CN1087094C - 磁盘驱动器 - Google Patents

Abstract

在用于读取两个或多个多相位位置信息信号的磁盘驱动器中，产生一种这样的位置信号，该信号即使在具有不同相位的信号进行切换的切换点也总是连续的并具有优异的线性，以在道上的任意点对磁头进行准确定位。从以下公式计算各个取样时刻的N’信号和Q’信号N’信号＝N信号/(｜N信号｜²+｜Q信号｜²)^1/2Q’信号＝Q信号/(｜N信号｜²+｜Q信号｜²)^1/2从而使位置信号在N信号和Q信号之间的交点处得到归一化，且这些位置信息信号被连接，从而使磁头能够得到合适地定位。

Description

磁盘驱动器

本发明涉及磁盘驱动器的磁头位置检测，且更具体地涉及一种磁盘驱动器—它能够根据相对于通过位置的线性位置信号对磁头进行定位，其中该位置是通过切换一种信号而获得的，而该信号又是通过对两相或多相的多相伺服模式进行解调而获得的。

当磁盘驱动器读取或写入数据信息时，需要使磁头相对于同心形成的道在盘上得到准确的定位。

在现有技术中，一种感应式磁头被用于读取和写入操作。然而，为了提高道密度，必须增大从磁头再现的输出的电平。因此，利用MR效应的MR(磁电阻)磁头开始为此而得到使用。由于MR磁头只是专用于读取操作，所以它通常与用于写入的感应式磁头相结合，从而形成了读取/写入分离磁头。

图7是由MR读取磁头和写入磁头形成的读取/写入分离磁头9的一个例子。在此磁头中，形成有用于读取信息的读取间隙90和用于写入信息的写入间隙92，其每一个都沿着宽度方向延伸以跨过各个数据道。读取间隙90的长度短于写入间隙92，且其在长度方向上的中心相对于写入间隙92的中心有所偏离。这种偏离的量在图7中由d表示。

磁头9包括：为读取间隙90设置的读取元件(未显示)，用于利用一个MR元件来读取信息；以及，为写入间隙92设置的一个写入元件(未显示)，用于利用一个线圈来写入信息。磁头9被装在一个磁头支撑***(臂)的端部上，并被保持在与磁盘的记录表面相距一段距离的位置。

这种读取/写入分离磁头的一个问题是，如在例如JP-A-7-45020中公开的，由于读取磁头的中心因物理设置而从读取磁头的中心偏离了距离d，读取磁头在再现时必须从其记录时的位置偏离这一个量。为了解决这个问题，需要产生一种位置信号，该信号在大范围里具有优异的线性。

通常，在磁盘驱动器中，位置信息已经借助通常被称为伺服道写入器的一种装置而被预先写入到盘上，以指明磁头在盘上的位置。图2A和2B显示了记录在盘上的位置信息的一个例子。图2A是扇区伺服***的盘表面的示意图，且图2B是位置信息记录区的示意图，或图2A的部分M的放大。

位置信息通常是由一个A脉冲串部分42、一个B脉冲串部分43、一个C脉冲串部分44和一个D脉冲串部分45组成。该磁头位置由一个N信号或一个Q信号确定，而该N信号被定义为A脉冲串与B脉冲串之间的输出差，而该Q信号被定义为当磁头跨过各个脉冲串部分时C脉冲串与D脉冲串之间的输出差。如果例如读取磁头处于图2B中的位置41，则来自A脉冲串的输出等于来自B脉冲串的输出，或者N信号＝0，且来自C脉冲串的输出等于Q信号，或者Q信号＝来自C脉冲串的输出。

下面结合图3A、3B和3C来描述位置信号的相位切换和磁头位置与N、Q信号之间的关系。图3A显示了磁头位置与N、Q信号之间的关系。当读取磁头沿着盘的半径方向从位置41向例如图2B的右方逐渐移动时，来自A脉冲串的输出增大，但来自B脉冲串的输出减小。因此，N信号随着磁头的运动而逐渐增大。当读取磁头41进一步运动时，读取磁头41最终整个进入A脉冲串的宽度范围中—因为读取磁头41的宽度比道的间距窄，从而不再受到B脉冲串的影响。因此，N信号的波形在最大可周围具有平坦的峰，如图3A所示。由于C脉冲串和D脉冲串沿着盘的半径方向与A脉冲串和B脉冲串偏离1/2道间距地得到记录—如图2B所示，Q信号相当于沿着磁头位置的方向平行移动了1/2道间距的N信号。

