CN104303398A - 数据存储设备 - Google Patents

Abstract

根据本发明的实施方式，公开一种数据存储器设备，该设备包括具有定子的电动机。该定子可以包括具有第一表面和与第一表面相对的第二表面的基板；和具有n相绕组的n相绕组设置；其中每相绕组包括设置在基板的第一表面上m个平坦分数节距线圈，该m个平坦分数节距线圈设置在基板的第一表面上，使得线圈沿着闭环均匀地间隔分开并且串联连接；其中每个线圈与同相绕组的线圈和相邻线圈之间的基板的斜剖面一起限定定子电极对；并且其中m为大于1的整数。

Description

数据存储设备

关联申请的相交引用

本专利申请要求于2009年9月1日提交的美国临时申请No.61/530,175的权益，通过引用方式将其全部内容并入本文中。

技术领域

本发明整体涉及数据存储器，并且更具体地涉及数据存储器产品，包括用于存储信息的方法和装置。

背景技术

移动计算和/或通信设备变得更小从而使得数据存储器设备的重量和尺寸变小，同时要求在太字节范围中的大存储容量和低功率消耗。例如，许多移动计算设备呈现出薄型和小的形状因子，以易于运输和通用操作。用于存储大量数据的传统数据存储设备，例如盘片驱动器，具有与这种应用不兼容的厚度。

因此，所需要的是轻量、超薄的数据存储设备，具有小的形状因子并且还有在低功率消耗水平处的大存储容量能力。而且，结合所附图和本公开的这个背景技术，其它期望特点和特征会从随后的详细说明中显而易见。

发明内容

根据实施方式，公开一种数据存储设备，包括具有定子的电动机。该定子可以包括具有第一表面和与该第一表面相对的第二表面；和具有n相绕组的n相绕组设置；其中每相绕组包括m个平坦分数节距线圈，该m个平坦分数节距线圈设置在基板的第一表面上，使得线圈沿着闭环均匀地隔开并且串联连接；其中每个线圈与同相绕组的线圈和相邻线圈之间的基板的斜剖面一起限定定子电极对；并且其中m为大于1的整数。

根据实施方式，公开一种数据存储设备。该数据存储设备可以包括介质，该介质包括配置为提供伺服信息的伺服层；和配置为记录数据的数据记录层；其中伺服信息提供在与数据记录层不同的伺服层上以使得允许连续可用的伺服回读被用于控制所述数据存储设备的至少一个部件。

附图说明

在附图中，相似的参考特征在整个不同视图中通常涉及相同的部分。附图并不必是按比例的，而是改为整体强调基于示出本发明原理。在以下说明中，参考以下附图来描述不同的本发明的实施方式，其中：

图1显示根据本发明的实施方式的数据存储设备的俯视图，该存储设备具有带有互补覆盖物的基座板；

图2显示根据本发明的实施方式的具有基座板的数据存储设备的仰视图，该基座板包括相对于选择部分而凹陷的外部面；

图3显示根据本发明的实施方式的具有基座板的数据存储设备的俯视图，该基座板包括用于安装主轴电动机的开口；

图4显示根据本发明的具有连接器的数据存储设备的透视图；

图5和图6显示根据本发明的实施方式的具有基座板的数据存储设备、包括由壁限制的基本上圆形的凹部的基座板的内表面的相应的俯视图；

图7A显示根据本发明的实施方式的包括选择性缩进区域的覆盖物的俯视图；

图7B显示根据本发明的实施方式的包括选择性缩进区域的覆盖物的横截面侧视图；

图7C显示根据本发明的实施方式的包括坚硬肋部的覆盖物的俯视图；

图8A和图8B显示根据本发明的实施方式的原始覆盖物和包括选择性缩进区域的覆盖物与相对的盘片表面的横截面视图之间的相应比较；

图9A显示根据本发明的实施方式加在定位在盘片上方的上部覆盖物上的缩进板的俯视图、俯视分解图和横截面侧视图；

图9B显示根据本发明的实施方式的包括减震系统的数据存储设备的俯视分解图，该数据存储设备包括多个止动块和加载/卸载斜面；

图9C显示根据本发明的实施方式的包括减震系统的数据存储设备的俯视图，该减震系统包括多个盘片限制器；

图10A至图10C显示根据本实施方式的数据存储设备的相应的侧视图、俯视图和仰视图，该数据存储设备包括多个分别附接至覆盖物和基座板的多个减震器，其对应于磁头万向悬置组件(HGSA)的远端；

图11A至图11C显示根据本实施方式的数据存储设备的侧视图、俯视图和仰视图，该数据存储设备包括分别附接至覆盖物和基座板的多个减震器，其对应于致动器臂的远端；

图11D显示根据本发明的实施方式的放置在覆盖物和/或基座板的基本上平坦的区域上的减震器的侧视图；

图11E显示根据本发明的实施方式的放置在覆盖物和/或基座板的凹部中的减震器的侧视图；

图12A、图12B、图12C显示根据本发明的实施方式的数据存储设备的相应的侧视图、俯视图和仰视图，该数据存储设备包括形成为分别附接至覆盖物和基座板的凹坑的多个减震器；

图13A和图13B显示根据本发明的实施方式的形成为永磁同步电动机的数据存储设备的相应的横截面侧视图和分解图，该永磁同步电动机配置有无芯结构的轴向电磁场(AEMC-PMSM)；

图14显示根据本发明的实施方式的120度同心绕组的俯视示意图，该120度同心绕组利用主轴电动机操作中的基本的或二级的电磁场谐波；

图15显示根据本发明的用于两层印刷电路板的3相绕组的俯视示意图；

图16A和图16B显示根据本发明的实施方式的用于两层印刷电路板的A相绕组和B相绕组的相应的俯视示意图；

图17显示根据本发明的实施方式的用于两层印刷电路板的C相绕组的俯视示意图；

图18显示根据本发明的实施方式的120度同心绕组的俯视示意图，该120度同心绕组利用主轴电动机中的四级电磁场谐波；

图19显示根据本发明的实施方式的用于八个磁性电极对的A相绕组的俯视示意图，其中绕组实现为两层印刷电路板；

图20显示根据本发明的实施方式的B相绕组的俯视示意图，在该B相绕组中，不同磁性电极对的线圈沿着绕组的内圆周侧可操作地耦合；

图21显示根据本发明的实施方式的C相绕组的俯视示意图，在该C相绕组中，不同磁性电极对的线圈通过沿着内绕组的圆周侧和外圆周侧而选择性延伸的接线而可操作地耦合；

图22显示根据本发明的实施方式的3相绕主轴电动机的示意性绕组，该3相主轴电动机以四层印刷电路板带有两个磁性电极对的形式的绕组层来实现；

图23A显示根据本发明的实施方式的数据存储设备的示意横截面视图；

图23B显示根据本发明的实施方式的数据存储设备的另一个示意横截面视图；

图24显示根据本发明的实施方式的枢轴套管的横截面视图；

图25显示根据本发明的实施方式的包括致动器主体的致动器的透视图，该致动器主体具有用于关于轴的旋转移动的枢轴套筒；

图26显示根据本发明的实施方式的由压电(PZT)电动机驱动的致动器的透视图；

图27和图28显示根据本发明的包括枢轴套筒和制动器电动机的致动器主体的相应的横截面视图；

图29显示根据本发明的实施方式的数据存储设备，该数据存储设备包括带有枢轴套筒的致动器主体和PZT电动机；

图30显示根据本发明的实施方式的数据存储设备的示意俯视图，在该数据存储设备中，致动器由PZT电动机来驱动；

图31显示根据本发明的实施方式的数据存储设备的示意俯视图，在该数据存数设备中，致动器由音圈电动机来驱动；

图32和图33显示根据本发明的实施方式的带有圆形壳体的数据存储设备的相应的透视图；

图34显示根据本发明的实施方式的具有致动器主体的致动器的透视图，其中定位预放大器芯片与致动器本体相邻；

图35显示根据本发明的实施方式的如图34中显示的致动器的打开分解图；

图36A和36B显示根据本发明的实施方式的包括与预放大器芯片通信的弹性电路致动器的相应透视图；

图37A和图37B显示根据本发明的实施方式的包括第二阶段微致动器的致动器的相应的透视图和分解透视图。

图38显示根据本发明的实施方式的空气支承表面(ABS)的俯视图，该空气支承表面带有用在低剖面或极薄的数据存储设备中的滑动器；

图39显示根据本发明的实施方式的如图38中的空气支承表面的透视图以示出在空气支承表面上的不同区域的关联正视图；

图40显示根据本发明的实施方式的配置有空气支承表面的滑动器的俯视图，该空气支承表面带有紧密蚀刻的并且深的凹槽；

图41显示根据本发明的实施方式的如图40中显示的配置有空气支承表面的滑动器的透视图；

图42显示根据本发明的实施方式的配置有带有多个凹槽和形状的空气支承表面的滑动器的俯视图；

图43显示根据本发明的实施方式的包括尾板上的小板的空气支承表面的透视图；

图44显示根据本发明的实施方式的如图43中显示的包括尾板上的小板的空气支承表面；

图45显示根据本发明的实施方式的具有第一自旋阀和第二自旋阀的自偏置双自旋阀；

图46显示根据本发明的实施方式的自偏置双自旋阀读取磁头，该阀读取磁头带有在传感器的相对侧上的两个侧磁屏蔽；

图47显示根据本发明的实施方式的带有两个上部和底部磁屏蔽的自偏置双自旋阀读取磁头；

图48显示根据本发明的实施方式的自偏置双自旋阀读取磁头，该自偏置双自旋阀读取磁头带有两个侧磁屏蔽和两个上部和底部磁屏蔽；

图49显示根据本发明的实施方式的自偏置双自旋阀读取磁头，该自偏置双自旋阀读取磁头带有带有两个侧磁屏蔽和两个上部和底部磁屏蔽，两个侧屏蔽带有沿着条纹高度的易磁化轴；

图50显示根据本发明的实施方式的在密封壳体中的数据存储设备的方框图；

图51显示根据本发明的实施方式的在密封壳体中的数据存储设备的透视图；

图52A和图52B显示根据本发明的实施方式的在密封壳体中的孔口A和孔口B的相应的布局；

图53显示根据本发明的实施方式的使用电磁阀来实现和控制的振荡氦注入过程的示意图；

图54显示根据本发明的实施方式的使用音圈电动机致动器的常规数据存储设备；

图55显示根据本发明的实施方式的使用旋转压电(PZT)电动机的数据存储设备；

图55A显示根据本发明的实施方式的来自使用旋转压电(PZT)电动机的数据存储设备的响应的图表；

图56显示根据本发明的实施方式的用于数据存储设备的介质的横截面图；

图57显示根据本发明的实施方式的增加的热源，提供该热源以帮助伺服信号在伺服层上的写入过程；

图58显示根据本发明的实施方式的埋入伺服层的结构；

图59显示根据本发明的实施方式的可交替分配至伺服层磁道的三个频率信号；

图59A显示根据本发明的实施方式的与磁道相交的信号敏感性图表；

图60显示根据本发明的实施方式的信号处理系统；

图61显示根据本发明的实施方式的带有一个或多个滤波器的伺服信号和数据信号的恢复；

图62显示根据本发明的实施方式的定位在介质上方的磁头；

图62A显示根据本发明的实施方式的在与写入过程同时的读取中使用的两个预放大器；

图63显示根据本发明的实施方式的在与写入同时的读取期间的读取信号和写入信号的干扰的减少；

图64显示根据本发明的实施方式的与过程同时的读取；

图65显示根据本发明的实施方式的包括所有伺服模式的盘片介质，其中所有伺服模式写在埋入伺服层上；

图65A显示根据本发明的实施方式的盘片介质，在该盘片介质中，自动增益控制(AGC)、扇区地址标记(SAM)，格雷码(GrayCode)写在数据层上并且伺服脉冲位于埋入伺服层上；

图66显示根据本发明的实施方式的具有五个左右不同的操作模式的常规预放大器的一般功能性框图；

图67显示根据本发明的实施方式的预放大器的功能性框图的修改设计；

图68显示根据本发明的实施方式的存储在非易失性存储器(NVM)高速缓存中的三种数据；

图69显示根据本发明的实施方式的实现重叠写入的常规受限读取写入系统；

图70显示根据本发明的实施方式的数据管理层，该层允许非受限读取和写入至混合数据存储设备；

图71显示根据本发明的实施方式的数据管理层，所述数据管理层利用用于将存储改进为重叠写入盘片的混合数据存储设备的非易失性存储器；

图72显示根据本发明的实施方式的重叠写入混合盘片中的非易失性存储器，该重叠写入混合盘片带有用于存储重叠数据管理的元数据的增加的部分；

图73显示根据本发明的实施方式的逻辑上整理为多个数据带的单个写入盘片；

图74显示根据本发明的实施方式的将环块管理为圆形换的每个环带；

图75显示根据本发明的实施方式的包括块0到块n的盘片上的数据带；

图76显示根据本发明的实施方式的圆形环结构，该圆形环结构通过数据管理层简化块的更新和/或修改；

图77显示根据本发明的实施方式高速缓冲存储器的改进结构；

图78、图79、图80显示根据本发明的实施方式的混合存储集合体的各种架构结构；

图81显示根据本发明的实施方式的混合数据存储设备用作企业应用的存储阵列的运用；

图82显示根据本发明的实施方式的在阵列中运行的改进的混合数据存储设备；

图83显示根据本发明的实施方式的盘片管理层包括阵列控制器的所有或一部分和盘片驱动器控制器的一部分的实施方式；

图84显示根据本发明的实施方式的用户应用如何将盘片磁头从初始位置转移至基本是同步的位置的不同位置；

图85显示根据本发明的实施方式的数据重构的一些部分的框图，该数据重构通过解决盘片损耗问题和其它性能问题来改进性能；

具体实施方式

以下详细说明参考附图，其中，附图通过说明的方式显示具体细节和发明可以实践的实施方式。足够详细描述这些实施方式以使得本领域技术人员能够实践本发明。可以利用其它实施方式并且可以得出结构上、逻辑上和电气上的改变而不会超出本发明的范围。各种实施方式并不必要相互排斥，这是因为一些实施方式可以与一个或多个其他实施方式结合以形成新的实施方式。

在设备中的一个的上下文中描述的实施方式可以对其它设备同样有效。

在各种实施方式中，配置n相绕组设备使得在每个定子电极对中沿着闭环以重复设置的方式设置来自一个相的绕组的一个线圈相邻于来自另一相绕组的线圈。

在各种实施方式中，每相绕组进一步包括另外的m个平坦分数节距线圈，该另外的m个平坦分数节距线圈设置在基板的第二表面上使得每相绕组的m个平坦分数节距线圈至少基本上与同相绕组的进一步m个平坦分数节距线圈对齐。

