KR100259453B1 - 자기 저항 헤드로부터의 열 저항 신호에 근거하여 충격 검출을 하는 디스크 드라이브 - Google Patents

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Abstract

자기저항(magntoresistive, MR) 판독 센서 또는 헤드를 갖는 자기 기록 디스크 드라이브는 헤드로부터의 신호에 포함된 열저항 신호(thermoresistive signal)에 응답하는 충격 및 진동 검출 회로(shock and vibration detection circuitry)를 갖는다. MR 헤드는 전기 바이어스 전류(electrical bias current)에 의해 가열되며 디스크의 표면 근처의 헤드 캐리어(head carrier)상에 지지되어 있다. 디스크 드라이브로의 외부 충격 또는 진동이 캐리어와 디스크간의 간격(spacing)을 변화시킴으로써 가열된 헤드가 디스크에 의해 냉각되어 일어나는 헤드 온도의 변동(fluctuation)을 야기시키게 된다. 이 변동이 베이스라인 전압 레벨(baseline voltage level)의 변조를 포함한 열저항 신호로서 헤드로부터의 신호에 반영된다. 충격 검출 회로는 소정의 문턱 전압 레벨을 갖는 이 열저항 신호의 포지티브 및 네거티브 편이(postive and negative excursions)를 비교한다. 이 문턱값을 초과하여 외부 충격 또는 진동이 허용 한계를 초과하고 있음을 가리킬 때에는, 데이타의 기록을 금지한다.

Description

자기 저항 헤드로부터의 열 저항 신호에 근거하여 충격 검출을 하는 디스크 드라이브
본 발명은 일반적으로 데이타를 판독하는데 자기 저항(magnetoresistive, MR) 판독 센서 또는 헤드를 사용하는 자기 기록 디스크 드라이브(magnetic recording disk drive)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 데이타의 판독 또는 기록을 금지시키는 등의 일정 드라이브 동작을 수정하기 위해 충격 또는 진동 감지(shock or vibraion sensing)를 사용하는 디스크 드라이브에 관한 것이다.
디스크 파일(disk files)이라고도 하는 디스크 드라이브는 정보를 포함한 동심원의 데이타 트랙을 갖는 회전 디스크, 여러 트랙으로 데이타를 기록 또는 그로부터 판독하기 위한 헤드 또는 변환기(transducer), 및 헤드를 소망의 트랙으로 이동시켜 기록 및 판독 동작 동안에 트랙 중심선(track centerline)상이 헤드를 유지시키기 위한 헤드 캐리어에 연결된 액츄에이터(actuator)를 사용하는 정보 저장 장치이다. 가장 흔한 형태의 액츄에이터로는 헤드 캐리어를 비선형의, 일반적으로는 아치형의 경로로 디스크를 가로질러 이동시키는 로터리 보이스 코일 모터(rotary voice coil motor, VCM) 액츄에이터가 있다. 일반적으로 디스크 구동 모터에 의해 회전되는 허브(hub)상에 다수의 디스크가 탑재되어 있고, 디스크 표면에 접근하기 위한 다수의 헤드 캐리어가 액츄에이터에 연결되어 있다. 하우징(housing)은 구동 모터와 헤드 액츄에이터를 지지하고 있고 실질적으로 밀봉된 환경을 제공하기 위해 헤드와 디스크를 둘러싸고 있다. 종래의 자기 기록 디스크 드라이브에서는, 헤드 캐리어는 디스크가 그의 동작 속도로 회전하고 있을 때 디스크 표면상의 공기의 베어링에 얹혀있는 공기-베어링 슬라이더(air-bearing slider)이다. 슬라이더는 슬라이더를 액츄에이터에 연결시키는 서스펜션으로부터 바이어스 힘(a biasing force)에 의해 디스크 표면에 가까이 유지된다. 판독 및 기록 동작 동안에 헤드 캐리어가 단지 일부분만이 공기 베어링에 의해 지지되어 있을 수 있으며 디스크 또는 디스크상의 윤할유 막(a lubricant film)과 항상 또는 가끔은 접촉할 수도 있는 접촉 및 근접촉 또는 "근접"디스크 드라이브(contact and near-contact or "proximity")가 제안되어 있다. 이러한 종류의 디스크 드라이브의 일례가 IBM의 미국 특허 제5,200,867호; 코너 퍼리퍼럴스(Conner Peripherals)에 양도된 미국특허 제5,079,368호; 및 센스터 코포레이션(Censtor Corporation)에 양도된 미국 특허 제5,041,932호에 기술되어 있다.
데이타를 판독 및 기록하기 위한 가장 흔한 형태의 디스크 드라이브는 이중 기능 유도성 판독/기록 헤드(a dual funtcion inductive read/write head)이다. 최근에는, 유도성 기록 전용 헤드와 결합하여 MR 판독 센서 또는 헤드를 사용하는 자기저항(MR) 디스크 드라이브를 사용할 수 있게 되었다. MR헤드는 디스크상에 기록된 자기장에 의해 야기된 전기 저항 변화의 결과로서 판독 신호를 발생한다. 일례로서, IBM의 미국 특허 제3,908,194호에는 MR 판독 헤드와 유도성 기록 헤드를 결합시킨 "피기백" 박막 헤드("piggyback" thin film head)가 기술되어 있다. MR 판독 헤드와 유도성 기록 헤드를 갖춘 최초의 상용 공기 베어링 강체 디스크 드라이브(air-bearing rigid disk drive)가 1991년에 IBM에 의해 소개되었다.
