CN100367392C - 在自伺服写入系统中创建初始记录道组的方法和系统 - Google Patents

Abstract

在此公开一种用于在数据存储介质上自伺服写入一个伺服图案的技术。通过用所施加的第一作用力把激励器移动压在柔性结构(例如，碰撞止块)上，把该激励器保持在第一位置以写入伺服图案的第一记录道，从而写入初始伺服图案记录道组。该作用力被改变，从而到达该激励器压在该柔性结构上的第二位置，在该位置写入该伺服图案的第二记录道。该处理对其他记录道重复执行。使用该激励器的读取元件测量在被写入记录道对之间的距离(即，重叠)，并且所测量距离被与预定所需距离相比较。如果，所测量距离在指定容限内，则该处理结束；如果为否，则该记录道被擦除，并且改变施加到该压在碰撞止块上的激励器的作用力重复该处理，导致改变记录道之间的距离。

Description

在自伺服写入系统中创建初始记录道组的方法和系统

技术领域

本发明涉及数据存储介质。更特别地，本发明涉及在存储介质上的伺服图案的自伺服写入。

背景技术

自伺服写入已经变成一种用于在磁盘文件(disk file)上产生伺服图案的引人注目的技术，因为它消除了对昂贵、外置定位系统的需要，并且可以在净室环境外执行。通常，该技术涉及使用安装在磁盘驱动器“原位”的激励器(actuator)上的读和写元件来初始写入伺服图案(servopattern)，其在以后被用于在用户的驱动操作过程中正确定位激励器。

用于径向定位伺服图案和圆周定时图案的自传导(self-propagation)的技术最近已经得到发展。例如，在共同转让的美国专利第5,659,436号中名为“用于磁盘文件伺服写入的径向自传导图案产生方法”(其全文被包含于此以供参考)，在写入下一个伺服记录道时用于控制磁头位置的伺服位置信号被从一个步长(step)以前写入的单个记录道的读回幅度(readback amplitude)中推导。该过程以激励器压在称为碰撞止块(crashstop)的一个挡块上为开始。一个记录道被写入，并且读取元件向前步进一个小的距离，以伺服在被写入记录道的前沿上的一点，在该点处幅度下降预定的分数量。

但是，在现代磁盘文件中，读取元件可能偏离激励器上的写入元件几个记录道。当读写元件偏离变大时，则需要使用来自几个以前写入记录道的读回幅度的组合来提供用于下一个记录道的位置信号，如在共同转让的美国专利第5,757,574号(其全文被包含于此以供参考)，名为“包括把参考电平保持在可用的动态范围内的用于自伺服写入的方法和系统”以及在共同转让的、同时递交的专利名为“在数据存储介质上伺服写入的方法和系统”(其全文也被包含于此以供参考)中所述。在这种情况下，特别当读写偏离特别大时(使得当磁头压在碰撞止块上时，写入元件不能“到达”前几个记录道以写入初始传导图案)，从而存在提供可以用于随后的多记录道伺服和自传导的写入初始记录道组的需要。

发明内容

根据本发明第一方面，初始记录道组被写入，其中激励器移向一个柔性结构(例如，碰撞止块)，用施加到其上面的第一作用力在第一位置支承该激励器，以写入伺服图案的第一记录道。该作用力被改变，从而到达压在柔性结构上的激励器的第二位置，在该位置处，伺服图案的第二记录道被写入。

该过程对其它记录道重复执行。使用激励器的读取元件测量一对写入记录道之间的距离(即，重叠)，并且把所测量距离与预定的所需距离相比较。如果所测量距离在特定的容限范围内，则该过程结束；如果为否，则该记录道被擦除，并且改变施加在压住碰撞止块的激励器上的作用力重复该过程，导致改变记录道之间的距离。

本发明通过采用附近结构(例如，碰撞止块)的柔性克服自伺服写入初始记录道组的问题，特别当读取元件与写入元件相分离时(即，写入元件不能到达前几个记录道)，该结构提供了在前几个记录道上的暂时定位，并且允许读取元件到达这个记录道。

根据本发明的一个方面，提出在一种数据存储系统中，一种用于把激励器定位在相对运动的存储介质上的方法，包括：使用一个柔性结构来把激励器定位在该介质上，包括：用第一作用力把激励器强制压在该结构上，以达到介质上的第一位置；以及用第二作用力把激励器强制压在该结构上，以达到该介质上的第二位置，其中进一步包括：在第一位置写入在该介质上的短脉冲的第一记录道；以及在第二位置写入在该介质上的短脉冲的第二记录道。