在各种实施方式中，第一表面上的每个线圈经由在基板中形成的m个通孔中的一个连接至基板的第二表面上的同相绕组的对应线圈。

在各种实施方式中，每个线圈以同心设置的方式来绕线。

在各种实施方式中，定子电极对包括一个通量分布圆周中的360度电角度。

在各种实施方式中，每相绕组中的每个线圈包括大约(360/n)度电角度的线圈节距。

在各种实施方式中，3相绕组的每相绕组中的每个线圈包括大约120度电角度的线圈节距。

各种实施方式中，基板的至少一个表面上的每个线圈包括基本上垂直于基板的第一表面的旋转轴。

在各种实施方式中，基板为印刷电路板并且所述线圈包括印刷在所述印刷电路板上的导电材料。

在各种实施方式中，n为整数。

在各种实施方式中，数据存储设备可以进一步包括基座板，其中基座板包括由壁限制的基本上圆形的凹部。

在各种实施方式中，数据存储设备可以进一步包括布置在基座板上方的覆盖物。

在各种实施方式中，覆盖物包括配置为增加覆盖物的坚硬度的至少一个选择性缩进区域。

在各种实施方式中，至少一个选择性缩进区域可以包括多个径向区域和/或多个径向弧形区域。

在各种实施方式中，覆盖物可以进一步包括具有多个坚硬肋部的平面表面。

在各种实施方式中，数据存储设备进一步包括布置在覆盖物的背对盘片的表面上的缩进板。

在各种实施方式中，数据存储设备可以进一步包括配置为当覆盖物经受外部力时，防止覆盖物接触盘片的表面的减震系统。

在各种实施方式中，减震系统可以包括多个减震器。

在各种实施方式中，减震系统可以包括至少一个止动块和加载/卸载斜面的结合。

在各种实施方式中，减震系统可以包括定位在盘片外围的选择位置处或定位在覆盖物和/或定位在基座板的表面上的至少一个盘片限制器。

在各种实施方式中，至少一个盘片限制器包括凹坑。

在各种实施方式中，数据存储设备可以进一步包括致动器。

在各种实施方式中，致动器可以包括两个致动器臂。

在各种实施方式中，两个致动器臂中的每个可以包括承载磁头万向悬置(HGSA)的远端。

在各种实施方式中，多个减震器中的每个定位覆盖物的内表面和基座板的内表面上，对应于磁头万向悬置组件或对应于两个致动器臂中的每个的远端。

在各种实施方式中，致动器可以包括致动器主体和用于关于枢轴套筒轴旋转移动的枢轴套筒。

在各种实施方式中，枢轴套筒可以包括内圈和外圈之间的球形轴承的集合。

在各种实施方式中，内圈可以形成为转轴。

在各种实施方式中，外圈可以通过轴承套管和粘附地附接至轴承套管的锁闭器形成。

在各种实施方式中，数据存储设备可以进一步包括定位在两个致动器臂之间的预放大器芯片。

在各种实施方式中，数据存储设备可以进一步包括定位在两个致动器臂之间并且附接至两个致动器臂的弹性电路。

在各种实施方式中，预放大器芯片定位在弹性电路上。

在各种实施方式中，致动器包括第二阶段微致动器。

在各种实施方式中，数据存储设备可以进一步包括附接至致动器的一端的滑动器。

在各种实施方式中，滑动器配置有包括多个凹槽的空气支承表面。

在各种实施方式中，空气支承表面包括在尾板上的小板。

在各种实施方式中，数据存储设备可以进一步包括布置在滑动器一端上的读取磁头设置。

在各种实施方式中，读取磁头设置可以包括传感器，该传感器包括：第一自旋阀；第二自旋阀；和定位在第一自旋阀和第二自旋阀之间的分离器结构。

在各种实施方式中，磁头读取设备进一步包括第一侧磁屏蔽；和第二侧磁屏蔽；其中第一侧磁屏蔽和第二侧磁屏蔽以与磁道相交的方向设置在传感器的相对侧上。

在各种实施方式中，磁头读取设置进一步包括上部磁屏蔽和底部磁屏蔽；其中，上部磁屏蔽以顺磁道方向设置在传感器的顶侧并且底部磁屏蔽以顺磁道方向设置在传感器的底侧。

在各种实施方式中，数据存储设备进一步包括密封壳体。

在各种实施方式中，数据存储设备进一步包括设置在密封壳体中的电池；设置在所述密封壳体中并且配置为将电池耦合至设置在密封壳体的外侧的外部电源的电感耦合装置；和设置在密封壳体中并且配置为与设置在密封壳体外侧的外部收发器装置进行无线通信的内部收发器装置。

在各种实施方式中，介质进一步包括布置在伺服层和数据记录层之间的第一中间层。

在各种实施方式中，伺服层配置为提供位置检测的定位错误信号。

在各种实施方式中，定位错误信号配置为用于数据读取和写入操作的反馈时钟信号。

在各种实施方式中，伺服层包括比在记录层中的饱和数据写入所要求的饱和场更大的成核场(Hn)。

在各种实施方式中，伺服层包括接近于1的矫顽力矩形值。

在各种实施方式中，数据存储设备进一步包括配置为提供热能以帮助在伺服层上的伺服信号的写入的外部热源。

在各种实施方式中，伺服层可以包括具有多个伺服层磁道的连续磁道结构。

在各种实施方式中，多个伺服层磁道中的每个被分配频率信号。

在各种实施方式中，数据存储设备进一步包括磁头，该磁头包括读取器。

在各种实施方式中，读取器配置为当读取来自介质的信号时，检测伺服层信号和记录层信号。

在各种实施方式中，记录层信号包括最大运行长度限制以为了减少记录层信号和伺服层信号之间的干扰。

在各种实施方式中，磁头进一步包括写入器。

在各种实施方式中，数据存储设备进一步包括第一预放大器和第二预放大器。

在各种实施方式中，第一预放大器可以耦合至读取器并且配置为接收在写入操作期间由读取器读取的信号。

在各种实施方式中，第二预放大器可以耦合至写入器并且配置为在将放大的数据信号提供给写入器用于将数据写入数据记录层之前而对数据信号进行放大。

在各种实施方式中，介质可以包括一个扇区中的多个伺服模式和多个数据扇区。

在各种实施方式中，多个数据扇区被写在数据记录层上。

在各种实施方式中，多个伺服模式可以包括包括自动增益控制的第一伺服模式、扇区地址标记和格雷码；以及包括多个服务器脉冲的第二伺服模式。

在各种实施方式中，第一伺服模式以及第二伺服模式被写在伺服层上。

在各种实施方式中，第一伺服模式被写在伺服层上并且第二伺服模式被写在数据记录层上。

图1为具有基座板102的数据存储设备100的俯视图，该基座板102带有用于耦接其上的互补覆盖物104以限定数据存储设备100的各种部件驻存在其中的体积。覆盖物104以破坏脱离的方式显示以揭示通过盘片夹110固定于主轴电动机108的盘片106以及致动器112，盘片106关于第一轴旋转移动。致动器112包括用于关于第二轴旋转移动的枢轴114和至少一个致动器臂116，每个致动器臂116具有承载磁头万向悬置组件(HGSA)118的远端，使得致动器112关于第二轴的旋转使读取/写入设备118进入与盘片106上的期望磁道的期望接近度。致动器112可以包括第二阶段微致动器，使得滑动器120可以具有独立、增加的转移或旋转的移动以增强使读取/写入设备118进入与盘片106上的期望磁道的期望接近度的准确度。在一个实施方式中，致动器112具有两个致动器臂116，每个支撑HGSA118用于写入盘片106的两个相对面或从盘片106的两个相对面读取。在数据存储设备100的非接触开始-停止的实施方式中，设置加载/卸载斜面122与盘片106相邻，用于当数据存储设备100不在操作中时保持HGSA118。每个HGSA或磁头118建立上在滑动器120，滑动器120被成形为生成正压力和负压力的期望平衡，其当盘片106旋转时与在滑动器120周围生成的空气流动动态以及万向件和悬置件的影响结合，使得磁头118在相对于盘片106的表面的的期望飞翔高度处“飞翔”。因此，可以理解的是，这些部件聚合在一起以及实现期望飞翔动态所要求的最小间隔可能对寻求减少数据存储设备100的整体厚度制造困难。这是为什么简单地按比例缩小各种部件不会产生具有满足消费者需求的必要性能和可靠性的数据存储设备100的各种理由中的一个。

除了由基座板102上的各种部件占据的最小空间外(在不动空间和脚位方面)，应当理解的是，由于数据存储设备100中的各种部件之间的复杂动态，所以由基座板102和覆盖物104限定的体积不能简单地按比例缩小而不会负面影响数据存储设备100的性能和可靠性。这从表1中的比较明显看出，该比较为常规7毫米厚、2.5英寸形状因子的数据存储设备的基座板的共振频率针对所有部件被简单地按比例缩小以适合5mm的整体厚度的假设的2.5英寸形状因子的数据存储设备的基座板的模拟图的比较。

表1

仿真结果显示假设地按比例缩小的数据存储设备展示较低的共振频率，较低的共振频率会显著地负面影响数据存储设备操作的动态行为并且从而使同一形状因子的整个盘片驱动器性能更低，尤其在速度和存储量方面。本文中使用的术语“形状因子”涉及对于给定的介质直径而言的数据存储设备的常规整体宽度和长度尺寸。因此，如果要满足消费者在产品性能和可靠性上的期望和信赖，那么简单地按比例缩小常规的数据存储设备是不可行的。

基座板和覆盖物

图2显示数据存储设备100的“下侧”。根据提出的数据存储设备100的实施方式，存在当耦接在一起时限定整个厚度不大于5mm的基座板102和覆盖物(未示出)。如图2中显示的，基座板102可以具有相对于选择性的部分(例如框架元件和突起)而凹陷的外壁面。具有各种电子部件的印刷电路板组件124(通过螺丝或这种紧固件)附接至基座板102的外部面，优选地，印刷电路板组件124坐落在凹陷区中的厚度使得印刷电路板组件124的厚度不构成数据存储设备100的整体厚度。在另一个实施方式中，例如图3中示出的一个，基座板102的外部表面可以为基本上平坦的或处于同一平面而不会升起的或凹陷的区域。可以选择印刷电路板124为大约与基座板102的尺寸相同或显著地更小的尺寸。

在一个实施方式中，与外部或主机设备的通信是经由连接器(未示出)的。如图2中显示的并且由圈出的部分A指示的，基座板在一端被成形为用于接收可与外部或主机设备上的互补连接器耦合的连接器。接收器安装至印刷电路板组件124并且布置在数据存储设备100的盘片端。在另一个实施方式中，如图4中显示的，连接器安装至印刷电路板124，并且布置在数据存储设备100的致动器端。

如图3和图5所示出的，基座板102包括开口156，以用于安装主轴电动机。有利地，盘片磁道组件(包括主轴电动机108，带有至少一个盘片106安装在其上)所在的基座板102的区域基本上是平坦的。

参考图5和图6，基座板102的内部面可以包括基本上圆形凹部128，其由基座板102所显示的壁130限定，以助于在盘片106的边缘处的期望边界条件的形成。而且，可以设置特别的气流转移路径(如图6中的箭头指示的)以引导气流并且减少在致动器臂116、悬置件132和滑动器120上碰撞的气流，因此导致减少在这些部件上的流动引起的振动。悬置件132是从致动器臂116延伸出的薄的不锈钢片。而且，滑动器120在悬置件132的远端并且安装在悬置件132的面对盘片106的面上。读取/写入设备118装载在滑动器120上。如所显示的，壁130可以是不连续的，由空隙134中断，在高度上减少或破损以形成进入侧通道135的入口，滤波器可以位于侧通道中用于过滤来自数据存数设备100的内部的污染物和微粒

如图7A和图7C所显示的，覆盖物104可以包括至少一个选择性缩进或突出区域136以增加覆盖物104的坚硬度而不会显著地扰乱空气流动动态。本申请中使用词语“空气”，通常涉及建立在数据存储设备100中的惰性气体或气体混合物。例如，选择性地突出的区域136的特征可以是径向形式设置，从第二轴限定的点延伸出。在另一个实施方式中，至少一个选择性突出区域136可以为组装中的盘片106的弧形的限定部分，同时不随着其在盘片106上移动HGSA(未示出)而干扰致动器(未示出)。弧形的选择性突出区域136可以包括两个或多个径向支持件138，其在组装中时延伸以接触基座板(未示出)。这有利地导致覆盖物104的较好的坚硬度和该组覆盖物104的保护功能，该功能性在数据存储设备100的移动应用中是尤其重要的。

如图7A、图7B和图7C中显示的，在一个实施方式中提出的提供具有坚硬肋部或突出区域136的平面表面的覆盖物104，当在组装中时覆盖物104基本上平行于盘片106。上部覆盖物104的缩进区域136导致上部覆盖物104和盘片表面106之间的减少的空气空隙142，这有效地抑制在数据存储设备100内的气流湍流强度。因此，在音圈电动机(未示出)、致动器臂(未示出)、悬置件(未示出)和滑动器(未示出)的表面上的强制振荡减少，导致减少流动引起的振动。

进一步，如图8A和图8B中显示的，缩进区域136可以设置在悬置件312和滑动器区域120的正上方，这进一步稳定在这个关键区域中的气流并且基本上减少滑动器120的振动。因此，磁记录的磁道密度增加。

如上文所述，由覆盖物104和基座板102限定的体积内的空气流动动态可以影响数据存储设备100的性能，这特别因为当数据存储设备100在操作时，作用在滑动器120上的力的微妙的平衡。当盘片106旋转时，特定体积的空气会被盘片表面106拖拽。覆盖物104的内部面和基座板(未示出)的轮廓被选择性地设置为当数据存储设备100在操作时用于期望空气流动动态。这可能涉及带有坚硬肋部(未示出)的平面表面和基本上圆形的缩进(未示出)，当在上部覆盖物104的组装中时，该平面表面基本上平行于盘片106，该基本上圆形的缩进由基座板所显示的壁限定以助于在盘片106的边缘处的期望边界情况的形成。

可替选地，如图9A和图9B中所显示的，缩进区域或板144可以在盘片(未示出)的上方被添加到上部覆盖物104，以便用作空气盖来抑制气流湍流的和降低流动引起的振动。

为了改进数据存储设备100的鲁棒性和移动性能，减震系统146可以集成在其中。如图9B和图9C中所显示的止动块148可以与加载/卸载斜面122一起设置，以当覆盖物(未显示)受到外力时，防止覆盖物接触盘片表面。在另一个方案中，如图9A和图9B中所示的，减震系统146可以包括至少一个盘片限制器150，其布置在数据存储设备100中的至少一个盘片106的外围的选择的点处。在数据存储设备100包括一个盘片106的实施方式中，盘片限制器150可想而知可以是单片形成的。如图9C中的横截面A-A显示的一个实例，提出与盘片106的边缘的形状互补的侧剖面。在其它实施方式中，盘片限制器150可以配置为通过向下装配来易于制造。

