CN85108798A

CN85108798A - 转位伺服系统的磁盘装置中的磁头定位控制系统

Info

Publication number: CN85108798A
Application number: CN198585108798A
Authority: CN
Inventors: 服部正胜; 藤木正夫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-11-30
Filing date: 1985-11-30
Publication date: 1986-05-10
Also published as: US4636884A; CN85108798B; KR860004402A; KR890004265B1; JPS61131273A

Abstract

根据从定位信号发生器来的信号，CPU决定定位校正数据。CPU把定位校正数据贮存在存贮器中，并依靠数/模转换器把它转变成模拟信号，以及通过分配器和磁化电路驱动步进电机以便校准磁头的位置。执行下一查找操作时，如果查找磁道相对于目标磁道的数目小于预定值，在先查找操作中确定的磁道和现磁道之间的差小于预定值，以及没有伺服数据的在先查找操作的数目小于预定值时，CPU将从存贮器中读出用于查找操作的校正数据，并使磁头定位。当上述三个条件不满足时，则利用从磁盘读出的伺服数据给磁头定位。

Description

本发明涉及的是转位（index）伺服系统的磁盘装置中的磁头控制系统。

在低成本的纹硬磁盘装置中，（例如，5吋硬盘，610条磁道，25兆位容量，15千位/吋〔kbpi〕），常用一步进电机作为磁头查找操作的驱动源。利用步进电机对磁头进行定位控制涉及到由于步进电机的低角精度和环境温度变化所产生的定位误差问题。

为了防止邻近磁道间的干扰，前一问题能够用减小磁道宽度（与磁道间隙相比较的宽度）来解决。因而，通过增加磁道间隔就防止了引入的邻近磁道误差。但是，即使磁道宽度减小，后一问题也不能得到解决，这是由于在读和写模式中磁头位置随环境温度的改变而改变。从这点着眼，就采用一伺服系统。在此系统中，利用贮存在一磁记录介质（以下将称为磁盘）中的伺服数据改善磁头在其查找操作中的定位精度。

虽然已提出各种伺服系统，但是在此类型的磁盘装置中通常是采用一转位伺服系统。在转位伺服系统中，伺服数据记录在每一磁盘磁道的第一象限部分上，而且在磁盘每转动一圈完成一次定位控制。

按照本转位伺服系统的查找操作中，由步进电机把磁头移动到磁盘的目标磁道上。直到定位系统停止振荡，磁头一直保持静止。当磁盘再一次转动，且伺服象限到达磁头位置时，磁头读出伺服数据。磁头由步进电机按照伺服数据确定的运动控制量移动。当定位系统停止振荡时，查找操作就结束了。这样，磁头在目标磁道上的定位达到高度精密。

但是，在如上所述的转动伺服查找操作中，跟未采用伺服系统的情况比较，延长了查找操作。当查找操作长时，即，跨越的磁道数目很大时，到一目标磁道的移动时间很长，而定位所需要的时间不是关键的问题。但是，在短时间的查找操作中，到目标磁道的移动时间可变得比定位时间更短（即磁头准确地定位于目标磁道所需要的时间;为了进行这样的定位，需要转位伺服数据读出时间的平均三倍的时间）。在这样的情况下，定位时间对整个平均查找操作时间的比率（即包括达到目标磁道的移动时间在内的最终定位所需要的平均时间，而与跨越的磁道数目无关）增加，并且在这方面可望获得改善。

本发明的一目的是在转位伺服系统的磁盘装置中提供一磁头定位控制系统，它能在转位伺服系统查找操作中可靠地进行磁头的定位，而且，既使在暂短查找操作的情况下也能缩短磁头最终定位所需的时间。

按本发明的磁头定位控制系统，当磁头的查找操作数目比预定值小时，磁头以不使用转位伺服数据的非伺服数据模式来定位。当以非伺服数据模式执行的查找操作数目比预定值大时，磁头以利用转位伺服数据的伺服数据模式来定位。

