CN100444277C - 硬盘驱动器中写螺旋基准伺服信号的方法和温度补偿方法 - Google Patents

硬盘驱动器中写螺旋基准伺服信号的方法和温度补偿方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于写入螺旋基准伺服信号的方法，该方法适合于硬盘驱动器中的自伺服写入方法。该方法包括：在螺旋基准伺服信号写入的结束方向上在盘上同心地写入第一基准图案；从当前螺旋轨道的基准写入起始位置，在当前螺旋轨道上写入螺旋基准伺服信号；在读/写头移动预定角度后，检测所述读/写头向着所述第一基准图案的移动角度，所述预定角度与不存在盘的热膨胀的情况下从螺旋基准伺服信号的所述基准写入起始位置到基准写入结束位置的距离相应；参照所述检测到的读/写头的移动角度补偿所述读/写头的驱动速度；以补偿的所述读/写头的驱动速度在下一个螺旋轨道上写入所述螺旋基准伺服信号。

Description

硬盘驱动器中写螺旋基准伺服信号的方法和温度补偿方法
技术领域
本发明涉及一种用于对硬盘驱动器写入基准伺服信号的方法，更具体地讲，涉及一种能够补偿由于盘的热膨胀引起的误差的用于写入螺旋基准伺服信号的方法，和一种用于补偿由于温度改变引起的盘的热膨胀的方法。
背景技术
通常，作为数据存储设备中的一种的硬盘驱动器利用磁头再现写在盘上的数据或者在盘上写入用户数据，因此有助于计算机系统操作。随着硬盘驱动器变得紧凑，同时具有大容量和高密度，作为盘旋转方向上的密度的每英寸位数(BPI)和作为盘径向密度的每英寸轨道数(TPI)增加，因此需要更准确的机械装置。
硬盘驱动器包括头盘组件(HDA)和用来控制HDA的PCB组件。HDA包括用于存储和恢复信息的读/写头、在其上写入信息的盘、用于旋转盘的主轴电机、用于移动读/写头的致动臂和音圈马达(VCM)、用于限制致动臂的范围的外盘急停(ODCS)装置和内盘急停(IDCS)装置。
ODCS和IDCS是缓冲单元，用于限制致动臂的移动范围从而防止读/写头移动到盘上没有写入伺服信息的位置上。
为了控制读/写头的位置，对每个轨道写入伺服信息(位置信息)。随着硬盘驱动器的写入密度增大，轨道数增加，从而用于在盘上写入伺服信息所需的那部分时间相对于整个过程逐步增多。
用于在硬盘驱动器的盘上写入伺服信息的传统的伺服写入方法使用高度准确的编码系统和机械推针。在该系统中，机械推针的一端附于主致动臂，另一端通过伺服写入槽延伸到硬盘驱动器的里面。主致动臂由高精度的定位器控制。此外，控制时钟头(clock head)将作为伺服写入处理期间的定时基准的时钟轨道(clock track)写到盘上。
在上述处理中，非重复脱离轨道(NRRO)、盘颤动(disk flutter)和电机晃动(motor rocking)等会使位置控制中的准确度降低。此外，定位器和编码器的使用极大地增加了与伺服写入处理相关的成本，因此，硬盘驱动器的生产效率降低。
为了克服上述问题，已经研究了一种离线(off-line)伺服写入方法和一种自伺服写入方法。
在离线伺服写入方法中，在盘被安装到硬盘驱动器之前，使用伺服轨道写入装置将伺服信息写到盘上。与传统的伺服写入方法相比，该方法能够改善准确度。
在自伺服写入方法中，基于先前写入的基准伺服信息将最终伺服信息(final servo information)写到盘上。根据这种方法，最终伺服信息的品质由基准伺服信息的准确度确定。此外，由于这种方法几乎不依赖于伺服写入设备，因此处理成本降低。