如图10A所显示的，减震器146可以附接至覆盖区104和基座板102的内部面的至少一个区域，以在致动器臂116或万向悬置刺头(HGSA)118撞击覆盖物104或基座板102的情况中，抑制和减少任何震动。减震器146的建议位置包括覆盖区104的内部面和基座板102的内部面，其中HGSA118的远端(如图10A、图10B和图10C中提供的实例)或致动器臂116(如图11A、图11B和图11C中提供的实例)可能经历更大的位移并且因此很可能在震动情况期间撞击覆盖物104或基座板102。如所示出的，至少一个减震器146可以以弯曲的、直的线、几何形状或不规则形状布置在部分壳体上(设计覆盖物104和/或基座板102)。例如在图11D中的，减震器146的一个实施方式包括布置在覆盖物104和/基座板102的内部面的基本上平坦的区域上的一个减震器。如图11E中所显示的，减震器146的另一个实施方式包括布置在覆盖物104和/或基座板102的内部面上的凹进、缩进或凸起区域(通常称为凹部)152中的一个减震器。仍然可替选地，减震器146的一个实施方式可能布置在覆盖物104和/或基座板102的内部面上的凹部152上，使得减震器146从凹部152突出，以便提供期望的减震。减震器146的厚度可以从几十微米变化到几百微米。减震器146可以选自弹性材料、塑料膜、紫外线可固化聚合物，其可以自粘附在覆盖物104和/或基座板102的选择区域或者可通过其它装置附接至覆盖物104和/或基座板102的选择区域而不使用可能助于释气问题的粘合剂。

在如图12A、图12B和图12C所示出的另一个实施方式中，当在组装中时，凹坑154可以形成在覆盖物104和基座板102上对应于盘片106圆周的选择的点上。凹坑154可以被直接机器加工到覆盖物104和/或基座板102上，或者可以通过选择的聚合物适当地形成使得凹坑一种盘片限制器。

主轴电动机

图13A和图13B显示根据本发明的实施方式的形成为永磁同步电动机108的数据存储设备的相应的横截面侧视图和分解图，该永磁同步电动机配置有无芯结构的轴向电磁场(AEMC-PMSM)。

电动机108包括电动机基座168、从电动机基座168延伸出的电动机轴172和转子170(如图13B中所显示的，为3D转子轭174、2D磁盘180和转子壳186的结合)，转子170相对于电动机基座168、关于几何旋转轴Xr旋转安装。转子170还包括3D转子轭174，该3D转子轭174包括转子上部轭176和转子底部轭178。转子170还包括2D磁盘180，2D磁盘180包括上部磁体182和底部磁体184。上部磁体182被定位为与转子上部轭176接触，并且底部磁体184被定位为与转子底部轭178接触。转子170还包括定位在上部磁体182和底部磁体184之间的2D绕组或电枢绕组158。转子170还包括转子壳186，其布置在2D磁盘180上方以便将所有部件装入其中。而且，转子170包括磁屏蔽层188，其定位在转子上部轭176和转子壳186之间以便屏蔽由2D磁盘180生成的磁场。电动机108配置为在流体动力轴承或球状轴承160上关于第一或几何轴Xr旋转。

，在提出的超薄、小的形状因子的数据存储设备100中选择使用选择配置有无芯结构的轴向电磁场(AEMS-PMSM)的永磁同步电动机108，其如图13A中的横截面和图13B中的分解透视图中所显示。如所示出的，存在关于基本上平行于第一轴的轴的绕组158，主轴电动机108配置为关于该第一轴旋转。

如图14中所示出的，一个绕组158可以由多个线圈162形成，例如，对于一相绕组来说，可能由6个线圈162形成。如图14、图18和图22所示，绕组158可以是“120度”同心绕组158的形式。

例如图14中所示出的，在绕组158可以被描述为“120度”同心绕组的一个实施方式中，这个绕组158在主轴电动机操作中利用基本的或二级的电磁场谐波。

图15示意性显示用于两层印刷电路板的3相绕组158，图16A示意性显示用于两层印刷电路板166的A相绕组158，图16B和图17示意性显示用于两层印刷电路板166的B相和C相绕组158。在所示出的实施方式中，三相绕组158以两层印刷电路板166来实现，但是可以理解的是多相二维绕组158可以由印刷电路板、粘合线、精细图案线圈或其他线与电路技术形成。在一个磁性电极对范围中，绕组158可以由三个圆周形成。应当理解的是，绕组158的有效长度相对于第一轴而径向地搁置的长度。所提出的布线层有利地允许这样一种绕组模式，其增加绕组158的有效长度而不会增加圆周方向的绕组158(端绕组)的长度。如从图16A、图16B和图17明显看出的，端绕组218可以实际上被显著地减少，同时绕组158的有效长度或部分220增加。在每个绕组158中设置的是通孔164，其用于在第一层中的绕组158的传导线路或线与印刷电路板166的第二层中或其它面上的对应绕组158电气通信而不会干扰绕组几何形状。而且，每对绕组158中的对应绕组158，在绕组158的中间区域有利地相互通信使得通孔164不通过生成反电动势(emf)来影响绕组性能。通孔154的位置选在绕组158未有效生成力矩的地方，使得这种假定的在绕组层上的无效率的空间可以被完全利用。

利用在不同电极对之间如图16中所示出的沿着连接绕组层的外部圆周或如图20中所示出的沿着绕组层的内部和圆周两者延伸的连接，可构思不同绕组配置。

在一个实施方式中，如图22中所显示的，三相主轴电动机108可以利用带有两个磁性电极对四层的印刷电路板166形式的绕组层来实现。要理解的是，其中使用多层电路板166，一些绕组158也在印刷电路板166中。尽管由永磁体生成的磁场的量级在轴向方向中变化，并且因此引起的反电动势的量级在多层印刷电路板166的不同层处是不同的，但是所提出的绕组层可以有利地解决这种变化，并且使得所有三相绕组的磁通匝连数平衡，并且这在主轴电动机的生成平衡反电动势中是重要的。在一个方案中，提出的绕组层可以利用仅仅两层绕组158来生成所要求的力矩。在例如印刷电路板166具有多于两层的另一个方案中，每层处的绕组158的有效长度可以变化以抵消磁场的量级的变化。

因此，绕组158的有效数量和绕组158的有效长度可以增加，而不会损失力矩或需要增加主轴电动机108的高度和脚位以弥补对于期望主轴电动机力矩所需要的有效绕组158。

在另一个实施方式中，绕组158配置用于主轴电动机操作中的四级谐波的使用，例如图18。在示出的实施方式中，在四个磁性电极对范围中，绕组由9个圆周形成。图19显示用于八个磁性电极对的A相绕组158，其中绕组158以两层印刷电路板166来实现，其中在不同磁性电极对处的A相线圈与在绕组158的外部圆周侧上延伸的线路连接。图20显示这个实施方式的B相绕组158，其中在不同磁性电极对处的线圈162可操作地沿着绕组158的内部圆周侧耦合。图21显示C相绕组158，其中在不同磁性电极对处的线圈162可操作地通过选择性地沿着绕组158的内部圆周侧和沿着绕组158的外部圆周侧延伸的线路耦合。在不同电极对的线圈162之间的耦合可以为如所示出的波状。如在涉及二级谐波的前述实施方式中的，这个实施方式中，在绕组158的中央区域中，每对绕组158中的对应绕组158可以有利地相互通信使得通孔164不通过生成的反电动势影响绕组158的性能。因此，绕组158的有效数量和绕组158的有效长度可以增加而不会增加主轴电动机108的高度和脚位。有益地，主轴电动机108没有齿轮力矩或不平衡的磁性拉力。

带有低剖面枢轴套筒的致动器

图23A从一个视角显示数据存储设备100的示意性横截面视图，从图23A明显看出如在前文中描述的那样的低剖面电动机108可以使得数据存储设备100的制作在整体厚度上减少超过30％。同时图23B从另一个视角显示数据存储设备100的示意性横截面视图，所图23B所示出的，在数据存储设备100的整体厚度中的任何减少收到致动器112的整体高度的限制。同时，致动器112不能被有差别地按比例缩小，因为致动器112包括用于承载HGSA的至少一个致动器臂116，因而致动器112关于第二轴的旋转使读取/写入设备致动器112进入与与盘片106上的期望磁道的期望接近度。

如图25中所显示的，致动器112包括致动器本体190，该致动器本体190具有枢轴套筒192，以用于关于第二轴X₂的旋转移动。在如图24中显示的一个实施方式中，枢轴套筒192在具有内圈194和外圈196之间中的一组球状轴承160。内圈194可以兼做轴198，轴198具有用于固定至基座板(未示出)的特征例如如所示出的在其中央的螺纹孔200。外圈196通过轴承套管202形成，该轴承套管202可以包括锁闭装置或锁闭器204。锁闭器204可以粘附地或否则相对于轴承套管202地固定，因而助于将预选择的预加载荷应用到球状轴承160。在这样的配置中，对于每个球状轴承160来说，有四个接触点208，接触角度可调节以满足预选的轴承坚硬度。选择的球状轴承160可以大于在相似应用中的枢轴套管中使用的典型球状轴承见到的这些球状轴承。在这种枢轴套筒192中的球状轴承160可以具有更宽的轴承节距，也就是说，进一步与相似应用中使用的典型球状轴承中见到的配置相比是隔开的。因此，有利地，本发明中的低剖面枢轴套筒192允许致动器(未示出)的整体高度的减少而且还提供必备的预加载荷而不引起轴承坚硬度的减弱。这种枢轴配置的变化可以利用不同电动机来实现，例如以音圈电动机可驱动的致动器112例如图25中所示出的那个。

带有PZT电动机的致动器

具有减少的脚位的致动器可以通过使用图26中显示的压电(PZT)电动机210代替音圈电动机来实现。可替选地，如较早的图24中所显示的本发明中的低剖面枢轴套筒192可以实现在包括较低剖面以及减少的脚位的PZT电动机210的致动器112中。PZT电动机210可进一步配置为具有固有的限制角移动范围，因此得物理限制止动可能是多余的。然而，物理限制止动和闩可以设置在数据存储设备100中，为了确保致动器112不把HGSA(未示出)撞向枢轴电动机(未示出)或(在没有加载/卸载斜面配置中)不使HGSA摆动离开盘片(未示出)。在本实施方式中，有利的是，物理限制止动和闩可以用作支持或增加的保护，从而增加数据存储设备100的鲁棒性和移动性。也可以选择其它PZT致动器。

在一个实施方式中，如图27和图28所示出的，致动器主体190容纳枢轴套筒192和致动器电动机210两者，其中致动器电动机210通过压电可操作。这与常规思路是相反的，常规思路避免将致动器主体190扩大超出保持枢轴套筒192的所必要的范围。但是，有利地，包括枢轴套筒192和PZT电动机210的本发明的致动器主体190会减少致动器组件占据的整体脚位或不动空间，并且从而减少数据存储设备100的整体尺寸，如图29所表明的那样。

图30为在其中致动器112由PZT电动机或设置210来驱动的数据存储设备100的示意性俯视图。图31为在其中致动器112由音圈电动机212来驱动的数据存储设备100的示意性俯视图。有利地，当致动器112配置为可以利用PZT驱动装置210来操作时，如从图30和图31的比较中所明显看出的，数据存储设备100的整体尺寸可以减少至更紧凑的尺寸而不会压缩介质的尺寸。带有本发明致动器112的2.5英寸形状因子的数据存储设备可以因此具有更短的长度，相应地体积比常规2.5英寸形状因子的数据存储设备100的体积小30％，由于低剖面枢轴电动机108和低剖面致动器112的选择造成的，甚至不用借助数据存储设备100的整体厚度的减小来减小体积。结果，数据存储设备100的总体重量与常规2.5英寸形状因子的数据存储设备相比减少30％。给出这些关于2.5英寸形状因子估计的图仅仅出于说明目的，并且本领域技术人员应当理解的是，重量、整体尺寸和厚度中的减少对于其它形状因子而言是可实现的。因此，可以理解本发明数据存储设备100用作/用在移动消费类电子产品中的胜任度或适用性是显著地增加的，这是因为数据存储设备会占据任何主机设备中的更少的有价值的不动空间。

圆形壳体

所提出的致动器112所具有的另一个优点是增加重新限定数据存储设备100的整体形状的弹性。例如，如图32中所示出的，圆形的形状是可能的。如图33中所示的，利用这种形状，耦接基座板102和覆盖物104的不同方法现在是可变化的，并且有利地提供改进的密封或要求更少的固定件，从而减少整体成本并且增加制作的容易性。在数据存储设备100填充有惰性气体或气态混合物而例如氦不是空气，可以理解的是配置在新的轮廓中的基座板102和覆盖物102的耦接边缘或侧的能力可以改进密封性同时最小化制造挑战。

预放大器(Pre-Amp)和弹性

在图34中显示的实施方式中，致动器112包括配置为关于第二轴X2枢轴移动的致动器主体190，第二轴基本上垂直于基座板(未示出)限定的平面。从致动器主体190延伸出的是至少一个致动器臂116。通常在相对的方向从至少一个致动器臂116延伸出的是音圈212(如图36A显示的)。在组装中，音圈212布置在从相对于基座板固定的至少一个永磁体的设置发射出的磁场中，使得当可控制地将致动电流供应至音圈212时，在音圈212上导致的力提供力矩力来关于致动器的枢轴转动致动器112。在另一个实施方式中，包括音圈212和至少一个永磁体和轭的设置的音圈电动机由PZT电动机来代替。

在组装中，每个致动器臂116可以以与一个或两个磁头万向悬置组件(HGSA)(未示出)耦接接合的方式在远端结束。在有两面都为了数据存储而被格式化的一个盘片的数据存储设备中，可以使用具有两个致动器臂116的致动器112，每个致动器臂116支撑一个HGSA。传导轨迹或线路的长度沿着悬置件(未示出)和致动器臂116延伸，其在至少一个预放大器214中结束，之后在弹性电路(如图4中所显示的216)的条带上继续，到与印刷电路板组件上的其它电路可操作地通信的连接器(如图4中显示的126)。在低剖面致动器112中，如图34中所显示的，可以发现预放大器芯片(pre-amp)214相邻于致动器主体190。在一个实施方式中，预放大器214具有不大于致动器主体190的高度的长度和宽度。不应当假设致动器主体190必须是单片形成的圆柱。而是，如图35中的分解图示出的，致动器主体190可以通过在两个致动器臂(图35中标记未190的部分还用作致动器臂)之间重叠空格(未示出)来形成，所有致动器臂具有合适尺寸设置的钻孔，用于与枢轴接合和在一些实施方式中还与PZT电动机接合。可替选地，PZT电动机或枢轴套筒可以配置为用作隔板，以建立相邻致动器臂116之间的期望分离。

