專利名稱：讀/寫磁頭加熱器中基于恒定功耗的磁盤驅(qū)動飛高控制的制作方法
讀/寫磁頭加熱器中基于恒定功耗的磁盤驅(qū)動飛高控制 技術領域0001本發(fā)明涉及磁存儲介質(zhì)驅(qū)動器的控制電路領域，更具體地，涉及這些驅(qū)動器中包含讀/寫磁頭加熱器的飛高控制電路。
技術背景0002高性能而又較廉價的電子系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展很大程度上得益于非 易失性數(shù)據(jù)存儲技術的進步。當然，用于非易失性數(shù)據(jù)存貯的"主力(workhorse)"技術一直是磁盤驅(qū)動器。磁盤驅(qū)動器在電子系統(tǒng)中得到 廣泛應用，包括大型網(wǎng)絡服務器，桌面工作站，便攜式電腦，甚至諸如 便攜式數(shù)字音頻播放器的現(xiàn)代手持設備中。0003正如本領域眾所周知，近年來傳統(tǒng)的磁盤驅(qū)動器在每兆位成本 減少的情況下，容量得到顯著增加。這一容量增加與數(shù)據(jù)可以存儲在磁 盤媒介中的密度的提高直接相關。磁盤驅(qū)動器技術的進步減少了可靠且 可提取地沿磁盤表面的一個磁軌存儲一個比特所需的表面面積，也減少 了相鄰磁軌之間的間S&。每個存儲單元的活動磁盤表面面積的減少很大 程度上已經(jīng)通過磁感應器的大小和精度的相應較少得以實現(xiàn)，此磁感應 器影響磁盤驅(qū)動器的讀/寫操作。0004在傳統(tǒng)的磁盤驅(qū)動器中，所存數(shù)據(jù)的讀和寫是通過近磁場 (near-field)的磁化過程進行的。為了寫入數(shù)據(jù)，磁盤表面的鐵磁區(qū)域 通過施加很靠近磁盤表面的磁場選被擇性地定向。 一種傳統(tǒng)類型的寫傳 感器，或"磁頭"，是眾所周知的感應式寫入器，其包括一塊帶有間隙 的電磁鐵，以便可以將其放置在磁盤表面附近。電磁鐵被選擇性地通電 以便在間隙中建立足夠強的磁場以在磁盤表面地址位置來定義所希望極 性的磁場轉(zhuǎn)變模式。通過檢測由這些磁轉(zhuǎn)變模式建立的磁場的極性來從 磁盤讀取數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的讀傳感器包括由電磁鐵組成(可能使用同樣的電 磁鐵寫入數(shù)據(jù))的感應頭，其中由磁盤表面的磁場感應出電流。最近， 磁阻(MR)讀磁頭具有隨著磁場的極性而變化的電阻，已經(jīng)開始流行起來。0005在現(xiàn)代磁盤驅(qū)動器中，讀/寫磁頭安裝在磁頭懸架組件(HGA) 懸架末端的滑塊內(nèi)。柔性HGA懸架附著在激勵器上，激勵器包括所謂的"音圈"馬達，"音圈"馬達將磁頭固定在磁盤表面所希望的徑向位置 上。旋轉(zhuǎn)磁盤表面和滑塊之間的相對運動在滑塊上產(chǎn)生一個舉升力(lifting force)，建立了滑塊滑過磁盤表面的氣墊面(ABS)。典型地， 磁頭位于滑塊的后緣(trailing edge)，后緣一般比滑塊的前緣更靠近磁 盤表面。0006與這些近磁場機構(gòu)相連，當磁換能器(讀/寫磁頭)和磁化的磁 盤表面之間的距離減小時，磁場強度呈指數(shù)級增加。因為所存數(shù)據(jù)的信 號強度依賴于磁場強度，所以對于一給定位誤差率(BER)，磁盤表面 每單位面積的數(shù)據(jù)存儲密度較強地依賴于磁頭和磁盤表面之間的距離。 因此，由讀/寫磁頭和磁盤表面之間的氣墊面(ABS)維持的間隔，即本 領域所指的磁頭"飛高(fly height)"，是磁盤數(shù)據(jù)容量中的一個重要參 數(shù)。在現(xiàn)代常規(guī)的磁盤驅(qū)動器中，飛高的意思類似于幾納米的數(shù)量級， 這使得能通過現(xiàn)代磁盤驅(qū)動器獲得非常高的數(shù)據(jù)密度。0007然而，低的飛高往往增加磁盤表面和讀-寫磁頭的磨損。在極低 的飛高情況下，磁盤表面相當小的凸凹不平可能引起滑塊和磁盤表面之 間的接觸，耗盡并分解潤滑油，導致滑塊和磁盤表面都受磨損，并產(chǎn)生 源于磨損顆粒的污染物，在某些情況下，導致磁頭粘附在與磁盤表面相 接觸的位置。0008磁盤驅(qū)動制造商因此面臨著，在決定讀/寫磁頭所希望的飛高時， 一方面是磁盤驅(qū)動器耐用性，另一方面是數(shù)據(jù)密度和BER之間的折中。 能夠控制飛高的精度因此是在磁盤驅(qū)動器可靠性約束范圍內(nèi)，最大化數(shù) 據(jù)密度并最小化BER的重要因素。0009尤其在最近幾年，飛高很大程度上依賴于感應寫磁頭的磁極溫 度。已知通過感應寫磁頭傳導的寫入電流導致電阻變熱，并因此使讀/寫 磁頭的磁極熱膨脹， 一般從滑塊向磁盤表面凸起的電磁磁極中很明顯。 