根据本发明的另一个方面，提出在一个数据存储系统中，一个用于把激励器定位在相对运动的存储介质上的系统，其中包括：使用柔性结构把激励器定位在该介质上的装置，包括：用第一作用力把激励器强制压在该结构上以达到介质上的第一位置的装置；用第二作用力把激励器强制压在该结构上以达到该介质上的第二位置的装置；在第一位置写入在该介质上的短脉冲的第一记录道的装置；以及在第二位置写入在该介质上的短脉冲的第二记录道的装置。

关于本发明的主题事项被特别指出并在说明书的结论部分作明确申明。但是，通过参照下文优选实施例和附图的详细描述，本发明的组织和实现方法以及其它目的和优点将更加清楚，其中：

附图说明

图1示出具有用于本发明的自伺服写入中的联同存储介质、相关伺服电子元件和碰撞止块的数据存储装置；

图2示出图1的存储介质的一部分，图中示出了示例记录道以及写入在其中的自伺服写入短脉冲(burst)；

图3为本发明的高阶流程图，其中当交互写入和测量初始记录道组时碰撞止块被用于提供可预测的磁头定位；

图4为涉及写入记录道的图3有中的部分的详细流程图；以及

图5为涉及测量写入记录道之间的距离的图3中的部分的详细流程图。

具体实施方式

图1示出数据存储系统10的示例元件，其用于径向自传导和伺服图案写入。磁盘文件12连接到电子元件14，用于在介质20上读取和写入图案，以及用于激励移动激励器的音圈电机(Voice coil motor“VCM”)16，该激励器以磁头18为末端，并且大约径向地横过介质20。术语“激励器”在此被通用于表示任何/所有可移动部件16(VCM)、支臂和磁头18(以及其相关存取元件)。

碰撞止块19对激励器在该磁盘的内径(“ID”)的运动提供限制。一般，它是一个在激励器的推压侧的圆柱形杆。在一些情况中，存在用于外径(“OD”)的另一个止块，但是在OD处可能还有一个加载/卸载滑轨，这使得磁头被抬起并移开磁盘的边缘。

处理器22控制在介质的所选择区域上写入磁性跃变的图案的一个图案产生器24。来自读取元件的RF读回信号被解调26，以产生幅度信号，该幅度信号反映具有磁性跃变的以前写入图案和读取元件的重叠。该幅度信号通过模-数转换器28(“A/D”)数字化，并被处理器22所分析，以获得一个位置信号。处理器22计算数字控制信号，该控制信号被数-模转换器(“DAC”)30转换为模拟形式，并被VCM驱动电路32处理为控制电流，以驱动VCM 16，并且把磁头18适当的置于该介质上。

图2示出一部分计录介质，它被分为几个传导记录道100、101、102等等，同时每个记录道被分为几个扇区，第一扇区116一般紧接着在由来自磁盘转轴电机驱动器的一个标志(index)脉冲所确定的磁盘旋转标志之后。每个扇区进一步被分为包含用于传导的幅度短脉冲的区域117，以及区域118，被保留用于精确定时传导系统以及用于写入实际产品伺服图案，该伺服图案包括扇区标识字段以及幅度短脉冲或者相位编码图案。在本系统的一个实施例中，传导短脉冲区域117将在用户操作过程中在自伺服写入之后由用户数据所重写。除了包含产品伺服图案的部分之外的所有区域118可能还被用户数据所重写。

每个传导短脉冲区域进一步分为多个短脉冲间隙，用于传导的幅度短脉冲被写入其中。在该例子中，示出标号为0-7的8个间隙。还示出的是在该介质上的一个示例位置中的读取元件200和写入元件202。写入元件被定位在写入记录道105上，并且由于大的偏离，读取元件跨过几个以前写入的记录道。在一半数据柱面间隔的一个伺服记录道间隔上，读取元件一般可以在任何时候重叠三条记录道，如图2中所示。

在该图中，交叉阴影线的短脉冲表示在已经被写入的记录道上的短脉冲。由于大的读-写偏差，必须根据可被采用的多个记录道在伺服之前预先准备几个初始记录道。用于产生初始记录道的方法包括：

在磁盘被装到文件中之前或之后，使用定位系统在一个或多个磁盘表面写入初始记录道。该技术的缺点在于它涉及额外的处理和昂贵的伺服写入设备，并且必须在净室环境中执行。如果磁盘在组装之前被写入，则出现另外的困难，因为记录道将不良地同心于转轴，因此具有大的偏转(runout)。

