CN101256777B - 采用操作热头飞行高度执行机构的改进型方法的盘驱动器 - Google Patents

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Abstract

驱动器具有位于读/写头附近、作为热飞行高度执行机构的电阻加热器，并采用操作该飞行高度执行机构的改进方法。作为该方法的组成部分，可以在寻道期间停用加热器，以最小化头-盘接触风险。当接收到写命令时，在写初始数据扇区之前，施加一定电平的加热器功率来预热写头。该预热加热器功率电平可以高于用于写操作的功率电平。然后，当写开始时，施加较低功率电平给加热器，因此在写包括初始数据扇区在内的所有数据扇区期间，写头都具有最佳的头-盘间隙。即使加热器可以在寻道期间被停用，控制器也能够在写头到达目标道之前，在寻道的最后部分期间，启动预热。

Description

采用操作热头飞行高度执行机构的改进型方法的盘驱动器
技术领域
本发明涉及磁记录盘驱动器，特别涉及具有控制读/写头和盘之间的间隙的飞行高度执行机构(fly-height actuator)的盘驱动器。
背景技术
磁记录硬盘驱动器利用读/写换能器或安装在头托架上的头，以针对盘读和/或写数据。典型地，头托架(head carrier)是由悬架(suspens ion)附加到执行机构臂的空气支承浮动块(air-bearing slider)，并且由悬架定位得非常接近于盘面。典型地，盘驱动器中有一叠盘，该盘驱动器具有与该叠盘中的每个盘面关联的浮动块悬架组件(slider-suspension assembly)。
头和盘面的间隔或间隙被称为飞行高度(fly-height)。浮动块有盘面向空气支承面(ABS)，其使浮动块承载(ride)在由盘旋转而产生的空气垫或支承上。该浮动块被附加到悬架上的弯曲部分，并且该悬架包括加载梁(loadbeam)，该加载梁在允许浮动块“倾斜”和“滚转”时，将加载力施加给浮动块以平衡空气支承力。浮动块的飞行动力和由此引起的飞行高度受诸如盘旋转速度、浮动块ABS的空气动力学外形、悬架施加给浮动块的加载力以及悬架施加给浮动块的倾斜和滚转力矩之类的因素的影响。
已经提出了使用改变头和盘面之间的间隙的飞行高度执行机构的盘驱动器。一种类型的飞行高度执行机构是具有位于头附近的浮动块上的电阻式加热器的热执行机构(thermal actuator)。当电流施加到加热器时，该加热器膨胀，致使头膨胀，进而移近盘面。
典型地，具有热飞行高度执行机构的盘驱动器根据头正在读或写数据的径向位置(如数据道)调整飞行高度。典型地，这是通过在制造时确定关于数据道的多个径向带中的每一个的最佳头-盘间隙，然后在盘驱动器中存储一组控制信号值来实现的。在盘驱动器操作期间，识别数据将被读或写的数据道，取回适当的控制信号值并将其用于施加相应的加热器功率电平到加热器，以便针对数据道所在的带将头-盘间隙设置成最佳值。
即使没有对加热器加热，作为来自写线圈加热的结果，在写操作期间写头也会经历凸出。因此，当在写期间施加常规热飞行高度控制时，由于写头仍处于其环境温度而没有凸出，所以连续多扇区写中的开头少数数据扇区可能具有高于后写的数据扇区的出错率。这导致在这些初始数据扇区上有高于最佳的飞行高度，进而导致较弱的可写性。此外，如果加热器在某些寻道期间激活(例如，当头正从一个数据道被移动到另一个数据道时)，会有更高的头-盘接触风险，包括导致不可恢复的盘驱动器故障的头碰撞。
需要采用具有操作该热飞行高度执行机构的改进方法的热飞行高度执行机构的盘驱动器。
发明内容