現(xiàn)代磁盤驅(qū)動器利用寫磁頭磁極的熱膨脹獲得低的飛高，并控制飛高。 在這點上，眾所周知磁盤驅(qū)動器讀/寫磁頭的滑塊內(nèi)包括用作電阻加熱器的電阻，以便電磁磁極的熱膨脹致使(電阻)凸向磁盤表面，減小飛高。 美國專利第5， 991， 113號描述了這樣一個電阻加熱器的示例。0010作為進一步的背景，美國專利申請公開第US2005/0105204號描 述了一種飛高控制器，其在進行讀和寫操作時，施加不同的驅(qū)動級別到 電阻加熱器上。這些不同的加熱器驅(qū)動級別考慮了相對于在讀操作期間 傳導通過磁頭的電流，在寫操作期間驅(qū)動感應寫磁頭的電流的增加，從 而使滑塊的加熱增加。0011傳統(tǒng)的使用讀/寫磁頭組件上的電阻加熱器的飛高控制器受電阻 加熱器兩端的電壓或者流經(jīng)電阻加熱器的電流的反饋控制而工作。對于 前幾代磁盤驅(qū)動器，按這種方法，控制電阻加熱器的驅(qū)動是足夠的。然 而，當所需數(shù)據(jù)密度繼續(xù)增加時，隨著磁盤驅(qū)動器繼續(xù)小型化的需要， 要求對飛高控制更精確。發(fā)明內(nèi)容0012本發(fā)明提供用于精度已提高的磁盤驅(qū)動器飛高控制的裝置和方 法。OOB
一方面，電阻加熱器的電阻變化被補償。另一方面，由磁盤驅(qū) 動器讀/寫磁頭耗散的功率受到精確控制，而不管電阻加熱器的瞬時電阻。 另一方面，實施例可以容易地實現(xiàn)到現(xiàn)代前置放大器結(jié)構(gòu)中。0014本發(fā)明可以在磁盤驅(qū)動器的飛高控制器中實現(xiàn)，其中施加到讀/ 寫磁頭電阻加熱器的電流和電阻加熱器兩端的電壓都被檢測。相當于所 測電壓和所測電流乘積的反饋信號被產(chǎn)生，并施加于誤差放大器，誤差 放大器反過來調(diào)節(jié)至電阻加熱器的驅(qū)動信號。通過電阻加熱器的恒定功 率耗散可以因此得以保持。


0015圖l是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例構(gòu)造的，包括硬盤驅(qū)動器子系統(tǒng) 和控制電路的計算機系統(tǒng)的電路框圖。0016圖2是圖1的計算機系統(tǒng)中部分硬盤驅(qū)動器結(jié)構(gòu)的平面圖。0017圖3是圖l的系統(tǒng)中讀/寫磁頭組件結(jié)構(gòu)的橫斷面圖。0018圖4是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例構(gòu)建的，圖l系統(tǒng)中飛高控制器 的電路框圖。0019圖5是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例構(gòu)建的，圖4的飛高控制器中反 饋乘法器電路的電路原理圖。
具體實施方式
0020本發(fā)明是在實施到用于電子系統(tǒng)的磁盤驅(qū)動器系統(tǒng)例如計算機 或諸如數(shù)字音頻播放器的手持設備的示意性實施例的背景中描述的。然 而，可以認為，本發(fā)明可用于本說明書所示出和描述之外的其他應用中。 因此，以下描述僅作為示例提供，并不作為限制。0021圖1示出了實施本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的電子系統(tǒng)的示例。 正如以上提到的，廣泛多樣的現(xiàn)代系統(tǒng)利用磁盤驅(qū)動器，這些系統(tǒng)的規(guī) 模范圍從大規(guī)模網(wǎng)絡設備到手持數(shù)字音頻播放器，具有個人計算機和工 作站以及這兩極端之間的其他系統(tǒng)。圖1中，主機系統(tǒng)2通常代表包括 磁盤驅(qū)動器的特定系統(tǒng)的主機功能。在這個一般性描述中，主機系統(tǒng)2 以傳統(tǒng)方式實現(xiàn)，其包括合適的中央處理器(CPU)，隨機存儲器(RAM)， 視頻，章.頻卡或功能，網(wǎng)絡接口容量，以及類似物。在這個示例中，主機 系統(tǒng)2連接(經(jīng)主機適配器或其他類似功能)到與磁盤驅(qū)動控制器5相 連的系統(tǒng)總線B上。總線B可以根據(jù)傳統(tǒng)標準實現(xiàn)，其示例包括增強型 電子集成驅(qū)動器(EIDTE)標準或者小型計算機系統(tǒng)接口 (SCSI)標準。 其他磁盤存儲設備(硬盤控制器，軟盤控制器等)和其他外設也可以與 總線B相連，正如所期望的和以傳統(tǒng)方式實現(xiàn)的那樣。0022控制器5是本領域已知的傳統(tǒng)磁盤驅(qū)動器。