CN111554327B - 磁带嵌入式驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“磁带嵌入式驱动器”。本发明公开了一种存储设备，包括容纳用于存储数据的磁带介质的磁带卷盘、磁头组件、被配置成致动磁头组件的电机、密封壳体以及被配置成控制电机的操作的印刷电路板组件(PCBA)。磁头组件包括支撑结构、具有读磁头和写磁头的磁头条以及将磁头条连接到支撑结构的悬吊系统。密封壳体在其内部包封一个或多个磁带卷盘、磁头组件和电机。同时，PCBA安装在壳体的外表面上。

Description

磁带嵌入式驱动器
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年2月8日提交的标题为“TAPE EMBEDDED DRIVE”的美国临时专利申请序列号62/803,366以及2019年3月11日提交的标题为“TAPE EMBEDDED DRIVE”的美国临时专利申请序列号 62/816,860的优先权，其公开内容据此全文通过引用方式并入。
背景技术
技术领域
本公开涉及基于磁带的数据存储设备。更具体地，本公开涉及一种具有基于嵌入式磁带的读写机构的数据存储设备。
相关技术的描述
在某些计算系统中，磁带存储系统包括磁带驱动器和存储磁带介质 (又称磁带胶片或磁带)的磁带盒或盒式磁带。磁带驱动器在磁带盒或盒式磁带中执行数据的写入或读取。
附图说明
在附图中示出了各种实施方案，以用于示例性目的，并且绝不应理解为限制本公开的范围。此外，可组合不同的所公开实施方案的各种特征以形成另外的实施方案，这是本公开的一部分。
图1A至图1C示出了根据一些实施方案的磁带嵌入式驱动器的分解透视图和简化的自上而下和侧面轮廓视图。
图2示出了根据一些实施方案的磁带嵌入式驱动器的印刷电路板组件 (PCBA)的顶部透视图。
图3A至图3B示出了根据一些实施方案的一个或多个磁带卷盘在壳体内的可能放置位置。
图4示出了根据一些实施方案的3.5英寸形状因数磁带嵌入式驱动器和线性磁带开放(LTO)盒式磁带的透视图。
图5示出了根据一些实施方案的磁带嵌入式驱动器的磁头组件。
图6示出了根据一些实施方案的用于磁带嵌入式驱动器的LTO磁头条和磁头条。
图7A至图7B示出了根据一些实施方案的另一个磁头组件的透视图和正视图。
图8A至图8B示出了根据一些实施方案的使用悬吊系统的磁头组件的透视图和正视图。
图9A至图9B示出了根据一些实施方案的使用推拉悬吊系统的磁头组件的透视图和正视图。
图10A至图10C示出了根据一些实施方案的包括磁头万向架组件的磁头组件的另一个实施方案的透视图、第一侧面轮廓视图和第二侧面轮廓视图。
图11示出了根据一些实施方案的用于磁带嵌入式驱动器的伺服机械系统的控制框图。
具体实施方式
虽然描述了某些实施方案，但是这些实施方案仅作为示例呈现，并且不旨在限制保护范围。实际上，本文描述的新颖方法和系统可以各种其他形式体现。此外，在不脱离保护范围的情况下，可以对本文描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变。
尽管本文所公开的原理可适用于任何合适或实际的数据存储系统或环境，但为了方便起见，本文在基于磁带的数据存储系统的上下文中公开了某些实施方案。
磁带数据存储是一种使用数字录音在磁带上存储数字信息的系统。磁带存储介质最常被封装在磁带盒和盒式磁带中。磁带驱动器在磁带盒和盒式磁带中执行数据的写入或读取。自动加载机和磁带库可用于通过将磁带盒/盒式磁带从磁带盒库移动到磁带驱动器来使磁带盒的处理自动化，反之亦然。常见的基于盒式磁带的格式是LTO，其具有多种密度。
在磁带的上下文中，术语“盒式磁带”通常是指容纳单跨磁带的两个卷盘的罩壳。术语“磁带盒”更通用，但通常是指塑料罩壳中的单个磁带卷盘。为方便起见，本公开将涉及盒式磁带，但所描述的技术也可应用于磁带盒。
封装类型是加载时间和卸载时间以及可容纳的磁带长度的很大的决定因素。使用单卷盘磁带盒的磁带驱动器在驱动器中具有收带卷盘，而盒式磁带在盒式磁带中具有该收带卷盘。磁带驱动器(或“传送机”或“走带机构”)使用精确控制的电机将磁带从一个卷盘卷绕到另一个卷盘，就这样传送读磁头/写磁头。
当前磁带驱动器库系统存在若干缺陷。当磁带对环境开放时，磁带存储设施(例如，数据中心)需要控制湿度和温度以确保磁带的可靠性。此类环境维护可能是昂贵的。此外，即使有此类维护，长期的可靠性仍可能是个问题。例如，温度差异或灰尘污染可能影响磁带驱动器的可靠性。