로우-플라잉(low-flying) 또는 근접촉(near-contact) MR 디스크 드라이브에서는 헤드-디스크 간격이 너무 가깝기 때문에, 디스크 기판의 기복(waviness)과 슬리이더 비행 고도의 변동(variations in the slider flying height)이 MR 헤드 판독 데이타 신호(MR head readback data signal)의 베이스라인 신호에 변조를 일으킨다는 사실이 밝혀졌다. MR 헤드내의 감지 소자는 저항의 변화로서 자기장을 검출할 수 있도록 하기 위하여 감지 또는 전기 바이어스 전류에 의해 바이어스될 필요가 있다. 이 바이어스 전류는 헤드를 주변 온도 이상으로 가열시키게 된다. 이와 같이 MR 신호의 베이스라인 변조는 온도가 상승된 MR 소자를 디스크가 냉각함으로써 일어나며, 온도 변동은 헤드-디스크 간격의 변동과 직접적으로 관련되어 있다. IBM의 미국특허 제5,455,730호에는 MR 판독 데이타 신호에 대한 이 베이스라인 변조의 효과를 최소화하기 위한 몇가지 수단을 포함하는 MR 디스크 드라이브가 기술되어 있다.
디스크 드라이브, 특히 휴대용 또는 랩톱 컴퓨터에 사용되는 것들은 트랙 억세스 또는 "탐색"(seek)동작 동안에 엉뚱한 트랙으로 헤드를 이동시키거나, 또는 판독 또는 기록 동작 동안에 트랙을 벗어나게 하는 외부 충격 또는 진동에 민감하다. 엉뚱한 트랙에 데이타를 기록하게 되면 그 결과 이미 기록되어 있는 트랙상의 데이타가 상실되기 때문에 이러한 일은 있어서는 안된다. 디스크 드라이브가 더 작아지고 그의 트랙 밀도(즉, 반경 인치당 데이타 트랙의 수)가 증가함에 따라, 외부 충격 및 진동의 영향은 더더욱 현저하게 된다. 외부로부터의 힘(external force)를 감지하여 그를 보상하거나 또는 그 힘이 없어질 때까지 디스크 드라이브의 어떤 동작을 중단시킴으로서 이 문제를 해결하려는 여러가지 기술들이 제안되어 왔다. 이러한 기술들에서는 일반적으로 디스크 드라이브 하우징이나 디스크 드라이브 회로를 포함하는 인쇄 회로 기판에 탑재된 종래 기술의 가속도계 등의 별도의 전기기계적 충격 감지 소자를 사용하고 있다. 예를 들면, 휴렛-패커드(Hewlett-Packard)에 양도된 미국특허 제5,299,075호에서는 로터리 가속도계 출력(rotary accelerometer output)을 충격 또는 진동으로 야기된 트래킹 에러(tracking error)를 보상하기 위한 액츄에이터 트래킹 제어 또는 서보 시스템으로의 피드백으로서 사용되는 디스크 드라이브가 개시되어 있다. IBM의 미국특허 제5,227,929호에는 그의 출력을 헤드를 파킹 존(parking zone)으로 이동시켜 디스크 드라이브 모터의 회전을 중단시키는데 사용되는 3-축 가속도계(three-axis accelermeter)를 갖는 랩톱 컴퓨터가 개시되어 있다. 마그네틱 퍼리퍼럴스(Magnetic Peripherals)에 양도된 미국특허 제4,862,298호, 및 미니스터 퍼러퍼럴스(Ministor Peripherals)에 양도된 미국특허 제5,333,138호에는 과도한 외부 충격의 힘의 존재할 때에 데이타의 기록을 금지시키기 위한 전기 기계적 충격 센서를 갖는 디스크 드라이브가 개시되어 있다.
디스크 드라이브에 충격 센서를 사용하는 것은 몇가지 단점이 있다. 센서 및 그와 관련된 전자 회로의 단가가 몇달러나 된다. 이 센서와 그의 전자 회로를 인쇄회로 기판상에 탑재하게 되면, 부가적인 보드 면적이 더 있어야만 한다. 대부분의 충격 센서는 디스크 드라이브 하우징의 배면측상에 위치한 드라이브의 인쇄 회로 기판상에 탑재된 진동 빔 압전 세라믹 다바이스(vibrating beam piezoelectric ceramic device)이다. 이러한 탑재 배령(mounting arragement)의 한계점은 디스크 드라이브로의 충격 또는 진동이 관심의 헤드 캐리어, 즉 충격이 있을 때 기록을 행하고 있는 헤드를 지지하는 캐리어와 다르게 센서에 영향을 준다는 것이다. 충격에 대한 기록 헤드의 응답은 헤드 서스펜션 및 디스크의 진동 모드에 의해 지배되기 때문에, 충격 센서의 응답이 디스크 드라이브 베이스(disk drive base)의 진동 모드에 지배되는 동안에는, 충격이 있는 동안에 기록이 이루어진 경우에 소프트 또는 하드 데이타 에러(soft or hard data errors)를 일으키게 되는 충격을 센서가 감지하지 못하고 지나칠 가능성이 있다. 이들 종래의 충격 센서들의 또다른 한계점으로는, 진동 빔의 공진 주파수가 약 30kHz로 한정되어 있기 때문에 이 공진 주파수보다 휠씬 아래의 주파수까지만, 즉 약 5kHz까지만 충격을 정확히 측정할 수 있다는 것이다.
종래의 충격 센서들을 사용하는 디스크 드라이브의 단점을 전혀 갖지 않는 충격 감지 능력이 있는 디스크 드라이브가 필요하게 된다.
본 발명은 외부 충격을 검출하여 기록을 금지시키기 위해 MR 헤드 신호에서의 열 저항 효과(thermoresistive effect)을 이용하는 자기 저항(MR) 판독 헤드를 갖는 자기 기록 디스크 드라이브이다. MR헤드는 전기 바이어스 전류에 의해 가열되면, 디스크 표면 근처에서 헤드 캐리어상이 지지되어 있다. 디스크 드라이브로의 외부 충격 또는 진동은 캐리어와 디스크간의 간격을 변화시킴으로써 가열된 헤드가 디스크에 의해 냉각되어 일어나는 헤드 온도의 변동(fluctuation)을 야기시키게 된다. 이 온도 변동은 베이스라인 전압 레벨(baseline voltage level)의 변조를 포한한 열저항 신호로서 MR 헤드로부터의 신호에 반영된다. 디스크 드라이브는 소정의 문턱 전압 레벨을 갖는 이 열저항 신호의 포지티브 및 네거티브 편이(positve and negative excursions)를 비교하는 충격 검출 회로를 포함한다. 이 문턱값을 초과하여 외부 충격 또는 진동이 허용 한계를 초과하고 있음을 가리킬 때에는, 데이타의 기록을 금지한다.
