CN101504839B

CN101504839B - 为第二磁头确定飞行高度的同时磁盘驱动器伺服停止第一磁头

Info

Publication number: CN101504839B
Application number: CN2009100023337A
Authority: CN
Inventors: H·T·赵; J·梁
Original assignee: Western Digital Technologies Inc
Current assignee: Western Digital Technologies Inc
Priority date: 2008-02-04
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2029-01-07
Also published as: CN101504839A; US7630162B2; US20090195936A1; US8780473B1; HK1133488A1

Abstract

公开了一种为磁盘驱动器中的磁头选择动态飞行高度(DFH)控制设置的方法，磁盘驱动器包括多个磁盘表面和多个独立的磁头。该方法包括伺服第一磁盘表面上的第一磁头，以响应记录在第一磁盘表面上的伺服数据，为第二磁头调整DFH控制设置，以及在伺服第一磁盘表面上的第一磁头时检测第二磁头是否已经接触第二磁盘表面。

Description

为第二磁头确定飞行高度的同时磁盘驱动器伺服停止第一磁头

背景技术

磁盘驱动器包括磁盘和连接到一驱动器臂的磁头，驱动器臂通过音圈马达(VCM)绕枢轴旋转将磁头沿径向定位在磁盘上方。磁盘包括径向隔开的多个同心磁道，用于记录用户数据扇区和伺服扇区。伺服扇区包括磁头定位信息(例如磁道地址)，该信息由磁头读取并由伺服控制系统处理从而控制驱动器臂对磁道逐个查找的速度。

由于磁盘以恒定的角速度旋转，所以数据速率通常朝外径磁道的方向增长(其中磁盘的表面较快速地旋转)以达到在磁盘的径向上更为恒定的线位密度。为了简化设计思路，通常将多个数据磁道结合在一起形成多个物理区域，其中每个区域的数据速率是恒定的并且从内径区域向外径区域增长。如图1所示，示出的现有技术磁盘格式2包括多个数据磁道4，其中在此示例中多个数据磁道被结合在一起形成从磁盘的内径(ZONE1)到磁盘的外径(ZONE3)的3个物理区域。

图1的现有技术磁盘格式还包括围绕每个数据磁道的圆周记录的多个伺服扇区6₀-6_N。每个伺服扇区6_i包括前同步码8和同步标记10，前同步码8用于存储周期模式，周期模式允许对读取信号进行适当增益调整和定时同步，同步标记10将用于符号同步的具体模式存储到伺服数据字段12。伺服数据字段12存储用于在查找操作期间在目标数据磁道上定位磁头的粗磁头定位信息，诸如磁道地址。每个伺服扇区6_i还包括伺服脉冲组14(例如，A、B、C和D脉冲)，伺服脉冲组14包括以相对数据磁道中心线的准确间隔和偏移记录的多个连续变换。伺服脉冲组14提供用于在写/读操作期间访问数据磁道时中心线追踪的精磁头定位信息。

可利用任意适当的技术将伺服扇区6₀-6_N写入磁盘，诸如使用外部伺服写入工具或由磁盘驱动器自伺服写入。在一个实施例中，起始磁道(seed track)被写入磁盘(例如，利用外部螺旋形的写入工具或媒体写入工具写入螺旋形的起始磁道)并被处理以将伺服扇区6₀-6_N写入磁盘。当将伺服扇区写入磁盘时，由于磁盘的高速旋转，将在磁头和磁盘之间形成气体轴承。由于写/读信号的质量取决于磁头的飞行高度，所以传统的磁头(例如，磁组头)可包括动态飞行高度(DFH)控制器，诸如通过热膨胀或压电式(PZT)驱动器来控制飞行高度的磁头。因此，在将伺服扇区写入磁盘之前确定适当的DFH控制设置(例如，应用到磁头或PZT驱动器的适当电流)以达到磁头的目标飞行高度是令人期望的。

