CN100523857C - 利用动态参数测试检测滑块-磁盘干扰 - Google Patents

Abstract

描述一种利用动态参数测试来计算磁头磁盘干扰(HDI)的方法。在一个实施例中，基于滑块/磁头的读回信号磁道分布的实际和理想灵敏度分布来计算HDI。

Description

利用动态参数测试检测滑块-磁盘干扰

发明领域

本发明涉及测试硬盘驱动器等的组件。更具体地说，本发明涉及在组件级磁性测试时检测滑块-磁盘干扰。

发明背景

硬盘驱动器是常用的信息存储装置，主要由被磁读写元件访问的一系列可转动磁盘组成。这些数据转移元件(通常称为转换器)一般由滑块体承载并嵌入在滑块体中，滑块体被保持在形成于磁盘上的分立数据磁道上方的靠近的相对位置上，以便能进行读写操作。为了相对于磁盘表面适当定位转换器，在滑块体上形成的气浮表面(ABS)经受着流体气流，后者提供足以使滑块和转换器在磁盘数据磁道上方“浮动”的浮力。磁盘的高速旋转沿其表面在基本上平行于磁盘切线速度的方向上产生空气流或风流。空气流和滑块体的ABS相配合，使滑块能在旋转的磁盘上浮动。实际上，由于这种自激励的气浮，使悬置的滑块与磁盘表面物理上分隔开。

ABS设计中的一些主要目的是使滑块及其附有的转换器能尽可能靠近旋转磁盘的表面浮动，且无论在任何可变的浮动条件下能均匀地保持所述恒定的接近距离。气浮滑块和旋转磁盘之间的高度或分隔间隙通常定义为浮动高度。一般来说，已安装的转换器或读写元件仅在旋转磁盘表面上方大约几微英寸处浮动。滑块的浮动高度被认为是影响已安装的读/写元件的磁盘读出和记录能力的最重要的参数之一。相对地小的浮动高度使转换器可以实现磁盘表面上不同数据比特位置之间的较高的分辨率，从而提高了数据密度和存储容量。随着利用较小但仍强大的磁盘驱动器的小而轻的笔记本电脑的日益普及，对越来越小的浮动高度的需求在不断地增长。

如图1所示，已知的用于共双体滑块5的ABS设计可以由沿面对磁盘的滑块表面的外缘延伸的一对导轨2和4形成。包括各种表面积和几何形状的三个或更多个导轨的其它ABS配置也已开发。两个导轨2和4通常沿至少部分滑块体的长度延伸，从前缘6到后缘8。前缘6定义为在经过滑块5的长度向后缘8运行之前旋转磁盘所经过的滑块的边缘。如图所示，前缘6有锥度，尽管这种机加工通常会有很大的不希望有的公差。转换器或磁性元件7通常都安装在沿滑块后缘8的某个位置，如图1所示。导轨2和4形成滑块在其上浮动的气浮表面，并在与旋转磁盘所形成的空气流接触时提供必要的浮力。当磁盘旋转时，所产生的风或空气流在双体滑块导轨2和4之间和下面流动。当空气流通过2和4的下面时，导轨和磁盘之间的空气压力增加，从而提供正向加压和浮力。双体滑块通常形成足够量的浮力，或正负载力，使滑块在旋转磁盘上的适当高度浮动。没有导轨2和4时，滑块体5的大表面积会产生过大的气浮表面积。一般来说，当气浮表面积增大时，所形成的浮力也增加。没有导轨，滑块就会浮动得离旋转磁盘太远，而没有了低浮动高度的全部所述优点。

如图2所示，磁头万向架组件40往往为滑块提供多种自由度，例如描述滑块浮动高度的垂直间距、或倾斜角和滚动角等。如图2所示，悬架74将HGA(磁头万向架组件)40保持在移动的磁盘76(有边缘70)的上方并按箭头80所示的方向移动。在图2所示的磁盘驱动器工作时，传动器72使所述HGA在磁盘76的各种直径的弧线75上(例如内径(ID)、中间直径(MD)和外径(OD))移动。

