TW594681B - Overshoot control for a hard disk drive write head - Google Patents

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594681 A7 五、發明說明（1 ) 1〜 登明領域 本發明有關硬碟機(HDD)之寫驅動電路，特別是有關 —種硬碟機寫觀控制寫頭驅觸流過衝之電路，其可使 寫入硬碟作業具有最佳化之上升時間與下降時間及其他特 ^ 徵。 曼明背景 、-種硬碟儲存系統通常包括表面塗有可磁化材料之 —或多個_碟或盤。與各盤面相關聯的讀/寫頭在經向 共同移過此頭抵達位於同心圓上稱為軌(trade)之可定址資 1〇料區。現今通常具有分離的讀與寫頭，寫頭基本上是—種 小型線圈，其藉由沿著轨將碟盤小區加以磁化來儲存資 料。驅動通過寫頭的—股電流將產生-暫時磁場’而在寫 頭電流位置將碟的小區加以磁化。 … 驅動通過寫頭的電路通常使用一個如圖丄所示的Η 15橋’譬如，發證予橋本等人且在此併入作為參考之美國專 利6,638,012號對於寫驅動電路使用一種η橋。η橋的目 的在於讓電流在兩方向均可驅動通過寫頭，當電流在 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 向受_動時，以—方向的Ν極產生磁場；且電流在反 =向受到驅動時’以此反方向的Ν極產生磁場。η 2〇紅作可藉由導通一對電晶體使電流在從一供應源至接^之 “路從流動，而將通過頭的驅動電流予以切換。譬如，导 電晶體Υ導通且F關斷時，t流將從Ηχ至％流過^ ，。同樣地，當電晶體?導通且Y關斷時，電流將：：向 *動1、tf(上升時間、下降時間）係為與電流可逆向 594681 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7__五、發明說明（2 ) HDD寫頭的電感負荷之速度相對應的時間。 若要增加HDD盤的單軌所能儲存的資料量，則需要 增加電流的改變速度。對於減低tr、tf之限制亦會限制電 流過衝量及減幅振盪（ringing)周期。圖2顯示對於典型 5 HDD寫頭之一測試輸入的電流波形，當通過寫頭的電流 切換速度增大時，寫頭上超過穩態值之電流及電壓過衝將 增大。雖然可容許某些過衝，某些應用中過大的過衝可能 對於寫頭造成不良效果，譬如不對稱的寫入，因為損及整 體的驅動系統性能。譬如，雖然需要使得電流盡快穩定， 10 增大的過衝卻會讓頭電流穩定至穩態值之時間增長。 習知技藝的電路藉由如圖1所示添加電容器16、18 而提供加強的驅動以及伴隨產生的過衝。此電路中，在電 流轉換的起點處，在節點20、22處藉由電容器16、18所 供應的初始電荷增加來讓額外的電流通過寫頭，節點 15 20、22處的初始電荷增加將會增快寫入電流轉換的速 度，藉由可設定程式的電容器來控制過衝以進一步加強習 知技藝。 發明概述 習知技藝中，由於較快寫入轉換所造成的增大過衝 20 具有不良效果，本發明中，對於Η橋的底電晶體基極增 添一個放電電路，以防止過大的過衝及減幅振盪，並可有 更快的寫入轉換。 本發明另一項實施例中，一可調式過衝電路包括一 可變延遲。 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂i

!J I I #· 594681 A7 五、發明說明（ 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 I 式簡單說明 相信已在申請專利範圍中界定了本發明的新穎特 徵，但可爹照下列詳細描述及圖式以瞭解本發明本身及其 他特徵及優點，其中： . 圖1顯示根據習知技藝之一種Η橋驅動電路； 圖2顯示根據習知技藝之圖丨的η橋驅動電路之一 電流轉變的響應； 圖3顯不根據本發明一項實施例之一種寫入驅動器 的一過衝控制電路； 圖4A-C顯示本發明一項實施例之時序圖； 圖5顯示本發明的另一項實施例； 圖6顯示根據本發明一項實施例之一寫入驅動器的 .可選擇式過衝控制電路；及 圖7顯示本發明的一項實施例之HDD系統平面圖。 致隹實施例的 如上述，用於將電流驅動通過HDD寫頭之電路通常 係採用一種如圖1習知技藝電路所示的Η橋。圖i顯示 寫入驅動器的簡化電路（有時稱為“寫人器，，電路）入 ，電路通常包括用於驅動丫與？輸人之額外的電路:並以 最上面兩個或最下面兩個電晶體設定穩態電流值，譬如請 見上述參考之美國專利6,638，G12號，H橋的作用為:在兩 方向均可將電流驅動通過寫頭。