在現(xiàn)代磁盤驅(qū)動器 中，其中，電子驅(qū)動器以磁盤驅(qū)動器的形式實現(xiàn)，而不是作為主機系統(tǒng)2 本身的控制器實現(xiàn)，控制器5在磁盤驅(qū)動器封裝內(nèi)的印刷電路板上實現(xiàn)。 可替代地，以大規(guī)模系統(tǒng)為例，控制器5可以在主機系統(tǒng)2中實現(xiàn)。在 圖1的一般化方框圖中，出于清晰目的考慮，控制器5的組件按照其功 能而不是其物理集成電路示出。用來實現(xiàn)磁盤驅(qū)動控制器，例如控制器5 的典型集成電路包括數(shù)字信號處理器(DSP)，只讀存儲器(ROM)和 隨機存儲器(RAM)，其它如閃存RAM的非易失性存儲器，與總線B相連的接口電路，以及其他特定邏輯電路。功能上，控制器5包括數(shù)據(jù)通道4，它與總線B接口并影響在磁盤磁頭組件20中的前置放大器10 來回通信數(shù)據(jù)的功能。數(shù)據(jù)通道4也與伺服控制器6通信，伺服控制器6 也可以包括解調(diào)功能。伺服控制器6依次與運動和功率控制器8通信， 運動和功率控制器8驅(qū)動音圈馬達12和磁盤磁頭組件20上的主軸馬達 14。0023磁盤磁頭組件20包括電子元件和機械元件，其包含在磁存儲數(shù) 據(jù)的讀和寫中。在此例中，磁盤磁頭組件20包括具有鐵磁表面(優(yōu)選雙 面)的一個或更多個磁盤18，其在主軸馬達14的控制下圍繞其軸旋轉(zhuǎn)。 多個讀/寫磁頭組件15a、 15b通過驅(qū)動器17可移動。因此，來自控制器 5中的運動和功率控制功能元件8的信號控制主軸馬達14和音圈馬達12， 以便驅(qū)動器17放置讀/寫磁頭組件15a和15b在磁盤表面18所希望的位 置從而讀寫所要求的數(shù)據(jù)。0024圖2進一步詳細地示出與聯(lián)合讀/寫磁頭組件15相關的一個磁盤 表面18的物理布置。在此例中，磁盤表面18顯示為圍繞其軸按基本方 向(在此例中，按逆時針方向)旋轉(zhuǎn)；正如本領域眾所公知，這種旋轉(zhuǎn) 受控制器5控制下的主軸馬達14的影響。正如圖2所示，讀/寫磁頭組件 15被設置在驅(qū)動器臂22的末端，其通過驅(qū)動器17在音圈馬達12的原動 力作用下可旋轉(zhuǎn)(圍繞其軸，圖中未顯示)。驅(qū)動器臂22的旋轉(zhuǎn)將讀/ 寫磁頭組件15定位在磁盤表面18合適的徑向距離位置上以訪問所希望 的磁軌。0025圖3根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例示出讀/寫磁頭組件15的結(jié)構(gòu)。讀 /寫磁頭組件15包括滑塊2i，其一般是陶瓷、硅或其他電絕緣體，其上 可以形成讀磁頭25R和寫磁頭25W?；瑝K21的大小和形狀設計成在它與 旋轉(zhuǎn)磁盤表面18之間提供一個氣墊面(ABS)?；瑝K21以常規(guī)方式安 裝在驅(qū)動器臂22上。0026讀磁頭25R和寫磁頭25W被設置在滑塊21的后緣，正如旋轉(zhuǎn) 磁盤表面18 (見圖2)所定義的。寫磁頭25R和讀磁頭25W的特殊結(jié)構(gòu) 和實現(xiàn)可能不同，這依賴于所希望的磁盤驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)和性能。在本發(fā) 明的此實施例中，寫磁頭25W優(yōu)選地實施為感應寫磁頭，包括一個電磁石，其形成有圍繞著鐵芯的線圈，鐵芯具有朝著滑塊21底部定向的間隙，以將由通過線圈的電流所產(chǎn)生的磁場指向附近磁盤表面18。讀磁頭25R 優(yōu)選地由磁阻(MR)或巨磁阻(GMR)材料構(gòu)造。例如，正如本領域所 公知，GMR元件是軟磁材料的"帶(stripe)"，例如鉻鐵(FeCr)，其 具有的電阻值隨著施加在該元件上的磁場極性而變化。可替代地，讀磁 頭25R也可以實現(xiàn)為感應讀磁頭，其中，通過在附近運動的一部分磁盤 表面18的磁場從電磁鐵中感生出電流。0027根據(jù)本發(fā)明的這個實施例，讀/寫磁頭組件15也包括熱元件電阻 器30，其在圖3中示意性地示出。熱元件電阻器30可以是不同結(jié)構(gòu)的常 規(guī)電阻器(例如電刷電阻器)，或可替換地由本領域所知的方式構(gòu)造成 電阻加熱器。熱元件電阻器30設置在滑塊21中合適的位置，以便其可 以準備好加熱寫磁頭25W和讀磁頭25R。正如本領域所知，磁盤驅(qū)動器 的飛高一般是由感應頭和磁盤表面之間的距離所定義，磁頭或多個磁頭 的感應鐵心的熱膨脹，例如由流過繞組的電流加熱電阻，最終定義了該 距離。正如圖3所示，例如，寫磁頭25W和讀磁頭25R (尤其是"磁頭 尖(pole tip)")每一個都沿著滑塊21的底面延展，結(jié)果由熱元件電阻 器30導致熱膨脹。