CN103325392A - 磁记录盘驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁记录盘驱动器，磁记录盘驱动器具有安装到盘驱动器的基部的三个振动传感器以提供前馈振动补偿信号。间隔开的第一和第二传感器大致平行于半径且与之对准，用于检测绕该盘的旋转轴的旋转振动以及在跨道方向上的线性振动，所述半径为从盘的旋转轴到盘上的内径位置（h_ID）与外径位置（h_OD）之间的头位置。第三振动传感器大致正交于该第一和第二振动传感器的主传感轴并与之对准，用于主要检测在沿道或道圆周方向上的线性振动。盘驱动器伺服控制处理器从来自三个传感器的信号计算旋转振动前馈信号、径向线性振动前馈信号以及圆周线性振动前馈信号，这三个前馈信号与致动器控制信号加和以对振动进行补偿。

Description

磁记录盘驱动器

技术领域

本发明总地涉及磁记录盘驱动器，更具体地，涉及包括用于消除旋转和线性振动的影响的系统的盘驱动器。 

背景技术

磁记录硬盘驱动器使用用于将读/写头定位在记录盘的数据道上的致动器，通常是旋转的音圈电机（VCM）致动器。盘驱动器具有伺服控制系统，该伺服控制系统接收从所述头自数据道读取的伺服定位信息的位置误差信号（PES）并产生VCM控制信号，以保持所述头在道上并将它们移动到期望的道以读取和写入数据。 

盘驱动器在正常操作期间经受旋转振动（RV）和扰动力（disturbance force）。这些扰动源自内部（诸如，VCM致动器的运转）以及外部（诸如，对支撑盘驱动器的框架的冲击或当驱动器一起安装在盘阵列系统中时其他盘驱动器的运动）。RV趋向于绕平行于盘旋转轴的轴来旋转盘驱动器壳体，于是相对于致动器移动盘。RV消除是一种利用传感器来检测RV并通过消除由RV引起的偏离道的运动来改善PES的方法。一种途径利用通常安装在盘驱动器的印刷电路板上的两个线性加速计或振动传感器来测量RV。所测量的RV被输入到前馈控制器，该前馈控制器产生与控制信号加和的前馈补偿信号到VCM致动器。此方法有时称为RV前馈（RV-FF）。在US6,961,202B2和US20100067357A1中描述了具有用于RV-FF的两个振动传感器的盘驱动器，US6,961,202B2和US20100067357A1都转让给本申请相同的受让人。 

然而，盘驱动器也受到倾向于沿平行于盘的轴来移动盘驱动器壳体的平移或线性振动和干扰力。盘径向或跨道方向上的线性振动也是所述头的偏离道的运动的主要原因。盘圆周或沿道方向上的线性振动也是所述头的偏离道的原因。US6,496,320B1描述了具有三个线性加速计的盘驱动器，该三个线性加速计沿与盘驱动器壳体的宽度和长度对齐的正交x和y轴来检测线性振 动。 

需要一种盘驱动器，该盘驱动器不仅检测和补偿RV，还检测和补偿在跨道和沿道的方向上的线性振动。 

发明内容

一种磁记录盘驱动器具有三个振动传感器（例如，单轴加速计，安装到盘驱动器基部，优选地安装到附接到基部的印刷电路板），以提供前馈振动补偿信号。间隔开的第一和第二传感器的主传感轴大致平行于从盘旋转轴到盘上的在内径位置（h_ID）和外径位置（h_OD）之间的头位置的半径且与之对准。第三振动传感器具有与第一和第二振动传感器的主传感轴大致正交且与之对准的主传感轴，用于主要地检测沿道或道圆周方向上的线性振动。盘驱动伺服控制处理器计算表示来自第一和第二传感器的信号之间的差异的旋转振动前馈（RV-FF）信号、表示来自第一和第二传感器的信号之和的径向线性振动前馈（LVr-FF）信号、以及来自第三传感器的信号的圆周线性振动前馈（LVc-FF）信号。三个前馈信号与致动器控制信号加和来补偿对盘驱动器的振动。 

为了更全面理解本发明的本质和优点，应当参照以下与附图结合在一起的详细描述。 

附图说明

图1是根据本发明的磁记录硬盘驱动器的示意性俯视图，该磁记录硬盘驱动器具有用于旋转振动前馈（RV-FF）、径向线性振动前馈（LVr-FF）和圆周线性振动前馈（LVc-FF）的三个线性振动传感器。 