附图说明

图1示出了包括由多个伺服扇区限定的多个数据磁道的现有技术磁盘格式。

图2A示出了根据本发明的一个实施例的磁盘驱动器，其包括在多个磁盘表面驱动的多个磁头和控制电路。

图2B示出了磁盘驱动器的侧视图，其包括在各磁盘表面被驱动的多个磁头。

图2C是伺服停止(servo off)第一磁头时为第二磁头选择动态飞行高度(DFH)控制设置的流程图。

图3A示出了本发明的一个实施例，其中记录在第一磁盘表面上的伺服数据包括螺旋形的磁道。

图3B示出了磁头经过螺旋形的磁道时产生的一组(an envelopeof)磁道交叉信号。

图4是根据本发明的一个实施例的流程图，其中当伺服停止第一磁头时为每个磁头选择的DFH控制设置随后被用于组伺服(bankservo)写入磁盘表面。

图5示出了根据本发明的一个实施例的控制电路，其包括一个全局数字-模拟设置和为每个磁头标量化全局设置的本地标量(scalar)。

图6A是根据本发明的一个实施例的流程图，用于在为每个磁头选择本地标量设置后为所有磁头选择最佳全局数字-模拟设置。

图6B示出了根据本发明的一个实施例产生全局数字-模拟设置的公式。

具体实施方式

图2A和2B示出了根据本发明的一个实施例的磁盘驱动器，其包括多个磁盘表面和在各磁盘表面16₁-16₄上被驱动的多个磁头18₁-18₄。通过执行图2C的流程图为第二磁头选择动态飞行高度(DFH)控制设置19。第一磁头在第一磁盘表面上被伺服以响应记录在第一磁盘表面上的伺服数据(步骤20)。为第二磁头初始化DFH控制设置(步骤22)，并且在伺服第一磁盘表面上的第一磁头时，产生一接触度量(contact metric)(步骤24)，用于检测第二磁头是否已经接触第二磁盘表面(步骤26)。如果第二磁头还没有接触第二磁盘表面(步骤26)，则调整DFH控制设置(步骤28)直至第二磁头接触第二磁盘表面(步骤26)。

图2C的流程图可以任何适当的方式实现，诸如通过连接到磁盘驱动器的测试台。在另一实施例中，磁盘驱动器内的控制电路30执行图2C的流程图以为每个磁头18₁-18₄选择DFH控制设置。

在图2A的实施例中，每个磁盘表面16₁-16₄包括由多个嵌入式伺服扇区34₀-34_N限定的多个数据磁道32。控制电路30处理从磁头18₁发射的读信号36以解调伺服扇区34₀-34_N并产生表示磁头的实际位置和相对目标数据磁道的目标位置之间的误差的定位误差信号(PES)。控制电路30通过适当的补偿滤波器滤波PES以产生控制信号38，该信号施加给使驱动器臂42A绕枢轴旋转的音圈马达(VCM)40以沿着减少PES的方向径向驱动磁盘上的磁头18₁。

可使用任何适当的技术检测磁头是否已经接触磁盘表面(图2C的步骤26)。适当的技术包括监测伺服系统中定位误差信号(PES)的变化、在从磁盘表面读数据时监测读信号、监测磁盘的旋转速度、监测轴(spindle)马达驱动电流或监测适当的传感器(诸如与磁头结合的压电式传感器)。此外，可以利用任何适当技术调整磁头的飞行高度(图2C的步骤28)，诸如调整通过热膨胀控制飞行高度的加热器或调整与磁头结合的压电式(PZT)致动器(其机械地调整飞行高度)。DFH控制设置还可以包括任何适当信号，诸如线性信号或脉冲宽度调制信号，并且DFH控制设置可以调整任何适当的功率成分诸如电流或电压。

也可以在与磁盘驱动器的制造和/或正常操作关联的任何适当的应用中使用本发明的实施例。在一个实施例中，通过在组伺服写入所有磁盘表面时伺服停止第一磁盘表面来伺服写入多个磁盘表面。在组伺服写入之前，通过伺服第一磁盘表面上的第一磁头以及检测每个磁头何时接触其各自的磁盘表面来为每个磁头确定目标DFH控制设置。之后每个磁头被配置相应的目标DFH控制设置从而用于组伺服写入它们的各自磁盘表面。

在一个实施例中，多个螺旋形的磁道被写入第一磁盘表面，其中图3A示出了示例性螺旋形的磁道44。每个螺旋形的磁道44包括由同步标记以同步标记间隔中断的高频率信号。当磁头经过螺旋形的磁道44时，将产生图3B所示的一组读信号，其包括被同步标记48中断的高频率信号46。当磁头沿径向方向移动时，该组将移动(向左或向右)而同步标记48保持固定。组相对同步标记48的移动(从高频率信号46中检测出)提供用于伺服磁头的停止追踪信息(定位误差信号或PES)。