根據(jù)本發(fā)明的該優(yōu)選實施例，前置放大器和飛高控制 器10控制通過熱元'件電阻器30.的電流，并因此控制讀/寫磁頭組件15 的飛高，正如關于圖4要描述的。0028圖4示出了飛高控制器40的結(jié)構(gòu)，其實施在圖l所示系統(tǒng)中的 前置放大器10內(nèi)。圖1中的前置放大器10的部分，在控制器2和讀/寫 磁頭15之間的數(shù)據(jù)通道中，為了清晰的目的，并不在圖4中示出；前置 放大器10的數(shù)據(jù)通道部分可以以常規(guī)方式實現(xiàn)。0029飛高控制器40以一電流和電壓進行工作以驅(qū)動熱元件電阻器30, 這對應于由數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 42所接收的功率輸入信號PWR，如圖4 所示?？梢哉J為，在磁盤驅(qū)動控制器5中的數(shù)字控制電路(圖中未顯示) 包括合適的功能性以選擇所希望的額定功率電平，該功率水平由功率輸 入信號PWR中的數(shù)字字長表示。在常規(guī)的方式中，DAC42將數(shù)字功率 輸入信號PWR轉(zhuǎn)換成模擬電平；這個模擬電平施加到圖4所示的誤差放 大器44的輸入。0030根據(jù)本發(fā)明的這個實施例，誤差放大器44的輸出控制可變電流 源46，可變電流源46連接在電源電壓Vcc和熱元件電阻器30之間?？?以認為可變電流源46是以常規(guī)方式實現(xiàn)的，例如作為一個或更多個在控 制端接收誤差放大器的輸出的輸出驅(qū)動晶體管。對本發(fā)明來說，可變電 流源46的詳細結(jié)構(gòu)并不特別關鍵；普通技術人員參考本說明會容易地能 夠以適合于本發(fā)明的優(yōu)選實施例的具體實現(xiàn)方式最好的方式去實現(xiàn)可變 電流源46。可變電流源46因此驅(qū)動電流流過熱元件電阻器30，熱元件 電阻器30在此例中連接在可變電流源46和地之間。當然，熱元件電阻 器30被構(gòu)造產(chǎn)生熱，以響應從中流過的驅(qū)動電流，這一熱導致了寫磁頭 25W (如果需要，也可能是讀磁頭25R)所希望的熱膨脹，以便寫磁頭 25W的一個或更多個磁極離開滑塊21朝向磁盤表面18延伸但與磁盤表 面18有一精確距離，正如上所述。0031如上面提到的，可變電流源45也受誤差放大器44的輸出控制， 并響應該輸出信號，產(chǎn)生流向阻抗47的電流。根據(jù)本發(fā)明的這個優(yōu)選實 施例，可變電流源45產(chǎn)生的電流源優(yōu)選地按施加到熱元件電阻器30的 電流源通過常數(shù)因子按比例縮小，以減少功率耗散耗散。這一縮放通過 縮放一個晶體管或更多個晶體管的大小優(yōu)選地完成。這些晶體管被用于 實現(xiàn)與可變電流源46相關的可變電流源45。例如，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施 例的一種優(yōu)選實現(xiàn)法，可變電流源45傳導的電流被縮放成可變電流源46 傳導的電流的1%。如本領域眾所共知的，例如，如果電流源45、 46由 金屬氧化半導體(MOS)器件構(gòu)造，則用作電流源45的晶體管其通道寬 度對通道長度的比例(W/L)將是用作電流源46的晶體管之W/L的1%。 這些縮放被認為是本領域技術人員參考本說明所熟知的和可實現(xiàn)的。0032根據(jù)這一結(jié)構(gòu)，因此，在飛高控制器40中產(chǎn)生兩個反饋信號并 施加到乘法器50。 一個反饋信號是反饋加熱器電壓Vheat，其在電流源46 和熱元件電阻器30之間的節(jié)點處獲取，且其因此是熱元件電阻器30 (其 他端子接地)兩端的直接測量電壓?？商鎿Q地，如果其不接地，可以測 量熱元件電阻器30兩端的差分電壓。第二個反饋信號是反饋加熱器電流 Iheat。在本例中，反饋加熱器電流I^t是作為阻抗47兩端的電壓測量的， 該電壓降與來自可變電流源45的電流成比例，該電流是通過熱元件電阻器30由源于電流源46的實際電流縮放的。在本方法中，用于反饋加熱器電流Ih^的反饋信號是電壓形式的?？商鎿Q地，源于電流源45的被縮 放的電流可以直接饋送到乘法器45中，這取決于乘法器45的結(jié)構(gòu)和其 響應電流而不是電壓的能力。同樣地，經(jīng)熱元件電阻器30傳導的真實電 流經(jīng)縮放因子縮放，例如是反饋加熱器電流I^t的IOO倍。0033當然，在本領域中的基本原則是諸如熱元件電阻器30這樣的無 源元件的功率耗散，相當于通過該元件的電流和該元件兩端的電壓的乘 積。因為熱元件電阻器30是一個無源元件，所以反饋信號加熱器電流Iheat與反饋信號加熱器電壓Vheat之乘積將產(chǎn)生由熱元件電阻器30耗散的功率的測量值。