对于以自伺服写入方法写入基准伺服信息来说，有三色同步(three-burst)方法和螺旋(spiral)方法。在三色同步方法中，三种色同步信号(基准伺服信号)以比最终轨道宽度宽的宽度写入，并且根据该基准伺服信号写入最终伺服信号。在螺旋方法中，以螺旋形状写入基准伺服信号，并基于该螺旋基准伺服信号写入最终伺服信号。美国第No.5668679号专利(公开于1997年9月16日)公开了上述螺旋方法。
图1表示在美国第5668679号专利中公开的用于写入螺旋基准伺服信号的传统方法。参照图1，盘11安装在可旋转的主轴电机(未示出)上。读/写头12附于能够调整读/写头12的位置的致动臂13上。标号17和18表示两个急停装置，标号14表示音圈。当音圈14启动以使致动臂13相对于盘11移动时，读/写头12定位到盘11上的位置R1和R2之间的任意位置。R1和R2表示位于盘11上的任意不同位置的基准轨道。如果读/写头12以恒定的速度在盘11上的基准轨道R1和R2之间移动，同时将信号写到盘11上，则以图1中所示的螺旋形状将螺旋基准伺服信号100写入。
图2表示以图1中示出的方法写入的螺旋基准伺服信号。该螺旋基准伺服信号至少被写入扇区数那么多，确切地说，扇区数的两倍。基准轨道R1和R2指示盘11上的外周边界和内周边界。时钟信号202表示写入螺旋基准伺服信号的间隔。其中写入螺旋基准伺服信号的轨线被称作螺旋轨道204。螺旋基准伺服信号是多个比特如图2左侧所示那样布置在其中的信号，并具有以预定间隔布置的同步位206。
参照螺旋基准伺服信号写入最终伺服信号的处理被称作伺服复制处理。在伺服复制处理中，最终伺服信号被写到具有相对于同步位206形成的同心形状的轨道上。因此，在写入螺旋基准伺服信号过程中，必须严格控制比特信号206的准确度。然而，在写入螺旋基准伺服信号过程中，当盘11的温度升高时，初始写入状态和最终写入状态之间相应地存在温度差。
由于盘11因为温度升高而膨胀，螺旋轨道的长度还随着写入时间的流逝逐渐增加。当读/写头12从初始写入状态到最终写入状态以恒定速度在径向上移动而不考虑盘11的热膨胀时，螺旋轨道之间的同步即比特信号(206)之间的同步失真。
图3示出受到盘的热膨胀影响的基准伺服信号的状态。在图3中，上面的螺旋轨道与温度低的状态例如初始写入状态相对应，而中间的螺旋轨道与温度高的状态例如最终写入状态相对应。当温度高时，由于盘11在其径向上的膨胀，与温度低的情况相比螺旋轨道的长度增加。
在两种情况下，当螺旋基准伺服信号的写入速度相同时，写到螺旋轨道上的螺旋基准伺服信号的同步被维持为写入时间(C1＝C2)。然而，当温度降低时，如图3的下面的螺旋轨道所示，膨胀的螺旋轨道收缩，从而螺旋基准伺服信号之间的同步失真(C1≠C3)。
图3中的上面的和下面的轨道分别与将在伺服复制处理中使用的基准盘上的初始写入螺旋轨道和最终写入螺旋轨道相对应。结果，基于具有损坏的同步的螺旋基准伺服信号执行伺服复制处理，从而难于得到正确的最终伺服信号。
发明内容
为了解决上述和/或其他问题，本发明提供一种用于写入螺旋基准信号的方法，通过该方法，可以补偿在硬盘驱动器的盘上写入螺旋基准伺服信号的过程中由于盘的热膨胀引起的误差，该方法适合于自伺服写入。
本发明提供一种用于补偿盘的热膨胀的方法，通过该方法，可以补偿在硬盘驱动器的盘上写入螺旋基准伺服信号的过程中由于温度改变引起的误差，该方法适于自伺服写入。