图2是示出印刷电路板上的三个振动传感器相对于主轴旋转轴（spindle rotation axis）和致动器枢轴的位置的示意图。 

图3是对于通常3.5英寸形状因数的盘驱动器，从主轴到头位置的半径所形成的角度θ作为所述半径的函数的曲线图。 

图4是图1所示的盘驱动器的采样伺服控制系统的框图，示出根据本发明的旋转和线性振动补偿。 

具体实施方式

图1是根据本发明的磁记录硬盘驱动器的框图。盘驱动器包括磁记录盘12，该磁记录盘12通过安装到盘驱动器壳体或基部16的主轴电机（未示出）而绕旋转轴13在方向15上旋转。印刷电路板19附接到壳体16并支撑盘驱动器电子部件。盘12具有被构图为可磁化区块的磁记录层，该可磁化区块限定同心数据道（诸如通常的道50、51）以及伺服区（诸如通常的伺服区60、61、62）。伺服区通常跨过同心数据道径向延伸，使得每个数据道具有在数据道周围延伸的多个等角度间隔的伺服区。数据道中的每个伺服区通常包含指示伺服区的开始的伺服计时标记（STM）、道识别（TID）码、以及磁化区块或高频脉冲的图案的被解码或解调制以提供磁头位置误差信号（PES）的部分。 

盘驱动器还包括被支撑在基部16上的旋转音圈电机（VCM）致动器14。致动器14绕轴17枢转并包括刚性的致动器臂18。通常柔性的悬挂件（suspension）20包括弯曲元件23并附接到臂18的端部。磁头载体或气垫滑块22附接到弯曲元件23。磁记录读/写（R/W）头24形成在滑块22的拖尾面（trailing surface）25上。弯曲元件23和悬挂件20使得滑块在由正旋转的盘12产生的气垫上“俯仰”和“滚转”。 

在盘12沿方向15旋转时，伺服区中的定位信息被读磁头读取并发送到R/W电子部件110。伺服图案解调器112接收来自R/W电子部件110的输入并解调伺服区中的定位信息，以提供与位置参考相比的数字信号，从而产生PES到伺服控制处理器（SCP）120。SCP120可以是专用处理器或其他微处理器，并耦接到关联的存储器122。 

伺服控制处理器120使用PES作为到控制算法的输入以产生对于VCM14的控制信号。如本领域所公知的，控制算法从存储器122取回“控制器参数”，其是基于正被控制的“装置”（也就是，VCM14）的静态和动态特性的一组参数。控制算法本质上为矩阵相乘算法，控制器参数是在相乘中使用的系数并被存储在通过处理器120可访问的存储器122中。 

盘驱动器受到旋转振动（RV）或扰动，如箭头70所示，其源自内部（诸如，VCM14的运动）以及外部（诸如，对支撑盘驱动器的框架的冲击或当驱动器一起安装在盘阵列系统中时其他盘驱动器的运动）二者。RV趋向于绕平行于盘旋转轴13的轴来旋转盘驱动器基部16，于是相对于致动器14移动盘12。盘驱动器还受到平移或线性振动（LV）或扰动，其倾向于沿平 行于盘12的轴来移动盘驱动器基部16，如箭头80所示。RV和LV扰动引起读/写头的道位置不正（TMR）。在本发明中，具有三个（优选地仅三个）振动传感器201、202和203，该三个振动传感器201、202和203具有特定的取向并具有在基部16上的特定位置以优化RV和LV的检测和随后的消除。振动传感器优选地为线性加速计，诸如可从Murata制造有限公司购得的可商业购买的压电单轴加速计（例如，型号PKGS-00LDP1-R、PKGS-00GXP1-R和PKGS-00MFP1-R）。加速计通常附接到印刷电路板19（其附接到基部16），但是也可以附接到基部16的其他部分。 

线性加速计201、202、203的输出分别被模数转换器（ADC）211、212、213（其分别提供数字传感器信号S1、S2、S3到伺服控制处理器120）数字化。尽管没有在图1中示出，但是线性加速计201、202、203的输出可以经过合适的滤波器用于噪声消除和相位调整。伺服控制处理器120利用信号S1、S2、S3来计算旋转振动的RV前馈（RV-FF）、径向或跨过数据道方向上的振动的径向线性振动前馈信号（LVr-FF）、以及圆周或沿数据道方向的振动的圆周线性振动前馈信号（LVc-FF）信号。三个前馈信号用于修正由控制算法计算的控制信号。SCP120因此提供修正或数字补偿的控制信号151到数模转换器（DAC）152。DAC152的输出控制VCM驱动器154，该VCM驱动器154控制到VCM14的电流以移动读/写头24到期望的数据道并将其保持在道上用于读取和写入数据。 

