CN1269904A - 磁盘驱动器中密度恒度的伺服信息 - Google Patents

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Abstract

揭示了一种磁盘驱动器(100),它具有通过以对磁盘上所限定的每个磁道变化的频率把伺服信息写到磁盘驱动器的一个或多个磁盘(106)而改进的数据记录容量,读取伺服信息并用来控制磁盘驱动器的有关头(120)的位置。伺服信息最好具有恒定的密度并排列成从磁盘的内径向外径沿径向延伸的多个伺服条(162),每个伺服条包括多个伺服区(164、166),伺服区的一部分限定磁盘上的每个磁道。

Description

磁盘驱动器中密度恒定的伺服信息
技术领域
本发明涉及磁盘驱动器件的领域，尤其涉及具有以对磁盘上的每个磁道变化的频率写到磁盘上的伺服信息的磁盘驱动器，但不限于此。
背景技术
在现代的计算机系统中用硬盘驱动器使用户快速而有效地存储和检索大量数据。
在典型的磁盘驱动器中，一个或多个磁盘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/写头在通过磁盘旋转所产生的气流所建立的空气轴承上的磁盘表面附近飞行。每个头包括在写操作期间对限定于相应磁盘表面的磁道上的数据区(data field)进行选择性磁化的写元件以及在读操作期间检测这些选择性磁化的数据区的读元件。响应于这些头，设有读/写通道(channel)及接口电路，以在磁盘与其中安装有磁盘驱动器的主计算机之间传送数据。
用闭环数字伺服系统通过把电流加到音圈电动机的线圈来控制这些头相对于磁道的位置。由在制造期间使用高精度伺服磁道编写器(writer)写到磁盘表面上的伺服区的伺服信息来限定磁道。把伺服信息存储在一系列伺服区中，这些伺服区的前缘(leading edge)在每个磁盘表面上沿径向对准，从而限定从磁盘的内径向外延伸的伺服楔(wedge)(类似于轮子的轮辐)。接着，在磁盘驱动器格式化操作期间把数据区设置在相邻的伺服区之间。典型的磁盘驱动器在每个磁盘表面上提供约30到90个伺服楔。
伺服信息通常包括存储在有关区中的自动增益控制(AGC)、同步、磁道地址、径向位置(索引)和位置信息，AGC和同步信息提供定时和幅度输入，磁道地址信息指示头的径向位置，索引信息指示头相对于磁盘的角位置，位置信息指示头相对于磁盘上与中心有关的磁道的位置。因而，在正常的磁盘驱动器操作期间，对伺服信息进行周期性采样，以使伺服系统控制头的位置来适当地实行数据区与主计算机之间的数据传送。
把数据写到数据区的频率选得尽可能高，以把磁盘驱动器的数据传送特性最佳化。使用磁阻(MR)头和部分响应、最大似然(PRML)读通道检测技术使得现代的磁盘驱动器可以高达200兆赫(MHZ)的频率来读写数据。然而，通常以诸如20MHZ等相当低的频率来写伺服信息。写伺服信息的频率的这种减小出于各种考虑，包括主要通过检测媒体中存在(或不存在)磁通变换脉冲与否来实现数据检索这一事实；因而，即使在读回的脉冲相邻排列时，也可充分地利用对诸如噪声和符号间(intersymbol)干扰等因素的影响的补偿对数据进行解码。相反，伺服系统的正常操作需要确定伺服信息的脉冲位置和幅度，当以用来存储和检索用户数据的较高频率来写的信息存在噪声和干扰特性时，通常难以准确地检测伺服信息。
大多数已有技术的磁盘驱动器具有对磁盘上的每个磁道以相同的频率所写的伺服信息。如上所述，这样导致伺服信息被排列成在磁盘的外径处比内径处更宽的多个楔(即，磁盘的外径处所写的伺服区实际上大于磁盘的内径处所写的伺服区)。虽然这一方法相对来说容易实行和控制，但伺服系统恢复伺服信息的最佳频率不必是恒定的，而可相对于磁盘的半径而改变。
一般，由头的脉宽特性(诸如，例如PW50，它是就幅度而言的脉宽量度)和媒体的磁晶粒尺寸来确定伺服恢复的最佳频率。在太高的频率下，媒体的记录特性变得非线性，它的不利之处在于增加了伺服读回信号中的噪声；在太低的频率下，脉冲太窄，导致信噪比低。因而，通常选择恒定的频率来写伺服信息，以保证在磁盘的整个半径上有合适的读回性能，并适应诸如头的交流(AC)耦合特性等其它因素。
