CN101479791B - 控制读/写磁头的位置的方法和用于测试读/写磁头的装置 - Google Patents

Abstract

揭示了一种在测试装置(1)中控制读/写磁头(4)相对于磁盘(2)的位置的方法。测试装置(1)具有用于定位磁头(4)的定位器(7)。定位器(7)具有用于测量由定位器(7)获得的实际位置的传感器(12)。该方法包括：生成测量由定位器(7)获得的实际位置的传感器信号(13)；生成在磁头(4)处检测到的磁头(4)相对于磁盘(2)的位置误差信号(20)；高通滤波(21)磁头位置误差信号(20)并低通滤波(14)传感器信号(13)从而在磁头位置误差信号和传感器信号之间实质没有频率重叠；以及，从对应于磁头(4)的任何漂移的磁头位置误差信号(20)得到低频磁头误差信号(24)。

Description

控制读/写磁头的位置的方法和用于测试读/写磁头的装置

技术领域

本发明涉及一种控制读/写磁头的位置的方法和用于测试读/写磁头的装置。

背景技术

在实施例中，本发明总体涉及磁头测试仪，例如现有技术中公知的“自旋支架(Spin Stand)”。

自旋支架在现有技术中首先被开发为研究和开发领域中使用的用于评估和优化磁盘驱动器的各种组件的性能的工具，该组件例如磁头、磁盘和磁道。当前在磁盘驱动器制造领域也使用自旋支架，用来对每个制造的读/写磁头或磁盘被组装在磁盘驱动器单元之前测试它们。

现有技术中典型的测试装置包括马达驱动主轴和支持组件，在该主轴上安装能够由被测试的磁头写入或读取的磁盘，该支持组件用于支持被测试的磁头并且当被旋转时使得该磁头“飞过”磁盘。测试装置还包括允许磁头被定位在磁盘上的器件。这通常包括用于在磁盘的表面的任何地方定位磁头的粗略定位设备，例如X-Y定位台。粗略定位设备用于将磁头近似地定位在磁盘的测试磁道的区域。精确定位设备(例如压电元件致动器或类似纳米精密定位器)通常被提供用于精确定位磁头。精确定位设备用于找到并在磁道的中心之上定位磁头，然后从磁道的中心“微挪动(micro-jog)”磁头很小的距离。

当进行测试时，首先将磁头定位在磁道的中心，然后使用精确定位设备将磁头定位在位于或靠近磁道的各种径向位置。向磁道写入测试数据并随后由磁头在磁头的各种径向偏移(offset)位置处读回写入的测试数据。通常必须在磁盘的数圈旋转下在每个偏移进行读取从而去除噪声。以此方式可以进行一系列的测试，包括例如所谓的误码率(BER)浴缸(bathtub)、磁道挤压、磁道中心、读/写偏移等。例如，误码率(BER)浴缸测试包括确定从位于和磁道中心线(TCL，track centreline)相关的磁头的各种径向偏移的磁道读取数据的BER。然后绘制BER和偏移之间的曲线图。图1示出了浴缸的例子。

在一些通常采用的测试技术中，精确定位设备具有非常准确的内部传感器，用于确定由精确定位设备得到的实际位置。这个位置项(term)通常非常准确(纳米级或更精确)。在负反馈回路能够反馈该位置项从而生成定位器误差项，即输入到定位系统的磁头的期望位置(所谓的“命令的位置”)和由精确定位设备得到的实际位置之间的差异。该定位器误差项通常也是非常准确的并且被反馈至精确定位设备的伺服控制器，该伺服控制器用于缩小或去除任何误差并得到更准确的定位。然而，除了具有该反馈控制的精确定位设备之外，没有系统能够确定由精确定位器(positioner)的传感器所“看”不见的误差源在命令的磁头偏移和与磁盘上的位置相关的实际磁头偏移之间引入的任何误差。这就意味着在和磁道中心相关的各种偏移定位磁头在很大程度上是开环的。

实践中这是不期望的，因为来自各种源并且尤其是来自磁盘和/或主轴的热漂移和振动模式的噪声能够影响系统并在获得期望偏移和保持期望偏移两方面引起误差。图1A描述了实践中实际偏移是如何从命令的偏移变化的。图1B和1C描述了当产生浴缸曲线时这样的噪声在扭曲浴缸曲线方面的效果。该扭曲可以导致磁头的昂贵的错误特征描述，导致拒绝并因此而浪费“好的”磁头、或“坏的”磁头通过测试从而只能在后期(例如当将它们作为磁头磁盘组件的部分进行测试时)检测到它们的缺陷。

热漂移是磁头测试装置中的特别问题。热漂移是由于具有不同热属性的部件或是由于和热源而不是和其它部件过近而导致的，使得部件以不同的比率膨胀并彼此相互移动。在磁头测试装置中，这会导致磁头和磁盘彼此之间随时间在位置上发生漂移。在典型的现有技术的测试装置中，作为热漂移的结果，当在磁道中心线上重新定位磁头时必须频繁地中断测试读取过程，并且重新建立和磁道中心线相关的期望偏移，其中磁道中心线和磁盘的绝对位置能够以相当确定性发现并因此允许该绝对位置作为绝对参考。这是不期望地耗时并因此是昂贵的。

此外，由于磁盘驱动器技术的通常趋势是减小磁头和磁道的宽度，随着该趋势的继续上述由热漂移和其它误差源导致的问题被恶化。标准的技术越来越不适用。

为了解决这些问题中的某些，现有技术中建议了使用磁盘上的伺服磁道以允许确定和磁盘相关的磁头的绝对位置。在这个方案中，测试磁道包括两种类型的数据。第一数据集是伺服脉冲的形式，伺服脉冲通常被安排为分扇区的伺服磁道的形式。第二数据集是测试数据，该测试数据被和分扇区的伺服磁道的伺服脉冲相交叉地写入。该数据被重新写入并由装置中被测试的每个磁头读回以允许测量各个磁头的读/写性能。

