CN1591583A - 在盘驱动器中利用伺服脉冲信号定位头的方法与设备 - Google Patents

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    • G11B5/48—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed
    • G11B5/58—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed with provision for moving the head for the purpose of maintaining alignment of the head relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
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Abstract

本发明公开一种利用记录有伺服数据的盘的盘驱动器，其中，在头定位控制中，CPU(20)利用伺服脉冲计算结果和道上控制时与目标柱面间的差值执行控制以定位头。

Description

在盘驱动器中利用伺服脉冲 信号定位头的方法与设备
技术领域
本发明一般地涉及盘驱动器，特别涉及利用伺服数据定位头(head)的控制技术。
背景技术
一般来说，在以硬盘驱动器为代表的盘驱动器中，利用记录在盘介质(后文中将简称为盘)上的伺服数据执行控制(伺服控制)以定位头。
伺服数据粗略分为用于识别形成于盘上的每一轨道(柱面)的轨道柱面码、和用于检测头在轨道上的位置的伺服脉冲信号。
作为盘驱动器的主控制设备的微处理器(CPU)有选择的通过轨道柱面码检测绝对位置和通过伺服脉冲信号检测相对位置，用于检测一个所谓的总头位置。CPU基于所检测的头位置执行将头移动到目标轨道的寻道控制、以及将头定位于所述目标轨道上的道上控制(或轨道跟随控制)。
另外，CPU切换用于在寻道控制或道上控制时检测头位置的位置计算。因此，就出现了诸如伴随位置计算的切换的瞬时响应问题。存在的一个问题是：为计算出头在轨道上的位置信息，在利用伺服脉冲信号进行位置计算(后文将称之为伺服脉冲计算)过程中，很难在很宽的范围内保持其线性(例如，参阅日本专利申请公布No.11-195280)。
解决在伺服脉冲计算中，尤其在进行道上控制时的瞬时响应问题，或是在控制盘的头定位中保持其线性的问题是困难的。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种盘驱动器，包括若干装置用于实现在道上控制时利用盘柱面码和伺服脉冲信号执行位置计算来完成头定位控制。
所述盘驱动器包括：头，用于在记录着包含轨道柱面码和伺服脉冲信号的伺服数据的盘介质上执行数据的读操作和写操作；致动装置，头安置于其上，用于在所述盘介质的径向上移动头；第一伺服计算单元，用于执行伺服脉冲计算以利用在将头定位在目标轨道柱面码所指定的轨道上的道上控制时由头再现的伺服脉冲信号计算头位置误差；第二伺服计算单元，用于依照在道上控制时由头再现的轨道柱面码计算目标柱面与当前柱面的差；以及控制器，用于利用所述伺服脉冲计算的结果和所述差值驱动/控制致动装置执行头的道上控制。
附图说明
包含于并构成了说明书一部分的附图阐明了本发明的具体实施方式，并且与上面给出的发明内容和下面将要给出的实施例的细节描述一起，阐释了本发明的原理。
图1示出了根据本发明一实施例的盘驱动器主要部分的方框图；
图2A和2B示出了根据本发明的实施例的盘格式的图示；
图3为根据本发明的实施例的道上控制的说明性视图；
图4-8为根据本发明的实施例的伺服脉冲计算方法的说明性视图；
图9为根据本发明的实施例的表信息的说明性视图；
图10示出了根据本发明的实施例的头定位控制过程的流程图；
具体实施方式
本发明的具体实施例将在下面参考附图进行描述。
(盘驱动器的构成)
图1示出了根据本发明的实施例的盘驱动器的主要部分的方框图。
该盘驱动器包括：主轴电机(SPM)11；用于转动盘10；头12；用于读/写数据；以及致动装置13，头12被安置于其上。所述致动装置13由一个音圈电机(VCM)14驱动来带动头12在盘10上沿径向移动。SPM 11和VCM 14分别由SPM驱动器27和VCM驱动器15来驱动。