图36A和图36B显示来自HGSA118的传导轨迹或线路如何可以连接至与预放大器214的可操作通信的弹性电路216的细节。在一个实施方式中，预放大器214尺寸设置为不大于相邻致动器臂116之间的间隔的长度。为了清楚起见，图36A和图36B的致动器被示出为没有传导轨迹或线路。弹性电路216用于预放大器214一端可以直接焊接在致动器主体190和/或致动器臂116的一侧上。可替选地，弹性电路216的一端可以具有大于相邻致动器臂116之间的间隔或分离的宽度。弹性电路216的该端的宽度可以折叠，使得折叠的侧面焊接或否则粘附至上部致动器116的下侧和下部致动器臂116的顶侧。当然，应当理解的是，“下侧”、“上部”、“下侧”和“下部”是为了方便而使用，并且不意图限制关于绝对方向的固定定向中的数据存储设备100的使用。

如图37A和37B中所显示的致动器112可以进一步包括第二阶段微致动器222，使得滑动器120可以具有独立的、增加的转移或旋转移动以增强使读取/写入设备118进入与盘片(未示出)上的期望磁道的期望接近度的准确性。在一个实施方式中，如图37A和37B中所显示的，第二阶段微致动器222可以为直接在弯曲件224上和/或与弯曲件224集成的至少一个热致动器。弯曲件224布置在悬置件的一端，并且包括舌片226，通过舌片支撑滑动器120。如可以理解的，低成本的制造是允许的，同时可以最小化弯曲件224的厚度上的任何增加。

ABS

从致动器臂(未示出)延伸出的HGSA(未示出)在承载读取/写入设备的滑动器120中终止。本领域的熟练技术人员会理解滑动器120具有带有后缘230的空气支承表面(ABS)228，读取/写入设备位于该后缘处。图38为所提出的用于低剖面或超薄数据存储设备100的滑动器120的ABS228的俯视图。

图39为其透视图，以示出ABS228上的不同区域的相对高度。ABS配置特别适合于设计为以5400转每分钟(RPM)来操作的数据存储设备，但是也适合于在最小飞翔高度(FH)下降的更低RMP配置(例如3600RPM)。换句话说，提出的滑动器120适合于多RPM配置并且适合于在功率管理优先的移动数据存储应用中的使用。而且，图38和图39的ABS设计在高海拔(3km)操作上具有最小FH损失。

提出的ABS配置可以有利地采用导向横杆(deflector rail)236和通道以帮助将在ABS腔232(如图39、图40、图41所显示的)中聚集的润滑剂远离中央尾板(如图39、图40、图41所显示的)转移以减少“瀑布效应”，其中，在卸载(非操作)期间，在滑动器120的后缘230处收集的润滑剂瀑布般地流回中央尾横杆ABS表面228，并且因此在滑动器120的重加载期间影响磁性间隔，这是因为为ABS228上存在润滑剂膜。另外，设置导向横杆或反粒子横杆236，以最小化空气传播的粒子进入中央通道导致FH调整或失败的可能性。所提出的ABS配置可以采用延伸的ABS侧横杆和在后缘230处的AlTiC和Al2O3两者的深度蚀刻，以改进摩擦性能并且最小化滑动器角落至盘片接触的情况中的失败。而且，提出的ABS配置可以包括尾板234上的闭合蚀刻图案以改进滑动器120的阻尼比。

在另一个实施方式中，可以利用ABS228配置滑动器120，ABS228在靠近后缘230的负压力(负环境压力)区域处具有闭合蚀刻的并且深的凹槽238。凹槽238的蚀刻深度可以和基座凹部的深度相同。凹槽238如图40中的俯视图显示的示出，并且在图41中以ABS的透视图给出。凹槽238可以位于逆流的空气流动与向前的流动相遇并且形成形成滞点线的区域。这样，ABS设置有这样一种区域，在该区域中润滑油(润滑剂)滴、粒子和污染物(之后通常称为“污染物”)有可能聚集。可替选地，凹槽238可以位于低空气切变应力区域，其中在该区域中污染物更可能聚集。有利地，深的并且闭合的凹槽238帮助收集污染物并且避免污染物在ABS228上聚集，以便改进滑动器120的可靠性能。有利地并且意料之外地，可以发现凹槽238可以包括增加空气支承阻尼，以便帮助降低滑动器120在其第二节距模式处的振动。应当理解的是，如图40和图41所示的ABS228和凹槽的配置目的仅在于理解而不意图阻止其它可能的凹槽238的配置。例如可以包括多个凹槽238和其它形状，例如图42中显示的实例。

在另一个方案中，ABS228可以包括在尾板242(后缘处的中央板)上的小板240，如图43和图44所示出的。对于可能的尺寸的非限制建议包括在1纳米(nm)至6毫纳米(nm)之间的小板240的高度，其中小板240的最小高度为小于10微米(μm)并且小板240的面积可以为小于30平方微米。在尾板242上包括小板240是期望显著地减少短程力。因为滑动器120仅具有一个稳定的飞翔状态，所以这并不说明滑动器120在不同飞翔高度上弹跳。有利地，在小于1纳米的飞翔高度处滑动器弹跳被最小化或不存在。而且，尾板242具有小的短程力，但是具有强的空气支承力。

屏蔽

尽管所提出的屏蔽设备的实施方式将参考与用于垂直记录的平面(CPP)双自旋阀磁性记录磁头224垂直的差分电流来描述，但是本领域的技术人员可以理解以下说明不排除与本发明数据存储设备一起使用的其它类型的记录设备(通常描述为本发明应用中的读取磁头)的选择。

在一个实施方式中，设置有具有传感器292的自偏置双自旋阀读取磁头244。传感器292包括第一自旋阀246和第二自旋阀248，如图45中所示意性示出的，其中不需要提供硬偏置。

如图46中所显示的，第一自旋阀246包括第一自由层结构(FL1)254，与第一自由层结构254相邻布置的第一间隔层(SL1)256，与第一间隔层(SL1)256相邻布置的第一钉扎结构(pinning structure)258和与第一钉扎结构258相邻布置的第一反铁磁性层(AFM1)260。第二自旋阀248包括第二自由层结构(FL2)262，与第二自由层结构262相邻布置的第二间隔层(SL2)264，与第二间隔层(SL2)264相邻布置的第二钉扎结构266和与第二钉扎结构266相邻布置的第二反铁磁性层(AFM2)268。在第一自旋阀246和第二自旋阀248之间设置分离器结构(GL)270。分离器结构270可以紧邻第一自由层结构254和第二自由层结构262。读取磁头244可以配置为差分CPP操作。读取磁头244可以配置为在第一钉扎结构258中有奇数个第一铁磁性层去在第二钉扎结构266中有偶数个第二铁磁性层，以便当电流流经传感器292时，使得传感器292能够提供差分信号。

第一反铁磁性层260和第二反铁磁性层269可以是同样的材料。

第一钉扎结构258中的奇数个第一反铁磁性层可以包括第一钉扎层(PL1a)272，第一进一步钉扎层(PL1b)274并且第一参考层(PL1)276并且偶数个第一反铁磁性耦合成可以包括第一子反铁磁性耦合层(AFC1a)278和第一第一进一步子反铁磁性耦合层(AFC1b)280。

第一子反铁磁性耦合层278可以布置在第一钉扎层272和第一进一步钉扎层274之间，以便形成第一钉扎层272和第一进一步钉扎层274之间的反铁磁性耦合，使得第一钉扎层272可以具有与第一进一步钉扎层274不同的磁化方向。第一进一步子反铁磁性耦合层280可以布置在第一进一步钉扎层274和第一参考层276之间，以便形成第一进一步钉扎层274和第一参考层276之间的反铁磁性耦合，使得第一进一步钉扎层274可以具有与第一参考层276不同的磁化方向。

偶数个第二反铁磁性层可以包括第二参考层(RL2)282和第二钉扎层(PL2)284并且奇数个第二反铁磁性耦合层可以包括第二子反铁磁性耦合层(AFC2)286。

第二反铁磁性耦合层286可以布置在第二参考层282和第二钉扎层284之间，以便形成第二参考层282和第二钉扎层284之间的反铁磁性耦合，使得第二钉扎层286可以具有与第二参考层282不同的磁化方向。

第一反铁磁性层260可以布置为与第一钉扎层272接触，使得第一反铁磁性层260可以配置为通过在第一反铁磁性层260和第一钉扎层272之间交换耦合而固定第一钉扎层272的磁化方向。

第二反铁磁性层268可以布置为与第二钉扎层284接触，使得第二反铁磁性层268可以配置为通过在第二反铁磁性层268和第二钉扎层284之间的交换耦合而固定第二钉扎层284的磁化方向。

第一参考层276和第二参考层282可以具有不同的磁化方向。

在实施方式中，第一反铁磁性层260和第二反铁磁性层268可以是相同的材料并且可以处于相同的磁化方向。因此，第一钉扎层272和第二钉扎层284可以处于相同的磁化方向，这是由于相应的第一反铁磁性层260和第一钉扎层272之间以及第二反铁磁性层268和第二钉扎层284之间的交换耦合。

第一进一步钉扎层274可以包括基本上等于第一钉扎层272和第一参考层276的组合磁性厚度的磁性厚度，使得总共的第一钉扎结构258的磁性厚度可以接近于0以增加钉扎场(钉扎场与第一钉扎结构258的磁性厚度成反比)。

在各种实施方式中，磁性厚度可以限定为层的饱和磁化(Ms)和物理厚度(t)的乘积。作为实例，可以不必须具有在相应的第一钉扎结构258和第二钉扎结构266中的完全抵消的磁性厚度。就这点而言，使用第一钉扎结构258作为实例，相应的第一钉扎层272或第一进一步钉扎层274比第一参考成276稍微更厚的磁性厚度可以有利于减少来自作用在第一自由层结构254上的第一钉扎结构258的静磁场。相似地，对于第二钉扎结构266而言，第二钉扎层284臂第二参考层282稍微更厚的磁性厚度有利于减少来自作用在第二自由层结构262上的第二钉扎结构266的静磁场。

在一个实施方式中，相应的第一钉扎层272、第一进一步钉扎层274、第一参考层276、第一自由层结构254、第二钉扎层284、第二参考层282和第二自由层结构262可以包括相同或不同的材料。作为实例，相应的第一钉扎层272、第一进一步钉扎层274、第一参考层276、第一自由层结构254、第二钉扎层284、第二参考层282和第二自由层结构262中的每个可以包括具有不同材料和顺序的任意数量的铁磁性层，例如第一进一步钉扎层274可以包括CoFe/CoFeB，并且第一参考层276可以包括CoFeB/CoFe或CoFe/CoFeB。而且相应的第一钉扎层272、第一进一步钉扎层274、第一参考层276、第一自由层结构254、第二钉扎层284、第二参考层282和第二自由层结构262可以包括单层或多层机构，例如，第一自由层结构254的CoFe/NiFe；第二自由层结构；第一参考层276的CoFe/CoFeB；第二参考层282。

在实施方式中，相应的第一反铁磁性层260和第二反铁磁性层268可以包括从例如包括IrMn、Ir₂Mn、PtMn、FeMn的组中选择的反铁磁性材料。

第一自由层结构254可以包括平行或反平行于第二自由层结构262的磁化方向。如图46中的实例，如箭头所显示的，第一自由层结构254可以包括平行于第二自由层结构262的磁化方向。

分离器结构(GL)270可以包括空隙层。取决于用户和设计要求，分离器结构270可以包括单层结构或多层结构例如Ru/Ta/Ru或Ru/Cu/Ru。

在实施方式中，相应的第一间隔层256和第二间隔层264中的每个可以包括绝缘体，例如金属或赫斯勒(Heusler)合金。分离器结构270可以包括非磁性导电材料。如进一步实例，分离器结构270可以包括金属例如Ta、Ru、Al、Cr和赫斯勒合金例如以CuCrAl为例。

在实施方式中，相应的第一自由层结构254和第二自由层结构262中的每个可以包括从由过渡金属和它们的合金例如半和全赫斯勒合金组成的组中选出的铁磁性材料的单层或多层。

如图46中的实例，第一钉扎结构258可以包括三个第一铁磁性层(即，第一铁磁性层272、第一进一步铁磁性层274、第一参考层276)和两个第一反铁磁性耦合层(即，第一子反磁性耦合层278、第一进一步子反磁性耦合层280)。作为进一步实例，第一钉扎结构258可以包括五个第一铁磁性层和两个反铁磁性耦合层。作为实例，第一钉扎结构258可以包括仅有的一个铁磁性层(即，第一参考层276)。作为另一个进一步实例，第一钉扎结构258可以包括五个第一铁磁性层和四个第一反铁磁性耦合层。第一钉扎结构258可以包括任何适合奇数个第一铁磁性层和任何适合偶数个第一反铁磁性耦合层，其中奇数个第一铁磁性层中的每个可以通过偶数个第一反铁磁性耦合层中的至少一个与奇数第一铁磁性层中的另一个分离。

第二钉扎结构266可以包括两个第二铁磁性层(即，第二参考层282和第二钉扎层284)和一个第二反铁磁性耦合层(即，第二子反铁磁性耦合层286)。作为进一步实例，第二钉扎结构266可以包括四个第二铁磁性层和一个第二反铁磁性耦合层。作为另一个进一步实例，第二钉扎结构可以包括四个第二铁磁性层和三个第二反铁磁性耦合层。第二钉扎结构226可以进一步包括任何合适的偶数个第二铁磁性层和任何合适的奇数个反铁磁性耦合层，其中，偶数个第二铁磁性层中的每个可以通过奇数个第二反铁磁性耦合层中的至少一个与偶数个第二铁磁性层中的另一个分离。

传感器292可以进一步包括布置在第一反铁磁性层260上的种子层290。在实施方式中，种子层290可以包括从例如包括Ta、NiFe、Cr、NiFeCr、CrRu的组中选出的金属。

传感器292可以进一步包括布置在第二反铁磁性层268上的封盖层288。在实施方式中，封盖层288可以包括任何导电材料，例如Ta、Ti、Ru、Au和Cr。

在一个实施方式中，进一步设置有至少一个第一侧磁屏蔽250和至少一个第二侧磁屏蔽252，其中至少部分的第一侧磁屏蔽250和至少部分的第二侧磁屏蔽252在传感器的相对侧，如图46、图48和图49所示意性示出的那样。

