CN1741137A - 磁盘驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是抑制可重复的偏离误差的影响而不增加磁盘的伺服数据区。对于由磁头20读取的定位信息的基本等于磁盘的旋转频率的低频分量，伺服控制器(100)包括：用于从定位信息中除去低频分量的峰值滤波器(102)；用于通过使用可重复的偏离补偿数据y修正定位信息的修正装置(105)；用于根据修正装置(105)的输出u计算控制量的相位修正电路(101)；以及将峰值滤波器(102)的输出和相位修正电路(101)的输出相加的加法电路(103)，并且对于基本等于磁盘旋转频率的定位信息的低频分量，通过根据定位信息计算磁头的定位控制量并将其加到根据定位信息和可重复的偏离补偿数据所计算的控制量来控制磁头的定位。

Description

磁盘驱动器
技术领域
本发明涉及磁盘驱动器，特别是涉及将磁头定位在目标磁道的伺服控制器。
背景技术
在安装于磁盘驱动器上的磁盘上，同心地形成多个数据磁道，并且沿磁盘的径向方向预先记录伺服数据。该伺服数据包括诸如磁道数据、扇区数据和突发信号这样的定位信息。磁道数据是表示磁道地址的信息，而扇区数据是表示扇区编号的信息，并且根据由磁头读取的磁道数据，能够确定磁头的大致位置，或换句话说，能够确定磁头所在的数据磁道。而且，突发信号包括多个突发模式行，其每个具有沿磁盘径向有规律间隔设置的数据记录区，并且相互具有不同的相位，按照突发模式根据从磁头输出的信号，能够检测磁头的精确位置，或者换句话说，能够检测磁头偏离该磁头所在的磁道内外侧的位置偏差。
在磁头被移动而定位在目标数据磁道同时根据由磁头读取的磁道数据对磁头的大致位置进行检查之后，从磁盘读取信息或将信息写入磁盘，然后，按照突发模式根据从磁头输出的信号，磁头被精确地定位在目标数据磁道，在此期间，磁盘旋转。还有，即便在信息被读取或写入时，磁头被反馈控制，以便按照突发模式根据从磁头输出的信号，它相对于目标磁道被定位在恒定的位置。
对于高密度记录，由于数据磁道的宽度减小，可重复的偏离(RRO)误差将会成为问题，这种误差可能是由于在磁盘上记录的伺服数据不是完全的同心圆而产生。为了补偿RRO，如在专利文献1中提出的，在磁盘上的伺服数据区的末端记录RRO补偿数据的方法是已知的。还有，在专利文献2中，已经提出通过测量低频分量获得RRO补偿数据的具体方法。
专利文献1  日本未审专利申请2002-525776
专利文献2  日本未审专利申请2003-505818
发明内容
在专利文献1所提出的方法中，RRO补偿数据用于所有的频率分量，以便该RRO分量能够被抑制并且数据磁道能够设置为中心在磁盘旋转中心的同心圆。但是，在伺服数据区如上所述包括磁道数据、扇区数据和突发信号的情况下，由于RRO补偿数据添加到伺服数据区，因此用户数据记录区将减少。而且，在伺服数据被写入磁盘之后，如果磁盘由于诸如冲击的干扰而移位并且数据磁道的中心偏离心轴的旋转中心，那么在RRO补偿之后磁头将越过若干个数据磁道。为了即使是在这种情况下也进行补偿，RRO补偿数据必须还包括磁道地址，由此，RRO补偿数据记录区将变得太长。
毕竟，在测量RRO补偿值之后存在磁盘移位并且通过修正低频不能够总是获得精确值的情况，因此不必对低频进行RRO补偿。
本发明的目的是提供一种磁盘驱动器，其包括伺服控制器，该控制器能够阻止可重复的偏离误差的发生而不增加磁盘的伺服数据区。
为了实现上述目的，根据本发明，提供一种磁盘驱动器，其包括：
具有多个磁道的磁盘，其中形成有包括可重复偏离补偿数据的多个伺服数据区，和在该伺服数据区之间的数据记录区；
