnung, sind gegebenenfalls wünschenswert. Für Fachleute
auf dem Gebiet des Betriebs von Plattenlaufwerksanordnungen dürfte angesichts
dieser Beschreibung und des Stands der Technik die Art und Weise,
wie diese Modifikationen durchgeführt werden, offensichtlich
sein.
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Die
Plattenlaufwerksanordnung 74 nimmt vorzugsweise weniger
als 50% der zur Verfügung stehenden
Kartenfläche
in Anspruch und weist die dargestellte Ausrichtung auf. Alternativ
dazu ist das Laufwerk so ausgerichtet, dass seine Länge 72 parallel
zur Länge 64 der
Karte verläuft.
Die verbleibende Kartenfläche
wird von einer Vielzahl an elektronischen Bauteilen 71 eingenommen,
die eine Anwendungs-Teilschaltung
umfassen.
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Die
Steuerfunktionen, die zur Steuerung des Betriebs des Laufwerks notwendig
sind, sind vorzugsweise in einer oder mehreren integrierten Schaltungs-(IS-)Bauelementen 71 im
Inneren des Kartengehäuses
untergebracht. Wie sich für
Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung versteht umfasst die Steuerelektronik
Funktionen wie eine Servosteuerung, eine Schnittstelle, Daten-,
Adressen- und Befehlspuffer, Laufwerksmotorsteuerungen und einen
Lese-/Schreibkanal. Da das Bauelement-Plattenlaufwerk klein ist, ist die Steuerelektronik
räumlich
sehr nahe zum Laufwerk selbst angeordnet. Deshalb ist es gegebenenfalls
wünschenswert,
auch die Armelektronik 17 in der Steuerelektronik und nicht
im Plattenlaufwerksgehäuse
unterzubringen. Die Schaltungsbauteile, die die Steuerelektronik
darstellen, können
ausschließlich
der Speichersteuerung dienen, aber gegebenenfalls auch zusätzlich Nicht-Speicherfunktionen übernehmen.
Bei Schaltungen, die nicht in PCMCIA-Kartenformaten untergebracht sind, kann
es wünschenswert
sein, die Speichersteuerbauteile außerhalb der Karte, beispielsweise
innerhalb der elektronischen Vorrichtung, in welche die Karte eingesteckt
wird, anzuordnen.
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Erneut
mit Bezug auf 5 sind die Bauteile der Anwendungs-Teilschaltung 71 an
einer elektronischen Leiterplatte 76 angebracht, die jenen
Abschnitt der Karte in Anspruch nimmt, der nicht von der Vorrichtungsanordnung 74 besetzt
ist. Ein leitfähiges Mittel 75,
z.B. ein biegsames Kabel oder ein anderes Verbindungsstück, koppelt
die Laufwerkanordnung an die Schaltungsbauteile 71 an.
Das leitfähige
Mittel 75 umfasst beispielsweise Steuerleitungen, einen Datenbus
und einen Adressbus. Sind jene Bauteile, die den Betrieb des Laufwerks
steuern, außerhalb des
Kartengehäuses
angeordnet, so werden die geeigneten Steuerleitungen zum Verbindungsstück 60 geführt, um,
so wie dargestellt, einen Zugang zur Anordnung 74 von außen bereitzustellen.
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Die
Laufwerksanordnung 74 ist vorzugsweise in einem eigenen
Gehäuse
(nicht dargestellt) innerhalb des Kartengehäuses untergebracht, das diese
von den anderen Bauteilen zum Schutz vor Fremdstoffen isoliert.
Alternativ dazu kann die Karte in zwei oder mehrere isolierte Abschnitte
unterteilt sein, oder die Kartenherstellung wird sorgsamst überwacht,
um die Gegenwart von Fremdstoffen in der gesamten Karte zu minimieren.
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Zahlreiche
Arten heutiger elektronischer Vorrichtungen umfassen elektronische
Schaltungen, die einen Festkörperspeicher
für ihren
lokalen Speicherbedarf einsetzen. All diese sind mögliche Anwendungen,
in denen ein Bauelement-Plattenlaufwerk als Speicher gemäß der elektronischen
Schaltungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung gut eingesetzt werden
kann und umfassen beispielsweise Faxgeräte, Mobiltelefone, Drucker,
Kameras, Haushaltsgeräte
und tragbare Rechnervorrichtungen.