在一个实施例中，当使用传统产品伺服扇区组伺服写入所有磁盘表面时(图1)，被写入第一磁盘表面的螺旋形的磁道由第一磁头读取并且用于伺服所有磁头。在组伺服写入之前，通过伺服第一磁盘表面上的第一磁头以响应螺旋形的磁道，以及检测每个磁头何时接触其各自的磁盘表面，来为每个磁头确定目标DFH控制设置。

图4是根据本发明的一个实施例的流程图，其用于组伺服写入多个磁盘表面。在第一磁盘表面上伺服第一磁头(步骤50)，且计数器i初始化为1(步骤52)。为第i磁头初始化DFH控制设置(步骤54)，例如通过将DFH控制设置初始化为对应于最大飞行高度的设置。产生接触度量(步骤24)用于检测第i磁头是否已经接触其各自的磁盘表面(步骤26)。如果第i磁头已经接触其各自的磁盘表面(步骤26)，则调整第i磁头的DFH控制设置(步骤28)直至第i磁头接触其各自的磁盘表面(步骤26)。如果在第i磁头接触其各自的磁盘表面(步骤26)之后有多个磁头要校准(步骤56)，则计数器i增长(步骤58)且当在第一磁盘表面上伺服第一磁头时为下一磁头重复该过程。

在确定导致每个磁头接触其各自的磁盘表面的DFH控制设置后，为每个磁头选择操作的DFH控制设置(步骤60)。在一个实施例中，通过从导致磁头接触其各自的磁盘表面的设置中减去裕度(margin)来选择每个磁头的操作的DFH控制设置。一旦已经为每个磁头选择了操作的DFH控制设置，所有的磁盘表面可使用适当的伺服数据被组伺服写入(步骤62)。例如，在上述实施例中，当伺服停止第一磁盘表面上记录的螺旋形的磁道的第一磁头时，所有磁盘表面可以使用传统的产品伺服扇区被组伺服写入(图1)。

图5示出了根据本发明的一个实施例的控制电路，其用于为每个磁头选择DFH控制设置。数字-模拟转换器(DAC)66产生全局的数字-模拟设置64响应编程到寄存器68中的数字值G。之后，全局数字-模拟设置64被多个放大器70₁-70_N放大用于产生施加给各自DFH控制器72₁-72_N的控制信号以调整各个磁头的飞行高度。每个放大器70₁-70_N的增益由存储在各个寄存器74₁-74_N中的数字标量值L_i进行配置。

在一个实施例中，执行校准过程以为每个磁头选择相对可用标量设置L_i和DFH控制设置的全局数字-模拟设置。在一个实施例中，特定磁头的DFH控制设置通过设置其标量值L_i为一并且之后查找导致磁头接触其各自的磁盘表面的全局数字-模拟设置来确定。参见图6A的流程图理解此实施例，其中当查找导致每个磁头的磁头/磁盘接触的全局数字-模拟设置时，在第一磁盘表面上伺服第一磁头(步骤76)。计数器i初始化为一(步骤78)，全局数字-模拟设置被初始化(G＝INIT)，第i个磁头的标量L_i被设置为一，而所有其它磁头的标量L_<>i被设置为零(步骤80)。接触度量被产生(步骤82)以检测第i个磁头是否已经接触其各自的磁盘表面(步骤84)。如果第i个磁头尚未接触其各自的磁盘表面(步骤84)，则全局数字-模拟设置G被增长(步骤86)直至第i个磁头接触其各自的磁盘表面(步骤84)。在第i个磁头接触其各自的磁盘表面后，将为第i个磁头保存操作的设置P_i(步骤88)，诸如通过从电流全局数字-模拟设置G中减去裕度M。如果在第i磁头接触其各磁盘表面后(步骤84)后有多个磁头要校准(步骤90)，则计数器i被增长(步骤92)并且在第一磁盘表面上伺服第一磁头时为下一磁头重复该过程。