도1은 본 발명의 베이스라인 변조 충격 검출 회로(baseline modulation shock detection circuit)를 포함한 자기 기록 디스크 드라이브의 블럭선도.
도2는 헤드 캐리어(head carrier)의 단부와 디스크의 확대 단면 및 MR 센서와 디스크간의 간격의 변화를 설명하는 도면.
도3은 베이스라인 변조 충격 검출 회로를 이루는 구성 요소들의 블럭선도.
도4는 베이스라인 변조 충격 검출기 응답과 디스크에 수직 방향으로 가해진 외부 충격에 대한 가속도계 응답(accelerometer response)을 비교한 그래프.
도5는 베이스라인 변조 충격 검출기 응답과 디스크 평면에서 측방향으로(in a lateral direction) 가해진 외부 충격에 대한 가속도계 응답을 비교한 그래프.
도6은 베이스라인 변조 충격 검출기 응답과 디스크 평면에서 순 회전 방향으로(in a purely rotational direction) 가해진 외부 충격에 대한 가속도계 응답을 비교한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
6 : 스핀들 8 : 스핀들 모터
10 : 디스크 13, 17 : 캐리어
14 : 액츄에이터 아암 15, 19 : 서스펜션
29 : 제어기 36 : 고역 통과 필터
㎛9 : 기록 증폭기
본 발명의 특성 및 잇점들을 보다 완전하게 이해하기 위하여, 첨부된 도면과 함께 기술된 이하의 상세한 설명을 참조하기 바란다.
본 발명은 구현한 디스크 드라이브가 도1에 개략적으로 도시되어 있다.
"상부"(11) 및 "하부"(12) 자기 기록 표면("top" and "bottom" magnetic recording surfaces)을 갖는 자기 기록 디스크(10)은 시핀들(spindle; 6)상에 지지되어 구동 또는 스핀들 모터(drive or spindle motor; 8)에 의해 회전하게 된다. 각각의 디스크 표면(11, 12)상의 자기 기록 매체는 동심원 데이타 트랙(도시안됨)의 고리 모양(annular pattern of concentric data tracks)을 하고 있다.
헤드 캐리어(13)은 디스크(10)의 상부 표면(11)상에 위치하고 있다. 캐리어(13)은 디스크 쪽으로 향하고 있는 공기 베어링 표면(또는 디스크 측면(20))과 종단부(trailing end; 22)를 갖는 공기 베어링 슬라이더이다. 헤드 캐리어(13)은 디스크 표면(11)상의 자기 매체에 데이타를 기록 또는 그로부터 판독하기 위해 그의 종단부(22)상에 판독/기록 변환기(21)을 지지하고 있다. 변환기(21)은 유도성 기록 소자(70)과 MR 판독 소자 또는 센서를 갖는 이중 소자 헤드(dual element head)이다. 캐리어(13)은 슬라이더의 종단부(22)상에위치한 공기 베어링 슬라이더 변환기(21)이다. 캐리어(13)은 서스펜션(15)에 의해 액츄에이터 아암(14)에 부착되어 있다. 서스펜션(15)는 캐리어(13)을 바이어스하는 약한 스프링 힘을 디스크 표면(11)쪽으로 제공한다. 판독/기록 변환기를 지지하는 제2캐리어(17)도 또한 디스크(10)의 하부 표면(12)상에 위치하여 서스펜션(19)에 의해 액츄에이터 아암(14)에 부착되어 있다.
액츄에이터 아암(14)는 로터리 액츄에이터(rotary actuator; 27)에 부착되어 있다. 이 액츄에이어터는 일반적으로 고정 자기장(fixed magnetic field)내에서 이동가능한 코일을 구비하는 로터리 보이스 코일 모터(VCM)이며, 코일 이동의 방향 및 속력은 제어기(29)에 의해 공급되는 모터 전류 신호에 의해 제어된다. 디스크(10)이 회전함에 따라, 로터리 액츄에이터(27)은 캐리어(13, 17)을 그들 각각의 디스크 표면(11, 12)상에서 일반적인 아치형 경로를 따라 방사상으로 안쪽 및 바깥쪽으로(in a generally arcuate path radially in and out) 이동시켜 판독/기록 변환기가 데이타를 기록 또는 판독하고자 하는 디스크 표면의 서로 다른 부분들을 억세스할 수 있도록 해준다. 액츄에이터(27) 및 스핀들 모터(8)는 모두 디스크 드라이브 하우징(9)의 일부분에 탑재되어 있다.
디스크(10)의 회전은 캐리어(13)과 그와 관련된 디스크 표면(11)사이에 공기 베어링을 발생시킨다. 디스크 드라이브의 동작 동안에, 공기 베어링은 서스펜션(15)의 약한 스프링 힘과 평형을 이루며, 디스크 표면(11)으로부터 벗어나 작은 실질적으로 일정한 간격을 두고 약간 떨어져서(off and slightly away from the disk surface)캐리어(13)을 지지하고 있다. 본 발명은 헤드 캐리어가 판독 및 기록 동작동안에 디스크와 접촉하고 있거나 가끔 접촉 하게 되는 접촉 및 근접촉 기록 디스크 드라이브(contact and near-contact recording disk drive) 뿐만 아니라 MR 신호 베이스라인의 변조가 일어나기에 충분히 작은 헤드-디스크 간격을 갖는 공기 베어링 디스크 드라이브에도 적용할 수 있다.
디스크 드라이브의 여러가지 구성요소들은 동작 중에 마이크로컨트롤러(29)에 의해 발생된 제어 신호에 의해 제어된다. 제어기(29)는 예를 들면 논리 제어 회로, 메모리 저장 장치, 및 마이크로프로세서를 포함하고 있다. 제어기(29)는 액츄에이터(27)에 대해서 라인(23)상의 스핀들 모터 제어 신호 및 라인(28)상의 트랙 추적 및 탐색(track following and seek) 제어 신호 등의 여러가지 구동 동작을 위한 제어 신호를 발생한다.