其位置信号增益具有小的改变的N和Q信号的那些部分(信号的梯度)得到选择，并被连接在一起，以通过以下的众所周知的操作而产生位置信号。这种方法将结合图3B和3C来描述。

首先，把N信号的绝对值与Q信号的绝对值相比较，且选出较小的一个。此时，由于需要使选出的信号变成向右增大的直线，或者为了能够产生Ni信号和Qi信号(图3B)，符号被颠倒了。这里，N信号的绝对值等于Q信号的绝对值的点构成了位置信号的切换点。此时，如图3B所示地处于道间距中的Qi信号偏移了2Vo或-2Vo，从而使位置信号随着磁头在道间距中的运动而增大，且Qi、Ni信号能够得到连接以形成一个Qc信号—如图3C所示的位置信号。

以前，磁头位置是由上述方法所产生的位置信号表示的，且磁头根据该位置信号而得到控制以得到定位。然而，当采用读取/写入分离磁头时，在数据写入时读取磁头位置(点W)必须与数据读取时的读取磁头位置(点R)相偏离。因此，产生了以下将结合图4A和4B描述的问题。

图4A显示了N、Q信号之间的切换和磁头位置与位置信号之间的关系，且图4B显示了在相位切换点周围形成位置信号。参见图4A，由于点R与点W分开很多，发生了一种情况—其中磁头需要被定位在切换点(点CH)周围。由于点R在点CH之外，Q信号倒相且在N信号与Q信号之间的交点处的设计值或者2Vo两次被加到倒相的Q信号上，以产生位置信号Qc51。然后，借助该位置信号指定目前的磁头位置，且磁头得到定位从而使位置信号等于与目标位置相对应的电压Vr，或Qc＝Vr。

然而，在效果上，在N信号与Q信号的交点处的电压(Vch)由于磁头输出的变化而有时与设计值(Vo)不吻合。另外，由于道间距的变化，在各个扇区中电压Vch并不总是常数。这里，道间距的变化意味着当位置信息被伺服道写入器写入到盘上时，道中心46和道边界线47由于盘设备等等的振动而变为振动的，从而不能即使在同一个道的各个扇区中获得完全恒定的道间距。其结果，Q信号离开N信号的平行偏移量不是设计的1/2道间距。换言之，当图3A中所示的Q信号沿着磁头位置方向(左或右方向)移动时，在N信号与Q信号交点处的电压(Vch)不与设计值(Vo)相一致。

图4B显示了在切换点周围(图4A的部分P的放大显示)的位置信号。当Vo如所示地不等于Vch时，在N信号与Q信号之间的切换点(点CH)处位置信号是不连续的，且磁头定位精度因而在切换点CH周围被降低了，从而引起了问题。

在JP-A-7-45020中公开了，为了除去位置信号的非自然可变点，当利用从A、B、C和D脉冲串再现的A、B、C和D信号取代N信号和Q信号而直接产生位置信号时，检测从磁头再现的信号的偏移量，该偏移量被加到磁头和放大器上的电压的变化或环境温度的变化所改变。然而这种方法没有考虑位置信号由于道间距的变化而产生的不连续。虽然与再现的信号输出电平的偏移(沿着纵向方向的)有关的问题能够得到解决，当再现的信号波形由于道间距变化而沿着盘半径方向(横向或左右方向)而移动时，仍然发生不连续的问题。

根据本发明，由于N信号(＝A信号-B信号)或Q信号(＝C信号-D信号)被用作如后所述的位置信号产生的基础，A、B、C和D信号的偏移能够通过相减处理而被自动消除，因而不需要考虑再现信号输出的偏移量。

如上所述，由于当借助通常被称为伺服道写入器的装置在盘上记录位置信息时盘设备发生振动，因而即使在同一条道中道间距也不是恒定的。因此，只要电压与道间距之间的关系被保持为恒定，就不能在相位切换产生的位置信号中的切换点处保持连续性。

因此，本发明的一个目的，是提供一种磁盘驱动器，其中保证了即使当多相信号被切换时，位置信号在盘上沿着半径方向在包括切换点的所有位置处都是连续的，并保证了磁头在道上的任意点处的准确定位。