本发明提供采用热飞行高度执行机构的盘驱动器以及操作该热飞行高度执行机构的改进方法。飞行高度执行机构通过一种控制器控制，该控制器包括处理器和相关存储器，该存储器包括用于执行该改进方法操作的程序指令。该存储器还包括用于读加热器功率值(HPV)和写加热器功率值的寄存器或查找表，其中每个HPV都与读/写头和数据道的带相关联。作为本改进操作方法的组成部分，依据寻道的长度，加热器会在寻道期间被停用，以最小化头-盘接触风险。当接收到写命令时，控制器在写初始数据扇区之前将HPV施加到加热器来预热写头。这种用于预热的HPV可以是比写HPV功率电平高的读HPV。然后，当写开始时，将适当的写HPV施加到加热器，因此在写包括初始数据扇区的所有数据扇区期间，写头都具有最佳的头-盘间隙。写头凸出所需的预热时间在盘驱动器制造期间已知且确定。头-定位执行机构将写头从其当前数据道移动到数据将被写入的目标道的寻道时间也已知，因此，即使加热器在寻道期间可能被停用，控制器也可以在写头到达目标道之前、在寻道的最后部分启动预热。
为了更全面地理解本发明的特征和优点，以下结合附图进行细节描述。
附图说明
图1是可用于本发明且具有飞行高度执行机构的类型的常规盘驱动器的示意框图。
图2A是典型数据道的一部分，其示出了四个完整的数据扇区和三个代表性伺服扇区。
图2B是图2A所图解的伺服扇区之一的放大图。
图3是盘面之上的空气支承浮动块的末端部分的截面图，并图解了浮动块上的热飞行高度执行机构读头和写头。
图4是根据本发明的飞行高度执行机构的高级示意图。
图5是盘面之上的空气支承浮动块的末端部分的截面图，并图解了该读和写头的头-盘间隙的相对变化。
图6是图解根据本发明的算法的流程图。
图7是读和写加热器热功率电平和用于预热写头的方法的图解。
具体实施方式
图1是可用于本发明的类型的常规盘驱动器的框图。所述盘驱动器是采用具有扇区伺服和区位记录(ZBR)的固定块“无首”(“headerless”)架构来进行格式化的盘驱动器，不过本发明也适用于采用其它类型的数据架构和伺服系统的盘驱动器。
该盘驱动器(一般用102指定)包括至少一个数据记录盘104、音圈电机110执行机构、执行机构臂106、悬架109、头托架或浮动块107、数据记录换能器108(也称为记录头或读/写头)、伺服电子装置112、读/写电子装置113、接口电子装置114、控制器电子装置115、微处理器116和RAM117。记录头108可以是感应式读/写头或感应式写头与磁阻(MR)式读头的组合。典型地，读/写108位于头托架(如具有面向盘104的表面105的空气支承面(ABS)的空气支承浮动块107)上。浮动块107通过悬架109附加到执行机构臂106，其中悬架109允许浮动块以其支撑在旋转盘104的盘面105上但接近旋转盘104的盘面105的ABS来“倾斜(pitch)”和“滚转(roll)”。
虽然图1仅示出了一个头108和相关盘面105，但典型地，有多个盘堆叠于由盘电机旋转的轴上，单独的读/写头与每个盘的每个面相关联。数据记录盘104有旋转中心111，并且为了头定位的目的而被划分成一组径向间隔的道，其中之一示出为道118。这些道径向地分组为多个区或带，其中的三个示出为带151、152和153。盘104包括大致径向上延伸跨越道的多个伺服扇区120。每个道具有指示道起始的参考索引121。在每个带内，道也沿圆周划分成存储用户数据的多个数据扇区154。在“无首(headerless)”或“无ID”数据架构中，数据扇区不包含用于唯一标识数据扇区的数据扇区标识(ID)字段。如果像典型情况下那样盘驱动器有多个头，每一个盘面一个头，那么将在所有盘数据盘面上相同半径处的数据道集合称为“柱面”。
读/写电子装置113从头108接收信号，并将伺服信息从伺服扇区120传递至伺服电子装置112，然后传递数据信号至控制器电子装置115。在读和写期间，伺服电子装置112用伺服信息在140产生驱动音圈电机110来定位头108到期望的数据道和将头保持在该数据道上的电流。接口电子装置114通过接口162与主机或系统(未示出)通信，传递数据给主机。接口电子装置114也通过接口164与控制器电子装置115通信，传递读和写命令给控制器电子装置115。微处理器116具有相关存储器，如RAM 117，并通过接口170与其它各种盘驱动器电子装置通信。
