CN101315774A - 控制变换器的热阻元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及对送至变换器的热阻元件的功率信号进行脉宽调制。该功率信号可以是前置放大器的功率输出信号。可将该功率信号提供给可用于从数据存储介质读取数据或向其写入数据的变换器中的热阻元件。经脉宽调制的功率信号可允许基于热阻元件的热时间常数并基于经脉宽调制的功率信号的可调节分量来控制热阻元件的发热。
Description
技术领域
本发明一般涉及用于控制变换器的热阻元件的装置和方法。
背景技术
大多数磁盘驱动器采用悬浮高度控制(fly-height control)以在数据写操作期间将磁头与介质的间隔维持在所控制的距离。前置放大器加热电路可通过将可编程恒定功率传送给滑动头上的电阻加热器元件以生成热量来实现滑动元件的凸出以便辅助悬浮高度控制。
当前，如图3所示，来自前置放大器的加热器驱动器输出是来自线性加热器驱动器的。这种线性加热器驱动器取决于前置放大器中的数模转换(DAC)设置来将连续的直流(DC)恒定电压/功率传送给电阻加热元件。线性加热驱动器在输出级上遭受功率损耗和热耗散。这可导致对于具有加热器驱动器的装置的过度的功耗，并且对于具有加热器驱动器的电池供电的装置尤其成问题。
因此，需要用于控制变换器的热阻元件的改进的装置和方法。
发明内容
本发明涉及对送至变换器的热阻元件的功率信号进行脉宽调制。该功率信号可以是前置放大器的功率输出信号。可将功率信号提供给用于从数据存储介质读取数据或向其写入数据的变换器中的热阻元件。经脉宽调制的功率信号可允许基于该热阻元件的热时间常数并基于经脉宽调制的功率信号的可调节分量来控制热阻元件的发热。
在一个具体实施例中，一种方法包括对功率输出信号进行脉宽调制以提供经脉宽调制的信号。该方法还包括将经脉宽调制的信号提供给变换器中的热阻元件。该变换器可用于从数据存储介质读取数据或向所述数据存储介质写入数据。
在另一个具体实施例中，公开了一种装置，它包括数据存储介质、用于从该数据存储介质读取数据或向其写入数据的变换器、以及热阻元件。该装置还包括耦合到热阻元件和变换器的前置放大器。该前置放大器被配置成将经脉宽调制的功率信号提供给所述热阻元件。
附图说明
图1是磁盘驱动器的一个说明性实施例的剖面图；
图2是磁盘驱动系统的一个说明性实施例的框图；
图3是向热阻元件提供功率的现有技术装置的电路图；
图4是向热阻元件提供功率的装置的一个说明性实施例的电路图；
图5是向加热器驱动器提供功率的一种方法的说明性实施例的流程图。
详细描述
在以下各实施例的详细描述中，对构成本文的一部分并作为具体实施例的图示示出的附图进行了参考。应理解，可在不背离本发明的范围的情况下利用其它实施例并进行结构上的改变。
在一个具体实施例中，一种方法包括对功率输出信号进行脉宽调制以提供经脉宽调制的信号。该方法还包括将经脉宽调制的信号提供给变换器中的热阻元件。该变换器可用于从数据存储介质读取数据或将数据写入数据存储介质。
在另一个具体实施例中，公开了一种装置，它包括数据存储介质、用于从该数据存储介质读取数据或向其写入数据的变换器、以及热阻元件。该装置还包括耦合到热阻元件和变换器的前置放大器。该前置放大器被配置成将经脉宽调制的功率信号提供给热阻元件。
参考图1，在一具体实施例中，磁盘驱动器100包括安装了磁盘驱动器100的各部件的底座102。部分切掉示出的顶盖104与底座102配合以形成用于磁盘驱动器的内部的、密封的环境。磁盘驱动器100的部件包括旋转一个或多个磁盘108的主轴电动机106。通过利用围绕与盘108相邻地放置的轴承轴心组件112旋转的致动器组件110来将信息写入磁盘108上的磁道中和从其中读取信息。致动器组件110包括朝向磁盘108延伸的一个或多个致动器臂114，它具有从致动器臂114伸出的一个或多个弯曲部分116。安装在弯曲部分116中的每一个的远端的是磁头118，它包括使磁头18能够在非常接近相关联的磁盘18的对应表面上方之处悬浮的空气轴承滑动头(未示出)。可调节致动器臂114以便调节磁头118和磁盘108的表面之间的距离。
在搜寻操作期间，通过利用一般包括附连到致动器组件110的线圈126以及建立将线圈126浸入其中的磁场的一个或多个永磁体128的音圈电动机(VCM)124来控制磁头118的磁道位置。向线圈126受控地施加电流导致永磁体128和线圈126之间的磁相互作用，使得线圈126根据公知的洛伦兹(Lorentz)关系移动。当线圈126移动时，致动器组件110以轴承轴心组件112为枢轴旋转，并导致磁头118在磁盘108的表面上移动。