根据本发明的一方面，提供了一种适于硬盘驱动器的自伺服写入方法的写入螺旋基准伺服信号的方法，该方法包括：
在螺旋基准伺服信号写入的结束方向上，在盘上同心地写入第一基准图案；
从当前螺旋轨道的基准写入起始位置，在所述当前螺旋轨道上写入螺旋基准伺服信号；
在所述读/写头移动预定角度后，检测所述读/写头向着所述第一基准图案的移动角度，所述预定角度与在不存在盘的热膨胀的情况下从螺旋基准伺服信号的所述基准写入起始位置到基准写入结束位置的距离相应；
参照检测到的所述读/写头的移动角度补偿所述读/写头的驱动速度；
以补偿的所述读/写头的驱动速度在下一个螺旋轨道上写入所述螺旋基准伺服信号。
根据本发明的另一方面，在适合于硬盘驱动器的自伺服写入的在基准图案分别写在其内周和外周的盘上写入螺旋基准伺服信号的方法中，提供了一种用于补偿在写入过程中由于盘的热膨胀引起的误差的温度补偿方法，该温度补偿方法包括：
从当前螺旋轨道的基准写入起始位置，在盘的径向方向上写入螺旋基准伺服信号；
在所述读/写头移动预定角度后，检测所述读/写头向着在螺旋基准伺服信号写入的结束方向上的第一基准图案的移动角度，所述预定角度与在不存在盘的热膨胀时从螺旋基准伺服信号的基准写入起始位置到基准写入结束位置的距离相应；
参照检测到的所述读/写头的移动角度补偿所述读/写头的驱动速度。
附图说明
通过下面结合附图对优选实施例的详细描述，本发明的上述和其他特点和优点将会变得更易于理解，其中：
图1是示出用于写入螺旋基准伺服信号的传统方法的示图；
图2是示出以图1中的方法写入的螺旋基准伺服信号的示图；
图3是示出受盘的热膨胀影响的螺旋基准伺服信号的状态的示图；
图4是示出用于在写入旋转基准伺服信号的过程中控制读/写头的速度的方法的示图；
图5是示出用于写入旋转基准伺服信号的速度分布的示图；
图6A至6C是示出根据本发明实施例的用于写入螺旋基准伺服信号的方法的原理的曲线图，即速度分布和螺旋轨道的长度之间的关系；
图7是以不同方式示出根据本发明的用于写入螺旋基准伺服信号的方法的原理的示图；
图8是根据本发明的用于写入螺旋基准伺服信号的方法的流程图。
具体实施方式
参照图4，读/写头12(参照图1)由推针驱动。推针通常由被高精度电机或音圈电机驱动的定位器(未显示)来移动。为了维持螺旋基准伺服信号的恒定比特间隔，读/写头12在基准轨道R1和R2(参照图1)之间必须以恒定速度(如以图4中特定倾斜度所示)移动。
读/写头12从点T0处的索引被驱动，并且当读/写头12到达第一基准轨道R1时从点T1具有恒定速度。维持该速度直到读/写头12到达第二基准轨道R2。当到达第二基准轨道R2时，读/写头12减速。对所有的螺旋轨道重复这些步骤，螺旋基准伺服信号被写入第一和第二基准轨道R1和R2之间的区段。用于控制读/写头12的速度的一系列的控制步骤被称作速度分布。
图5是示出用于写入螺旋基准伺服信号的速度分布的示图。该速度分布包括一系列的过程，即，加速、恒速、减速、以及返回。读/写头12被从加速区域1中的起始位置(图5的偏移)驱动并被加速从而在基准写入起始位置T1具有特定速度，在恒定速度区域2中从基准写入起始位置T1到螺旋写入结束位置T2维持恒定速度，在减速区域3中减速到预定速度，在反向行程4中返回到原始起始位置。通常按照从盘的外周向着内周的方向写入螺旋基准伺服信号。
图6A至6C是表示根据本发明的实施例的用于写入螺旋基准伺服信号的方法的原理的曲线图，即，速度分布和螺旋轨道的长度之间的关系。在图6A至6C中，竖轴表示螺旋轨道的长度，横轴表示写入进程时间。Xt表示从第一基准轨道R1至第二基准轨道R2的长度。Xt’表示当温度改变没有反映出来时即以恒定速度分布写入螺旋基准伺服信号的长度。