라인(23)상의 스핀들 모터 제어 신호들은 구동 동작 동안에 일정한 회전 속도로 모터를 회전시키기 위해 스핀들 모터(8)의 회전자로의 전류를 제어하는 스핀들 제어기(30)으로 보내진다. 스핀들 제어기(30)은 또한 마이크로컨트롤러(29)에 예를 들면 스핀들 모터(8)이 동작 속도를 달성하였는지를 가리키는 속도 신호 등의 상태 신호를 제공한다.
데이타는 디스크 표면(11)로부터 MR 센서(60)에 의해 판독된다. MR신호는 고역 통과 필터(36)에 의해 필터링되며 증폭기(37)에 의해 증폭된다. MR 센서(60)으로의 감지 또는 바이어스 전류를 발생시키는 회로 뿐만 아니라 필터(36), 증폭기(37) 및 다른 판독 신호 처리 회로는 일반적으로 아암(14)상에 위치한 집적 회로 모듈(18)의 일부가 된다. 이 모듈은 상호 접속(interconnection)을 가능한한 짧게 유지시키기 위해 판독/기록 변환기(21)에 가깝게 위치하고 있으며, 따라서 아암 전자 회로 모듈(arm electronics(AE) module)이라고 부른다. AE 모듈(18)은 다수의 판독/기록 변환기에 접속되어 있으나 도1에는 단지 2개만 도시되어 있으며, 따라서 필터(36) 및 증폭기(37)을 포함하는 처리 회로에 어떤 MR 센서 신호를 보내야하는지를 선택하기 위한 멀티플렉서를 포함하고 있다. MR 증폭기(37)로부터의 출력은 판독/기록 데이타 채널(25)로 보내져 그것에서 MR 센서(60)로부터의 아날로그 신호가 디스크상에 기록된 데이타를 나타내는 디지탈 신호로 처리된다. 채널(25)는 일반적으로 자동 이득 제어, 아날로그-디지탈 변환, 및 디지탈 데이타 검출을 위한 회로를 포함하고 있다. 데이타는 판독/기록 데이타 채널(25)와 기록 증폭기(39)를 통해 유도성 기록 헤드(70)로 보내진 기록 신호에 의해 디스크 표면(11)에 기록된다. 기록 증폭기(39)는 일반적으로 AE 모듈(18)에 위치하고 있다.
라인(28)상의 트랙 추적 및 탐색 제어 신호들은 입력 헤드 위치 에러 신호(position error signals, PES)에 응답하여 서보 제어 알고리즘을 실행하는 마이크로 컨트롤러(29)에 의해 발생된다. MR 센서(60)은 디스크상에서 일반적으로 데이타 섹터들 사이에 포함된 각도상으로 일정 간격으로 있는 서보 섹터에(at equally angularly spaced servo sectors) 기록된 헤드 위치 서보 정보를 판독한다. MR 증폭기(36)으로부터의 이 아날로그 서보 출력은 복조기(38)에 의해 복조되고 아날로그-디지탈(A/D) 변환기(40)에 의해 디지탈 PES로 변환된다. 라인(28)상의 트랙 추적 및 탐색 제어 신호들은 디지탈-아날로그 변환기(DAC, 32)로 보내져 아날로그 전압 신호로 변환되어 VCM 구동기(34)로 출력된다. VCM 구동기(34)는 그 다음에 해당전류 펄스들을 VCM 액츄에이터(27)의 코일로 전송하여 캐리어(13, 17)을 각각의 디스크 표면(11, 12)상의 소망의 데이타 트랙으로 최적으로 이동시켜 위치시키기 위해 아암(14)를 방사상으로 안쪽으로 바깥쪽으로 회전축을 중심으로 회전(pivot the arm radially inward and outward)시키게 된다.
상기한 도1의 구성 요소들 및 그들의 동작 모드는 종래 기술의 MR 디스크 드라이브의 일부를 이루고 있다. 본 발명은 이후에 설명하기에 될 베이스라인 변조(BLM) 충격 검출 회로(55)와 그와 관련된 제어 논리 회로를 종래의 MR 디스크 드라이브에 포함시킨 것이다. 그러나, 헤드-디스크 간격의 변화의 결과로서의 MR 신호 베이스라인의 변조를 도2를 참조하여 먼저 설명한다.
도2는 디스크(10)의 일부분과 종단부(trailing edge, 22)상에 박막 헤드로서 형성된 MR 판독/유도성 기록 헤드(21)을 갖는 캐리어(13)의 확대 부분을 도시한 것이다. MR 판독 센서(60)과 유도성 기록 헤드(70) 모두는 캐리어(13)의 후방 또는 종단부(rear or trailing edge; 22)상에 박막으로 형성되어 있으며, 이 캐리어는 막의 증착을 기판으로서 역할한다. MR 판독 센서(60)은 단부(61)을 가지며 일정 거리를 두고 있는 차폐막(shield, 62,63)사이에 위치하고 있다. MR 센서(60)은 종종 일정 두께(캐리어(13)의 디스크 측면(20)에 평행한 평면에서 측정)와 높이(디스크 측면(20)에 수직인 방향에서 측정)을 갖는 자기 저항 물질의 "스트라이프"(stripe)라고도 한다. 유도성 기록 헤드(70)은 코일(73)(단면이 도시됨) 및 기록 갭(recording gap; 75)을 갖는다. 기록 갭(75)는 2개의 자극단(pole tips)으로 정의되며, 그중 하나가 자극단(76)이고 다른 하나는 MR 차폐막(63)으로서 역할한다. MR 판독 센서(60)의 단부(61)과 유도성 기록 헤드(70)의 갭(75) 모두는 데이타를 판독 및 기록하기 위해 디스크(10)의 표면(11)쪽으로 향해 있으며 캐리어(13)의 디스크 측면(20)에서부터 오목하게 되어 있다. MR 센서(60)의 단부(61)은 디스크 표면(11)로부터의 공칭 간격(nominal spacing) X0를 갖는다. 그러나, 이 간격은 캐리어의 비행 고도(flying height)의 변화와 디스크 표면(11)에서의 본질적인 기복 및 기타 표면 요철로 인해 변하게 된다.