如现有技术中公知地，伺服脉冲实际上定义了磁盘上测试磁道的位置并由磁头用来以位置误差信号(PES)建立和磁道相关的位置。从伺服脉冲获得的PES最终被反馈到伺服控制器并用来减少在磁头的命令的位置的任何误差。因此PES给出了对磁头相关于磁盘的绝对位置的直接测量并因此能够用于补偿精确定位器的传感器检测不到的主轴或磁盘或其它误差源中的热漂移或振动模式。然而，PES没有精确定位器的传感器测量的位置准确，会受到噪声的影响并具有较低的解析度。

该读取和解调伺服脉冲以提供磁头位置误差信号的技术和伺服系统如何在终端使用的磁头磁盘组件操作是很相似的。然而，该技术不太适合用在磁头测试装置中，因为每个单独的磁头对伺服脉冲具有非线性响应。在测试装置中，如上所述，期望得到和磁道中心线相关的各种偏移并在磁盘的数圈旋转中保持这些偏移。由于从伺服脉冲得到的PES抽样通常非线性偏离磁道中心线并因此对磁头偏离磁道中心线的位置给不出可靠的测量，当使用伺服脉冲作为控制器中使用的误差源时产生问题。被测试的后续的磁头也可能在宽度上具有某些振动，导致从伺服脉冲读取的PES增益的振动。这些因素负面地影响控制器在定位磁头中的稳定性和性能。

为了克服可能的非线性和PES增益振动的影响，现有技术建议“特征化”至伺服磁道的每个磁头以补偿不准确的这些源，允许从PES生成更准确的误差项用来测量磁头和它命令的位置的偏离。然而，该特征化要求非常多的时间来执行。可能可以忍受在研究和开发环境的测试装置中的时间开销。然而，该时间开销使得该技术不能用于磁盘驱动器制造环境。结果，实践中，该技术不用于制造环境。

例如，US-B-6538838教示了一种自旋支架，在进行测试数据的读/写之前，磁头被首先特征化至伺服磁道从而补偿在不同磁头的宽度上可能的振动。该磁头在伺服磁道上步进(step)经过从而建立对不同磁头偏移的PES值查找表。在测试时使用该表使得系统能够对于磁头实际读取的PES确定磁道上磁头的“真实”位置。在测试中，PES的真实值被反馈到控制器以减小磁头位置的误差。然而，该技术要求在特征化至磁道的磁头中非常多的时间开销，这使得该技术在生产环境不具吸引力。

US-B-6023145教示了和US-B-6538838略微不同的系统，其中来自微定位器的误差信号和来自由磁头测量的PES的反馈用于控制系统中以减少误差并去除热漂移的影响。在测试中，微定位器用于使磁头在磁道上的各种偏移步进经过。在磁道上磁头的每个新的偏移，在测试数据被写入/读取前，磁头首先读取从径向位置的伺服脉冲得到的PES值并将这些值存储在存储器中以获得在该偏移处PES的“参考点”。在磁盘的后续旋转中，当磁头在该特定偏移时，由磁头在该旋转读取的每个PES抽样和存储在存储器中的对应值相比较以补偿热漂移。因此在磁头的每个新的偏移，在测试数据被重新写入/读取之前，PES信号的反馈必须被暂缓而磁头被重新校准至伺服磁道以获取用于计算热漂移误差项的新的参考点。同样这也引入了在测试磁头中的时间开销，从而使得该技术不适用于制造环境，因为在制造环境中需要被测试单元的高产量以减小成本。

现有技术中建议的伺服方案也不能提供完全利用使用来自磁盘和来自精确定位设备的内部传感器的反馈而得到的优点。例如，US-B-6538838在跟踪命令的位置时不使用来自精确定位设备的内部传感器的反馈，因此不能受益于内部传感器能够获得到准确度。例如，US-B-6023145使用用于磁盘和磁头之间低频热漂移的校正而忽视了作为另一重要误差源的主轴的高频振动问题。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种在测试装置中控制读/写磁头相对于磁盘的位置的方法，该测试装置具有用于定位磁头的定位器，该定位器具有用于测量由定位器获得的实际位置的传感器，该方法包括：生成测量由定位器获得的实际位置的传感器信号；生成在磁头处检测到的磁头相对于磁盘的位置误差信号；高通滤波磁头位置误差信号并低通滤波传感器信号使得在磁头位置误差信号和传感器信号之间实质上(substantially)没有频率重叠；从对应于磁头的任何漂移的磁头位置误差信号得到低频磁头误差信号；前馈(feedingforward)低频磁头误差信号以生成磁头的补偿的命令的位置；根据磁头的补偿的命令的位置和经滤波的传感器信号生成定位器的位置误差信号；将所述定位器误差信号和所述高频磁头误差信号提供给混合伺服控制器；以及，通过使得所述混合伺服控制器向所述定位器发送根据同时使用的所述两个提供的误差信号生成的移动控制信号来控制磁头的位置。