另外，该盘驱动器还包括头放大器16、读/写(R/W)通道17、盘控制器18、和微处理器(CPU)20。
头放大器16在头12和读/写通道17之间传送读/写信号。头放大器16放大由头12读取的伺服信号(记录在盘10上的伺服数据)，以向读/写通道17发送该信号。读/写通道17执行伺服和数据信号的信号处理(编码或解码)。盘控制器18具有盘驱动器与主机***之间的接口功能，并利用缓冲存储器19控制读/写数据的传递。
CPU 20是所述驱动器的主控设备，并且执行存储在ROM 24中的程序，或是根据本实施例，利用RAM 23作为工作存储器执行头定位控制。
CPU 20输入一个格雷码(轨道柱面码扇区码)，该格雷码包含在由读/写通道17输出的经由模拟/数字(A/D)转换器22转换的伺服信号中。CPU 20从伺服处理电路21输入下文中描述的伺服脉冲计算的结果。伺服处理电路21利用包含在由读/写通道17输出的伺服信号中的伺服脉冲信号执行伺服脉冲计算。
CPU 20利用格雷码和伺服脉冲计算的结果执行头定位控制，并通过数字/模拟(D/A)转换器26提供用于控制VCM 14的操作控制值到VCM驱动器15。CPU 20通过数字/模拟(D/A)转换器25提供用于控制SPM 11的操作控制值到SPM驱动器27。
(盘格式)
如图2A所示，记录着伺服数据的伺服区100以预先定义好的间隔沿盘10的圆周方向排列。另一方面，包含各自的伺服区100的大量的轨道(柱面)110沿盘10的径向构成。大量用于记录用户数据的数据扇区排列在每一轨道110上的各伺服区100之间。
如图2B所示，记录在伺服区100上的伺服数据由以下几部分组成：前同步码200，伺服标记210，格雷码220，伺服脉冲信号230，和填充240。格雷码220包括用于标识轨道的轨道柱面码和用于标识数据扇区的扇区码。如图3所示，伺服脉冲信号230是用于检测头在轨道上的位置的信号，它由比如说四相脉冲A-D构成。
(头定位控制)
根据本实施例的头定位控制将在下面参考图3-10进行描述。图10示出了根据本实施例由CPU 20执行的头定位控制过程的流程图。
首先，当将要进行读/写访问的目标轨道被从盘10的众多轨道中指定后，CPU 20执行寻道操作(寻道控制)将头12移到目标轨道(步骤S1)。在寻道控制中，CPU 20执行计算来计算出目标轨道的轨道柱面码(目标柱面)和由头12读出的轨道柱面码(当前轨道位置)之间的差值。通过计算获得将头12移到目标柱面所要移动的距离。
当头12移到目标柱面时，CPU 20从寻道控制转换到轨道控制(步骤S2，S3中的“是”)。这里，即使在执行寻道操作时，CPU 20仍然会利用伺服脉冲计算结果检测头12在轨道上的位置，并且在头12被定位到轨道中心时获取轨道柱面码。
这里，将参考图3描述利用伺服脉冲计算检测头12的位置的方法。
图3中，N-1，N，N+1分别代表对应于轨道柱面码为N-1，N，N+1的轨道的中心位置，Tp代表轨道间距(轨道范围)。此外，A，B，C，D代表指示由头12读出并取样保持的伺服脉冲信号(A至D)的输出值(幅值)。
如图3所示，当头12位于轨道N的位置X2到X4附近时，CPU20从伺服脉冲计算″(A-B)/(A+B)″规格化的计算结果中计算出位置信息(偏离轨道中心位置X3的位置误差值PE)。
这里，通常，轨道间距Tp与头12的宽度Tw之间的关系为″Tp＞Tw″。因此，当头12位于位置X5附近时，对应于脉冲B的头输出值恒定为0。因此，CPU 20对于头12的位置变化并不敏感，不能获得正确的位置信息(偏离中心X3的位置误差值PE)。因此，CPU 20利用脉冲C，D执行伺服脉冲计算″(C-D)/(C+D)″，并从计算结果中得到基于位置X5的位置信息。
图4示出了头位置和伺服脉冲计算结果之间的关系。
然而，由伺服脉冲计算得到的位置信息要比实际位置变化量大，这是因为头宽度Tw小于轨道间距Tp。因此，CPU 20将信息乘以将伺服脉冲信号变换为位置信息的位置变换系数K，从而修正该信息。也就是说，CPU 20执行伺服脉冲计算″((A-B)/(A+B)×K)″来获取正确的位置信息(偏离中心X3的位置误差值PE)。