已揭示一些已有技术的磁盘驱动器具有排列在磁盘上多个径向限定区段中的伺服信息，每个区段包括选中磁道带，在周长基本上相等的数据区(“扇区”)中存储用户信息。例如，在1977年4月5日授予Ottesen的4,016,603号美国专利(以下“Ottesen’603”)及1993年3月9日授予Tsuyoshi等人的5,193,034号美国专利(以下“Tsuyoshi’034”)中提供了这种已有技术的磁盘驱动器的例子。
相对早的磁盘驱动器专利Ottesen’603在每个区段中把伺服信息排列成不同数目的频率恒定的伺服楔，一个区段中的伺服楔与下一相邻区段中的伺服楔沿径向偏移。虽然可操作，但Ottesen’603有许多相关的问题，包括相对难于保证对每个伺服楔(分散在磁盘表面上)的适当写保护、要求用外部索引发生器来确定和保持绝对角位置(0ttesen’603利用转速计)以及当选中的头移至位于选中区段边界任一侧上的相邻磁道时丧失伺服控制的可能性。
Tsuyoshi’034也揭示了如以上所讨论的其它已有技术磁盘驱动器的基于区段的记录技术，但要沿径向对准伺服信息以提供越过磁盘表面连续延伸的伺服楔。尤其是，把伺服信息写成越过每个区段的多个径向延伸的楔，这些楔增大了磁盘外径处的宽度。虽然Tsuyoshi’034把伺服信息延伸到越过相邻区段之间的边界区域以解决与Ottesen’603相关的区段边界控制问题，并以不同的频率(以区段为基础)写某些伺服信息，以便于接着优化把用户数据写到每个区段中的扇区，与已有技术相同，Tsuyoshi’034对伺服信息仍旧需要大体上相同的磁盘表面开销(overhead)。
相应地，随着数据存储密度的不断增加，不断地需要在本领域中进行改进，从而可实现较高水平的磁盘驱动器伺服性能和数据存储容量。
发明内容
本发明旨在一种具有这样一种磁盘的磁盘驱动器，在所述磁盘上以相对于磁盘半径连续变化的频率写伺服信息从而增加磁盘的数据记录容量。
依据一较佳实施例，磁盘驱动器包括其上存储有伺服信息的可旋转磁盘，使用该伺服信息来控制有关头相对于磁盘上所限定的磁道的位置。
以对每个磁道改变的频率来写伺服信息，从而实现密度基本上恒定的伺服图案(pattern)。相应地，在磁盘上把伺服信息排列成从磁盘的内径到外径沿径向延伸的多个伺服条(strip)。每个伺服条包括多个伺服区，每个伺服区与在磁盘上选中的一个磁道有关。最好，每个伺服区具有统一的长度。
由伺服磁道写系统来写伺服信息，该系统产生指示磁盘上应写伺服信息的适当半径位置的固定频率图案时钟信号。伺服磁道写系统包括产生具有选择性可变频率的伺服写时钟信号的伺服写时钟电路以及在图案时钟信号所指示的适当时间以伺服写时钟信号的选中频率产生并输出伺服信息的图案发生器。为此，图案发生器把复位脉冲输出到伺服写时钟电路，该伺服写时钟电路暂时中止并重新启动伺服写时钟电路，从而伺服写时钟信号与图案时钟信号在开始输出伺服信息时是同相的。
经过阅读以下的详细描述并查阅相关附图将使表现本发明的这些和各种其它目的以及优点变得明显起来。
附图概述
图1提供了依据本发明一个较佳实施例构成的磁盘驱动器的俯视平面图。
图2是图1的磁盘驱动器的功能方框图。
图3提供了位于已有技术磁盘的一部分上的多个伺服楔的表象，示出依据已有技术来存储伺服信息的方式。
图4示出置于图3的已有技术磁盘的外径处的伺服区。
图5示出置于图3的已有技术磁盘的内径处的伺服区。
图6提供了图1的磁盘驱动器一磁盘的一部分的表象，示出伺服信息在依据本发明的磁盘上排列成多个密度恒定的伺服条。
图7示出置于图6的磁盘的外径处的伺服区。
图8示出置于图6的磁盘的内径处的伺服区。
图9提供了结合伺服磁道写系统的图1的磁盘驱动器的功能方框图，使用该伺服磁道写系统来把伺服信息写到依据本发明的磁盘驱动器的磁盘上。
图10提供了图9的伺服磁道写系统的一部分控制电路的功能方框图。
图11提供了示出由图10的电路相对于图8的伺服区的写所产生的各种信号的定时的时序图。