这具有的优势是能够使用来自定位器的传感器的非常准确的信号来减少磁头位置误差，并且此外能够同时使用磁头误差信号(优选地从磁盘上的伺服脉冲解调的PES)来减少定位器没有检测到的误差，例如由热漂移和磁盘振动模式导致的误差。特别地，控制器能够使用高频磁头误差信号来去除由磁盘或主轴或测试装置的其它部分导致的磁头位置的误差。通过适当地滤波信号，在控制器中能够避免定位器误差信号和高频磁头信号之间的冲突。该布置还具有的优势是通常是不必要在测试前或测试中校正磁头至伺服磁道。对应于磁头经历的热漂移生成低频磁头误差信号。该误差项被前馈至控制器以生成补偿的命令位置信号从而补偿任何这样的热漂移。再次，该前馈布置排除了控制器中可能的冲突。优选地，生成低频误差信号从而不需要校正至磁盘上的伺服脉冲以补偿PES的非线性。该优势减少了装置测试磁头所用的时间。这也使得能够实时达到对热漂移的补偿从而使得磁头能够被命令至不同的径向位置(例如在预定轨道)，并同时保持热补偿。优选地，在将低频磁头误差信号前馈至控制器之前对它进行低通滤波和/或积分。

优选的控制器因此通过以更有效地利用每个信号的特定属性和特征的方式使用测量的变量(即定位器传感器信号和磁头(PES)信号)获得高定位准确度和好的干扰去除。避免了控制器中的冲突。可以避免在测试开始之前的耗时的磁头对伺服脉冲的校正。

优选地，高通滤波磁头位置误差信号包括对应于磁盘、或连接了磁盘的主轴、或用于执行该方法的其它装置中至少一个的振动模式的通频分量。这具有的优势是使用对应于磁盘/主轴振动模式的PES高频分量从而补偿由这些效果引入的误差。

在优选实施例中，磁盘具有至少一个和其关联的磁道，该磁道具有为磁道定义多个伺服零位(servo null)的多个伺服脉冲，该伺服零位被定位使得在相对于磁道的多于四个的不同的径向位置存在伺服零位，该伺服零位定义具有和磁道已知位置关系的预定轨迹(locus)，该轨迹延伸经过磁道的径向范围，该方法包括：(a)根据所述已知位置关系确定对应于相对于磁道的磁头的所述期望的径向位置的零轨迹上的目标零位置；(b)检测磁头的至少一个伺服零位的位置；(c)从所述至少一个检测的伺服零位位置确定相对于目标零位置的磁头的位置误差；以及，(d)根据所述位置误差为磁头生成位置误差信号。这具有的优势是不需实现校正磁头至伺服磁道就允许生成用于热漂移补偿的PES，从而允许对每个磁头减少测试时间。在我们共同拥有的申请于2006年2月10日的名称为“METHOD OF GENERATING A POSITION ERROR SIGNAL，METHOD OF WRITING A DATA TRACK，AND APPARATUS FOR TESTING AHEAD AND A DISK”美国专利申请No.60/771879以及国际专利申请号PCT/GB2007/000402中更加详细地讨论，这两个申请的全部内容通过参考包括在此并会在下文中更加详细地讨论。

在优选实施例中，该方法包括用周期移动信号命令磁头的位置，从而磁头的径向位置沿周期路径抽象移动，当所述磁盘旋转m圈时磁头横穿周期路径的n波长，其中n和m是整数。优选地，命令的周期路径实质上是正弦路径。周期移动信号具有的优势是磁头能够在一次通过(pass)(通过被定义为读/写磁头连续地而不在不同的偏移停止而重新配置磁头而获取测试数据的操作)中在各种径向位置从磁道读取数据。与此相比较，在现有技术的布置中，需要多个通过，对磁头的每个径向偏移位置需要一个通过。这个实施例的布置具有的优势是在将磁头定位在磁盘的期望偏移花费较少的时间并且更多的时间能够用于实际获取测试数据。

优选地，磁盘具有至少一个和其关联的具有伺服脉冲的磁道，从该伺服脉冲生成磁头位置误差信号，从磁头位置误差信号得到低频磁头误差信号的步骤包括：在对应于磁道中心点的所述周期移动信号的位置抽样磁头位置误差信号；以及，从多个抽样确定抽样中的趋势以发现用于磁头的漂移误差项。这允许从代表磁头的热漂移的测量的PES信号得到低频信号。可选地，从磁头位置误差信号得到低频磁头误差信号的步骤可以包括低通滤波磁头位置误差信号。在任何情况下，优选地得到低频磁头误差信号从而该低频磁头误差信号具有小于10Hz的上(upper)频。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于测试读/写磁头的装置，该装置包括：定位器，用于在磁盘的径向位置定位读/写磁头并具有用于测量由定位器获得的实际位置的传感器；解调器，用于解调由磁头读取的伺服脉冲以产生磁头位置误差信号；用于滤波传感器信号的低通滤波器和用于滤波磁头位置误差信号的高通滤波器，使得在滤波的信号之间实质没有频率重叠；磁头误差信号滤波器，用于从对应于磁头的任何漂移的磁头位置误差信号得到低频磁头误差信号；第一求和节点，用于接收命令的磁头位置输入信号和低频磁头误差信号以生成磁头的补偿的命令的位置；第二求和节点，用于根据磁头的补偿的命令的位置和滤波的传感器信号生成定位器的位置误差信号；以及，混合伺服控制器，被构造和布置用于根据同时使用的接收的误差信号控制定位器定位的磁头的位置。