當在―方向驅動電流時， 在-方向α N極產生-磁場；當在反方向驅動電流時， 在反方向α Ν極產生—磁場。隨後利用磁場藉由將在碟 .---^--------^--------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵Q χ 297 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 594681 A7 B7__ 五、發明說明（4 ) 盤上的一小區予以磁化而將資料“寫入”碟盤。 Η橋的操作可藉由導通一對電晶體使電流在從一供 應源至接地之一路徑流動，而將通過頭的驅動電流予以切 換。譬如，當電晶體Υ導通且？關斷時，電流將從Ηχ至 5 Hy流過寫頭。同樣地，當電晶體？導通且Υ關斷時，電 流將在反向流動。寫頭的DC操作點係為當穩態電流流過 寫頭時位於寫頭任一側上之電壓。 因為HDD寫頭係為一種電感式負載，當通過頭的電 流如圖2所示快速逆轉時，在Hx與Hy輸出將具有電壓 10 與電流擺動（一種特徵暫態減幅振盪）。對於較高的資料速 率係需要增大寫頭電流轉換之寫入頻率。為了達成此作用 且不會產生不良效果，應該降低及控制Hx與Hy寫入輸 出之減幅振盪周期及電流過衝。 圖3顯示根據本發明一項實施例的簡化寫入驅動電 15 路，寫入驅動電路包括一個上述的Η驅動電路20及一個 放電電路22。此實施例中，Η驅動電路20包括P-MOS 電晶體以取代圖1所示的ΝΡΝ電晶體。放電電路22提供 一種從Η橋20 ΝΡΝ 24基極至接地之放電路徑，其可限 制電流過衝並且可有更快的穩定時間，嚷將可盡量放大寫 20 入頻率並盡量減低寫入不對稱性。 圖3的實施例中，放電電路22包括一 ΝΡΝ電晶體 26，其具有與Η橋電晶體24之基極相連之集極、以及與 接地相連之射極。ΝΡΝ電晶體26的基極可由N-MOS電 晶體28所控制。此實施例中，N-MOS電晶體28具有與 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） • ν · at§ —Hi -ϋ n ϋ mmmmmmm §1·—、I —MK n _ ϋ— §1 ·_ϋ kfe— I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 594681 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（5 ) 電晶體24基極相連之一汲極以及與電晶俨$ -源極。電晶體28的開極具有身·動放2極相連之 衝之一輸入訊號X。下文參照圖4㈣描述脈 圖4㈣顯示圖3所示及上述的電路之 5及時序圖。圖仆顯示之電晶體24的 冤〜、 包/’IL驅動係以甘甘 電壓控制。在電流逆行通過頭期間 成電流及電壓減幅《。圖4a及4b顯示電晶體24 ^ 極電壓與電流’並不包含粗線代表的放電電路22。需： 降低驅動電流過衝及減幅振盪而不增加上升時間。在2達 適當的驅動電流位準之後，本發明將—部份2極電H 出至電晶體24而開始使驅動電流減小。馬區動電流的降低 具有減小減幅振後周期及電流過衝的效果。目3的電路 22係被連接以為當藉由電晶體28導通時從電晶體24基 極將電壓放電之一 NPN電晶體。圖4c顯示在^變高之後 以延遲D1才導通NMOS電晶體28之輸入X。x玎導通 電晶體28 —段時間D2。X變高之後放電電路可快速降低 電晶體24的基極電壓，因而降低如圖4a及4b的虡線所 示驅動電流的過衝。 本發明的另一實施例顯示於圖5，此電路包栝上述的 Η驅動電路20以及一種修改的放電電路22。此實施例 中’放電電路22包括一 ΝΡΝ電晶體26，其具有與Η橋 電晶體24之基極相連之集極、以及與接地相連之射極 ΝΡΝ電晶體26的基極可由ν-MOS電晶體對30、32 制。此實施例中，N-MOS電晶體30具有與電晶體 10 15 20 所控 24基 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂i .參 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 594681 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（6) 極相連之-沒極以及與電晶體26基極相連之一源極。電 晶體32的源極係連接至接地並連接至與電晶體％基極相 連之;及極電阳體30、32的閘極最後由一脈衝電路34所 控制，脈衝電路34的輸出係為反及(Nan_ %。