在盘执行机构102的操作中，接口电子装置114从用于从被选定的一个或多个数据扇区154读数据或向被选定的一个或多个数据扇区154写数据的主机接收请求。控制器电子装置115从接口电子装置114接收一列被请求的数据扇区并将其转换成用于唯一标识期望的数据扇区位置的带、柱面、头和数据扇区号。头和柱面信息被传递给负责在适当柱面上的适当数据扇区之上定位读/写头108的伺服电子装置112。如果提供给伺服电子装置112的柱面号与头108目前被定位在的柱面号不一致，那么伺服电子装置112首先执行寻道操作来重定位头108到适当柱面。
一旦伺服电子装置112在适当柱面上定位了头108，伺服电子装置112就开始执行用于定位和标识期望的数据扇区的扇区计算。随着伺服扇区120在头108下经过，用无首结构方法来标识每个伺服扇区。简单讲，用伺服定时标记(STM)来定位伺服扇区，并且从包含索引标记121的伺服扇区起的STM计数唯一标识每个伺服扇区。附加信息与伺服电子装置112和用于控制在数据扇区读或写数据的控制器电子装置115相关联地进行维护。
现在参考图2A，放大地示出了盘104上的典型道118的一部分。示出了四个完整的数据扇区(401、402、403和404)。也示出了三个代表性伺服扇区410、411和412。正如从此例可以看出的那样，有些数据扇区被伺服扇区分隔，有些数据扇区并不是紧跟随着伺服扇区开始。例如，数据扇区402和404分别被伺服扇区411和412分隔。数据扇区402被分隔成数据段421和422，而数据扇区404被分隔成数据段424和425。数据扇区403紧跟在数据扇区402的末尾后开始，而不是紧跟随于伺服扇区。索引标记121指示道的开始，并且被示出为包括在伺服扇区410中。图2B是图2A中描述的一个伺服扇区的放大图。典型地，每个伺服扇区含STM 506。STM 506被作为定时参考，用于读取在道标识(TID)字段504和位置误差信号(PES)字段505中的后续伺服信息。该STM有时也被称为伺服地址标记或伺服起始标记。典型地，TID字段504包括用于唯一标识伺服扇区的伺服扇区号(SSN)。
图1所示的盘驱动器也包括用于改变读/写头108和盘104的表面之间的间隙的飞行高度执行机构200。飞行高度执行机构200由飞行高度控制器(FHC)210控制。在该优选实施例中，飞行高度执行机构200是位于浮动块107上的热执行机构。
图3是盘104的盘面105之上的浮动块107的末端部分的截面图，并且示出了读/写头108和热飞行高度执行机构200。盘104在按箭头100方向上的旋转在浮动块107的ABS与盘面105之间产生空气支承。在盘驱动器操作期间，空气支承平衡悬架109(图1)的轻微弹力并支撑浮动块107离开或稍微离开盘面105微小且实质上为常值的间隙。读/写头108包括MR读头180和写头190。写头190是具有位于两个写极(write pole)192、193之间的线圈191的感应式写头。写头190可被描述成具有两个用于水平记录的写极的写头，但是写头也可是具有单一写极和一个或多个返回极的垂直磁记录写头。
图3中的热飞行高度执行机构是与FHC 210电连接并由其控制的电阻加热元件或加热器200。FHC 210是诸如通过控制可变电阻的设置来控制流向加热器200的电流的电源。如虚线202所示，随着电流增加，加热器200膨胀并引起头108的凸出(PTR)，这将移动MR读头180和写头190的极尖191、192更接近盘面105。FHC 210可包括监控加热器200的温度的温度反馈控制电路，来在盘驱动器操作期间将头108的飞行高度保持在期望的范围内。
热飞行高度执行机构描述在美国专利5,991,113和公开的专利申请US2005/0024775A1中。美国专利7,023,647B2描述了可实施在盘驱动器的MR头前置放大电路中的热执行机构飞行高度控制电路。