附图说明

下面通过示例的方式并参考附图描述本发明的实施例，其中：

图1A描述了读/写磁头在命令的偏移的典型误差轨道；

图1B和1C描述了BER“浴缸”曲线的示例，其中图1B描述了具有低噪声的浴缸，图1C描述了具有高噪声的浴缸。

图2描述了根据本发明实施例的读/写磁头测试装置的示例的框图；

图3示意性地描述了图2的装置的纳米精密定位器和混合伺服控制器的详细示图；

图4A描述了适于图2的测试装置使用的理想正弦命令的磁头轨道的示例；

图4B描述了具有噪声的图4A的轨道的示例；

图4C描述了具有热漂移的图4A的轨道的示例；

图5A描述了根据本发明实施例的不具有RRO的理想伺服磁道图案的示例；

图5B描述了根据本发明实施例的具有RRO的伺服磁道图案的示例；

图5C描述了根据本发明实施例的补偿的“黄金标准”伺服磁道的示例；

图6描述了伺服磁道的伺服零位的布局的示例；

图7描述了螺旋伺服磁道的示例；以及

图8描述了在读取图6的伺服磁道中的RRO和NRRO误差的示例。

具体实施方式

图2描述了根据本发明实施例的读/写磁头测试装置的示例的框图。磁盘2安装在主轴3上。磁盘表面具有写入到磁盘2的表面上的伺服扇区的伺服脉冲。伺服脉冲可以是磁盘驱动器单元中采用的任何类型以允许获知磁头的位置。例如，伺服脉冲可以是公知的调幅脉冲、正交调幅脉冲或调相脉冲。优选地在将被测试的磁头4安装到装置1之前向磁盘2写入伺服磁道。然而，可选地，被测试的磁头4本身能够用于写入伺服磁道。

包括要被测试的读/写磁头4的磁头万向架组件5安装在纳米精密定位器7上。能够使用除了纳米精密定位器之外的其它形式的致动器，但是优选地使用单轴微致动器。然而，在其它实施例中致动器可以是具有任意数量的线性或旋转轴的任何适当形式。纳米精密定位器7可操作使得相对于磁盘2对磁头4进行精确的位置调整。

纳米精密定位器7可操作用于响应于伺服控制器8生成的致动信号9定位磁头4，其中伺服控制器8使得纳米精密定位器7可伺服控制。伺服控制器8具有作为其输入的命令信号10。伺服控制器8通常被布置用来根据命令信号10控制磁头4的位置，不论命令信号10是绝对位置、移动至新的绝对位置或轨道。伺服控制器8优选地具有如下将会进一步描述的混合伺服结构。

在测试中，在一个优选实施例中，命令磁头4的位置来描述磁盘2的表面上的周期路径。简便起见正弦磁头轨道11是优选的，尽管理论上可以使用任何合理的周期路径。图4A描述了理想的正弦磁头轨道。图4B描述了具有噪声的正弦磁头轨道。磁盘2具有是圆形并和磁盘2同心的至少一个磁道6。正弦路径的中心线优选地和磁道6的中心线吻合。正弦的振幅优选地使得磁头4来回经过磁道6的整个径向范围。

正弦的波长优选地使得完整波形的整数个数和磁盘2的完整旋转吻合。可选地，可以在波长的整数n和磁盘2的完整旋转整数m吻合的情况下使用波长。应当理解这里主要考虑的是在磁盘2旋转数次后(优选地一次旋转)，磁头返回至沿和磁盘2的表面相关的相同路径，从而磁头4可以对数据进行重复读取。

也考虑除了正弦路径之外的其它周期路径，只要它们周期性地应用于磁头4并将磁头4连续地移动经过磁道6的径向范围的至少部分并且在开始下个周期之前将磁头4径向地定位回开始位置。

需要高度精确地获得命令的磁头位置信号的波长和磁盘2的完整旋转之间的特别吻合。为了获得正弦波长和磁盘2的旋转之间的精确吻合，可以使用光学时钟技术。在我们共同拥有的申请于2005年7月5日的名称为“METHODSAND APPARATUS FOR GENERATING A CLOCK SIGNAL，FOR WRITINGSERVO TRACKS，AND FOR CHARACTERISING TIMING ERRORS IN ASERVO TRACK WRITER”的美国专利申请No.60/695845和WO-A-2007/0008643中揭示了该技术的示例，其全部内容通过参考包括在此。简而言之，光学检测器检测到和磁盘同步移动的至少一个标记的移动以提供能够被处理从而提供时钟信号的输出信号。固定至磁盘2的光栅或者和磁盘2同步旋转的某些部分(例如马达主轴3或马达本身的某些部分)可以提供标记或多个标记。

使用优选的正弦磁头轨道，磁头4测量磁道6的整个范围内的测试数据。在现有技术的布置中，必须通过命令磁头4至和磁道6相关的期望径向偏移并在该偏移在磁盘2的数次旋转中进行测量才能测量磁道6的整个范围内的测试数据；然后可以改变偏移并且重复处理直到在磁道6的径向范围建立期望的轮廓(profile)。通过使用本示例的正弦命令的磁头位置，原理上只需要磁盘2旋转一圈就能获得磁道6的宽度范围的所要的数据。然而，实践中优选地使用磁盘2的数次旋转从而为了噪声出去的目的可以进行更多次的读取。

可以从下面将描述的任意个源并如同图2所描述的并在图3详细描述的向混合伺服控制器8提供反馈/前馈。然而优选地采用从所有描述的源的反馈/前馈。

纳米精密定位器7具有产生测量由纳米精密定位器7获得的实际位置的高精确信号13的内部传感器12。内部传感器12可以是精确的电容性探针或其它传感器，例如可以使用光测量法或激光干涉测量法。内部传感器12测量的实际位置13通常在纳米或更精确级别范围内是准确的。传感器位置信号13被负反馈至控制器18，生成被作为误差信号提供给伺服控制器8的定位器误差信号15。从而传感器位置信号13被用做主信号，用来使用传感器12的准确性控制磁头4的位置。通过在传感器位置信号13被反馈之前将其经过低通滤波器14(下面将会详细描述)，传感器位置信号13优选地被限制在特定频率范围内。