图12提供了示出由图10的电路相对于图7的伺服区的写所产生的各种信号的定时的时序图。
图13提供了CONSTANT DENSITY STW程序的流程图，从总体上示出把伺服信息写到依据本发明的磁盘驱动器的盘片上所实行的步骤。
本发明的较佳实施方式
现在转到附图尤其是图1，其中示出依据本发明一个较佳实施例构成并以100表示的磁盘驱动器的俯视平面图。
磁盘驱动器100包括安装有各种磁盘驱动器元件的底板(basedeck)102。已从图1中省略以便于讨论的顶盖与底板102共同形成磁盘驱动器100的内部密封环境。设置了主轴电动机104使一叠磁盘106以恒定的高速旋转，磁盘夹108把磁盘106固定于主轴电动机104。
为了来往于磁盘106传送数据，设有可控制地定位的致动器组件110，组件110响应于加到音圈电动机(VCM)114的线圈(它的一部分在113处示出)的电流绕卡盘(cartridge)轴承组件112旋转。致动器组件110包括从中伸出相应的挠曲(flexure)组件118的多个臂116。把头120设置在挠曲组件118的远端，并由磁盘106的旋转所产生的气流所建立的空气轴承支撑在磁盘106上。设有闩锁(latch)组件122，以在磁盘驱动器100停用时把头固定在磁盘106最里面的直径处的头起落区(未示出)。挠曲电路组件124在致动器组件110与以常规方式安装到磁盘驱动器100下侧的磁盘驱动器印刷电路板(未示出)之间提供电气通信路径。
如以下更详细所述，在磁盘驱动器100制造期间的伺服磁道写操作期间把伺服信息写到磁盘106。如图1所示，在此过程中，把时钟头126经开口128插入底板102一侧，以把时钟磁道写到盘片106之一的最外面的半径处。时钟头126不是磁盘驱动器100的一部分；相反，一旦伺服磁道写操作完成就移去时钟头126，其后使用加到底板102外表面的常规粘封(未示出)来密封开口128。
现在参考图2，其中示出图1的磁盘驱动器100的功能方框图，它从总体上示出用来控制磁盘驱动器100的操作的主要功能电路。应理解，图1的电路基本上位于上述磁盘驱动器印刷电路板上。
如图2所示，磁盘驱动器100在操作时连接到主计算机130，以常规方式把磁盘驱动器100安装在主计算机130内。磁盘驱动器控制处理器132提供了磁盘驱动器100的操作的最高级控制，并有利于主计算机130与磁盘106之间的数据传送。在诸如动态随机存取存储器(DRAM)器件134和快闪存储器件136等易失性和非易失性存储器件中提供控制处理器132所应用的程序和信息。
接口电路140包括用于主计算机130与磁盘106之间的临时数据缓冲的数据缓冲器(未单独示出)以及在数据传送操作期间指导磁盘驱动器100的操作的定序器(也未单独示出)。尤其是，在写操作期间，把数据从主计算机传递到读/写通道142，读/写通道142应用必须的编码、定时和串行化操作使前置放大器/驱动器电路144(“前置放大器”)把写电流加到头120，以把数据写到磁盘106。在读操作期间，读偏置电流通过头120的磁阻(MR)读元件，以使前置放大器144把读回信号提供给读/写通道142，以重组先前存储的数据并把它传送到主计算机130。
继续参照图2，设置了主轴电路146以常规的方式通过主轴电动机104的反电动势(bemf)换向(commutation)来控制磁盘106的旋转。在磁盘驱动器100的正常操作期间，磁盘106以恒定的高速旋转，诸如每分钟10,000转。
最后，设置了伺服电路148来控制头120相对于磁盘106的位置。磁盘106上的伺服信息由头120来读取并经由前置放大器144提供给伺服电路148。
在把选中的头120从初始磁道移至目的地磁道的搜索操作期间，使用速度分布图来限定头的最佳速度轨迹(trajectory)。在搜索期间，由伺服电路148把电流加到线圈113，以对朝向目的地磁道的头120进行加速和减速。当头120横过磁盘表面移动时，读取伺服信息并把它提供给伺服电路148以获得头速度测量值，响应于测得的速度与速度分布图之差对所加的电流进行调节。