도2에 도시한 바와 같이, MR 센서(60)은 MR 센서(60)에 공급된 바이어스 전류로 인한 주울 가열(Joule heating)때문에 디스크(10)은 온도 Td보다 높은 공칭온도 Ts에 있다. 이 온도 Ts는 MR 센서(60)에서 소모된 I2R전력(I는 바이어스 전류이고 R은 MR센서(60)의 저항임)과 MR센서(60)으로부터 그 주변으로의 열 콘덕턴스(thermal conductance)에 의해에 의해 결정된다. 많은 열이 MR센서(60)으로부터 내부적으로 캐리어(13)의 몸체로 전도된다. 그러나, MR 센서(60)과 디스크(10)사이의 간격이 작을 경우에는, 열이 헤드-디스크 간격, 즉 MR 센서(60)과 디스크(10)을 분리시키는 간격 X0를 통해 디스크(10)으로 전도되기도 한다. 헤드-디스크 간격의 변동이 MR 센서(60)과 디스크(10) 사이의 열 콘덕턴스를 변조시킨다. 이것이 차례로 디스크에 의한 MR 센서의 냉각 정도를 변조시키고 따라서 MR 센서 온도를 변조시킨다. MR 센서 온도의 변동이 그에 해당하는 저항의 변동을 가져오며, 이것이 일정 바이어스 전류에서 MR 센서로부터의 베이스라인 신호의 변조를 일으킨다. 자기 저항 효과로 인한 MR 센서로부터의 판독 데이타 신호와는 달리, 이 베이스라인 신호 변조는 열 저항 효과로 인한 것이다. 이와 같이, MR 센서로부터의 신호는 자기 저항 신호와 열 저항 신호 모두를 포함하고 있다.
본 발명에서는, 외부 충격에 따라 헤드-디스크 간격의 급격한 변화로 인해 일어나는 MR 센서의 베이스라인 신호의 변조가 외부 충격 센서로서 사용된다. 도1에 도시된 바와 같이, MR 센서(60)으로부터의 DC 결합 신호(DC coupled signal)는 베이스라인 변조(BLM) 검출 회로(55)로 피드(feed)된다. 디스크 드라이브로의 충격 또는 진동은 판독/기록 헤드(21)(기록 헤드(70) 및 MR 판독 센서(60)모두)에 대한 캐리어(13)으로 하여금 그의 디스크(10)으로부터의 간격을 변조시키게 한다. 이 헤드-디스크 간격 변조는 하나 이상의 디스크 드라이브 구성 요소, 예를 들면, 서스펜션(15), 디스크(10) 또는 스핀들축(6)에 영향을 미치는 충격 또는 진동의 결과일 수 있다. 간격 변조의 결과 MR 센서(60)가 디스크(10)에 접근하고 그로부터 멀어져감에 따라 MR센서(60)의 온도가 변화한다. 이 결과 MR 센서(60)의 저항이 변하고 그 결과 전압이 변화가 생기며 이것이 BLM 충격 검출 회로(55)에 의해 검출된다.
BLM 충격 검출 회로(55)는 MR 센서(60)으로부터의 입력 신호를 처리하여 처리된 신호가 소정의 문턱값을 초과할 때 라인(57)상에 출력을 낸다. 회로(55)의 감도는 이와 같이 이 문턱값에 의해 결정된다. 도1에 도시된 바와 같이, 회로(55)의 충격에 대한 감도는 제어기(29)로부터의 문턱값 제어 신호에 의해 제어된다. DAC(90)은 이 신호를 아날로그 BLM 문턱값 제어 전압 신호(56)으로 변환하여 BLM 회로(55)의 문턱값 제어 입력에 피드시킨다. DAC(90)으로부터의 문턱값 제어 신호는 BLM 충격 검출 회로(55)가 응답하게 될 충격의 진폭을 제어한다. 제어기(29)로부터의 문턱값 제어 신호의 값은 디스크 드라이브를 조립할때 눈금 조정(calibrate)된 어떤 가속도 레벨에 해당된다. BLM 충격 검출 회로(55)가 충격을 검출할 때는, 그의 출력 라인(57)의 상태를 로우(low)에서 하이(high)로 변화시켜 충격신호를 발생한다. 제어기(29)는 BLM 충격 검출 회로(55)의 출력 라인(57)을 모니터하여 충격 신호가 검출되면 기록 헤드(70)가 디스크(11)상에 데이타를 기록하는 것을 중단시키기 위해 채널(25)에 기록 금지 신호(58)을 보낸다. 그 결과 제어기(29)는 BLM 충격 검출 회로(55)로부터의 라인(57)상의 충격 신호가 하이인 동안 또는 소정 기간의 시간 동안 판독/기록 채널(25)로 하여금 기록 헤드(70)을 통한 데이타의 기록을 금지시키도록 한다. 소정의 길이의 시간 동안 기록 금지를 활성(active)으로 유지시키고 나서 기록 금지를 연장하거나 또는 종료하도록 충격 센서 출력의 상태를 조회(query)하는 다른 알고리즘도 상상해볼 수 있다.
모든 헤드 캐리어에 단일 문턱값을 사용할 수 있다. 그러나, 서로 다른 헤드 캐리어 및 MR 센서간의 충격 감도의 차이는 눈금 조정(calibration) 동안에 해명될 수도 있고 별도의 문턱값 제어 신호값을 각각의 MR 센서에 대해 사용할 수도 있다. 이들 별도의 값들은 제어기(29)가 억세스할 수 있는 메모리에 저장되어 있다. AE 모듈(18)내의 멀티플렉서가 어떤 MR 센서를 선택하였는가에 따라서, 적절한 문턱값 제어 신호값이 검출 회로(55)에 보내진다.