图6A表示初始写入状态，其中螺旋轨道的长度Xt和写入螺旋基准伺服信号的长度Xt’相同。图6B表示螺旋写入进程执行了一定时间的状态，即，盘随着温度升高而膨胀的状态，该图表示螺旋轨道的长度Xt和写入螺旋基准伺服信号的长度Xt’不同。即，在图6A和6B中，当使用相同的速度分布SP1将写入操作执行相同时间Tf时，螺旋轨道的长度Xt和写入螺旋基准伺服信号的长度Xt’不同。
图6C表示通过改变速度分布延伸写入螺旋基准伺服信号的长度Xt’的情况。如图6C所示，当螺旋轨道的长度由于温度升高而增加时，可以看出，通过相应地将速度分布改变为SP2可使得螺旋轨道的长度Xt和写入螺旋基准伺服信号的长度Xt’相同。
图7是以不同方式示出根据本发明的用于写入螺旋基准伺服信号的方法的原理的示图。在图7中，上面的螺旋轨道(U)处于温度低的状态，例如，处于初始写入状态，而中间的螺旋轨道(M)处于温度高的状态，例如最终写入状态。
对于中间的螺旋轨道(M)，通过改变螺旋基准伺服信号的写入速度可使得由于温度升高而延伸的螺旋轨道的长度和写入螺旋基准伺服信号的长度相同。
然而，当盘的温度降低时，如图7中所示的下面的螺旋轨道(L)，初始写入的螺旋轨道(U)的长度和最终写入的螺旋轨道(L)的长度变得相同，并且两螺旋轨道之间的螺旋基准伺服信号的同步相匹配。
如果假定在整个盘上由于温度而引起的盘的膨胀是均等的，则由于所有的螺旋轨道相对于温度的改变以相同的比率改变，所以可维持螺旋基准伺服信号的同步。因此，可稳定地维持相对于螺旋基准伺服信号正在写入的最终伺服信号的质量。
图8是用于解释根据本发明的用于写入螺旋基准伺服信号的方法的流程图。参照图8，初始化控制速度分布所需的变量(S802)。误差限度(EB)表示由于温度改变而改变的螺旋轨道的长度的可接受的极限。螺旋计数(SC)表示当前已写入的螺旋轨道数。螺旋数(SN)表示将被写入的螺旋轨道的总数。
写入时钟信号(S804)。在盘的外周或内周同心地写入时钟信号，时钟信号是维持基准伺服图案和螺旋轨道的时间间隔所需的信号。
写入基准图案R1和R2(S806)。基准轨道R1和R2用于根据温度的改变检测螺旋轨道的长度变化，并且基准轨道R1和R2以适当的间隔被写到盘上。基准轨道R1和R2分别被写在盘的外周和内周。基准图案包括多个轨道，并且在每个轨道上写上轨道号。
将读/写头定位于基准位置(S808)。读/写头12和致动臂13的起始位置被读取并被存储。通过读取写在盘的外周的基准图案R1的轨道号可识别起始位置(S810)。当通过速度分布控制读/写头12的移动速度和计算由于温度的改变而改变的螺旋轨道的长度时，参照所述起始位置。
初始化用于写入螺旋基准伺服信号的位置编码器并初始化速度分布(S814)。选择与硬盘驱动器的操作温度相应的最佳速度分布。由于通常在维持为恒定温度状态的洁净地方写入螺旋基准伺服信号，因此根据该洁净地方的温度选择速度分布。随着螺旋基准伺服信号写入的进行，由于电机和电热能，盘的温度从初始温度逐渐上升。
当盘的热膨胀系数是22.0×10-6时，25mm大小的盘在温度增加4℃时盘的热膨胀可计算如下。
25mm(＝OD-ID)×22.0×10-6×4℃＝2.2μm
假定轨道间距是220nm，当温度改变4℃时产生与大约10个轨道相当的误差。