此外，用于将盒式磁带从库中的磁带架移动到带驱动器系统的机器人可能会导致读取的附加延迟。例如，机器人的存取时间(约平均50秒)和带驱动器的存取时间(约平均50秒)可为约100秒。
此外，磁带驱动器系统使用上/下步进电机和音圈电机(VCM)，称为双级电机，来移动大型写入器和读取器磁头条。在较高的每英寸磁道数(TPI) 下，大型磁头条限制了双级电机的可能的准确性。此外，磁带驱动器系统需要支持多代盒式磁带。磁带驱动器系统可能需要写入和读取多种类型的磁带胶片供应商和录音代的数据。保持兼容性可限制技术改进的可能性。
磁带嵌入式驱动器概述
这些问题的一种可能的解决方案是磁带嵌入式驱动器，其实施方案在下文中进行讨论。在一些实施方案中，磁带嵌入式驱动器是集成磁带介质和用于读取和写入的一个或多个磁头的盒式磁带。此外，盒式磁带可利用例如硬盘驱动器(HDD)通用的3.5英寸形状因数。通过使用3.5英寸形状因数，针对HDD诸如控制器开发的技术和密封驱动器技术可适合于或以其他方式用于磁带驱动器。例如，可使用HDD驱动器中使用的类似PCBA来为主机提供SATA或SAS接口。此外，PCBA可包括片上系统(SoC)和/或其他控制电路，包括例如数据读取信道、存储器、一个或多个电机驱动器和一个或多个致动器驱动器。磁头技术的集成可以消除磁带库系统维护的需要，包括相关联的维护成本。
此外，使用标准化的形状因数(诸如3.5英寸形状因数)可与现有数据中心基础结构更好地集成。HDD通常在数据中心中用于存储，其专用机架和服务器被设计为使用3.5英寸形状因数的HDD。通过使用3.5英寸形状因数，磁带嵌入式驱动器可以简化数据中心的维护和基础结构需求。数据中心可利用相同的基础结构来支持HDD和诸如本公开所描述的那些磁带嵌入式驱动器，而不是使用第二组基础结构来支持磁带驱动器。在某些其他实施方案中，相同的集成方法可应用于非3.5英寸形状因数构造。例如，可使用2.5英寸或5.25英寸的形状因数，或者可使用另一个大致为矩形的形状因数。使用2.5英寸或5.25英寸形状因数也可提供与上述相对于3.5英寸形状因数相同的基础结构和其他有益效果。
图1A至图1C示出了根据某些实施方案的磁带嵌入式驱动器100的分解透视图和简化的自上而下和侧面轮廓视图。例如关注图1B，磁带嵌入式驱动器包括壳体105、一个或多个磁带卷盘110、磁带介质115、一个或多个电机(例如步进电机120(也称为步进器电机)、音圈电机125等)、具有一个或多个读磁头和写磁头的磁头组件130、磁带导引器/滚轮135a,135b 和PCBA 155(图1C)。在一个实施方案中，除了安装在壳体外表面上的 PCBA之外，大多数部件均位于壳体的内腔中。相同的部件在图1A的透视图中示出。
在图示实施方案中，两个磁带卷盘110被放置在壳体的内腔中，其中两个磁带卷盘的中心处于所述腔的相同水平，并且其中磁头组件130位于两个磁带卷盘的中间和下方。位于磁带卷盘的主轴中的磁带卷盘电机140 可操作以卷绕和退绕磁带卷盘中的磁带胶片。每个磁带卷盘还可结合磁带夹(tape folder)以帮助磁带胶片整齐地卷绕到卷盘上。磁带介质可通过溅射工艺制成，以提供改进的面密度。
来自磁带卷盘的磁带胶片被推压抵靠导引器/滚轮135a,135b，并且通过卷盘的运动而沿磁头组件130可运动地传送。图示实施方案示出了四个导引器/滚轮135a,135b，其中距离磁头组件130最远的两个导引器/滚轮 135a用来改变胶片的方向，并且最靠近磁头组件130的两个导引器/滚轮 135b将胶片按压在磁头组件130上。
如图1A所示，在一些实施方案中，导引器/滚轮135利用相同的结构。在其他实施方案中，如图1B所示，导引器/滚轮135可具有更多专门的形状，并且在功能上彼此不同。此外，可使用更少或更多数量的滚轮。例如，两个功能滚轮可为圆柱形的，而两个功能导引器可为矩形截面的 (例如，矩形棱柱)或夹子形状的，其具有两个叉状物并且胶带在夹子的叉状物之间移动。
音圈电机和步进电机可相对于录音磁带的宽度横向地且可变地定位一个或多个磁带磁头。步进电机可提供粗略移动，而音圈电机可提供一个或多个磁头的更精细的致动。在一个实施方案中，可将伺服数据写入磁带，以有助于一个或多个磁头沿磁带胶片更精确地定位。
此外，壳体105可包括一个或多个颗粒过滤器141和/或干燥剂142 (图1A)以帮助维护壳体中的环境。例如，如果壳体不是气密的，则颗粒过滤器可放置在期望有气流的位置。颗粒过滤器和/或干燥剂可被放置在拐角中的一个或多个中或远离移动的内部部件的任何其他便利的地方。例如，移动卷盘可随着磁带的卷绕/退绕而产生内部气流，并且颗粒过滤器可被放置在该气流内。