자기 기록 디스크 드라이브에서 외부 충격 및 진동에 있어서 주된 관심사는 오프-트랙 기록(off-track writing)이다. 즉 충격이나 진동이 기록 헤드를 트랙으로 부터 벗어나 이동시킬 수 있으며 따라서 데이타가 데이타 트랙상의 엉뚱한 장소에 위치되거나 또는 엉뚱한 데이타 트랙상에 위치하게 된다. 본 발명은 2가지 방법으로 충격을 검출할 수 있다. 양호한 실시예에서는, 충격은 기록을 행하고 있는 기록 헤드를 지지하는 동일 캐리어상에 있는 MR 센서에 의해 검출된다. 예를 들면, MR 센서(60)은 기록 헤드(70)에 대한 충격 센서로 작용한다. 다수의 판독/기록 헤드와 헤드 캐리어를 갖는 종래의 MR 디스크 드라이브의 동작에 있어서는, 기록 헤드에 의해 기록이 행해지고 있을 때 바이어스 전류는 기록을 행하고 있는 기록 헤드를 지지하는 캐리어상에 위치하는 해당 MR 센서에 대해 판독 레벨로 유지된다. 이와 같이, 본 발명의 이 양호한 실시예에서는,MR 센서 신호는 BLM 검출 회로(55)에의 입력을 위해 AE 모듈로부터 직접 이용할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예는 기록중에 있는 기록 헤드를 지지하는 것과는 다른 캐리어상에 있는 MR 센서로 충격을 검출하는 것이다. 예를 들면, 캐리어(17)상의 MR 센서는 캐리어(13)상의 기록 헤드(70)이 기록중에 있는 동안에 충격 센서로서 기능할 수 있다. 이러한 방법의 잇점은 캐리어(17)에 부착된 MR 센서와 캐리어(13)상의 기록 헤드(70) 사이에 크로스토크(crosstalk)가 없다는 것이다. 이 다른 실시예에서는, 충격 센서로서 사용되고 있는 MR 센서로부터의 신호가 BLM 검출 회로(55)로 전송될 수 있도록 제2라인 아웃(line out)을 제공하기 위해 AE 모듈내의 멀티플렉서를 수정할 필요가 있다.
도3은 BLM 충격 검출 회로(55)의 구성 요소들을 도시한 것이다. MR센서(60)로부터의 DC 결합 입력은 대표적인 차단 주파수가 10kHz인 저역 통과 필터(50)에 의해 먼저 필터링된다. 이렇게 함으로써 고주파 자기 데이타 신호(약 20MHz의 주파수로 공칭 MR 센서 베이스라인 전압 레벨 근방에서의 포지티브 및 네거티브 아날로그 전압 펄스열) 및 디스크 토포그라피(disk topography)의 단거리 변화(short range variation)로 야기된 임의의 고주파 성분을 제거하게 된다. 저역 통과 필터(50)은 또한 기록 헤드(70)으로부터 MR 센서(60)으로의 크로스토크로 인한 증폭기(52)의 포화를 방지한다. 이 신호는 그 다음에 대표적인 차단 주파수가 100Hz 근방인 고역 통과 필터(51)에 의해 필터링된다. 이렇게 함으로서 DC 성분과 장거리 디스크 표면 기복(long range disk surface waviness) 또는 모터 노이즈로 야기된 어떤 성분도 제거하게 된다. 고역 통과 필터(51)의 출력은 증폭기(52)로 보내진다. 증폭기(52)의 출력은 외부 충격과 진동에 대한 MR 센서의 응답이 되는 MR 센서 베이스라인 신호의 변조만을 포함하고 있다. 증폭기(52)로부터의 증폭된 신호는 비교기(53)으로 보내진다. 비교기(53)은 입력되는 신호를 검사하여 그 신호의 포지티브 및 네거티브 편이(positive and negative excursions) 모두가 제어기(29)로부터 설정된 문턱값을 초과하는지를 알아본다. 문턱값이 초과된 경우에는, 비교기(53)의 출력은 상태를 변화시켜 충격 신호를 라인(57)상으로 제어기(29)의 기록 금지 입력으로 보낸다. 라인(57)이 하이인 때에는, 제어기(29)는 신호를 보내 판독/기록 채널(25)가 디스크 표면(11)상에 데이타를 기록하는 것을 금지하게 된다. 라인(57)이 하이로 되면, 신호(58)은 소정의 금지 시간 동안 판독/기록 채널(25)를 금지시키게 되고, 그 후에 제어기(29)는 신호(58)을 종료시킨다. 이 금지 시간은 헤드 캐리어 진동이 중단되거나 또는 기록을 안전하게 행할 수 있는 레벨로 복귀하는 시간에 근거하여 실험적으로 결정된다. 일단 기록이 금지되면, 판독/기록 채널(25)는 기록을 다시 시작하기 전에 적어도 한 디스크 회전 동안(for at least one disk revolution)대기하여야만 한다. 비교기(53)은 기술 분야에서 공지된 바와 같이 제어기(29) 또는 내부 클럭에 의해 리세트된다. 부가의 안전 인자(safety factor)로서, 제어기(29)는 신호(58)을 종료하기 이전에 라인(57)상의 충격 신호가 로우인지를 확인 검사할 수 있다.
도 1 및 도 3은 비교기(53)의 문턱값이 DAC(90)을 통해 제어기(29)에 의해 설정되는 것을 나타낸 것이다. 그러나, 소정의 고정 문턱 전압이 직접적으로 디스크 드라이브 전원 등의 전압원으로부터 비교기(53)으오 공급될 수 있다. 이렇게 함으로써 DAC(90)이 필요없게 되며 그 결과 모든 헤드 캐리어가 이 고정 문턱 전압값에 의해 결정된 충격 감도를 갖게 된다.
도 3에 도시된 회로는 아암(14), 또는 제어기(29)를 포함하는 디스크 드라이브 회로 기판상의 AE 모듈(18)내에 포함될 수 있다.
