CN1614687A - 用于磁盘驱动器的写入控制的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种磁盘驱动器，它能在写入操作的时候有效抑制PTP现象。写入控制器是一个CPU(10)，它改变写入条件以避免在写入操作时因为PTP现象而产生写入错误。CPU(10)将设定在头放大器电路(7)中的寄存器(70)的写入电流值改变成一个低的电流值，并执行写入操作。CPU(10)分阶段改变写入电流值，直到抑制写入错误。

Description

用于磁盘驱动器的写入控制的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种磁盘驱动器(disk drive)，尤其涉及抑制头的PTP现象的写入控制。
背景技术
通常，在以硬盘驱动器为代表的盘驱动器中，已经使用具有用于在磁盘介质(以下简称之为磁盘)上记录数据的写入头和用于从磁盘再现数据的读取头的磁头(以下简称之为头)。
头的具体结构为，在称之为滑块的头主体上安装写入头元件和读取头元件。
在写入头中，根据通过线圈流动的写入电流(记录电流)向磁盘施加记录磁场，以进行数据的磁性记录。
在磁盘驱动器中，由致动器(actuator)按照使头在磁盘上悬浮(fly)的方式来保持头(滑块)。将悬浮的头和磁盘之间的间距保持在称之为悬浮高度的微小间隙上。
另一方面，悬浮高度正在变得越来越小，从而在提高记录密度的同时极大地提高数据的记录/再现能力。但是另一方面，悬浮高度的降低提高了头与盘面接触的可能性，因此是一个降低记录/复制操作的可靠性的因素。
另外，已经证实了一种现象，也就是通过写入头的线圈流过的电流所产生的热量会使头材料(滑块)会发生热膨胀。这种现象被称之为极尖突起(PTP)。
当尤其是位于写入头的磁性记录极附近的头材料因为该PTP现象而极大地热膨胀时，头(滑块)的膨胀部分接近盘面，结果减少了悬浮高度。因此，当特别是因为在写入操作时间时的PTP现象而降低头的悬浮高度的时候，增加了头与盘面相接触的可能性。
不用说，当设计磁盘驱动器的时候，在因为PTP现象导致的悬浮高度的降低中需要考虑大的悬浮高度裕度，并避免因为头与盘面的接触带来的损毁。但是，当增加悬浮高度裕度时，导致记录/再现能力的降低，因此优选抑制PTP现象。
由于PTP现象是头材料或者结构上的问题，因此可以改变材料或者结构来抑制这种现象。具体的说，现有技术中已经提出，设计头加工或者头材料来减少PTP现象(例如参见JP专利申请公开2003-141704)。
但是实际上，仅通过改进头的材料或者结构难以减少会影响例如指示10nm微小间隙的悬浮高度的PTP现象。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够通过写入控制在写入操作的时候有效地抑制PTP现象的磁盘驱动器。
磁盘驱动器包括：头，根据提供给线圈的写入电流在磁盘介质上记录数据；致动器，其上安装头，并且它将头定位在磁盘介质的目标位置上；写入控制器，它在通过头在磁盘介质上的目标位置中记录数据的写入操作的时候产生写误差的情况下改变写入条件以执行写入操作。
附图说明
作为说明书一部分引入的附图显示了本发明的实施方案，连同上面的概述和下面的实施方案的详细描述一起用于解释本发明的原理。
图1为显示本发明一个实施方案的磁盘驱动器的主要部分的方框图。
图2为该实施方案的头结构和PTP现象的解释图。
图3为在该实施方案中的WF次数以及因为PTP导致的写入电流之间的关系的视图。
图4为该实施方案的写入电流的解释图。
图5为该实施方案的WF次数和连续数据扇区的数量之间的关系的视图。
图6为该实施方案中的WF次数和磁盘中的温度之间的关系的视图。
图7为该实施方案的区别信息的一个实例的视图。
图8为该实施方案的第一写入控制方法的程序的流程图。
图9为该实施方案的第二写入控制方法的程序的流程图。
图10为该实施方案的第三写入控制方法的程序的流程图。
具体实施方式
以下参考附图描述本发明的实施方案。
(驱动器的结构)
图1是该实施方案的磁盘驱动器的主要部分的方框图。
磁盘驱动器固定在主轴马达(SPM)3上，并具有高速旋转的磁盘1，以及用于相对于磁盘1记录或者再现数据的头2。
在磁盘1上构成用于记录数据的大量的磁道100。每个磁道100包括其中记录了伺服数据的伺服区域以及其中记录用户数据的数据扇区(data sector)。伺服数据用于将头2定位在磁盘1上的目标位置中的定位控制。