磁带嵌入式驱动器100的内部部件在壳体内有各种可能的放置。具体地，在某些实施方案中，诸如在常规的磁带驱动器中，由于磁头机构在壳体内部，因此胶片永远不必暴露在壳体外部。因此，磁带胶片不需要沿壳体的边缘布置并且可在壳体内以更紧凑或以其他更有效的方式自由地布置线。类似地，磁头和磁带卷盘可被放置在各种位置中以实现更有效的布局，因为在设计上没有要求对这些部件提供外部访问。
如图1C所示，壳体105包括盖150和基座145。PCBA 155附接到壳体105的与盖150相对的外表面上的底部。由于PCBA由固态电子器件制成，不用太多关注环境问题，因此不需要将其置于壳体105内。这在壳体内为其他部件，尤其是得益于更受保护的环境的移动部件和胶片介质留出空间。
在一些实施方案中，磁带嵌入式驱动器100被密封。密封可意味着驱动器被气密地密封或仅仅被封闭而不必是气密的。密封驱动器可有利于磁带胶片卷绕的稳定性，磁带胶片的可靠性和磁带磁头的可靠性。干燥剂可用于限制壳体内的湿度。
在一个实施方案中，盖150用于气密地密封磁带嵌入式驱动器。例如，可通过将盖附接(例如，激光焊接、粘合剂等)到基座145来气密地密封驱动器100以用于环境控制。驱动器100可由氦气、氮气、氢气或一些其他典型惰性气体填充。
在一些实施方案中，其他部件可被添加到磁带嵌入式驱动器100。例如，用于磁头的前置放大器可被添加到磁带嵌入式驱动器。前置放大器可位于PCBA 155上、磁头组件130中或位于另一个位置。一般来讲，将前置放大器更靠近磁头放置可在信噪比(SNR)方面对读取和写入信号具有更大的影响。在其他实施方案中，一些部件可被移除。例如，过滤器141或干燥剂142可被省去。
图2示出了根据某些实施方案的磁带嵌入式驱动器100的PCBA 155 的顶部透视图。PCBA 155附接到壳体的底表面，其中连接器205附接到底表面上的触点或接口，该触点或接口电气连接/电子连接到壳体中的内部部件。例如，触点或接口可电气连接到壳体内的一个或多个电机和/或致动器。在一个实施方案中，触点/接口被内置到壳体中而不损害壳体的气密密封。在一些实施方案中，连接器205可以是将壳体内的部件电气连接到 PCBA上的部件同时保持壳体的密封的电馈通件。例如，可使用与存在于密封的氦磁盘驱动器中的类似的电馈通件，诸如在2017年6月6日发布并转让给本公开的受让人的标题为“Sealedbulkhead electrical feed-through X- Y positioning control”的美国专利No.9,672,870中所述，其公开内容以引用方式并入。
PCBA 155可包括各种部件，诸如一个或多个控制器、一个或多个连接器205、SoC210、一个或多个数据接口215(例如，串行ATA(SATA)、串行连接SCSI(SAS)、非易失性存储器Express(NVMe)等)、存储器 220、功率大规模集成(PLSI)225和/或数据读取信道控制器230。如果需要，可在PCBA中添加一个或多个切口235以为磁带卷盘电机提供附加空间。例如，可升高磁带卷盘电机140上方的壳体的所述部分以为电机提供附加空间。通过提供切口235，可减小磁带嵌入式驱动器100的厚度，因为 PCBA 155可围绕壳体的升高部分。
PCBA可沿着壳体105的整个底部外表面延伸，或者可仅部分地沿表面延伸，这取决于各个部件所需的空间。在一些实施方案中，第二PCBA 可位于壳体105内部并且例如经由连接器205与第一PCBA 155连通。
在一些实施方案中，PCBA上的控制器控制磁带嵌入式驱动器100的读取和写入操作。控制器可接合磁带卷轴电机，并使磁带卷轴向前或向后卷绕磁带胶片。控制器可使用步进电机和音圈电机来控制一个或多个磁头在磁带胶片上的放置。控制器还可通过一个或多个接口215，诸如SATA 或SAS控制向磁带嵌入式驱动器100输出数据/或从磁带嵌入式驱动器输入数据。
图3A至图3B示出了一个或多个磁带卷盘在壳体内的可能放置位置。如上所述，磁带嵌入式驱动器100的封闭性质允许在内部部件的放置方面有很大的余地。图3A示出了磁带卷盘110a,110b基本上沿相同水平线的放置。卷盘靠近壳体的顶部边缘305，沿着壳体的底部边缘310为其他内部部件诸如电机和一个或多个磁头提供空间。
图3B示出了磁带卷盘彼此成对角的放置。右磁带卷盘110b位于壳体的右上角，左磁带卷盘110a位于壳体的左下角。沿着壳体的右下角315和/ 或左上角的空间用于其他内部部件，诸如电机和个或多个磁头。在另一个实施方案中，卷盘可位于左上角和右下角，留下左下角和/或右上角的空间。
