CN101996645A - 磁盘偏心率确定 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁盘的偏心率确定方法及其装置。本文中的方法和装置可提供例如磁盘上预先格式化的伺服图形的偏心率的监测，以确保伺服图形形成工具适当安装，或者在操作期间整齐地停留在多个磁盘上方。本发明的方法包括以下步骤：利用处于第一固定角位置的位移监控器测量相对角位置的磁盘的外直径的跳动；利用处于第二固定角位置的记录头解码所述磁盘的伺服图形信息；以及将所述跳动和所述伺服图形信息相关联以确定所述伺服图形的中心偏离所述外直径限定的所述磁盘的中心的偏离信息。

Description

磁盘偏心率确定

本申请是申请日为2009年9月25日、中国申请号为200910174233.2、发明名称为“磁盘偏心率确定”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本文描述的实施例涉及磁盘制造领域，更具体地涉及磁盘的预先格式化伺服信息的偏心率确定。

背景技术

磁盘驱动系统包括一个或更多个磁性记录磁盘和在磁盘上的近似同心磁道内存储数据的控制装置。磁性记录磁盘表面包括多个在径向间隔开的同心磁道，其中每个磁道被分成多个数据扇区。形成伺服楔(wedge)的多个嵌入式伺服扇区也可以写在每个磁盘表面，这便于寻找磁头以及在读写操作期间保持磁头在目标磁道的中心线上方。例如，磁盘以恒定的角速度旋转，同时改变从磁盘的内直径边缘到磁盘的外直径边缘的数据速率以使记录密度最大化。

在磁盘制造工艺过程中，嵌入式伺服信息被预先格式化为磁盘上的图形或图案(pattern)。传统伺服预先格式化过程可能导致预先格式化的伺服图形信息相对于磁盘的中心是偏心的。预先格式化伺服信息的传统方法包括磁性打印和分离的磁道媒介(DTM)过程。这两个过程依赖于将伺服图形与磁道的中心机械对准的按压。图形中心相对于磁盘中心的偏移被称为“偏心率”。

确定磁盘的偏心率的一种传统方法涉及使用一指示器来测量磁盘的外直径(OD)在主轴架的主轴上的跳动(runout)。磁盘被轻打，直到外直径被确定准确居中。主轴架用于通过解码伺服图形楔号码和磁道号码来测量伺服图形的跳动。这不是一个在制造环境中确定偏心率的实用方法，因为这种方法需要在工厂中花费过多的时间来使期望在监测过程中被测量的每个磁盘机械地居中。

附图说明

实施例通过示例的方式进行说明，并且并不受限于这些示例，在所附的附图中：

图1A和图1B分别是俯视图和截面图，其图示说明根据本发明的一个实施例用于确定磁盘的伺服图形的偏心率的测试系统。

图2图示说明确定磁盘偏心率的方法的一个实施例。

图3是根据本发明的一个实施例、说明磁盘的预先格式化的伺服图形信息的示例跳动的图。

图4是根据本发明的一个实施例、说明伺服楔数据到径向偏离的示例性变换的图。

图5是根据本发明的一个实施例、说明跳动相对记录头的角度的示例关系的图。

图6是说明将OD跳动被测量处的角和伺服图形信息被解码处的角对齐的方法的一个实施例的流程图。

图7是说明将OD跳动被测量处的角和伺服图形信息被解码处的角对齐的方法的替代实施例的流程图。

具体实施方式

在此参考附图对该装置和方法的实施例进行了描述。但是，在没有一个或多个这些具体细节或结合其他已知方法、材料和装置的情况下可实现特定实施例。在接下来的描述中，记载了许多具体细节，如具体材料、尺寸和工艺参数等，以提供全面的了解。在其他情况下，并未具体详细描述已知的制造工艺和集成技术，以避免不必要地模糊要求保护的主题。说明书中通篇对“实施例”的引用表示结合该实施例描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿该说明书，在不同位置出现的短语“在实施例中”未必指同一实施例。而且，特定的功能、结构、材料或特性可以以任何适当的方式在一个或更多实施例中进行组合。

应当注意，文中讨论的连接组件的“线路”或“多条线路”可能是单线路、多条线路或总线。对于本领域的普通技术人员，还应当理解该线路或其他的连接元件可以由其承载的信号的特性来识别(例如，“命令线路”可暗示承载“命令信号”)，并且输入和输出端口可以通过它们所接收或传送的信号的特性进行识别(例如，“命令输入”可暗示接收“命令信号”)。