为了达到本发明的上述目的，在转位伺服系统的磁头装置上提供一磁头控制系统，它包括有：

一个磁记录介质，其内预先记录了预定的转位伺服数据;

一个用于驱动磁头的步进电机以把磁头定位在磁记录装置的目标磁道上;

驱动信号发生装置，用于按照转位伺服数据和步进电机的阶跃脉冲产生定位线圈电流，它是按磁头的查找操作确定的。

存贮装置，用于贮存由驱动信号发生装置产生的定位线圈电流数值;

第一驱动控制装置，当至少有一个查找距离比磁头的查找操作中的预定距离短时，该装置以非伺服数据模式驱动步进电机，在该模式中，不使用贮存在存贮装置中的定位线圈电流数值和驱动信号发生装置产生的阶跃脉冲;

第二驱动控制装置，当第一驱动控制装置用非伺服数据查找操作的数目超过了预定的磁头查找操作的数目时，该装置以伺服模式驱动步进电机，该模式中，使用由驱动信号发生装置产生的阶跃脉冲和线圈电流值。

对于上述结构的系统，当查找距离短时，就以非伺服数据模式进行定位，缩短了查找操作时间。当以非伺服数据模式连续进行查找操作时，定位精度逐渐降低。因此，在一预定查找操作数目以后，既使查找距离短，也以伺服数据模式进行定位。这样，就能够不降低定位精度而可靠地进行定位操作。

本发明的其它目的和特征将从结合附图给出的以下说明中看到。附图中：

图1是表示按本发明磁头控制系统的一个实施例的一磁盘装置的结构方框图;

图2是表示按图1所示实施例的伺服电路结构的方框图;

图3是表示按图1所示实施例的定位信号发生电路结构的方框图;

图4是说明在步进电机中的磁化相位线圈的图;

图5是表示图1所示实施例中的步进电机驱动器结构的方框图。

图6A和6B是表示用于图1所示实施例中的磁盘结构图;

图7是表示用于图1所示实施例中的伺服数据的一个例图;

图8是说明图1所示实施例的操作模式的波形图;

图9是解释图1所示实施例的操作模式来表示步进电机特性的图形;

图10A和10B是解释图1所示实施例的操作模式的时间图形;其中，图10A表示伺服信号，图10B表示一个峰值保持定时信号。

图11A到11C是解释图1所示实施例操作模式的时间图。

参照图1，转位伺服数据（以后称为伺服数据）预先记录在磁盘10上。当磁盘装置启动时，由主轴电机11驱动磁盘10。磁头12安装在滑动架13上，并可通过滑动架13在磁盘10上移动。滑动架13由步进电机14驱动。

记录在磁盘10上的含有伺服数据的信息由磁头12读出来，并且由放大器15放大。当放大器15放大的数据是伺服数据时，开关电路16把伺服数据从放大器15输出到伺服电路17。但是，当从放大器15来的数据是一般数据时，也就是说不是伺服数据时，开关电路16把数据从放大器15传送到数据处理电路18。电路18执行（如数字化的）一般数据的读出程序。伺服电路17控制步进电机14的驱动操作，以便控制磁头12的查找操作。图2给出了电路17的细节。

参照图2，定位信号发生器20从来自放大器15的伺服信号中产生定位信号，并且把它加到模/数转换器21上。模/数转换器21把接收的定位信号转变成数字信号，并且把它加到微处理机（中央处理单元）（CPU）22上。中央处理单元22按照存贮在一内部只读存贮器ROM（没有表示出来）中的程序来控制电路17，并且从来自模/数转换器21的定位信号中决定步进电机14的定位校正值。存贮器23贮存中央处理单元22所需要的、用于控制电路17的各种数据。

