TW591629B - In-situ pressure sensor based on read head resistance - Google Patents

Description

591629 A7 ____ B7 五、發明説明（i ) 發明背景 發明領域 本發明一般涉及儲存裝置，且更特別的，涉及硬碟機内 的壓力檢測。 相關技術描述 硬碟機係一種磁性儲存裝置，其包含：至少一個可旋轉 的磁碟片，用於讀取資料及/或寫入資料的磁性記錄頭、用 於將磁性記錄頭支撐在碟片附近的滑動器、用於彈性支撑 並向碟片偏置滑動器的懸吊組件、以及連接到記錄頭/滑動 器/懸吊組件上，俾用於在碟片表面上移動記錄頭的定位致 動器。在某些傳統磁碟機中，當碟片以其工作速度旋轉 時’滑動器係懸洋在碟片表面之上的空氣支承上。空氣支 承係受硬碟機中大氣壓力的影響，並可以根據工作環境條 件而變化。例如，膝上型電腦的發展已導致電腦被用於更 高及更低壓力的地方。硬碟機會被置於承受壓力、溫度、 和濕度變化的地方而使用。在低壓下，滑動器的提升能力 減弱，這就減小了記錄頭和碟片之間的空氣支承的高度。 該作用增大了硬碟機磁頭碰撞的機率，對於硬碟機來說， 由於該碰撞會使其無法使用因而是一災難性的事件。 先前已經進行了一些嘗試來補償工作大氣壓力的變化。 典型地’單獨的感測器被用於檢測由硬碟機所處環境變化 產生的不同參數的變化。美國專利6，0 1 1，6 6 6揭示了使用 不同的感測器以檢測不同的環境參數。被檢測到的資訊用 於調整碟片的轉速及/或控制磁頭進行搜尋工作。專利權人 _ ----…… -4 - 本紙張尺度適财S @家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）— - 591629 A7

的專利第6,〇67,2〇3號揭示了—種方法， 用於檢測硬碟機中工作女濟孩万法包括利用 …网： 力的專用壓力感測器，以在 s大乳[相達預定的臨限值時，控制碟片的轉速成為若 干合通的分散式碟片轉速之中的一個。 先前技藝中與使用在先前技藝中所應用的硬碟機中的專 =大氣壓力感測器相關的缺點存在有許多。專用壓力感測 器增加了元件成本、需要用於安裝的内部空間、增大元件 失效的風險、且增加另外的電路。故需要一種具有壓力檢 測此力的硬碟機，其不包含先前技藝的利用傳統壓力感測 器的硬碟機之任何缺陷。 發明簡述 本發明藉由應用磁頭的熱特性的變化來確定在一封閉儲 存單元内的工作壓力，以克服了習知技藝的缺點。在一個 具體實施例中，本發明基於磁阻（MR)磁頭的熱阻特性來 測量硬碟機的内部壓力。在]^111磁頭溫度、内部壓力、以及 内部工作溫度之間存在著一定關係，且在給定工作溫度 下，壓力反比於磁頭溫度。 附圖簡述 圖1是含有壓力測量概念的磁片儲存系統的簡化示意圖/ 方塊圖； 圖2是含有本發明的系統中的巨磁阻（GMR )磁頭與碟 片相關的示意性剖視圖； 圖3是在三種不同内部壓力下的〇 MR磁頭溫度相對文件 基準溫度的曲線圖； ____ -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 裝 訂 A7 B7