使用位置传感器或者其密封于磁盘文件中的部分，在一个或多个的磁盘表面上写初始记录道，并且在写入时允许磁头位置的伺服控制。该技术的缺点是与把元件添加到磁盘文件中相关的附加成本和元件集成问题。

本发明提供一种用于创建适用于多记录道伺服的等间距初始记录道组的技术，并且该技术具有更多的优点，不需要使用外部定位设置或者附加的内部传感器。

本发明认识到碰撞止块是不完全刚性的，而是具有一些柔性。一般地，碰撞止块是涂有例如Flourel这样的人造橡胶的金属柱。可压缩涂层使得磁头通过利用VCM本身把激励器压在碰撞止块上而移动一个小的距离。因此，该碰撞止块可以通过改变VCM电流而提供磁头的可控制运动。只要保持与碰撞止块相接触，位置的闭环伺服控制是不需要的。因此，由于磁头运动被柔性的碰撞止块所控制，该磁头可以被移动和记录道写入，而不需要读取元件去重叠被写入信息。

图3为本发明的基本步骤的流程图300。第一步骤310利用大的VCM dac数值强制支臂重重地压在碰撞止块上。然后，一系列记录道被写入，在记录道之间具有一定量步进的VCM dac，(步骤320)。由于碰撞止块的机械特性不总是充分地可再现，以使得dac步长完全由样机上的试验而预先决定，第一次写入使用对dac步长大小的初始假设。这可能通过在小量的样机上做试验而预先确定。(在下文参照图4更加详细地描述写入第一组记录道的情况)

接着，当读取元件被定位使得它以大约相等的重叠量重叠在两个记录道上时，通过测量“重叠”信号而检测在记录道之间的间隔(步骤330)，其等于一对记录道的正常化(normalized)读回幅度的总和。从重叠信号随着记录道间隔的增加而减小，从而提供相对记录道间隔的测量(在下文中参照图5更加详细地描述)。

对每对记录道的重叠被与所需的重叠目标值O_target相比较(步骤340)。如果所有记录道对在指定的容限范围内匹配，则该处理结束。如果为否，则对dac步长进行调整(步骤350)以提高在记录道擦除之后的下一次尝试的一致性(步骤360)。按这种方式，在文件与文件之间碰撞止块柔性的差别可以被自动调节。重叠目标被预定，并且对应于在伺服记录道之间产生所需间隔的数值。

在用改进的dac步长数值重复执行写入步骤之前，旧的图案被擦除(步骤360)。VCM dac被设置为一个数值，该数值通常使支臂与碰撞止块轻轻接触，并且写入门(gate)被启动，以提供连续的直流擦除。该dac按照一种方式逐级上升到较高数值，以一种保证在磁盘的每次旋转过程中磁头移动小于一个写入宽度的方式。

在这一点，支臂再次被重重地压在碰撞止块上(步骤310)，并且写入另一系列记录道的处理已经开始。擦除/写入/校验/调整的次序被重复执行，直到该间隔在指定的容限内。最后一组记录道不被擦除，因为它们将被用于在磁盘上开始实际的自伺服写入传导。

图4为示出涉及写入一系列标号为n＝0，1，2，...N-1的N条初始记录道的具体步骤的流程图400。用于重重压在碰撞止块上(步骤410)的dac数值dac0被选择以给出一个总压力，该总压力足够大以跨过所需数目的记录道，N，并且可以通过使用磁盘文件的样机做试验而确定。

在写入记录道n中(步骤420)，处理器命令图案产生器在每个扇区的短脉冲间隙n中写入磁性跃变(magnetic transition)。

所需记录道的数目，N，(其确定“最终”查询430)取决于读和写元件之间的偏离距离。对于图2中所示的情况，读-写偏离约为2.7步长。在这种情况下，读取元件重叠记录道101-103，使得三个记录道被用于多记录道伺服。随着写入元件被定位用于写入记录道105，这种情况需要至少4个初始记录道。

对于下一个记录道n，该作用力被减小一个增量Δd(n)(步骤440)，并且通过增加n对下一个记录道重复进行该处理(步骤450)，并且写记录道n(步骤420)。

原则上，对于用在步骤440中的dac级数增量Δd(n)的初始假设可以根据VCM的扭矩常量以及碰撞止块的柔性而计算。但是，它们更加容易通过对磁盘文件的样机尝试各种假设而由经验确定。一种方法是对所有n个中等尺寸选择相同的步长数值，并且在整个处理中迭代使用，收敛为一个最终设置Δd(n)。该特定的最终设置，或者对几个文件平均设置可以用于在生产过程中的初始假设值。对于中等开始数值的一个选择是用N除初始压缩量，其中该压缩量由小于与碰撞止块轻轻接触所需的dac数值更小的dac0所给出。请注意，dac步长决定了记录道之间的间隔，对于N条记录道，实际仅仅需要N-1步，并且用于Δd(n)的n个数值在从0到N-2的范围内。