定位器误差信号15具有的优势是它是非常准确的并且其准确性不依赖于每次将新的磁头4安装在测试装置1中都将磁头4校准至磁道6。该信号允许伺服控制器8和补偿器16定位纳米精密定位器7以准确地跟随命令信号，不论这是绝对位置、步进移动或例如上述的正弦信号的轨道。然而，该定位器误差信号15不考虑导致纳米精密定位器7(并因此磁头4)相对于磁盘2移动的任何热漂移或其它噪声。

当读/写磁头4飞过磁盘2的伺服扇区时，它检测伺服信息。该信息被通过信道18传递经过前置放大器17到达解调器电路19(如图2所示)。解调器19解调从伺服脉冲检测到的信号以产生解调位置误差信号(PES，position errorsignal)20。PES20是对磁头4离磁道中心线(TCL)的位置的测量。如下将会描述，从PES20得到的误差被混合伺服控制器8用在两方面。

从PES20得到高频信号22，用于去除高频干扰，例如磁盘或主轴的振动模式。通过使用带通或高通滤波器21带通滤波或高通滤波PES信号20或通过使用任何其它适当的频谱选择技术将PES20限制在特定频率范围内。优选地，通过滤波将PES20的至少DC和低频分离移除，更优选地，通过滤波器的频率范围对应于主轴3和磁盘2的高频异步模式。预期在大多数情况下对于滤波器21来说至少200Hz的低频切除是适当的。高频PES22被反馈至伺服控制器8。这对于误差源很好地去除了噪声。同时，在测试前需要将被测试的每个磁头4特征化至磁道6从而以此方式利用PES20。

因此，向伺服控制器8提供两个误差项15和22，即定位器误差15和高频PES22。伺服控制器8具有实现控制器8的控制规律的补偿器时钟16。可以用现有技术中任何公知技术涉及控制规律以向纳米精密定位器7提供致动信号9以减少或消除位置误差并将磁头4移动至跟随命令的输入10。例如，补偿器16可以实现简单的PID控制规律或任何其它适当的控制规律，例如现有技术中公知的并且此处不会详细讨论的控制规律。

如上所述，优选地传感器信号13在被反馈至控制器8之前被低通滤波。优选地对传感器信号13操作的低通滤波器14和对PES20操作的高通/带通滤波器21使得滤波的传感器信号13和高频PES22之间实质没有频率范围的重叠。这有助于防止控制器8中的冲突。在反馈环路包括来自两个源的误差项的情况下产生该问题；在这种情况下，从纳米精密定位器7的内部传感器12测量的位置得到的误差项13和从由磁头4测量的PES20得到的误差项。控制器8会尝试通过操控单个变量(即通过控制纳米精密定位器7的位置)将这两个误差信号减小为零。然而，在某些条件下在尝试将两个误差项减小为零会有冲突，使得伺服控制器自己“打”自己。通过将两个反馈误差信号15和22滤波至不重叠频率范围，该问题被消除或很大程度上减小。

在磁头4的测试中经常遇到周围温度的改变。这会导致膨胀或收缩测试装置1的各种不同的元件。对于依赖于各种部分的热扩展系数的不同元件，该膨胀/收缩通常以不同比率发生。此外，不同部分会传导和存储不同比例的热量，也导致部分的膨胀/收缩的改变程度。进一步地，包括磁盘2的不同的部分和装置中各种热源的接近程度不同。图4C描述了由于热漂移效果磁头4的命令的正弦位置如何漂移偏离磁道的示例(以恶化形式示出)。

从对应于磁头4经历的任何热漂移的PES信号20获得低频信号24，该低频信号24用于补偿热漂移误差(这个处理由图3的标记为23的框总体示出)。从PES20获得该低频PES信号24从而该低频PES信号24不依赖磁头的命令的位置10而提供热漂移的测量，即当磁头4被命令至新的位置时低频PES信号24不应改变。优选地，获得低频PES24从而不需校准至伺服脉冲该低频PES24就能测量热漂移。

在优选方案中，命令的输入10是正弦11，当磁头4的命令的位置10和磁道中心线吻合时(即当正弦或其它周期信号在多个π径向间隔时)PES20被抽样。在磁盘2的数个旋转中收集这些抽样并平均或低通滤波这些抽样。获得的值给出热漂移导致(或主要由热漂移导致)的误差的非常低带宽的测量。在非漂移情景下，这些值应当是零。

该技术具有的优势是易于实现。PES抽样20也在磁道中心线获得，该磁道中心线和伺服脉冲的伺服零位的位置吻合并因此很大程度上避免了可能的PES信号20的增益的非线性和变化的效果。因此不需要将磁头4特征化至磁道6以达到对磁头4的热漂移的准确测量。可以实时检测和消除漂移，这使得和大比例的测试时间用于获取测试数据而不是将磁头4校准至磁道6。因此减少了测试磁头4所用的时间，因此带来更加高效和成本有效的测试。

更通常地，可以用我们共同拥有的申请于2006年2月10日的名称为“METHOD OF GENERATING A POSITION ERROR SIGNAL，METHOD OFWRITING A DATA TRACK，AND APPARATUS FOR TESTING A HEAD ANDA DISK”的美国专利申请No.60/771879中揭示的任何其它技术得到对应于热漂移的低频PES24，该申请的全部内容通过参考包括在此。从PES20得到热漂移误差项的这些技术比标准技术具有优势，例如和US-B-6023145和US-B-6538838的技术相比较具有优势，即不需要在测试中通过将磁头4校正至磁道6来补偿PES20的非线性。