中央处理单元22按照一查找操作和代表查找方向以及定位校正值的数据产生一个阶跃脉冲S。数/模转换器24把从中央处理单元22来的校正数据转变成模拟信号并且把它加到分配器25上。分配器25按照从中央处理单元22来的阶跃脉冲S和查找方向信号决定电机14的线圈磁化顺序。在定位操作中，分配器25把从数/模转换器24来的模拟信号转换成用来调整加到步进电机14上的线圈电流的控制信号。

步进电机驱动器26根据由分配器25提供的电流开关信号C，放大和通断加到步进电机14上的线圈电流。步进电机也通过在二磁化相位A和B中加脉冲来驱动一个转子如图4所示。例如在驱动步骤1到4，加到各个磁化相位线圈上的驱动电压的情况如下表所示：

表Ⅰ

第一步第二步第三步第四步

A + - - +

B + + - -

A- + + -

A- - + +

图5给出了步进电机驱动器26的细节。为了简化起见，图5仅表示用在两个磁化相位之中的一个相位（A， A）的步进电机驱动器。参照图5，步进电机驱动器26，包括一电流开关电路40，放大器41和42，晶体管43到46，和电阻47，电路40按照从分配器25来的电流开关信号C控制电机14的线圈48的电流方向。放大器41和42放大从分配器25来的定位校正信号Ⅰ并把预定电流加到线圈48上。

当执行按表Ⅰ给出的操作时，步进电机驱动器的信号具有以下关系：

表Ⅱ

相位A

第一步第二步第三步第四步

晶体管晶体管晶体管晶体管

43导通 44导通 44导通 43导通

晶体管晶体管晶体管晶体管

46导通 45导通 45导通 46导通

I＜VREF I＞VREF I＞VREF I＜VREF

相位B

晶体管晶体管晶体管晶体管

43导通 44导通 44导通 44导通

晶体管晶体管晶体管晶体管

46导通 46导通 45导通 45导通

I＜VREF I＜VREF I＞VREF I＞VREF

图2中所示的定位信号发生器20包括放大器30，峰值保持电路31，峰值保持定时电路32，和差动放大器33，如图3所示。放大器30放大从图1中的放大器15接收到的伺服信号，并且把放大的信号加到电路31和32上。电路31与来自电路32的定时信号相同步保持伺服信号的每一信号电压的峰值V_a和V_b。差动放大器33计算出从电路31来的输出信号V_a和V_b之间的差，并且产生定位信号（V_a-V_b）。

按本发明而且具有上述结构的磁头控制系统的操作模式将参照图11A到11C予以说明。在步骤51中，当查找请求信号从主计算机加到中央处理单元22时，查找操作起动。中心处理单元22根据查找距离把阶跃脉冲S加到分配器25上（查找距离即为磁头移动跨越过的磁道数目）。同时，中央处理单元22通过数/模转换器24把决定电机14的线圈电流的信号加到分配器25上。分配器25把用于电机14的磁化相位转换的控制信号C加到驱动器26上。响应这个信号，操纵驱动器26来驱动步进电机14。那么，图1所示的滑动架13则被电机14推动并把磁头12移动到磁盘10上某一目标磁道的位置。这时，磁头12按每一脉冲S对应的一个磁道间隔进行移动。

当从中央处理单元22来的阶跃脉冲S的产生结束时，磁头在目标磁道上的定位就开始了。如图6A所示，预先记录在磁盘10的伺服数据34由磁头12读出，并且通过图1所示的放大器15加到发生器20上。伺服数据34贮存在一个位置上，也就是，磁盘10的每一磁道的第一象限的一部分位置上。贮存伺服数据的伺服区域36具有图6B所示的形式。在电流（直流）清除区域35中，从磁头12来的输出为0。开关电路16把输出信号（伺服信号）从放大器15加到伺服电路17上。同步数据被贮存在同步（SYNC）区域37上。图3所示的峰值保持定时电路32的锁相回路电路（PLL）（没有表示出来）与同步（SYNC）区域37中的数据同步，并且用于执行伺服数据的峰值保持的定时信号就准备好了。由伺服数据A和B组成的定位数据被记录在伺服数据区域39上，如图7所示。伺服数据A和B分别包含多个程式，在这些程式中，在磁盘10旋转方向上的周期相等，且在查找方向上相互移动。定位数据贮存在伺服数据区域内，这样，伺服数据A和B就被交替地记录在沿着查找方向上的每一磁道上。在伺服数据A和B之间的边界线与记录一般数据的每一磁道的中心线相吻合。因此，如果按照电机14的特性的伺服数据被记录在边界线附近时，磁头12的中心通常定位于每一磁道的中心。