在实施方式中，进一步设置至少上部磁屏蔽294和底部磁屏蔽296，其可以以顺磁道方向分别布置在传感器292的上部和底部，如图47、图48和图49所示意性示出的那样。顺磁道方向涉及当数据存储设备在操作时，读取磁头配置为相对于盘片或介质行进的方向。在另一个实施方式中，第一侧磁屏蔽250和第二侧磁屏蔽252可以以与磁道相交的方向布置在读取磁头244的相对侧，使得(多个磁屏蔽250、252、294、296的)至少部分第一选择的磁屏蔽和(多个磁屏蔽250、252、294、296的)的至少部分第二选择的磁屏蔽通过绝缘体来分离而不会任何介入其中的双自旋阀结构，如图48和图49示出的那样。如本领域技术人员会理解的，磁屏蔽250、252、294、296可以从软铁磁性材料中选出。有利地，本实施方式允许侧面读取的减少，并且从而有助于更高读取密度。

WiFi和感应耦合电池，以用于在密封环境中维护数据存储设备时允许I/O和电 池充电

根据本实施方式，通过在填充有氦气的密封壳体298中提供数据存储设备100，数据存储设备100的容量显著增加并且操作性能显著地改进。长久以来认识到，利用氦环境，由于振动引起的流动造成的磁头的位置错误可以被显著地减少。这是由于更轻的质量和与空气环境相比的更高的氦阻尼。另外，在氦环境中，盘片存储设备100的磁头和介质之间具有与空气环境相比增加的抗腐蚀能力，更低的功率消耗、更平滑的温度分布以及更少由于湿度、海拔和其它大气效应造成的问题。

参考图50，框图描绘密封外壳298中的数据存储设备100。外壳298可以由陶瓷或液体晶状聚合物形式并且在制造后被密封。现有技术中的硬盘驱动器不能确保密封外壳的完整性，这是因为必须在外壳上设置孔口以用于向部件提供功率和用于将存储的数据信号提供至设备或从设备读取。本发明通过提供用于向数据存储设备100的电路和装置供电的电池300和提供用于感应性耦合至在密封外壳298外的电源306的装置或感应性耦合至在密封外壳298外的电源306的电路310以对电池300进行充电，克服现有技术中的这些缺陷。

外壳298可以由陶瓷或液体晶状聚合物或者任何其它具有接近零氦气渗透性的材料制成。如图51中所显示的，外壳298可以使用多种已知密封剂中的任意一种来热密封或者通过涂层、激光焊接或玻璃融化焊接或任意相似的密封方法来气密地密封。

另外，设置短距离高吞吐量外部收发器装置302以将外部输入/输出源304无线耦合至具有数据存储设备100的硬件电路312的印刷电路板(PCB)。优选地，外部收发器装置302为根据已知RF协议如WiFi或短距离60GHz通信的无线频率收发器的匹配对。因此，如图50所描绘的，数据存储设备100的机构例如盘片存储设备及其读取/写入控制(数据存储软件(DSS)314)、用于盘片存储设备100的操作的带有硬件电路312的PCB和电池300连同用于将电池300耦合至外部充电器308的感应耦合电路310和用于将DSS314耦合至I/O设备304的内部收发器电路316一起被密封在氦环境中。永久的密封可以在工厂里的受控环境中完成以显著减少外壳密封失败的可能性。

根据优选的实施方式，提出振荡氦气注入方法以用于将氦气灌注至密封外壳298中。如图52所显示的，在填充有氦的外壳298中，有两个孔口A和B。当孔口A用于将氦气注入外壳298中时，孔口B同时用于将残留空气从外壳298清除。短时间后，孔口B用于将氦气注入外壳198，同时孔口A用于清除残余空气。在对孔口A和孔口B进行注入和清除的几轮振荡之后，外壳298将会被氦气填满并且残留空气会被完全清除出去。孔口A和孔口B的布局描绘在图52A和图52B中。如图53显示的，可以使用螺线管阀318实现和控制振荡氦气注入过程。在氦气的注入之后，将使用密封剂来气密地密封孔口A和孔口B。

公开了根据本实施方式用于监视数据存数设备100的外壳298中的氦浓度的系统和方法。在一个实施方式中，一对超声传感器位于数据存储设备100的外壳298中以监视使用超声波传播方法的氦含量水平，这是因为氦气中的声音速度大约比在空气中快三倍。如果声音速度下落到指示数据存储设备100的外壳298中的氦浓度降到危险的低水平的特定水平，那么自动的通知会发给用户以为了提醒用户备份存储在数据存储设备100上的数据。

用于旋转PZT致动器的改进的控制器和驱动器

硬盘驱动器(HDD)提供用于计算机和其它数据处理系统的重要数据存储介质。在大部分硬盘驱动器中，由薄的磁性层或记录介质包裹的旋转盘片被写入数据。在这种记录介质上的数据被设置到同心圆或磁道上。以读取/写入(R/W)磁头读取或写入数据，读取/写入(R/W)磁头包括小的蹄形电磁体。典型的硬盘伺服系统利用音圈电动机(VCM)致动器用于在记录介质上移动磁头。

盘片驱动器中R/W磁头定位伺服结构的两个主要功能是寻道和磁道跟踪。寻道在最小时间内使用有界限的控制力将R/W磁头从当前磁道移动至具体的终点磁道。磁道跟踪将磁头维持在尽可能靠近目的地磁道中心，同时从磁道读取信息或者向磁道写入信息。建议在磁道表面，磁道应当被以及尽可能紧密的间隔写入，以最大化磁道表面的使用。这意味着磁道密度的增加。磁道密度是磁道宽度的倒数。磁道密度的增加导致磁头的位置与真实磁道中心的可允许变化的更严格的要求。

随着对于日益增加的更大数据容量不不显著增加记录介质尺寸的需求，磁道宽度必须更小，导致在磁头的定位中的更低错误容限。因此，用于磁道跟踪的控制器必须实现在定位磁头的伺服机构的控制的更严格的规则。基本上，用于定位磁头的伺服系统的功能可以划分为三个阶段，寻道阶段、磁道建立阶段和磁道跟踪阶段。当前硬盘驱动器使用经典的控制技术的结合，例如在寻道阶段期间的近似时间最优控制技术和磁道跟踪阶段中的领先落后补偿以及PID补偿。另外地，波陷滤波器用于监视高频共振模式的效果。这些经典的方法很难满足对于硬盘驱动器操作要求的高性能。

为了满足高性能要求，提出改进的非线性控制技术。一种该非线性控制技术是近似时间最优伺服机构(PTOS)，其实现对于以二重积分器为特征的一大类运动控制系统的近似的时间最优性能。但是，PTOS导致产生从寻道模式经由模式切换控制器到磁道跟踪模式的平滑切换的最小变化。

参考图54，使用VCM致动器326的常规数据存储设备320包括控制器322、VCM驱动器324和VCM致动器326以控制用于读取和写入操作的磁头(未示出)的定位。激光多普勒测振仪(LDV)328光耦合至磁头以测量磁头的绝对位置用于确定响应提供至控制器322的停留和建立命令的时间。这样，测量对于不同搜寻长度和不同建立时间的相应时间如表2中所看到的。

表2：不同搜寻长度的建立时间

根据本发明的实施方式，旋转压电(PZT)电动机用于磁头悬置组件的致动。PZT电动机通过替换VCM减少数据存储设备100的体积、质量和成本。而且，由于PZT准确的步骤控制，PZT电动机改进磁头悬置组件的致动的准确性。基于PZT的初级致动的一些优点是数据存储设备的成本减少、尺寸监视和关联的外壳材料成本减少、相对更低的功率消耗、VCM电动机中由线圈生成的热的消除、因为轨迹相互分离所以VCM和万向磁头组件(HGA)之间的“串扰”的消除，以及在滑动器处的二级双阶段致动器(DSA)的可能的消除。

为了实现改进的磁道密度要求所需要的速度和准确性，PZT定子(电动机)可以使用两种不同的操作模式来操作，“搜寻”操作使用AC信号来维持连续的移动，而“磁道”模式使用DC信号用于磁道跟踪。对于“快速搜寻”操作模式而言，在PZT定子的表面上的电极接收定子环固有频率上的相移正弦电信号，从而创建在PZT定子的三个尖端下的三种驻波。驻波导致PZT电动机接收许多反冲(kick)，创建“黏滑”运动，以在快速旋转移动中保持定子。当数据存储设备需要将臂从盘片的一个区域中快速移动到另一时，利用“快速搜寻”模式。当需要臂的慢的连续移动时，使用“慢速搜寻”操作模式。对于“慢速搜寻”操作模式而言，定子环固有频率的输入正弦信号被施加到电极集合对的一个集合中并且到公共电极，所选电极集合确定旋转方向。

“磁道跟踪”次级操作模式将DC电压施加到PZT电动机的表面上的电极，从而创建致动器(或“类似屈肌”)移动，其中在该移动中，包括磁头的尖端会倾斜同时仍与定子接触。在通过搜寻模式将臂移动至期望磁道附近的指定区域之后，实现这个次级模式，以将臂移动至单独的磁道并从而跟随这个磁道。根据本实施方式，可以实施“磁道跟踪”，其由已存在的伺服来操作和控制以将臂维持在具有不大于0.1纳米的离散移动的磁道上稳定(随着盘片旋转)中。“磁道跟踪”有两种子操作模式：“精细磁道”，其中两个电极集合中的每个接收相反电压，“粗糙磁道”，其中两个电极集合中只有一个接收电压。

参考图55，根据本实施方式的数据存储设备100包括控制器220、PZT电动机驱动器332和PZT致动器334，以控制臂在读取和写入操作期间定位磁头(未示出)。与VCM控制器设计相似，可以设计PZT致动器334的PTOS控制器330，但是至PZT电动机的最终控制输入必须是调幅信号，其使用PZT电动机的共振频率作为载波信号。尽管未示出，但是数据信号处理器耦合至PZT电动机驱动器并且生成127KHz载波信号。PZT驱动器332从而将来自控制器330的控制输出转化为合适的两相幅度调节信号以驱动PZT电动机。

如上文关于图54所描述的，LDV328同样地光耦合至磁头以测量磁头的绝对位置，以确定响应于提供至控制器330的停留和建立命令的时间。控制器硬件利用附加的软件来生成用于PZT电动机驱动器332的两个控制信号。第一信号，标记未u，是以伏特为单位并且根据如方程(1)中陈述的PTOS控制法则来定义。

$u=u_{\max }\·\mathrm{sat}\left(\frac{k_2[f\left(e\right)-v]}{u_{\max }}\right)---\left(1\right)$

其中e＝r-y并且函数f(e)定义为：

注意，通常认为α是PTOS方案的折扣因子，而y₁为其线性区域。调整其它值以获得来自致动器334的平滑输出响应，如图55A所显示的。因此，与u一起将方向信号施加至PZT电动机驱动器332，并且驱动器332生成两相控制信号以实现其平滑数据响应。有利地，输出响应也更快。参考表3，不同搜寻长度和不同建立时间的响应时间比表2中的那些更快。

表3：各种搜寻长度的建立时间

通过根据本发明的控制系统可以最小化普通致动器臂控制问题，从而提供改进的PZT电动机使能数据存储设备，以利用许多或全部之前讨论的优点来改进操作。例如，本领域技术人员认识到，由于现代盘片驱动器中的震动造成的盘片离心率在旋转盘片的基本旋转频率上为大约50μm。跟随盘片滑动的PZT系统的可重复偏斜(RRO)能力包括由于PZT电动机系统中的非线性造成的RRO中的谐波。通过增加控制带宽和/或通过使用多个正弦控制输入可以移除非线性。因此，本发明的控制接口可以用于盘片滑动的完美跟随。在本发明的系统的控制下的致动器的自适应前馈允许追踪所有谐波，特别是在增加控制带宽以最小化任何追踪错误之后。

埋入伺服层

用于盘片驱动器的高表面利用和连续伺服反馈信号的专用层伺服

参考图56，描绘根据本实施方式的数据存储设备100的介质350的横截面图。介质350为盘片形状的介质。功能上，每个盘片介质表面的数据存储层重叠或结构336包括具有润滑油覆盖的类似钻石的碳(DLC)层338，数据记录层340、中间层342(即，第一中间层或中间层1)，专用伺服层344、另一个中间层346(即，第二中间层或中间层2)、磁性软底层(SUL)348、第三中间层(未显示)和盘片基板(未显示)。根据本施方式，埋入伺服层344通过中间层342与记录层340分离。在伺服层344之下的是将伺服层344与磁性软底层348分离的另一个中间层346。本领域熟练技术人员会认识到大部分现今的盘片介质是两面的，因此，本发明结构可以反向复制以创建第二记录/伺服层结构的重叠。另外，虽然在图56中描绘功能性层重叠结构，本领域熟练技术人员会认识到实际结构是小心构建的并且典型地包括在许多不同层中形成介质350的过程，并且会认识到图56的视图是利用根据本发明的实施方式的具有垂直的磁化定向的记录层340和具有垂直的或纵向的磁化定向的分离的伺服层344的介质结构的简单视图。而且，每个功能性层(即，记录层340、伺服层344)具有一个或多个实际材料层以实现它们的所述功能。

本实施方式的结构336增加记录层利用率(即，记录层340的实际数据存储容量与盘片表面的可能存储容量的比例)，这是因为记录层340没有任何部分用于位置检测(即，没有记录层340的任务是或专用于伺服扇区或提供伺服控制的定位信号)。现有技术中的盘片介质有专用伺服层的一整个盘片表面或用于位置检测的记录层中的数据扇区之间的嵌入的伺服脉冲扇区，或者不使用数据存储的垂直定向的介质数据层。

不具有根据本本实施方式的埋入在数据层之下的专用伺服层的现有技术设备还具有有限的位置反馈，该位置反馈减少可实现的磁道存储密度。在许多示例中，这种现有技术介质使用离散的位置信号以离散地提供位置反馈。当数据存储设备例如硬盘驱动器通过存储方案例如重叠写入来增加盘片介质的存储容量时，将会要求增加的表面利用率和更高的定位准确性。根据本实施方式的专用伺服层344有利地允许连续位置反馈从而提供连续位置检测而不会将任何记录层340用于位置检测。因此，使用专用埋入伺服层344的盘片介质350的本实施方式不仅通过连续位置确定而提供更高的定位准确度，而且还移除来自记录层340的伺服脉冲扇区，从而增加记录层340中的存储空间的表面利用并且进一步通过增加追踪定位准确度来增加数据密度。

自动增益控制自由盘片驱动器和从专用伺服层(#1的优点)[3的1和2]生成的 时钟信号

在本实施方式中的盘片介质350中空出另外的记录层存储空间，从而改进数据记录的表面利用率，这是因为在伺服脉冲扇区从记录层340的移除的情况下，不再需要致力于自动增益控制(AGC)信号的记录层340的另外的部分。常规盘片驱动器使用自动增益控制来建立对于伺服脉冲幅度检测和伺服控制的参考。埋入伺服层移除这些信号的必要性。