尺寸考量
图4示出了根据某些实施方案的3.5英寸形状因数磁带嵌入式驱动器 100和LTO盒式磁带的透视图。在一个实施方案中，磁带嵌入式驱动器 100具有147mm的长度，102mm的宽度和26mm的高度。LTO盒式磁带 405具有125mm的长度，109mm的宽度和25mm的高度的尺寸。尽管上文公开了磁带嵌入式驱动器的一组可能尺寸，但其他实施方案可具有不同尺寸。例如，高度可加倍或以其他方式增加(例如，至约52mm)以允许使用具有较大数据容量的较大磁带胶片。
具有PCBA的磁带嵌入式驱动器的大小(长度×宽度×高度)可通过存取时间和存储容量进行优化。为获得更快的存取时间，应缩短磁带胶片长度。较短的磁带胶片长度可导致磁带嵌入式驱动器的壳体的较短长度和/或宽度大小，但具有总数据容量减小的潜在成本。为了增大容量，壳体可在宽度和/或长度上加长，以存储较长的磁带总长度，但具有存取时间较长的潜在成本。
在一些实施方案中，可将磁带胶片宽度从LTO盒式磁带中使用的标准 12.65mm增大至更宽的胶片。增加磁带宽度可增加容量而不必对存取时间产生多大影响，因为总体磁带长度可保持相同。
表1示出了与LTO磁带测量相比，磁带嵌入式驱动器100的磁带胶片测量的一个可能的实施方案。基于磁带厚度，可计算磁带长度为约592m，其为标准LTO磁带胶片的长度的约60％。为了便于参考，当前LTO盒式磁带(125mm×109mm×25mm)在盒式磁带中具有约960m的磁带胶片长度 (LTO-7规范)。
表1
LTO-7 磁带嵌入式驱动器
外径(mm) 91.9 68.0
内径(mm) 40.0 20.0
磁带厚度(μm) 5.6 5.6
磁带长度(m) 960 592
在LTO盒式磁带中，假设1/3长度的寻道时间代表平均寻道时间，则在磁卷带绕速度为7m/s且磁带长为1098m时，平均寻道时间为约 1098/3/7～＝52s。假设库系统中的平均机器人处理速度为50s，则总平均数据存取时间为约100s。另一方面，具有3.5英寸形状因数的磁带嵌入式驱动器的一些实施方案针对平均寻道时间可具有592/3/20～＝10s的存取时间。使用较短的磁带长度并因此较小的磁带质量，可实现10m/s、15m/s和20m/s 的磁带卷绕速度。此外，由于来自每个磁带卷盘电机的惯性旋转，可能不存在或存在至少较少的反冲。
尽管上文将磁带嵌入式驱动器100讨论为具有类似于HDD的3.5英寸形状因数的壳体，但磁带嵌入式驱动器100可使用其他形状因数。例如，如果磁带技术在将来变得足够小型化，那么磁带嵌入式驱动器可以使用2.5 英寸驱动器形状因数，如膝上型计算机HDD所使用的那样。在需要较大尺寸的一些实施方案中，磁带嵌入式驱动器100可针对壳体使用5.25驱动器形状因数，诸如由计算机CD-ROM所使用的那样。此外，磁带嵌入式驱动器100可使用具有一些变型的3.5英寸形状因数。例如，驱动器可以稍长/ 稍短，稍厚/稍薄等。即使在数据/功率接口的尺寸或布置存在细微差别的情况下，驱动器100仍可与存在于各种计算机设备(诸如机架和服务器)中的现有基于3.5英寸的基础结构兼容。
磁头组件
图5示出了根据某些实施方案的磁带嵌入式驱动器100的磁头组件 500。磁头组件500包括用于移动磁头组件的多级致动器。在一些实施方案中，多级致动器包括步进电机505(第一级)、包括线圈529和磁体530的音圈电机510(第二级)和压电致动器515(第三级)，其可分别提供粗略、精细和超细致动以用于磁头条520的上/下移动。在一个实施方案中，压电致动器为锆钛酸铅(PZT)致动器(例如，剪切PZT)。通过使用三级电机，磁头条520的移动可以更精确。以更高的精确度，可在磁带胶片上支撑更多的信道，从而潜在地允许在磁带胶片上具有更大的数据密度。在一个实施方案中，磁头条包括以写入-读取-写入布局的磁头，其在布局上类似于常规的磁带磁头。在另一个实施方案中，磁头条包括以读取-写入布局的两个磁头，其布局类似于HDD磁头。
磁头组件500还可包括将致动器块526连接到步进电机的螺杆轴525。螺杆轴525和导向轴524,540可促进步进电机505对致动器块的移动。在一些实施方案中，使用不同数量的导向轴(例如，0，1，3+)。例如，较小或较轻的致动器块在移动期间可能需要较少的支撑并且仅使用一个或甚至不使用导向轴。同时，较大或更重的致动器块可使用附加的导向轴或多个螺杆轴。