本文中的方法和装置可提供例如磁盘上预先格式化的伺服图形的偏心率的监测，以确保伺服图形形成工具适当安装，或者在操作期间整齐地停留在多个磁盘上方。

图1A和图1B分别是俯视图和截面图，其图示说明根据本发明的一个实施例用于确定磁盘的伺服图形的偏心率的测试系统。测试系统5包括用于固定以及旋转磁盘20的主轴10、位移监控器30、与用于移动记录头40的音圈马达(VCM)45耦合的记录头40和控制器50。控制器50与主轴10、VCM 45和位移监控器30耦合以控制主轴10、记录头40的移动以及与位移监控器30通信。在一个特定实施例中，测试系统5还可包括以下关于图7描述的闪光灯35。尽管控制器50被示为一单个组件，但在替代实施例中，控制器50的操作可由多个不同组件完成，例如，一个或更多个通用处理器(例如，微处理器)，专用处理器如数字信号处理器(DSP)或其他类型的器件，如现场可编程门阵列(FPGA)。控制器与上述其他类型的处理器件是本领域公知的；因此，本文未提供进一步的详细说明。该控制器可以与位移监控器30、主轴10、VCM 45和闪光灯35中的一个或更多个在线路55上传送数据和命令。应当注意到，测试系统5还可包括其他组件，例如内存、存储器件等，这些组件未显示以免模糊对本发明的实施例的理解。

虽然磁盘20未被视为测试系统5的一部分，但是磁盘由本文描述的装置和方法的实施例来操作。因此，提供了对磁盘20结构的简要讨论以便于理解文本描述的方法和装置。

具有内直径(ID)22和外直径(OD)21的磁盘20包括多个同心的数据磁道(例如，磁道17)，这些数据磁道被成角度地分成多个数据扇区(例如，数据扇区15)。此外，可在磁盘20上提供伺服信息以确定可移动的记录头的位置。一种类型的伺服信息被称为“嵌入式伺服”，其中该伺服信息被写入多个伺服楔8中，所述伺服楔彼此成角度地隔开并且围绕磁盘20的每个磁道被分布在数据扇区(例如，数据扇区15)之间。伺服楔8中的每一个可具有一个或更多个字段，这些字段包括如具有标识楔的二进制编码的楔标识号(#)(例如，0至楔数目/周数)的楔标识字段8a、磁道标识号字段8b和一组伺服脉冲或脉冲数据(突发数据)的字段8c(例如，磁性变换的交替图形)，伺服控制系统对伺服脉冲采样以对齐记录头和特定磁道或相对于特定磁道对齐记录头。在替代实施例中，伺服楔8可具有其他字段，并且这些字段可以以图1A所示顺序以外的其他顺序排列。与旋转的磁盘20有关的偏心率60导致伺服控制系统在其上运行的读取伺服楔8的相关偏心率。当伺服信息被置于磁盘20上并且安装到磁盘驱动器中时，伺服图形信息可能被不适当地对齐，导致与旋转的磁盘有关的偏心率。这样，由于偏心率60的原因，伺服图形可能并不处于磁盘20的旋转中心，导致磁盘和伺服楔8以偏心率转动。当这种情况发生时，伺服楔8显示出磁道数目的变化，从而导致读取磁盘数据以及向磁盘写入数据时都会出现问题。

图2图示说明确定磁盘偏心率的方法的一个实施例。以下有关测试系统5的操作方法的论述是参考图1A、图1B和图2进行的。在一个实施例中，位移监控器30在测试系统5中用于测量磁盘20的外直径(OD)21的跳动，其中位移监控器30处于第一固定角位置33(步骤210)。在一个实施例中，位移监控器是电容探头。利用电容探头对磁盘跳动进行的测量在本领域是公知的，例如，如G.Jang，D.Kim和J.E.Oh在IEEETransactions on Magnetics 35，833-838(1999)的“New frequency domainmethod of nonrepeatable runout measurement in a hard disk drive spindlemotor”中的论述。因此，本文并未提供测量磁盘跳动的更为详细的论述。可替代地，也可使用其他类型的位移监控器(例如，激光位移探头)和本领域公知的其他磁盘跳动测量技术。