图2是示出印刷电路板19上的振动传感器201、202、203的位置的示意图，印刷电路板19相对于主轴旋转轴13和致动器枢轴17附接到基部16。记录头24形成了从头内径（h_ID）到头外径（h_OD）的跨过盘12的弓形路径90。在h_ID处，从主轴旋转轴13到h_ID位置的半径r_ID相对于关于盘驱动器长度和宽度的x-y坐标体系形成角度θ_ID。在h_OD处，从主轴旋转轴13到h_OD位置的半径r_OD形成角度θ_OD。在本发明中，第一和第二振动传感器的主轴（也就是，它们的传感轴）201a、202a分别大致平行于主轴-头半径且与之对准。当在这里使用时，主轴-头半径（也就是，从主轴旋转轴13到头24的半径）表示从轴13到沿弓形路径90的任意位置（也就是，在h_ID与h_OD之间的任意位置）的任何半径。这是因为，对于大多数盘驱动器，角度θ随着沿弓形路径90的头位置的变化非常小，例如对于3.5英寸形状因数的盘驱动器仅为几度。图3是对于典型的3.5英寸形状因数的盘驱动器，θ作为主 轴-头半径的函数的曲线图。角度θ在r_ID处为约44度，在弓形路径的约三分之一处增大到约46.5度，然后在r_OD处减小到约42.5度。在约45.2度的水平线是θ的平均值，这将对应于优选或优化的主轴-头半径，振动传感器轴201a、202a将与其对准。 

如图2所示，振动传感器201、202检测在主轴-头方向（其跨过数据道）上的径向线性加速度（a_r）。然而，由于振动传感器与主轴13分别间隔开距离l₁和l₂，它们也检测关于主轴13的角度或旋转加速度（a_z）。振动传感器201、202分别提供以下的模拟信号输出S1、S2： 

S1=a_r-α_Zl₁    公式（1） 

S2=a_r+α_Zl₂    公式（2） 

从公式（1）和（2），径向线性加速度a_r和旋转加速度a_z的值如下： 

a_r=(l₂S1+l₁S2)/(l₁+l₂)    公式（3） 

α_Z=(S2-S1)/(l₁+l₂)      公式（4） 

传感器201、202优选地间隔开尽可能远，符合印刷电路板19上可获得的空间，从而最大化对RV的响应。传感器201、202还优选地沿经过主轴13的线对准，从而简化用于计算a_z的公式。 

如图2所示，振动传感器203具有正交于轴201a、202a对准的主轴203a，于是检测在正交于主轴-头半径的方向（也就是，在圆周或沿道方向上）的圆周线性加速度（a_c）。振动传感器203具有与主轴13间隔开距离l₃的传感轴203a，因此提供以下的模拟信号输出S3： 

S3=a_c+α_Zl₃≈a_c(如果l₃≈0)    公式（5） 

因此，圆周线性加速度a_c的值为： 

a_c=s3-α_Zl₃≈s3(如果l₃≈0)    公式（6） 

传感器203可以位于任何地方，但是优选地定位为使其轴203a与经过主轴13的线对准，或使l₃尽可能小，与印刷电路板19上可获得的空间一致，从而简化a_c的计算。 

图4是图1所示的盘驱动器的采样伺服控制系统的框图。如图4所示，VCM14通过扭矩输出参数301来表征。伺服控制系统包括DAC152和VCM驱动器154，DAC152接收修正的控制信号151，VCM154基于修正的控制信号151提供操作电流302到VCM14以使致动器臂18输送头24跨过盘12的表面。头24的位置（由头位置信号303表示）同时被伺服图案解调器112 监测，伺服图案解调器112输出与头位置信号303相应的数字信号304。数字信号304对应于所指示的道位置和偏离道的百分数值。然后，数字信号304与对应于位置参考305的信号结合以产生被伺服控制处理器（SCP）120接收的位置误差信号（PES）。SCP120利用PES运行控制算法从而产生控制信号150。 

三个单轴加速计201、202和203分别提供模拟信号221、222、223到模数转换器（ADC）211、212、213，ADC211、212、213分别提供数字传感器信号S1、S2、S3到SCP120。如图4所示，传感器信号221、222、223响应于旋转和线性振动扰动（也影响头24和盘12）产生。数字传感器信号S1、S2、S3结合并经过合适的前馈控制器（滤波器）F1-F5用于去除噪声、相位调整和频率补偿，如图4所示。滤波器F1-F5可以是固定的或自适应的。处理器120利用S1、S2、S3来计算a_r、a_z和a_c作为前馈信号RV-FF、LVr-FF和LVc-FF的计算的一部分。然后，前馈信号RV-FF、LVr-FF和LVc-FF与控制信号150加和以产生RV和LV补偿控制信号151。其中SCP120从S1和S2计算表示S1和S2之间的差异的旋转振动前馈信号(RVFF)；从S1和S2计算表示S1和S2之和的径向线性振动前馈信号（LVr-FF）；从S3计算圆周线性振动前馈信号（LVc-FF）；从PES计算音圈电机控制信号150；以及通过RVFF、LVr-FF和LVc-FF信号来修正该音圈电机控制信号150。 