本发明的另一个目的，是通过不考虑磁头位置而用切换点处的电压来归一化位置信号，从而自动调节伺服增益。

本发明的再一个目的，是计算位置信号，以补偿由于MR磁头的再现灵敏度分布引起的N信号和Q信号的非线性。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，把一个功能加到盘驱动器上，该功能补偿各个取样时刻的N信号和Q信号值，从而用沿着盘半径方向的所有点处的N信号和Q信号交点处的电压来归一化位置信号。换言之，通过利用在各个取样时刻的由以下公式表示的N信号和Q信号值，而使N信号和Q信号得到了补偿：

N’信号＝N信号/(|N信号|²+|Q信号|²)             (1)

Q’信号＝Q信号/(|N信号|²+|Q信号|²)             (2)此时，当N信号＝Q信号时，公式(1)和(2)的计算结果或N’信号、Q’信号为

(一个预定值)。因此，如图4C所示，如果利用N’信号和Q’信号而使切换点的偏移量为 就总是能够产生连续的位置信号。

另外，由于位置信号利用N信号与Q信号之间的交点处的值得到归一化，伺服增益也能够同时得到自动调节。

另外，根据本发明，当通过利用泰勒展开式或泰勒级数而利用公式(1)和(2)进行计算时，给盘驱动器提供了这样一种功能，该功能通过改变泰勒展开式的系数而补偿了由于MR磁头的再现灵敏度分布而导致的N信号与Q信号的非线性。

图1是本发明的一个实施例的磁盘驱动器的示意图。

图2A和2B分别显示了记录在盘表面上的位置信息记录区和记录在盘上的脉冲串图形。

图3A、3B和3C分别显示了磁头位置与N、Q信号之间关系、N信号和Q信号的选择和倒相、以及连接Ni和Qc信号的部分以产生位置信号的方式。

图4A、4B和4C分别显示了为位置信号而在不同相位的信号之间的切换以及磁头位置与位置信号之间的关系、N、Q信号之间的切换点的附近的情况、以及根据本发明的在N’、Q’信号之间的切换点附近的情况。

图5显示了道间距变化。

图6A和6B分别是显示在根据本发明的盘驱动器中位置信号的测量的曲线图以及显示传统盘驱动器中的位置信号测量的曲线图。

图7是读取/写入分离磁头的结构的平面图。

以下结合附图详细描述本发明的一个实施例。图1是根据本发明的利用两相伺服信号的扇区伺服***的磁盘驱动器的位置控制***的设置框图。

在这种磁盘驱动器中当用于写入或读取的指令从一个中央处理单元(CPU)1被传送到盘控制器2时，盘控制器2向微处理器3提供一个指令，用于命令它把一个磁头9定位在一个指定点。用于定位磁头9的信号是从磁头9从位置信息记录区12再现的一个信号产生的。该位置信息具有如图2B所示的形式。当磁头9跨过A脉冲串部分42、B脉冲串部分43、C脉冲串部分44和D脉冲串部分45时产生的各个信号，通过一个读取/写入(R/W)集成电路(IC)15、一个自动增益控制(AGC)放大器16和一个全波整流电路18，而被提供给峰保持(P/H)电路19-22－这些电路随后分别产生A信号23、B信号24、C信号25和D信号26。这些A、B、C和D信号23、24、25和26被提供给运算放大器33、34，而运算放大器33、34随后产生N信号27和Q信号28，作为两相位置信息信号。N信号27和Q信号28通过一个A/D转换器29而被提供给微处理器3－其中一个补偿方程计算器30根据公式(1)和(2)来计算新的N’信号和Q’信号。一个位置信号线性化电路31与N’信号和Q’信号结合或连接在一起，以形成与磁头位置成线性关系并指明了磁头位置的位置信号。该位置信息如图2A所示地以恒定的间隔预先记录在盘11上。当磁头9依次跨过位置信息记录区12中的A、B、C和D脉冲串部分42、43、44和45时，如图1所示的A、B、C和D信号23、24、25和26与磁头跨过A、B、C和D脉冲串部分的时序同步地得到再现，且随后N信号27和Q信号28得到产生并从模拟形式转换成数字形式，从而以恒定的时间间隔得到取样。为了使磁头9能够根据来自盘控制器2的指令而跟随目标位置，执行了所谓的反馈控制—其中用于超前-滞后补偿的位置控制补偿滤波器32被用来计算并从现行磁头位置与目标位置之间的一个位置误差来产生一个受控变量，从而使位置误差能够被减小至零。该受控变量被一个D/A转换器4转换成模拟信号，并随后被提供给用于驱动音圈马达6的VCM驱动电路5，而音圈马达6控制一个磁头支撑臂8以对磁头9进行定位。在磁头9得到定位之后，它将来自写入电路14的数据写入到盘11的道上，或者从其读取数据并将该数据提供给一个读取电路17。

