DE3650669T2 - Verfahren zur Betriebstemperaturkontrolle in Scheibenantrieben zur Vermeidung der thermischen Unspurfolgung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Magnetscheibenspeichervorrichtungen und insbesondere auf den Temperaturausgleich beim Wandlerpostionierungssystem in einem Laufwerk.
• Plattenlaufwerke können auf konzentrischen kreisförmigen Spuren auf Magnetplatten gespeicherte Information aufzeichnen und abrufen. Die Spuren werden durch einen magnetischen Wandler geschrieben und gelesen, der mit der Oberfläche der Platte zusammenarbeitet. Bei vielen Plattenlaufwerken werden zum Positionieren der Lese-Schreib-Köpfe derzeit von Schrittmotoren getriebene Riemenrad-Bandmechanismen eingesetzt. Eine detaillierte Beschreibung eines Plattenlaufwerks und insbesondere des linearen Aktuators zum Positionieren der Köpfe über einer ausgewählten Spur auf einer Platte ist im US-Patent 4,323,939 der gleichen Anmelderin zu finden; ein von einem Schrittmotor positionierter Drehaktuator ist in der EP-A-0 162 614 der gleichen Anmelderin zu finden. Beide sind hier als Referenz mit einbezogen.
• Solche Laufwerke wandeln die Drehbewegung der Schrittmotorwelle in lineare oder drehende Bewegung eines Wagens um, der die an einem Ende des Wagens angebrachten Wandler zum Lesen und Aufzeichnen von Daten auf konzentrischen kreisförmigen Plattenspuren über die Platte hinweg transportiert. Das Antriebsband ist um ein auf der Welle sitzendes Motorwellenriemenrad gewickelt, und seine Enden sind am Wagen befestigt. Eine Drehbewegung der Welle wickelt ein Ende des Bands auf das Riemenrad auf und wickelt das andere ab, wodurch der Wagen den Kopf von einer Spur zur anderen bewegt.
• Das in der Industrie vorhandene Bedürfnis nach größeren Speicherkapazitäten bei gleichzeitig immer kleiner werdenden physikalischen Speichereinheitsgrößen führt dazu, daß die Spuren so eng beieinander liegen müssen wie möglich.
• Dabei gibt es jedoch das Problem, daß die Köpfe im Verhältnis zur jeweiligen Spur sehr genau positioniert werden müssen, so daß die Köpfe auf der falschen Spur oder zu weit von der Mittellinie einer gewünschten Spur entfernt landen. Eine besonders schwierige Situation tritt bei relativ billigen Festplattenlaufwerken auf; zum Erreichen einer beträchtlichen Verringerung der Kosten und der Komplexität, wie das durch den scharfen Wettbewerb in dieser Branche gefordert ist, weist der Kopfaktuator, der den Wandler im Verhältnis zur Spur positioniert, kein Positionierungsregelung mit Rückkopplung auf.
• In der US-A-4,485,418 ist ein System zum Auffinden der Mitte einer Spur auf einer magnetischen Speicherplatte beschrieben. Das System hat einen Wandler zum Aufzeichnen und Abspielen von Signalinformation auf der Platte, und ein Motor ist am Wandler befestigt, der den Wandler über eine nominelle Position der Spur und in Inkrementschritten über die positive und negative Steigung der Seiten der Signalamplitude der Spur bewegt. Ein Computerprozessor, dessen Speicher mit dem Motor und dem Prozessor verbunden sind, steuert den Motor nach Empfangen eines Kalibrierungsbefehls so, daß er den Wandler ein kleines Inkrement quer zur Spurweite bewegt. Ein Abweichungsmeßsystem ist mit dem Wandler und dem Prozessor verbunden und bestimmt, ob das bei der jeweiligen Inkrementstufe empfangene Signal stärker als ein Referenzpegel ist.
• Aufgrund der sehr unterschiedlichen Betriebsbedingungen, in denen Plattenspeicher eingesetzt werden, hat sich herausgestellt, daß eine der wesentlichen Quellen von Spurfehlern beim Positionieren des Kopfs im Verhältnis zur erwünschten Spur die thermische Expansion oder Kontraktion der verschiedenen Komponenten bei Veränderungen der Umgebungstemperatur ist. Dies geschieht aufgrund dessen, daß es äußerst schwierig ist, die thermischen Expansionskoeffizienten der verschiedenen beim Aufbau des Laufwerks zu verwendenden Materialien aufeinander abzustimmen, vor allem bei der Basisplatte, dem Spindelmotor und dem Wandler-Positionierungsaktuator. Wie schon festgestellt, ist der thermische Spurfehler bei einer Steuerung ohne Rückkopplung besonders schwerwiegend, wie sie bei billigeren Festplatten üblich ist. Es ist kein Spurverfolgungsservo vorhanden, das sicherstellt, daß der Kopf auf der gewünschten Spur zentriert ist, oder das anzeigt, daß ein Spurfehler vorliegt. Die Spurfehlerprobleme, die durch Veränderungen der Umgebungstemperatur auftreten, werden so lange nicht offensichtlich, bis Daten inkorrekt gelesen oder geschrieben werden, und sogar dann gibt es immer noch keine inhärente Selbstkorrektureinrichtung.
• Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Überwachen von Betriebstemperaturen vorgesehen zum Verhindern durch Temperaturveränderung hervorgerufener Spurfehler bei einem Plattenlaufwerk mit einer rotierenden Scheibe mit mehreren in Abständen angeordneten kreisförmigen Spuren zum Speichern aufgezeichneter Daten und mindestens einer Testspur, einem Wandler zum zugreifen auf Daten, der an einem Ende eines Wagens angebracht ist, und einer Einrichtung am Rand der rotierenden Scheibe zum Positionieren des Wagens entlang eines vorbestimmten Pfads zum Positionieren des Wandlers im Verhältnis zur Scheibe und den Spuren; wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Definieren einer ausgewählten Testspur und einer Referenzspur auf mindestens einer Seite der Testspur auf einer Scheibe an einem durch den Benutzer nicht zugänglichen Ort; Erfassen der Umgebungstemperatur des Laufwerks und Bewegen eines Wandlers zur Testspur in Reaktion auf das Erfassen einer definierten Veränderung der Umgebungstemperatur; nach dem Positionieren des Wandlers an der Testspur, Bewegen des Wandlers von der Testspur zur Referenzspur in vorbestimmten Inkrement-Mikroschritten, die wesentlich kleiner sind als der nominelle Abstand zwischen den Spuren; und Erfassen, wann der Wandler die Referenzspur erreicht; dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren nach der Anzahl von Schritten, die bis zum Erfassen des Referenzsignals vollführt wurden, die thermische Verschiebung des Wandlers im Verhältnis zu den Spuren auf der Scheibe bestimmt und so eine thermische Korrektur beim Positionieren des Wandlers für nachfolgende Suchläufe zu für den Benutzer zugänglichen Datenspuren vornimmt.
• Ein bestimmtes erfindungsgemäßes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungstemperatur des Plattenlaufwerks periodisch erfaßt wird und in Reaktion auf das Erfassen einer einen vorbestimmten Wert überschreitenden Veränderung der Umgebungstemperatur der Wandler zur Testspur geführt wird.
• Ein alternatives Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungstemperatur in regelmäßigen Zeitabständen erfaßt wird.
• Die Erfindung sowie die damit einhergehenden Vorteile und Eigenschaften werden anhand der zeichnungen besser verständlich. Es zeigt:
• Fig. 1 eine Draufsicht eines von einem Schrittmotor angetriebenen Aktuators und einer Datenaufzeichnungsplatte, bei der diese Erfindung eingesetzt werden kann,
• Fig. 2 als Beispiel die Anordnung der thermischen Testspur und anliegender Datenspuren, die beim erfindungsgemäßen thermischen Kompensationssystem verwendet werden,
• Fig. 3 ein einfaches Blockdiagramm der elektrischen Elemente des Plattenlaufwerksteuerungssystems, das zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird, und
• Fig. 4 ein Flußdiagramm der Abfolge von Schritten, die zum Durchführen der thermischen Ausgleichs- und Korrekturfunktionen verwendet werden.
• In Fig. 1 ist ein Wandler 10 dargestellt, der auf einem flexiblen Element 20 angebracht ist, das auf einem Aktuatorarm 21 befestigt ist, der durch die Bewegung eines Antriebsarms 32 auf jeder Spur einer Platte 12 positioniert werden kann. Die Platte 12 wird durch einen Spindelmotor 25 in ständiger Drehung gehalten. Das Positionieren des Aktuators wird durch einen Schrittmotor 30 durchgeführt, der ein Riemenrad 36 antreibt, das über ein flexibles Band 38 mit den Kopfteilen 19a, 19b des Aktuatorarms 32 verbunden ist. Mit der Drehung des Motorriemenrads 36 wickeln sich die Teile des flexiblen Bands 38 am Riemenrad auf und ab, wodurch der Wandler von einer Spur zur nächsten geführt wird. Dies geschieht unter Kontrolle des Mikroprozessors 40, der schematisch im Eck des Plattenlaufwerks zu sehen ist. Dieser liefert auf von außen empfangene Suchbefehle die Steuersignale an den Schrittmotor 30. Solche Suchbefehle werden immer dann empfangen, wenn der Wandler von seiner derzeitigen Position auf eine neu adressierte Spur geführt werden soll.
• In Fig. 2 ist eine thermische Testspur in einem Bereich der Plattenoberfläche definiert, die dem Benutzer der Platte nicht zugänglich ist, in diesem Beispiel außerhalb der Spur (d.h. am äußeren Rand der Platte 12). Wie im einzelnen in Fig. 2 gezeigt, ist die thermische Testspur in diesem Beispiel die Spur -3. Ein konstanter Frequenzpegel, der in diesem Fall 1,8 MHz ist, ist 1/2 Spurbreite von der Mitte der thermischen Testspur auf jeder Seite der Spur geschrieben.
• Wie oben festgestellt, wäre es nicht praktisch, den thermischen Kompensationsfaktor für jeden Suchvorgang zu bestimmen. Dadurch würde der Zugriff des Benutzers auf das Laufwerk erheblich verlangsamt. Stattdessen ist hier eine Temperaturerfassungs-Logikschaltung vorgesehen, die allgemein als Thermistorschaltungen 72 in Fig. 3 dargestellt ist. In den Thermistorschaltungen 72 ist ein Thermistor oder eine andere Temperaturerfassungsvorrichtung und damit verbundene Schaltungen zum Bestimmen, wann eine Temperaturveränderung stattgefunden hat, die über einen vorbestimmten Bereich hinausgeht. Dieser Bereich ist in diesem Beispiel als 5 Intervalle definiert. Wenn die Temperaturüberwachungsschaltung feststellt, daß die Betriebstemperatur über diesen Bereich von 5 hinaus gestiegen oder gesunken ist, wird in den Thermistorschaltungen 72 eine Logikflag gesetzt, die so lange gesetzt bleibt, bis sie vom Mikroprozessor 40 bestätigt und gelöscht wird. Diese Bestatigung erfolgt so lange nicht, bis der Hostcomputer im das Plattenlaufwerk benutzenden System dem Laufwerk befiehlt, eine neue Spur zu suchen.