但是，常规盘片驱动器还使用自动增益控制来建立用于介质读取和写入操作的同步的反馈时钟信号以最小化旋转速度波动的影响。根据本实施方式的埋入伺服层344有利地提供连续的、可预测的信号作为位置检测的位置错误信号。这个位置错误信号可以被用作反馈时钟信号用于数据读取和写入操作的同步，从而改进表面利用率(即移除在记录层中提供AGC信号的另外的理由)，而同时将旋转速度波动的影响同时最小化。

高强制垂直度伺服层磁性设计

根据本实施方式，埋入伺服层344的制造和磁性信息在埋入伺服层344的存储优化了数据保留和磁性可读性。通过改变数据存储层或数据记录层340中的位置上的垂直磁化方向而在数据记录层340中实现数据存储。关于埋入伺服层344中的定位信息的存储，通过专用伺服层344的垂直定向磁化或纵向定向磁化，定位信息可以磁性地存储在埋入伺服层344中。

以这样一种方式来设计专用伺服层344，使其成核场Hn比数据层或数据记录层340中的饱和数据写入所要求的饱和场更大，并且其矫顽力矩形值接近1，其中矫顽力矩值是描述矫顽力的介质迟滞环的坡的刚硬度的参数。矫顽力矩形为1意味着坡是垂直的或者斜率值是无限的。当至数据记录层340的写入小于埋入伺服层344的成核磁性场时，只要有效写入场到达埋入伺服层344，那么埋入伺服层344可以保持所存储的信息。纵向存储的数据在更低的比特存储密度处更稳定，但是由于埋入伺服层344的更低环矩形比，可以被数据写入记录层340的次数影响。环矩形比是对磁性层的饱和磁化的永久磁化比例。因此，如果埋入伺服层344的成核场Hn大于垂直定向数据记录层340中数据写入所要求的饱和场，那么埋入伺服层344可以制造为最佳地纵向存储数据。

另外，如稍后所讨论的，读取埋入伺服发生在低频处，同时高通频带用于读取存储在记录层340中的信息。因此，优选地抑制来自埋入伺服层340的信号的个高阶谐波的幅度以防止对来自记录层340的读取信息的干扰。可以通过优化数据层(或数据记录层340)和伺服层344之间的第一中间层342的厚度来并且通过两个相邻比特的磁化的过渡区域长度的合适控制来实现。例如，大的粒度，特别是与使用低场梯度磁头用于将数据写入伺服层344结合，可以增加过渡区域长度，并且帮助减少埋入伺服信号的更高阶谐波，因为过渡区域长度被拓宽。第一中间层342的合适的选择会导致相应的高磁头介质间隔(HMS)用于伺服层读取。另外，伺服层344的饱和磁场必须是适中的，因为在更低密度处的带有伺服信号的大饱和磁场产生伺服层344和记录层340之间的更强的静磁相互作用，这会导致在记录层中增加的周期性过渡移位。优选地，埋入伺服层344被制造为具有这样一种磁饱和，其最多小于或等于用于写入伺服层344的磁性记录磁头的最大磁场的120％，以在数据读取处理的比特错误率控制方面优化其可写性。

记录磁性层340的制造处理的控制可以根据粒度和磁性非均向恒定值(Ku)改变，以实现埋入伺服层344的矫顽力磁场矩形值、记录层340的矩形比和表面粗糙度Ra(其中，层的颗粒形成使表面粗糙，并且层的连续形成使表面平滑)的曲线。优选地，伺服层334的成核场至少等于或大于记录层340的饱和场的百分之八十。

通过记录层340和伺服层344，以及附近的层(中间层342、346和软底层348)的材料的选择，可以增加或减少粒度和Ku值。记录层340和伺服层344的组合应该优选地包括至少一种磁性材料例如CoCrPt、CoCrPt氧化物、CoCrPtRu、CoPt、CoPt氧化物、Co/Pt、CoPd、Co/Pd、Co/Pd氧化物、FePt氧化物、Fe/Pt、FePd氧化物或Fe/Pd。中间层(中间层1342和中间层2346，图56)的组成应该优选地包括至少一种磁绝缘材料例如Ru、Ru氧化物、NiW、NiWZr、NiWZrAl、NiWZrFe、CoCr或者CoCrRu。软底层(SUL)348优选地包括以下材料中的至少一种：CoFe、CoTaZr、CoTaZrFe或FeTaC。还优选地是，通过溅射沉积或其变型(例如，CVD)而沉积出的多个层，其中可以控制沉积来控制粒度用于优化每层。

加热专用层伺服盘片驱动器的辅助的伺服写入

根据本实施方式的埋入伺服层344仅写入一次。优选的方法是增加伺服层344的矫顽力和成核场Hn。这可能导致太高的矫顽力，使得高以致伺服写入磁头不能正确写入伺服层344。结果，可以要求热能形式的辅助写入动力。引入热能来辅助伺服信号到伺服层344的写入过程。当向伺服层写入时，根据本实施方式的埋入伺服层344具有困难。例如，埋入伺服层344的非常高的成核场和饱和场的要求使得磁性磁头写入伺服层344难以在伺服层344上正确地写入。但是，伺服层344的优选地高成核场和高Ku是由反数据写入干扰要求而不是热稳定要求导致的。因此，大面积的热辅助写入处理可以用于减少伺服层344的矫顽力场。

在伺服层344的写入期间，附加的热源352例如红外加热或热空气的注入会辅助实现具有长数据寿命和高成核场和饱和场的最佳记录的伺服层344。对于红外加热而言，可调节的红外的加热装置352可以用于加热磁头前足够大的区域，其具有大于优选地20毫米直径，如图57中所看出的。可替选地，红外灯352可以用于在伺服层记录期间，在封闭环境中加热总介质表面(因为伺服层记录仅发生一次，所以记录的环境可以控制)。除了处理介质表面350的红外加热之外，介质表面350(或其中完成记录的介质表面350的部分)还可以通过热空气或热气体的注入来加热以增加伺服层344的矫顽力场。

基于频率的伺服信号以产生用于埋入伺服的位置错误信号(PES)

如图56中看见的，磁头不仅感测磁性地存储在记录层340中的信息，还感测埋入伺服层344中的磁性信息。埋入伺服层344中的磁性信息用于确定与介质350关联的磁头的位置。如图58中所显示的，埋入伺服层344的结构是连续磁道结构。埋入伺服层344的这个结构允许通过连续位置错误信号(PES)监视而改进的位置检测，通过改变刺刀上的磁性信息的频率而允许该连续位置信号监视，使得随着磁头在埋入伺服层344上方通过，在相邻磁道上的磁性频率改变的幅度可以用于检测介质350上方的磁头的定向。连续位置错误信号监视允许PES监视的全频谱和有利地允许使用模拟滤波器的基于全磁道频率的PES，同时允许PES从非常微弱的反馈信号获得。根据本实施方式，通过操纵存储在伺服层344的磁道上的磁性信息而确定磁头位置的方案将这种信息存储在伺服层344的磁道上的交替间隔中，使得随着磁头在这些磁道上方通过，磁频率移位(磁通量中的改变)根据存储在相邻磁道上的频率改变。

如图58中显示的，对于连续PES监视，至少两个频率应该用于连续磁道。根据本发明的实施方式，将磁头至伺服层的间隔设计成大的以帮助对记录层340的读取和写入，而同时地读取伺服层信号。给定这种间隔，磁头典型地从伺服层344检测多达三个信号磁道。因此，如图59中所显示的，根据本实施方式，三个频率信号(F1，F2，F3)交替的分配至伺服层磁道。如从图59A的相交磁道信号敏感性图表看出，当磁头在一个磁道上方的中央时，可以接收在任一侧的相邻磁道上的信号，但是来自进一步被移除的磁道的信号不能被检测到。因此，如图59A中所描绘的，通过确定来自法线的三个频率信号F1，F2和F3的关联幅度的变化可以确定PES。

分配频率F1，F2和F3的另一个关注在于最小化读取伺服层信号和读取记录层信号之间的干扰。为了管理这个关注，提出选择将信息存储在埋入伺服层344的磁道中的比特长度，该比特长度生成带有最小的更高阶谐波的低频。例如，2.5英寸盘片型数据存储介质350的外部直径磁道中的比特长度为大约200纳米，伺服层信号为大约40兆赫。比特长度间隔产生足够间隔损失使得可以有效消除更高阶谐波。但是，如果在内部层处保持相同的伺服层信号频率，那么比特长度间隔减少至大约100纳米。增加在内部直径处的比特长度间隔会产生在外部直径处的太大的比特长度，从而产生更强更高阶谐波。因此，根据本实施方式，磁道分配至多个区(至少两个)，其中区与区中所分配的频率(并且最终磁道上的比特间隔)不同。尽管当将结合的读出信号从伺服层344和记录层340分离时，不同区会要求不同带通滤波器，但是可以利用控制间隔损失来平衡信号处理的增加的复杂性和带通滤波器的增加的数量，有效地消除用于从记录层读取信息的更高频率中的更高阶谐波。优选地，最大的伺服比特时间间隔的频率小于最小的数据比特的比特时间间隔的百分之八十。

经由伺服层磁性设备&电滤波器的数据&伺服信号分离

(带有埋入伺服驱动器的限制编码的信号处理子系统)

参考图60，当从介质350读取信号时，磁头中的读取器检测伺服层信号和记录层信号两者。根据本实施方式，伺服信号354、数据信号356和高通滤波器(HPF)358以一种方式定义以帮助信号分离并且减少两个信号354、356之间的干扰。参考图60，信号处理子系统360共同优化“伺服信号”354、“限制编码”362和“HPF”358盒子。使用的伺服频率和伺服类型方案确定伺服信号354的光谱，同时通道频率和限制编码362对数据信号356的频率光谱进行塑形。对于通道而言，高通滤波器358设计为最大化来自数据信号356的能量内容。参考图61，当磁头接收结合的信号时，本实施方式能够利用一个或多个低通/高通/带通滤波器来发现伺服信号354和数据信号356。

信号检测要求这种分离，尤其当伺服信号354作为对通道的噪音而出现并且需要被减轻时。例如可以通过强制最大游程限制来降低记录层数据信号356和伺服信号354之间的干扰，该限制被称为记录层数据信号356的k限制(即，两个连贯的“1”之间的“0”的最大数量)。k限制编码可以帮助抑制数据信号356的低频分量。如图60中所显示的，这确保在高通滤波器358之后损失更少的信息，高通滤波器设计为使记录层数据信号356通过，同时拒绝伺服信号354。同时，限制编码362减少伺服带宽中的数据信号356的频率污染。通过定义两个分量的频率使得数据信号356和伺服信号354之间无重合频率，允许数据信号356和伺服信号354被分离和被检测，从而辅助数据信号356和伺服信号354的检测。参考回图56，埋入伺服层344位于记录层340之下，从而当读取伺服信号354时具有更高的磁头介质间隔。因此，通过增加的比特长度间隔将根据本实施方式的伺服信号354定义在更低频率处，因此，减少间隔损失使得可以利用足够的信号强度检测伺服信号354。

如上文所描述的，更低频率信号可以具有强的更高阶谐波。这种谐波可能污染记录层数据信号356。因此，使用多种技术来减少这种污染。建议优化磁头介质距离以为了显著地抑制伺服信号354的谐波。伺服信号354的更高阶谐波的大部分控制以这种方式实现。而且，数字数据信号处理技术用于进一步抑制小谐波。

另外，可以定义伺服信号频率以监视更高阶谐波。例如，很低频的伺服信号是方形的并且产生更高阶谐波。为了控制更高阶谐波，通过读取器拾取的伺服信号354优选地为正弦曲线形。如果过渡长度更长并且磁头介质间隔更高，那么正弦曲线伺服信号354是可行的。对于更长的过渡长度而言，记录介质350的M可以增加并且低场梯度读取器可以用于写入伺服层344。

当写入伺服信号时的读取的方法和实现

埋入伺服层344允许连续PES监视和位置检测的实现。但是，在常规硬盘驱动器和相似的数据存储设备中，磁头读取或写入，但是不能同时执行两个操作。根据本实施方式，磁头操作和信号处理被修正以在写入记录层的同时允许伺服层信号354的读取。这个特征有利地允许即使在写入期间也增加磁头364的追踪移动的精度。

参考图62，磁头364包读取器366和写入器368，并且定位在介质350上方。如上文所讨论的，介质350包括用于磁性存储数据的记录层340和埋入伺服层344，该两个磁性层340，344由一个或多个中间层342分离。还参考图62A，当写入处理时，通过提供两个预放大器370，372(代替常规的单个放大器)而允许读取，这是因为当前的商用预放大器不能同时支持读取和写入操作。预放大器1、370耦合至读取器336并且在读取操作期间可以读取结合的伺服层信号354和记录层信号356。而且，根据本实施方式，预放大器1、370在写入操作期间接收由读取器读取的信号；在将数据信号356提供至写入器368以用于将数据写入记录层340之前，第二预放大器，预放大器2、372对数据信号356进行放大。因此，在读取和写入操作期间，来自读取器366的信号通过预放大器1、370，然后通过三个低频窄带滤波器以生成位置错误信号(PES)376，该位置错误信号由伺服控制器378使用以控制致动器380用于滑动臂(未示出)的循磁道运行和脱离磁道的校正。代替使用模拟窄带通滤波器374，还可以使用数字信号处理技术，例如在现场可编程门阵列(FPGA)中实现的快速傅里叶变换。

用于读取操作和写入操作的分离的信号处理电子使两个信号(伺服层信号354和记录成信号356)之间的干扰最小化。另外，伺服层信号354和数据信号或记录层信号356的通过读取信号的滤波来允许分离恢复的上述频率分离允许PES信号的恢复，同时在写入记录层340期间忽略层数据信号356的记录。如在图63中所看到的，在写入同时的读取期间，实现读取信号和写入信号的干扰的增加的减少可以通过增加在致动器臂上的加和减读取线以及加和减写入线之间的物理分离距离以及使用接地和/或屏蔽层减少读取和写入线之间的任何耦合。

因此可以看出，甚至当写入的时候也可以允许对改进的连续致动器定位的连续PES追踪。参考图64，写入时的读取处理包括获取读回信号的读取传感器(即，读取器)，该读回信号包括来自专用伺服层344的信号。继而通过模拟和/或数字电子实时地处理读回信号以获取来自伺服层344的信息，PES信息和以及确定磁头(包括读取器366和写入器368)的位置。磁头364的这个位置用于致动器臂250和磁头364的实时控制，用于写入器368的精确且同步的写入。除了如描述的埋入伺服层344实施中的应用外，执行写入时的读取能力允许至物理比特(例如，比特模式介质(BPM))的写入场的边缘的同步和在二维磁性记录(TDMR)的同步方式的读回和写入。

薄驱动数据存储设备中的埋入伺服层的一些电子设计

(后文的公开)(伺服模式布局)