電晶體 5 系經由反相器、37㈣反及閘36白勺反相輸出訊號所驅 動。 脈衝電路34提供類似圖4c的輸入χ之一脈衝訊 號，脈衝汛號可經由電晶體30、32控制放電電晶體26的 導通時間（on time)，此實施例的脈衝電路34包含一個三 輸入式反及閘36、一個反相器38及延遲元件4〇、42。反 及閘36的第-輸入係為對於來自前置放大器(未圖示）的 邏輯控制電路之放電電路的啟動輸入訊號，第二入 自可使輸入呈現延遲量DLY1之第一延遲元件4〇。對於 延遲元件40的輸入為pp係為施加至η橋電晶體24閑 極相同的驅動訊號。Υ與Ρ控制了通過寫頭之寫入電流的 方向。第三反及閘輸入係由反向器38所驅動，反相器 的輸入係來自延遲元件42，延遲元件42對於延遲元件 的延遲(DLY1)添增了延遲DLY2。延遲元件4〇、42可: 括一或多個主動或被動裝置且可以本技藝·習知的數種常= 方式實施以達成訊號延遲。 ‘ 下文描述此種電路的操作，前置放大器控制電路首 先將ΕΝ驅動至高以啟動放電電路。在㉔高且產生延遲 DLY1之後，對於反及閘36的第二輸出變高。在？傳播通 過延遲電路42之前，反相器38具有一高輪出送至反及= 10 15 38 40 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ••裝 ήπ· I 11 ' .奉 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 594681 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 36的第三輸入。因此，一旦反及閘36的第二輸入變高之 後，反及閘36的輸出切換至低，此輸出係連接至反相器 37而導通電晶體30，然後導通電晶體36。在第二延遲 DLY2之後，P處的轉變將傳播通過延遲元件42及反相器 5 以將對於反及閘36的第三輸入驅動至低，因此將反及 閘36的輸出切換至高並將反相器37的輸出切換至低。因 此，反相為37的輸出係為一種類似圖4c所示的脈衝，其 具有對於？的延遲DLY1及DLY2的周期。在來自反相器 3 7的脈衝期間將電晶體3 〇開啟，同時將電晶體3 2關 10閉然後在脈衝期間，電晶體26為開啟並上述提供一種 從電晶體24基極至地極之放電路徑。當來自延遲電路的 脈衝結束、或EN訊號不是處於高時，反及閘36具有高 的輸出而關斷電晶體30，並關閉電晶體32，以關閉電晶 體26提供的放電路徑。 15 圖6顯示本發明的另一項實施例，此實施例亦包括 個如上述的Η橋驅動電路20以及一個放電電路22。此 貝％例中，放電電路22包括一系列的ΝΡΝ放電電晶體 26(a-c)，其具有與η橋電晶體24之基極相連之集極、以 及與接地相連之射極。ΝΡΝ電晶體26(a-c)的基極可經由 20 遥擇電晶體50、52、54由一 N-MOS電晶體對30、32 所控制。此實施例中，N-MOS電晶體對30、32具有如同 上述實施例的連接方式。N-MOS電晶體30、32的基極係 如上述由脈衝電路所驅動，選擇電晶體5()、、54可啟 動及關閉N-MOS電晶體對30、32對於各個放電電晶體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） .----------^--------訂-------.— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 594681 Α7 Β7 五、發明說明（） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 26(a-c)的驅動能力。來自前置放大器邏輯控制電路的選擇 輸入Sell、Sel2、Sel3係連接至選擇電晶體50、52、54 的閘極以選擇性啟動一或多個電晶體。可增減電晶體 26(a-c)的尺寸以提供某範圍的放電電流。一第二電晶體 5 5 6、5 8、6 0的 >及極係與各放電電晶體的基極相連，並將 源極接地。這些電晶體56、58、60的閘極係從邏輯控制 連接至反相的選擇輸入，以使電晶體26(a-c)在未受啟動 時保持關斷。 圖6的實施例具有可選擇式放電電路之額外特徵， 10 寫入驅動器的控制電路可選擇性啟動一或多個電晶體 26(a-b)以提供可變的放電電流。寫入驅動電路通常具有一 數位-類比轉換器（DAC)，其可藉由依據採用哪一對控制 穩態頭電流來控制Η橋的頂部或底部裝置處的Y及F訊 號值而控制通過寫頭之寫入電流。