CN101211571A - 在磁盘驱动器中用于利用螺旋伺服图形定位磁头的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在磁盘驱动器中用于利用螺旋伺服图形定位磁头的方法和装置，其基于同心伺服图形计算磁头的位置误差。该磁盘驱动器具有其上记录了螺旋伺服图形的磁盘介质(1)和从磁盘介质(1)读取螺旋伺服图形的读取头(120R)。伺服控制器(160)从由读取头(120R)读取的螺旋伺服图形再现六边形脉冲信号，以便产生与伺服脉冲信号相关的位置数据。CPU(170)使用该位置数据进行位置误差计算。

Description

在磁盘驱动器中用于利用螺旋伺服图形定位磁头的方法和装置
技术领域
本发明涉及磁盘驱动器，尤其涉及利用螺旋伺服图形的磁头定位控制技术。
背景技术
通常，在以硬盘驱动器为代表的磁盘驱动器中，用于磁头定位控制的伺服图形(伺服数据)记录在作为数据记录介质的磁盘介质上。磁盘驱动器使用由磁头读取的伺服图形来可控制地将磁头放置在磁盘介质的目标位置(目标轨迹)处。
记录在磁盘介质上的伺服图形是同心伺服图形，具有通常以固定间隔沿圆周设置的多个伺服扇区，以便构成同心伺服磁道。
同心伺服图形通过包含在磁盘驱动器制造工艺中的伺服写入步骤记录在磁盘介质上。已经提出了一种在伺服写入步骤中在磁盘介质上记录构成基本图形(种子图形)的多个螺旋伺服图形的方法(例如，参见USP 6,987,636 B1)。
在根据所提出方法的伺服写入步骤中，例如，通过专用伺服磁道写入器(STM)在磁盘介质上记录多个螺旋伺服图形(多个螺旋伺服图形)，该磁盘介质还没有装配到磁盘驱动器中而是作为产品被运输。接着将磁盘介质装配到磁盘驱动器中，执行伺服自写方法以将用于产品的同心伺服图形写入到磁盘介质。
普通的磁盘驱动器使用读取头和写入头，读取头从磁盘介质读取伺服图形，写入头将伺服图形写入磁盘介质；读取头和写入头分离安装在磁盘驱动器中。读取头的宽度与写入头相比相对小。这样，由读取头读取的螺旋伺服图形再现的脉冲信号(burst signal)波形是六边形。在USP 6,987,636 B1中，将脉冲信号波加工为菱形信号。
在作为产品被运输的磁盘驱动器中，同心伺服图形被写到如上所述的磁盘介质。为了允许写入头将同心伺服图形写入磁盘介质，基于读取头读取的螺旋伺服图形控制磁头的定位。通过基于由同心伺服图形再现伺服脉冲信号计算磁头的定位误差，磁盘驱动器控制磁头的定位。
然而，由螺旋伺服图形再现的脉冲信号波形是六边形的。因此，磁盘驱动器中磁头定位误差的计算机理(运算法则)不能直接应用于磁头定位控制。在USP 6,987,636 B1中的方法将脉冲信号波形加工为菱形信号，因此允许将定位误差计算机理部分应用于磁头定位控制。然而，在实际意义上，该方法的缺点在于，该方法将脉冲信号波形加工为菱形信号，不能完全将定位误差计算机理应用于磁头定位控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁盘驱动器，允许由螺旋伺服图形再现的脉冲信号应用于基于同心伺服图形的磁头定位的误差的计算方法。
根据本发明一个方案的磁盘驱动器，包括：磁盘介质，其上记录了螺旋伺服图形；磁头，包含由磁盘介质读取数据的读取头和将数据写入磁盘介质的写入头；磁头移动单元，在磁盘介质上径向移动磁头；一个单元，当磁头扫描旋转的磁盘介质上的圆周形的区域时从读取头读取的螺旋伺服图形再现特定形状的脉冲信号，所述圆周形的区域对应于同心磁道；发生器，产生位置数据，该位置数据将包含在构成同心磁道的同心伺服图形中的伺服脉冲信号与所述特定形状的该脉冲信号相关联；位置误差计算单元，使用该位置数据进行在一个同心磁道上定位磁头所需的位置误差计算；控制器，使用由位置误差计算单元进行的计算结果控制磁头移动单元，由此定位磁头。