在使选中的头120跟随选中磁道的磁道跟随期间，伺服电路148使用伺服信息中的位置信息对加到线圈的电流进行调制，以使头120与选中磁道保持固定关系。例如，在1993年11月16日授予Duffy等人的5,262,907号美国专利(以下″Duffy’907″)中讨论了诸如148等伺服电路的结构和操作，该专利已转让给本发明的受让人。
现在参考图3，其中示出依据已有技术来写伺服信息的方式的通用示意图。具体来说，在图3中示出已有技术的磁盘150的一部分，磁盘150包括许多伺服楔(其中之一在152处示出)，每个伺服楔从磁盘150的内径沿径向延伸到磁盘150的外径且包括用来控制有关头(未示出)相对于磁盘表面的位置的伺服信息。
由于都以同一频率来写所有的伺服信息，所以伺服楔152的宽度随磁盘半径而增加。具体来说，参考已有技术的图4和5，沿伺服楔152置于磁盘150的最外面半径处的伺服区154(图4)比置于磁盘150的最里面半径处的伺服区156(图5)长得多。虽然各种伺服格式在本领域内是公知的，但所示的伺服区154、156包括自动增益控制(AGC)、同步(S)、Gray码(GC)、索引(I)和位置(POS)区，它们的格式和用法在Duffy’907中已公布并讨论。
相反，本发明试图以变化的频率来写伺服信息，从而实现相对于磁盘半径位(bit)密度基本上恒定且尺寸统一的伺服区。具体来说，图6给出了具有多个密度恒定的伺服条(其中之一在162处示出)的磁盘驱动器100的磁盘106之一的通用示意图，每个伺服条包括伺服电路148所利用的伺服信息。例如，每个磁盘106最好在每个磁盘表面上具有78个伺服条。
如图6-8所示，伺服条162相对于磁盘半径具有基本上均匀的宽度，从而沿伺服条162置于磁盘106最外面半径处的伺服区164(图7)具有与置于磁盘106的最里面半径处的伺服区166(图8)基本上相同的尺寸。相应地，把伺服信息存储在最外面的伺服区164的频率远远大于用来写存储在最里面的伺服区166中的伺服信息的频率。现在讨论最好的实现方式。
参考图9，其中示出磁盘驱动器100连同用来产生图6所示密度恒定的伺服条的伺服磁道写(STW)系统170的功能方框图。如同常规的STW实践，在STW过程中不把上述磁盘驱动器印刷电路板附加到磁盘驱动器100，以便于STW系统170访问磁盘驱动器100的各元件。
除以下所述的特例外，STW系统170一般类似于已有技术的STW系统，且包含本领域内的技术人员公知的各种元件。相应地，首先对STW系统170进行概述，其后将讨论STW系统170的新的操作特点。
如图9所示，STW系统170包括底座172，诸如具有校准表面的花岗岩块，它用作STW系统170的机械基准。使用常规的安装固定配置相对于底座172来安装磁盘驱动器100(如174处示意所示)。把闭环定位系统176置于磁盘驱动器100与底座172之间，以在STW过程中控制头120(图1)的位置。例如，定位系统176最好包括推进销钉(pusher pin)(如178处示意所示)，它向上延伸穿过底板102中的相应开口(未示出)以与致动器组件110(图1)的致动器臂116啮合，推进销钉178在STW过程中推动头120的径向位置。基于激光器的检测器(未单独示出)检测推进销钉178的位置，以对头120相对于磁盘106的放置提供闭环控制。诸如176等适当的定位系统已通过商业方式揭示，例如美国加里福尼亚州Santa Barbara的Teletrak股份有限公司所制造的Model No.137K15。然而，用于控制致动器臂116的推进和位置的其它方法在本领域内是公知的。一个这样的方法包括由STW系统170指导把电流加到线圈113(图1)，从而利用磁盘驱动器100的VCM114对头120进行定位。在此情况下，基于激光器的系统通过磁盘驱动器100的底板102中的开口来观测致动器臂116的径向定位。