도 4는 디스크(10)의 평면에 수직인 방향으로 인가된 외부 충격에 대해 증폭기(52)의 출력에서 취한 베이스라인 MR 신호의 응답과 디스크 드라이브 하우징(도 1의 베이스(base; 9))상에 탑재된 종래의 가속도계의 해당 신호를 비교한 것을 나타낸 것이다. 이후의 도 5 및 도 6의 예에서 뿐만 아니라 이 예에서는, MR 센서(60)으로의 바이어스 전류는 11.25밀리암페어로 일정하였다. 가속도계의 눈금 조정은 수직 한 눈금당 1/2G이다(1G는 중력 가속도 내지 9.8m/sec2와 같다). 이와 같이 피크-대-피크 충격(peak- to- peak shock)은 약 1G이다. 도 4는 BLM 충격 검출기 응답이 외부 충격에 매우 민감하며 가속도계 출력이 중단된 후에도 계속하여 링잉(ring)하는 것을 나타내고 있다. 이것이 BLM 충격 검출기의 주된 잇점이다. 즉 종래의 가속도계가 응답을 제공하는 것을 중단한 이후에도 헤드 캐리어 움직임을 계속하여 모니터하게 된다. 이것은 오프-트랙 기록(off-track writing)을 방지하기 위해 모니터할 필요가 있는 기록 헤드의 실제의 움직임이기 때문에 중요하다.
도 5는 디스크(10)의 평면에서의 측방 충격에 대한 응답을 나타낸 것이다. 피크-대-피크 충격은 디스크에 수직인 방향으로 측정한 것이 약 1.75G이다. 디스크(10)에 수직인 방향에서의 충격인 경우에는, 헤드 캐리어는 가속도계가 충격이 사라진(decay) 것을 가리킨 이후에도 오래도록 계속하여 움직인다.
도6은 순 회전 충격(purely rotational shock)에 대한 응답을 나타낸 것이다. 이예에서, 디스크 드라이브는 로터리 마운트(rotary mount)에 탑재되어 있으며, 따라서 디스크(10)의 표면에서만 자유롭게 회전할 수 있었다. 그리고 나서 외부 충격이 드라이브에 가해진 결과의 응답을 도 6에 도시하였다. 피크-대-피크 충격은 평면내에서 측정한 것이 2G였으며, BLM 충격 검출기 응답은 수직 충격(도 4) 및 측방 충격(도 5)에 대한 응답과 매우 유사한 강한 신호였다. 충격이 순회전 충격이더라도, 여전히 BLM 충격 검출기 응답이 얻어졌다. 이론적으로는 BLM 충격 검출기는 회전 충격이 MR 센서의 좌우 움직임(side to side motion)만 야기하였다면 출력을 내지 않아야 하는데, 그 이유는 신호 변조는 고주파 헤드-디스크 간격 변동에 의해서만 일어나기 때문이다. 그러나, 도6은 순 회전 충격이 MR 센서의 상하 헤드-디스크 간격 변화(up and down head- disk spacing changes)에 관련되어 있음을 보여준다. 이것은 디스크 드라이브가 외부 회전 충격이 회전 에너지를 헤드 캐리어의 수직 운동에 결합시키는 진동 모드를 여기시키게 복잡한 기계적 구조로 되어있기 때문이다.
BLM 검출 회로(55)의 증폭기(52)로부터 출력된 신호에 신호에 의해 도4내지 도6에 도시된 바와 같이 여러가지 방향의 외부 충격에 대한 베이스라인 MR 신호의 3가지 응답은 모든 형태의 외부 충격이 헤드-디스크 간격 변동에 관련되어 있음을 분명히 보여주고 있다. BLM 충격 검출기는 도4내지 도6에 도시된 바와 같이 가속도계 출력을 사용하여 실험적으로 눈금 조정될 수 있다. 이와 같이 실험 데이타로부터 특정 디스크 드라이브에 대해서는 어떤 G 레벨의 충격이 오프-트랙 기록을 일으키게 되는지를 알게 된다. 도4내지 도6을 사용함으로써 이 G 레벨에 대응하는 증폭기(52)의 출력(0.1mV의 단위로 도시됨)이 라인(56)상으로 비교기(53)에 인가될 문턱 신호의 레벨을 선택하는데 사용될 수 있다. 그 대신에, 공지된 외부 충격들이 가해지고 서보 제어 시스템으로부터의 위치 에러 신호(PES)와 증폭기(52)의 출력을 측정하여 비교하는 실험들로부터 BLM 충격 검출기를 직접 눈금 조정함으로써 문턱 레벨들을 선택할 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이, 디스크내의 각 헤드 캐리어에 대응하는 별도의 문턱값들을 저장해둘 수도 있다.
본 발명의 양호한 실시예들이 상세히 기술되어 있지만, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이 이하의 특허 청구의 범위에 기술되어 있는 바와 같이 본 발명에 수정 및 개선을 할 수 있다는 것은 분명하다.

Claims (12)

  1. 자기 기록 디스크 드라이브(magnetic recording disk drive)에 있어서, 자기적으로 기록된 데이타(magnetically recorded data)를 저장하는 자기 기록 디스크(magnetic recording disk); 상기 디스크에 연결되어 상기 디스크를 회전시키는 모터(motor); 상기 디스크상에 자기적으로 기록된 데이타에 응답하여 신호를 발생하기 위해 상기 디스크의 표면들중 하나에 근접 보유되어 있고 전기 바이어스 전류(electrical bias current)에 의해 가열되는 자기 저항 센서(magnetoresistive sensor)-상기 자기 저항 센서의 온도와 함께 그의 전기 저항은 상기 센서와 상기 디스크간의 간격(spacing)의 변화에 따라 변함-; 상기 센서에 결합되어 상기 센서로부터의 신호를 상기 디스크상에 자기적으로 기록된 데이타를 나타내는 디지탈 신호로 처리하는 데이타 채널 회로(data channel circuitry); 및 상기 센서에 결합되어 있고, 상기 디스크 드라이브로의 외부 충격(external shock)에 응답하여 상기 센서로부터의 신호를 상기 센서와 상기 디스크간의 간격의 변화를 나타내는 신호로 처리하는 충격 검출 회로(shock detection circuitry)를 구비하는 자기 기록 디스크 드라이브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 데이타 채널에 접속되어 상기 디스크 상세 데이타를 기록하는 기록 헤드를 더 구비하되, 상기 충격 검출 회로는 상기 센서와 상기 디스크간의 간격의 변화를 나타내는 검출 신호가 기선정된 충격 문턱값(shock threshold)을 초과할 때에 상기 기록 헤드가 상기 디스크상에 데이타를 기록하는 것을 금지(inhibit)시키도록 충격 신호(shock signal)를 발생시키는 회로를 포함하고 있는 자기 기록 디스크 드라이브.