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6 ist
ein Blockschaltbild einer elektronischen Schaltungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, worin das Bauelement-Plattenlaufwerk 74 zum
Speichern von Mikrocodes verwendet wird. Die Schaltung umfasst eine
programmierbare Logikeinheit (PLU) 127 zur Ausführung einer
oder mehrerer gewünschter
Funktionen, die von einer oder mehreren Mikrocodelisten definiert
sind. Die PLU kann beispielsweise eine programmierbare Array-Logik
(PAL), eine programmierbare Logik (PLD) oder ein Mikroprozessor
mit programmierbaren Funktionen sein. Jede Mikrocodeliste entspricht
einer eindeutigen PLU-Funktion. Die PLU 127 ist typischerweise
mit einer oder mehreren speicherbezogenen Schaltungsbauteilen 128 gekoppelt
und kann beispielsweise als Plattenschnittstelle zwischen den Bauteilen 138 und
dem Plattenlaufwerk 74, als Mikroprozessor oder als Rechenvorrichtung
arbeiten. Die Mikrocodelisten sind lokal, d.h. im Bauelement-Plattenlaufwerk 74,
gespeichert und werden dann über einen
Logikprogrammierer 125 in die Einheit 127 einprogrammiert.
Da Informationen auf der Platte leicht aktualisiert werden können, ist
es einfach möglich, Hinzufügungen,
Löschungen
oder andere Abänderungen
an den Mikrocodelisten vorzunehmen.
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Das
Bauelement-Laufwerk 74 ist an die Laufwerkssteuerelektronik 123 angekoppelt.
Um Platz zu sparen wurde die Laufwerkssteuerelektronik mit dem Logikprogrammierer 125 zu
einer Controllervorrichtung 122, beispielsweise einem Festkörperbauelement,
einer Form, einem Multichipmodul oder einer Elektronikanordnung,
verschmolzen. Optional umfasst der Controller 122 weitere
Funktionen 124, die nichts mit der Speichersteuerung und
der PLU-Programmierung zu tun haben und gegebenenfalls weitere Ankopplungen
an eine oder mehrere zusätzliche Schaltungsbauteile 126 benötigen.
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7 zeigt
eine weitere spezifische Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, worin das Bauelement-Plattenlaufwerk 74 einen
Code und Tabellen eines Sicherheitstest-Basisprogramms (BAT-Selbsttests)
speichert. Wie zuvor bereits beschrieben wurde befindet sich der
BAT-Code typischerweise in einem EPROM- oder Flash-Speicher und führt Diagnosetests
an Bauteilen der Schaltung aus, um deren Funktionstüchtigkeit
zu überprüfen. Verifikationstests
sind ein für
Anwendungen auf Kartenbasis und für elektronische Vorrichtungen
im Allgemeinen wünschenswertes
Merkmal, um deren Zuverlässigkeit
zu gewährleisten.
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Mit
bezug auf 7 sind ein Bauelement-Plattenlaufwerk 74 und
dessen zugehörige Laufwerkselektronik 123 an
einem Mikroprozessor 91 angeschlossen, welcher die Ausführung der
BATs auslöst.
Der Mikroprozessor ist mit einem statischen Hochgeschwindigkeits-Arbeitsspeicher
(SRAM) 92 verbunden, der wiederum an die Testschaltungsanordnung 95 angeschlossen
ist. Die Testschaltungsanordnung ist Teil der Schaltungsschleife,
welche die zu testenden Schaltungskomponenten 104–106 umfasst.