在步骤220，记录头40在控制器50的控制下用于解码伺服楔8的伺服图形信息(例如，字段8a中的楔号码和字段8b中的磁道号码)，其中记录头40保持在靠近磁盘20的OD 21的固定角位置43。之后，在步骤230，控制器50可以将从位移监控器30接收的跳动数据与解码的伺服图形信息相关联以确定伺服图形的中心9偏离磁盘中心29的偏离信息。在一个实施例中，这种关联可包括步骤240中基于偏离信息确定磁盘20上的伺服图形的偏心率，以及步骤250中对齐角33和43，其中OD跳动在角33处由位移监控器30测量，并且伺服图形信息在角43处被记录头40解码。以下将提供有关图2所示方法的更多细节。

图3是图示说明根据本发明的一个实施例的磁盘的预先格式化伺服图形信息的示例性跳动的图。在此实施例中，磁道号码(来自磁道标识字段8b)和伺服楔号码(来自楔标识字段8a)是伺服信息，其由在固定的角位置43和磁盘20的固定半径(例如，靠近OD 21)处的记录头40进行解码。图300绘制了y轴上的磁道号码(#)310与x轴上的楔#320的关系曲线。菱形数据点340显示了由于示例性磁道相对磁盘20的中心29的偏心率而导致的正弦曲线变化。尽管一些点可能被误测(例如，点341)，但是正弦曲线350由方形点到适当检测的数据的拟合形成。在此示例中，存在磁盘20的120个楔/周数和将近400个磁道，而平均的磁道号码是43597。可替代地，可使用其他数目的楔、磁道和磁道号码。

图4是图示说明根据本发明的一个实施例、伺服楔数据到径向偏离的示例性转换的图。图400绘制了y轴上的径向偏离(单位为微米μm)410与记录头40的角度420(单位为度)的关系。从磁盘OD 21的径向偏离与每个磁道的角度之间的关系绘制为曲线440。根据公式可以通过计算将伺服楔8信息转化为径向偏离。在此示例性实施例中，径向偏离450近似等于(磁道#-平均磁道#)×磁道间距(pitch)。在一个示例性实施例中，磁道#减去平均磁道#接近于400并且磁道间距接近于0.15μm。因此，在此示例性实施例中，最大径向偏离450可以确定为近似等于60μm(即，400×0.15)。转换之后，根据以下关于图5的论述可以确定伺服楔的相对半径和磁盘OD。

图5是图示说明根据本发明的一个实施例、跳动相对记录头40的角度的示例关系的图。图500绘制了针对磁盘21(曲线530)和检测的磁道17(曲线440)的y轴上的径向偏离(单位为微米)510与记录头40的角度520(单位为度)之间的关系曲线。曲线530是来自磁盘OD 21的示例性跳动，如步骤210所确定的。曲线440是与磁盘OD 21的径向偏离和每个磁道的角度之间的关系。曲线550是曲线440和530的差，也就是伺服楔8的径向位置相对磁盘OD 21的偏离信息。在一个实施例中，磁盘20的偏心率60可以确定为等于偏离信息曲线550的峰峰间偏离560的0.5倍。之后确定偏心率处的楔#可以根据该数据来反向计算。在一个实施例中，最大偏离565的角度可以根据偏离信息来确定。在此示例性实施例中，可以从图5中观察到，最大偏离的角度出现在大约150度。在一个实施例中，只需要捕获记录头40位于单一固定角位置43时的单个旋转数据。在这样的实施例中，磁盘20上的特定磁道的径向偏离可以从单个旋转数据中推断出来。可替代地，磁盘20的多于一次旋转的数据或记录头40的多于一个固定角位置可被捕获并且用于确定偏离信息。

应当注意到硬盘驱动(HDD)系统通常可以被设计成主要考虑相对磁盘内直径的集中性。然而，在给定的说明中磁盘的OD 21和ID 22可以假定为同中心的，并且因此相对磁盘的ID 22的偏心率可以从相对磁盘的OD 21的偏心率中推断出来。

如上关于图2的论述，在步骤250中，OD跳动被位移监控器30测量处的角33和伺服图形信息被记录头40解码处的角43被对齐。在一个实施例中，这样的对齐可以通过利用位移监控器30的已知的第一角位置33和记录头40的第二固定角位置43以计算图2所示的两个位置之间的角度差53来实现。应当注意到可以使用角33和43之间的任何已知角关系。可替代地，其他方法可以用于对齐，例如，如以下关于图6和图7论述的。