再有，近些年来，在盘驱动器中，头12包含了将读头和写头区分开的结构。图5示出了当位置变换系数K是真值时，头位置和位置信息之间的关系。在这一理想状况中，CPU 20以这样一种方式切换伺服脉冲计算(50，51)，即从位置X4看，当目标位置是在位置X3一侧时使用脉冲A，B，而当目标位置是在位置X5一侧时使用脉冲C，D。
另一方面，当该位置变换系数偏离该真值，例如如图6所示的情况，当将要用到的脉冲被切换后，头会偏离实际位置一定距离，产生一个瞬时响应，并使定位控制变得不稳定(60，61)。从而，为了消除伺服脉冲计算切换时位置信息的不连续性，CPU 20附加权重到脉冲A，B和脉冲C，D的均值中，并且改变该权重。
具体的来说，例如，由于脉冲C，D在脉冲A，B的中间附近饱和，所以脉冲C，D的权重减小。在脉冲A，B和脉冲C，D的中间附近，这些权重被设为彼此相等。
也就是说，CPU 20执行伺服脉冲计算″PE＝αAB+(1.0-α)CD″。这里，″AB″表示从脉冲A，B得到的距离轨道中心的位置偏移量，″CD″表示从脉冲C，D得到的距离轨道中心的位置偏移量。权值α满足″0.0≤α≤1.0″
权值α由一个以|AB|和|CD|的比值的函数f确定。也就是说，可以建立如下的关系方程(1)，(2)：
α＝f(0.5x|AB|/|CD|)                        ...(1)，
当|AB|≤|CD|时，
α＝f(1.0-0.5x|CD|/|AB|)               ...(2)，
当|AB|＞|CD|时。
再有，f(x)的定义域为″0.0≤x≤1.0″，函数值由图7中的表70，71给出。一个典型值为″f(0.0)＝1.0″。当头12位于脉冲A，B的中间附近时，使用|AB|。当″f(0.5)＝0.5″，并且|AB|与|CD|实质上相等时，使用|AB|与|CD|的均值。当″f(1.0)＝0.0″，并且头12位于脉冲C，D的中间附近时，使用|CD|。
其它值是填补上述取值的连续的值。当使用图7中的表70时，脉冲A，B或脉冲C，D中心附近的位置信息仅仅只从AB或只从CD得到。脉冲A，B或脉冲C，D边界附近的位置信息从AB，CD的均值得到。这里，由于均值权重连续变化，因此不会在切换及类似过程中产生任何瞬时响应。在脉冲饱和的区域中，权重变化到另一不饱和的脉冲，因此无须考虑饱和的影响。
图8示出了利用加权平均(图7中的表71)时头位置与位置信息之间的关系。这一关系并不构成完全的直线，因为加权表有轻微的变化，并且该关系受到AB中心附近或是CD中心附近其它脉冲的影响。为减轻该影响，一个类似于图7中表70那样的突变表是有效的，但这会带来产生瞬时响应的可能性。因此，加权表的选择应该在充分考虑了实际应用中头的特性之后进行。
当实际位置偏移量与由头径向电磁转换特性带来的波动所得到的位置信息不匹配时，有很多预先准备好的加权表可以做为备选，这些表是依照头的固有差异选择的。这些表被构造成这样一种形式，使得实际位置偏移量与位置信息相匹配，并由此会增强获取的位置信息的线性。
依照上述方法，获得了具有良好线性的伺服脉冲计算结果，并且位置可以在特定范围内被正确的控制。这里，在所述具体实施例中，当如图10所示由寻道控制变换到道上控制时，都假定位置控制中头12跨越轨道(柱面)。
这里，CPU 20利用图9所示的表信息执行伺服脉冲计算(步骤S4)。要说明的是表信息中的系数″G″是与一个轨道(柱面)的增益相关的系数(例如，2048)。
CPU 20计算目标柱面与由头12所读取的轨道柱面码(当前轨道位置)之间的差值(步骤S5)。本差值对应柱面距离(柱面数)，即从头所处的轨道位置到作为目标柱面的目标轨道之间的距离。
当计算所得差值为″0″时，CPU 20根据上面描述的伺服脉冲计算所得的伺服脉冲计算结果控制致动装置13执行位置控制来将头12定位在目标轨道的中心(在步骤S6，S7中的″是″)。
另一方面，当计算所得差值不为″0″时，CPU 20根据对应于表信息中的差值(柱面距离)和符号的伺服脉冲计算方法执行位置控制来将头12定位在目标轨道中心(在步骤S6，S8中的″否″)。这里，符号标示了头12的轨道位置相对于目标柱面的目标轨道是处于内侧还是外侧。
这里，CPU 20约束了道上控制时到目标柱面的差值。在当前的轨道柱面码传输一个采样之前，CPU可以修正过去的伺服数据，或者可以执行另外的处理。