591629 五、發明説明（ 圖4是示出來自根據本發明的GMR磁頭熱阻特性的叫量 值和利用壓力感測器得到的壓力測量值之間的關係 圖。 、 較隹實施例詳細敛述 在以下描述中，參照附圖以較佳實施例對本發明加以描 述。雖然本發明是以實現本發明目的之最佳實施方式來描 述，熟悉本領域技術人員應理解的是在不背離本發明的精 髓或範圍前提下，考慮到這些教導内容可以實現各種微 化。 又 圖1顯示出實現本發明的磁片儲存系統的簡化的示意性方 塊圖。磁碟儲存系統包括至少一個可轉動磁碟片22和至少 一個滑動器2 4，該磁碟片被支撐在軸2 6上並被碟片驅動馬 達30旋轉，而滑動器24定位在磁碟片22附近碟片表面％ 處。資料以同心資料磁軌（未示出）的環形圖形形式儲存 在每個碟片2 2上。每個滑動器2 4包含一個或多個磁頭3 4， 並透過一個整體的懸吊組件28固定到定位器懸臂32上。每 個疋位器懸臂3 2被固定到致動器裝置4 2上。如圖1所示， 致動器裝置可以是音圈馬達（VCM)。隨著碟片22轉動， 滑動器24被致動器42控制以越過碟片表面36 ,以便滑動器 2 4可以存取所需資料被記錄或讀取的碟片表面3 6的不同位 置。滑動器24在旋轉的碟片表面36之上以緊密靠近方式飛 行’懸浮在磁頭3 4和旋轉的碟片表面3 6之間形成的空氣支 承4 8上。該整體的懸吊組件2 8提供了向碟片表面3 6偏置滑 動器2 4的輕微的彈力，並控制滑動器2 4在相對旋轉碟片表 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）

裝 訂

線 ------ -B7 五、發明説明（，） 面36垂直以及搖擺（roll)和俯仰（pitch)運動中的微量柔 1± 導、泉5 0知代表磁頭溫度的磁頭3 4熱阻變化反饋提供到 ，制單元46。磁碟儲存系統的各種元件在操作上都被控制 單兀4 6產生的控制信號控制，該信號諸如導線3 8的驅動馬 達仏號、導線44上的磁頭定位和搜尋控制信號。根據以下 所描述的本發明，基於磁頭的熱傳導率，控制單元也確定 硬碟機的内部2氣壓力。讀和寫信號透過記錄通道4 〇與磁 颈3 4通仏。磁片儲存系統的所有元件被封閉在殼體㈠中。 圖2顯不出碟片丨〇、GMR讀/寫頭2 1、以及滑動器1 3的 一=分的剖視圖。MR磁頭技術由於其較高的靈敏度，而作 為當今用在高磁軌密度硬碟機中的較佳讀/寫頭技術之一。 /月動器1 3包含被形成為沿遮罩6 2的薄膜磁頭的寫入頭7 〇和 MR讀取頭60，*該遮罩作為用於薄膜沈積的基卩。默讀 取，60 —般被稱為磁阻材料的“帶，，，且位於沈積遮罩62 和第一遮罩6 3之間。寫入頭7 〇具有電感線圈7 3和記錄間隙 75。記錄間隙75由極尖76和遮罩63所界定。河&讀取頭端 部6 1和屺錄間隙7 5朝向碟片表面丨丨轉向，以用於讀取和寫 入。在工作中，空氣支承存在於“尺讀/寫頭2 1和碟片Η的 旋轉表面之間。 MR讀/寫頭21的一般工作類似於名為“具有基於來自熱 阻磁顽的熱阻^號檢測振動的磁碟機，，的美國專利 5,7、77,815中所描述的，該專利以引用的方式完全合併入 本文中。一般地，MR讀取頭6 〇的阻力隨著在磁片丨〇上記 錄的資料的磁性區域的變化而改變。恒定的偏壓電流由控 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Μ規格(21G χ 297公爱) 591629 A7 — _B7 五、發明説明（5 ) 制單元4 6施加，以用於確定讀取頭6 0内的電阻的變化。 MR讀取頭60的溫度（Ts)為一名義溫度，係由於甴施 加到MR讀取頭60上的恒定偏壓電流所產生的焦耳熱，該 溫度大於硬碟機内部的環境工作溫度（Ta)。溫度Ts由在 MR讀取頭6 0内耗散的電能以及硬碟機中從mr讀取頭6 〇向 其四周的熱傳導所確定。在硬碟機8 4中的壓力影響從MR 讀取頭ό 0向四周空氣的熱傳導。當環境工作溫度τ a被保持 恒定時，由於空氣熱傳導率的變化，在MR磁頭溫度八和驅 動器殼體内的内部氣壓8 4之間存在反向關係。例如，在給 定工作溫度Ta下，由於熱傳導率的增加，MR檢測器溫度 Ts將隨著内部氣壓84增大而降低。可以對溫度八和内部氣 壓之間的精確關係加以校正。 溫度T s的波動導致M R讀取頭6 0電阻的對應波動，這會 導致來自恒定偏置電流下的MR讀取頭60的基線信號的調 變。不同於由磁阻效應產生的來自MR讀取頭6 0的回讀數 據信號，該基線信號調變是由於熱阻效應。從而，來自MR 讀取頭6 0的信號包括磁阻信號和熱阻信號。 根據本發明，來自MR讀取頭60的熱阻信號被用於檢測 硬碟機内的内部氣壓84。來自MR讀取頭60的熱阻信號通 過導線5 0而被提供到控制器4 6中的操作邏輯功能，如圖1 所示。控制單元4 6基於與T s或讀取頭熱阻、内部塵力和内 部工作溫度相關的預定校正資料確定内部壓力。取決於校 正資料被關聯的方式，基於熱阻信號，控制單元4 6可以在 施加校正資料之前首先確定溫度Ts。對於不同的硬碟機可 --------8- _ 本紙張尺度適用巾國®家標準(cNS) A4^格(21QX 297公董)' ~