電阻加熱器產(chǎn)生的熱與電阻加熱器耗散的功率基本成比例也 是眾所周知的。同樣地，反饋信號加熱器電流Itot與反饋信號加熱器電壓 Vht的乘積將產(chǎn)生由熱元件電阻器30生成的熱的測量值。根據(jù)本發(fā)明的 這個優(yōu)選實施例，乘法器45產(chǎn)生一個輸出反饋加熱器功率電壓Ph^，它 相當于反饋信號加熱電流Itot和反饋信號加熱電壓V^t的乘積。根據(jù)本發(fā)明的這個優(yōu)選實施例這個信號Phw是電壓形式的，被施加于誤差放大器44的負極性輸入(其正極性輸入接收輸入信號PWR的模擬形式)。 誤差放大器44因此產(chǎn)生一個輸出信號，該輸出信號被施加于可變電流源 45， 46，并根據(jù)所希望的功率水平(信號PWR)和由熱元件電阻器30耗散的實際功率(輸出反饋加熱器功率電壓Pheat)之間的偏差被調(diào)整。例如，如果由熱元件電阻器30耗散的功率比所希望的功率小，則誤差放大 器44將產(chǎn)生一個信號，來增加施加到可變電流源45， 46的驅(qū)動；相反， 如果由熱元件電阻器30耗散的功率超過所希望的水平，則誤差放大器44 將產(chǎn)生一個信號，以減小施加到可變電流源45， 46的驅(qū)動。由熱元件電 阻器30產(chǎn)生的熱反饋控制因此產(chǎn)生。0034圖5根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，示出了乘法器50的結(jié)構(gòu)。當然 可以認為，乘法器50的具體結(jié)構(gòu)可以不同于圖5所示出的。這些其他布 置可以包括成對的彼此交叉耦合的差分放大器，或者級聯(lián)差分放大器。 這些和其他電路布置可以用作乘法器50。然而，由于運轉(zhuǎn)穩(wěn)定而且精確， 圖5示出的乘法器50的結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的。0035正如圖5所示，乘法器50包括基于NPN型雙極晶體管54a， 54b的差分放大器。晶體管54a的基極接收反饋加熱器電壓Vheat。這一反饋加熱器電壓可以經(jīng)由以常規(guī)方式構(gòu)造的電平轉(zhuǎn)換器(圖中未顯示)施加于晶體管54a，如有必要將反饋信號的電平轉(zhuǎn)換為晶體管54a的合適電壓 范圍。晶體管54b的基極接地，在本例中，考慮了熱元件電阻器30—端 與地相連(其另一端是反饋加熱器電壓Vheat)。如果電平轉(zhuǎn)換器將反饋 加熱器電壓Vheat與晶體管54a的基極相連，類似相應的電平轉(zhuǎn)換器也應 當將偏置電平耦連到晶體管54b的基極，以確保精確工作。同樣地，晶 體管54a和54b定義一個差分放大器，該差分放大器響應反饋加熱器電 壓信號V^t (作為電平轉(zhuǎn)換的)與地之間的差分電壓而工作。0036在此差分放大器中，負載52連接在晶體管54a、 54b的集電極和電源電壓Vee之間；在本例中，如圖5所示，負載52包括一對NPN型雙極晶體管，每個雙極晶體管以二極管方式連接在晶體管54a和54b其 中一個的集電極和第三個NPN型雙極晶體管的發(fā)射極之間，第三個NPN 型雙極晶體管也以二極管方式與Vee電源相連。當然，其他負載布置也能 被使用。電阻器Rl連接在晶體管54a和54b的發(fā)射極之間。晶體管54a 的發(fā)射極通過參考電流源56a與Vee電源電壓相連，晶體管54b的發(fā)射極 通過參考電流源56b'與Vee相連。參考電流源56a和56b每一個傳導參考 電流I,.ef。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，優(yōu)選為，參考電流I^被控制成 絕對電流用以設置乘法器50的增益，且因此設置輸出反饋加熱器功率電 壓Pheat的電壓與由熱元件電阻器30耗散的實際功率之間的比率關系。正 如下面所述，這個增益與參考電流I^的變化相反，并不受到其他參數(shù)補 償。根據(jù)本發(fā)明的這個優(yōu)選實施例，因此，參考電流源56a， 56b優(yōu)選地 被"調(diào)節(jié)"，例如，通過熔線、激光微調(diào)或一些其他非易失性設置，將 傳導所選絕對電流水平作為參考電流Iref。0037晶體管54a和54b (構(gòu)成)的差分放大器在其節(jié)點VA和VB上 產(chǎn)生差分電壓，以響應施加于晶體管54a和54b的基極的差分電壓。節(jié) 點VA在晶體管54a的集電極，而節(jié)點VB在晶體管54b的集電極。節(jié)點 VA連接到第二差分放大器中PNP型晶體管62b的基極，而節(jié)點VB則 連接到此第二差分放大器中PNP型晶體管62a的基極。