测量记录道对之间的重叠涉及在图5的流程图500中示出的多个步长。从激励器重重压在碰撞止块上为开始(步骤510)，在为第一记录道测量反馈幅度(步骤520)以定位峰值幅度时，dac被降低小的步长。对于在图2中所示的情况，这将是对于短脉冲间隙0测量的幅度。一旦已经找到峰值，通过把磁头移动小的步长以查找最大反馈信号，幅度被在记录道长度上平均，以给出一个正常化项V_p(步骤530)。

一般地，根据重叠的间隔测量将把读取元件移动来自两个记录道的反馈信号相等的位置处。但是，在这种情况下，初始记录道间隔可能远离目标数值，导致使用差分信号用于稳定伺服的重叠太小或太大的情况。因此，伺服控制器被用于使读取元件到达正常化信号，V/V_p等于目标重叠信号O_target的1/2的位置(步骤540)，即，在记录道的边缘(但是不一定以记录道边缘为中心)。到单个边缘的伺服保证该伺服是稳定的。O_target是所需的重叠返回信号，其是容易根据记录道之间的所需间隔而计算的一个参数。用于短脉冲间隙0和1的信号V₀和V₁被在一个或多个磁盘的圆周上平均(步骤550)，其被正常化项V_p所除，并且被求和以获得重叠量O(0)(步骤560)。在几次迭代之后该重叠量将接近该目标，使得来自两个记录道的信号将变得接近相等。

用于感兴趣的下一个记录道的重叠是通过查找下一个记录道的峰值幅度点而获得的(步骤570、580和590)，并且重复步骤540、550和560。该处理连续进行直到所有记录道对被测量为止。

对于图2的示例介质表面，其中记录道间隔是写入记录道宽度的一半，上述重叠测量例如可以对不相邻的记录道对(100和102；101；103等等)进行。在这种情况下，目标重叠是1.0(即，按记录道的边缘相接触，但不重叠)。本领域内的专业人员将认识到可以对任何记录道对寻找目标重叠，不一定是相邻写入的记录道，整个过程的所有步值(step value)和目标数值可以被相应地调整。

回到图3，根据相应重叠结果的数值O(n)，分别对每个n进行dac步值Δd(n)的调整。在一个实施例中，Δd(n)被改变一个与O(n)-O_target成比例的量。比例常数将通过对样机的实施而经验确定，以小数值开始逐渐增加，直到获得所需的收敛率。

在该处理结束时，一组N记录道将被几乎等间距地写入(取决于指定的重叠容限)。

在另一个实施例中，读回幅度的测量被添加到写入处理，以确定用于在实际传导过程中写入随后记录道的适当伺服参考值。多短脉冲伺服参考对应于以记录道号为单位的读取元件的位置。在写入启动图案中的最后记录道时，读回幅度被测量，并且使用与多短脉冲伺服用于插值位置的相同的公式计算读取元件的位置。对其加1.0给出写入下一个记录道并开始传导的伺服参考的纠正值。

尽管本发明已经参照优选实施例具体示出和描述，但是本领域内的专业人员应当知道可以在形式和细节上做出各种改变而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (24)