随着滑块的浮动高度降低，滑块ABS和磁盘表面之间的干扰频度增加。这种干扰常称为“磁头-磁盘干扰”(HDI)。它包括滑块和磁盘之间的直接接触以及通过磁盘表面上的碎片、润滑剂等的间接接触。HDI越大，对滑块及其ABS的磨损和破坏越大。HDI可直接损坏读-写磁头，或因气浮不起作用导致灾难性故障。

为克服与HDI关联的问题，设定关于滑块浮动高度的容差。这样，可以假定如果测量的滑块浮动高度太低，则会有过多的HDI，对硬盘驱动器的工作会产生负面影响。但是如上所述，滑块的浮动高度越低，驱动器的数据容量越大。

利用浮动高度容差来控制HDI的一个问题是：随着传统滑块的浮动高度下降，容差也变得越严格。滑块的典型浮动高度是几个毫微米。磁盘和滑块表面外形的变化、两个表面的变化、以及碎片/润滑剂的积聚、迁移和从两个表面上掉下，给在任何特定时间对浮动高度的测量增加了复杂性。

由于滑块已变得越来越小，就更难包括传统的间隔传感器，例如电容探头、光子探头等。而且，如本专业中已知的，对透明磁盘上滑块浮动高度的测试会引起附加的问题。由于透明磁盘和驱动器中所用的磁盘在安装条件、磁盘粗糙度、以及因“摩擦-充电”引起的静电吸引等方面的不同，对透明磁盘上浮动高度的测量可能与磁盘上的浮动高度不相关。而且，在这么低的浮动高度上对浮动高度的测量分辨率会非常差，并且在透明磁盘上测量浮动高度会引起滑块的污染或静电放电(ESD)损坏。

由于浮动高度在滑块的各特定区域上各不相同，所以有人曾建议在气浮表面的非常小的区域上测量浮动高度。例如，“磁间距”是直接在读写磁头下面的间距并可通过分析来自读写磁头的读回信号来加以测量。测量磁间距时，对磁盘速度、空气压力、滑块-磁盘界面中的气体成分加以控制，以降低滑块的浮动高度。还可以通过在滑块-磁盘界面上加DC电压来降低浮动高度。可以例如利用Wallace公式来计算磁间距的变化。这样，可以将其磁间距显著降低的滑块假定为具有适当的浮动高度界限。要实现这种磁间距的测量方法需要相当昂贵的设备，而且不能保证滑块的其它部分不碰击磁盘。

本专业中已知的一些方法不是推断滑块的浮动高度，而是试图直接检测HDI。例如，可以利用应力计或通过电动机功率损耗来测量滑块和磁盘之间的摩擦。可以根据滑块的声频发射或通过压电传感器来测量滑块-磁盘的碰击。可以通过读回信号中的幅度、频率或相位调制来检测滑块位置相对于磁盘的扰动。测量这些参数所需的设备会很昂贵，并且可能不能检测轻微的磁头-磁盘干扰。HDI检测的另一种方法是检测读-写磁头中的温度变化。和上述磁间距测量一样，被监控的唯一区域是读写磁头，而滑块上的其它区域可能会碰击磁盘。

鉴于上述原因，有必要直接测量HDI，同时要避免本专业中所见的成本和测量问题。

发明概述

按照本发明的实施例，在动态参数测试过程中对HDI进行推理估测。滑块和读写磁头在磁盘上完全写入的磁道上位移若干步。可以以这样的方式处理动态参数测试过程中的幅度测量，即，提供磁道配准不良测量值，在此实例中，所述测量值可以表示HDI。最好在不需要附加设备和处理的情况下进行所述测量。

在目前的制造过程中，磁头万向架组件(HGA)40以常规方式在旋转磁盘上浮动以测试其磁性能。这种过程或者称为MAG测试，或者更准确地称为动态参数(DP)测试。DP测试还包括子程序，称为“磁道-分布测试”。在磁道-分布测试中，将隔离的磁道写到磁盘上。然后使读出磁头在写入的磁道上位移许多(大约100)步。显然，在读出磁头完全对准写入磁道时读回信号的幅度最大。通过分析读回信号幅度的升降来获得读出转换器和写入转换器二者的宽度。