例如，图6描述了(不是按比例)具有以分扇区的伺服磁道1109形式的伺服脉冲1102(示意示出)的优选布局的测试磁道/数据磁道101。伺服脉冲1102在完整测试磁道1101的一段示出，从扇区n-3至扇区n+3。磁道1101是圆形并且和磁盘2同心(应当注意到在图3中将圆形磁道投影到线性轴以更清楚地说明伺服磁道的属性)。

在使用中，将数据写入和分扇区的伺服磁道1109交叉的磁盘2上的磁道1101以及从和分扇区的伺服磁道1109交叉的磁盘2上的磁道1101上读取数据。每个伺服扇区的伺服脉冲1102提供伺服零位1108。优选的伺服脉冲1102是QAM(正交调幅)伺服脉冲，这样一对相关联的伺服脉冲1102提供每个伺服零位1108。然而也可以使用现有技术中公知的用于提供伺服零位的其它适当类型的伺服脉冲1102。为了清楚起见，图6没有示出伺服脉冲1102本身的形式。相反地，图6描述了和磁道1101相关的各种伺服脉冲1102提供的伺服零位1108的位置。

在优选实施例中，伺服零位1108的径向位置123和伺服零位1102的圆周位置呈线性变化。图6描述了伺服零位1108的位置的线性关系或轨迹124。如同将会确切理解的，当采用分扇区伺服方案时，伺服零位1108的径向位置123位于并定义轨迹124，但是只有具有分散位置时才会这样做。因此图6描述了分散伺服零位位置123的轨迹124。优选地伺服零位1108平均地径向分布。优选地伺服零位1108也可以平均地圆周分布。在示例中，如果假设典型数目的伺服扇区是250并且伺服扇区占了半数的磁道1101，每个扇区等于磁道1101的圆周的0.2％。

也考虑伺服零位1108的径向位置和圆周位置之间除了线性关系之外的其它关系。在任何情况下，优选地后续伺服零位1108的径向位置随圆周位置单调变化。优选地轨迹124的形式是预定的并且对于系统是预先已知的。

图6描述了对于磁头4的当前位置在扇区N的同心读取位置125上发生的零位126。当磁头4沿圆周飞过磁道1101时，该磁头顺序检测每个伺服脉冲1102。解调从伺服脉冲1102检测到的信号以为每个伺服脉冲1102提供伺服抽样，测量伺服脉冲1102的伺服零位1108相对于磁头4的径向位置。

来自该伺服脉冲1102的信号用于生成误差信号以校正任何热漂移或其它误差。为了减少该信号中的噪声，可以读取目标任意侧的脉冲并且如果出于需要脉冲被平均或插补则使用轨迹124的已知关系确定更准确的零位置。在该零位置从伺服脉冲读取的信号的非线性误差和增益误差减小。

再次参考图6，如果现在期望将磁头4微挪动磁道宽度的0.5％而至新的径向位置127，则采取下述步骤。首先，通过使用轨迹124的已知关系为磁头4的期望径向位置127计算新的目标零位置128。在该示例中，目标零位置128位于扇区N+2和N+3的中间。然后使用纳米精密定位器7和其内部传感器12命令磁头4至接近目标位置127。磁头4读取伺服零位1108。或者可以读取所有的伺服零位1108或者可以读取目标径向位置127附近的那些伺服零位1108。根据轨迹124的已知关系在检测到的零信号中使用插补以发现磁头经过轨迹124的实际零位置28。目标零位置128的位置和检测到的零位置之间的差异用于生成位置误差信号20。

如同将会理解的，在移动磁头4之前为磁头4的期望径向偏移计算目标零位置128并随后生成和该目标零位置128相关的位置误差信号20的方法导致当磁头在目标位置127时总为零的位置误差信号20。不论选择和磁道1101相关的哪个目标位置127，即不论磁头的命令的位置是什么，位置误差信号20总是为零。该技术可用于沿磁道1101的小的微挪动或用于几个磁道1101的移动。只要轨迹124径向延伸至和磁道1101相同的范围，都可使用该技术为与磁道1101相关的剃头4的任何期望的径向位置生成PES。磁道1101之上的径向位置能够被类似使用，只要轨迹124延伸到那么远。

在另一实施例中，可以选择目标位置127以与在径向位置的最近伺服零位1108吻合。在这种情况下，磁头4的定位精度受轨迹124上的伺服零位1108的数目限制。

优选地伺服零位1108至少延伸经过测试磁道1101的整个径向范围。伺服零位1108可以延伸至磁道101的径向范围之上。实际上，伺服磁道1109可以延伸至图6所示的测试磁道101之上至磁盘2上的其它径向相邻磁道1101，而伺服零位1108继续它们的轨迹124。以此方式，如图7示意示出的，可以用螺旋的形式向磁盘2写入单个继续的伺服磁道1109。该螺旋伺服磁道1109的段(segment)实际上向磁盘2上的多个相邻同心圆数据磁道1101a、1101b、1101c、1101d(如图7示出的磁道边缘122a、122b、122c、122d)提供了各个伺服磁道1109a、1109b、1109c、1109d。

优选地使用当在测试磁头4时通过微挪动来定位磁头4所使用的纳米精密定位器7来写入伺服脉冲1102。这允许调整伺服脉冲1102的写入和读取，从而纳米精密定位器7中的任何不准确都有效地去除。这在生产测试环境中通常根据写入伺服磁道1109的标准方法进行，其中将一系列磁道1109写入为初始规则的部分并在重复处理前保持用于几百或上千个磁头4。