附图说明
被引进来并构成说明书一部分的附图说明了本发明的实施例，与上面给出的总体描述和下面给出的实施例的详细描述一起，说明本发明的原理。
图1是显示根据本发明实施例的磁盘驱动器的主要部分的方框图；
图2是显示根据本发明实施例的伺服磁道写入器的主要部分的方框图；
图3是显示其上记录了多个螺旋伺服图形的磁盘介质的图；
图4是显示根据本发明实施例的多个螺旋伺服图形和同心伺服图形之间位置关系的图；
图5A和5B是说明根据本实施例的同心伺服图形的伺服脉冲信号的图；
图6A和6B是说明根据本实施例的螺旋伺服图形的脉冲信号波形的图；
图7A和7B是说明根据本实施例的螺旋伺服图形的脉冲信号波形的图；
图8是说明根据本实施例的六边形脉冲信号波形的图；
图9是说明根据本实施例的六边形脉冲信号波形的图；
图10A至10C是显示根据本实施例的六边形脉冲信号波形变化的图；
图11是显示根据本实施例的几帧(frames)六边形脉冲信号的振度变化的图；
图12是显示根据本实施例的在选定的帧中六边形脉冲信号的振度相对于径向的变化的图；
图13是显示根据本实施例的伺服脉冲信号的幅度变化的图；
图14是显示根据本实施例的位置误差计算的线性的图；和
图15A和15B是显示根据本实施例的脉冲信号和帧之间关系的图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的实施例。
图1是显示根据本实施例的磁盘驱动器的主要部分的方框图。
磁盘驱动器100具有磁盘介质1、主轴马达110、磁头120、致动器130、磁头放大器(磁头IC)140和印刷电路板(PCB)190。
通过主轴马达110磁盘介质1以高速旋转。在本实施例中，螺旋伺服图形通过伺服磁道写入器(STW)记录在磁盘介质1上，作为基本图形，如图3所示。
磁头120具有读取头120R和写入头120W，并且使用读取头120R从磁盘介质1读取螺旋伺服图形、同心伺服图形和用户数据。磁头120使用写入头120W将用户数据写入到磁盘介质中与伺服扇区不同的数据区，并且在伺服自写入操作过程中，将同心伺服图形写入到磁盘介质1中。
致动器130由音圈马达(VCM)驱动，以可控制地在磁盘介质上径向移动安装的磁头120。音圈马达由安装在PCB 190上的马达驱动器180可控制地驱动。磁头放大器140放大由读取头120R读取的读取信号，并且将放大的读取信号输出到安装在PCB 190上的读/写通道(信号处理单元)150。
读/写通道150、微处理器(CPU)170、马达驱动器180和磁盘控制器(HDC)200安装在PCB 190上。读/写通道150是信号处理单元，处理读/写信号。读/写通道150包含伺服控制器160，用于执行螺旋伺服图形和同心伺服图形的伺服信号的再现处理。
伺服控制器160包含地址码检测器、伺服脉冲信号解调器和伺服数据发生器。地址码检测器在读取信号中检测包含在每个同心伺服图形中的扇区和磁道(柱面)的地址码。伺服脉冲信号解调器解调包含在螺旋伺服图形和同心伺服图形中的伺服脉冲信号。伺服数据发生器基于由地址码检测器检测到的地址码和伺服脉冲信号(A到D)产生位置误差数据，并且输出该数据到CPU 170。
马达驱动器180包含VCM驱动器和SPM驱动器，VCM驱动器在CUP 170的控制下给用于致动器130的音圈马达提供驱动电流，SPM驱动器在CUP 170的控制下给主轴驱动器110提供驱动电流。