用于固定并旋转磁盘的主轴电机；
用于将数据写入磁盘和从磁盘读取数据的磁头；
用于沿磁盘的径向移动磁头的驱动装置；以及
伺服控制器，用于根据位置信息和磁头从伺服数据区读取的可重复的偏离补偿数据计算磁头的定位控制量，并将磁头定位在磁盘的目标磁道，
其中，对于由磁头读取的基本上等于磁盘的旋转频率的定位信息的低频分量，所述伺服控制器通过根据所述定位信息计算定位控制量并将其加到根据所述定位信息和所述可重复的偏离补偿数据计算的所述控制量来控制所述磁头的定位。
伺服控制器具有峰值滤波器和相位修正电路，其中，当由磁头读取的定位信息包括基本等于磁盘旋转频率的低频分量时，峰值滤波器防止这种低频分量输入到相位修正电路。
基本等于磁盘的旋转频率的低频分量包括几个阶次的谐波。
可重复的偏离补偿数据是加入到由磁头读取的定位信息上的外部噪声的估算值。
为了实现上述目的，根据本发明，提供一种磁盘驱动器，其具有：
具有多个磁道的磁盘，其中形成有包括可重复偏离补偿数据的多个伺服数据区和在伺服数据区之间的数据记录区；
用于固定并旋转磁盘的主轴电机；
用于将数据写入磁盘和从磁盘读取数据的磁头；
用于沿磁盘的径向移动磁头的驱动装置；以及
伺服控制器，用于根据位置信息和磁头从伺服数据区读取的可重复的偏离补偿数据计算磁头的定位控制量，并且将磁头定位在磁盘的目标磁道，
其中，对于由磁头读取的由于磁盘的旋转中心偏移而产生的定位信息的低频分量，所述伺服控制器通过根据所述定位信息计算定位控制量并将其加到根据所述定位信息和所述可重复的偏离补偿数据所计算的所述控制量来控制所述磁头的定位。
伺服控制器具有峰值滤波器和相位修正电路，其中，当由磁头读取的定位信息包括由于磁盘的旋转中心偏移而产生的低频分量时，峰值滤波器防止这种低频分量输入到相位修正电路。
由于磁盘的旋转中心偏移而产生的低频分量包括几个阶次的谐波。
为了实现上述目的，根据本发明，提供一种磁盘驱动器，其具有：
具有多个磁道的磁盘，其中形成有包括可重复偏离补偿数据的多个伺服数据区和在伺服数据区之间的数据记录区；
用于固定并旋转磁盘的主轴电机；
用于将数据写入磁盘和从磁盘读取数据的磁头；
用于沿磁盘的径向移动磁头的驱动装置；以及
伺服控制器，用于根据位置信息和磁头从伺服数据区读取的可重复的偏离补偿数据计算磁头的定位控制量，并且将磁头定位在磁盘上的目标磁道，
其中，对于由磁头读取的基本等于磁盘的旋转频率的定位信息的低频分量，所述伺服控制器具有用于从所述定位信息中去掉所述低频分量的峰值滤波器；用于通过使用所述可重复的偏离补偿数据修正所述定位信息的修正装置；用于根据所述修正装置的输出计算控制量的相位修正电路；以及将所述峰值滤波器的输出和所述相位修正电路的输出相加的加法电路。
峰值滤波器具有窄波段特性，这种特性对于基本等于磁盘的旋转频率的低频分量及其几个阶次的谐波表现出高增益。
当峰值滤波器用传递函数表示时，该函数的分子(numerator)是FIR滤波器。
根据本发明，能够防止产生可重复的偏离误差而不增大磁盘的伺服数据区。
附图说明
图1是根据本发明实施例的伺服控制器的方框图；
图2是示出伺服控制器的峰值滤波器的频率特性的示意图；
图3是在正常运行中图1的等效方框图；
图4是当RRO补偿值产生或更新时图1的等效方框图；
图5是流程图，示出当伺服控制器的RRO补偿值产生或更新时的过程；
图6是流程图，示出伺服控制器正常运行中的过程；
图7是根据本发明实施例的磁盘驱动器的示意图；
图8是磁盘记录表面的俯视图；
图9是示出伺服数据区的一部分的示意图；