例如，当磁头12位于图7所示的位置上时，从磁头12获得的伺服信号具有如图10A所示的波形，参照图10A，伺服信号电压V_a是一个通过伺服数据A磁化变换的一个输出信号，而伺服信号电压V_b是一个通过伺服数据B磁化变换的输出信号。当磁头12位于磁道中心时，伺服数据V_a和V_b变成相同的。如图3所示的发生器20与图10B所示的峰值保持定时信号同步地保持住伺服信号电压V_a和V_b的峰值。差动放大器33按照峰值保持伺服信号V_a和V_b产生如图8所示的定位信号（V_a-V_b）。

按这种方式准备的定位信号被如图2（步骤53）所示的模/数转换器21转换成数字信号。根据此数字信号的定位信号，中央处理单元22决定定位校正数据，也就是，步进电机14的线圈电流。定位校正数据被贮存在存贮器23中（步骤55）。从中央处理单元22来的定位校正数据被加到数/模转换器24上，从数/模转换器24来的模拟信号被加到分配器25上。根据从数/模转换器24来的输出信号，分配器25把代表线圈电流Ⅰ和其方向的电流开关信号C加到步进电机驱动器26上。驱动器26的电流开关电路40通过电流开关信号C有选择地操纵晶体管43和44之一工作，如图5所示。当定位信号（V_a-V_b）为正时，电路40使晶体管44导通。在这种情况下，当晶体管45被从放大器41来的输出信号导通时，一电流按a的方向在线圈48内流动。另一方面，当定位信号（V_a-V_b）为负时，电流以a的相反方向在线圈48中流动。此时，电流值由电阻47决定。在步骤57中，步进电机14被驱动，滑动架13移动。滑动架13校正磁头12的位置，并使其大体上定位于目标磁道的中心。

图9表示电机14的旋转角和磁化电流之间的关系。也就是，给出了当电流I₀在相位线圈A中流动时，相位线圈B的电流和步进电机旋转角之间的关系。在二相磁化的情况中，当相位线圈A加一恒定电流I₀，而相位线圈B没有电流时，步进电机14的旋转角θ是0度。当加在相位线圈B的电流增加时，电机14的旋转角θ也增加，如图8所示。当磁头12如图8所示移动了△X时，定位信号电压变为△V，如图8所示。定位信号△V通过模/数转换器21加到中央处理单元22上。从图9所示的磁化电流和步进电机14的旋转角的关系看出，中央处理单元22决定对应于定位信号△V的线圈电流。线圈电流贮存在存贮器23中。当提供这个电流电机14旋转△θ角度时，滑动架13就线性地移动△X。那么，磁头12在一方向上移动距离△X以消去定位误差△X，然后定位于目标磁道上。

假设起动下一个查找操作，如步骤59。此时，磁头12按照上述操作移动到一目标磁道的位置上。当定位起动时，中央处理单元22在步骤61到65执行决定。在步骤61中，当确定对目标磁道的查找磁道数目（查找距离）小于某预定值（例如30个磁道）时，也就是，需要执行一短程查找操作，就执行步骤63。步骤63中，检查一下在先磁道位置TR1和现磁道位置TR2之间的差是否小于一预定值（如30个磁道），其中在先磁道位置TR1是根据转动伺服数据在紧前一步定位操作中决定的，而现磁道位置TR2却不管转动伺服数据或读出存贮是否执行定位。如果，在步骤63中是的话，在步骤65中就检查没有伺服数据的在先查找位置数目是否小于预定值（如100倍）。如果，在步骤65中是的话，步骤67中，中央处理单元22从存贮器23读出在先线圈电流（在步骤55中贮存的数据），并且按照这个线圈的电流值在步骤69中执行定位。此时，以上述方式执行了定位，磁头12可靠地定位于目标磁道上。