头2安装在由音圈电机(VCM)5所驱动的致动器4上。电机(motor)驱动器IC6中包括的VCM驱动器60向VCM5提供驱动电流。电机驱动器IC6包括SPM驱动器61以及VCM驱动器60，并由CPU10所控制。
头2的结构包括作为头主体的滑块，该滑块上安装用于执行读取操作的读取头以及用于执行写入操作的写入头。致动器4由CPU10驱动/控制，头2定位在磁盘1上的目标位置中。
除了头盘组件之外，磁盘驱动器包括电路系统，该电路系统包括头放大器电路7、读取/写入(R/W)通道8、磁盘控制器(HDC)9、微处理器(CPU)10以及存储器11。
头放大器电路(前置放大电路)7具有对从读取头输出的读取信号进行放大的读取放大器，以及写入放大器。写入放大器将从R/W通道8输出的写入数据信号转换为写入电流信号，并将该信号送至写入头。
头放大器电路7包括寄存器70，用于在写入操作的时候调整在写入条件中包括的写入电流值(记录电流值)。寄存器70由CPU访问，以设定指定的写入电流值。头放大器电路7的写入放大器根据在寄存器70中设定的写入电流值而向写入头的线圈提供写入电流。
R/W通道8是信号处理IC，它处理读/写数据信号(包括伺服数据信号)。HDC9的功能是在驱动器和主机系统20(例如个人计算机或者数字设备)之间的接口。
CPU10是驱动器的主要控制装置，执行头2的定位控制操作、读/写操作控制、以及与PTP现象有关的写入控制。存储器11包括作为非易失性存储器的闪存、RAM、ROM等，存储用于CPU10的控制所必须的各种类型的数据和程序。
另外，该驱动器包括温度传感器12，用于检测尤其是驱动器中的头2的环境温度。温度传感器12以一定的抽样间隔检测温度，并将检测的温度值输出至CPU10。CPU10根据从温度传感器12检测的温度监测温度波动。
(头的结构和PTP现象)
图2是该实施方案的头2的结构和PTP现象的解释图。
头2具有包括磁性记录极(主磁极)20、返回磁轭或者线圈(未显示)等的写入头，以及具有通过屏蔽部件21设置在写入头附近的读取头元件(例如大磁阻(GMR)元件)22的读取头。
头2包括作为主体的滑块，该滑块上安装有读取头和写入头，头2安装在致动器4上。滑块例如由例如氧化铝(alumina)的材料形成，在面对磁盘1的表面的一侧上形成凹槽23，如图2所示。应当指出，图2所示的箭头表示头2相对于磁盘1的运行方向。
写入电流在写入操作的时候通过写入头的线圈，以从主磁极20产生记录磁场，并在磁盘1上进行磁性记录。此处，为了提高磁性记录能力，增大写入头的记录磁场。提高写入电流的方法通常用于增大记录磁场。写入电流值可以被设定为例如大约最大是60mA。
如图2所示，头(滑块)2按照微小距离的悬浮高度在磁盘表面上悬浮。近年来，悬浮高度已经减小到例如大致10nm，以提高记录/再现能力。
在这种减小悬浮高度并且提高记录电流的倾向中，如上所述，已经要求抑制或者减少PTP现象。在PTP现象中，每次在写入操作时当写入电流流经写入头的线圈的时候，线圈产生热量而提高了环境温度，这已经被假定为是一个因素。也就是当温度升高时，如图2所示，基于头2的材料(例如氧化铝)的热膨胀系数而在线圈附近形成导致大的热膨胀的部分200。
因为该PTP现象，头2和磁盘1之间的间隔因为膨胀部分200而减少，结果，降低了悬浮高度(悬浮高度FH)。因此，头2的悬浮姿态是不稳定的，增加了头2与磁盘1接触或者碰撞的可能性。
尤其是，在发生PTP现象时，当头2位于磁盘1上的目标位置时，因为与磁盘1的表面的接触而产生定位误差(位置精度的破坏)，结果，在写入操作的时候产生写入错误。
(第一写入控制方法)
图8是显示该实施方案的第一写入控制方法的程序的流程图。
PTP现象是因为流经写入头的线圈的写入电流所产生的热量而导致的。因此，在第一写入控制方法中，在发生PTP现象的时候减少写入电流值。
如图8所示，当在写入操作时产生写入错误(写入故障，以下在某些情况中称之为WF)时，CPU10判断已经发生PTP现象，进行至降低包括在写入条件中的写入电流的过程(步骤S1和S2中的“是”)。
此处当头2的悬浮高度因为PTP现象而减少、并且在头2的定位操作时因为与磁盘1接触而破坏定位时，CPU10判断已经产生写入错误。
具体的说，CPU10将设定至头放大器电路7的寄存器70的额定写入电流值变为减小的写入电流值。另外，CPU10在经过一段时间之后按照改变的写入电流值来执行写入操作(步骤S3和S4中的“是”)。通过经过一定的时间，减少了头2所产生的热量。