HDC 200是接口，用于进行，例如，磁盘驱动器100和外部主系统之间的数据传输。HDC 200将由读/写通道150输出的用户数据在CPU 170的控制下传输给主系统。HDC 200还从该主系统接受数据，并且将该数据传输给读/写通道150。来自主系统的数据包含将通过伺服自写入操作写入到磁盘介质1的关于同心伺服图形的数据。
CPU 170是用于磁盘驱动器100的主控制器，并且根据本实施例具有执行伺服自写入操作的功能。在作为产品运输的磁盘驱动器100中，CPU170基于写到磁盘介质1的同心伺服图形可控制地定位磁头120。
(伺服磁道写入器的结构)
图2是显示根据本实施例的伺服磁道写入器(STW)的主要部分的方框图。
伺服磁道写入器(STM)是在清洁室内安装的伺服写入装置，以便在伺服自写入步骤之前将用作基本图形的螺旋伺服图形写入到磁盘介质1。
如图2所示，伺服磁道写入器具有控制器30、磁头驱动单元31、伺服磁头32、写入控制单元33、主轴马达34、时钟磁头35和主时钟单元36。没有数据写入的磁盘介质固定到主轴马达34，并且通过主轴马达34旋转。将伺服磁头32分离为安装在滑块上的读取头和写入头。读取头从磁盘介质读取螺旋图形。写入头将螺旋图形写到磁盘介质。
控制器30具有作为主要元件的微处理器和存储器，用于控制磁头驱动单元31、写入控制单元33、主轴马达34和主时钟单元36的操作。控制器30控制磁头驱动单元31，由此定位伺服磁头32。
磁头驱动单元31是致动器，其上安装伺服磁头32，并且使伺服磁头32移动到磁盘介质1的规定位置。磁头驱动单元31由音圈马达驱动。写入控制单元33将用来写入螺旋伺服图形的伺服数据发射给伺服磁头32。伺服磁头32基于来自写入控制单元33的伺服数据将螺旋伺服图形写入到磁盘介质1，如图3所示。
主时钟单元36在控制器30的控制下将时钟信号发射给时钟磁头35。时钟磁头35将时钟信号写入到磁盘介质1上的最外围区域。当从磁盘介质1的最内周向最外周移动伺服磁头32以定位伺服磁头32时，控制器30查询时钟信号作为参考位置信息信号。
(多个螺旋伺服图形)
参考图3、4、6A和6B，下面将描述根据本实施例的多个螺旋伺服图形和脉冲信号波形。
图3是示意性地显示了通过例如图2所示的伺服磁道写入器写到磁盘介质1的整个表面的多个螺旋伺服图形状态的图。该多个螺旋伺服图形由n个螺旋伺服图形2-1至2-n构成。
其上记录了多个螺旋伺服图形的磁盘介质1装配到磁盘驱动器100中之后，伺服自写入功能将同心伺服图形4-1至4-P写到磁盘介质1。在磁盘驱动器100中，CUP 170使用多个螺旋伺服图形2-1至2-n，以便在进行寻轨操作时允许磁头120将同心伺服图形4-1至4-p写入到由虚线表示的同心磁道3-1至3-m(的中心线)。在图3中，箭头显示磁头120R正在扫描同心磁道3-3。
图4是显示多个螺旋伺服图形2-1至2-5和同心伺服图形4-1至4-3之间的位置关系的图。如图4所示，同心伺服图形4-1至4-n垂直于读取头120R扫描的方向(由箭头所示；磁盘介质1的圆周方向)。相反，多个螺旋伺服图形2-1至2-5设置为相对于扫描方向倾斜。这样，读取头120R读取螺旋伺服图形的计时随着读取头120R的径向位置而变化。
在磁盘驱动器100中，在同心伺服图形4-1至4-3写到磁盘介质1之后，读取头120R基于同心伺服图形4-1至4-3可控制地定位在同心磁道的中心线3-1至3-5。
图5A示出了包含在同心伺服图形4-1至4-p中的伺服脉冲信号(A至D)的区域6。图5B显示了经过伺服脉冲信号区域6的读取头120R再现的伺服脉冲信号(A至D)的振度7-A至7-D。幅度7-A至7-D由读/写通道150的伺服处理部分160输出。
