CN1260898A - 与温度有关的盘片驱动器参数构造 - Google Patents

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Abstract

揭示了一种通过温度相关参数构造来优化盘片驱动器(100)的性能的方法和设备。盘片驱动器设有提供操作温度的指示的温度传感器(160)、利用温度相关参数来优化性能的电路(152,156)以及识别多个操作温度范围和每个范围的相应参数集合的参数构造电路(142)。在对盘片驱动器(202)进行初始化后,参数构造电路测量温度(204)并安装适当的参数集合(206)。其后,参数构造电路启动一系列延迟(212,220)并测量每个延迟结束时驱动器的温度(219,222)。当测得的温度表明驱动器已变化到新的操作温度范围(216,224)时,安装相应的参数集合(215,226)。

Description

与温度有关的盘片驱动器参数构造
技术领域
本发明一般涉及盘片驱动器存储器件的领域，但并不以此为限，具体地说是涉及有关盘片驱动器温度的驱动器的参数构造。
背景技术
硬盘驱动器使得计算机系统的用户可快速而高效地存储和检索大量数据。在典型的盘片驱动器中，以磁的方式把数据存储在一个或多个盘片上，这些盘片以恒定的高速旋转并被具有多个读/写头的旋转致动器组件访问，这些读/写头靠近盘片的表面飞行。
由一闭环数字伺服电路来控制这些头的位置。前置放大器和驱动器电路产生被该头所使用的写电流以使盘片在写操作期间磁化，并放大该头在读操作期间检测到的读信号。读/写通道(channel)和接口电路可操作地连接到前置放大器和驱动器电路，以在盘片和安装有盘片驱动器的主机计算机之间传送数据。
盘片驱动器的制造商通常生产大量在标称上相同的驱动器，在制造过程中，通过设定影响诸如前置放大器和驱动器电路、伺服电路和读/写通道等各种盘片驱动器电路操作的参数对这些驱动器进行单独地优化。这些参数是众所周知的，它们通常包括写电流、写预补偿、伺服增益、数据和伺服电平(level)检测阈值、横向均衡器抽头权重、自适应滤波参数，以及利用磁阻(MR)头的盘片驱动器中的读偏置电流。使用这些参数使盘片驱动器适应数据传送速率的变化，这些变化是相对于存储数据的盘片的半径、噪声电平、电气和机械偏移等(所有这些都将影响驱动器的操作)产生的。
相应地，在盘片驱动器操作期间把这些参数设定为初始值，然后使用预定的可接受标准(例如，测得的读差错率)来优化这些参数。通常还给盘片驱动器在操作期间提供连续检测盘片性能及自适应地调节某些参数来保持最佳的性能水平的能力。
影响盘片驱动器性能的最显著的变量之一为温度。盘片驱动器是复杂的机-电器件，它包括使盘片和致动器组件旋转的电动机。虽然把这种电动机设计成有效地操作，但随着盘片驱动器的操作时间周期的延长将产生热量，它可能基本上增加驱动器的操作温度。盘片驱动器还包括一个或多个处理器及相关的集成电路，它们的性能特性也受到温度变化的影响。
在已有技术中已尝试补偿诸如盘片驱动器等磁记录器件中温度的变化。例如，1973年3月27日授予Gabor的名为“磁盘存储单元的温度补偿系统”的3,723,980号美国专利通过努力保持基本上均匀的温度并在驱动器内的类似位置使用类似材料来补偿温度的变化。1995年4月8日授予VanDoorn等人的名为“温度相关写电流控制的记录器件”的5,408,365号美国专利揭示了一种磁带器件，其中利用与记录带媒体接触的磁阻头元件来检测媒体的温度，从而相应地调节写电流的量值。1996年8月27日授予Aranovsky的名为“薄膜头写驱动器的控制电路和方法”的5,550,502号美国专利揭示了一种磁性存储器件中的写驱动器控制电路，它提供了足够的输入电压值的范围来适应该器件工作时的温度和过程变化。1995年10月3日授予Van Doorn等人的名为“温度相关写电流控制的记录器件”的5,455,717号美国专利揭示了一种补偿电路，用于对驱动器内的温度变化来控制写电流的幅度。
虽然可操作，但这些和其它已有技术的文献都限于写电流值的优化，且它们不易适用于其它温度敏感性参数的优化。此外，这些和其它已有技术的方案都通过应用连续检测驱动器温度并相应地调节写电流的附加电路来获得写电流的优化，这将增加驱动器的成本和复杂性。
因此，不断需要在本领域进行改进，从而对于范围较大的温度相关盘片驱动器参数，可响应于温度的变化而容易地优化盘片驱动器性能。