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Befindet
sich der Prozessor 91 im Testmodus, so empfängt er vom
Bauelement-Laufwerk 74 einen
Testmikrocode einschließlich
einer Tabelle an Testmustern, die in den SRAM 92 geladen
werden. Die Tabelle umfasst eine Vielzahl an binären Ein gangstestmustern 93 und
die ihnen entsprechenden Ergebnisse 94, die von einer korrekt
funktionierenden Schaltung zu erwarten sind. Das folgende Testmuster,
das danach ausgeführt
werden soll, und das ihm entsprechende, zu erwartende Ergebnis werden in
der Testschaltung bereitgestellt, beispielsweise indem sie in Eingangspuffer 96, 99 geladen
werden. Das Testmuster wird dann, beispielsweise über einen Ausgabepuffer 98,
an die getesteten Bauteile weitergeleitet, sofern vom Steuermittel 97 kein
Fehlersignal detektiert wurde. Die Puffer 96 und 98 können eine Reihe
aus n Signalspeichern, worin n die Anzahl der Bits des Testmusters
ist, umfassen, und das Steuermittel 97 kann ein mit den
Takteingängen
dieser Signalspeicher gekoppeltes invertiertes Fehlersignal umfassen.
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Angenommen,
es liegt kein Fehler vor, wird das in der Sequenz als nächstes kommende
Testmuster in den Eingangspuffer 96 geladen und das Stromtestmuster
durch die Bauteile 104–106 geführt. Jedes
getestete Bauteil empfängt
das Testmuster und führt
auf diesem die jeweilige Funktion aus. Das Endergebnis wird daraufhin
an die Testschaltungsanordnung 95, z.B. ein den Eingangspuffer 102,
rückübertragen.
Ein Vergleichsmittel 101, beispielsweise ein Komparator,
vergleicht nun die Ergebnisse im Puffer 102 mit dem erwarteten
Ergebnis im Puffer 99. Wenn ein Übereinstimmungsfehler vorliegt,
wird ein Fehlersignal erzeugt und an das Steuermittel 97 weitergeleitet,
um die Ausführung
des nächsten
Musters in der Testsequenz zu stoppen. Dieses ist auch dazu da,
Fehlerfunktionen, wie etwa Wiederholungsschaltungsanordnungen, Fehleranzeigemittel
oder Abschaltmittel, zu handhaben (nicht dargestellt). Liegt kein Übereinstimmungsfehler
vor, so wird das nächste
Testmuster an die an Schaltungsbauteile übermittelt und die vorangegangenen
Schritte wiederholt, bis ein Fehler detektiert wird oder die Testsequenz
abgeschlossen ist. Die Funktionen der Testschaltung 95 können alternativ
dazu auch von einem Computerprogramm ausgeführt werden, das im Bauelement-Laufwerk 74 gespeichert
und vom Prozessor ausgeführt 91 wird.
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Eine
weitere Verwendungsmöglichkeit
für das
Bauelement-Plattenlaufwerk ist die Speicherung von Informationen.
Ein Bauelement-Laufwerk kann beispielsweise dafür benutzt werden, Telefonnummern,
Nachrichten und ähnliche
Informationen in einer beliebigen tragbaren, schnurlosen Kommunikationsvorrichtung
zu speichern.
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Tragbare
Kommunikationsvorrichtungen nach dem Stand der Technik, die auf
Festkörperspeicher
basieren, sind hinsichtlich der Informationsmenge, die sie abspeichern
können,
eingeschränkt,
wodurch sie für
den Empfang größerer Dokumente, elektronischer
Post, Bilder und Videoaufnahmen ungeeignet sind. Diese Einschränkung wird
durch das Ersetzen ihres Speichers mit einem Bauelement-Plattenlaufwerk
aufgehoben.
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8 zeigt
ein Schaltbild einer elektronischen Schaltungsvorrichtung 131 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die als elektronischer Pager arbeitet,
worin ein Bauelement-Plattenlaufwerk 74 einen residenten
Speicher für
Telefonnummern, Nachrichten und andere Benutzerinformationen bereitstellt.
Die Vorrichtung ist als Peripheriegerät, z.B. in PCMCIA-Kartenformat,
oder als unabhängige
Vorrichtung, die praktisch in einem Gehäuse zur händischen Betätigung untergebracht ist,
vorgesehen.