目前，磁道-分布测试完全为了磁性目的而进行。但按照本发明的实施例，磁道-分布也可呈现HDI的迹象。通过适当分析磁道-分布，可以确定HDI的严重程度。

附图简要说明

图1是本专业中已知的具有读写磁头的滑块装置的透视图。

图2是本专业中已知的磁盘驱动器装置的透视图。

图3是在磁盘驱动器中按照本发明实施例相对于磁道定位的滑块的平面图。

图4是按照本发明实施例的方法的流程图。

图5是用于实施按照本发明实施例的方法的***的方框图。

图6a-b是示出在动态参数测试时幅度的测量结果的曲线图。

详细说明

参阅图3，图中示出移动的磁盘上的滑块103的视图。在所述实施例中，滑块103是简单的双体滑块，具有读写磁头105，但本发明并不限于这种滑块。滑块103连接到悬浮件和驱动器(例如lead scres和压电激励器)，使得它能够被定位在移动的磁盘105上方的指定位置。为清晰起见，图3中没有示出悬浮件和驱动器电动机。按照本发明的实施例，滑块103(具体地说，读写磁头105)在移动的磁盘109上相对于单一记录磁道101被移动许多步(107)。在此实施例中，滑块以长度S的增量(例如S＝5毫微米)移动，并且完整和均匀地记录磁道101。

参阅图4，图中示出按照本发明实施例测量滑块103的HDI的方法的流程图。在方框201，进行动态参数测试，获得幅度A。在此实施例中，在多个指标点(例如图3中的元件107)获得幅度A。这样，以系列A(i)的形式获得幅度A，其中i是指标，且i＝1，2，3，...，n。指标i的每个增量代表读出磁头向前移动一步。在此实施例中，读写磁头在磁道分布101之外的各点之间通过。

在方框203，根据幅度A产生斜率或灵敏度分布B(i)，使得

B(i)＝A(i+1)-A(i)             方程1

已知B(i)，就可产生变平滑的斜率分布C(i)(方框205)，式中i＝m+1，m+2，...，n-(m+1)且j＝i-m，i-m+1，...，I，i+1，...，i+m-1，i+m。

$C\left(i\right)=\frac{1}{2m+1}\·\underset{j=i-m}{\overset{j=i+m}{\mathrm{\Σ}}}B\left(j\right)$          方程2

可以认为C(i)是B(i)的移动平均值，因为它有时取B(i)数值的子集。对于移动平均值，为对称之故在此实施例中选择了奇数个数据点(即，以点m+1为中心的2m+1个数据点)。在此实施例中，移动平均值的范围，即2m+1，选择在磁道宽度的八分之一和四分之一之间。而且，在此实施例中，选择了均匀加权1/(2m+1)，虽然非均匀加权也可以使用。

可以把原始斜率分布B(i)和平滑的斜率分布C(i)之间的垂直距离指定为D(i)，其中

D(i)＝|C(i)-B(i)|         方程3

式中i＝m+1，m+2，...，n-(m+1)。

由于上述方程1中求微分是相对于指标i的，所以D(i)和A(i)是以相同的单位(即读回信号的电压)进行测量的。相应的径向位置误差E(i)(通常称为磁道配准不良(TMR))由下式给出：

E(i)＝S×D(i)/|C(i)|          方程4

式中i＝m+1，m＝2，...，n-(m+1)，S为相对于A(i)的上述平均增量(方框209)。

E(i)是包括各种分量或单元的矢量。从上述方程可见，E(i)基于变量A(i)和C(i)，由于读出磁头增益的波动，以及各种机械振动，有随机噪声影响A(i)和E(i)的数值。还有与上述数字平滑方案关联的***误差C(i)，它也影响E(i)。在本发明的这个实施例中，为了统计的目的，将加权平均应用于E(i)上。最佳加权与E(i)中的噪声含量的方差成反比。由于噪声和斜率C(i)成反比，所以最佳加权与C(i)的平方成正比。这样，E(i)的加权平均值e由下式给出：

$e\≡\frac{\mathrm{\Σ}[C\left(i\right)\·C\left(i\right)\·E\left(i\right)]}{\mathrm{\Σ}[C\left(i\right)\·C\left(i\right)]}=S\·\frac{\mathrm{\Σ}\left[|C\left(i\right)\·D\left(i\right)]\right|}{\mathrm{\Σ}[C\left(i\right)\·C\left(i\right)]}$       方程5