STW系统170还包括控制电路180，该电路180在操作时耦合到定位系统176和磁盘驱动器100。控制电路180指导定位系统176的操作并把伺服信息传送到头120，以在每个磁盘106上写伺服条(诸如图6的162)。控制电路180模拟大部分磁盘驱动器印刷电路板的功能，以实施必要的磁盘驱动器功能来实现写伺服信息，包括主轴电动机104的旋转以及把伺服信息传送到头120。如下所述，控制电路180还与时钟头组件182联系，该组件182包括上述时钟头126(如图1所示)。还设置了个人计算机(PC)184来控制STW系统170的整个操作并用作常规的用户界面。根据需要，可如此构成控制电路180，使之位于PC 184的扩充插槽内或可安装在PC 184的外部。
在讨论控制电路184的相关部分以前，首先要理解，以与已有技术中类似的方式，把时钟头126插入底板开口128中，从而靠近位于磁盘106的记录带(在图中未示出)外的径向位置处的磁盘106之一的选中表面的最外侧边缘。一旦就位，就在控制电路180使磁盘106以选中的旋转速度(它在名义上与写伺服信息的旋转速度相同)旋转时，控制电路184指令时钟头组件182利用时钟头126在选中表面上写时钟磁道。时钟磁道包括由时钟头126相继读取的一系列选中频率的交变脉冲，以产生用来控制把伺服信息写到盘片126上的定时的基准时钟信号。
如上所述，依据本发明的一个较佳实施例，以变化的频率把伺服信息写到磁盘106上，以实现恒定的位密度，这意味着写伺服信息的频率将相对于磁盘106上的每个磁道而改变。因而，可理解，STW系统170不能把从时钟头126读取的固定频率的基准时钟信号用作每个磁道的伺服写时钟频率。此外，如已有技术，最好使每个伺服条(诸如图6的162)的每个伺服区(诸如图7-8的164、166)具有按角度对准的前缘。
相应地，图10提供了控制电路180的功能方框图，如下所述，控制电路180产生可变频率伺服写时钟并以固定频率的基准时钟对可变频率伺服写时钟的前缘进行锁相。为了清楚，图10中省略了控制电路180的常规部分，这种常规部分用来控制主轴电动机104的旋转、致动器臂116的定位以及把伺服信息传送到磁盘106，所有这些继续以公知的方式产生。
参考图10，在信号路径186上把来自图9的时钟头组件182的基准时钟信号提供给锁相回路(PLL)188，锁相回路188对此作出响应，经由信号路径192把图案时钟信号输出到基准发生器190。PLL 188最好包括分频器电路(未单独示出)，从而基准时钟的频率为选定的图案时钟频率的倍数。
如以下更全面的描述，图案发生器190集合待写到伺服区(诸如图7-8的164、166)的伺服信息并在输出路径194上输出。在这点上，图案发生器190以与已有技术的图案发生器类似的方式操作，即图案发生器190提供必要数据以每次一半磁道的速率(即，磁盘106的两次旋转写每个伺服区)来写存储在磁盘106上的每个伺服区中的AGC、同步、Gray码、索引和位置区信息。然而，与已有技术的图案发生器不同，图案发生器190设有附加能力，即以输入信号路径196上所提供的伺服写时钟信号(如下所述而产生)所指示的频率来写该伺服信息，并在路径198上输出零脉冲复位(ZPR)信号对伺服区的写进行适当定时。相应地，可用可编程微控制器、状态机或用于这些目的的其它公知电路结构来构成此图案发生器190。把路径194上输出的伺服信息提供给前置放大器/驱动器电路144(图2)，该电路144产生必要的写电流使头120把伺服信息写到磁盘106上。
还示出将由控制图案发生器190的操作的控制处理器200(经由信号路径202)提供给图案发生器190的控制输入。例如，控制处理器200还以与图2的控制处理器132类似的方式控制控制电路180的其余部分(未示出)，诸如提供必要输入使主轴电动机104以选中的旋转速度旋转盘片106。控制处理器200还用于对定位系统176(图9)提供最高级控制并与PC 184(图9)相接。在204处示出用于存贮控制处理器200所应用的程序而配备的存储器(MEM)。