寫入驅動電路一般亦具 15 有一串列輸入以將輸入設立至DAC。可藉由根據寫入驅 動DAC中所設定的位元之控制電路，來致動放電電路的 選擇輸入，或可由一獨立的_列輸入暫存器或位於寫入驅 動器外部的其他輸入予以致動。可利用此方式以可控制方 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 式選擇放電裝置的尺寸。放電裝置的尺寸愈大，則具有愈 0^ « \ 20 大的可用放電電流。可在碟機設計期間、製造期間、或操 作期間作出選擇。 除了改變放電裝置尺寸之外，可控制放電電流的時 程以達成最佳化的系統性能。DLY1與DLY2時程可具有 最佳化的某驅動電流範圍或一固定值；或者，可控制 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 州681 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ ,一人DLY2日^程，以使某一碟機設計具有最佳化的過 衝、或在製造或操作期間具有最佳化的單一單元。可能如 述藉由才工牵! J放電電流來達成時程的控制，，亦即可利用寫 入驅動DAC予以控制、或受到獨立的控制。见们與 5 DLY2時程可與預放大器DAC所控制之穩態寫頭電流值 成正比。另-實施例中，時程及放電電流均受到控制，以 廣泛地控制過衝。 圖7顯示本發明之一種HDD系統平面圖，硬碟機 〇係、工由控制益1〇4連接至一電腦⑽，硬碟機⑽ ，、有碟盤/06，碟盤1〇6如圖所示以馬達⑽驅動而旋 轉。以一聲音線圈馬達114驅動一致動器機構in來移動 讀與寫頭U〇，頭所偵測到的資料係通過前置放大器 116’，後亦採用—讀取通道118對於頭致動器位置系統 120提供回饋。來自麵的資料訊號係供應至控制器 102,然後送往電腦104。本發明有關對於上述前置放大 器116中的頭驅動電路之改良。 本I明之項優點為：HDD製造商可利用電流過衝 的可選擇本質而產生頭的最佳化性能。可對於一種特定的 碟機設計’並在燒機、或此頭接觸碟盤的不同軌或段的 “運轉(〇nthefly)，，時對於—_定_方式達成最佳化。 雖然已經參照圖示實施例描述本發明，本文無意造 成限制’熟悉本技藝者由本文可瞭解圖示實施例及本發明 其他實施例之各種修改及組合。因此申請專利範圍預定涵 蓋所有此等修改或實施例，譬如，圖中_示作為較佳實 -11- i紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4 ^721〇 x 297 10 15 20 ------------裝--------訂-------.— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 594681 A7 B7 五、發明說明（ 10 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 施例之NPN電晶體， 類型的電晶體，頂部H ^亦了採用譬如麵〇s等其他 合。 …電晶體亦可與放電電路相結 -12- ^--------訂-------ί (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 594681 A7 _B7 五、發明說明（11 ) 圖示之代號說明： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 代表符號：名稱 20:H驅動電路 22:放電電路 5 24:H橋電晶體 26:NPN電晶體 26(a-c):NPN放電電晶體 28:N-MOS電晶體 30:N-MOS電晶體 10 32:N-MOS 電晶體 34:脈衝電路 36:反及(Nand)閘 37:反相器 38:反相器 15 40:延遲元件 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 42:延遲元件 50:選擇電晶體 52:選擇電晶體 54:選擇電晶體 20 56·.第二電晶體 58:第二電晶體 60:第二電晶體 100:硬碟機 102:控制器 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 594681 A7 B7五、發明說明（12 ) 102:電腦 1〇4_·控制器 106:碟盤 10 8:馬達 5 110:讀與寫頭 112:致動器機構 114:聲音線圈馬達 116:過預放大器 118:讀取通道 10 120:頭致動器位置系統 DLY1:延遲 DLY2:第二延遲 X:輸入訊號 Sell:選擇輸入 15 Sel2:選擇輸入 Sd3:選擇輸入 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 1.^— >ϋ—·、 mm— ·ϋ n n ϋ •γά Μτ. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

