磁盤驅(qū)動器在加載操作后最小化初始尋道距離的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及磁盤驅(qū)動器在加載操作后最小化初始尋道距離。本發(fā)明公開了一種磁盤驅(qū)動器，該磁盤驅(qū)動器包括磁盤、磁頭以及控制電路，磁盤包括由伺服扇區(qū)定義的磁道，控制電路包括可操作以對應(yīng)于伺服扇區(qū)在磁盤上方致動磁頭的伺服控制系統(tǒng)。磁頭在加載操作期間被加載在磁盤上方，并且在加載操作期間確定磁頭的徑向速度。基于磁頭的所確定的徑向速度生成目標(biāo)磁道，并且伺服控制系統(tǒng)將磁頭尋道到目標(biāo)磁道。
【專利說明】磁盤驅(qū)動器在加載操作后最小化初始尋道距離

【背景技術(shù)】
[0001]磁盤驅(qū)動器包括磁盤和連接至致動器臂遠(yuǎn)端的磁頭，該致動器臂由音圈馬達(dá)(VCM)繞著樞軸旋轉(zhuǎn)以將磁頭徑向地定位在磁盤上方。磁盤包括用于記錄用戶數(shù)據(jù)扇區(qū)和伺服扇區(qū)的多個徑向間隔的同心磁道。伺服扇區(qū)包括頭部定位信息(例如，磁道地址)，該頭部定位信息由磁頭讀取并且由伺服控制系統(tǒng)處理以在致動器臂逐磁道尋道時對其進(jìn)行控制。
[0002]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的磁盤格式2，例如，其包括由圍繞每個伺服磁道的圓周來記錄的伺服扇區(qū)6^6,定義的多個伺服磁道4。每個伺服扇區(qū)6i包括前導(dǎo)碼8和同步標(biāo)記10，其中前導(dǎo)碼8用于存儲允許適當(dāng)?shù)卦鲆嬲{(diào)整和定時同步所讀取的信號的周期模式，同步標(biāo)記10用于存儲被用來符號同步伺服數(shù)據(jù)域12的特殊模式。伺服數(shù)據(jù)域12存儲用于在尋道操作期間將磁頭定位在目標(biāo)數(shù)據(jù)磁道上方的粗略的磁頭定位信息(例如伺服磁道地址)。每個伺服扇區(qū)6i進(jìn)一步包括多組伺服脈沖14 (例如，N和Q伺服脈沖)，其利用彼此相關(guān)并且與伺服磁道中心線相關(guān)的預(yù)定相位而被記錄。基于伺服脈沖14的相位在訪問數(shù)據(jù)磁道讀/寫操作期間提供用于中心線跟蹤的精細(xì)的磁頭定位信息。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0003]圖1示出了包括由嵌入式伺服扇區(qū)定義的多個伺服磁道的現(xiàn)有技術(shù)的磁盤格式。
[0004]圖2A是根據(jù)實施例的包括由伺服控制系統(tǒng)在磁盤上方致動的磁頭的磁盤驅(qū)動器。
[0005]圖2B示出根據(jù)實施例的能夠在磁盤上方致動磁頭的伺服控制系統(tǒng)。
[0006]圖2C是根據(jù)實施例的流程圖，其中在加載操作期間磁頭的徑向速度被確定并且被用于生成目標(biāo)磁道，并且伺服控制系統(tǒng)將磁頭尋道至目標(biāo)磁道。
[0007]圖3A示出了在加載操作期間用于確定初始尋道長度和相應(yīng)的目標(biāo)磁道的狀態(tài)軌線曲線。
[0008]圖3B示出示例實施例，其中磁頭的徑向速度針對不同的加載操作可能不同，這導(dǎo)致了到目標(biāo)磁道的不同尋道長度。
[0009]圖4是根據(jù)實施例的流程圖，其中目標(biāo)磁道相對于當(dāng)前磁道而被確定，并且伺服控制系統(tǒng)朝向目標(biāo)磁道減速磁頭。

【具體實施方式】
[0010]圖2A示出根據(jù)實施例的磁盤驅(qū)動器，其包括含有由伺服扇區(qū)22Q-22NS義的磁道20的磁盤16、磁頭24以及控制電路26，該控制電路26包括可操作以對應(yīng)于伺服扇區(qū)220-22n在磁盤16上方致動磁頭24的伺服控制系統(tǒng)?？刂齐娐?6可操作以執(zhí)行圖2C的流程圖，其中磁頭在加載操作期間被加載到磁盤上方(框28)，并且磁頭的徑向速度在加載操作期間被確定(框30)。基于磁頭的所確定的徑向速度生成目標(biāo)磁道(框32)，并且伺服控制系統(tǒng)將磁頭尋道至目標(biāo)磁道(框34)。