若在步骤61到65的任一步骤中得到的是否的话，就执行步骤71到81。即，参照步骤53到57所叙述的，利用从磁盘读出的伺服数据执行磁头定位。

在以上查找操作中，只有在首次查找操作执行步骤51，53和55。而在首次查找操作后，随后的查找操作从步骤57执行。

按照得到的实验结果，全部的查找操作时间通常是108毫秒，其中包括磁头移动到目标磁道的位置所需要的60毫秒的平均时间和读出伺服数据所需要的时间的三倍平均值（平均读出时间16毫秒×3＝48毫秒）。与此相反，按本发明，当首先通过参考存贮器中贮存的数据执行定位时，用于读出伺服数据的48毫秒就可以基本上省掉。

Claims

1、具有预先记录预定转位伺服数据的一个磁记录介质；一个用于驱动磁头以便把磁头定位在磁记录介质的目标磁道上的步进电机；按照转位伺服数据和由磁头查找操作所确定的步进电机的阶跃脉冲来产生定位线圈电流值的驱动信号发生装置和用于贮存由驱动信号发生装置产生的定位线圈电流值的存贮装置的转位伺服系统磁盘装置中的一个磁头控制系统，其特征为设置有：

在至少一个查找距离小于磁头查找操作中的预定距离时，第一驱动控制装置以非伺服模式驱动步进电机，该模式没有使用存贮装置贮存的定位线圈电流值和驱动信号发生装置产生的阶跃脉冲，

当第一驱动控制装置以非伺服数据模式查找的操作数目超过预定的磁头查找的操作数目时，第二驱动装置以伺服数据模式驱动步进电机，该模式使用了由驱动信号发生装置产生的阶跃脉冲和线圈电流值。

2、按照权利要求1的系统，其特征为当目标磁道的查找距离小于预定值时，第一驱动控制装置以非伺服数据模式驱动步进电机，该模式使用了存贮装置贮有的定位线圈电流值和驱动信号发生装置产生的阶跃脉冲。

3、按照权利要求1的系统，其特征为当以伺服模式中的在先查找操作确定的磁道与现磁道之差小于预定值时，第一驱动控制装置以非伺服数据模式驱动步进电机，该模式使用了存贮装置贮存的定位线圈电流值和由驱动信号发生装置产生的阶跃脉冲。

4、按照权利要求1的系统，其特征为当以非伺服模式的在先查找操作的数目少于预定值时，第一驱动控制装置以非伺服数据模式驱动步进电机，该模式使用了存贮装置贮存的定位线圈电流值和由驱动信号发生装置产生的阶跃脉冲。

5、按照权利要求1的系统，其特征为当下述条件A至C的任意组合满足时，第一驱动装置以非伺服数据模式驱动步进电机，该模式使用了存贮装置贮存的定位线圈电流值和由驱动信号发生装置产生的阶跃脉冲：

A）当查找距离小于预定距离时，

B）当以伺服模式在先查找操作确定的磁道与现磁道之差小于预定值时，

C）当以非伺服数据模式的在先查找数据操作数目小于预定值时。

6、按照权利要求1的系统，其特征为当满足下述条件的任一个或几个组合条件时，第二驱动控制装置以伺服数据模式驱动步进电机，该模式使用了由驱动信号发生装置产生的阶跃脉冲和定位线圈电流：

A）当查找距离大于预定距离时，

B）当以伺服模式的在先查找确定的磁道与观磁道之差大于一预定值时，

C）当以非伺服数据模式的在先查找数目大于一预定值时。