在确定导致每个磁头接触其各磁盘表面的全局数字-模拟设置G后，为每个磁头选择标量设置L_i(步骤94)。在一个实施例中，相对为每个磁头选择的操作设置P_i选择标量设置L_i(步骤88)。考虑以下示例，四个磁头的操作的设置P_i要被确定为：[108，93，95，135]且可用标量设置为：[1，0.865，0.701，0.5]相对可用标量设置标准化每个操作的设置P_i规定：[0.8，0.6889，0.7037，1]为最接近标准化值的每个操作设置P_i选择可用标量设置L_i规定：[0.865，0.701，0.701，1]一旦已经选择标量设置L_i，便通过查找将以下公式最小化的设置来确定最佳全局数字-模拟设置G(步骤96)：

Σ_{i = 1}^{N} {({GL}_{i} - P_{i})}^{2}

其中，以上公式的解答如图6B所示。

在找到最佳全局数字-模拟设置G后，图5的寄存器68由此被编程，并且标量寄存器74₁-74_N使用标量设置L_i被编程，标量设置L_i对应于上述标准化的操作设置P_i。之后，所有磁盘表面被组伺服写入(步骤98)，例如，当伺服停止记录在第一磁盘表面上的螺旋形的磁道的第一磁头上时。

以上实施例用于为DFH控制确定最佳全局数字-模拟设置G，其可以施加给磁头的其它控制信号。例如，可以针对施加给磁头的写元件的写电流或者施加给磁头的读元件的偏置电流执行图6A的流程图。如果磁盘驱动器能够同时向多个磁盘表面写入用户数据，则可以在组伺服操作期间或常规操作期间为多个磁头同时产生写电流。类似地，可以同时为多个磁头产生偏置电流以从多个磁盘表面读取数据。在一个实施例中，重复图5的控制电路，以便可以同时配置多个控制设置(例如，DFH控制设置和写电流控制设置)。在另一实施例中，图5的电路可以被分离成适当的控制信号(例如，写电流或偏置电流)以便共享电路。

用于实现流程图的控制电路可以包括任一适当电路，诸如任一适当集成电路或多个电路、执行控制程序的指令的微处理器等等。在由每个磁盘驱动器内的控制电路30实现流程图的实施例中，控制电路30可以在读通道集成电路内或者在一个与读通道分隔的组件(诸如磁盘控制器)中实现，或者上述某些步骤可以由读通道执行而其它步骤由磁盘控制器执行。在一个实施例中，读通道和磁盘控制器实现为单独的集成电路，而在替代的实施例中，它们被装配到单集成电路或芯片上系统(SOC)中。此外，控制电路可以包括适当的前置放大器电路，其被实现为单独的集成电路、集成到读通道或磁盘控制器电路内或集成到SOC内。

在一个实施例中，控制电路30包括微处理器执行指令，该指令可被操作以使微处理器执行本文描述的流程图的步骤。该指令可以存储在任何计算机可读介质中。在一个实施例中，它们可以存储在微处理器外的非易失性半导体存储器上，或者与SOC中的微处理器集成。在另一实施例中，当磁盘驱动器被供电时，指令被存储在磁盘16上并且读到易失性半导体存储器中。

Claims

1.一种为磁盘驱动器中的磁头选择动态飞行高度DFH控制设置的方法，所述磁盘驱动器包括多个磁盘表面和多个独立的磁头，所述方法包括：

伺服第一磁盘表面上的第一磁头，以响应记录在所述第一磁盘表面上的伺服数据；

为第二磁头调整第一DFH控制设置；以及

在伺服所述第一磁盘表面上的所述第一磁头时，检测所述第二磁头是否已经接触第二磁盘表面。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括为所述第二磁头选择操作的DFH控制设置，以响应所调整的第一DFH控制设置。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：

为第三磁头调整第二DFH控制设置；以及

在伺服所述第一磁盘表面上的所述第一磁头时，检测所述第三磁头是否已经接触第三磁盘表面。

4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括为所述第二磁头选择操作的DFH控制设置以及为所述第三磁头选择操作的DFH控制设置，以响应所调整的第一DFH控制设置和所调整的第二DFH控制设置。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括利用所述第二磁头和第三磁头的操作的DFH控制设置来组伺服写入所述第二磁盘表面和第三磁盘表面。