[0011]在圖2A的實施例中，控制電路26處理從磁頭24發(fā)射的讀取信號36，以便解調(diào)伺服扇區(qū)22^22,并且生成表示磁頭的實際位置和目標(biāo)磁道相關(guān)的目標(biāo)位置之間的誤差的位置誤差信號(PES)。為了在降低PES的方向上在磁盤16上方徑向地致動磁頭24，控制電路26使用合適的補償濾波器過濾PES，以便生成應(yīng)用到旋轉(zhuǎn)繞著樞軸旋轉(zhuǎn)的致動器臂42的音圈馬達(dá)(VCM)40的控制信號38。伺服扇區(qū)22CT22N可以包括任何合適的磁頭位置信息，例如用于粗略定位的磁道地址和用于精細(xì)定位的伺服脈沖。伺服脈沖可以包括任何合適的模式，例如基于振幅的伺服模式或基于相位的伺服模式(圖1)。
[0012]當(dāng)磁盤驅(qū)動器斷電或進(jìn)入空閑模式時，磁頭24可以被卸載到斜坡54上，使得磁盤16可以旋轉(zhuǎn)降速。當(dāng)磁盤驅(qū)動器被加電或退出空閑模式時，磁盤16旋轉(zhuǎn)加速并且磁頭24在加載操作期間被加載在磁盤16上方。在圖2A的實施例中,斜坡54位于磁盤16的外徑(OD)附近，使得磁頭24可以朝向磁盤16的內(nèi)徑(ID)而被加載。在另一個實施例中，磁頭24在磁盤旋轉(zhuǎn)降速時可以被停在磁盤16的ID附近，使得磁頭24在旋轉(zhuǎn)加速時可以朝向磁盤16的OD被加載。
[0013]在一個實施例中，在加載操作期間確定了磁頭24的初始徑向速度，使得磁頭24可以在最小尋道長度內(nèi)被減速，從而有助于減少聲學(xué)噪聲，如果伺服控制系統(tǒng)初始化地在固定尋道長度內(nèi)將磁頭尋道到目標(biāo)磁道的，那么聲學(xué)噪聲可能以其他方式發(fā)生。例如，如果采用獨立于初始徑向速度的固定尋道長度，那么初始尋道可包括可能會加劇聲學(xué)噪聲的朝向目標(biāo)磁道的加速和隨后的減速。為了減弱這種聲學(xué)噪聲，在一個實施例中基于磁頭的初始徑向速度生成初始尋道長度，使得初始尋道主要包括朝向目標(biāo)磁道的磁頭的減速。在加載操作期間在最小尋道長度內(nèi)將磁頭尋道還可以減少磁盤驅(qū)動器的“準(zhǔn)備時間”。
[0014]圖2B示出根據(jù)實施例的用于生成應(yīng)用到VCM40的控制信號38的伺服控制系統(tǒng)，其中磁頭24的位置44通過讀取伺服扇區(qū)22q-22n來測量?？刂菩盘?8和磁頭位置44由狀態(tài)估計器46處理，以便確定磁頭24的徑向速度48。狀態(tài)估計器46可以通過計算磁頭位置44的導(dǎo)數(shù)或者通過使用基于估計算法的更復(fù)雜模型來確定磁頭24的徑向速度。磁頭24的所確定的徑向速度48在框50處被評估以生成用于初始尋道的目標(biāo)磁道。在一個實施例中，目標(biāo)磁道表示從其中減去磁頭位置44以生成誤差信號53的參考信號52。誤差信號53由實施反饋算法的合適的控制器56來處理以生成應(yīng)用于VCM40的控制信號38。
[0015]在一個實施例中，伺服控制系統(tǒng)被設(shè)計以實現(xiàn)性能和穩(wěn)定性的期望水平。在配置控制器56的反饋算法以后，伺服控制系統(tǒng)的狀態(tài)能夠基于產(chǎn)生的狀態(tài)軌跡曲線而被建模。在圖3A中示出示例的狀態(tài)軌跡曲線，其中伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動磁頭24的位置朝向表示尋道操作的目標(biāo)磁道的零點。尋道操作可以包括加速相位(未示出)，隨后是恒定速度相位，隨后是減速相位。在一個實施例中，在加載操作期間，磁頭24的初始徑向速度被確定并且被當(dāng)作狀態(tài)軌跡曲線的恒定(慣性)速度。如圖3A所示，尋道長度接著基于慣性速度而被確定，從而使伺服控制系統(tǒng)朝向?qū)?yīng)的目標(biāo)磁道主要減速磁頭24 (例如，驅(qū)動位置和速度狀態(tài)朝向零點)。