如在图56中和上文的说明中可以看出的，本实施方式给出在埋入伺服层344上放置伺服模式的盘片介质350的设计。根据本实施方式的另一个方案，伺服模式可以以一种方式位于埋入伺服层344上或数据层340上以为用户数据提供更多表面，从而改进盘片介质350上的空间效率。另外，目的是以利用伺服磁道写入而容易地写入埋入伺服层344的方式提供地址信息如磁道地址和扇区号，并且提供伺服突发以用于进行的带有低感测噪音的PES(位置错误信号)的解调制。

设计A

参考图65，所有伺服模式写在埋入伺服层344上。自动增益控制(AGC)382是在固定频率处的多个突发。根据常规方法对扇区地址标记(SAM)384和格雷码(磁道地址)386进行编码。如上文描述的，伺服脉冲388是双或三频率突发。为保证SAM384和格雷码386能够被正确解码，不在这些编码(即，SAM384和格雷码386)上的上部数据层340的相应部分写入数据。在伺服模式中，SAM384和格雷码386占据非常小的部分。因此，这个方法与常规的一层磁性记录方案相比会显著地增加空间效率。

对于图65的伺服模式而言，需要介质写入仪器将伺服模式与写入在埋入伺服层344上。

设计B

参考图65A，在可替选的实施方式中，AGC382、SAM384和格雷码386都写在数据层340上，同时伺服突发388设置在埋入伺服层344上。为了保证SAM384和格雷码386能够被正确解码，不在这些编码下的埋入伺服层344的相应部分上写入伺服脉冲。通常，AGC382为常规的伺服模式的最大的部分。因此，图65A中描述的结构350中的空间效率低于图65中描述的结构。当伺服层344连续提供PES信号时，这些扇区(即，AGC382、SAM384和格雷码386)的数量可以减少至数据扇区390的数量。因此，如果使用4k比特扇区或更大尺寸扇区，空间效率仍然高于常规方法。

对于图65A的伺服模式结构，只有伺服脉冲388需要预写入埋入伺服层344。如所显示的，AGC382、SAM384和格雷码386可以利用信道中自伺服写入能力填入而不会任何错误传播。并且利用其它技术的应用，例如现场飞翔高度检测，AGC部分甚至可以是非必要的，从而进一步改进空间效率。

同时考虑读取和写入的预放大器设计

图66显示常规预放大器392的一般功能性块图，该预放大器具有大约五个不同的操作模式：以MR偏置开/关读取，允许TFA；以MR偏置开/关写入，允许TFA；以MP偏置关不读取，允许TFA；以MR偏置关和TFA关睡眠；并且低功率读取/写入。当处于非读取模式中，读取输出是高阻抗或钳位的。

图67中描绘预放大器394的修改设计。修改的设计实现增加的模式，读写模式以同时支持读取和写入。当处于读写模式中，差分读出数RDX和RDY总是可用于反映读取元件所拾取的真实信号，不论写入的驱动器是否允许或不允许。通常，当写入时，高频信号切换通过写入元件的电流。这个信号可以耦合至读取环路，污染读取路环或甚至使差分放大器394饱和。

图67中示出的修改的设计包括解耦补偿器和条件滤波器396。在信号输入差分放大器394之前，实现解耦补偿器和条件滤波器396。这样，来自写入电流的耦合信号减少。预放大器394的修改设计涉及整个块设计，其中读取和写入可以同时发生，从而允许伺服信号354的连续读取和同时的数据写入。

混合驱动

混合驱动技术-NVM管理

根据本实施方式的另一个方案，数据存储设备100为混合数据存储设备，该设备包括用作高速缓冲存储器的非易失性存储器(NVM)398和允许数据存储设备100的低功率操作并且增加其性能的快速访问存储。常规的数据存储设备例如硬盘驱动器使用易失存储器，例如DRAM或SRAM用于高速缓冲存储器。但是，这些存储器设备具有有限的容量、高成本并且在功率故障的情况中经受数据损失和数据完整。随着大尺寸非易失性存储器的价格和功率消耗中两者的普遍地减少，例如闪存、NVM高速缓冲存储器398可以用在数据存储设备100中以允许功率消耗的大减少、快速数据访问和高可靠性。

根据本实施方式，数据管理利用NVM高速缓存398用于暂时和中期的数据存储，同时将数据传输至盘片存储用于长期存储。这种数据管理会考虑数据存储设备100的可能的使用，包括需要存储的数据类型(例如，其被长时间存储或是短时间存储，和数据需要支持或被立刻传输至盘片存储或者这种传输被稍后计划)。参考图68，根据本实施方式，三种数据类型可以存储在NVM高速缓存398中以通过数据存储设备实现功率消耗相当大的减少。第一类型数据(C1)包括操作系统和关联数据(称为引导数据)和各种应用以使系统启动和应用加载加速。另外，可以设置间隔以为其它应用和经常使用的元数据留出间隔。

第二类型数据(C2)主要用于应用运行时间数据和由应用或用户创建或访问的数据。经常使用的应用的示例为网络冲浪、电子邮件访问、游戏应用。

最后一种类型数据(C3)是多媒体数据，例如音乐或视频数据。随着例如2.5千兆比特NVM398的使用，NVM高速缓存398的细致的任务派遣可以导致显著地功率节约。事实上，这个小尺寸NVM高速缓存398对于典型地用户来说足以将盘片驱动器保持在最小的功率消耗睡眠模式中长达每天的大部分时间，如果不是一整天的话。因此，根据本发明的实施方式的混合数据存储设备100的功率消耗可以为大约常规硬盘驱动器的一半和大约等于固态设备的功率消耗，同时供应臂固态设备大得多的存储容量。

混合驱动技术-重叠写入盘片

根据本实施方式的进一步方案，数据管理层使用混合数据存储设备100的NVM存储介质398以允许非限制数据访问重叠写入盘片。非限制数据访问涉及普通读取(READ)/写入(WRITE)/更新(UPDATE)，而不重写之前已经写入的数据。在常规数据存储设备例如硬盘驱动器和磁带驱动器中，存储器的输入/输出访问仅允许受限的读取和写入以助于数据的读取。受限的读取和写入将数据一次写入盘片存储器并且允许其被多次读取。参考图69，描述了用于实现重叠写入的常规受限读取写入系统的问题。随着数据被写入块或重叠中，记录磁头以顺磁道方向移动，并且连续的扫描在与磁道相交的方向上移动。在图69的左手边部分中显示磁头500的角落在磁道4上方。当将数据的一个或多个重叠写入盘片的磁道时，使用写入重叠磁头500的磁通量。随着重叠被写入，尤其是如图69的左手边部分显示的单个重叠，通量可能流入邻接的磁道并且可能擦除邻接磁道上的重叠。因此，因为受限的读取和写入，所以常规数据存储设备中的重叠写入的实现不允许对于数据的重叠的任何更新和修改，以为了校正这种与跨磁道擦写，并且当写入单个重叠或少量的重叠时造成这种错误。因此，在常规数据存储设备中使用更低效率的存储方案。

根据本实施方式，如图70中显示的数据管理层400允许非受限读取和写入混合数据存储设备，数据管理层400管理盘片存储器的受限的读取和写入用于重叠激励，从而最优化有限成本的数据存储性能。数据管理层400可以位于住设备402、数据存储设备100中，或利用设备402、100两者的部分。

参考图71，数据管理层400通过将NVM398用作用于数据缓冲的高速缓冲存储器和用作用于由存储重叠数据管理层使用高访问元数据的快速存储介质，利用混合数据存储设备100的非易失性存储器398来改进到重叠写入盘片404的存储。

参考图72，重叠写入混合盘片中的NVM398可以具有增加的部分(在图72中称为C4)，其用于存储重叠数据管理的元数据。重叠数据管理的元数据包括将数据的逻辑地址从主机转换成重叠盘片的物理地址的信息，其被分层次地表示为数据带/环带和最后的物理扇区位置。对于每个数据访问重叠盘片404来说，重叠数据管理的元数据需要被涉及或被更新。因此，元数据存储在快速访问NVM398中，访问设备中的数据的时间可以缩短并且盘片性能可以改进。图71中的NVM管理模块404负责管理元数据和数据缓冲两者。

参考图73，重叠写入盘片404逻辑组织为多个数据带406并且每个数据带406由多个块408构成。我们称这个数据带406为环带并且将环带406中的块408称为环快。每个环带406将其环块408管理为圆环(参考图74)。当从主机设备402接收小尺寸数据写入时，数据管理层400将它们存储在高速缓冲存储器398中，当接收数据的大块用于存储至重叠写入盘片404时，NVM398被绕开而且数据块直接存储在重叠盘片404中。高速缓冲存储器398中的数据被周期性地刷写到重叠盘片404。

重叠盘片404逻辑上布局成数据带406(例如，环带)，使得对介质的写入或更小不会影响整个盘片介质350，但是会限制在单个数据带/环带406的环境中。参考图73，可以看出环带406以顺磁道方向在多个邻接的重叠磁道上延伸。每个环带406通过防护带(例如，与磁道相交的防护带和顺磁道防护带)在与磁道相交的方向和顺磁道方向与邻接的环带分离。大环带406减少防护带所占的空间，从而增加重叠盘片404的存储容量。每个环带406进一步划分为多个均匀尺寸的环块408。数据更新可以在环块408单元中完成，而不是在整个环带406中。这个更新的方法更有效并且可以改进系统性能。

环块408的使用允许数据写入块中的重叠盘片404。多个块408组成一个环带406。同样地，多个重叠扇区组成一个块408。另外，环块408可以由一个或多个磁道上的扇区组成。数据管理层400允许重叠块408被写入或被更新。这样，单个环块408可以被更新或被修改，而不是修改整个环带406。

参考图75，盘片上的数据带/环带406包括块0至块n。每个环块408包括单个磁道中的重叠扇区，其中单个磁道占据环带406中的整个顺磁道。换句话说，每个重叠磁道可以包括多个环块408，每个环块408映射到分离的环带406。每数据带/环带406的可写入块408的数量为环带406内的相交磁道的数量减去环带406中的不可写入块408的数量。不可写入块406用于相交磁道防护带并且这些不可写入块408位于环带406内的不同位置处和旋转基座上，从而允许环带406中的所有可写入块408被更新/被修改，而不擦除附近先前写入的数据。

环带406具有在其中所定义的多个环块406并且数据块暂时形成圆形环。将数据管理为圆形环中的块，使得容易地移除(刷写)块并且将块408/数据增加至缓冲器。参考图75，描绘数据块408的圆形环布置。环块408设置在圆形环中中，例如图75的左手边部分中所显示的。如图75的右手边部分所显示的，因为环带406中的环块408数量可能不对应于存储至重叠磁道的物理块数量，所以数据可以容易地在一端增加至环带406在另一端从环带406移除。

如图76所显示的，通过数据管理层400环带406的圆形环结构简化块的更新和/或修改。当更新块408(例如，块D1)时，当新块408附加到环带406时，之前的对应块408是“无效的”并且被重写。数据带结构406中的对应修改显示在图76的右手边部分中。

在高速缓冲存储器中，不同的数据管理原则用于改进有效性和潜在性。参考图77，描绘了根据本实施方式的高速缓冲存储器的改进结构。数据保持在高速缓冲存储器398的扇区中。当将高速高速缓冲数据刷新至环带406时，属于同环块408的“脏”扇区刷新到一起。“脏”扇区涉及那些未刷新至环带406的扇区。当扇区被第一次写入高速缓冲存储器时，所有扇区是“脏”的。

刷新的扇区保留在高速缓冲存储器中，但是当它们被刷新时，清洁“脏”比特以指示它们被刷新了。这个允许从高速高速缓存读取刷新的数据，甚至在高速高速缓存被刷新之后。但是，数据管理可以通过移除(改造)无效的/修改的扇区或最近未被访问的刷新扇区来空出扇区。

为了最优化混合数据存储设备100的性能，数据管理层400可以平衡和/或调节高速缓冲存储器398的各种可配置参数。高速缓冲存储器398的可配置参数包括高速缓冲存储器尺寸，会引起数据略过高速缓冲存储器并且直接存储至环带406/重叠盘片404的数据的尺寸，会引起高速缓冲存储器398中的数据被刷新至环带406/重叠盘片404的满触发百分比以及在刷新之后保留在高速缓冲存储器398中的数据的阈值。环带406的可配置参数包括当决定改造块408时留在环带406中的空的环块408的数量以及一次改造多少个块408。

数据重建(企业等级)

优选实施方式包括用于混合存储聚合的数据重建架构和算法以及存储管理技术。混合存储聚合包括快速但是相对更少数量的非易失性存储器存储介质398和更慢的但是更多数量的选择盘片存储介质例如常规硬盘驱动器(HDD)。快速非易失性存储器存储介质398可以为连接至阵列控制系统的固态驱动器的形式或者是嵌入阵列控制器410或旋转存储盘片的存储器芯片的形式。如果快速NVM嵌入旋转存储盘片中，整个存储设备被称为混合盘片驱动。HDD或混合盘片驱动连接至阵列控制器以形成冗余组来提供高生产量的I/O。冗余增加系统可靠性并且避免在故障情况中的数据损失。图78、图79和图80示出根据本实施方式的混合存储聚合的各种架构。D1、D2、D3、D4为盘片驱动器(用于存储数据)，而P为用于存储校验的盘片驱动。

图81表示作为用于企业应用的存储阵列的混合数据存储设备412部属。可以通过阵列控制器(或RAID控制器)410将高速缓存混合驱动器中的NVM398管理为用于服务进入的要求的高速缓存空间以改进在普通操作模式中存储系统的性能并且减少能量消耗。

阵列控制器410在混合数据存储设备412之外并且耦合至混合数据存储设备412以用于与之通信，并且还耦合至其它存储设备以用于存储设备的阵列的控制。盘片驱动控制器414不仅包括数据管理部分(未示出，在盘片驱动控制器414内部)，还包括硬件和软件用于盘片存储器的操作。数据例如小的写入数据从盘片驱动控制器414输入至NVM398的非固定部分。这个小数据在盘片驱动控制器414中的数据管理层400的控制下从NVM398的非固定部分刷新至盘片。对于从盘片读取数据而言，数据管理层400读取来自盘片的数据并且将其写入易失性存储器416例如DRAM中。这个输入易失性存储器416的数据包括来自盘片的读取数据以及提前读取数据。当从DRAM416删除时，这种读取数据输入NVM398的非固定部分。利用小写入和读数数据的NVM398的非固定部分，减少系统的功率损耗并且改进读取/写入性能。

根据本实施方式，图82中描绘在阵列中操作的改进的混合数据存储设备412。在盘片故障的情况中，数据存储设备412与阵列控制器410合作，以通过改进和健壮的数据构建算法和NVM398与DRAM416高速缓存管理算法以及盘片驱动控制器算法来最小化重建时间并且改进系统性能，其中数据构建算法和NVM398与DRAM416高速缓存管理算法执行NVM398和DRAM416管理以在数据重构模式中的期间控制数据重建。