CPU 170基于伺服脉冲信号(A至D)的幅度7-A至7-D的变化确定读取头120R的径向位置。即，当读取头120R位于同心磁道的中心线3-1至3-m之一上时，伺服脉冲信号(A和B)的幅度7-A和7-B处于相同的位置。这里，相对于同心磁道的中心线的偏离称作位置误差。
CPU 170使用伺服脉冲信号(A至D)的幅度7-A至7-D进行位置误差计算，用于计算读取头120R的位置误差。基于计算结果，CPU 170可控制地定位读取头120R(寻轨)。
具体地说，CPU 170运行一个算法，以进行诸如以下等式1至3所示的位置误差计算。
pos1＝(A-B)/(|A-B|+|C-D|)            ...(1)
pos2＝((A-B)*|A-B|)/(|A-B|^2+|C-D|^2)...(2)
POS＝((pos1*k)+((1024-k)*pos2))/1024 ...(3)
在各等式中，POS代表由平均计算得到的位置误差，在该平均计算中将权重因数(K：0到1024)添加到等式1和2的计算结果，其中A至D指的是伺服脉冲信号A至D的振度，|X|意味着X的绝对值，“^2”意味着平方操作，*意味着乘法。
图6B是显示当图6A所示的螺旋伺服图形8由读取头120R读取时得到的脉冲信号波形9的图。这里，当已经将螺旋伺服图形8写入磁盘介质的写入头的宽度与读取头120R的宽度相同时得到菱形脉冲信号9。
然而，实际上，读取头120R的宽度通常比将螺旋伺服图形8写入磁盘介质的写入头的宽度小。这样，读取头120R读取如图7B所示的六边形脉冲信号波形11。图7A显示了由读取头120R读取的螺旋伺服图形10。
(磁头定位控制)
参考图8至15B，下面将基于六边形脉冲信号波形11描述控制磁头120的定位的方法。
如图8所示，磁盘驱动器再现在各个定时区域(帧12-1至12-q)上六边形脉冲信号11，其中所述各个定时区域是在读取头120R的扫描方向临时将信号分成的区域。伺服处理部分160在帧12-1至12-q分别产生脉冲信号11的幅度13-1至13-q，如图9所示。
这里，图10A至10C是显示当读取头120R的径向位置改变时从螺旋伺服图形10再现的脉冲信号的变化的图。即，当图10A所示的读取头120R在位置120R-1时，得到如图10B所示的脉冲信号波形11-1。与此不同的是，当读取头120R移动到位置120R-2时，得到的脉冲信号波形11-2具有相同的六边形形状，但是如图10C所示在时间方向上位移了。
图11是显示对于帧来说脉冲信号的幅度(大小)相对于磁盘介质径向的变化的图。这里，横坐标表示由同心伺服图形构成的同心磁道。即，图11显示了当读取头120R读取螺旋伺服图形10同时寻轨同心磁道的中心线时得到的脉冲信号的幅度变化。
这里，注意对应于各帧的脉冲信号的幅度13-5和13-11在磁道N附近彼此相交，对应于各帧的脉冲信号的幅度13-7和13-13在磁道N-1/2附近彼此相交。
图12显示了对于选择的四帧来说脉冲信号的幅度14-A至14-D相对于所述径向的变化。图13显示了同心伺服图形的伺服脉冲信号A至D的幅度15-A至15-D的变化。图12和图13的比较表明，脉冲信号之间的交叉点的特性和幅度的变化在从轨迹N-1/2附近到轨迹N附近的区域中是类似的。
图14显示了利用对应于图12所示的所选择的帧的脉冲信号的幅度14-A至14-D计算位置误差的结果16。在图14中，虚线17显示了理想的线性。
即，CPU 170使用从多个螺旋伺服图形再现的各个帧的脉冲信号的幅度值，进行利用同心伺服图形的伺服脉冲信号A至D的位置误差计算。CPU 170基于该计算结果控制读取头120R的定位(寻轨)。
