Conner-Festplatte (Bild: Peter Koller)

Festplatten vor mechanischen Beschädigungen schützen

Beschleunigungssensoren sorgen beim Fall eines Gerätes dafür, dass der Lese-/Schreib-Kopf der Festplatte geparkt wird und verhindern so eine Kollision zwischen Festplattenkopf und Speichermedium.

 Conner-Festplatte (Bild: Peter Koller)
Conner-Festplatte (Bild: Peter Koller)

Beim Fallen wird die von Beschleunigungssensoren in x-,y- und z-Ebene erfasste Beschleunigung Null, da sich die Beschleunigungssensoren mit der gleichen Beschleunigung wie das Objekt bewegen.

Der herkömmliche Schutzalgorithmus für Festplatten basiert auf der Nachbildung des freien Falls und teilt die Ausgangssignale der Beschleunigungssensoren in vier Intervalle: statisch, kippen, freier Fall und Aufprall. Im statischen Zustand, beim Kippen und beim freien Fall entstehen nur geringe Beschleunigungen, während bei einem Aufprall hohe Beschleunigungen auftreten.

Die Signale am Ausgang eines Sensors variieren während des Kippens. Allerdings sind die Abweichungen nicht groß genug, um den Schutzmechanismus direkt auszulösen. Glücklicherweise liefert die Summe der Quadrate der zeitlichen Abweichungen an den Ausgängen eines Beschleunigungssensors für die x- und y-Achse ein Signal, das sich während des Kippens erfassen lässt. Dieses Signal wird im Fall des freien Falls sehr klein und liefert einen zuverlässigen Indikator. Dies wird als differenzieller Beschleunigungsalgorithmus bezeichnet (Gleichung 1).

 Gleichung 1: differenzieller Beschleunigungsalgorithmus
Gleichung 1: differenzieller Beschleunigungsalgorithmus

Der differenzielle Beschleunigungsalgorithmus wird mittels des zweiachsigen Beschleunigungssensors ADXL320, des Zweifach-Verstärkers AD8542 mit Rail-to-Rail-Verhalten und der Transducer-Eingangsstufe ADuC832 implementiert. Die Ausgangsspannungen des Beschleunigungssensors sind proportional zu den orthogonalen Beschleunigungen. Ein dreiachsiger Beschleunigungssensor ist nicht erforderlich.

In diesem Schutzsystem beträgt die Zeit zwischen Beginn des freien Falls und der Erzeugung des Alarmsignals 40 ms, bei einer Abtastrate von 300 Sample/s pro Kanal und einer Bandbreite von 100 Hz. Die Zeit, die zum Parken des Schreib-/Lese-Kopfes benötigt wird, beträgt maximal 150 ms. Somit ergibt sich vom Erkennen eines freien Falls bis zum Abschluss des Parkvorgangs des Festplattenkopfes eine Gesamtzeit von maximal 190 ms. Diese Zeit ist wesentlich kürzer als die 432 ms, die ein portables Gerät benötigt, um 1 m tief zu fallen.

Die Autoren: Wenshuai Liao und Yiming Zhao arbeiten bei Analog Devices.

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