图10是示出由于诸如冲击的干扰而使磁盘处于移位状态的示意图。
具体实施方式
图7示出根据本发明实施例的磁盘磁盘驱动器10的结构。磁盘驱动器10具有主轴电机14，并且当通电时，主轴电机14的旋转轴12以恒定速度旋转。电机轴套16连接于旋转轴12，以便它们的轴线相互重合，然后磁盘18连接于该电机轴套16的周边。
在磁盘18中，磁记录介质(记录表面)形成在其盘形基质的两侧，并且在其中心具有直径基本等于该电机轴套16的外径的孔。电机轴套16插入这个孔中，以便磁盘18固定于电机轴套16的圆周表面。当磁盘驱动器10通电并且旋转轴12被主轴电机14转动时，磁盘18与电机轴套16一体地旋转。
而且，磁盘驱动器10具有对应于磁盘18的每个记录表面设置的磁头20A和20B。每个磁头20A和20B(在说明书中也共同称为磁头20)包括：通过使用MR装置读取信息的读取头和写入信息的感应写入头。每个磁头20A和20B连接于相应的一个臂22A和22B的末端，并且稍稍离开磁盘18的各个记录表面。臂22A和22B在与连接磁头20A和20B相对的端部分别连接于驱动单元24。
驱动单元24具有用于转动臂22A和22B的音圈电机(VCM)，并且当VCM被驱动时，臂22A和22B旋转以沿磁盘18的径向移动磁头20A和20B。这使得磁头20A和20B能够被定位在磁盘上的目标位置。
如图8所示，在磁盘18的每个记录表面，多个数据磁道19沿磁盘18的圆周方向形成，并且在每个磁道19中，伺服数据区50沿径向放射地形成。用户数据区52设置在数据磁道19中的伺服数据区50之间。
图9示出伺服数据区50的一部分。伺服数据区50包括磁道识别信息记录区50A、突发模式记录区50B以及可重复的偏离(RRO)补偿数据记录区50C。在磁道识别信息记录区50A中，记录以格雷码(Graycode)形式表示每个数据磁道19的磁道地址的磁道识别信息。然后，在突发模式记录区50B，记录突发模式。突发模式包括四个突发模式行A-B，它们沿数据磁道19的设置方向(沿箭头B的方向)设置，或换句话说，沿磁盘18的径向设置。在分别构成突发模式行A-D的每个信号记录区50a-50d中，沿磁盘18的径的尺寸和与相邻信号记录区的间隙都等于每个数据磁道19的节距P。
突发模式行A的信号记录区50a和突发模式行B的信号记录区50b沿磁盘18的径向以交错方式设置，并且沿磁盘18径向每个区的两端对应于数据磁道19的宽度方向中心，并且在这里，通过在每个区中记录信号而形成突发模式行A和B。另一方面，突发模式行C的信号记录区50c和突发模式行D的信号记录区50d沿磁盘18的径向以交错方式设置，并且沿磁盘18径向每个区的两端对应于相邻数据磁道之间的边界，并且在这里，通过在每个区中记录信号而形成突发模式行C和D。
在可重复的偏离(RRO)补偿数据记录区50C记录用于补偿该RRO的RRO补偿数据51。RRO补偿数据51通过从可测量的位置误差信号计算磁头相对于惯性座标系统的运动并将磁头的运动加到该可测量的位置信号中而得到。
在用户数据区52，多个数据磁道19以节距P同心地形成。磁头20沿磁盘的圆周方向(沿箭头A的方向)在每个数据磁道19上读取并写入信息。
本发明的目的在于提供伺服控制器，即便如图10所示由于诸如冲击的干扰而使磁盘18产生移位并且数据磁道19的中心偏离于电机轴套16的旋转中心时，该伺服控制器也能精确地完成磁头的定位而不增加上述的RRO补偿数据的量。下面将参考图1-6描述这种伺服控制器的示例性的实施方式。