具体地说，CPU 170执行一个算法，进行诸如以下等式4至6的位置误差计算。
pos1＝(A-B)/(|A-B|+|C-D|)...(4)
pos2＝((A-B)*|A-B|)/(|A-B|^2+|C-D|^2)...(5)
POS＝((pos1*k)+((1024-k)*pos2))/1024 ...(6)
在上述等式中，POS代表由平均计算得到的位置误差，在该平均计算中将权重因数(K：0-1024)添加到等式1和2的计算结果，其中A至D表示各个帧的伺服脉冲信号A至D的幅度，|X|意味着X的绝对值，“^2”意味着平方操作，*意味着乘法。
图14显示出在磁道N-1/2附近和磁道N附近之间位置误差计算结果16表现出理想线性。该结果意味着位置误差可以在上面的范围内精确计算，并且在该范围内，各帧与伺服脉冲信号的幅度A至D适当地相关。
图15B是显示将图15A所示的六边形脉冲信号11的幅度值与各个选择的帧相关联的方法的图。
如图15A和15B所示，利用相同的多个螺旋伺服图形(相同的宽度和倾斜度)，即使在磁道改变的情况下，所述各帧能够与伺服脉冲信号的幅度A至D相关联。基于与各个帧的脉冲信号11的幅度13-1至13-q的最大值(FMAX)对应的帧号，伺服脉冲信号的幅度A至D(下文称作脉冲A至D)与如下所述的帧号相关联。
这里，在磁道N附近，与各个帧的脉冲信号的幅度最大值对应的帧号数被假设为帧8。然后，与脉冲A相关的帧号是帧11(8+3)。与脉冲B相关的帧号是帧5(8-3)。与脉冲C相关的帧号是帧7(8-1)。与脉冲D相关的帧号是帧13(8+5)。因此，可以得到下面的关系。
当与各个帧的脉冲信号幅度的最大值对应的帧号假设为FMAX时，与脉冲A相关的帧号为“FA＝FMAX+3”，如图15B所示。与脉冲B相关的帧号为“FB＝FMAX-3”。与脉冲C相关的帧号为“FC＝FMAX-1”。与脉冲D相关的帧号为“FD＝FMAX-5”。
这样，即使磁道改变了，通过简单地改变对应于最大值的帧号FMAX，也可以容易地将伺服脉冲信号的脉冲A至D与帧号相关联起来。
如上所述，当由多个螺旋伺服图形再现六边形脉冲信号以在同心磁道之一上定位读取头120R时，本实施例使得能够应用将利用同心伺服图形的伺服脉冲信号A至D的定位误差计算。结果，磁盘驱动器100能够进行将构成同心磁道的同心伺服图形写入到具有多个螺旋伺服图形的磁盘介质1作为脉冲图形的伺服自写入操作。
总之，本实施例可以提供一种磁盘驱动器，能够将从螺旋伺服图形再现的脉冲信号应用于基于同心伺服图形的磁头定位误差计算方案。这样允许基于螺旋伺服图形控制磁头的定位，而不用提供任何特殊的功能。
对于本领域技术人员来说，本发明的其它优点和修改将容易得到。因此，本发明在其更广阔的方面并不限于具体的细节和这里所示和所描述的各个实施例。据此，在不离开如所附的权利要求及其等同描述所限定的总的发明构思的精神和范围内，可以进行各种修改。

Claims (10)

1.一种磁盘驱动器，其特征在于包括：
磁盘介质，其上记录了螺旋伺服图形；
磁头，包含从该磁盘介质读取数据的读取头和将数据写入该磁盘介质的写入头；
磁头移动单元，用于在所述磁盘介质上在径向移动该磁头；
一个单元，用于当所述磁头扫描旋转的所述磁盘介质上的圆周形区域时从由所述读取头读取的螺旋伺服图形再现特定形状的脉冲信号，所述圆周形区域对应于同心磁道；
发生器，用于产生位置数据，该位置数据将包含在构成所述同心磁道的同心伺服图形中的伺服脉冲信号与所述特定形状的所述脉冲信号相关联；
位置误差计算单元，使用所述位置数据进行在所述同心磁道之一上定位所述磁头所需的位置误差计算；