尽管已经参照优选的实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，可以进行形式和细节上的各种变化而不脱离本发明的精神和范围。因此，所公开的发明应被认为仅是说明性的，并仅限制在由权利要求书说明的范围内。 

Claims (12)

1.一种磁记录盘驱动器，包括：

盘驱动器的基部；

主轴电机，附接到该基部并具有旋转轴；

磁记录盘，安装到所述主轴电机以绕所述旋转轴旋转；

旋转致动器，附接到所述基部；

记录头，附接到所述旋转致动器，且可在从头内径位置到头外径位置的大致弓形路径中跨过盘移动；

第一振动传感器，附接到所述基部并具有振动传感轴，该振动传感轴大致平行于从该主轴电机的旋转轴到该头内径位置与该头外径位置之间的头位置的半径；

第二振动传感器，附接到所述基部，该第二振动传感器与该第一振动传感器间隔开并具有与该第一振动传感器的振动传感轴大致平行的振动传感轴；以及

第三振动传感器，附接到所述基部并具有与该第一振动传感器的振动传感轴大致正交的振动传感轴。

2.如权利要求1所述的盘驱动器，其中该盘驱动器包括附接到所述基部的印刷电路板，其中所述第一、第二和第三振动传感器安装在该印刷电路板上。

3.如权利要求1所述的盘驱动器，其中存在仅三个振动传感器。

4.如权利要求1所述的盘驱动器，其中每个振动传感器为单轴加速计。

5.如权利要求1所述的盘驱动器，其中间隔开的第一和第二振动传感器沿经过所述旋转轴的线对准。

6.如权利要求1所述的盘驱动器，其中该第三振动传感器的传感轴沿经过所述旋转轴的线对准。

7.一种磁记录盘驱动器，包括：

盘驱动器的基部；

主轴电机，附接到所述基部；

磁记录盘，安装到所述主轴电机且可绕一轴旋转，该磁记录盘具有包含伺服定位信息的多个同心的数据道；

记录头，可跨过该磁记录盘在从头内径位置到头外径位置的大致弓形路径上移动，该记录头能够读取该数据道中的数据和伺服定位信息；

音圈电机，附接到所述基部用于移动所述记录头；

间隔开的第一和第二线性振动传感器，附接到所述基部并具有主轴，用于检测绕该磁记录盘的旋转轴的旋转振动以及在跨道方向上的线性振动，其中所述主轴与从该盘的旋转轴到该头内径位置与该头外径位置之间的头位置的半径大致平行；

第三线性振动传感器，附接到所述基部并具有与所述第一和第二振动传感器的主轴大致正交的主轴，用于检测在道圆周方向上的线性振动；

处理器；

存储器，与所述处理器关联；

以及存储在所述存储器中且可被所述处理器读取的指令的程序，用于进行以下方法动作，包括：

（a）从所述第一线性振动传感器接收数字化的信号S1、从所述第二线性振动传感器接收数字化的信号S2、以及从所述第三线性振动传感器接收数字化的信号S3；

（b）从S1和S2计算表示S1和S2之间的差异的旋转振动前馈信号；

（c）从S1和S2计算表示S1和S2之和的径向线性振动前馈信号；

（d）从S3计算圆周线性振动前馈信号；

（e）从位置误差信号计算音圈电机控制信号；以及

（f）通过旋转振动前馈信号、径向线性振动前馈信号和圆周线性振动前馈信号来修正该音圈电机控制信号。

8.如权利要求7所述的盘驱动器，其中存在仅三个振动传感器。

9.如权利要求7所述的盘驱动器，其中每个振动传感器为单轴加速计。

10.如权利要求7所述的盘驱动器，其中间隔开的所述第一和第二振动传感器沿经过所述旋转轴的线对准。

11.如权利要求7所述的盘驱动器，其中所述第三振动传感器的传感轴沿经过所述旋转轴的线对准。

12.如权利要求7所述的盘驱动器，其中所述盘驱动器包括附接到所述基部的印刷电路板，其中所述第一、第二和第三振动传感器安装在所述印刷电路板上。

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