作者：Duncan Furness 存储部门高级技术经理 杰尔系统

        本文讨论的磁盘驱动器设计新方法涉及电压调节、驱动器分区、接口、电源管理、半导体工艺技术以及磁盘保护等多个方面。这些方法不仅可降低使用这些驱动器的便携式消费电子产品的功耗，还能提高这些设备的耐用性。

         具有大容量存储功能的便携式消费电子产品日益流行，如手机、视频/音频播放器和数码相机等，这要求磁盘驱动器产业推出独特的解决方案，以满足快速发展的应用需求。成本更低、容量更高、电池使用寿命更长以及耐用性更好是磁盘驱动器设计工程师必须在1英寸甚至更小外形尺寸内实现的一部分特性。由于微型磁盘存储方案能以更灵活的设计满足这些新的市场需求，所以磁盘驱动器制造商转而求助于芯片供应商，以获得可进一步实现架构创新的解决方案。

图1：典型的锂离子电池的工作曲线。

        低功耗架构

        功耗对手持消费电子设备特别重要。制造商希望新的小尺寸(SFF)驱动器(1英寸和0.85英寸)能存储更多音乐并实现更快的读写速度，以支持视频回放和其它功能，而这对功耗提出了更高要求。

图2A：MP3播放器的典型电流消耗。

        便携式消费电子设备不断朝更高级、存储容量要求更大的应用发展，而手机理所当然成为此类设备的代表。集成了媒体播放器功能和其它功能的新型手机将其10%的功率预算用于存储需要，基于不同的电池技术，存储功能消耗的平均功率约为110mW。

        锂离子电池目前是手持终端应用的最佳电源选择。为达到最长的工作时间，磁盘驱动器的工作电压已降至最低2.7V，接近锂离子电池工作曲线的转折点(见图1)。

        图2是传输音频流文件时硬盘驱动器(HDD)的典型电流占空比情况。一般说来，如果没有数据在传输，那么主机会使驱动器工作在低功耗状态或断电模式。如果需要传输数据，则驱动器转动并以快速的 HDD传输速率将大量数据传输到主机缓存，然后再返回低功耗状态，主机则将以较低的应用速率从缓存取出数据。这样可使驱动器具有很低的电流占空比，从而获得较低的平均功耗，延长电池使用寿命。不过，即便驱动器正在传输数据，它也会利用电源管理技术尽可能减少功耗。例如，在读取磁盘扇区时，驱动器的功耗最大，但如果主机处于忙状态，那么驱动器将进入较低的功耗模式。

图2B：MP3播放器的典型电流消耗。

        缓存是被用来与主机速度进行匹配的器件。主机缓存的大小将决定功耗的大小，缓存越大意味着功耗越小(加快启动/停止驱动器的周期)，从而降低平均功耗。在缓存大小、功耗和成本之间进行折衷，有助于主机制造商选择既能满足应用的功耗要求，同时又可降低成本的缓存。典型的音乐播放器的缓存大小在8至16MB之间，相应的价格压力推动HDD制造商进一步降低功耗。

        如图3所示，磁盘驱动器的电子器件主要包括前置放大器(PA)IC、马达控制器(MC)IC以及集成的SoC，其中SoC由读取通道和硬盘控制器技术，以及必需的I/O和存储器组成。对微型驱动器的功率预算作进一步分析(见图4)可发现，存储器件的功耗约占全部功耗的一半，其余功耗则是由机械和电机组件产生的(主要用于驱动器的启动和停止)。SoC消耗了大部分功率，其主要功能是管理并传输驱动器磁片上的数据。需要注意的是，上述功率预算分析考虑了瞬时功率的影响，在典型的主机应用中对功耗进行平均，结果将比这要低。

        由于存储IC消耗大约50%的磁盘驱动器总功率，所以芯片供应商在改善系统级功率特性上具有很多重要机会，具体包括电压调节方面的创新、驱动器分区、接口、电源管理方案以及半导体工艺技术等。