为了在路径196上产生伺服写时钟信号，数字-模拟转换器(DAC)206接收路径208上来自控制处理器200的数字输入值，该数字输入值表示写伺服信息所需的频率。DAC 206把数字输入值转换成模拟形式，在路径210上把此模拟形式提供给电压控制的振荡器(VCO)212。VCO 212输出(在路径214上)具有由路径210上的模拟输入所确定的频率的时钟信号。由可调延迟块216把相对小的定时延迟加到时钟信号，可调延迟块216的输出包括路径196上的伺服写时钟信号。因而，在操作期间，控制处理器200通过相对于头120的径向位置(相对于相应的磁盘106)可控制地改变路径208上的数字输入值来建立可变伺服写频率。DAC 206应具有足够的分辨率，以利于在其上对磁盘106上的每个磁道使用不同伺服写时钟频率的所需范围。
为了进一步说明图10的电路的操作，图11所示的时序图提供了开始写伺服信息的各种信号的定时的图示。具体来说，图11试图表示把如上所述伺服区166(图8)的写置于伺服条162(图6)的最里面半径处。
图11首先示出图案时钟信号220的一部分，信号220是通过时钟头126(图1)的操作获得的且被提供给图案发生器190(经由路径192)。例如，相对于表示经过的时间的x轴222和表示信号幅度的y轴224来绘制图11的时序图。
由伺服写时钟信号226来确定写伺服区166的频率，响应于由控制处理器200加到DAC 206的数字输入值把该频率提供给图案发生器190(经由路径196)。在图11中还示出零相位基准(ZPR)信号228，ZPR信号228由图案发生器190产生并在路径198上输出，以在适当的时间开始对伺服区166进行写。
通常，ZPR信号228为具有周期性高电平复位脉冲的低电平信号，其中之一在230处示出，每个复位脉冲开始对伺服条(诸如图6的162)之一的一部分的写。尤其是，复位脉冲230包括上升沿232、高电平部分234和下降沿236，从而当ZPR信号228变高时，暂时中止VCO 212(图10)的操作；即，伺服写时钟226在检测到上升沿232后处于低状态。虽然图11示出在上升沿232发生时伺服写时钟信号226已处于其循环中的低状态，但可以理解，如果伺服写时钟信号226处于其循环中的高状态时发生上升沿232，则VCO212将在暂时中止其操作前完成未决循环。
应注意，图10的电路的目的在于在由图案时钟信号220的选中上升沿238所限定的时间t0处开始对伺服区166进行写。因而，复位脉冲230的目的是使伺服写时钟信号226在时间t0处开始伺服数据的计时，从而伺服写时钟226的上升沿240在名义上与图案时钟信号220的上升沿238一致。为此，如图案时钟信号220的上升沿242所示，在时间t0前给复位脉冲230的上升沿232提供选中数量的时间，例如t0前的预定数目的时钟图案循环。
进一步选择复位脉冲230的下降沿236的定时，以使VCO 212开始操作，从而在t0处发生第一个上升沿240。应知道，诸如212处所示的VCO通常不在使能时立即开始操作，而是需要少量的时间来开始操作，这个时间是VCO的结构的特性。相应地，由于可通过评估VCO 212来确定这个时间，而且由于图案时钟循环220的上升沿242与238之间的时间是已知的，所以图案发生器190可容易地确定复位脉冲230所需的脉冲长度，并可在足以获得时间t0处图案时钟信号220与伺服写时钟信号226之间的额定锁相的时间处提供下降沿236。
再参考图10，现在可知道，设置了小的修正回路来保证伺服写时钟信号226(路径196上)与图案时钟信号220(路径192上)准确同步。如图10所示，该回路包括相位检测器244和回路滤波器246。在操作期间，相位检测器244由路径198上的ZPR信号228的下降沿236使能，并经由路径248把表示沿238与240之间的相位误差的信号输出到回路滤波器246。回路滤波器246累积地调节(通过积分或类似方法)相位误差，以在路径250上提供把延迟块216的延迟设定到足以补偿此相位误差的输入。因而，延迟块216的延迟相应地非常小且被连续调节，从而分别把图案时钟信号220和伺服写时钟信号226的上升沿238和240之间的相位误差减到最小。
现在参考图12，其中示出另一个时序图，代表用来开始把伺服信息写到图6的伺服条的各信号。尤其是，图12表示开始对图7的伺服块164进行写所采取的步骤，该伺服块164置于图6的伺服条162的外部半径处。应知道，对伺服块164进行写的频率将远远大于对伺服块166进行写的频率，但可使用相同的一般途径。