根据本实施方式的另一个方案，混合数据存储设备412中的高速缓冲存储器用于在数据重建期间最小化搜寻和带宽浪费，这是通过将NVM398和盘片存储器用作高速缓存以用于存储如阵列控制器410(见图81)中的重建和高速缓存管理算法所确定的应用工作负载数据和重建数据集合的结合。对于上文提到的存储聚合/阵列所提出的数据重建架构包括重建算法和存储器管理算法。在存储阵列中的混合驱动器之间的任何故障的情况中，设计和集成这些算法以最小化搜寻和带宽浪费，缩短数据重建所请求的时间并且增加存储系统稳定性和性能。

图83描绘其中盘片管理层(未分离显示-阵列控制器410和盘片驱动控制器414的结合)包括阵列控制器410的所有一分部以及盘片驱动器控制器的部分。非易失性存储器398包括非钉扎存储器418以及钉扎存储器420，该非钉扎存储器包括高速缓冲存储器用于从盘片存储器读取数据或将数据存储至盘片存储器。

在重建模式期间，任何盘片故障的情况中，阵列控制器410中的NVM管理算法会管理NVM398以用于对分区进行尺寸设置，对数据进行高速缓存和删除或刷新。尺寸设置涉及改变固定区域420和非固定区域418的分区。高速缓存298会用于重建数据集合和应用请求数据两者。高速缓存398用于存储从盘片取得的数据，该数据用于应用请求和用于缓冲出于重建目的的增加的数据。在取得用于应用请求或在当应用请求完成时的当前位置的附近内的数据期间，增加的缓冲可以对齐在一起。增加的缓冲与应用请求对齐的决定与重建算法集成。另外，NVM398还用于对来自应用的代价高的的读取/写入数据进行高速缓存。通常，代价高的的读取/写入设计数据访问故障的盘片的部分，该故障的盘片尚未被重建。

图84示出用户应用如何将盘片磁头364从初始基本上同步的位置转移到不同的位置。如果没有用户应用，当重建开始时，来自三个数据盘片420和一个校验盘片422的盘片磁头364会读取数据用于替代盘片424的数据的计算。当所有盘片420、422、424通常具有相同的特征时，它们的磁头364是典型地对齐的。如果有来自用户应用的请求，那么由于更高优先化的用于请求访问不同的区域，它们会因此盘片磁头364移动至不同位置。在完成服务用户应用请求之后，磁头364会搜寻回以继续数据重建。因此，在用户应用处理和重建处理之间有过多的搜寻。另外，数据重建一般只能当所有数据准备好时才开始。如果有一个盘片服务来自用户应用的请求，那么由于当服务请求时盘片被占据的事实所造成的，盘片420、422、424中的剩下的必须等待“最慢的”盘片读取重建数据以开始重建。这个引起盘片带宽的浪费。

图85描绘数据重建426的一些部分的块图，该数据重建通过解决盘片浪费的问题和其它性能问题来提供改进的性能。数据重建426包括面向磁头的动态区重建算法428和面向重建区的高速缓存算法430。区选择模块允许一个区接一个区地执行重建。优选地，针对基于NVM和DRAM种的数据的数量的重建来选择区，NVM和DRAM可以用于重建损失数据。因此选择带有在NVM和DRAM中的最多数据的非重建区。条带选择模块434允许在区中一个条带接一个条带地执行重建。然后通过重建计划模块436来计划重建。优选地，如果那个条带的所有数据在高速缓冲存储器中是可用的，那么马上重建该条带。面向重建区的高速缓存算法430还优选地包括多个模块。NVM管理和控制模块438设置由控制器使用的高速缓冲存储器的尺寸并且管理NVM中的内容。相似地，DRAM管理和控制模块440设置在重建期间由控制器使用的易失性存储器尺寸并且管理DRAM中的内容，同时执行重建的提前读取控制。

每当磁头读取时，NVM高速缓存/删除策略模块442控制数据高速缓存。另外，通过提前读取功能，这个模块442控制完整的条带/多个条带，使来自电流重建区的数据的高速缓存最优先，并且在执行重建之后立即从高速缓存删除数据。

DRAM高速缓存/删除测量模块444确保如果条带还未重建的话通过提前读取而对数据的正确数量进行高速缓存并且将来自DRAM的数据删除至NVM。最后，代价高的R/W策略模块446确保代价高的读取/写入功能，例如非重建区域的读取具有读取/写入完整条带功能和立即执行重建功能。利用这个操作方法，阵列混合数据存储设备可以有效地根据最小化的重建时间和改进的系统性能和可靠性来有效操作。

因此，可以看出提供许多优点的数据存储设备100被公开。当在本发明的之前的详细说明存在许多示例性实施例时，应当理解存在有大量的变性，包括关于数据存储设备的材料、结构和操作的变型。

应当进一步理解的是，示例性实施方式仅仅是实例，并且并不意图以任何方式限制发明的范围、适用性、尺寸或配置。而且，之间的详细描述会给本发明技术人员提供方便的线路图，用于实现发明的示例性实施方式，应当理解的是可以在示例性实施方式中描述的元件的功能和布置以及运行步骤的方法中作出各种变化而不会脱离如本文所阐述的发明的范围。

Claims (64)

1.一种数据存储设备，包括具有定子的电动机，所述定子包括：

具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面的基板；和

具有n相绕组的n相绕组设置；

其中，每相绕组包括设置在所述基板的所述第一表面上的m个平坦分数节距线圈，使得所述线圈沿着闭环均匀地隔开并且串联连接；

其中，每个线圈与基板在该线圈与同相绕组的相邻线圈之间的斜剖面一起限定定子电极对；并且

其中m为大于1的整数。

2.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述n相绕组设置被配置为沿着闭环以重复的设置使得在每个定子电极对中来自一相绕组的一个线圈被设置为与来自另一相绕组的线圈相邻。

3.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中，每相绕组进一步包括设置在所述基板的所述第二表面上的另外的m个平坦分数节距线圈，使得每相绕组的m个平坦分数节距线圈与同相绕组的另外的m个平坦分数节距线圈至少基本上对齐。

4.根据权利要求3所述的数据存储设备，其中，所述第一表面上的每个线圈经由在所述基板中形成的m个通孔中的一个连接至所述基板的所述第二表面上的同相绕组的对应线圈。

5.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中，每个线圈被缠绕成同心设置。

6.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述定子电极对包括一个通量分布圆周中的360度电角度。

7.根据权利要求6所述的数据存储设备，其中，每相绕组中的每个线圈包括大约(360/n)度电角度的线圈节距。

8.根据权利要求7所述的数据存储设备，其中，3相绕组的每相绕组中的每个线圈包括大约120度电角度的线圈节距。

9.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述基板的至少一个表面上的每个线圈包括与所述基板的所述第一表面基本上垂直的旋转轴。

10.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述基板为印刷电路板并且所述线圈包括印刷在所述印刷电路板上的导电材料。

11.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中，n为整数。

12.根据权利要求1所述的数据存储设备，进一步包括基座板，其中，所述基座板包括由壁限制的基本上圆形的凹部。

13.根据权利要求12所述的数据存储设备，进一步包括布置在所述基座板上方的覆盖物。

14.根据权利要求13所述的数据存储设备，其中，所述覆盖物包括配置为增加所述覆盖物的坚硬度的至少一个选择性缩进区域。

15.根据权利要求14所述的数据存储设备，其中，所述至少一个选择性缩进区域包括多个径向区域和/或多个径向弧形区域。

16.根据权利要求13所述的数据存储设备，其中，所述覆盖物进一步包括具有多个坚硬肋部的平面表面。

17.根据权利要求13所述的数据存储设备，进一步包括布置在所述覆盖物的背对盘片的表面上的缩进板。

18.根据权利要求13所述的数据存储设备，进一步包括配置为当覆盖物经受外部力时防止覆盖物接触盘片的表面的减震系统。

19.根据权利要求18所述的数据存储设备，其中，所述减震系统包括多个减震器。

20.根据权利要求18所述的数据存储设备，其中，所述减震系统包括至少一个止动块和加载/卸载斜面的结合。

21.根据权利要求18所述的数据存储设备，其中，所述减震系统包括定位在盘片外围的选择位置处或定位在所述覆盖物和/或定位在所述基座板的表面上的至少一个盘片限制器。

22.根据权利要求21所述的数据存储设备，其中，所述至少一个盘片限制器包括凹坑。

23.根据权利要求19所述的数据存储设备，进一步包括致动器。

24.根据权利要求23所述的数据存储设备，其中，所述致动器包括两个致动器臂。

25.根据权利要求24所述的数据存储设备，其中，所述两个致动器臂中的每个包括承载磁头万向悬置组件(HGSA)的远端。

26.根据权利要求25所述的数据存储设备，其中，多个减震器中的每个定位在所述覆盖物的内表面和所述基座板的内表面上，对应于所述磁头万向悬置组件或对应于所述两个致动器臂中的每个的远端。

27.根据权利要求23所述的数据存储设备，其中，所述致动器包括致动器主体和用于关于枢轴套筒轴旋转移动的枢轴套筒。

28.根据权利要求27所述的数据存储设备，其中，所述枢轴套筒包括内圈和外圈之间的球状轴承的集合。

29.根据权利要求28所述的数据存储设备，其中，所述内圈形成为转轴。

30.根据权利要求28所述的数据存储设备，其中，所述外圈由轴承套管和粘附地附接至所述轴承套管的锁闭器形成。

31.根据权利要求24所述的数据存储设备，进一步包括定位在所述两个致动器臂之间的预放大器芯片。

32.根据权利要求31所述的数据存储设备，进一步包括定位在所述两个致动器臂之间并且附接至所述两个致动器臂的弹性电路。

33.根据权利要求32所述的数据存储设备，其中，所述预放大器芯片定位在所述弹性电路上。

34.根据权利要求23所述的数据存储设备，其中，所述致动器包括第二阶段微致动器。

35.根据权利要求23所述的数据存储设备，进一步包括附接至所述致动器的端部的滑动器。

36.根据权利要求35所述的数据存储设备，其中，所述滑动器配置有包括多个凹槽的空气支承表面。

37.根据权利要求36所述的数据存储设备，其中，所述空气支承表面包括在尾板上的小板。

38.根据权利要求35所述的数据存储设备，进一步包括布置在所述滑动器一个端部上的读取磁头设置。

39.根据权利要求38所述的数据存储设备，其中，所述读取磁头设置包括传感器，所述传感器包括：

第一自旋阀；

第二自旋阀；和

定位在所述第一自旋阀和所述第二自旋阀之间的分离器结构。

40.根据权利要求39所述的数据存储设备，其中所述磁头读取设备进一步包括：

第一侧磁屏蔽；和

第二侧磁屏蔽；

其中所述第一侧磁屏蔽和所述第二侧磁屏蔽以与磁道相交的方向设置在所述传感器的相对侧上。

41.根据权利要求40所述的数据存储设备，其中，所述磁头读取设置进一步包括：

上部磁屏蔽；和

底部磁屏蔽；

其中，所述上部磁屏蔽以顺磁道方向设置在所述传感器的顶侧，并且所述底部磁屏蔽以顺磁道方向设置在所述传感器的底侧。

42.根据权利要求1所述的数据存储设备，进一步包括密封壳体。

43.根据权利要求42所述的数据存储设备，进一步包括：

电池，所处电池设置在所述密封壳体中；

电感耦合装置，所述电感耦合装置设置在所述密封壳体中并且配置为将所述电池耦合至设置在所述密封壳体的外侧的外部电源；和

内部收发器装置，所述内部收发器装置设置在所述密封壳体中并且配置为与设置在所述密封壳体外侧的外部收发器装置进行无线通信。

44.一种数据存储设备包括：

介质，所述介质包括：

被配置为提供伺服信息的伺服层，和

被配置为记录数据的数据记录层；

其中所述伺服信息提供在与所述数据记录层不同的所述伺服层上，以允许连续可用的伺服回读被用于控制所述数据存储设备的至少一个组件。

45.根据权利要求44所述的数据存储设备，其中，所述介质进一步包括布置在所述伺服层和所述数据记录层之间的第一中间层。

46.根据权利要求44所述的数据存储设备，其中，所述伺服层配置为提供用于位置检测的定位错误信号。

47.根据权利要求46所述的数据存储设备，其中，所述定位错误信号被配置成为用于数据读取和写入操作的同步的反馈时钟信号。

48.根据权利要求44所述的数据存储设备，其中，所述伺服层包括比在所述记录层中的饱和数据写入所要求的饱和场更大的成核场(Hn)。

49.根据权利要求48所述的数据存储设备，其中，所述伺服层包括接近于1的矫顽力矩形值。

50.根据权利要求44所述的数据存储设备，进一步包括配置为提供热能以帮助在所述伺服层上的伺服信号的写入的外部热源。

51.根据权利要求44所述的数据存储设备，其中，所述伺服层包括具有多个伺服层磁道的连续磁道结构。

52.根据权利要求51所述的数据存储设备，其中，多个伺服层磁道中的每个被分配频率信号。

53.根据权利要求44所述的数据存储设备，进一步包括

磁头，所述磁头包括读取器。

54.根据权利要求53所述的数据存储设备，其中，所述读取器配置为当读取来自所述介质的信号时，检测伺服层信号和记录层信号。

55.根据权利要求54所述的数据存储设备，其中，所述记录层信号包括最大运行长度限制，以为了减少所述记录层信号和所述伺服层信号之间的干扰。

56.根据权利要求53所述的数据存储设备，其中，所述磁头进一步包括写入器。

57.根据权利要求56所述的数据存储设备，进一步包括第一预放大器和第二预放大器。

58.根据权利要求57所述的数据存储设备，其中，所述第一预放大器耦接至所述读取器并且配置为接收在写入操作期间由所述读取器读取的信号。

59.根据权利要求58所述的数据存储设备，其中，所述第二预放大器耦接至所述写入器，并且配置为在将放大的数据信号提供给所述写入器以将数据写入数据记录层之前，对数据信号进行放大。

60.根据权利要求44所述的数据存储设备，其中，所述介质包括一个扇区中的多个伺服模式和多个数据扇区。

61.根据权利要求60所述的数据存数设备，其中，多个数据扇区被写在数据记录层上。

62.根据权利要求60所述的数据存储设备，其中，多个伺服模式包括：

第一伺服模式，其包括：

自动增益控制；

扇区地址标记；和

格雷码；

和

第二伺服模式，其包括：

多个服务器突发。

63.根据权利要求62所述的数据存储设备，其中，所述第一伺服模式以及所述第二伺服模式被写在伺服层上。

64.根据权利要求62所述的数据存储设备，其中，所述第一伺服模式被写在所述伺服层上并且所述第二伺服模式被写在所述数据记录层上。