  3. 제2항에 있어서, 상기 충격 검출 회로와 상기 데이타 채널에 결합되어 상기 충격 검출 회로로 부터 충격 신호를 수신한 거에 응답하여 상기 데이타 채널에 기록 금지 신호(write inhibit signal)를 발생시키는 제어기를 더 구비하는 자기 기록 디스크 드라이브.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어기에 결합되어 상기 기선정된 충격 문턱값을 나타내는 값을 저장해 두는 메모리 기억 장치(memory storage)를 더 구비하는 자기 기록 디스크 드라이브.
  5. 제4항에 있어서, 상기 디스크 드라이브는 적어도 2개의 자기 저항 센서를 포함하며, 상기 메모리 기억 장치는 2개의 문턱값을 저장하고 있되, 저장된 각각의 값은 상기 2개의 센서 중 하나와 관련되어 있는 자기 기록 디스크 드라이브.
  6. 제1항에 있어서, 상기 자기 저항 센서를 상기 디스크의 한쪽 표면에 근접하여 지지하고 있는 제1캐리어(carrier); 상기 기록 헤드를 상기 디스크의 다른쪽 표면에 근접하여 지지하고 있는 제2캐리어; 및 상기 제1 및 제2캐리어에 연결되어 상기 캐리어들을 그들 각각의 디스크 표면들을 가로질러 이동시키는 액츄에이터(actuator)를 더 구비하는 자기 기록 디스크 드라이브.
  7. 자기 기록 디스크 드라이브(magnetic recording disk drive)에 있어서, 자기적으로 기록된 데이타(magnetically recorded data)를 저장하는 자기 기록 디스크(magnetic recording disk); 상기 디스크에 연결되어 상기 디스크를 회전시키는 모터(motor); 및 상기 디스크의 표면에 근접 보유되어 베이스라인을 중심으로 일반적으로 고정된 진폭의 아날로그 포지티브 및 네거티브 전압 펄스(analog positive and negative voltage pulses of a generally fixed amplitude)를 갖는 베이스라인 전압 레벨(baseline voltage level)을 포함하는 신호를 발생하는 자기 저항 센서 - 상기 펄스들은 디스크상에 자기적으로 기록되는 데이타를 나타내고, 상기 베이스라인 전압 레벨은 상기 센서와 상기 디스크간의 간격의 변화에 응답하여 변함-; 상기 디스크의 표면에 근접 보유되어 상기 디스크상에 데이타를 기록하는 기록 헤드; 상기 센서에 결합되어 상기 센서로부터의 신호에서의 상기 아날로그 펄스를 상기 디스크상에 자기적으로 기록된 데이타를 나타내는 디지탈 신호로 처리하고, 상기 기록 헤드에 결합되어 상기 디스크상에 기록될 디지탈 데이타를 상기 기록 헤드로 향하게 하는 판독/기록 데이타 채널 회로(read/write data channel circuitry); 상기 센서에 결합되어 있고, 상기 디스크 드라이브로의 충격(external shock)으로 인한 상기 센서와 상기 디스크간의 간격의 변화로 야기되는 상기 신호 베이스라인 전압의 변조를 검출하여 상기 베이스라인 전압의 변조가 기선정된 충격 문턱값을 초과할 때에 충격 신호를 발생하는 충격 검출 회로(shock detection circuitry); 및 상기 충격 검출 회로 및 상기 판독/ 기록 데이타 채널에 결합되어 상기 충격 검출 회로로부터의 충격 신호를 수신한 것에 응답하여 상기 데이타 채널로 기록 금지 신호를 발생함으로써 상기 디스크 드라이브로의 외부 충격이 존재할 때에 상기 디스크상에 데이타를 기록하는 것을 방지하는 제어기를 구비한 자기 기록 디스크 드라이브.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어기에 결합되어 상기 기선정된 충격 문턱값을 나타내는 값을 저장해 두는 메모리 기억장치(memory storage)를 더 구비하며, 상기 제어기는 상기 충격 검출 회로에 상기 저장된 충격 문턱값을 나타내는 충격 문턱값 제어 신호를 제공하는 자기 기록 디스크 드라이브.
  9. 제8항에 있어서, 상기 충격 검출 회로는 상기 제어기로부터의 충격 문턱값 제어 신호를 수신하기 위한 문턱값 제어 입력을 갖는 비교기를 포함하며, 상기 비교기는 상기 베이스라인 변조 신호의 포지티브 및 네거티브 편이(positive and negative excursions)를 상기 충격 문턱값과 비교하는 자기 기록 디스크 드라이브.
  10. 제8항에 있어서, 상기 디스크 드라이브는 적어도 2개의 자기 저항 센서를 포함하며, 상기 메모리 기억 장치는 2개의 문턱값을 저장하고 있되, 저장된 각각의 값은 상기 2개의 센서 중 하나와 관련되어 있는 자기 기록 디스크 드라이브.
  11. 제7항에 있어서, 상기 충격 검출 회로는 자기적으로 기록된 데이타를 나타내는 상기 아날로그 펄스를 필터링하는 필터와 상기 필터로부터의 신호를 증폭하는 증폭기를 포함하는 자기 기록 디스크 드라이브.
  12. 제7항에 있어서, 상기 자기 저항 센서를 상기 디스크의 한쪽 표면에 근접하여 지지하고 있는 제1캐리어(carrier); 상기 기록 헤드를 상기 디스크의 다른쪽 표면에 근접하여 지지하고 있는 제2캐리어; 및 상기 제1및 제2캐리어에 연결되어 상기 캐리어들을 그들 각각의 디스크 표면들을 가로질러 이동시키는 액츄에이터(actuator)를 더 구비하는 자기 기록 디스크 드라이브.
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