发明内容
本发明提供了一种通过温度相关参数构造来优化盘片驱动器的操作性能的设备和方法。
依据一较佳实施例，盘片驱动器包括提供盘片驱动器的操作温度指示的温度传感器以及响应于温度传感器识别盘片驱动器所使用的选中参数来优化盘片驱动器性能的参数构造电路。把参数排列成为相应于多个预定操作温度范围的多个参数组集合。
参数构造电路周期性地测量盘片驱动器的操作温度，识别测得的操作温度所在的操作温度范围，并应用相应于所识别操作温度范围的参数集合。
参数构造电路最好包括用于控制盘片驱动器的操作的控制处理器。参数可以是任意数目的盘片驱动器通常用来优化诸如头前置放大器和驱动器电路、读/写通道和伺服控制电路等各种盘片驱动器电路的的常规参数。在一较佳实施例中，这些参数包括写电流、预写补偿、读偏置电流、伺服增益、数据和伺服检测阈值、自适应滤波器电平和横向均衡器抽头权重。
通过阅读以下的详细描述并结合相关附图将使表征本发明的这些和各种其它特征及优点变得明显起来。
附图概述
图1是依据本发明一个较佳实施例构成的盘片驱动器的俯视平面图。
图2是可操作地连接到安装盘片驱动器的主机计算机的图1的盘片驱动器的功能方框图。
图3提供了由图2的控制处理器结合存储在图2所示DRAM和快擦写存储器件中的程序和信息执行温度相关参数构造例程的流程图。
本发明的较佳实施方式
在讨论本发明的较佳实施例的操作前，首先简要地描述本发明实际应用的盘片驱动器存储器件是有益的。参考图1，其中示出盘片驱动器100的俯视平面图，盘片驱动器100具有其上安装有盘片驱动器100的各种元件的基板(base deck)102。顶盖104(以局部切除的方式示出)与基板102合作以常规的方式形成盘片驱动器的环境控制内壳。
设有使一个或多个盘片108以恒定的高速旋转的主轴电动机(在106处示出)。通过使用绕位于盘片108附近的支承轴(bearing shaft)112旋转的致动器组件110把用户数据写到盘片108的轨道(未示出)上及从该轨道读取数据。致动器组件110包括向盘片108延伸的多个致动器臂114，致动器臂114具有从这些臂114延伸的一个或多个挠曲部分(flexure)116。安装在每个挠曲部分116的远端的为头118，头118包括设计成在盘片驱动器110的操作期间靠近相关盘片108的相应表面飞行的滑块(slider)组件(未单独表示)。
当盘片驱动器100未使用时，使头118位于盘片108的内径附近的起落区120，并利用诸如122出指定的常规锁定(latch)配置来固定致动器组件110。
通过使用音圈电动机(VCM)124来控制头118的径向位置，音圈电动机124包括接到致动器组件110的线圈126以及建立线圈126陷入的磁场的永磁体128。应知道，第二磁通路径位于永磁体128上方，但为了清楚未示出。给线圈126加上受控电流在永磁体128和线圈126之间引起磁交感(interaction)，从而线圈126依据众所周知的Lorentz关系移动。随着线圈126的移动，致动器组件110绕支承轴112作枢轴转动，引起头118横过盘片108的表面移动。
挠曲组件130为致动器组件110提供必需的电气连接通路同时使致动器组件110在操作期间作枢轴移动。挠曲组件130包括连接头的线路(未示出)的印刷电路板132，头的线路沿致动器臂114和挠曲部分116到头118。印刷电路板132通常包括用于控制在写操作期间加到头118的写电流及用于放大在读操作期间由头118所产生的读信号的电路。挠曲组件端接在通过基板102传达到安装到盘片驱动器100的底面的盘片驱动器印刷电路板(未示出)的挠曲托架(bracket)134处。
现在参考图2，其中示出图1的盘片驱动器100的功能方框图，从总体上示出位于盘片驱动器印刷电路板上并用于控制盘片驱动器100的操作的主要功能电路。
图2所示的盘片驱动器100以常规的方式可操作地连接到其中安装有盘片驱动器100的主机计算机140。盘片驱动器控制处理器142对盘片驱动器100的操作提供最高级别的控制。在易失性和非易失性存储器件中提供了由控制处理器所利用的程序和信息，这些存储器件包括动态随机存取存储器(DRAM)器件144和快擦写存储器件146。然而，应知道，存储器件的结构可依特定应用的需要而改变。在盘片驱动器100的操作期间(诸如在上电期间)周期性地加载DRAM 144的内容。