如图12所示，相对于表示经过时间的x轴262和表示信号幅度的y轴264示出图案时钟信号260的一部分。图案时钟信号260具有与图11的图案时钟信号220相同的频率并以相同的方式获得，同样在路径192上把图案时钟信号260提供给图案发生器190。
在图12中还设有伺服写时钟信号266，除了图12的伺服写时钟信号266处于比图11的伺服写时钟信号226的频率高得多的频率以外，以与伺服写时钟信号226类似的方式产生伺服写时钟信号266。通过控制处理器200把较大的数字输入值输入到DAC 206来获得较高的频率。例如，注意图11和12的时序图是统一的视图，且用于磁盘106的内半径和外半径处的伺服区166、164的伺服写时钟信号226、266之间的实际频率变化可不同于所示的频率变化；例如，在较佳实施例中，写伺服信息的频率范围从磁盘106内半径处的约25兆赫(MHZ)达到外半径处的约50MHZ，每半个磁道的频率线性递增。
如同图11，图12还设有零脉冲复位(ZPR)信号268，ZPR信号268包括多个复位脉冲，其中之一在270处示出。使用复位脉冲270在预期时间t0处开始对伺服区164进行写，复位脉冲270包括上升沿272、高电平部分274和下降沿276。相应地，在操作期间，响应于图案时钟260的选中上升沿278提供ZPR信号268的上升沿272，以暂时中止VCO 212的操作。接着，ZPR信号268的下降沿276对VCO 212使能，让伺服写时钟信号266在图案时钟信号260的相应上升沿282同时发生的时间t0处开始第一个上升沿280。
现在转到图13，其中示出CONSTANT DENSITY STW ROUTINE 300的流程图，示出把伺服信息写到依据上述讨论的磁盘驱动器100的磁盘106所使用的步骤。可容易地提供存储在被控制处理器200(图10)所使用的PC 184(图9)和MEM 204中的合适程序，以实施图13所规定的各种功能。
如图13的块302所示，首先把磁盘驱动器100安装到STW系统170(图9)。接着，如块304所示，控制电路180指令主轴电动机104(图1)以写伺服信息的选中旋转速度旋转磁盘106，并由时钟头126把时钟磁道写到选中的磁盘106。如上所述，时钟磁道使得在路径192上把固定频率的图案时钟信号(诸如图11-12的220、260)提供给图案发生器190。在时钟磁道的写中包括常规索引标记，从而便于在STW过程中准确地确定磁盘106的角位置。
接着，在块306，通过确定将由控制处理器200加到DAC 206的适当的数字输入值而选中初始伺服写时钟频率。希望数字输入值的范围可以是预定的并以表格的形式存储在MEM 204中。然后，由块308把头120定位在相对于磁盘106的适当起始位置，诸如在磁盘106的最外面半径处。通过常规的STW操作，在推进销钉178推动头前，将对每个磁盘上位于给定的半径处的所有伺服信息进行写。因而，在每对相邻的磁盘106上，同一柱面中的相应磁道将在名义上对准，但这些磁道上的伺服区将有角度上的偏移。
一旦通过块308的操作把头120初始定位，就通过块310把前半个磁道的伺服信息写到每个磁盘106上。在块310的操作期间，相对于图案时钟信号220、260来识别每个伺服条(图6)的前缘的位置。根据需要输出ZPR信号228、268的复位脉冲230、270，以使用选中频率的伺服写时钟信号(诸如226、266)在适当的角位置处开始对每个伺服区进行写。
当已在第一位置处写了所有伺服信息时，通过块312由定位系统176把头120推动到下一径向位置(在此情况下，第一磁道的后半部分)，其后，由块314递增伺服写时钟频率，并通过块316把伺服信息的下一半磁道写到磁盘106。
接着，图13的程序进到判断块318，它确定是否已写了全部伺服信息；如果不是，则程序继续回到块312。因而，块312继续工作到块318，直到把所有的伺服信息写到每个磁盘106，其后程序在块320处结束。