当即使在以改变的写入电流来进行写入操作的时候也产生写入错误的时候，CPU10进一步减小寄存器70的写入电流值(步骤S5和S6中的“是”)。也就是，CPU10按照分步的方式来减小写入电流值，直到不再产生写入错误，并执行写入操作(步骤S7，S3-S5的“否”)。
为了以分步的方式将该值从额定电流值减少，在该值落入到用于写入操作所必须的可允许值的范围(例如大约25mA)之后，并且当仍然产生写入错误的时候，CPU10停止写入操作，并进行至预定的误差程序(步骤S7的“是”)。在这种情况下，假设写入错误的产生是PTP现象之外的因素。
需要指出，当结束写入操作的时候，CPU10将减小的写入电流值返回至额定的电流值。或者，保持减小的写入电流值，直到磁盘驱动器的电源供应关闭，然后在打开该电源供应的时候设定额定电流值。
如上所述，当在产生写入错误的时候减小写入电流时，写入头的线圈的热量产生温度降低，并且可以抑制或者减少PTP现象。因此改善了因为PTP现象造成的头的定位破坏，结果可以消除写入错误。
图3是显示通过利用写入电流(IW)和写入电流的超过程度(overshoot)作为参数测量的因为PTP现象产生的写入错误(WF)的次数的测量结果。也就是，图3显示了在WF次数是90-100的情况下从测量结果301至WF次数是0-10的情况下的测量结果310的每十个阶段的WF次数范围的测量结果301-310。
该实施方案的WF是这样一种情况，其中当进行写入操作的时候，因为头2因PTP现象与磁盘1的接触而破坏了头的定位精度，因此不能进行写入操作。
以下根据垂直磁性记录系统的磁盘驱动器中的波形来描述写入电流。
如图4所示，写入电流的超过程度(Iovs)是在写入电流Iw的极性颠倒时的在上升时间流动的电流Ip的比例。如图3所示，可以证实，当写入电流Iw或者超过程度(Ivos)升高时，WF的次数提高。在这种情况下，当Iw或者Ivos提高时，写入头的线圈所产生的热量也提高。因此提高了PTP的程度。在纵向磁性记录系统中可以类似地看出该倾向。在第一写入控制方法中，减小写入电流Iw，由此抑制PTP的程度。
(第二写入控制方法)
图9是显示本发明第二写入控制方法的程序的流程图。
假设PTP现象不依赖于写入头线圈的瞬时热量，而是受前面的连续写入操作的热量的综合影响。因此该第二写入控制方法是限制连续写入操作时间的影响，换句话说，是限制作为写入操作目标的连续数据扇区的数量。
如图9所示，当在写入操作时产生写入错误(WF)的时候，CPU10判断已经发生PTP现象，并中断写入操作(步骤S11和S12中的“是”)。也就是，当因为连续写入操作的热量的综合导致发生PTP现象的时候，并且在头2的定位操作时因为与磁盘1的接触而破坏定位时，CPU10判断已经发生写入错误。
在主机系统20所请求的数据扇区的写入操作中，CPU10对指定数量的数据扇区进行写入操作，并中断写入操作(步骤13)。也就是，CPU10对指定数量的数据扇区间歇地执行包括中断写入操作在内的写入操作，直到要进行写入操作的这些数据扇区的写入操作结束(步骤14)。
需要指出，在没有产生写入错误的时候，CPU10对主机系统20所请求的数据扇区连续执行写入操作(步骤S11、S15和S16中的“否”)。
如上所述，限制写入操作的时间，也就是限制要连续进行写入操作的数据扇区的数量，暂时性地进行中断操作，例如等待磁盘1的一个旋转，由此减少写入头的线圈的热量。因此，可以抑制或者减少PTP现象的发生。因此，改善了因为PTP现象导致的头的定位破坏，结果，可以消除写入错误。
图5显示了以在头2围绕磁盘1上的一个磁道的一次旋转的时候写入的数据扇区的数量为参数时因为PTP所产生的WF数量的测量结果。此处，显示了关于作为连续数据扇区的936个区执行写入操作的情况。
从图5中可以证实，当减少写入操作的数据扇区的数量的时候，WF的次数相应地减少。也就是，可以看出，PTP不依赖于线圈的瞬时热量，而是受到前面几百个区的热量的综合影响。因此在第二写入控制方法中，减少每次执行写入操作的连续数据扇区的数量，因此抑制了PTP的程度。
(第三写入控制方法)
图10是显示该实施方案的第三写入控制方法的程序的流程图。
假设PTP现象不仅受到写入头的线圈所产生的热量的影响，而且受到驱动器中环境温度的热量的影响。也就是在第三写入控制方法中，监测驱动器中的环境温度(尤其是头2的环境温度)，在发生PTP的可能性高的情况下改变写入条件。