1.一种数据存储系统中用于把激励器定位在相对运动的存储介质上的方法，包括：

使用柔性结构来把激励器定位在该介质上，包括：

用第一作用力把激励器强制压在该结构上，以达到介质上的第一位置；以及

用第二作用力把激励器强制压在该结构上，以达到该介质上的第二位置，

其中进一步包括：

在第一位置写入在该介质上的短脉冲的第一记录道；以及

在第二位置写入在该介质上的短脉冲的第二记录道。

2.根据权利要求1的方法，进一步包括：

测量短脉冲的第一和第二记录道之间的距离。

3.根据权利要求2的方法，进一步包括：

把所测量距离与一个所需距离相比较。

4.根据权利要求3的方法，进一步包括：

擦除短脉冲的第一和第二记录道，以及

通过重复所述强制步骤并且改变第一和第二作用力中的至少一个，再次写入短脉冲的第一和第二记录道。

5.根据权利要求3的方法，其中该测量包括：

用大约中心位于第一记录道上的激励器上的读取元件从短脉冲的第一记录道获得第一峰值读回信号；

根据所需距离利用一个参数把该读取元件从第一记录道的中心移开；

用读取元件从短脉冲的第二记录道检测第二读回信号；以及

从第一和第二读回信号获得所测量距离。

6.根据权利要求5的方法，其中该测量进一步包括：

强制激励器压在该结构上，以把读取元件大约置于短脉冲的第一记录道上；以及

把读取元件在短脉冲的第一记录道附近逐步移动，以定位其中心，从而获得第一峰值读回信号。

7.根据权利要求1的方法，其中通过使用施加到用于移动存取元件的电机上的定位信号，把激励器强制压在柔性结构上。

8.根据权利要求1的方法，用于在存储介质上自伺服写入一个伺服图案，其中该激励器包括一个读取元件，该读取元件通常沿着自伺服写入在横过介质上的步进方向与一个写入元件相分离。

9.根据权利要求1的方法，其中柔性结构包括数据存储系统的一个碰撞止块。

10.根据权利要求1的方法，其中该介质需要一个在其上用于该系统引导激励器的伺服图案，该方法用于在该介质上伺服写入初始记录道组，其中使用包括上述第一、第二作用力在内的至少两种不同的作用力把激励器强制压在该柔性结构上，从而达到该介质上的包括上述第一、第二位置在内的至少两个不同位置；以及在所述至少两个不同位置写入各个短脉冲的记录道。

11.根据权利要求10的方法，其中该激励器包括一个读取元件，其通常沿着自伺服写入在横过介质上的步进方向与一个写入元件相分离。

12.根据权利要求10的方法，其中柔性结构包括数据存储系统的一个碰撞止块。

13.一种在数据存储系统中用于把激励器定位在相对运动的存储介质上的系统，其中包括：

使用柔性结构把激励器定位在该介质上的装置，包括：

用第一作用力把激励器强制压在该结构上以达到介质上的第一位置的装置；

用第二作用力把激励器强制压在该结构上以达到该介质上的第二位置的装置；

在第一位置写入在该介质上的短脉冲的第一记录道的装置；以及在第二位置写入在该介质上的短脉冲的第二记录道的装置。

14.根据权利要求13的系统，进一步包括：

用于测量短脉冲的第一和第二记录道之间的距离的装置。

15.根据权利要求14的系统，进一步包括：

把所测量距离与一个所需距离相比较的装置。

16.根据权利要求15的系统，进一步包括：

擦除短脉冲的第一和第二记录道的装置，以及

通过重复所述强制步骤并且改变第一和第二作用力中的至少一个再次写入短脉冲的第一和第二记录道的装置。

17.根据权利要求15的系统，其中该测量包括：

用大约中心位于第一记录道上的激励器上的读取元件从短脉冲的第一记录道获得第一峰值读回信号的装置；

根据所需距离利用一个参数把该读取元件从第一记录道的中心移开的装置；

用读取元件从短脉冲的第二记录道检测第二读回信号的装置；以及

从第一和第二读回信号获得所测量距离的装置。

18.根据权利要求17的系统，其中该用于测量的装置进一步包括：

强制激励器压在该结构上以把读取元件大约置于短脉冲的第一记录道上的装置；以及

把读取元件在短脉冲的第一记录道附近逐步移动以定位其中心从而读取第一峰值读回信号的装置。

19.根据权利要求13的系统，其中通过使用施加到用于移动存取元件的电机上的定位信号，把激励器强制压在柔性结构上。

20.根据权利要求13所述的系统，用于在存储介质上自伺服写入一个伺服图案，其中该激励器包括一个读取元件，其通常沿着自伺服写入在横过介质上的步进方向与一个写入元件相分离。

21.根据权利要求13所述的系统，其中柔性结构包括数据存储系统的一个碰撞止块。

22.根据权利要求13所述的系统，其中所述介质需要一个在其上用于该系统引导激励器的伺服图案，该系统用于在该介质上伺服写入初始记录道组，

所述用柔性结构把激励器定位在该介质上的装置，用包括上述第一、第二作用力在内的至少两种不同的作用力把激励器强制压在该柔性结构上，从而达到该介质上的包括上述第一、第二位置在内的至少两个不同位置，以便写入初始记录道组；并且在包括上述第一、第二位置在内的至少两个不同位置写入各个短脉冲的记录道。

23.根据权利要求22的系统，其中该激励器包括一个读取元件，其通常沿着自伺服写入在横过介质上的步进方向与一个写入元件相分离。

24.根据权利要求22的系统，其中柔性结构包括数据存储系统的一个碰撞止块。

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