应知道，本发明的一个重要优点是附加的磁盘区变得可用于存储用户数据。例如，与图3的已有技术的磁盘150相比，利用密度恒定的伺服条的图6的磁盘106一般需要约30％不到的伺服开销(即，用来存储伺服信息的约30％的磁盘表面积现在将用于用户数据)。
虽然写到相邻的半磁道的伺服信息之间将存在小的相位误差，但这不会对伺服性能产生不利影响，例如，计算机的模拟结果示出，对于磁盘直径为约9.50厘米(3.74英寸)、每磁道125个密度恒定的伺服区、每厘米4，134个磁道(每英寸10,500个磁道)及内半径伺服写时钟频率为20MHZ的磁盘驱动器，恢复的伺服信息的幅度减小(与频率恒定的伺服相比)将在0.02％左右，且每个伺服区的累积定时误差将在250皮秒左右，这完全在现有伺服电路(诸如148)的伺服控制能力内。
此外，应知道，如果伺服电路148设有足够的带宽和分辨率来适应写伺服信息的频率范围，每个伺服区(诸如图7-8所示)中的AGC和同步信息将使伺服电路148适当地构成以接收来自于伺服条162中任何伺服区的伺服信息并对其进行解码，这完全在本领域内的技术人员可实现的能力内。例如，如1989年1月17日授予Bremmer等人的4,799,112号美国专利所述，目前在应用基于区段记录技术的磁盘驱动器中进行读/写通道调节来适应所记录数据中的频率变化，该专利已转让给本发明的受让人。
最后，虽然以上讨论旨在位密度恒定的记录方法从而伺服条中的每个伺服区具有均一的长度，但是很希望可根据给定应用的需要，交替地应用伺服写时钟频率中的非线性增量来优化驱动器的操作特性。例如，根据需要，频率可如此变化，从而使伺服条的宽度从磁盘上的内半径向外半径减小。
相应地，针对上述讨论可知道，本发明旨在一种具有可在其上存储伺服信息的可旋转磁盘(106)的磁盘驱动器(诸如100)，该伺服信息用来控制有关头(120)相对于磁盘的位置。
以对磁盘上的每个磁道变化的频率来写伺服信息，该伺服信息排列为从磁盘的内径向外径沿径向延伸的多个伺服条(162)，每个伺服条包括多个伺服区(164、166)，每个伺服区限定磁盘上的一个磁道。每个伺服区最好具有均一的长度。
很清楚，本发明完全适用于获得所述及其中所固有的目的和优点。虽然为了揭示描述了目前的较佳实施例，但可进行本领域内的技术人员容易知道且包含在所揭示的本发明的精神内及如附加的权利要求书中所限定的大量变化。

Claims (6)

1.一种用于存储和检索用户数据的磁盘驱动器，其特征在于包括：
可控制地定位的磁性读/写头；以及
可旋转的磁盘，其上存储有伺服信息，以便于相对于磁盘上所限定的磁道对读/写头进行位置控制，每个磁道具有以不同频率写的伺服信息。
2.如权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于以基本上恒定的位密度把伺服信息存储在磁盘上。
3.如权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于把伺服信息作为多个沿径向延伸的伺服条存储在磁盘上，每个伺服条包括多个伺服区，每个伺服区限定磁盘上的选中磁道，沿每个相应磁道测得的每个伺服区的长度基本上相等。
4.一种磁盘驱动器，其特征在于包括：
可旋转磁盘，其上存储有伺服信息，以排列成多个伺服区的伺服信息来限定磁盘表面上的多个名义上同心的磁道，从而该表面上的每个伺服区的长度基本上相等；
靠近所述表面的可控制地定位的读/写头，所述读/写头读取伺服区；以及
在操作时耦合到读/写头的伺服电路，所述伺服电路响应于读/写头所读取的伺服信息来控制读/写头的位置。
5.如权利要求4所述的磁盘驱动器，其特征在于伺服区的一部分与每个名义上同心的磁道相关，以不同于写与相邻磁道相关的伺服区的频率来写与每个磁道相关的伺服区。
6.如权利要求4所述的磁盘驱动器，其特征在于伺服电路的特征是嵌入式伺服电路，从而把用户数据和伺服信息都写到磁盘的表面，伺服区排列为多个沿径向延伸的条，所述条从磁盘的内径向磁盘的外径延伸，用户数据被存储在相邻条之间。
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