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Die
Pagervorrichtung 131 aus 8 umfasst eine
für herkömmliche
digitale Pager typische elektronische Schaltung. Ein Prozessor 132 steuert
den Betrieb der Vorrichtung. Der Prozessor 132 ist an eine
drahtlose Empfängerschaltung 141 zur
Frequenzüberwachung
angekoppelt, welche beispielsweise eine Antenne 134 und
Empfangselektronik 133 umfasst. Die Schaltung umfasst zudem
irgendeine Art Ausleseanzeige 138, z.B. eine LCD-Anzeige.
Ist der Pager als Peripherievorrichtung vorgesehen, so umfasst er
zudem Mittel zur Kommunikation mit einer Rechnervorrichtung 139,
z.B. eine PCMCIA-Schnittstellenelektronik 136, die zwischen
dem Prozessor 132 und der Kartensteckverbindung 137 bereitgestellt
ist.
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Beim
Betrieb "hört" die drahtlose Empfangsschaltung 141 mit
einer vorbestimmten Frequenz auf einen bestimmten Code oder Signal,
der/das die Übertragung
einer Nachricht ankündigt.
Beim Hörmodus
ist das Bauelement-Laufwerk 74 ausgeschaltet, um Energie
zu sparen. Nach der Detektion des entsprechenden Codes signali siert
die Empfangselektronik 133 dem Prozessor 132,
das Bauelement-Laufwerk 74 einzuschalten. Die Empfangsschaltung 141 empfängt nun
die Nachricht in Form von elektromagnetischer Strahlung und wandelt
diese in digitale elektrische Impulse um. Diese werden wiederum über den
Prozessor 132 an die Laufwerkselektronik 123 übertragen
und magnetisch im Bauelement-Laufwerk 74 gespeichert. Wurde
eine Nachricht empfangen, so kann die Anzeige 138 die Nachricht
oder einen Hinweis, dass eine Nachricht empfangen wurde, anzeigen.
Daraufhin wird das Laufwerk 74 wieder ausgeschaltet und
die Schaltung kehrt in den Hörmodus
zurück.
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Die
soeben beschriebene Pagerschaltung ist zur Speicherung langer Nachrichten
fähig.
Für unabhängige Vorrichtungen
würde dies
recht große
Anzeigemittel voraussetzen Alternativ dazu können, falls die Vorrichtung
als Peripheriegerät
vorgesehen ist, Nachrichten für
einen späteren
Zugriff abgelegt werden. Der Benutzer kann sich dann seine Nachreichten
anzeigen lassen, indem er die Vorrichtung in eine Rechnervorrichtung 139,
z.B. einen Laptop-Computer, einsteckt. Die Rechnervorrichtung greift
auf die Informationen im Bauelement-Laufwerk 74 zu und zeigt
diese an einem Bildschirm an (nicht dargestellt).
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Da
das Bauelement-Laufwerk der Pager-Implementierung aus 8 die
meiste Zeit ausgeschaltet ist, ist der Energieverbrauch der Einheit
relativ niedrig. In der Folge kann die Schaltung von einer unabhängigen Spannungsquelle,
beispielsweise einem Batterieteil 135, gespeist werden.
Alternativ oder zusätzlich
dazu kann sie auch von einer Spannungszufuhr (nicht dargestellt)
in der Rechnervorrichtung 139 abhängig sein.
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Ein
Peripheriepager kann ähnlich
wie ein digitaler Pager getragen werden und seine Batterien je nach
Bedarf einsetzen, um das Bauelement-Laufwerk zu speisen. Da Nachrichten
so direkt empfangen werden und für
den Zugriff bereit sind, muss der Benutzer keinen Telefonanruf mehr
erledigen, um die Informationen zu erhalten. Zu Sicherheitszwecken werden
vorzugsweise Standardverschlüsselungsmethoden
eingesetzt, um Informationssicherheit zu gewährleisten. Zudem umfasst die
Vorrichtung vorzugsweise einen drahtlosen Sender (nicht dargestellt)
für die
umgekehrt gerichte te Kommunikation. Zu sendende Informationen werden
in die Rechnervorrichtung 139 eingegeben und in das Bauelement-Laufwerk
heruntergeladen. Diese können
dann sofort oder zu einem späteren
Zeitpunkt gesendet werden.