接口电路150包括临时缓存主机计算机140和盘片108之间的数据的数据缓冲器(未示出)以及在数据传送期间指导盘片驱动器100的操作的定序器(sequencer)(也未示出)。一般，在数据写操作期间，读/写通道152以行程长度受限(RLL)码和纠错码对待写入盘片108的数据进行编码，通过前置放大器/驱动器电路154(“前置放大器”)把相应于编码数据的写电流加到头118用以对盘片108进行选择性地磁化。在数据读操作期间，前置放大器154把读偏置电流加到头118并检测头118的磁阻(MR)元件两端的电压，此电压相对于盘片108的选择性磁化而改变。此电压被前置放大器154前置放大，以为读/写通道152提供读信号，读/写通道152对所存储的数据进行解码并把它提供给接口电流150的缓冲器用以在随后传送到主机计算机140。例如，在1994年1月4日授予Shaver，Jr.等人的名为“数据传送管理设备改进的盘片驱动器”的5,276,662号美国专利中更详细地讨论了盘片驱动器的读写操作，该专利已转让给本发明的受让人。
伺服电流156通过头118所读取的并利用前置放大器驱动器154提供给伺服电路156的伺服信息控制头118的位置。伺服信息指示头118相对于盘片108上的选中轨道的相对位置。响应于此伺服信息，数字信号处理器(未示出)控制加到线圈126的电流，用以调节头118的位置到所需的关系。在1993年11月16日授予Duffy等人的名为“伺服系统改进的硬盘驱动器”的5,262,907号美国专利中从总体上讨论了诸如154等闭环数字伺服系统的结构和操作，该专利已转让给本发明的受让人。
设有通过主轴电动机106的反向电磁力(bemf)转换来控制盘片108的旋转的主轴电路158。对于典型主轴电路的附加讨论，见1997年5月20日授予Dinsmore的名为“硬盘驱动器主轴电动机的制造公差的自适应补偿”的5,631,999号美国专利，该专利已转让给本发明的受让人。
继续图2，设有测量盘片驱动器100的温度的温度(temp)传感器160。虽然温度传感器可安装在诸如容纳图2所示的其它盘片驱动器电子元件的盘片驱动器印刷电路板(未示出)等其它地方，但温度传感器最好安装在盘片驱动器100的内部，靠近头118。温度传感器160的输出为模拟温度信号，该信号被模拟-数字(A/D)转换器162转换成数字形式，从而控制处理器142可获得盘片驱动器100的温度的数字指示。
在较佳实施例的实践中，控制处理器142最初建立相应于三个不同操作温度范围：冷、环境和热的三个参数集合。把冷定义为低于15摄氏度(℃)，把环境定义为(包括)15℃和45℃之间的温度，把热定义为超过45℃的温度。然而，在必要时，可容易地建立其它温度范围。
每个参数集合包括读/写通道152和伺服电路156所使用的选中参数的值。最好在盘片驱动器100在覆盖温度极限范围的的环境室中操作的动态老化(DBI)期间对这些值进行优化。在一个方案中，当盘片驱动器100在每个以上定义的范围中进行操作时选择参数。或者，选择和评估一组标称相同的盘片驱动器100，以建立一系列增量值(delta-value)，每个增量值表示相对于盘片驱动器在选中的室内环境温度(诸如20℃)下操作时获得的标称值的参数变化。其后，使每个盘片驱动器100在环境温度下操作，以建立用于环境温度范围的基线参数值，把增量值加到这些基线参数值，以建立冷和热温度范围的参数集合。
在下表I.中列出了依据一较佳实施例优化和利用的较佳参数。
参数     冷T＜15℃     环境15℃≤T≤45℃     热T＞45℃
写电流     IW1     IW2     IW3
预写补偿     PC1     PC2     PC3
读偏置     IR1     IR2     IR3
伺服增益     KP1     KP2     KP3
数据阈值     TD1     TD2     TD3
伺服阈值     TS1     TS2     TS3
自适应滤波器     F1     F2     F3
抽头权重     WT1     WT2     WT3
MR不对称     MR1     MR2     MR3
VGA增益     KVGA1     KVGA2     KVGA3
伺服带宽     BS1     BS2     BS3
                                   表I.