等待时钟信号(S816)，即，等待螺旋基准伺服信号的写入开始处的盘圆周位置。时钟信号在盘的外周被同心地写入，并被用于指示螺旋基准伺服信号被写入的间隔。
当检测到时钟信号时，根据速度分布加速读/写头12(S818)。写入螺旋基准伺服信号，直到致动臂13以及相应的读/写头12移动了预定角度(S820)。根据本发明的实施例，在读/写头12以恒定速度移动的同时，将螺旋基准伺服信号的写入持续预定时间。这里，所述预定时间与盘的热膨胀不存在时从螺旋基准伺服信号的基准写入起始位置到基准写入结束位置的距离相应，例如图6A中的Tf。在该过程中，以图2所示的螺旋形状写入螺旋基准伺服信号。
当检测到盘的内周的基准图案R2时，读/写头12减速到预定速度(S822)。详细地，即使过去了所述预定时间，也连续驱动读/写头12，直到从盘的内周检测到基准图案R2。当检测基准图案R2时，读/写头12减速。为了得到误差，检测致动臂在所述预定时间过去后直到检测到盘的内周的基准图案的移动角度。根据本发明的实施例，在所述预定时间后直到检测到基准图案的期间，以恒定速度驱动读/写头12。
读取结束位置，并且SC增加1(S824)，通过读取写在盘的内周的轨道号和基准轨道R2的读/写头的位置可以识别结束位置。
确定SC是否大于SN(S826)。即，检验是否所有的螺旋轨道被写，如果所有的螺旋轨道被写，则终止螺旋基准伺服信号写入步骤。在步骤S826中，如果不是所有的螺旋轨道被写，即，如果SC不大于SN，则进程返回到S810。
在S812，确定误差是否大于EB。该误差指示由于温度改变而改变的螺旋轨道部分的长度。
详细地，通过得到在所述预定时间过去后一直到检测到在盘的内周写入的基准图案R2的时间，然后参照读/写头12的驱动速度将得到的时间计算为距离，从而得到误差。
在S812，当误差不大于EB时，即，没有误差，或者即使存在误差但是误差小于极限时，进程行进到S814，下一个螺旋轨道被写。按照当螺旋轨道被写入时先前使用的速度分布的方式使用该速度分布。
在S812，当误差大于EB，即误差大于所允许的极限时，进程行进到S828，并在如图6C所示校正速度分布后经S810返回到S814。详细地，参照误差来校正速度分布，并根据校正的速度分布写入螺旋基准伺服信号。
在S828，速度分布被校正了如图6C所示的误差那么多。为了补偿该误差，有用于调整盘的旋转速度的方法和用于补偿读/写头的驱动速度的方法。由于在前一方法中，由于盘的角速度的变化而导致螺旋轨道的角度不是常量，因此，使用后一方法。
详细地，相应于误差，将用于驱动致动臂的推针的驱动步长，即，一次驱动的长度，校正所述误差那么多。这通过调整用于驱动推针的驱动电机的编码器间隔来执行。此外，调整螺旋基准伺服信号的位间隔。
为了写入螺旋基准伺服信号，第87-8922号的韩国实用新型(公开于1987年6月13日)和第2000-34856号的韩国专利(公开于2000年6月26日)公开了一种使用推针的致动臂的驱动方法。
本发明可以作为方法、设备和系统来实现。当以软件来实现本发明时，本发明的构成元件是执行所需工作的代码段。程序或者代码段可以被存储在处理器可读介质上或者在传输介质或通信网络中通过与载波结合的计算机数据信号发送。处理器可读介质包括任何能够存储或发送信息的介质。例如，处理器可读介质可以是电子电路、半导体存储器装置、ROM、闪速存储器、可擦除ROM(EROM)、软盘、光盘、硬盘、光纤介质或无线射频(RF)网络。计算机数据信号包括可通过传输介质如电子网络信道、光纤、空气、电场或RF网络传播的任何信号。