裝 訂

591629 A7 B7

以獲得各別的校正資料，以計算出不同MR讀取頭6 〇的内 部壓力靈敏度的變化。這些單獨的校正值包括在儲存於控 制單元4 6中的各種内部氣壓和工作溫度丁 a下相應的檢測器 溫度Ts 〇 圖3顯示出由校正獲得的M R讀取頭溫度、内部工作溫度 和内部壓力之間的關係。内部工作溫度在橫坐標上表示， 而MR讀取頭溫度（或者是表示讀取頭溫度的任何信號，如 M R1買取頭的熱阻）在縱坐標上表示。μ R讀取頭溫度係高 於内部工作溫度的溫度。圖中繪出了在三個選定壓力下， MR讀取頭的溫度相對工作溫度的特性。在試驗過程中，硬 碟機内部壓力利用壓力計而設定，並標示在曲線圖上、各 串資料點的斜坡附近。例如，在一組資料點中，内部壓力 被設定為0.8 atm，且MR磁頭溫度測量值被記錄，以用於 在大約4 3 °C到4 7 °C範圍内的内部工作溫度。以線性回歸 (regression)確定出最佳擬合線，且斜率被算為〇.46，如 曲線圖中所示。用於另外兩個〇 · 5 a t m和1 · 0 a t m的内部壓力 的MR磁頭溫度被繪在曲線上，而這些結果顯示出與先前内 部壓力相似的相關關係。這些結果的外插值可以提供用於 超出曲圖線所示的三個之外的另外的内部壓力值的相關 值。於是，内部壓力可以從獲知内部工作溫度以及讀取熱 阻信號而推導出。 圖4顯示出來自壓力計的壓力測量值和MR讀取頭熱阻信 號之間的相關關係。熱阻信號被轉化成等價壓力值，並沿 來自壓力計的相應的壓力讀數追蹤約莫3 0 0分鐘，同時保 ____ _ - 9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 591629 A7 B7

持硬碟機的工作溫度恒定。在M R讀 化也續'製在该圖中’並表示為一比值··

取頭電阻中的相對變 AMRR e i ~MKR - ^ AMRR 為MR讀取頭電阻在MRR讀取頭基本電阻（mrr)上的 變化。來自壓力計的壓力讀數隨著MR讀取頭電阻而始終 在約12kPa的範圍内變化。通過已知的内在工作溫度，可 以利用MR讀取頭電阻信號測量硬碟機中的内部壓力。 總 <，本發明提供了 一種在内部工作溫度已知情況下， 由熱阻信號推導内部壓力資訊的方法。可以測得硬碟機的 内部壓力，而無論MR磁頭{否在磁片纟面上工作或在著陸 區停滯。透過具有用停滯的MR磁頭測量内部壓力的能力， 諸如芝氣支承高度變化的問題可以在難磁頭與碟片相接觸 而有可能導致硬碟毁壞之前予以指出。雖然本發明參照具 有MR磁頭的硬碟機加以描述，但本發明也可以應用於其他 形式的儲存單S，在該儲存單元中之内部壓力可以由能夠 測量熱阻的裝置來確定。 雖然本發明已經對根據其較佳的實施例加以描述，熟 悉本領域技術人員應理解的是，在不背離本發明的範 圍和精神前提下，可以對本發明作出各種修改和改 良、。因而，所公開的本發明僅被認為是說明性的，並 僅被限制在所附申請專利範圍書限定的範圍内。