在表I.中列出的参数是众所周知的，它们通常用于现代的盘片驱动器中；此外，这些参数只是为了说明，容易理解本发明实际上不限于使用这些特定参数。然而，为了清楚，以下将简要地描述每一个参数。
以写电流开始，该参数是在写操作期间通过头118的写元件的电流的量值。认为盘片驱动器100利用基于区段的记录(ZBR)(诸如，1989年1月17日授予Bremmer等人的名为“记录数据的方法和设备”的4,799,102号美国专利中所述，该专利已转让给本发明的受让人)，从而对盘片108上轨道的每个区段(每个区段具有相同数目的每个轨道的数据扇区)选择不同的写电流。此外，如在1997年11月11日授予Kassab的名为“为把可重读差错的发生减到最少而进行的盘片驱动器中最佳写电流的选择”的5,687,036号待批美国专利中所述，通常对每个头/盘片组合优化写电流，该专利已转让给本发明的受让人。
相应地，表I.的术语IW1描述当盘片驱动器100的温度T低于15℃(通过温度传感器160测得)时每个区段的每个头的一组写电流值。类似地，术语IW2描述当盘片驱动器100在15℃≤T≤45℃的范围中操作时的第二组写电流值，以及术语IW3描述当盘片驱动器100在超过45℃的温度T下操作时的第三组写电流值。在表I.中对每个所列的参数提供了类似的术语。
表I.中的下一个参数，预写补偿(“预写补偿”)是为把随后检测到的读操作期间的通量变化中感知的定时偏移减到最小而加到盘片108的每个通量变化写入的定时调节。例如，在1991年9月10日授予Holsinger的名为“自适应预写补偿设备”的5,047,876号美国专利中讨论了预写补偿，该专利已转让给本发明的受让人。
伺服增益是伺服电路156的整个增益，通常在盘片驱动器100的操作期间对其进行调节以保持伺服回路的最佳性能。例如，在1990年10月23日授予Hashimoto的名为“伺服电路”的4,965,501美国专利中讨论了伺服增益调节。数据和伺服阈值是用于对来自盘片108的轨道上的数据和伺服字段的控制信息和数据进行解码的常规回读(readback)信号检测电平。自适应滤波器参数包括用于控制读/写通道152的读通道部分所加的滤波的输入。抽头权重参数包括被通常在利用部分响应最大可能性(PRML)检测技术一般使用的横向均衡器电路所使用的抽头权重值。MR不对称补偿是为把回读信号的正负峰值的不对称减到最少而加到来自磁阻(MR)头的回读信号的补偿。VGA增益和伺服带宽值优化了可变增益放大器的增益及盘片驱动器伺服电路156的响应特性。为了概括地讨论这些和其它参数，见1995年6月6日授予Abbott等人的名为“使用分区段数据记录及以数字自适应均衡来进行PRML采样数据检测的盘片驱动方法”的5,422,760号美国专利、1990年3月6日授予Senio的名为“具有自动偏移和增益调节装置的磁盘驱动系统”的4,907,109号美国专利及1997年1月7日授予Minuhin等人的名为“具有自适应模拟横向均衡器的通信信道”的5,592,340号美国专利，最后一个专利已转让给本发明的受让人。
如上所述，利用常规的优化技术在盘片驱动器制造期间对表I.中列出的参数集合进行优化。尤其是，在DBI期间选择参数，使得在盘片驱动器100在每个所识别的毗邻温度范围(即，低于15℃、在15℃和45℃之间以及高于45℃)内操作时盘片驱动器的性能(诸如读差错率性能)最佳化。应知道，可依据给定应用的需要，容易地利用其它温度范围及不同数目的范围。
以随后被控制处理器142访问的方式把每组参数存储在盘片驱动器100内。例如，可把这些参数写入通常不被盘片驱动器100所使用的保护轨道，以存储用户数据随后在初始化时装入DRAM144；或者，可把这些参数存储在快擦写存储器146中。应知道，通过对更多数目的温度相关参数建立参数集合将提高盘片驱动器的性能，只要在盘片驱动器100内有足够的存储空间和处理能力来利用这些参数集合。