悬吊组件528可将磁头条520连接到致动器块526。在一个实施方案中，悬吊组件包括安装板、负载梁和层压挠曲件，以将电信号传送到磁头条中的读磁头和写磁头以及从磁头条中的读磁头和写磁头传送电信号。悬吊组件528还可包括受控电流流过的线圈529。线圈529与附接到致动器块 526的一个或多个磁体530相互作用以形成用于可控地移动磁头条510的音圈电机520。
在一个实施方案中，头支撑块535将磁头条520和压电致动器515连接到悬吊组件528。磁头支撑块535可包括用于固定磁头条520和压电致动器515的夹具536，以及垂直于夹具以将基座连接到悬吊组件528的支撑结构537。在一个实施方案中，磁头支撑块和致动器形成悬吊系统，该悬吊系统允许磁头条520结合由音圈电机510和步进电机505提供的控制而横跨磁带介质的宽度移动。
还需注意，压电致动器515可任选地为多层压电元件，其包括夹置在导电(例如，金)电极层之间的多个压电材料层。压电致动器515可任选地包括许多已知的压电材料中的一种或多种，例如锆钛酸铅、钽钪酸铅、硅酸镓镧、钽酸锂、钛酸钡、磷酸镓和/或酒石酸钾钠。
在一个实施方案中，压电致动器515沿第二轴线延伸或收缩。致动器 515可朝磁带介质推动磁头条520或将一个或多个磁头远离磁带介质牵拉。在一个实施方案中，可将加热器(例如，加热线圈)结合到磁头条520 中，以便使磁头移动到更靠近磁带胶片。也可将触地(touchdown)传感器结合到磁头条中以检测磁头-胶片接触并防止磁头条接触磁带胶片。
通过允许一个或多个磁头移动到更靠近磁带胶片，可以增加信号强度。此外，通过允许磁头条远离磁带介质移动，可针对磁带嵌入式驱动器 100实现快进或快退功能。由于磁头条距离介质更远，因此即使在磁带介质移动得较快的情况下，介质撞击磁头条的概率也会降低。通过避免接触，保持读磁头和写磁头和/或磁带介质的可靠性。
为了更好地将磁头组件500固定到壳体105，可使用第二导向轴540。在一个实施方案中，第一导向轴524位于致动器块526的一侧，其中第二导向轴540位于致动器块526的相对端。
在一种实施方式中，磁头条520的移动以三级动作完成。首先，步进电机使螺杆轴525旋转，从而使致动器块上下移动第一导向轴524和第二导向轴540。这导致磁头条横跨磁带胶片的宽度(上下)移动。当电流被施加到VCM线圈时，磁头支撑块也向上和向下，同时被悬吊组件支撑。当电压施加到压电致动器515时，磁头再次上下移动。在串接模式下工作，三级动作可使磁头条以粗略、精细或极精细的增量横跨磁带胶片的宽度(上下)移动。在一个实施方案中，三级移动以约30,000/10,000/1的比率进行，其中步进电机505能够移动至多12.65mm，VCM 510能够移动至多 4mm，并且压电致动器515能够移动至多0.4μm。
图6示出了根据某些实施方案的用于磁带嵌入式驱动器100的LTO磁头条605和磁头条610。LTO盒式磁带仅具有用于致动磁头条的步进电机和音圈电机。图6示出了针对LTO和针对磁带嵌入式驱动器的实施方案的磁带宽度与磁带磁头条长度之间的关系。
多个写入器和读取器可以位于磁头条中。例如，磁头条可具有1-10个读磁头和/或1-10个写磁头。通常，磁带磁头条使用写入器-读取器-写入器布局。但是，可以使用诸如写入器-读取器-读取器-写入器的其他布局。在一些实施方案中，使用两个或更多个读取器提供更好的信噪比(SNR)，从而允许更高的TPI。
磁带录音使用磁头胶片接触技术进行录音。通常，LTO磁带使用胶片上的四个数据带，其中一个或多个磁头沿磁带的宽度上下移动到四个不同的位置。步进电机用于移动到四个位置中的每一个，其中音圈电机处理每个位置内的更精细的致动。因此，LTO盒式磁带使用比磁带宽度(12.65mm) 更长的磁头条长度(例如，22.4mm)，使得磁带宽度在其可移动到的四个位置中的每一个中被磁头条覆盖。
由于较长磁头条605的质量较重，较宽的磁头读取器宽度以及步进电机和音圈电机的有限的移动粒度，LTO盒式磁带的胶片上的磁道密度受到限制。LTO-7磁道间距为10.7kTPI(2.37um)。
在一个实施方案中，磁带嵌入式驱动器100包括显著小于LTO磁头条 605的磁头条610，诸如长度为约4mm的磁头条610。在较短的磁头条长度和对应较少的质量的情况下，磁头条可通过PZT超细致动而上下移动。在一个实施方案中，磁头组件附接到PZT致动器(如图5中所讨论)，该 PZT致动器位于附接至音圈电机的可致动部分的组件上，该组件继而位于附接到步进电机的可致动部分的组件上。在一个实施方案中，PZT致动器被音圈电机移动，并且音圈电机继而被步进电机移动。
虽然上文讨论了约4mm的磁头条大小，但其他大小也是可能的，诸如约3mm，约5mm或甚至其他大小。在一些实施方案中，磁头条显著小于磁带宽度。例如，磁头条可小于磁带介质的宽度的一半或甚至小于四分之一。