• Diese Abfolge von Ereignissen läßt sich wohl am besten anhand des Flußdiagramms von Fig. 4 verstehen. Nachdem der Mikroprozessor den Suchbefehl 70 empfangen hat, fragt er die Logikflag in den Thermistorschaltungen 72 ab, um festzustellen, ob sich die Betriebstemperatur des Laufwerks seit dem letzten vorhergehenden Suchbefehl beträchtlich verändert hat (um mehr als 5) (Schritt 71). Wenn sich keine wesentliche Temperaturveränderung ereignet hat, sucht, wie das Flußdiagramm von Fig. 4 zeigt, das Laufwerk die adressierte Spur (Schritt 90) unter Verwendung der zuletzt erhaltenen thermischen Korrektur (Schritt 92). Wenn jedoch die Flag gesetzt ist, löscht der Mikroprozessor die Flag (Schritt 72) und beginnt die Sequenz zum Bestimmen eines neuen thermischen Kompensationsfaktors durch Einleiten einer Sondersuche nach der thermischen Testspur 60 (Schritt 73).
• Wenn der Kopf zur thermischen Testspur 60 bewegt wird und keine Kompensation für eine thermische Expansion oder Kontraktion durchgeführt wird, wird er immer noch zwischen den beiden mit der bekannten Frequenz vorbestückten Testdatenspuren (62, 64 von Fig. 2) positioniert sein.
• Wenn der Kopf einmal bei Spur 60 gelandet ist, wird der erste Mikroschritt in Richtung einer der Sonderdatenspuren 62, 64 durchgeführt, wie das bei Schritt 74 angegeben ist. Der Frequenzdiskriminator 50 wird gelesen, wie bei Schritt 76 gezeigt. Wenn ein hoher Pegel erfaßt wird, hat der Kopf schon die Testdatenspur 62 oder 64 erreicht, und die zur Erreichen der Position erforderliche Anzahl (der Schritte) wird gespeichert. Wenn noch keine Daten gelesen wurden, wird, wie bei Entscheidungsblock 78 gezeigt, ein weiterer Schritt durchgeführt, und die Sequenz kehrt zu Block 74 zurück. Bei der Suche nach dem aufgenommenen Datenpegel werden nur vier Schritte unternommen, da eine Abfolge von vier Mikroschritten, von denen jeder 3% des Abstands zwischen zwei Spuren entspricht, 12% des Abstands zwischen zwei Spuren ergibt (oder 24% des Abstands zwischen der thermischen Testspur 60 und den Testdatenspuren 62, 64), und die mechanische Konstruktion des Laufwerks ist so ausgelegt, daß größere Fehler thermisch nicht auftreten können.
• Bei näherer Betrachtung von Fig. 2 wird das Problem noch besser verständlich. Bei unter Verwendung bekannter Technik konstruierten Laufwerken ist zwischen nebeneinanderliegenden Spuren eine Kontrollspur, die ungefähr 20% des Abstands zwischen den Spuren einnimmt. Wenn die Testspuren 62, 64 als normale Spuren betrachtet werden, wird die thermische Testspur 60 in der Mitte der Kontrollspur zwischen den beiden aufgezeichneten bekannten Frequenzen angeordnet, wobei maximal 10% dieser Kontrollspur auf beiden Seiten der nominellen Position der thermischen Testspur liegt.
• Nach dem Lokalisieren der ersten der Testdatenspuren kehrt der Mikrostepper dann wieder zur thermischen Testspur 60 zurück und unternimmt Schritte in die entgegengesetzte Richtung auf der Suche einer beschriebenen Datenspur. Dies ist in Block 81, 82 dargestellt. Wieder wird mit jedem Schritt in die Richtung der gegenüberliegenden Testdatenspur der Frequenzdiskriminator abgelesen, wie in Schritt 84 gezeigt, wobei nach einem hohen Pegel gesucht wird, wie bei Schritt 86 gezeigt. Wenn die Testdatenspur gefunden wurde, wird die Anzahl der benötigten Mikroschritte gespeichert. Aufgrund der während dieser Sequenzen von Wandlerschritten gespeicherten Daten und der Messungen des Frequenzdiskriminators 50 kann bei Schritt 88 eine thermische Korrektur berechnet werden.
• Der Wandler 10 wird nun zur Befehlsspur geführt, wie in Block 90 gezeigt. Wenn die Spur erreicht ist, wird die erstellte thermische Korrektur angewendet, wie bei Schritt 92 gezeigt, wodurch der Wandler 10 genau über der Spur positioniert wird.
• Die suchsequenz ist nun vollständig, und die thermische Korrektur wird gespeichert, so daß bis zu einer weiteren wesentlichen Veränderung der Umgebungstemperatur jedes Mal die gleiche thermische Korrektur angewendet werden kann.
• Ein Fachmann auf dem Gebiet der Laufwerkstechnik wird beim Studium dieser Erfindungsoffenbarung Möglichkeiten der Modifikation der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform erkennen. Zum Beispiel kann eine Testspur nur auf einer Seite der thermischen Testspur 60 geschrieben sein, oder die Herleitung der thermischen Kompensationskonstante kann bei wesentlichen Veränderungen der Umgebungstemperatur vorgenommen werden. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist daher nur durch die Patentansprüche eingeschränkt.