晶體管62a和62b 的發(fā)射極連接在一起，并接收反饋加熱器電流Itot，即本例中的電流信號；同樣地，回頭看圖4，在本發(fā)明優(yōu)選實施例的本實施方式中，阻抗47有效地并入乘法器50中。0038第二差分放大器包括電流鏡像負載60，以便經(jīng)晶體管62a和62b 傳導的集電極電流彼此相等(或者如有需要就由所知縮放因子加以縮 放)。在本發(fā)明的此實施例中，電流鏡像負載60連接在PNP型晶體管 62a、 62b的集電極和地之間。對于圖5所示的例子，電流鏡像負載包括 NPN型晶體管66a，其集電極與晶體管62的集電極相連，其發(fā)射極通過 電阻器67連接到地，其基極連接到相對的NPN型晶體管66b的基極， 晶體管66b串聯(lián)連接在地(經(jīng)另一電阻器67)和PNP型晶體管62b的集 電極之間，是以二極管方式連接的。在電流鏡像負載60中，第三NPN 型晶體管66c的集電極與晶體管62b的集電極相連，其發(fā)射極與晶體管 62b的集電極和基極相連，其基極與晶體管62a的集電極相連。以這種方 式，流經(jīng)晶體管66b和66c的串聯(lián)通路的電流等于(或按比例縮放)通 過晶體管66a傳導的晶體管62a的集電極電流。乘法器50的輸出取自晶 體管62b的集電極處的節(jié)點，通過電阻器R2 (其他端子接地)兩端。由 于電流鏡像負載60的電流鏡像，傳導通過電阻器R2的電流依賴于晶體 管62a和62b的差分集電極電流，該差分電流反過來依賴于節(jié)點VA和 VB產(chǎn)生的差分電壓。差分集電極電流的幅值依賴于流進晶體管62a和62b 的發(fā)射極電流的幅值.，.在此例子中是源自可變電流源45的反饋加熱器電 流Iheat。電阻器R2上的輸出電壓因此相當于加熱器電流Iht和加熱器電 壓Vheat的乘積，且同樣構(gòu)成輸出反饋加熱器功率電壓Pheat。0039在工作中，綜合參照圖4和圖5，加熱元件電阻器30兩端的反 饋加熱器電壓Vheat施加到晶體管54a的基極。因為晶體管54b的基極接 地(相當于熱元件電阻器30接地)，反饋加熱器電壓Vtot將傾向于導通 晶體管54a，而不是導通晶體管54b，相對于節(jié)點VB將節(jié)點VA的電壓 降低相當于反饋加熱器電壓Vh^的一個量。0040節(jié)點VA和VB之間的這個差分電壓將施加于晶體管62a和62b。 因為節(jié)點VA比節(jié)點VB電壓更低，所以晶體管62b將比晶體管62a更易 導通。因為電流鏡像負載60,由于節(jié)點VA和VB之間的差分電壓造成 的晶體管62a和62b的集電極電流的差值將反映在流過電阻器R2的電流中。電阻器R2兩端的輸出反饋加熱器功率電壓Pheat因而依賴于晶體管62b相對于晶體管62a導通的程度。在此布置中，由于晶體管62a和62b 是PNP型器件，所以晶體管62b的集電極上的輸出反饋加熱器功率電壓 P^將隨晶體管62b導通更大而增加，并獲得(source)更多的集電極電 流。并且因為響應更高的反饋加熱器電壓Vheat，當節(jié)點VA的電壓下降 吋，晶體管62b導通更大，輸出反饋加熱器功率電壓Pbt隨反饋加熱器 電壓Vj^而直接變化。0041輸出反饋加熱器功率電壓Phw和反饋加熱器電壓V^t之間的關系依賴于流進晶體管62a和62b的發(fā)射極電流，在本發(fā)明的實施例中， 該發(fā)射極電流由反饋加熱器電流Ihw設定。對于給定的反饋加熱器電壓 Vheal，輸出反饋加熱器功率電壓Ph^也隨反饋加熱器電流而直接變化。因 此，因為輸出反饋加熱器功率電壓P^t隨著反饋加熱器電流Iheal以及反饋 加熱器電壓V(^直接變化，輸出反饋加熱器功率電壓Phw相當于這兩個 反饋信號的乘積，且因此相當于由熱元件電阻器30耗散的功率。0042建立乘法器50的增益是有用的，這樣，輸出反饋加熱器功率電 壓P^t與熱元件電阻器30耗散的功率具有已知且穩(wěn)定的關系。在圖5所 示的實施例中，此關系可以表達為"丄)單位為伏特0043在此例子中，1°/。因子反映了傳導通過熱元件電阻器30的實際電流和被縮放的反饋加熱電流Iheat之間的縮放因子，該縮放因子此處是lOO。當然，如果另一縮放因子被用于此電流鏡像，則縮放因子將反映在此表達式的分母中。此表達式也表示出電阻器R2和R1的電阻比值可以用來 設定乘法器50的增益。 一個便利的增益值因此能被設定，例如，熱元件 電阻器30每耗散IOO毫瓦的功率，在輸出反饋加熱器功率電壓Ph^中反 映為1伏特。因為乘法器50優(yōu)選地構(gòu)造在集成電路中，電阻器R1和R2 形成在同樣的集成電路中，電阻器R1和R2彼此比例合適，以便該電阻 比值將在過程變化中相當穩(wěn)定。