在一个实施方案中，两个磁带导引器615位于磁带组件的两侧。当磁头组件在磁带胶片上移动时，磁带导引器限制磁带的移动并提供更好的稳定性。在其他实施方案中，可仅利用放置在磁头组件之前或之后的单个磁带导引器。
磁头条610可由HDD状的万向架组件或悬吊组件(如图5中所讨论) 支撑。这可提供磁头与胶片的较温和和/或更稳定的接触，从而潜在地为读取和/或写入提供更好的可靠性。悬吊组件可使用多种材料，诸如不锈钢等。
磁头组件实施方案
图7A 至图10C示出了磁带嵌入式驱动器100的磁头组件的各种不同实施方案。这些只是一些变型；其他变型可与磁带嵌入式驱动器100一起使用。例如，以下示例使用压电致动器，诸如剪切或推拉PZT。然而，也可使用具有类似性能特性的其他类型的致动器。在另一个示例中，可使用不同数量的压电致动器(例如，1，2，3，4等)来代替所示数量。
图7A至图7B示出了磁头组件700的实施方案的透视图和正视图。虽然磁头组件700类似于图5的磁头组件，但压电致动器被分成两个磁条或部分715a,715b，其中在中间具有切口。压电致动器横跨磁带介质的宽度移动磁头条720，如图7B中的虚线箭头所示。减小压电材料的量可减轻重量，这有利于磁头条720的移动。例如，较轻的磁头条可降低致动磁头条所需的电功率。减少材料也可降低生产成本。
图8A至图8B示出了使用悬吊系统800的磁头组件840的另一个实施方案的透视图和正视图。磁头组件800类似于图7A至图7B的磁头组件，其中加入了悬吊系统840。悬吊系统840可帮助磁头条820保持与磁带胶片的轻触式接触。当磁带胶片移动经过磁头条820时，磁带可相对于接触磁头表面略微波动。悬吊系统840可补偿那些波动并使得磁头能够保持与磁带胶片接触。这可提高读取/写入性能，减少对磁带胶片的潜在损坏，和/或增强读取/写入可靠性。
在一个实施方案中，悬吊系统840包括框架。框架可连接到支撑结构 841(类似于图5所述的磁头支撑块)的一侧。磁头条820可连接到框架的另一侧。
在一些实施方案中，悬吊系统840中的切口可被放大或减小，以便改变悬吊系统840的张力。当压电致动器横跨磁带介质移动磁头条时，如图 8B中的虚线箭头所示，改变张力可影响磁头条820的移动量。
图9A至图9B示出了使用推拉悬吊系统的磁头组件900的另一个实施方案的透视图和正视图。推拉致动器通常比剪切致动器使用更小的电压。推拉悬吊系统包括推动致动器941、牵拉致动器942和框架943。在一个实施方案中，推动致动器、牵拉致动器和多个悬吊线将磁头条920连接到与支撑结构944连接的框架943。
在串接模式下工作，推拉致动器可相对于磁带的宽度上下移动悬吊的磁头，如图9B中的虚线箭头所示。例如，当推动致动器941收缩时，牵拉致动器942扩张，从而将磁头推向一个方向(向上)。当推动致动器941 扩张并且牵拉致动器942收缩时，磁头以相反方向(向下)被推动。在一个实施方案中，推拉致动器为PZT。
悬吊系统还可包括用于可移动地支撑磁头的线材悬吊物945a,945b。在一个实施方案中，线材悬吊物945a,945b由柔性材料制成，其可容易地被推拉致动器移动。在图示实施方案中，将两根悬吊线放置在磁头的每一侧上。
线材悬吊物的设计可以是不同的，以解决磁头条的期望移动。例如，推拉致动器941,942横跨磁带介质的宽度移动磁头条，如虚线箭头所示。在一个实施方案中，第一悬吊线类型945a被配置为例如通过使套环部分配置成沿上下移动来压缩以促进上下移动。在一个实施方案中，第二悬吊线类型945b被配置为在上下移动期间减少横向移动。例如，第二悬吊线可更硬，利用较高拉伸材料，和/或利用减小沿垂直于上下移动的方向的压缩的形状(例如，“W”形)。
HDD中使用的推拉致动器设计可适用于如上所述的磁带驱动器。推拉设计具有高可靠性和低生产成本，使其很适合于磁带嵌入式驱动器100的实施方案。
图10A至图10C示出了适于HDD HGA的包括磁头万向架组件(HGA) 1050的磁头组件1000的另一个实施方案的透视图(图10A)、第一侧面轮廓视图(图10B)和第二侧面轮廓视图(图10C)。图10C为图10B的沿轴线旋转90度的侧面轮廓视图。HGA 1050包括细长悬吊物1051，该悬吊物包括顶端和基端。悬吊物1051可在其顶端上支撑磁头1020(或多个)和具有空气支承系统1052的磁头滑块(或多个)。