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   專利申請案第89128068號 ROC Patent Appln. No. 89128068 中文申請專利範圍修正本-附件（二) Amended Claims in Chinese - Enel. (TT) (民國92年6月Γ曰送呈） (Submitted on June ^ , 2003) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 • 種電腦糸統用之硬碟機，其包含： a· 一或多個盤，其在一或多表面上具有磁性媒體· 10 b•一寫頭，其與至少一個具有磁性媒體的該表面相關 聯； e· 一 H橋電路丄其能夠將一電流驅動通過該寫頭，該 Η橋電路包含兩個上電晶體及兩個下電晶體；及 i5 d•一放電電路，其連接至至少一個該電晶體，以將誃 5 至少一電晶體的基極/閘極驅動部放電，而最終將 在一段當電流逆轉通過該寫頭的時程期間減少該電 晶體藤動電流。 2.如申請專利範圍第1項之硬碟機，其中在通過該頭的 20 肖電流抵達—預定位準之後，該放電電路係將該基極 /閘極驅動部放電。 3· ^請專利範圍第1項之硬碟機，其中該放電電路包 各至少一個放電電晶體，該放電電晶體係連接至該h 25 ^上的該等下電晶體的-基極/_，以及用於在通 過該寫頭的該電流的過衝期間中驅動該放電電晶 裝置。 4·如申晴專利範圍第3項之硬碟機，其中該放電電路包 ^格⑽ 89618B 接一-— % 裝 計 4 594681 A8B8C8D8 六、申請專利範圍 含一脈衝電路，該脈衝電路係在從導通該下電晶體的 一第一延遲之後導通該放電電晶體、並在一第二延遲 之後關斷該放電電晶體。 5.如申請專利範圍第4項之硬碟機，其中以可選擇方式 5 控制該第一及第二延遲期間的至少其中之一者。 6·-如申請專利範圍第4項之硬碟機，其進一步包含一 DAC以控制通過該頭的寫入電流，且其中該第一及 第二延遲期間的至少其中之一者係與該DAC寫入電 流成正比。 10 7.如申請專利範圍第1項之硬碟機，其進一步包含複數 個放電電晶體，與該等複數個電晶體之閘極並聯連 接，且該等複數個放電電晶體係具有選擇電晶體，其 在閘極輸入處具有選擇輸入，該等閘極輸入係連接至 用於啟動一或多個該等選擇電晶體之裝置。 15 8.如申請專利範圍第3項之硬碟機，其進一步包含複數 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 個放電電晶體，與該等複數個電晶體之閘極並聯連 接，且該等複數個放電電晶體係具有選擇電晶體，其 且在閘極輸入處具有選擇輸入，該等閘極輸入係連接 至用於啟動一或多個該等選擇電晶體之裝置。 20 9. 一種用於驅動硬碟機寫頭之積體電路，其包含： a· — Η橋電路，其能夠將一電流驅動通過該寫頭，該 Η橋電路包含兩個上電晶體及兩個下電晶體；及 b·—放電電路，其連接至至少一個該電晶體，以將該 至少一電晶體的基極/閘極驅動部放電，且其中在 -16 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 594681 Λ8 B8 C8

   s -17 - 594681 六、申請專利範圍 用於啟動-或多個該等選擇電晶體之裝置。 16. 如申請專利範圍第12項之積體電路，其進一步包含 個放電電晶體，與該等複數個電晶體之間極並聯 5且料魏健電電晶難射卿電晶體， j閘極輸人處具有選擇輸人，該等閘極輪入係連接 至用於啟動-或多個該等選擇電晶體之裝置。 17. 如中請專利顧第14項之積體電路，其進一步包含 2個放電電晶體，與該等複數個電晶體之間極並聯 =，且該等複數個放電電晶體係、具有選擇電晶體， ;在閘極輸入處具有選擇輪入，該等間極輸入係連接 至用於啟動-或多個該等選擇電晶體之裝置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 適 度 尺 張 紙 本 標 家 跡 釐 公 97