此表達式也表示出，參考電流Lf優(yōu)選地 是一個絕對電流，因為并沒有補償或匹配參數(shù)作用于飛高控制器40中的 電流。參考電流Iw的絕對電流因此直接影響通過熱元件電阻器30實際<formula>formula see original document page 15</formula>耗散的功率和輸出反饋加熱器功率電壓Pheat之間的關系。如以上所討論，因此可優(yōu)選地，參考電流源56a和56b是可調(diào)整電流源，以便制造商或用戶可以設置所希望的絕對電流Iref。0044返回到圖4，源于乘法器50的輸出反饋加熱器功率電壓Phw被 發(fā)送到誤差放大器44的反相輸入，這樣誤差放大器44的輸出相當于輸 出反饋加熱器功率電壓P^和DAC 42的輸出之間的差，相當于所希望 的功率信號PWR。結(jié)果，由誤差放大器44施加到可變電流源46上的驅(qū) 動被調(diào)制，直到其差值達到零，在這種情況下，由熱元件電阻器30耗散 的功率與由信號PWR傳送的所希望的功率水平相匹配。0045根據(jù)本發(fā)明的這個實施例，因此，由磁盤驅(qū)動器的讀/寫磁頭裝 置中電阻加熱器耗散的功率可以嚴格地(closely)受到控制。這致使電阻 加熱器釋放出的實際熱量受到嚴格控制，反過來，凸出的寫磁頭磁極或 者讀/寫磁頭的位置，正如本例可能的情況，相對于磁盤表面能得到更精 確的控制。由于該位置的控制改善了， 一般是指飛高，磁盤驅(qū)動器的額 定飛高可以設置成一個更小的間隙，這導致對所給位誤差率和可靠性而 言，磁盤驅(qū)動器的數(shù)據(jù)密度增加。磁盤驅(qū)動器所增加的功能以及并入磁 盤驅(qū)動器的系統(tǒng)能因此通過本發(fā)明而獲得。0046此外，根據(jù)本發(fā)明，在不要求知道電阻加熱器的絕對電阻值的 情況下，電阻加熱器的控制受到影響，因為根據(jù)本發(fā)明，是功耗受到控 制，而不是僅僅由加熱器傳導的電流或加熱器兩端的電壓受到控制。再 則，根據(jù)本發(fā)明，電阻加熱器的電阻的非線性特性和其他變化都得到補 償。例如，隨著溫度或生產(chǎn)過程的不同，或隨著施加在加熱器上的電壓 或電流的不同，電阻加熱器電阻的變化反映在根據(jù)本發(fā)明耗散和測量的 功率中。因為是功率反映在反饋控制中，由加熱器耗散的功率最后都將 與所希望的水平相匹配，而不必考慮電阻加熱器的瞬時電阻值。因此， 根據(jù)本發(fā)明，不僅控制的精度提高了，而且在工作和制造變化很寬范圍 內(nèi)可達到更加魯棒的精確控制。0047可以認為，本說明書描述的電路和結(jié)構(gòu)的不同替換方案和變化 在本領域技術人員參照本說明書后是顯而易見的，而且這些替換方案和 變化都在本發(fā)明范圍內(nèi)。例如，可以認為，電路可以通過MOS或CMOS技術，雙極型和CMOS技術的聯(lián)合，或者適合于給定實現(xiàn)方式的其他集 成電路技術等來實現(xiàn)。進一步在可替換方案中，施加到熱元件電阻器30的驅(qū)動器的時間調(diào)控，也可以在飛高控制器40中實現(xiàn)，以便不同的電流水平在相應于讀操作的寫操作中被驅(qū)動。這種控制的一個例子在美國專利申請刊物第US2005/0105204號被描述。0048在本發(fā)明相關領域的技術人員都會理解，各種增加、刪除、替 代和其他修改都可以在所描述的示例實施例中得到實現(xiàn)，并不違背本說 明書權利要求所保護的范圍。
權利要求
1.一種通過控制施加到讀/寫磁頭中的電阻加熱器的功率來控制磁盤驅(qū)動器中所述讀/寫磁頭的飛高的方法，其包括以下步驟檢測所述電阻加熱器上的電壓；檢測施加到所述電阻加熱器上的電流；產(chǎn)生相當于所測電壓和所測電流乘積的反饋功率信號；將所述反饋功率信號和所希望的功率信號進行比較以產(chǎn)生功率誤差信號；和調(diào)節(jié)施加在所述電阻加熱器上的電流以響應所述功率誤差信號。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生步驟包含 接收相當于所測電流的反饋加熱器電流信號，所述反饋加熱器電流信號相對于施加在所述電阻加熱器上的電流是縮放的；和產(chǎn)生相當于所述反饋加熱器電流信號和所測電壓乘積的所述反饋功 率信號。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中產(chǎn)生步驟包含 施加所測電壓于第一放大器，以產(chǎn)生一個響應所測電壓的差分電壓； 施加所述差分電壓于第二放大器；施加所述反饋加熱器電流信號于所述第二放大器；和 操作所述第二放大器，以產(chǎn)生響應所述差分電壓和所述反饋加熱器 電流信號的所述反饋功率信號。