弯曲组件130提供用于致动器组件110的必需的电连接路径，同时在操作期间允许致动器组件110的枢转运动。弯曲部件130可包括印刷电路板132，磁头引线(未示出)连接至该印刷电路板132。磁头引线可沿致动器臂114和弯曲部分116朝向磁头118布线。印刷电路板132可包括用于在写操作期间控制施加到磁头118的写电流的电路，以及用于在读操作期间放大由磁头118生成的读信号的前置放大器(未示出)。印刷电路板还132还可包括具有将功率信号提供给热阻元件(未示出)的加热器驱动器的前置放大器(未示出)。弯曲组件130在弯曲支架134处终止，用于通过底座102与安装到磁盘驱动器100上的磁盘驱动器印刷电路板(未示出)通信。
如图1所示，多条名义上为圆形的同心磁道109可位于磁盘108的表面上。每一磁道109包括沿磁道109的其间散布着用户数据域的多个伺服域。用户数据域用于存储用户数据，而伺服域用于存储由磁盘驱动器伺服系统用于控制磁头118的位置的伺服信息。
图2提供了磁盘驱动器100的功能框图。基于硬件/固件的接口电路200与主机装置(诸如个人计算机，未示出)通信并指挥总的磁盘驱动器操作。接口电路200包括具有相关联的微处理器224和存储器230的可编程控制器220。在一个具体实施例中，存储器230是先进先出(FIFO)缓冲器。接口电路200还包括缓冲器202、纠错码(ECC)块204、定序器206以及输入/输出控制块210。
缓冲器202在读和写操作期间临时存储用户数据，并包括命令队列(CQ)208，其中多个未决的存取操作是临时存储的未决执行。ECC块204在运行中向检索到的数据应用检错和纠错。定序器206将读和写门置为有效以指示数据的读和写。I/O块210用作与主机装置的接口。
图2还示出磁盘驱动器100包括在写操作期间编码数据并在读操作期间重构从磁盘108检索到的用户数据的读/写(R/W)通道212。前置放大器/驱动器电路(preamp)132将写电流施加到磁头118并提供读回信号的前置放大。磁头118可包括耦合到前置放大器132的加热器驱动器131的热阻元件119。对应于磁头118和磁盘之间的距离的悬浮高度121可基于从磁头118提供给前置放大器132的反馈信号来确定。悬浮高度121可基于该反馈信号来调节。
伺服控制电路228利用伺服数据来将适当的电流提供给线圈216以确定磁头118的位置。控制器220与处理器226通信以在命令队列208中的各未决命令的执行期间将磁头118移动到磁盘108上的期望位置。
参考图4，示出了用于向热阻元件提供功率的装置的一个说明性实施例的电路图，并被指定为400。装置400可包括加热器驱动器420。加热器驱动器420可包括电压比较器402。电压比较器402可含有用于接收基准电压信号的第一输入404和用于从数字控制的脉冲计数器408接收信号的第二输入406。在一个具体实施例中，数字控制的脉冲计数器408包括数字振荡器410。数字振荡器410可经由诸如图2所示的前置放大器132之类的前置放大器的数模转换(DAC)设置来控制。数字振荡器410可将方波数字电压信号提供给第二输入406。方波数字电压信号可具有可调节的占空比。
电压比较器402还可包括耦合到晶体管412的基极的输出411。晶体管412的集电极可耦合到电压源414。晶体管412的发射极可将输出416提供给诸如图2所示的热阻元件119之类的热阻元件418。
加热器驱动器420可被包含在诸如集成电路前置放大器之类的集成电路中。可经由集成电路的功率输出管脚来提供向热阻元件418的输出416。集成电路前置放大器可具有可在振荡器410处传送高频振荡的数字计时器块。利用数字计时器块可替代诸如图3所示的线性驱动器之类的线性驱动器的模拟电路，因此，可减小集成电路的面积。在一个具体实施例中，加热器驱动器420和数字控制的脉冲计数器408可被包含在诸如图2所示的前置放大器132之类的单个集成电路中。
在操作期间，电压比较器402在第一输入404处接收基准电压信号并在第二输入406处接收方波数字电压信号。电压比较器402然后将输出411提供给晶体管412。随着方波数字电压信号变高，电压比较器输出411也变高，从而使晶体管能够向热阻元件418提供电压。当方波数字电压信号变低时，电压比较器输出411也变低，从而强制晶体管向热阻元件418提供较低的电压或不提供电压。