优选地可重复的误差(或者是写入RRO(可重复跳动，repeatable run out)或机械引入的NRRO(不可重复跳动，non-repeatable run out))被动态地补偿从而获得定位磁头4并因此测试磁头4的更高的准确度。可以在测试装置1的初始化时根据现有技术中已知的技术特征化RRO。优选地动态补偿机械误差。优选地算法基于独立于径向位置的PES20在扇区至扇区的基础上插补每个测量。优选地将系统布置为使得在对PES20使用伺服控制器8以补偿热漂移之前使用磁盘的至少20圈旋转来积累足够的RRO数据以准备好系统。认为这所花的时间不超过100ms。可以和测试操作平行地进行或者如果对于应用来说开销是可接受的也可以可选地作为独立操作运行。

参考图8，示出了理想零位131的轨迹124和实际的检测到的伺服零位130的集合。对于检测到的伺服零位130，点表示误差的RRO分量(例如由主轴的偏心导致的)并且误差条表示误差的NRRO分量(例如由机械振动导致的)。为了确定RRO分量，需要在磁盘的数圈旋转中平均检测到的抽样130从而去除NRRO分量。每个抽样130和理想零位131之间的误差被特征化并保存在动态RRO表中，该表用于确定伺服零位1108的位置。对于每个伺服脉冲来说可重复分量是恒定的并且当沿磁道1101微挪动时可以使用该可重复分离而不需要更新表。

伺服脉冲1102和磁道1101的其它布置被认为是上述特定实施例的替换，其中上述特定实施例具有圆形同心数据磁道1101和伺服零位1108的线性/螺旋轨迹124。例如，以正弦波形式的零轨迹124而不是线性/螺旋轨迹124可以和圆形同心数据磁道101使用。

可选地，不需要写入圆形同心数据磁道1101。如上所述，可以用螺旋或正弦波形式写入数据磁道1101，并且伺服零位1108的轨迹可以是同心的。其它形式也可以。在每种情况下，伺服零位1108的轨迹延伸经过磁道1101的径向范围。这里，磁道1101的径向范围指的是相对于磁道101而不是相对于磁盘2。这允许在轨迹124上找到磁头将会经过轨迹124的点并当跟随磁道1101上所有径向位置中的该位置时检测伺服零位1108。

根据执行的特定测试并取决于所考虑的磁盘2的区域，也认为轨迹124可以延伸经过数个相邻数据磁道1101或只经过数据磁道1101的部分。

不论以何种方式得到低频PES误差项24，优选地该低频PES误差项24被限制为具有不高于10Hz的上(upper)频率。这和这种测试装置经历的热漂移的预期典型比率是一致的。可以采用低通滤波器来限制信号的上频率。最后，低频PES项由积分器积分形成。这提供了测量磁头漂移的误差项24。该误差项24被前馈至控制器8，控制器8通过相加误差项24和命令的输入信号10来生成补偿的命令的位置25。该补偿的命令的位置25是馈给至纳米精密定位器控制环路的命令的位置并且被用做控制的参考点。该前馈技术避免了在伺服控制器8中在低频PES24和其它误差信号之间的冲突。

优选的实施例也致力于减少“可重复跳动错误”或RRO。RRO可以是例如当初始记录伺服数据时偏离理想圆形的伺服数据定义的轨道导致的(所谓的“写入”误差)。如图4A和4B所示，这表明作为伺服脉冲本身距它们的理想位置略微径向偏移。这可能是例如主轴的略微离心导致的。

为了补偿写入误差，将预特征化的磁道的反向可重复跳动26和正弦信号11相加，然后将相加结果作为命令的输入信号10馈给至混合伺服控制器8(如图2所示)。这移除了已经被写入到伺服磁道本身的误差的一部分。

可选地或另外地，能够使用多写入处理来获取如图5C所示的“黄金标准”低RRO伺服磁道。优选地当新磁盘被载入到测试装置中时第一步将黄金磁道写入磁盘。然后所有被测试的磁头使用黄金磁道直到需要改变磁盘。

可以在测试前选择性地将被测试的磁头4校准至磁盘2上的伺服磁道。然而，优选地不校准被测试的读/写磁头4，因为校准步骤会花费大量的时间并因而使得整个测试处理更加耗时和昂贵。不校准每个磁头4的效果是PES20和磁头4距磁道中心线的实际径向偏移之间的关系可能有一定程度的非线性。该非线性导致混合伺服控制器8的闭环系统中不期望的增益项。考虑到低带宽伺服的实现和对于典型磁头的增益项的考虑会导致稳定的控制系统，并同时仍然带来对磁头4的定位准确度，该准确度和现代的磁盘驱动器单元的非常高的TPI的需要相一致。

已经参考说明的示例描述了本发明的实施例。然而，应当理解在本发明的范围内可以对描述的示例进行各种变化和变型。

例如，已经参考在磁盘的读/写磁头上执行BER浴缸测试描述了本发明的优选实施例的示例。然而，如同本领域技术人员所熟知的，根据本发明的原理可以执行其它类型的磁头测试。相似地，根据本发明的原理可以测试读取其它类型介质的其它类型的磁头。

Claims (16)