Claims (3)

1. Verfahren zum Überwachen von Betriebstemperaturen zum Verhindern durch Temperaturveränderung hervorgerufener Spurfehler bei einem Plattenlaufwerk mit einer rotierenden Scheibe mit mehreren in Abständen angeordneten kreisförmigen Spuren zum Speichern aufgezeichneter Daten und mindestens einer Testspur, einem Wandler zum Zugreifen auf Daten, der an einem Ende eines Wagens angebracht ist, und einer Einrichtung am Rand der rotierenden Scheibe zum Positionieren des Wagens entlang eines vorbestimmten Pfads zum Positionieren des Wandlers im Verhältnis zur Scheibe und den Spuren; wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Definieren einer ausgewählten Testspur und einer Referenzspur auf mindestens einer Seite der Testspur auf einer Scheibe an einem durch den Benutzer nicht zugänglichen Ort;

Erfassen der Umgebungstemperatur des Laufwerks und Bewegen eines Wandlers zur Testspur in Reaktion auf das Erfassen einer definierten Veränderung der Umgebungstemperatur;

nach dem Positionieren des Wandlers an der Testspur, Bewegen des Wandlers von der Testspur zur Referenzspur in vorbestimmten Inkrement-Mikroschritten, die wesentlich kleiner sind als der nominelle Abstand zwischen den Spuren; und

Erfassen, wann der Wandler die Referenzspur erreicht; dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren nach der Anzahl von Schritten, die bis zum Erfassen des Referenzsignals vollführt wurden, die thermische Verschiebung des Wandlers im Verhältnis zu den Spuren auf der Scheibe bestimmt und so eine thermische Korrektur beim Positionieren des Wandlers für nachfolgende Suchläufe zu für den Benutzer zugänglichen Datenspuren vornimmt.

2. Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungstemperatur des Plattenlaufwerks periodisch erfaßt wird und in Reaktion auf das Erfassen einer einen vorbestimmten Wert überschreitenden Veränderung der Umgebungstemperatur der Wandler zur Testspur geführt wird.

3. Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungstemperatur in regelmäßigen Zeitabständen erfaßt wird.