细长悬吊物1051可在其基端通过一个或多个致动器1054,1055和弹簧式夹具1056连接到支撑结构1053。在图示实施方案中，一个或多个致动器为推拉致动器，其中第一致动器1054和第二致动器1055将悬吊物1051的基部连接到将悬吊物1051与支撑结构1053连接的弹簧式夹具1056。
在一个实施方案中，第一致动器1054和第二致动器1055为PZT致动器。如图10C所示，当第一致动器1054扩张并且第二致动器1055收缩时，磁头向左移动。当第一致动器1054收缩并且第二致动器1055扩张时，磁头向右移动。
控制系统
图11示出了根据某些实施方案的用于磁带嵌入式驱动器100的伺服机械系统1100的控制框图。该系统的控制逻辑可被实现为磁带嵌入式驱动器 100的一个或多个控制器中的过程，诸如PCBA中的SoC和/或PLSI，并且用于控制一个或多个电机和/或致动器。
在一个实施方案中，步进电机控制器1105、PZT控制器1107和VCM 控制器1110一起工作以控制步进电机1115、PZT致动器1120和VCM 1125，以响应于目标命令来协调一个或多个磁头的移动。
如上所述，步进电机1115可提供粗略移动，VCM 1125可提供精细移动，并且PZT致动器1120可提供极精细移动。例如，假设磁带宽度为 12.65mm，则步进电机冲程可为约12.65mm，其中VCM冲程为约4mm，并且PZT冲程为约0.4μm。在该实施方案中，这产生约30,000:10,000:1 (步进电机/VCM/PZT致动器)的移动比率。在其他实施方案中，该比率可基于电机和致动器的性能规格而不同。
从步进电机控制器向步进电机发送第一控制信号1130。然后一个或多个磁头以粗略移动方式而被移动。在一个实施方案中，磁头位置传感器在第一移动之后检测磁头的位置，并且向VCM和PZT控制器提供正误差信号(PES)。作为响应，如果需要，VCM和PZT控制器可进一步分别以精细和极精细移动来移动一个或多个磁头，以将一个或多个磁头放置到期望位置中。
第一放大器1133可定位在PZT控制器1107和PZT致动器1120之间以放大第二控制信号1135。第二放大器1138可定位在VCM控制器1110 和VCM 1125之间以放大第三控制信号1140。
在一个实施方案中，PZT致动器1120和VCM 1125串联地移动一个或多个磁头。VCM首先移动一个或多个磁头，然后如果磁头在距目标位置的第一阈值距离内，则PZT致动器1120可接替一个或多个磁头的移动以进行极精细的移动。在另一个实施方案中，PZT致动器1120和VCM 1125可并联地移动一个或多个磁头。应当指出的是，虽然PZT在图11的控制系统的整个描述中被使用，如上文所公开的，但是其他类型的致动器可用于代替 PZT，并且图11的系统可在其他实施方案中相应地进行调整。
附加的实施方案
本领域技术人员将理解，在一些实施方案中，其他类型的磁带嵌入式驱动器系统可实现并同时保持在本公开的范围内。此外，本文所述的过程中采取的实际步骤可不同于附图中所描述或所示的那些。根据实施方案，可移除上述步骤中的某些步骤，可添加其他步骤。
虽然已经描述了某些实施方案，但是这些实施方案仅作为示例呈现，并且不旨在限制保护范围。实际上，本文描述的新颖方法和系统可以各种其他形式体现。此外，可以对本文描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变。所附权利要求书以及其等同物旨在涵盖落入保护范围和实质内的这些形式或修改。例如，图中所示的各种部件可实现为处理器、 ASIC/FPGA或专用硬件上的软件和/或固件。而且，上文公开的特定实施方案的特征和属性可以不同方式组合以形成另外的实施方案，所有这些都落入本公开的范围内。尽管本公开提供了某些优选的实施方案和应用，但是对于本领域普通技术人员显而易见的其他实施方案，包括不提供本文所述的所有特征和优点的实施方案，也在本公开的范围内。因此，本公开的范围旨在仅通过参考所附权利要求书来限定。
上述所有过程可通过由一个或多个通用或专用计算机或处理器执行的软件代码模块来体现，并且完全自动化。代码模块可存储在任何类型的计算机可读介质或其他计算机存储设备或存储设备的集合上。所述方法中的一些或全部可另选地体现在专用计算机硬件中。

Claims (14)

1.一种存储设备，包括：
一个或多个磁带卷盘，所述一个或多个磁带卷盘包括用于存储数据的磁带介质；
磁头组件，所述磁头组件包括：
支撑结构；
磁头条，所述磁头条包括至少一个读磁头和至少一个写磁头；和
悬吊系统，所述悬吊系统将所述磁头条连接到所述支撑结构，并且被配置成横跨所述磁带介质的宽度移动所述磁头条，
所述悬吊系统包括：