现在参考图3，其中示出温度相关参数构造例程的流程图，一旦识别了表I.的参数集合，该例程就执行一次。图3的例程通常表示存储在快擦写存储器146(图2)中并被控制处理器142(图2)所利用的程序。打算把该例程作为结合盘片驱动器100的其它常规例程运行的最高级例程。
该例程在框202处开始，其中盘片驱动器100首先进入旋转(spinup)操作，在此期间，盘片驱动器被上电且盘片108被加速到额定操作速度。应理解，在框202期间还执行诸如各自盘片驱动系统的初始化和自测试等其它常规的初始化例程。一旦旋转操作结束，则控制处理器142如框204所示通过温度传感器160和A/D162(图2)来检查盘片驱动器100的温度，以确定盘片驱动器100是在冷、环境还是在热温度范围下进行操作。可知道，依据盘片驱动器100的操作所处的环境，在从冷开始初始化后盘片驱动器100通常在冷温度范围内开始操作。
图3的例程接着通过框206依据框204所确定的温度范围的操作安装适当的参数集合。尤其是，由控制处理器142给读/写通道152和伺服电路156的各个元件提供适当的参数。框208，控制处理器142接着启动内部计时器来测量在框210的操作结束时经过的时间(EP)。可由控制处理器142直接执行计时操作，或为此目的可利用附加的计数器硬件(未示出)。
继续图3，例程进到判断框219，该框检查经过的时间(EP)是否小于10分钟或等于10分钟。如果是这样，则例程进到框212，其中控制处理器142开始一分钟的定时延迟。当然，框212的延迟只与图3的例程有关，从而控制处理器142继续以常规的方式进行操作，以在框212的延迟期间控制盘片驱动器100的操作。一旦延迟结束，控制处理器142如框214所示测量盘片驱动器100的温度，并如判断框216所示确定是否发生温度范围的变化。
如果已发生这种变化，则如框218所示，在读/写通道152和伺服电路156中实行适当的参数集合，其后例程返回判断框210。或者，在温度范围未发生变化时，该例程简单地从判断框216返回判断框210。
因此，在盘片驱动器100被初始化后，对第一个十分钟，每一分钟检查一次温度。当在此周期中检测到盘片驱动器100的操作温度范围的变化，则以适当的参数的来更新盘片驱动器电路。虽然也可实行其它计时方案，但在第一个10分钟内的每一分钟检查一次温度将保证在温度常发生相对大的变化(即，盘片驱动器在盘片驱动器初始化后开头几分钟期间变热)时，盘片驱动器100可不断地利用最佳的参数。
继续图3，在盘片驱动器初始化后经过十分钟后，例程从判断框210进到框220，其中控制处理器进入10分钟的延迟。在10分钟的延迟结束后，检查盘片驱动器100的温度(判断框224)，控制处理器142确定盘片驱动器100的温度范围的变化是否发生。如果是这样，则通过框226安装适当的参数集合，例程返回框220进行另一个10分钟的延迟；如果不是这样，该例程直接返回框220，参数集合没有变化。因此，在盘片驱动器操作的第一个10分钟后，控制处理器142随后每10分钟检查一次盘片驱动器100的温度，并依据盘片驱动器100的操作温度范围的变化来实行适当的参数集合。
图3的例程将继续到盘片驱动器被停用(进入断电或暂停操作模式)。此外，虽然在盘片驱动器的制造期间已建立表I.的大多数参数的值，但可在操作期间更新这些参数集合，可由盘片驱动器100存储这些被更新的参数集合以备今后需要时使用。
虽然在较佳实施例中，周期性地测量温度，但还(或者)可在诸如在空闲周期期间、在搜索操作开始时等盘片驱动器的选中操作阶段测量温度，依据是否检测到盘片驱动器的操作温度范围的变化，相应地更新盘片驱动器的参数构造。此外，最好应用磁滞技术，从而防止盘片驱动器100在两个相邻的温度范围之间连续变化。因而，例如可有利地利用±5℃的带，从而在达到20℃(即，15℃+5℃)的温度时盘片驱动器才会从冷变到环境，在达到10℃(即，15℃-5℃)的温度时盘片驱动器才会从环境变回到冷。如上所述，可依据给定应用的需要选择其它温度边界值及温度范围的数目。