在一个具体实施例中，加热器驱动器输出416的振幅和频率是固定的，而功率周期可基于集成电路中的数模转换设置来改变。因此，热阻元件418可接收连续周期的导通和截止电压。连续周期的导通和截止电压将使热阻元件能够维持平均热度。具有比至少一个导通电压和至少一个截止电压的周期长得多的热时间常数的热阻元件可允许热阻元件提供近似持续的热量
此外，加热器驱动器420消耗较低的功率，因为它与线性加热器输出相比不总是处于导通。
至电阻加热器418的经脉宽调制(PWM)的输出可由前置放大器中的另一种实现来完成。
参考图5，示出了向加热器驱动器提供功率的方法的一个说明性实施例的流程图，并被指定为500。方法500可包括在502处对前置放大器的功率输出信号进行脉宽调制(PWM)。方法500还可包括在504处将功率输出信号提供给变换器中的热阻元件。变换器可用于从数据存储介质读取数据或将数据写入数据存储介质，诸如图1和图2中所示的磁头118和磁盘108。在一个具体实施例中，方法500可包括在变换器的工作期间连续地对功率输出信号进行脉宽调制。
经脉宽调制的功率输出信号可具有相对固定的振幅。同样，经脉宽调制的功率输出信号可具有相对固定的频率。此外，经脉宽调制的功率输出信号可具有可调节的上升时间。在一个具体实施例中，上升时间可选自多个上升时间中的一个。另外，经脉宽调制的功率输出信号可具有可调节的下降时间。在一个具体实施例中，下降时间可选自多个下降时间中的一个。
在一个具体实施例中，方法500可包括在506处接收基于变换器的悬浮高度的反馈信号，其中悬浮高度可基于变换器和数据存储介质之间的距离。方法500还可包括在508处基于反馈信号来控制变换器的悬浮高度。
在又一个实施例中，方法500可包括从诸如数字控制的脉冲计数器408之类的数字控制接收信号以实现脉宽调制。数字控制可包括用于输出方波数字电压信号的振荡器。功率输出信号可通过将方波数字电压信号与基准电压信号进行比较来确定。
对提供给热阻元件的功率输出信号进行脉宽调制可减小加热器驱动器自身的功率损耗，因此降低了加热操作中的功耗开销。这种用于降低功率的技术在诸如电池供电的消费电子产品(例如，蜂窝电话、便携计算机或便携音乐播放器)之类的消费电子产品应用中特别有用。此外，降低的功耗对于膝上型计算机和台式计算机是有用的。
根据各实施例，本文描述的方法可被实现为在诸如控制器220之类的计算机处理器或控制器上运行的一个或多个软件程序。根据另一个实施例，本文描述的方法可被实现为在诸如使用磁盘驱动器的个人计算机之类的主机装置上运行的一个或多个软件程序。同样可构造包括但不限于专用集成电路、可编程逻辑阵列和其它硬件装置的专用硬件实现来实现本文所述的方法。
本文所述的实施例的说明旨在提供对各实施例的结构的一般理解。该说明不旨在用作对利用本文所述的结构和方法的装置和系统的所有元件和特征的完整描述。很多其它实施例对于本领域的技术人员在仔细阅读本发明后将是显而易见的。可利用或从本发明得到其它实施例，使得可在不背离本发明的范围的情况下进行结构和逻辑上的替换和改变。另外，附图仅仅是代表性的而可能不是按比例绘制的。附图中某些比例可能被放大了，而其它比例可能被缩小。因此，应将本发明和附图视为说明性的而不是限制性的。
在本文中由术语“本发明”来单独地和/或共同地指代本发明的一个或多个实施例，这仅仅是为了方便而不旨在将本申请的范围限制在任何具体的发明或发明概念。此外，尽管在本文中示出并描述了具体实施例，但应注意，被设计成实现相同或类似目的的任何后续安排可替换所示的具体实施例。本发明旨在覆盖各实施例的任何和所有后续的修改或变型。以上实施例的组合和本文中未明确描述的其它实施例对于本领域的技术人员在仔细阅读本说明书后将是显而易见的。
提供了本发明的摘要以遵守37 C.F.R.§1.72(b)，并且是在理解它不用于解释或限制权利要求书的范围或意思的前提下提交的。此外，在以上详细描述中，出于简化本发明的目的，各种特征可被组合在一起或在单个实施例中进行描述。不应将本发明解释为反映了所要求保护的实施例需要的特征比每一个权利要求中清楚列举的特征多的意图。相反，正如以下权利要求书所反映的，本发明的主题可针对少于所公开的任一实施例的所有特征。