4. 一種裝置，包含用于控制施加在磁盤驅(qū)動器頭內(nèi)的電阻加熱器上 的功率的飛高控制器電路，所述裝置包括誤差放大器，其具有接收所希望功率水平信號的第一輸入，具有接 收反饋功率信號的第二輸入，且具有一個輸出，在該輸出所述誤差放大 器響應所述第一和第二輸入的信號之間差值產(chǎn)生誤差信號；可變電流源，其具有與所述誤差放大器的輸出耦合的控制輸入，以供應流過所述電阻加熱器的輸出電流；電流傳感器，其具有與所述誤差放大器的輸出相耦合的輸入，以產(chǎn) 生反饋加熱器電流信號；和乘法器，其用來產(chǎn)生與所述反饋加熱器電流信號和相當于所述電阻 加熱器的電壓的反饋電壓的乘積相對應的反饋功率信號。
5.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其形式為磁盤驅(qū)動系統(tǒng)，進一步包第一可旋轉(zhuǎn)磁盤表面；和可定位在所述第一可旋轉(zhuǎn)磁盤表面附近的第一磁頭組件，所述第一 磁頭組件包括滑桿；安裝在所述滑桿上的寫磁頭；和安裝在所述滑桿上 的電阻加熱器；和與所述寫磁頭耦合的前置放大器，該前置放大器用來控制施加于寫 操作中所述寫磁頭的電流；其中所述飛高控制器電路被配置并適合于控制施加在所述第一磁頭 組件中的電阻加熱器上的功率。
6. 根據(jù)權利要求4或5所述的裝置，進一步包含 與所述電流傳感器耦連的阻抗，使得所述阻抗和所述電流傳感器之間的電壓相應于所述反饋加熱器電流信號。
7. 根據(jù)權利要求4或5所述的裝置，其中所述乘法器具有與所述電 流傳感器相耦連的第一輸入以接受所述反饋加熱器電流信號，并且其中 所述乘法器具有與所述可變電流源的輸入相耦連的第二輸入以接受相當 于所述電阻加熱器的電壓的反饋加熱電壓信號。
8. 根據(jù)權利要求7所述的裝置，其中所述乘法器包含 第一放大器，其具有耦連以接收所述反饋加熱器電壓信號的第一輸入，用于產(chǎn)生差分電壓以響應所述反饋加熱器電壓信號；第二放大器，其具有接收來自所述第一放大器的差分電壓的第一和第二輸入，并具有接收所述反饋加熱器電流信號的偏置端，用于產(chǎn)生輸 出電壓以響應來自所述第一放大器的差分電壓并響應所述反饋加熱器電 流信號。
9. 根據(jù)權利要求8所述的裝置，其中所述第一放大器包含 負載；第一晶體管，其具有耦連在所述負載和第一參考電流源之間的傳導 通路，且具有接收所述反饋加熱器電壓信號的控制端；第二晶體管，具有耦連在所述負載和第二參考電流源之間的傳導通路，且具有在偏置電壓的控制端；和第一電阻器，其耦連在所述第一和第二晶體管的傳導通路之間； 其中所述第一放大器在第一節(jié)點和第二節(jié)點之間產(chǎn)生差分電壓，所 述第一節(jié)點是所述負載和所述第一晶體管的傳導通路之間的點，所述第 二節(jié)點是所述負載和所述第二晶體管的傳導通路之間的點。
10. 根據(jù)權利要求9所述的裝置，其中所述第一和第二電流源包含可 調(diào)電流源。
11. 根據(jù)權利要求9所述的裝置，其中所述第二放大器包含-.電流鏡像負載；第三晶體管，其具有一個傳導通路，該傳導通路的一端耦連以接收 所述反饋加熱器電流信號而另一端耦連到所述電流鏡像負載，并具有一 個控制端，該控制端耦連到所述第一放大器的所述第二節(jié)點；第四晶體管，其具有一個傳導通路，該傳導通路的一端耦連以接收 所述反饋加熱器電流信號而另一端耦連到所述電流鏡像負載，并具有一 個控制終端，該控制端耦連到所述第一放大器的所述第一節(jié)點；和第二電阻器，其耦連到所述第四晶體管的傳導通路之間的節(jié)點，用 來產(chǎn)生相當于所述反饋加熱器電流信號與反饋電壓的乘積的電壓。
全文摘要
公開了一種用于具有電阻加熱器的磁盤驅(qū)動磁頭的飛高控制器(40)。飛高控制器包括一個誤差放大器(44)，該誤差放大器(44)控制驅(qū)動電阻加熱器的可變電流源(46)。誤差放大器將理想加熱器功率信號與乘法器(50)生成的反饋功率信號相比較。乘法器接收一個相當于電阻加熱器電流的信號，例如，由第二可變電流源產(chǎn)生，也受誤差放大器控制，乘法器還接收相當于電阻加熱器兩端的電壓信號。第一差分放大器產(chǎn)生一個相當于加熱器電壓的差分電壓。第二差分放大器通過電阻加熱器電流信號被偏置，并接收來自第一差分放大器的差分電壓。第二差分放大器產(chǎn)生的差分電流產(chǎn)生反饋功率信號作為輸出電壓。
文檔編號G11B5/02GK101233562SQ200680027505
公開日2008年7月30日 申請日期2006年5月31日 優(yōu)先權日2005年5月31日
發(fā)明者C·M·布賴農(nóng), I·W·蘭恩穆圖, S·T·塔恩 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司