控制器，使用由位置误差计算单元进行的所述计算的结果控制磁头移动单元，由此定位磁头。
2.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于进一步包括：伺服写入单元，其使用包含在由所述控制器可控制地定位了的所述磁头中的写入头，将同心伺服图形写到磁盘介质。
3.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于，所述发生器将所述特定形状的脉冲信号在圆周方向上分为多个区域，以便产生位置数据，该位置数据将由各个所述区域得到的幅度与从所述伺服脉冲信号再现的位置信号相关联。
4.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于，所述发生器将所述特性形状的脉冲信号转换为各个帧的幅度，以便产生位置数据，该位置数据将该幅度与从所述伺服脉冲信号再现的位置信号相关联。
5.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于，所述发生器将所述特定形状的脉冲信号在圆周方向分为多个区域，以便产生位置数据，该位置数据将由各个所述区域得到的幅度与位置信号A和B相关联，该位置信号A和B从所述伺服脉冲信号再现的并且用来计算相对于每条所述同心磁道的中心线的位置误差。
6.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于，所述发生器将所述特定形状的脉冲信号在圆周方向分为多个区域，以便产生位置数据，该位置数据将由各个所述区域得到的幅度与位置信号A和B以及位置信号C和D相关联，该位置信号A和B从所述伺服脉冲信号再现并且用来计算相对于每条同心磁道的中心线的位置误差，并且该位置信号C和D从所述伺服脉冲信号再现，并用来计算相对于相邻磁道边界的位置误差。
7.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于，所述发生器将所述特定形状的脉冲信号划分为各个帧的幅度，以便产生基于所述幅度的最大值与位置信号相关的位置数据，该位置信号从所述伺服脉冲信号再现。
8.一种将同心伺服图形写入磁盘驱动器中的磁盘介质的方法，该磁盘驱动器具有磁盘介质和磁头，在该磁盘介质上记录了螺旋伺服图形，该磁头包含从所述磁盘介质读取数据的读取头和将数据写入所述磁盘介质的写入头，该方法的特征在于包括：
在所述磁头扫描旋转的磁盘介质的对应于同心磁道的圆周形区域的同时，从由所述读取头读取的螺旋伺服图形再现特定形状的脉冲信号；
产生位置数据，该位置数据将包含在所述同心伺服图形中的伺服脉冲信号与所述特性形状的脉冲信号相关联；
利用所述位置数据进行在同心磁道之一上定位所述磁头所需的位置误差计算；和
利用所述计算的结果控制所述磁头的定位。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述产生步骤将所述特定形状的脉冲信号在圆周方向上分为多个区域，以便产生位置数据，该位置数据将由各个所述区域得到的幅度与从所述伺服脉冲信号再现的位置信号相关联。
10.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述产生步骤将所述特定形状的脉冲信号分为各个帧的幅度，以便产生位置数据，该位置数据基于所述幅度的最大值与由所述伺服脉冲信号再现的位置信号相关联。
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