图6是图示说明将OD跳动被测量处的角和伺服图形信息被解码处的角对齐的方法的一个实施例的流程图。在此实施例中，例如，对齐250可以通过步骤610中在磁盘20的表面上产生径向标记49以及步骤620中在磁盘20的边缘上产生第二标记39来实现，其中，磁盘20的表面可由记录头40检测，磁盘20的边缘可由位移监控器使用第二标记39检测。在一个实施例中，径向标记49和第二标记39可以处于磁盘20上不同的角位置，如图1A所示。应当强调的是径向标记49位于磁盘20的表面上，在记录头40的下面。因此，图1A图示说明记录头40的透视图以便能够看到置于下面的径向标记49。可替代地，标记49可以置于磁盘20上和标记39相同的角位置。标记39和49可以由与测试系统5有关的一个或更多个标记工具产生，或者利用替代的手段产生，例如，由用户利用手持标记工具生成。

接下来，在步骤630，该方法继续检测磁盘20的表面上的第一径向标记49，在步骤640利用位移监控器30检测磁盘20的外直径OD 21边缘上的第二标记。之后，在步骤650可以确定由记录头40和位移监控器30检测第一标记49和第二标记39之间的时间偏移。之后，这样的时间偏移使得所测量的OD跳动和解码的伺服图形信息能够对齐。

图7是图示说明将OD跳动被测量处的角和伺服图形信息被解码处的角对齐的方法的替代实施例的流程图。在此实施例中，图1A中的标记705可以是视觉可见的标记。对齐方法250包括步骤710，即在磁盘20上生成视觉可见的标记705，以及步骤720，即相对索引点(例如，主轴索引706)触发闪光灯35以成像视觉可见的标记705。视觉可见的标记的生成是本领域公知的；因此，不提供进一步的细节。

接下来，在步骤730，调整闪光灯35上的第一延迟，直到标记与位移监控器30对齐。之后，在步骤740，调整闪光灯35上的第二延迟，直到标记705与记录头40对齐。应当注意到闪光灯的操作和进行闪光灯延迟调整的方式是本领域公知的；因此，在此不提供详细的论述。

之后，在步骤750，可以确定第一和第二延迟之间的差以计算位移监控器30的第一固定角位置33和记录头40的第二固定角位置43之间的角度差。这样的角度差使得测量的外直径跳动和解码的伺服图形信息能够对齐。

应当注意到尽管以上论述的实施例中参考的特定类型的位移监控器是电容探头，但是在可替代的实施例中，可以使用其他类型的位移监控器(例如，激光位移探头)。

应当注意到本发明的可替代实施例可以应用其他类型的伺服图形偏心率，例如，如果分解硬盘驱动器从而可以存取其内磁盘，则写在标准伺服磁道写入器上的伺服图形的偏心率可以利用上述方法进行测量。

本发明的实施例包括本文描述的各种操作。这些操作可以由硬件组件、软件、固件或其组合执行。本文描述的各种总线上提供的任何信号可以与其他信号在时间上复用并且可以在一条或多条公共总线上提供。另外，电路组件或块之间的互连可以显示为总线或单信号线路。这些总线的每一个可替代地可以是一条或多于一条单信号线路并且每条单信号线路可替代地可以是总线。

上述方法的某些实施例可以实现为计算机程序产品，其包括存储在机器可读介质上的指令。这些指令可用于对控制器50编程以执行所述操作。机器可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式(例如，软件、处理应用程序)存储或传送信息的任何机械装置。机器可读介质可包括但不限于磁性存储介质(例如，软盘)、光存储介质(例如，CD-ROM)、磁光存储介质、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程存储器(如EPROM和EEPROM)、闪存或适于存储电子指令的其他类型的介质。

尽管本文以特定的顺序显示并描述了所述(多个)方法的操作，但是每个方法的操作的顺序可以改变，所以某些操作可以以相反的顺序执行或某些操作可至少部分与其他操作同时执行。在另一实施例中，不同操作的指令或子操作可以处于间歇性和/或交替的方式。此外，某些操作可在特定方法的迭代中重复。

尽管已经用针对结构特征和方法步骤的语言对这些实施例进行描述，但是应当理解所附权利要求所限定的发明未必局限于特定实施例中描述的具体特征或步骤。公开的具体特征和步骤应当理解为所要求保护发明的特定优选的实现，目的是为了说明本发明而不是限制本发明。

Claims (20)