如上所述，根据该具体实施例，当头12在道上控制中跨越轨道时，针对伺服脉冲计算结果执行加或减所述差值的计算作为到目标柱面的距离，因此不仅在轨道范围内，而且可以在很宽的范围内实现位置控制。换句话说，通过加/减对于伺服脉冲计算结果具有良好线性的柱面码，能够提供一种采用统一化方程在宽范围内实现有效的位置控制的伺服脉冲计算方法。
尤其是同时利用轨道柱面码和道上控制时的伺服脉冲信号执行位置计算时，头定位控制可以消除伺服脉冲计算中的瞬时响应或是保证线性的实现。
附加的优点和修改对本领域的普通技术人员而言是显而易见的。因此，本发明更广泛的方面并不局限于在此示出的并描述的具体细节和典型的实施例。因此，在不背离由附随的权利要求及其等同物所定义的通用发明概念的精神和范围下，可以作出各种修改。

Claims (10)

1.一种盘驱动器，具有头(12)，用于对记录有包含轨道柱面码和伺服脉冲信号的伺服数据的盘介质(10)执行数据的读操作和写操作；以及
致动装置(13)，其上安装有所述头(12)，并且在所述盘介质(10)上沿径向移动所述头(12)；
其特征在于包含：
第一伺服计算单元(20，21)，用于利用在道上控制时由头再现的伺服脉冲信号执行伺服脉冲计算以计算头的位置误差，从而将头(12)定位在目标轨道柱面码所指定的轨道上；
第二伺服计算单元(20)，用于根据在道上控制时由头(12)再现的轨道柱面码计算目标柱面和当前柱面的差值；以及
控制器(20)，利用伺服脉冲计算的结果和所述差值驱动/控制致动装置(13)来执行头(12)的道上控制。
2.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，控制器(20)利用基于作为第二伺服计算单元计算的差值的柱面距离，相对于第一伺服计算单元计算的伺服脉冲计算结果加上所述差值的相加结果，执行道上控制。
3.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，控制器(20)使用包括采用伺服脉冲计算结果和与作为差值的柱面距离有关的差值的方程组的表信息，并且利用表信息得到的方程执行道上控制。
4.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，控制器(20)将第二伺服计算单元计算得出的差值约束在一个范围内，并利用第一伺服计算单元计算的伺服脉冲计算结果加上在该范围内的该差值的加法结果执行道上控制。
5.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，第二伺服计算单元和控制器由微处理器构成。
6.一种应用于盘驱动器中的头定位控制方法，所述盘驱动器包括：头，用于对记录有包括轨道柱面码和伺服脉冲信号的伺服数据的盘介质进行数据读操作和写操作；致动装置，其上安装有所述头，并且在盘介质上沿径向移动所述头；所述方法的特征在于包括以下步骤：
利用道上控制时由头再现的伺服脉冲信号执行伺服脉冲计算以计算头的位置误差，从而将头定位到目标轨道柱面码所指定的轨道上；
依照道上控制时由头再现的轨道柱面码来计算目标柱面与当前柱面间的差值；以及
利用伺服脉冲计算的结果和所述差值驱动/控制致动装置执行头的道上控制。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，道上控制的执行步骤包括：利用基于作为所述差值的柱面距离相对于伺服脉冲计算结果加上所述差值的相加结果，执行道上控制。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，道上控制的执行步骤包括：利用包含采用伺服脉冲计算结果和与作为差值的柱面距离有关的差值的方程组的表信息；并利用由表信息得到的方程执行道上控制。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，道上控制的执行步骤包括：限制差值在一个范围内；并利用该范围内的差值与伺服脉冲计算结果的求和结果执行道上控制。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：依照由头再现的轨道柱面码驱动/控制致动装置；并在道上控制之前执行寻道控制，将头移到目标柱面。
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