CPU10在写入操作的执行过程中或者开始之前根据由温度传感器12所检测的温度值来证实驱动器中的环境温度(步骤21)。然后，CPU10参考例如在存储器11的闪存中所存储的判断信息，来判断发生PTP现象的可能性(步骤S22)。
如图7所示，判断信息是矩阵构成的表信息。判断信息显示提前采用驱动器中的环境温度T和写入电流Iw对PTP现象发生的可能性作出的试验性判断的条件。
CPU10参考该判断信息，例如在检测温度T是40度并且写入电流Iw是50mA或更小的情况下，可以相应地证实没有因为PTP因素产生WF(步骤S23中的“否”)。
另一方面，CPU10参考判断信息，例如在检测温度T超过50度并且写入电流Iw是40mA的情况下，可以相应地判断因为PTP导致产生WF的可能性高(步骤S23中的“是”)。在这种情况下，CPU10改变写入条件，执行写入操作以提前防止PTP发生(步骤S24，S25)。
具体的说，CPU10以如第一写入控制方法中所述的相同方式将写入电流Iw减少至例如40mA或以下。因此，可以在写入操作的时候提前防止因为发生PTP现象导致WF。
需要指出，CPU10改变写入条件的方法不限于减少写入电流Iw，可以采用限制连续写入操作的数据扇区数量的方法，以如第二写入控制方法中的相同方式来进行写入操作。在这种情况下，将表示在连续数据扇区数量和环境温度之间的关系的信息作为判断信息，并相应地限制和高精度地设置数据扇区数量。
如上所述，在写入操作的执行过程中或者开始之前根据表示驱动器中环境温度T和写入电流Iw之间的关系的判断信息判断PTP现象发生的可能性。因此，在PTP现象发生的可能性高的情况下，改变包括减少写入操作中的写入电流的写入条件，因此可以提前防止因为PTP的发生导致产生WF。写入条件包括限制写入操作的时间，也就是要进行连续写入操作的数据扇区的数量，还包括中断操作，例如暂时性地等待磁盘1的一次旋转等等。
在该方法中，根据温度检测结果，在写入电流Iw例如是50mA或者以下的时候可以假设因为PTP导致产生WF的可能性低。因此，可以减少降低写入电流值Iw的次数或者减少改变包括限制连续数据扇区数量在内的写入条件的次数。这样具有可以抑制磁盘驱动器性能损坏的效果。
需要指出，由于判断信息与头2的特征等相关，因此可以通过头组(head lot)等的单元来准备该信息。此处，为了检查每个头单元的PTP，例如采用发货测试。在改变例如Iw、Ivos和连续数据扇区的数量等的写入条件的同时在各种环境中测量WF，可以在存储器11中存储显示出WF为0的最佳条件的判断信息。该判断信息优选包括作为WF的产生可能性的产生强度，以及WF的产生为0的条件。
图6是显示利用驱动器中的环境温度作为参数测量的因为PTP所产生的WF次数的测量结果。从图6中可以证实，当驱动器中的环境温度升高的时候，WF次数的比例升高。
需要指出当根据写入条件的变化而改变写入电流Iw的时候，CPU10维持在寄存器70中的电流值Iw，并使用该值直到环境温度改变或者驱动器的电源关闭。
另外，因为写入条件的参数变化，因此将强烈地依赖于WF的产生的Ivos有效地作为参数与写入电流值Iw一起使用。具体的说，如图3所示，例如当Iw是48mA并且Ivos是110％时，在WF次数为50或更多的写入头中的写入条件变为Iw为43mA，Ivos变为70％。然后WF为10或者更小。
另外，当Iw变为38mA时，并且Ivos变为70％时，WF的次数可以设定为0。CPU10在存储器11中存储该写入条件。相应的，当产生WF的时候，设定写入条件，并且可以有效地抑制因为PTP所产生的写入错误。
需要指出，当写入电流值Iw降低时，无需说明，驱动器的记录能力降低。因此优选提前设定写入电流值Iw的下降的下限值以及下降的最大范围。在这种情况下，例如，当即使将写入电流值Iw从额定值降低为10mA时WF也不显示为0的情况下，CPU10可以中断写入电流值Iw的降低，并转至第二写入控制方法。
如上所述，简而言之，根据该实施方案，减少写入电流值，减少写入操作的连续时间(减少连续数据扇区的数量)，通过监测驱动器中的环境温度判断发生PTP的可能性，并通过暂时中断写入操作来抑制线圈热量。因此可以抑制因为PTP现象产生的WF。然后，结果可以实现稳定的写入操作。
如上所述，简而言之，根据该实施方案，不是通过改变头的材料和结构，而是通过与写入头所产生的热量相关联地进行写入控制来改变在写入操作时的写入条件，从而可以实现PTP现象的减少。
本领域的技术人员可以容易实现其它优点和改进。因此本发明在其广义的方面不限于此处显示和描述的具体细节和代表性实施方案。因此，可以进行各种改进而不会脱离如所附权利要求以及其等同物所限定的总体发明理念的精神或者范围。