已经简要描述的本发明的盘驱动器。现在，将详细描述作为本发明的中心部分的补偿方程计算器30和位置信号线性化电路31。

图4C显示了在根据本发明的方法产生的切换点周围的位置信号(图4A中的部分P的放大图)。补偿方程计算器30从例如公式(1)和(2)来计算N’信号和Q’信号。由于N’信号和Q’信号是由在N信号和Q信号之间的交点处的电压归一化的信号，因而当N信号＝Q信号时，或者在切换点(点CH)处，它们总是变为恒定值

因此，位置信号线性化电路31进行控制，以使Q“＝Vr”，通过采用由

表示的线性化位置信号，而得到满足，从而使得磁头9即使在如图4C中的点R表示的切换点(点CH)周围，也能够得到准确定位。

图6A显示了当磁头9根据本发明的方法而被定位在切换点(点CH)周围时测量到的实验结果，且图6B显示了根据现有技术获得的结果。在图6A和6B中，横坐标表示时间，纵坐标表示1000个周期的位置信号的波形。根据本发明，从该波形可见，磁头9即使在切换点(点CH)周围也能够得到准确定位。

如上所述，本发明提出了一种方法，该方法用于归一化增益并使位置信号在多相伺服信号切换控制***的磁盘驱动器中的相位切换点处总是连续的。在此情况下，公式(1)和(2)在各个取样点都得到计算，从而当N信号＝Q信号时，N’信号(Q’信号)的值不论N信号和Q信号的值如何都是常数。

虽然在本发明中N’信号和Q’信号是从公式(1)和(2)计算出来的，也可以把以下的公式用于N’信号和Q’信号：

N’信号＝N信号/(|N信号|ⁿ+|Q信号|ⁿ)^1/n      (3)

P’信号＝P信号/(|N信号|ⁿ+|Q信号|ⁿ)^1/n      (4)其中n是一个任意的自然数。

另外，虽然在本发明中N信号27和Q信号28是利用运算放大器产生的，N信号27和Q信号28，也可以通过把再现的模拟A、B、C和D信号23、24、25和26从脉冲串部分转换成数字信号并通过用微处理器3对它们进行处理，而得到产生。另外，可以采用以下的归一化信号：

N信号＝(A信号-B信号)/(|A信号|+|B信号|)     (5)

Q信号＝(C信号-D信号)/(|C信号|+|D信号|)     (6)

另外，虽然在本发明中，为了简化的目的，切换点是N信号27与Q信号28之间的交点，或者N信号27等于Q信号28的点，但一般地该切换点是这样的点，即在该点N信号27的绝对值等于Q信号28的绝对值，并根据需要进行倒相处理和偏移处理，以连接N信号27和Q信号28。

另外，虽然在本发明的该实施例中两个具有不同相位的N、Q信号27、28被连接起来以形成位置信号，也可以把两或多个不同相位的位置信号连接起来以形成一个新的位置信号。因此，本发明不仅限于上述的实施例，而是可以以各种方式得到改变或修正。

当微处理器3执行公式(1)和(2)时，它们得到了近似计算，因为一个值的平方根是难于计算出来的。

以下描述公式(1)和(2)对该部分的近似计算，

Z＝1/(|N信号|²+|Q信号|²)^1/2        (7)该N信号和Q信号以下将分别用N和Q来表示。

公式(7)的泰勒展开式给出

Z＝{1/(|N|+|Q|)}/ $\sqrt{\left\{{1-2\·\left|N\right|\·\left|Q\right|/\left(\right|N|+|Q\left|\right)}^2\right\}}-----\left(8\right)$

{1/(|N|+|Q|)}×

(1+δ+3/2×δ²+…)                 (9)该表达式只包括相加或相减和多次项。在公式(9)中，δ被表示为

δ＝|N|·|Q|/(|N|+|Q|)²            (10)

虽然公式(7)的泰勒展开式能够有多种不同的方式，本发明保证了，由于在公式(10)中的δ的分母和分子的量级与N和Q相同，当|N|＝|Q|时，不论N和Q的值如何，δ都是常数，且即使在近似计算中，当|N|＝|Q|时N’和Q’都是常数。