1.一种在测试装置中控制读/写磁头相对于磁盘的位置的方法，该测试装置具有用于定位磁头的定位器，该定位器具有用于测量由定位器获得的实际位置的传感器，该方法包括：

生成测量由定位器获得的实际位置的传感器信号；

生成在磁头处检测到的磁头相对于磁盘的磁头位置误差信号；

高通滤波所述磁头位置误差信号并低通滤波所述传感器信号使得在高通滤波后的磁头位置误差信号和低通滤波后的传感器信号之间实质没有频率重叠；

从对应于所述磁头的任何漂移的所述磁头位置误差信号得到低频磁头误差信号；

前馈所述低频磁头误差信号以生成磁头的补偿命令位置；

根据所述磁头的补偿命令位置和所述低通滤波后的传感器信号生成定位器的误差信号；

将所述定位器的误差信号和所述高通滤波后的磁头位置误差信号提供给混合伺服控制器；以及，

通过使得所述混合伺服控制器向所述定位器发送根据同时使用的所述提供的两个误差信号生成的移动控制信号来控制所述磁头的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中高通滤波所述磁头位置误差信号的步骤包括使对应于磁盘、或连接了磁盘的主轴、或用于执行该方法的所述测试装置中至少一个的振动模式的频率分量通过。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述磁盘具有至少一个和该磁盘关联的磁道，该磁道具有多个伺服脉冲，该多个伺服脉冲为所述磁道定义多个伺服零位，该伺服零位被定位使得在相对于所述磁道的多于四个的不同的径向位置存在伺服零位，该伺服零位定义与磁道具有已知位置关系的预定轨迹，该轨迹延伸经过所述磁道的径向范围，该方法包括：

(a)根据所述已知位置关系确定与所述磁头相对于所述磁道的期望的径向位置相对应的零轨迹上的目标零位置； 

(b)检测所述磁头的至少一个伺服零位的位置；

(c)从所述至少一个检测到的伺服零位位置确定相对于目标零位置的所述磁头的位置误差；以及，

(d)根据所述位置误差为磁头生成位置误差信号。

4.根据权利要求1或2所述的方法，包括用周期移动信号命令所述磁头的位置，使得所述磁头的径向位置沿周期路径抽象移动，当所述磁盘旋转m转时磁头横穿所述周期路径的n倍波长，其中n和m是整数。

5.根据权利要求4所述的方法，其中命令的上述周期路径实质上是正弦路径。

6.根据权利要求4所述的方法，所述磁盘具有至少一个和该磁盘关联的具有伺服脉冲的磁道，从该伺服脉冲生成所述磁头位置误差信号，从所述磁头位置误差信号得到低频磁头误差信号的步骤包括：

在对应于磁道中心点的所述周期移动信号的位置抽样所述磁头位置误差信号；以及，

从多个抽样确定抽样中的趋势以发现所述磁头的漂移误差项。

7.根据权利要求1所述的方法，其中从所述磁头位置误差信号得到低频磁头误差信号的步骤包括低通滤波所述磁头位置误差信号。

8.根据权利要求1所述的方法，其中得到所述低频磁头误差信号使得该低频磁头误差信号具有小于10Hz的上频率。

9.一种用于测试读/写磁头的装置，该装置包括：

定位器，用于在磁盘的径向位置上定位读/写磁头并具有用于测量由定位器获得的实际位置的传感器；

解调器，用于解调由所述磁头读取的伺服脉冲以产生磁头位置误差信号；

用于滤波传感器信号的低通滤波器和用于滤波所述磁头位置误差信号的高通滤波器，使得在高通滤波后的磁头位置误差信号和低通滤波后的传感器信号之间实质没有频率重叠；

磁头误差信号滤波器，用于从对应于所述磁头的任何漂移的所述磁头位置误差信号得到低频磁头误差信号；

第一求和节点，用于接收命令的磁头位置输入信号和低频磁头误差信号以 生成磁头的补偿命令位置；

第二求和节点，用于根据所述磁头的补偿命令位置和所述低通滤波后的传感器信号生成定位器的误差信号；以及，

混合伺服控制器，被构造和布置用于根据同时使用的所述定位器的误差信号和所述高通滤波后的磁头位置误差信号与所述定位器控制所述磁头的位置。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述高通滤波器设置为使得对应于所述磁盘、主轴、或测试装置的其它部分中至少一个的振动模式的频率分量通过。

11.根据权利要求9或10所述的装置, 结合具有磁道的磁盘，其中该磁道具有多个伺服脉冲，该多个伺服脉冲为所述磁道定义多个伺服零位，该伺服零位被定位使得在相对于所述磁道的多于四个的不同的径向位置存在伺服零位，该伺服零位定义具有和磁道已知位置关系的预定轨迹，该轨迹延伸经过所述磁道的径向范围，该解调器包括：

处理器，用于：

(a)接收相对于所述磁道的期望的径向磁头位置；

(b)根据所述已知位置关系确定与相对于所述磁道的所述磁头的所述

期望的径向位置相对应的零轨迹上的目标零位置；

(c)检测所述磁头的至少一个伺服零位的位置；

(d)从所述至少一个检测到的伺服零位位置确定相对于目标零位置的

所述磁头的位置误差；以及，

(e)根据位置误差为磁头生成位置误差信号。

12.根据权利要求9或10所述的装置，包括测试控制器，用于使用周期移动信号命令所述磁头的位置，使得所述磁头的径向位置沿周期路径抽象移动，当所述磁盘旋转m转时磁头横穿所述周期路径的n倍波长，其中n和m是整数。

13.根据权利要求12所述的装置，其中命令的上述周期路径实质上是正弦路径。

14.根据权利要求12所述的装置，其中所述磁头误差信号滤波器被构造和布置用于在对应于期望的磁道中心点的所述周期移动信号的位置抽样所述 磁头位置误差信号；并从多个抽样确定抽样中的趋势以发现所述磁头的漂移误差项。

15.根据权利要求9所述的装置，其中所述磁头误差信号滤波器包括低通滤波器。

16.根据权利要求9所述的装置，其中所述磁头误差信号滤波器被布置使得所述低频磁头误差信号具有小于10Hz的上频率。 

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