式中求和的极限从m+1到n-(m+1)(方框209)。这样，方程5给出了加权平均磁道配准不良e，以每步的长度单位测量(即在测量A(i)时所取的每一步)。磁道配准不良的加权均方根ε可由下式求出：

$\mathrm{\ϵ}=S\·\sqrt{\frac{\mathrm{\Σ}[C^2\left(i\right)\·D^2\left(i\right)]}{\mathrm{\Σ}{C}^4\left(i\right)}}$         方程6

式中求和的极限从m+1到n-(m+1)(方框213)。如以下进一步详述的，就磁道配准不良而言，e和ε可单独或二者一起用于滑块配置。

一般来说，当滑块/气浮在给定磁道半径上浮动时，它往往不受旋转磁盘外形的影响。如果磁盘非常平整，当滑块从一个径向位置移动到下一径向位置时，可以预期滑块会在距磁盘均匀高度处浮动。如上所述，磁盘表面很少是平滑的。所以，当试图将滑块从一个径向位置移动到另一个径向位置时，磁盘外形会对滑块实际浮动处产生影响。这类似于唱针在留声机唱片上滑过。虽然可以选择将唱针定位在分隔两个邻近沟槽的凸脊上，但唱针总不会定位在凸脊上，而是会定位在一个沟槽之中。由于这种配准不良，读出信号的幅度与在所述半径的预期幅度不匹配。随着磁盘粗糙度增加，滑块就会在磁盘外形中的低谷之间跳跃。所以，磁道配准不良与磁盘缺少平滑度以及HDI的程度直接有关。

参阅图6a，图中示出理想的磁道分布(读回信号幅度和径向位置之间的关系)。可以将所述分布相对于径向位置微分，得出斜率分布或灵敏度分布(相对于径向位置变化的读回信号灵敏度)。参阅图6b，图中示出实际的磁道分布。把图6a-b分布之间的差除以灵敏度分布，产生径向位置误差分布。对径向位置误差进行进一步的统计处理，可以产生代表图6b中所用滑块/磁盘的HDI严重程度的标量值。但图6a中的理想磁道分布不能用于特定的滑块/磁盘组合。按照上述本发明的实施例，仅产生图6b的磁道分布(如A(i))。对所述磁道分布微分，产生灵敏度分布(如B(i))，然后通过产生平均斜率(或平均)分布(C(i))使其平滑。平均分布(C(i))可以认为接近于理想灵敏度分布。“理想”灵敏度分布(C(i))和实际灵敏度分布(B(i))之间的差除以“理想”灵敏度分布就可以用来产生磁道配准不良分布(E(i))。如上所述，TMR分布可以转换成代表例如平均值或均方根的标度值，以便描述滑块的HDI。

可以在不增加或改动硬件的情况下实现本发明。可以利用标准DP测试仪(例如Guzik spinstand测试仪或KMY测试仪)中提供的软件来实现本发明。参阅图5，图中示出磁头磁盘干扰的测试***500。测试***500类似于本专业中已知的用于在所述实施例中进行磁盘驱动器组件的动态参数测试的那些***，测试***500包括带有待测试的滑块和磁盘(未示出)的主轴测试台501。并且提供测试装置510。在此实施例中，测试装置包括处理器511，后者按照以上的说明执行存储在存储器512中的代码，以便操纵主轴测试台501中的滑块并产生有关HDI的分布和标度值。

虽然已参考上述应用对本发明作了说明，但对优选实施例的说明并不能认为有限制的意义。应理解，本发明的各个方面都不限于此文提出的具体叙述、配置或尺寸，这些都应取决于各种原理和变量。对本专业中技术人员来说，在参阅本发明公开的内容后，所公开装置的形式上和细节上的各种修改以及本发明的其它变型，都是显而易见的。所以应认为所附权利要求书涵盖了属于本发明真正精神和范围内对所述实施例的任何这种修改和变更。

Claims (15)

1.一种测量磁头磁盘干扰的方法，所述方法包括：

在用于记录数据的磁盘上横过磁道的多个半径位置上产生对于磁头的磁道分布；

从所述磁道分布产生灵敏度分布；

从所述磁道分布产生理想灵敏度分布；

基于所述灵敏度和理想灵敏度分布，确定所述磁头相对于所述磁道的磁道配准不良分布。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述确定操作还包括：