虽然已经参照优选实施例详细表示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以作出形式和细节上的各种改变。
如上所述，根据本发明的用于写入螺旋基准伺服信号的方法，通过校正速度分布，在写入螺旋基准伺服信号的过程中通过补偿由于温度的升高引起的盘膨胀导致的误差，可以写入准确的螺旋基准伺服信号。

Claims (9)

1、一种用于写入螺旋基准伺服信号的方法，所述方法适于硬盘驱动器中的自伺服写入方法，所述写入螺旋基准伺服信号的方法包括：
在螺旋基准伺服信号写入的结束方向上，在盘上同心地写入第一基准图案；
从当前螺旋轨道的基准写入起始位置开始，在当前螺旋轨道上写入螺旋基准伺服信号；
在读/写头移动了预定角度之后，检测所述读/写头向着所述第一基准图案的移动角度，所述预定角度与在不存在盘的热膨胀的情况下从所述螺旋基准伺服信号的所述基准写入起始位置到基准写入结束位置的距离相对应；
参照检测到的所述读/写头的移动角度补偿所述读/写头的驱动速度；
以补偿的所述读/写头的驱动速度在下一个螺旋轨道上写入螺旋基准伺服信号。
2、如权利要求1所述的方法，其中，所述的第一基准图案包括多个基准轨道，所述基准轨道的每个具有至少一个轨道号。
3、如权利要求1所述的方法，还包括：
在螺旋基准伺服信号写入的起始方向上，在盘上同心地写入第二基准图案；
相对于第二基准图案确定螺旋基准伺服信号的基准写入起始位置。
4、如权利要求3所述的方法，其中，所述的第二基准图案包括多个基准轨道，所述基准轨道的每个具有至少一个轨道号。
5、如权利要求1所述的方法，其中，所述的读/写头由推针驱动，所述推针由高精度电机或高精度音圈电机驱动。
6、如权利要求1所述的方法，其中，从所述基准写入起始位置到所述第一基准图案以恒定速度驱动所述读/写头。
7、一种用于写入螺旋基准伺服信号的方法，所述方法适于在硬盘驱动器中的盘的径向上的自伺服写入方法，所述写入螺旋基准伺服信号的方法包括：
读取螺旋基准伺服信号的基准写入起始位置；
检测读/写头从所述基准写入起始位置到第一基准图案的移动角度，所述第一基准图案是在螺旋基准伺服信号写入的结束方向上写入的；
参照所述基准写入起始位置和所述读/写头的移动角度得到由于盘的热膨胀引起的误差；
通过应用得到的误差补偿所述读/写头的驱动速度；
以补偿的所述读/写头的驱动速度写入螺旋基准伺服信号。
8、一种用于补偿在写入过程中由于盘的热膨胀引起的误差的温度补偿方法，所述温度补偿方法用于在基准图案分别写在其内周和外周的盘上写入螺旋基准伺服信号的方法中，所述写入螺旋基准伺服信号的方法适用于硬盘驱动器的自伺服写入，所述温度补偿方法包括：
从当前螺旋轨道的基准写入起始位置在盘的径向方向上写入螺旋基准伺服信号；
在读/写头移动预定角度后，检测读/写头向着在螺旋基准伺服信号写入的结束方向上的第一基准图案的移动角度，所述预定角度与在不存在盘的热膨胀的情况下从所述螺旋基准伺服信号的所述基准写入起始位置到基准写入结束位置的距离相对应；
参照检测到的所述读/写头的移动角度，补偿所述读/写头的驱动速度。
9、如权利要求8所述的方法，还包括相对于第二基准图案确定螺旋基准伺服信号的基准写入起始位置，所述第二基准图案存在于在盘上写入螺旋基准伺服信号的起始方向上。
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