[0016]在圖3A的示例中，伺服控制系統(tǒng)包括位置增益和速度增益，從而狀態(tài)軌跡曲線可以被定義為:
[0017]POS = VEL.VEL_GAIN/POS_GAIN
[0018]其中VEL表示磁頭的徑向速度，VEL_GAIN表示伺服控制系統(tǒng)的速度增益，并且POS_GAIN表示伺服控制系統(tǒng)的位置增益。相應(yīng)地，在加載操作期間，磁頭24的初始徑向速度可以被確定，然后基于上述等式確定尋道長度，其將使伺服控制系統(tǒng)朝向目標(biāo)磁道主要減速磁頭24(如圖3A所示，驅(qū)動位置和速度狀態(tài)朝向零點)。
[0019]圖3B示出在不同加載操作期間可能發(fā)生的磁頭24的不同的慣性速度，其中對于每個慣性速度存在由狀態(tài)軌跡曲線定義的對應(yīng)的尋道長度，其將使伺服控制系統(tǒng)朝向?qū)?yīng)的目標(biāo)磁道主要減速磁頭。磁頭的慣性速度在加載操作期間由于多種原因而可能變化，例如如下中的變化:VCM40的溫度、在便攜應(yīng)用中的磁盤驅(qū)動器的不同的物理方向、或隨著時間的推移VCM40的降速。確定磁頭24在加載操作期間的徑向速度，并且基于所確定的徑向速度為初始尋道生成目標(biāo)磁道，使得一旦伺服控制系統(tǒng)被啟用，伺服控制系統(tǒng)能夠主要降速磁頭24。也就是說，伺服控制系統(tǒng)基于如圖3B所示的狀態(tài)軌跡曲線執(zhí)行最小長度尋道，這可以有助于減少聲學(xué)噪聲，也減少磁盤驅(qū)動器的“準(zhǔn)備時間”。
[0020]圖4是根據(jù)實施例的流程圖，其中，在加載操作期間，磁頭被加載在磁盤上方(框58)，使得磁頭例如以未知速度朝向磁盤的內(nèi)徑而移動。為了初始化圖2B的狀態(tài)估計器46 (框62)，磁頭在與加載操作相同的方向上在短間隔內(nèi)被加速(框60)。在初始化后，狀態(tài)估計器可被用于確定磁頭的徑向速度(框64)。接著可以基于所確定的磁頭徑向速度根據(jù)以下確定目標(biāo)磁道:
[0021]TARGET_TRACK = CUR_TRACK+VEL.VEL_GAIN/POS_GAIN
[0022]其中CTR_TRACK表示當(dāng)磁頭的徑向速度被確定時磁頭位于其上方的當(dāng)前磁道。也就是說，最小尋道長度基于所確定的磁頭徑向速度而被確定，然后最小尋道長度被添加至當(dāng)前磁道以生成目標(biāo)磁道。如圖3B所示，伺服控制系統(tǒng)然后朝向目標(biāo)磁道減速磁頭(框68)，其中X軸的零點位置表示目標(biāo)磁道的位置。
[0023]圖3B中示出的狀態(tài)軌跡曲線包括在磁頭的徑向速度和相對于目標(biāo)磁道的磁頭位置之間的一階(線性)關(guān)系。其他實施例可能在控制器56中采用導(dǎo)致不同的狀態(tài)軌跡曲線的不同反饋算法，例如高階函數(shù)(例如，二次)。無論如何，對應(yīng)于所確定的磁頭徑向速度的最小尋道長度的磁頭位置能夠基于狀態(tài)軌跡曲線而被確定。
[0024]在一個實施例中，伺服控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞功能包括控制器56中的反饋算法的傳遞功能，其確定表示狀態(tài)軌跡曲線(例如，速度對位置)的功能。相應(yīng)地，在這個實施例中，圖2B的實施例中的誤差信號53可以表示在磁頭的當(dāng)前位置和目標(biāo)磁道之間的位置誤差。在另一個實施例中，例如圖3B中示出的狀態(tài)軌跡曲線可以被預(yù)先確定并且被生成為圖2B中的參考信號52，其中誤差信號53可以表示磁頭的當(dāng)前位置和相對于狀態(tài)軌跡曲線的目標(biāo)位置之間的位置誤差。
[0025]可以采用任何合適的控制電路(例如任何合適的集成電路或電路)來實施上述實施例中的流程圖。例如，控制電路可以被實現(xiàn)在讀取通道集成電路內(nèi)，或被實現(xiàn)在與讀取通道分離的組件中，例如磁盤控制器，或上述的特定操作可以由讀取通道來執(zhí)行和其他的操作由磁盤控制器來執(zhí)行。在一個實施例中，讀取通道和磁盤控制器被實現(xiàn)為單個集成電路，并且在可選的實施例中它們被制造為單個集成電路或片上系統(tǒng)(SOC)。此外，控制電路可以包括被實現(xiàn)為單個集成電路、被集成至讀取通道或磁盤控制器電路、或集成至SOC的合適的前置電路。