相应地，针对上述讨论，可理解本发明提供了通过温度相关参数构造来优化盘片驱动器(诸如100)的操作性能的设备和方法。最初建立相应于盘片驱动器的多个预定毗邻操作温度范围的多个参数集合。在盘片驱动器的操作期间，使用温度传感器(160)来周期性地测量驱动器的温度(在214、222)，此温度被提供给参数补偿电路(142)。识别测得的温度所在的操作温度范围，盘片驱动器利用相应于所识别的操作温度范围的参数集合(在216、218、224和226)。因而，每当盘片驱动器确定盘片驱动器的测得温度已从一个操作温度范围变到另一个操作温度范围时安装适当的参数集合。
为了附加的权利要求书，应理解术语“电路”既是硬件也是软件实现。
很清楚，本发明非常适于获得所述及其中固有的目的和优点。虽然为了揭示描述了本较佳实施例，但本领域内的技术人员可进行各自变化，这些变化包含在所揭示的本发明及所附的权利要求书所定义的精神中。

Claims (10)

1.一种用于优化盘片驱动器的操作性能的方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)建立相应于盘片驱动器的多个预定毗邻操作温度范围的多个参数集合；
(b)周期性地测量盘片驱动器的操作温度；
(c)识别测得的操作温度所在的操作温度范围；以及
(d)使用相应于所识别操作温度范围的参数集合，从而每当盘片驱动器的测得温度从一个操作温度范围变到另一个操作温度范围时安装这些参数集合中一个不同的集合。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(a)还包括以下步骤：
(i)使盘片驱动器连续地操作于每一个操作温度范围；以及
(ii)对每个操作温度范围选择使盘片驱动器的操作性能最佳化的参数集合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(b)还包括以下步骤：
(i)在盘片驱动器的最近初始化后，启动表示经过时间的计时器；以及
(ii)在经过时间的选中增量后，测量盘片驱动器的操作温度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于这些参数集合包括盘片驱动器的读/写通道电路所使用的参数。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于这些参数集合包括盘片驱动器的伺服电路所使用的参数，伺服电路控制读/写头相对于可磁化盘片的表面的位置。
6.一种盘片驱动器，其特征在于包括：
温度传感器，提供盘片驱动器的操作温度的指示；以及
响应于温度传感器的参数构造电路，该电路识别被盘片驱动器用来优化盘片驱动器性能的选中参数，这些参数排列为相应于多个预定操作温度范围的多个参数集合，其中参数构造电路周期性地测量盘片驱动器的操作温度，识别测得的操作温度所在的操作温度范围，并实行相应于所识别的操作温度范围的参数集合。
7.如权利要求6所述的盘片驱动器，其特征在于参数构造电路包括控制盘片驱动器的操作的控制处理器。
8.如权利要求6所述的盘片驱动器，其特征在于还包括：
邻近可旋转盘片的可控的可定位头；以及
可操作地连接到所述头的写电流驱动器电路，其中参数包括写电流量值，参数构造电路指令写电流驱动器电路利用与相应于所识别操作温度范围的参数集合有关的写电流量值。
9.如权利要求6所述的盘片驱动器，其特征在于还包括：
响应于所述头的读/写通道，所述通道与所述头合作来往于盘片传送数据，其中参数构造电路指令读/写通道利用对应于所识别操作温度范围的参数集合。
10.如权利要求6所述的盘片驱动器，其特征在于还包括：
响应于所述头的伺服控制电路，所述电路控制头相对于盘片的位置，其中参数构造电路指令伺服控制电路利用对应于所识别操作温度范围的参数集合。
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