6.根据权利要求2所述的方法，其中为所述第二磁头选择所述操作的DFH控制设置包括：

选择用于产生第一信号的数字-模拟设置；和

选择用于放大所述第一信号的标量设置。

7.根据权利要求3所述的方法，其中：

为所述第二磁头调整所述第一DFH控制设置包括调整用于产生第一信号的数字-模拟设置；以及

为所述第三磁头调整所述第二DFH控制设置包括调整用于产生第二信号的所述数字-模拟设置。

8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：

选择用于放大所述第一信号的第一标量设置；

选择用于放大所述第二信号的第二标量设置；以及

选择全局的数字-模拟设置，以响应所调整的第一DFH控制设置、所调整的第二DFH控制设置、所述第一标量设置和所述第二标量设置。

9.根据权利要求8所述的方法，其中选择所述全局的数字-模拟设置包括将以下公式最小化：

Σ_{i = 1}^{N} {({GL}_{i} - P_{i})}^{2}

其中：

N是所述磁盘驱动器中的磁头总数；

G是所述全局的数字-模拟设置；

P_i是用于第i磁头的所调整的DFH控制设置；以及

L_i是用于第i磁头的标量设置。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述伺服数据包括记录在所述第一磁盘表面上的多个螺旋形的磁道。

11.一种磁盘驱动器，包括：

多个磁盘表面；

在各个磁盘表面上致动的多个磁头；和

控制电路，其可被操作从而通过以下方式为第二磁头选择动态飞行高度DFH控制设置：

为所述第二磁头调整第一DFH控制设置；以及

12.根据权利要求11所述磁盘驱动器，其中所述控制电路进一步可操作用于为所述第二磁头选择操作的DFH控制设置，以响应所调整的第一DFH控制设置。

13.根据权利要求12所述的磁盘驱动器，其中所述控制电路进一步可操作用于：

为第三磁头调整第二DFH控制设置；和

14.根据权利要求13所述的磁盘驱动器，其中所述控制电路进一步可被操作从而为所述第二磁头选择操作的DFH控制设置以及为所述第三磁头选择操作的DFH控制设置，以响应所调整的第一DFH控制设置和所调整的第二DFH控制设置。

15.根据权利要求14所述的磁盘驱动器，其中所述控制电路进一步可被操作从而利用所述第二磁头和第三磁头的所述操作的DFH控制设置来组伺服写入所述第二磁盘表面和第三磁盘表面。

16.根据权利要求12所述的磁盘驱动器，其中为所述第二磁头选择所述操作的DFH控制设置包括：

选择用于产生第一信号的数字-模拟设置；以及

选择用于放大所述第一信号的标量设置。

17.根据权利要求13所述的磁盘驱动器，其中：

18.根据权利要求17所述的磁盘驱动器，其中所述控制电路进一步可被操作从而：

选择用于放大所述第一信号的第一标量设置；

选择用于放大所述第二信号的第二标量设置；以及

19.根据权利要求18所述的磁盘驱动器，其中选择所述全局的数字-模拟设置包括将以下公式最小化：

Σ_{i = 1}^{N} {({GL}_{i} - P_{i})}^{2}

其中：

N是所述磁盘驱动器中的磁头总数；

G是所述全局的数字-模拟设置；

P_i是用于第i磁头的所调整的DFH控制设置；以及

L_i是用于所述第i磁头的标量设置。

20.根据权利要求11所述磁盘驱动器，其中所述伺服数据包括记录在所述第一磁盘表面上的多个螺旋形的磁道。

21.一种磁盘驱动器，包括：

多个磁盘表面；

在各个磁盘表面上致动的多个磁头；和

控制电路，其可被操作从而通过以下方式为所述多个磁头选择全局的数字-模拟设置：

为第一磁头调整第一数字-模拟设置以产生第一信号；

为第二磁头调整第二数字-模拟设置以产生第二信号；

选择用于标量所述第一信号的第一标量设置；

选择用于标量所述第二信号的第二标量设置；

选择所述全局的数字-模拟设置，以响应所调整的第一数字-模拟设置、所调整的第二数字-模拟设置、所述第一标量设置和所述第二标量设置，其中所述全局的数字-模拟设置包括动态飞行高度DFH控制设置。