基于所述灵敏度和理想灵敏度分布，产生垂直距离分布，其中所述垂直距离分布是所述灵敏度分布与所述理想灵敏度分布的近似值之间的差的绝对值；

从所述垂直距离分布和所述理想灵敏度分布，计算所述磁道配准不良分布。

3.如权利要求2所述的方法，其中还包括：

从所述磁道配准不良分布计算平均径向位置误差。

4.如权利要求2所述的方法，其中还包括：

从所述磁道配准不良分布计算均方根径向位置误差。

5.一种测量磁头磁盘干扰的方法，所述方法包括：

在用于记录数据的磁盘上横过磁道的多个半径上产生对于磁头的磁道分布，所述磁道分布包括对应半径的幅度；

从所述磁道分布产生斜率分布；

从所述斜率分布产生平均斜率分布；

从所述斜率和平均斜率分布产生垂直距离分布；以及

从所述垂直距离和平均斜率分布产生磁道配准不良分布。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述磁道分布代表所述磁盘上横过所述磁道的n个半径的读回信号幅度，以及所述斜率分布按B(i)＝A(i+1)-A(i)产生，式中A(i)是所述磁道分布，并且i＝1，...，n-1。

7.如权利要求5所述的方法，其中所述磁道分布代表所述磁盘上横过所述磁道的n个半径的读回信号幅度，所述平均斜率分布是基于以点m+1为中心的2m+1个数据点的，以及所述平均斜率分布按下式产生：

$C\left(i\right)=\frac{1}{2m+1}\·\underset{j=i-m}{\overset{j=i+m}{\mathrm{\Σ}}}B\left(j\right)$

式中i＝m+1，...，n-(m+1)，j＝i-m，i-m+1，...，i，i+1，...，i+m-1，i+m，所述斜率分布B(j)＝A(j+1)-A(j)，其中，A(j)为所述磁道分布。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述垂直距离分布按下式产生：

D(i)＝|C(i)-B(i)|

式中i＝m+1，...，n-(m+1)。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述磁道配准不良分布按下式计算：

E(i)＝S×D(i)/|C(i)|

式中S为在所述磁道上相邻半径之间的距离，且i＝m+1，...，n-(m+1)。

10.如权利要求9所述的方法，其中还包括：

按下式计算所述磁道配准不良分布的加权平均e：

$e=S\·\frac{\mathrm{\Σ}\left[|C\left(i\right)\·D\left(i\right)|\right]}{\mathrm{\Σ}[C\left(i\right)\·C\left(i\right)]}$

式中i＝m+1，...，n-(m+1)。

11.如权利要求9所述的方法，其中还包括：

按下式计算所述磁道配准不良分布的均方根ε：

$\mathrm{\ϵ}=S\·\sqrt{\frac{\mathrm{\Σ}[C^2\left(i\right)\·D^2\left(i\right)]}{\mathrm{\Σ}{C}^4\left(i\right)}}$

式中i＝m+1，...，n-(m+1)。

12.一种测量磁头磁盘干扰的测试***，它包括：

磁盘驱动器，它包括读出磁头和具有至少一个磁道用来记录数据的磁盘；

连接到所述磁盘驱动器的测试装置，所述测试装置在横过所述磁道的多个半径位置上产生读出磁头的磁道分布；从所述磁道分布产生灵敏度分布；从所述磁道分布产生理想灵敏度分布；以及基于所述灵敏度和理想灵敏度分布，确定所述磁头相对所述磁道的磁道配准不良分布。

13.如权利要求12所述的测试***，其中所述测试装置通过以下操作来确定所述磁道配准不良分布：基于所述灵敏度和理想灵敏度分布产生垂直距离分布，其中所述垂直距离分布是所述灵敏度分布与所述理想灵敏度分布的近似值之间的差的绝对值；并且从所述垂直距离分布和所述理想灵敏度分布来计算所述磁道配准不良分布。

14.如权利要求13所述的测试***，其中所述测试装置根据所述磁道配准不良分布来计算平均径向位置误差。

15.如权利要求13所述的测试***，其中所述测试装置根据所述磁道配准不良分布来计算均方根径向位置误差。

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