图4是图解FHC 210的高级示意图。FHC 210包括处理器220、可由处理器220寻址的相关存储器230、数模转换器(DAC)260和电压驱动器270。存储器230包括读飞行高度控制信号寄存器240和写飞行高度控制信号寄存器250。寄存器240存储一组将在读期间使用的飞行高度读控制信号值。用于特定头和带的每个控制信号值被称为加热器功率值(HPV)，因此寄存器240存储一组将在读期间使用的读HPV。类似地，寄存器250存储一组在写期间使用的飞行高度写HPV。寄存器240、250可以是分别存储用于每个头和带的读HPV和写HPV的查找表，如图4关于具有m个头(对应m个盘面)和n个带的盘驱动器所示的那样。在盘驱动器102(图1)操作期间，控制器电子装置115(图1)发送读和写命令到读/写电子装置113来针对被选定的数据道和一个或多个扇区读或写数据。将该信息(具体为头号、柱面号和数据将被读或写处的数据扇区号)从读/写电子装置113传递给FHC 210的处理器220。处理器220利用头号和柱面号(它标识被选定的数据道所位于的带)，确定该命令是读还是写，并从存储器230中取回适当的读HPV或写HPV。然后，将该HPV在线255上传递给控制电压驱动器270的DAC 260。在线271上，电压驱动器270根据处理器220的命令接通或断开，其导致加热器200分别被激活或停用。如果电压驱动器270接通，它施加对应于来自DAC 260的HPV的电流电平到电阻加热器200，以便达到期望的加热器功率(Hp)。这引起读/写头108的凸出(图3)，以达到读或写被选定数据扇区的最佳头-盘间隙。
存储寄存器240和250中的HPV作为盘驱动器制造过程的一部分。对于每个头和盘面结合确定头-盘间隙(d)和加热器功率(Hp)之间的关系，该关系一般如下给出：
            d＝(ρ)[Hp(HDC)-Hp(d)]   等式(1)
其中(ρ)是头-盘间隙对于加热器功率(Hp)的灵敏度，表示如下：
            ρ＝Δd/ΔHp     等式(2)
Hp(HDC)是导致头-盘接触的Hp值。
作为制造过程的一部分，盘驱动器中的每个头被移动到每个带中，并在每个带进行测量以在不同头-盘间隙下确定盖写(OW)和软错误率(SER)。OW和SER是众所周知的可测参数，并用于确定最佳头-盘间隙d。对每个确定的d值计算Hp值，并用其确定之后存储于寄存器240、250的HPV。作为对HPV使用查找表的替代，关于每个带的最佳值d可存储在存储器230中，并且处理器220可以使用存储在存储器230中的计算程序指令(如程序252所表示的那样)，根据等式(1)和(2)来计算HPV。
依据在先技术，上述描述总体上是关于有热飞行高度控制的盘驱动器，特别是FHC210。对用于读(寄存器240)和写(寄存器250)的不同HPV的需求归因于“写凸起”所引起的飞行高度差异，这仅在写操作期间当来自写线圈191(图3)的加热引起写极尖192、193的某种凸起时发生。这在图5中示意性示出，图5是具有读头180和写头190且位于盘104的表面105之上的浮动块107的末端部分的截面图。在写期间，在没有任何加热功率施加到加热器200的情况下，写头190凸出距离d1来更接近盘104。由于流经写线圈的高频写电流产生的热量，写头凸出是写头190的热膨胀的结果。如上所述，为了优化写头190的头-盘间隙，将写HPV施加到加热器200。这导致写头190的额外移动d2。因此，为了使读头180有大致相同的最佳头-盘间隙d，将大于写HPV的读HPV施加到加热器200，以引起读头180移动距离d3，其中d3大致为d1+d2。