第一压电致动器，所述第一压电致动器被配置成以第一构型牵拉并且以第二构型推动；
第二压电致动器，所述第二压电致动器被配置成以所述第一构型推动并且以所述第二构型牵拉；
连接到所述支撑结构的框架；和
将所述磁头条附接到所述框架的多个悬吊线；
其中所述第一压电致动器将所述磁头条的第一侧连接到所述框架的第一侧，并且所述第二压电致动器将所述磁头条的第二侧连接到所述框架的第二侧，所述磁头条的所述第二侧与所述磁头条的所述第一侧相对；
一个或多个电机，所述一个或多个电机被配置成致动所述磁头组件；
包括内腔的密封壳体，所述内腔容纳所述一个或多个磁带卷盘、所述磁头组件和所述一个或多个电机；以及
安装在所述壳体的外表面上的印刷电路板组件即PCBA，所述PCBA电气连接到所述一个或多个电机并且被配置成控制所述一个或多个电机的操作。
2.根据权利要求1所述的存储设备，其中所述PCBA包括串行连接SCSI连接器即SAS连接器或串行ATA连接器即SATA连接器。
3.根据权利要求1所述的存储设备，其中所述壳体为3.5英寸形状因数。
4.根据权利要求1所述的存储设备，其中所述磁头条的宽度小于所述磁带介质的所述宽度。
5.根据权利要求1所述的存储设备，其中所述一个或多个电机包括：
步进电机，所述步进电机被配置成提供所述磁头组件的粗略移动；和
音圈电机，所述音圈电机被配置成提供所述磁头组件的精细移动。
6.一种用于在磁带驱动器中读取或写入磁带介质的磁头组件，所述磁头组件包括：
支撑结构；
磁头条，所述磁头条包括至少一个读磁头和至少一个写磁头，所述磁头条小于所述磁带介质的宽度的一半；和
悬吊系统，所述悬吊系统将所述磁头条连接到所述支撑结构，并且被配置成横跨所述磁带介质的宽度移动所述磁头条，所述悬吊系统包括：
第一压电致动器，所述第一压电致动器被配置成以第一构型牵拉并且以第二构型推动；
第二压电致动器，所述第二压电致动器被配置成以所述第一构型推动并且以所述第二构型牵拉；
连接到所述支撑结构的框架；和
将所述磁头条附接到所述框架的多个悬吊线；
其中所述第一压电致动器将所述磁头条的第一侧连接到所述框架的第一侧，并且所述第二压电致动器将所述磁头条的第二侧连接到所述框架的第二侧，所述磁头条的所述第二侧与所述磁头条的所述第一侧相对。
7.根据权利要求6所述的磁头组件，其中所述磁头条包括磁头的写入器-读取器-写入器布局。
8.根据权利要求6所述的磁头组件，其中所述磁头条包括磁头的写入器-读取器-读取器-写入器布局。
9.一种存储设备，包括根据权利要求6所述的磁头组件。
10.一种存储设备，包括：
一个或多个磁带保持装置，所述一个或多个磁带保持装置被配置成保持用于存储数据的磁带介质；
磁头组件，所述磁头组件包括：
支撑结构；
磁带读取和写入装置；和
悬吊装置，所述悬吊装置将所述磁带读取和写入装置连接到所述支撑结构，所述悬吊装置被配置成横跨所述磁带介质的宽度移动所述磁带读取和写入装置，所述悬吊装置包括：
第一致动装置，所述第一致动装置被配置成以第一构型牵拉并且以第二构型推动；
第二致动装置，所述第二致动装置被配置成以所述第一构型推动并且以所述第二构型牵拉；
连接到所述支撑结构的框架；和
将所述磁带读取和写入装置附接到所述框架的悬吊装置；
其中所述第一致动装置将所述磁带读取和写入装置的第一侧连接到所述框架的第一侧，并且所述第二致动装置将所述磁带读取和写入装置的第二侧连接到所述框架的第二侧，所述磁带读取和写入装置的所述第二侧与所述磁带读取和写入装置的所述第一侧相对；
一个或多个致动装置，所述一个或多个致动装置被配置成致动所述磁头组件；
包括内腔的密封壳体，所述内腔容纳所述一个或多个磁带保持装置、所述磁头组件和所述一个或多个致动装置；以及
安装在所述壳体的外表面上的印刷电路板组件即PCBA，所述PCBA电气连接到所述一个或多个致动装置并且包括被配置成控制所述一个或多个致动装置的操作的部件。
11.根据权利要求10所述的存储设备，其中所述PCBA包括串行连接SCSI连接器即SAS连接器或串行ATA连接器即SATA连接器。
12.根据权利要求10所述的存储设备，其中所述壳体为3.5英寸形状因数。
13.根据权利要求10所述的存储设备，其中所述磁带读取和写入装置的宽度小于所述磁带介质的所述宽度。
14.根据权利要求10所述的存储设备，其中被配置成致动所述磁头组件的所述一个或多个致动装置包括：
步进电机，所述步进电机被配置成提供所述磁头组件的粗略移动；和
音圈电机，所述音圈电机被配置成提供所述磁头组件的精细移动。
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