以上公开的主题应被视为说明性而不是限制性的，且所附权利要求书旨在覆盖落入本发明的真正精神和范围内的所有这样的修改、增强和其它实施例。因此，对于法律允许的最大范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等价技术方案的允许的最宽泛解释来确定，而不应受到以上详细描述的约束或限制。
Claims (20)
1.一种方法，包括：
对功率输出信号进行脉宽调制以提供经脉宽调制的信号；以及
将所述经脉宽调制的信号提供给变换器中的热阻元件，所述变换器可用于从数据存储介质读取数据或向所述数据存储介质写入数据。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括接收基于所述变换器的悬浮高度的反馈信号，所述悬浮高度基于所述换能器和所述数据存储介质之间的距离。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括基于所述反馈信号来控制所述变换器的悬浮高度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率输出信号还包括固定振幅。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率输出信号还包括固定频率。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述变换器的工作期间对所述功率输出信号进行脉宽调制。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括从数字控制接收信号以实现所述脉宽调制。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述数字控制还包括振荡器以输出方波数字电压信号。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括将所述方波数字电压信号与一基准电压信号进行比较以确定所述功率输出信号。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率输出信号具有选自多个上升时间中的一个的上升时间。
11.一种装置，包括：
数据存储介质；
用于从所述数据存储介质读取数据或向其写入数据的变换器；
热阻元件；以及
耦合到所述热阻元件和所述变换器的前置放大器，所述前置放大器被配置成将经脉宽调制的功率信号提供给所述热阻元件。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述前置放大器还包括：
可用于输出方波数字电压信号的数字控制的脉冲计数器；
基于基准电压信号和所述方波数字电压信号来确定所述功率输出信号的电压比较器。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括接收基于所述变换器的悬浮高度的反馈信号的逻辑，所述悬浮高度基于所述变换器和所述数据存储介质之间的距离，其中所述逻辑可用于基于所述反馈信号来控制所述变换器的悬浮高度。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述逻辑是控制器。
15.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述变换器包括读取器元件、写入器元件以及所述热阻元件。
16.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括：
耦合到所述变换器的臂，其中所述臂可调节以改变所述变换器的悬浮高度；以及
附连到所述臂的电路，所述电路至少包括所述前置放大器。
17.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述功率输出信号还包括固定振幅。
18.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述功率输出信号还包括固定频率。
19.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述功率输出信号的上升时间是可调节的。
20.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述功率输出信号在所述变换器的工作期间受到脉宽调制。
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