已经发现连续多扇区写的起头少数数据扇区具有高于后写的数据扇区的出错率。这被认为是由于写头仍处于环境温度因此没有凸出。这导致在这些初始数据扇区上有高于最佳的飞行高度和因此引起的弱可写性。在本发明中，在写初始数据扇区之前使用FHC200预热写头。加热器200的使用引起写头在写初始数据扇区之前凸出，并使飞行高度在写期间更一致。写头凸出所需预热时间在盘驱动器制造期间已知并确定。头定位执行机构将写头从当前数据道移动到数据将被写的目标数据道的寻道时间也是已知的，因此处理器可以在写头已经到达目标道之间的寻道期间启动预热。例如，如果预热时间是150μs，则这相当于几乎4条道的平均长度的寻道。
也已经发现，如果加热器在寻道期间(尤其是长寻道期间)启动，则存在更高的头-盘接触风险，包括导致不可恢复的盘驱动器故障的头碰撞。因此，在本发明中，加热器取决于寻道长度和加热器是否在寻道前已激活而激活或停用。
图6是关于根据本发明的算法的流程图，可代表存储在FHC 210的存储器230中的计算机程序252(图4)的指令。在框300，接收针对目标数据扇区的读或写命令。在判断框305，作出寻道长度(目标道和当前道的差)是否大于预定数量M的道的确定，这里M是在制造期间依据这样的距离来确定的，在该距离下，如果加热器在寻道时一直保持则可能发生头-盘接触。如果寻道长度小于M，则在框310判断当前头号和目标头号是否相同，即，目标扇区位于当前盘面还是其它盘面上。如果目标头号不同，则在框315，将对应于目标头的HPV(取决于框300的命令是读或写而为读HPV或写HPV)选定并施加到加热器。在框310，如果目标头号和当前头号相同，则正确的HPV将已被选定。接下来，在框320，确定加热器是否接通，如果它是断开的，则在框325接通。然后在框330针对目标扇区读或写数据。
回到框305，如果寻道长度大于M，那么加热器在寻道期间断开。在框335，确定加热器是否接通，如果它是接通的，则在框340断开。接下来，在框345，判断当前头号和目标头号是否相同。如果目标头号不同，则在框350中将对应于目标头的HPV(取决于框300中的命令是读或写而为读HPV或写HPV)选定。在框345，如果目标头号和当前头号相同，则将已经选定正确的HPV。接下来，在框355，在寻道期间检查道号。当头处于目标道的预定数量X条道内时，在框360中启动加热器。如果在框300中是写命令，那么这将预热写头，以便该头到达目标扇区之前已经产生了凸出。预定数量X条道由写头所需的已知预热时间和头在寻道期间移动穿过道所花的已知时间决定。如果在框300中命令是读，则在框360中也接通加热器。然后，在框330，当头已经到达目标扇区时写数据。
在上述流程图中，取决于在框300中的命令是读或写，在框350中所选择的HPV是读HPV或写HPV。因此，如果是写命令，则在框360中在预热期间施加到加热器的HPV将是写HPV。然而，无论该命令是读还是写，在框350，所选择的HPV都可能是读HPV。在这种情况下，针对写头的预热功率电平将处于更高电平。然而，在预热时间之后，被选定的HPV将是作为较低功率电平的写HPV。图7中图解了这种替换方法。
尽管已经参考特定优选实施例详细显示和描述本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种变化。因此，所公开的发明仅作为说明来考虑并仅限定在所附的权利要求的范围中。

Claims (13)

1.一种磁记录盘驱动器，包括：
磁记录盘，具有多个大致同心的数据道，每个数据道具有多个依角度间隔的数据扇区；
空气支承浮动块，在盘旋转时维持在盘面附近；
读/写头，位于该浮动块上，用于在盘的数据道中读和写数据；
数据控制器，耦合到该头，用于选择将要读或写数据的数据道和扇区；
头-定位执行机构，用于移动该浮动块和所附头到被选定的数据道；
加热器，位于浮动块上，用于改变头-盘间隙；
头飞行高度控制器，耦合到数据控制器和加热器，用于将加热器功率施加到加热器以改变头-盘间隙，
其中，该飞行高度控制器根据将要读或写数据的数据道的号码来计算什么时候将功率施加给加热器。
2.如权利要求1中所述盘驱动器，其中，该飞行高度控制器计算什么时候将功率施加给加热器包括确定头所在的当前数据道和将要读或写数据的目标数据道的方法行为。