裝 訂

線

Claims (1)

1. 591629 第090126763號專利申請案 A8 B8 中文申請專利範圍替換本(92年8月）C8 -08 β 1· 一種儲存裝置，包括： 在内部環境中工作的儲存媒體； 用於使儲存媒體運動的馬達驅動器； 安裝成用以存取該儲存媒體之換能器；以及 拴制單7L，其連接成用以接收指示内部環境壓力的 自換能器的溫度相關信號’而儲存裝置在該内部環境中 工作’其中該控制單元被建構成基於所述溫度相關 以確定壓力。 °尤 2.如申請專利範圍第1項所述的儲存裝置，其中·· 該換能器具有熱阻特性， 該溫度相關信號代表換能器的熱阻，以及 該控制單元被建構成基於熱阻信號以確定壓力。 3·如申請專利範圍第2項所述的儲存裝置，其中 孩控制單元被建構成基於校正資料以確定壓力，該校 正資料與換能器的熱阻、内部環境的溫度、以及内部产 境的壓力相關。 α & 4.如申請專利範圍第2項所述的儲存裝置，其中該控制單 元被建構成基^校正資料以確定壓力，該校正資料與換 能器的溫度、㈣環境的溫度、以及内部環境的壓力 關。 5·如申請專利範圍第3項所述的儲存裝置，其中該換能器 的熱阻係與散至儲存裝置内部環境中的熱量消散部^目 關。 6·如申請專利範圍$丨項所述的儲存裝置，其中該控制單 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210X 297公董） ''·—"*----------

   裝 訂 鬱 591629 A B c D 六、申請專利範圍 元被建構以基於壓力控制一個或多個儲存裝置的工作參 數。 7. 如申請專利範圍第1項所述的儲存裝置，其中該儲存裝 置係為一磁碟機系統。 8. 如申請專利範圍第7項所述的儲存裝置，其中該換能器 係為一磁阻換能器。 9·如申請專利範圍第8項所述的儲存裝置，其中該控制單 元施加偏壓電流到換能器，該偏壓電流係根據換能器的 熱阻而波動。 10. —種磁碟機系統，包括： 一殼體； 一定位在該殼體中具有同心資料磁軌的資料表面的磁 性儲存媒體； 一用於轉動磁性儲存媒體的馬達驅動器； 一滑動器，其包括讀/寫換能器，當磁性儲存媒體轉動 時’該換能器保持與資料表面成工作關係； 一致動器組件，其連接到該滑動器上，用於相對磁性 儲存媒體以樞轉地定位所述滑動器至資料表面上所選定 的磁軌；以及 一控制單元，其用於控制馬達驅動器和致動器組件的 工作，並處理從資料表面讀取以及寫入資料表面的資 料，所述控制單元被連接以接收指示殼體内壓力的來自 換能器的溫度相關信號，並被建構以基於所述溫度相關 信號而確定壓力。 -2 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公 η·Γ種確足儲存裝置的㈣環境壓力的方法，其用於包括 儲存媒體和*裝以存取儲存媒體的換能器的儲存裝置， 該方法包括以下步驟·· 提供指示内部環境壓力的來自換能器的溫度相關信 號’而所述儲存裝置在該内部環境中工作；以及 基於所述溫度相關信號確定壓力。 12·如申請專利範圍第η項所述的方法，還包括以下步 驟.提供與換能器的熱阻、内部環境的溫度以及内部環 兄的壓力相關的;^正資料’其中該確定步驟基於所述校 正資料確定壓力。 13.如申請專利範圍第u項所述的方法，還包括以下步 驟.提供與換能器的溫度、内部環境的溫度以及内部環 境的壓力相關的校正資料’其中較步驟基於所述校正 資料以確定壓力。 M·如申請專利_ 12項所述的方法，還包括以下步驟：向 換能器施加一偏壓電流’其中該確定步驟基於由於被換能器 的熱阻影響在偏壓電流中的波動來確定壓力。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）