Claims (14)

1.一种磁盘驱动器，包括：头(2)，它根据提供给线圈的写入电流在磁盘介质(1)上记录数据；以及致动器(4)，头(2)安装在其上，它将头(2)定位在磁盘介质(1)上的目标位置中，其特征在于包括：
写入控制器(7，10，70)，当头(2)在磁盘介质(1)上的目标位置处记录数据的写入操作时产生写入错误的情况下，该控制器改变写入条件以进行写入操作。
2.如权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于写入控制器在检测到产生写入错误时，将写入电流从额定值减小到一个可以允许的范围内作为写入条件，并根据减小的写入电流执行写入操作。
3.如权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于写入控制器在检测到产生写入错误时，将写入电流从额定值分阶段地减小到一个可以允许的范围内作为写入条件，并根据每个阶段的写入电流执行写入操作。
4.如权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于写入控制器在检测到产生写入错误时，将写入电流从额定值减小到一个可以允许的范围内作为写入条件，并在经过一定的时间之后根据减小的写入电流继续执行写入操作。
5.如权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于写入控制器在检测到产生写入错误时，中断写入操作一定时间，并在经过该一定时间之后继续进行写入操作。
6.如权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于写入控制器包括当在连续记录用于多个数据扇区的数据的写入操作时产生写入错误的情况下，中断写入操作一定时间作为写入条件，并对指定数量的数据扇区间歇地执行写入操作。
7.如权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于还包括：
温度传感器，检测头的环境温度；以及
单元，它根据温度传感器所检测的环境温度以及提供给头的写入电流值来判断极尖突起(PTP)产生的可能性；以及
其特征在于，写入控制器在判断单元的判断结果显示在写入操作时产生PTP的可能性高的情况下，减小写入电流值作为写入条件来执行写入操作。
8.如权利要求7所述的磁盘驱动器，其特征在于还包括：
存储器，用于存储判断信息，所述判断信息利用写入电流值和头的环境温度作为参数来判断产生极尖突起(PTP)的可能性，
其中判断单元利用温度检测器所检测的环境温度、要提供给头的写入电流值、以及判断信息来判断产生PTP的可能性。
9.如权利要求7所述的磁盘驱动器，其特征在于写入控制器在产生PTP的可能性高的情况下，限制连续数据扇区的数量作为写入条件以执行写入操作。
10.一种用于磁盘驱动器的写入控制的方法，该磁盘驱动器包括用于根据写入电流在磁盘介质上写入数据的头，该方法的特征在于包括：
当头在磁盘介质上记录数据的写入操作时，检测写入错误的产生(S1)；
执行写入电流的降低(S2)；以及
根据降低的写入电流执行写入操作(S4)。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于执行写入操作的步骤包括：在写入电流降低后经过一定时间以后，根据减小的写入电流执行写入操作。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于还包括：
在执行写入操作的步骤之后，
检测写入错误的产生；以及
将写入电流分阶段减小到一个可以允许的范围。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在用于多个数据扇区的数据被连续记录作为写入操作的情况下，在检测到写入错误产生以后，写入操作的执行步骤包括：中断写入操作一定时间；对指定数量的数据扇区间歇地执行写入操作。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于还包括：
检测在写入操作时的头的环境温度；
根据环境温度和要提供给头的写入电流值判断发生极尖突起(PTP)的可能性；以及
在发生PTP的可能性高的情况下改变写入条件。
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