[0026]在一個實施例中，控制電路包括執(zhí)行指令的微處理器，這些指令可操作以使微處理器執(zhí)行本文所述的流程圖。這些指令可以被存儲在任何計算機可讀介質(zhì)中。在一個實施例中，它們可以被存儲在微處理器外部的、或與SOC內(nèi)的微處理器集成的非易失性半導(dǎo)體存儲器上。在另一個實施例中，指令在磁盤驅(qū)動器被加電時被存儲在磁盤上并且被讀入易失性半導(dǎo)體存儲器中。在又一個實施例中，控制電路包括合適的邏輯電路，例如狀態(tài)機電路。
[0027]上述的各種特征和過程可以獨立于彼此或以各種方式進(jìn)行組合而被使用。所有可能的組合和子組合都意圖落入本公開的范圍內(nèi)。此外，特定的方法、事件或過程框在某些實施例中可以被忽略。本文所述的方法和過程同樣并不局限于任何特定的順序，并且與其相關(guān)的框或狀態(tài)能夠按照其他適當(dāng)?shù)捻樞蚨粓?zhí)行。例如，所述的任務(wù)或事件可以以一種不同于具體公開的順序執(zhí)行，或者多個框或狀態(tài)可以被組合為單個框或狀態(tài)?？梢源小⒉⑿?、或以其他方式執(zhí)行示例任務(wù)或事件。任務(wù)或事件可以被添加到或移除出所公開的示例實施例?？梢圆煌谒枋龅膩砼渲帽疚乃龅氖纠到y(tǒng)和組件。例如，與所公開的示例實施例相比，可以增加、移除、或重排元件。
[0028]盡管已經(jīng)描述了特定的示例實施例,這些實施例僅是以示例的方式展示,并非意在限制本文所公開的發(fā)明的范圍。因此，前面的描述無意用于暗示特定的特性、特征、步驟、模塊、或框是必要的或不可缺少的。事實上，本文所述的新穎的方法和系統(tǒng)可以體現(xiàn)為各種其他的形式；此外，可以對本文所述方法和系統(tǒng)進(jìn)行各種省略、替代和形式上的改變而不偏離本文所公開的發(fā)明的精神。
【權(quán)利要求】
1.一種磁盤驅(qū)動器，其包括: 磁盤，其包括由伺服扇區(qū)定義的磁道； 磁頭；以及 控制電路，其包括可操作以對應(yīng)于所述伺服扇區(qū)在所述磁盤上方致動所述磁頭的伺服控制系統(tǒng)，所述控制電路可操作以: 在加載操作期間將所述磁頭加載到所述磁盤上方； 在所述加載操作期間確定所述磁頭的徑向速度； 基于所述磁頭的所確定的徑向速度生成目標(biāo)磁道；以及 使用所述伺服控制系統(tǒng)將所述磁頭尋道至所述目標(biāo)磁道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁盤驅(qū)動器，其中所述控制電路進(jìn)一步可操作以基于所述磁頭的所確定的徑向速度和狀態(tài)軌跡曲線生成所述目標(biāo)磁道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁盤驅(qū)動器，其中所述控制電路進(jìn)一步可操作以從當(dāng)前磁道至所述目標(biāo)磁道主要減速所述磁頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁盤驅(qū)動器，其中: 所述伺服控制系統(tǒng)包括位置增益和速度增益； 所述控制電路可操作以基于下式生成所述目標(biāo)磁道:
VEL.VEL_GAIN/POS_GAIN
其中: VEL表示所述磁頭的所確定的徑向速度； VEL_GAIN表示所述伺服控制系統(tǒng)的所述速度增益；以及 POS_GAIN表示所述伺服控制系統(tǒng)的所述位置增益。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁盤驅(qū)動器，其中所述控制電路可操作以基于下式生成所述目標(biāo)磁道:
CUR_TRACK+VEL.VEL_GAIN/POS_GAIN 其中CUR_TRACK表示在所述磁頭的所述徑向速度被確定時所述磁頭位于其上方的當(dāng)N /.T-V r,、V-目U磁道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁盤驅(qū)動器，其中所述控制電路可進(jìn)一步操作以從所述當(dāng)前磁道至所述目標(biāo)磁道減速所述磁頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁盤驅(qū)動器，其中所述控制電路可操作以對應(yīng)于所述伺服扇區(qū)確定所述磁頭的所述徑向速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁盤驅(qū)動器，其中所述伺服控制系統(tǒng)包括狀態(tài)估計器，所述控制電路進(jìn)一步可操作以: 在朝向所述磁盤的內(nèi)徑和所述磁盤的外徑中的一個的方向上將所述磁頭加載在所述磁盤上方；以及 在所述加載的方向上加速所述磁頭以初始化所述狀態(tài)估計器，其中在初始化后，所述狀態(tài)估計器可操作以確定所述磁頭的所述徑向速度。
9.一種操作包括磁盤、磁頭和控制電路的磁盤驅(qū)動器的方法，所述磁盤包括由伺服扇區(qū)定義的磁道，所述控制電路包括可操作以對應(yīng)于所述伺服扇區(qū)在所述磁盤上方致動所述磁頭的伺服控制系統(tǒng)，所述方法包括: 在加載操作期間將所述磁頭加載在所述磁盤上方； 在所述加載操作期間確定所述磁頭的徑向速度； 基于所述磁頭的所確定的徑向速度生成目標(biāo)磁道；以及 使用所述伺服控制系統(tǒng)將所述磁頭尋道至所述目標(biāo)磁道。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括基于所述磁頭的所確定的徑向速度和狀態(tài)軌跡曲線生成所述目標(biāo)磁道。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括從當(dāng)前磁道至所述目標(biāo)磁道主要減速所述磁頭。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中: 所述伺服控制系統(tǒng)包括位置增益和速度增益； 所述方法進(jìn)一步包括基于下式生成所述目標(biāo)磁道:
VEL.VEL_GAIN/POS_GAIN
其中: VEL表示所述磁頭的所確定的徑向速度； VEL_GAIN表示所述伺服控制系統(tǒng)的所述速度增益；以及 POS_GAIN表示所述伺服控制系統(tǒng)的所述位置增益。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包括基于下式生成所述目標(biāo)磁道: CUR_TRACK+VEL.VEL_GAIN/POS_GAIN 其中CUR_TRACK表示當(dāng)所述磁頭的所述徑向速度被確定時所述磁頭位于其上方的當(dāng)N /.T-V r,、V-目U磁道。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括從所述當(dāng)前磁道至所述目標(biāo)磁道減速所述磁頭。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括對應(yīng)于所述伺服扇區(qū)確定所述磁頭的所述徑向速度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述伺服控制系統(tǒng)包括狀態(tài)估計器，所述方法進(jìn)一步包括: 在朝向所述磁盤的內(nèi)徑和所述磁盤的外徑中的一個的方向上將所述磁頭加載在所述磁盤上方；以及 在所述加載的方向上加速所述磁頭以初始化所述狀態(tài)估計器，其中在初始化后，所述狀態(tài)估計器可操作以確定所述磁頭的所述徑向速度。
【文檔編號】G11B5/54GK104240727SQ201410238281
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月26日
【發(fā)明者】A·納拉亞那, O·貝克爾 申請人:西部數(shù)據(jù)技術(shù)公司