图1是伺服控制器100的方框图，伺服控制器100控制磁头20以便跟随数据磁道19。伺服控制器100包括：相位修正电路101；峰值滤波器102；加法器103；RRO生成电路104；以及减法器105。当用于驱动VCM的控制电流从加法器103输出并输入VCM时，将由VCM控制进行移动的磁头20读取的伺服数据信号(位置信息)作为信号x反馈给伺服控制器100，诸如RRO或冲击的外部噪声e加到该信号x。
在正常运行中读取和写入信息时，由于不使用RRO生成电路104，减法器105从位置信息信号x减去RRO补偿数据y，位置信息x从由磁头20读取的伺服数据信号中得到。因此，其中RRO被修正的位置信息信号u被输出到相位修正电路101。
相位修正电路101从减法器105接收位置信息信号u，检测磁头20的当前位置与其目标位置的偏离，然后计算磁头20的移动(通过驱动单元24的控制量)，并将其作为控制电流供给VCM。
在磁盘驱动器10的旋转频率为120Hz的情况下，峰值滤波器102具有对于高至第6阶的频率表现出高增益的很窄的频段特性，如图2所示。因而，如图10所示的当磁盘18移位时产生的低频分量被峰值滤波器102除去，这样，这些低频分量就不输入到相位修正电路101。根据磁盘18移位时产生的低频分量被除去所依据的伺服数据信号，相位修正电路101进行对磁头20的伺服控制，以便使磁头20能够精确到达目标磁道。
由于峰值滤波器102的作用，能够使用磁道识别信息和突发模式而使磁头20能够跟随当磁盘18移位时所产生的低频。因此，RRO补偿数据不必包括低频分量和磁道地址。
当测量RRO修正数据时，图1的方框图可以表示为图3的方框图。A(z)可以表示成z的稳定的多项式并且被确定用于系统的稳定性。同时假定旋转频率的谐波为ωk(k＝1，2，…)，稳定系统通过满足下面的表达式来设计：
            |∠A(ejωk)-Pk|＜Ф
其中
∠：复平面中的角度
[表达式1]
P k = ∠ 1 + PC 1 + PH + PC | ω = ω k
[表达式2]
Φ = π 4
在图3中1是正的小常数并且确定它的值以便这个图的开环函数的奈奎斯特图(Nyquist diagram)不通过点(-1，0)。
下面，描述RRO补偿数据产生或修改的情况。当RRO补偿数据产生或修改时，图1中的RRO生成电路104运行。图4示出这时图1的等效方框图。在稳定状态，由于RRO生成电路104中的ZM-1不通过所有的频率分量，因此它的输出u为零。此时，x＝e/(1+PC)，并且因此，如果PC足够小，e可以用已知的x确定。就此而言，由于峰值滤波器102的作用，低频分量不输入到x，并且因此不包括低频分量。因为u等于零，x等于y，并且因此RRO修正值可以通过已知y来确定。
即便C具有窄波段特性，C可以影响比峰值频率高几个阶次的谐波，结果，P和C可以增加，并且在e的估计中产生误差。在这种情况下，这种频率分量可以通过包括FIR滤波器而被去掉，该FIR滤波器脱机运行而没有时间延迟。
在RRO补偿值y被测量之后，它的值作为RRO补偿数据51被写入到磁盘18的RRO补偿数据记录区50C。另外，RRO补偿数据51也可以写入诸如快速ROM这样的存储器中。RRO补偿通过读取每个扇区的RRO补偿数据51并将它作为图1中的y来完成。另外，当y实际上是干扰e的估算值时，C和H不必与RRO补偿值被测量时的C和H完全相同。
根据上述实施例，RRO补偿可以在除去不必要的低频中的RRO时被执行。因此，磁头能够被精确定位而不增加RRO补偿数据。
图5示出用于生成或更新上述RRO补偿值y的过程的流程图。
其中，
A(z)＝a0+a1z+a2z2+a3z3+a4z4
图6示出正常运行时的该过程的流程图。