另外，如果采用MR头等等，N和Q的线性由于头的再现灵敏度分布而有所减小。在此情况下，如果参数P1、P2、……被用来代替泰勒展开式系数以给出其中P1、P2、……得到调节的以下表达式：

Z{1/(|N|+|Q|)}×

(1+P1×δ+P2×δ²+…)              (11)则能够使位置信号为保持连续并使其线性得到改善。

另外，作为另一种方法，可以利用牛顿法，通过重复计算来解出以上方程。为了找到表达式 $X=1/\sqrt{C}-----\left(12\right)$ 中的X—其中C为|N|²+|Q|²，利用牛顿法通过重复计算而解出了方程

X²-1/C＝0    (X＞0)                (13)作为实际计算的结果，已经证实了通过执行四或五次的重复计算，可以达到收敛。

不借助微处理器3进行上述的近似计算，而是把用外部计算机计算出的结果列成表并参照该表进行线性插值，也是实际而有效的。

虽然以上的描述是参照公式(1)和(2)而进行的，泰勒级数和利用牛顿法的重复计算当然对于广义的公式(3)和(4)也是适用的。

根据该实施例，即使在N信号和Q信号相切换的点处，位置信号也保持为连续，且因而磁头能够在沿着半径方向的任意点处得到准确定位。

另外，位置信号的线性能够通过调节位置信号方程中的参数而得到改善，因而磁头能够在沿着半径方向的任意点处得到准确定位。

另外，由于位置信号即使当来自磁头的再现或读取信号的电压电平由于加在磁头和放大器上的电压的变化而改变时也不改变，该磁头能够在沿着半径方向的任意点处得到准确定位。

Claims (9)

1.一种用于磁盘的磁盘驱动器，该磁盘具有在其上写入的用来对读取/写入分离磁头进行定位的多相位脉冲串图形，所述磁盘驱动器包括：所述读取/写入分离磁头、用于从所述图形解调多相位的多个位置信息信号的装置、用于对所述多个多相位位置信息信号进行取样的装置、用于利用所述取样的多个多相位位置信息信号作为计算数据以计算一个位置信号的处理器、以及用于根据所述位置信号驱动所述读取/写入分离磁头的驱动电路，其特征在于：所述处理器包括补偿方程计算器和位置信号线性化电路，它们利用取样的所述多个多相位位置信息信号作为计算数据，计算各个取样时刻的所述位置信号，从而使所述位置信号在从一个相位切换至另一个相位的切换点处连续，使所述读取/写入分离磁头根据计算结果而得到定位，该计算是所述位置信号在所述切换点处的值被自动归一化成一个预定值。

2.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于：所述读取/写入分离磁头在所述切换点处得到定位的情况下的所述位置信号的分布，基本上等于所述读取/写入分离磁头被定位在所述切换点以外的点处的情况下的分布。

3.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于：所述补偿方程计算器进行如下计算，即，当所述多个多相位位置信息信号为N信号和Q信号时，且当n是一个任意自然数时，用以下表达式计算在各个取样时刻的所述位置信号

1/(|N信号|ⁿ+|Q信号|ⁿ)^1/n，且所述磁头根据计算结果而得到定位。

4.根据权利要求3的磁盘驱动器，其特征在于：在所述补偿方程计算器的计算中，所述表达式是通过应用泰勒级数并用δ＝|N|·|Q|/(|N|+|Q|)²作为变量来计算幂(|N信号|ⁿ+|Q信号|ⁿ)的根，而计算出来的，其中n等于2或更大。

5.根据权利要求4的磁盘驱动器，其特征在于：在所述补偿方程计算器的计算中，所述展开泰勒级数中的泰勒展开系数得到补偿，以改善所述位置信号的线性。

6.根据权利要求3的磁盘驱动器，其特征在于：在所述补偿方程计算器的计算中，所述表达式是利用牛顿法进行重复计算以计算出幂(|N信号|ⁿ+|Q信号|ⁿ)的根和除法计算而计算出来的。

7.根据权利要求3的磁盘驱动器，其特征在于：在所述补偿方程计算器的计算中，所述表达式的计算结果被预先制成表，且所述表得到参照以代替对所述表达式的计算。

8.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于：所述读取/写入分离磁头包括一个感应式磁记录磁头和一个磁电阻读取磁头，且所述多相位图形由所述磁电阻读取磁头读出。

9.根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于：所述处理器还包括用来减小磁头位置误差的位置控制补偿滤波器。

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