1.一种方法，包括：

利用处于第一固定角位置的位移监控器测量相对角位置的磁盘的外直径的跳动；

利用处于第二固定角位置的记录头解码所述磁盘的伺服图形信息；以及

将所述跳动和所述伺服图形信息相关联以确定所述伺服图形的中心偏离所述外直径限定的所述磁盘的中心的偏离信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述位移监控器是电容探头。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述伺服图形信息包括伺服楔，并且其中解码包括将所述伺服楔转换成径向偏离。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述径向偏离等于(所述伺服图形信息的磁道号码减去平均磁道号码)乘以(所述伺服图形信息的磁道间距)。

5.根据权利要求1所述的方法，其中关联包括基于所述偏离信息确定所述磁盘上的所述伺服图形的偏心率。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述偏心率等于所述偏离信息的峰峰偏离的0.5倍。

7.根据权利要求5所述的方法，还包括根据所述偏离信息确定最大偏离的角度。

8.根据权利要求5所述的方法，还包括将所述位移监控器的所述第一固定角位置和所述记录头的所述第二固定角位置对齐以关联所述跳动和所述伺服图形信息。

9.根据权利要求8所述的方法，其中对齐包括：

在所述测量和解码过程中分别利用所述位移监控器和所述记录头的已知的第一固定角位置和第二固定角位置；以及

计算所述第一固定角位置和所述第二固定角位置之间的角度差。

10.根据权利要求8所述的方法，其中对齐包括：

在由所述记录头可检测的所述磁盘的表面上生成径向标记；

在由所述位移监控器可检测的所述磁盘的边缘上生成第二标记；

利用所述记录头检测所述磁盘的所述表面上的所述第一径向标记；

利用所述位移监控器检测所述磁盘的所述外直径边缘上的所述第二标记；以及

当由所述记录头和所述位移监控器进行检测时确定所述第一标记和所述第二标记之间的时间偏移。

11.根据权利要求8所述的方法，其中对齐包括：

在所述磁盘上标识索引标记；

将所述索引标记和所述记录头对齐，所述记录头具有相对所述主轴索引的第一延迟；

将所述索引标记和所述位移监控器对齐，所述位移监控器具有相对所述主轴索引的第二延迟；以及

确定所述第一延迟和所述第二延迟之间的差以计算所述位移监控器的所述第一固定角位置和所述记录头的所述第二固定角位置之间的角度差。

12.根据权利要求5所述的方法，还包括对多个所述磁盘执行权利要求5所述方法的步骤。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括统计地监视与所述多个磁盘偏离的偏离信息。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述位移监控器是激光位移探头。

15.根据权利要求8所述的方法，其中对齐包括：

在所述磁盘上生成视觉可见的标记；

相对索引点触发闪光灯以成像所述视觉可见的标记；

调整所述闪光灯上的第一延迟，直到所述标记与所述位移监控器对齐；

调整所述闪光灯上的第二延迟，直到所述标记与所述记录头对齐；以及

确定所述第一延迟和所述第二延迟之间的差以计算所述位移监控器的所述第一固定角位置和所述记录头的所述第二固定角位置之间的角度差。

16.一种装置，包括：

主轴，其被配置为固定以及旋转硬盘；

记录头，其被配置为检测所述磁盘的表面上的第一径向标记；

位移监控器，其被配置为检测所述磁盘的外直径边缘上的第二标记；和

控制器，其可操作地与所述电容位移监控器、所述主轴和所述记录头耦合以利用在第一固定角位置的所述位移监控器测量相对角位置的所述磁盘的外直径的跳动，所述控制器进一步被配置为利用在第二固定角位置的所述记录头解码所述磁盘的伺服图形信息以及关联所述跳动和所述伺服图形信息，以确定所述伺服图形的中心偏离所述外直径限定的所述磁盘的中心的偏离信息。

17.根据权利要求16所述的装置，其中关联包括基于所述偏离信息确定所述磁盘上的所述伺服图形的偏心率。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述位移监控器的所述第一固定角位置和所述记录头的所述第二固定角位置被对齐以关联所述跳动和所述伺服图形信息，并且其中所述处理设备被配置为当由所述记录头和所述位移监控器进行测量时确定所述第一标记和所述第二标记之间的时间偏移。

19.根据权利要求16所述的装置，其中所述位移监控器是激光位移探头。

20.根据权利要求16所述的装置，其中所述位移监控器是电容探头。

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