Claims (10)

1.一种磁盘驱动器，包括：
具有多个磁道的磁盘，其中形成有包括可重复偏离补偿数据的多个伺服数据区和在伺服数据区之间的数据记录区；
用于固定并旋转磁盘的主轴电机；
用于将数据写入磁盘和从磁盘读取数据的磁头；
用于沿磁盘的径向移动磁头的驱动装置；以及
伺服控制器，用于根据位置信息和由所述磁头从所述伺服数据区读取的可重复的偏离补偿数据来计算磁头的定位控制量，并且将磁头定位在所述磁盘的目标磁道；
其中，对于由磁头读取的定位信息的基本等于磁盘的旋转频率的低频分量，所述伺服控制器通过根据所述定位信息计算定位控制量并将其加到根据所述定位信息和所述可重复的偏离补偿数据计算的所述控制量来控制所述磁头的定位。
2.根据权利要求1的磁盘驱动器，其中所述伺服控制器具有峰值滤波器和相位修正电路，并且其中，当由所述磁头读取的定位信息包括基本等于所述磁盘的旋转频率的低频分量时，所述峰值滤波器防止这种低频分量输入到所述相位修正电路。
3.根据权利要求1或2的磁盘驱动器，其中基本等于所述磁盘旋转频率的所述低频分量包括几个阶次的谐波。
4.根据权利要求1至3中任何一项的磁盘驱动器，其中所述可重复的偏离补偿数据是加入到由磁头读取的定位信息中的外部噪声的估算值。
5.一种磁盘驱动器，包括：
具有多个磁道的磁盘，其中形成有包括可重复偏离补偿数据的多个伺服数据区和在所述伺服数据区之间的数据记录区；
用于固定并旋转磁盘的主轴电机；
用于将数据写入磁盘和从磁盘读取数据的磁头；
用于沿磁盘的径向移动磁头的驱动装置；以及
伺服控制器，用于根据位置信息和磁头从伺服数据区读取的可重复的偏离补偿数据计算磁头的定位控制量，并且将磁头定位在磁盘的目标磁道，
其中，对于由磁头读取的由于磁盘的旋转中心偏移而产生的定位信息的低频分量，所述伺服控制器通过根据所述定位信息计算定位控制量并将其加到根据所述定位信息和所述可重复的偏离补偿数据所计算的所述控制量来控制所述磁头的定位。
6.根据权利要求5的磁盘驱动器，其中所述伺服控制器具有峰值滤波器和相位修正电路，并且其中，当所述磁头读取的定位信息包括由于所述磁头的旋转中心偏离而产生的低频分量时，所述峰值滤波器防止这种低频分量输入到所述相位修正电路。
7.根据权利要求5或6的磁盘驱动器，其中由于所述磁盘的旋转中心偏离而产生的所述低频分量包括几个阶次的谐波。
8.一种磁盘驱动器，包括：
具有多个磁道的磁盘，其中形成有包括可重复偏离补偿数据的多个伺服数据区和在伺服数据区之间的数据记录区；
用于固定并旋转磁盘的主轴电机；
用于将数据写入磁盘和从磁盘读取数据的磁头；
用于沿磁盘的径向移动磁头的驱动装置；以及
伺服控制器，用于根据位置信息和磁头从伺服数据区读取的可重复的偏离补偿数据计算磁头的定位控制量，并且将磁头定位在磁盘上的目标磁道，
其中，对于由磁头读取的定位信息的基本等于磁盘的旋转频率的低频分量，所述伺服控制器具有：用于从所述定位信息中去掉所述低频分量的峰值滤波器；用于通过使用所述可重复的偏离补偿数据修正所述定位信息的修正装置；用于根据所述修正装置的输出计算控制量的相位修正电路；以及将所述峰值滤波器的输出和所述相位修正电路的输出相加的加法电路。
9.根据权利要求8的磁盘驱动器，其中所述峰值滤波器具有窄波段特性，这种特性对于基本等于所述磁盘的旋转频率的低频分量及其几个阶次的谐波表现出高增益。
10.根据权利要求9的磁盘驱动器，其中当峰值滤波器表示成传递函数时，分子是FIR滤波器。
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