3.如权利要求2中所述盘驱动器，其中，该飞行高度控制器
确定头-定位执行机构正在将头移动到目标数据道；并且
当头位于离目标数据道在预定数量的道内时，施加功率到加热器。
4.如权利要求2中所述盘驱动器，其中，该飞行高度控制器
计算当前数据道和目标数据道之间的道数来确定寻道长度；
确定加热器具有施加到其中的功率；
如果寻道长度大于预定值，则撤去施加到加热器的功率；
确定头-定位执行机构正在将头移动到目标数据道；并且
当头位于离目标数据道在预定数量的道内时，重新施加功率到加热器。
5.如权利要求1中所述盘驱动器，其中，该飞行高度控制器
确定要从数据道读数据还是要将数据写到数据道；并且
如果将要读数据则向加热器施加读加热器功率值，而如果将要写数据则向加热器施加与所述读加热器功率值不同的写加热器功率值。
6.如权利要求1中所述盘驱动器，其中，该飞行高度控制器
确定数据将被写到目标数据扇区；
确定加热器没有被施加到其中的功率；
在头到达目标数据扇区之前，将预热功率施加到加热器；并且
当头到达目标数据扇区时施加写功率到加热器，所述写功率小于所述预热功率。
7.如权利要求1中所述盘驱动器，其中该同心数据道被排列在多个依径向间隙的带中，并且该存储器包括存储在存储器中的加热器功率值，每个加热器功率值和所述带之一相关联并表示对于所述相关带的最佳头-盘间隙。
8.如权利要求1中所述盘驱动器，其中该加热器功率值被分组成读加热器功率值集合和写加热器功率值集合。
9.一种磁记录盘驱动器，包括：
一叠磁记录盘，每个盘有两个盘面，每个盘面具有多个大致同心的数据道，每个数据道具有多个依角度间隔的数据扇区；
多个空气支承浮动块，每个浮动块在盘叠旋转时维持在相关盘面附近；
多个读/写头，每个头位于相关浮动块上，用于在数据扇区中读和写数据；
数据控制器，用于选择将要读或写数据的目标数据道和扇区以及与所选择的目标数据道相关联的头；
头-定位执行机构，用于移动浮动块以及所附加的头穿过它们的相关盘面；
多个加热器，每个加热器位于相关浮动块上，用于改变在所述相关浮动块上的头的头-盘间隙；
头飞行高度控制器，耦合到数据控制器和加热器，用于向加热器施加功率以改变头-盘间隙，该飞行高度控制器包括处理器和可由该处理器存取的存储器，该存储器包括与头相关联的读加热器功率值集合、与头相关联的写加热器功率值集合以及可由处理器读的指令的程序，该处理器用于采取下列方法行为：
根据数据控制器来确定数据将被写到目标数据扇区还是从目标数据扇区读取；
根据数据控制器来确定目标数据道的号码和与该目标数据道相关联的所选头；
响应于所述读或写决定以及所选头决定，选择加热器功率值；
根据目标数据道的号码计算什么时候将所选加热器功率值施加到与所选头相关联的加热器。
10.如权利要求9中所述盘驱动器，其中该方法行为进一步包括：
确定头-定位执行机构将所选头移动到目标数据道；和
当所选头离目标数据道在预定数量的道内时施加所选加热器功率值。
11.如权利要求9中所述盘驱动器，其中该方法行为进一步包括：
计算当前数据道和目标数据道之间的道数来确定寻道长度；
确定相关加热器具有施加到其中的功率；
如果寻道长度大于预定值，则撤去施加到相关加热器的功率；
确定头-定位执行机构正在将所选头移动到目标数据道；和
当所选头离目标数据道在预定数量的道内时重新施加功率到相关加热器。
12.如权利要求9中所述盘驱动器，其中该方法行为进一步包括：
确定数据将被写到目标数据扇区；
确定相关加热器没有被施加到其中的功率；
在所选头到达目标数据扇区之前，施加预热功率到相关加热器；和
当所选头到达目标数据扇区时施加写功率到相关加热器，所述写功率小于所述预热功率。
13.如权利要求9中所述盘驱动器，其中该同心数据道被排列在多个依径向间隙的带中，并且每个加热器功率值与所述带之一相关联。
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