专利名称：磁头卸载的改良方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁盘驱动器的磁头卸载的改良方法及系统，在突发的磁头卸载过程中，其马达控制系统通过对致动器的控制，进而控制磁头的速率。
技术背景应用于便携式或由电池供电的设备的磁盘驱动器，对于其电源供应系统的变化，如电源供应的突然消失或电源故障等，总会受到一定影响。当这种情况发生时，磁头将撞击到磁盘上，从而导致读写磁头和磁盘均遭受破坏。为此，业界引入了动态磁头卸载技术。如果磁头应用了该技术，将成功的进行卸载操作，而避免上述破坏性的撞击。美国专利第4933785号“应用了动态磁头装载/卸载技术的磁盘驱动装置”中，就提出了这样的一种磁头卸载方法，其应用了一种由旋转马达及磁盘组件所提供的旋转力作用。
图1为一通常的磁头卸载系统100的简单方框图。磁盘通过CPU界面180被CPU控制。一般操作下，致动器电源160向致动器120供电，同时，旋转马达电源170驱动旋转马达110。开关130a和130b防止任何来自旋转马达110的电能送至致动器120。在电源发生故障时，开关130a和130b通过致动器120连接旋转马达110，以使旋转马达110可以作为一直流发电机运作，由其产生的反电动势(BEMF)将通过整流器150及开关130a和130b直接驱动致动器120。运作时，装设在致动磁臂上的磁头将向卸载凸轮移动，并进入一停放状态。当电源发生故障时，辅助电源140将向控制卸载组件的逻辑装置供电。
上述通常的磁头卸载系统所解决的主要问题，是在设计该磁头卸载系统时，需要考虑在两种相互冲突的条件下寻找一折中的方法。如果磁头定位于靠近磁盘外直径，致动器在抵达卸载凸轮前仅需移动一较短距离。因而，为确使磁头能以足够的速率爬升卸载凸轮，一较大的电流将通向致动器，并引发一急速的加速过程以获得较大加速度。相反，如果磁头定位于靠近磁盘内直径，致动器在抵达卸载凸轮前需移动一较远距离，并产生一很大的速率，当致动器以该速率冲击到外部的停放位时，将对磁头产生破坏。典型的解决方法是，在致动器马达中设置一电阻，以降低加速度及致动器速度。不过，需要注意的是，当磁头定位于靠近磁盘外直径时，该电阻或可妨碍加速度的快速激活。
图2为磁头的时速图一，为电源发生故障时，磁头定位于靠近磁盘外直径处。如前所述，这种情况下，致动器在抵达卸载凸轮前仅需移动一较短距离，在这样短的距离中，致动器组件并未有足够的时间加速至一足够的速度，以克服在爬升卸载凸轮时遇到的摩擦力。而且，图2也显示了电流与时间的曲线图。时间点P表示电源发生故障，时间点U表示磁头与卸载凸轮接触瞬间，时间点S表示磁头接触外部停放位的瞬间，从开始到时间点U，磁头一直加速到约每秒22.64英寸的速率。
如果以不足的速率爬升卸载凸轮上的斜坡，磁头的速度将会很慢并导致不完全的卸载操作，此时的速率将会降低到每秒6.24英寸。在这段时间内磁头并未达到所谓的“飞翔”状态，因为部分悬浮力被分解抵消。此时如果磁头与斜坡表面仅保持0.5ms的距离，磁头将会碰撞磁盘表面并造成破坏。一旦磁头越过了斜坡，磁头将加速并抵达凸轮的凹谷部，最后在时间点S到达与外部停放点相对的停放点。由于较高的速度可以确保磁头不会受到破坏，故当磁头定位于靠近外直径时，就需要向致动器施加一较大的驱动力。
当磁头定位于靠近磁盘内直径时，致动器磁臂距卸载凸轮有较远距离。因此，在抵达卸载凸轮前，致动器磁臂将加速至较高速度。如图3所示，在磁头抵达卸载凸轮之前的时间点U，其速度约56英寸/秒。虽然凸轮的斜坡会使磁头的速度稍微降低，但仍高于碰撞外部停放位时的速率47.4，在这种速度下，磁头会因冲力作用而以27.45英寸/秒的速率由外部停放位反弹，直至因电流作用而强制停放。所以，象这样一个快速的速度变化对磁头有着致命的伤害。
为降低致动器磁臂的速度，如图4所示，致动器组件的电压将会以下述方法减少在致动器120中设置一电阻190以减少致动器电压和速度。可是，在磁头定位于靠近磁盘外直径处，这样将使不稳定的速度问题加重，因而，为最优化卸载装置需要一与前不同的运作方式，该运作方式是依据磁头是否靠近内外磁盘直径而做出判断的。
图5为一更详细的包括卸载装置的磁盘电路500。该电路通过串行接口580被CPU控制。一般操作下，致动器520的正极接收来自激励放大器530的电能，其负极连接感应电阻540的第一末端，第二末端则连接激励放大器530。
用于为旋转马达放大器506提供偏移电压的充电器502，可提供辅助电源504，用于当电源发生故障时，仅向磁头卸载电路提供电能，其目的在于寻求一较长的时间间隔如60mS。如图5所示，一适当的辅助电源由三个电容504a、504b和504c并排构成于充电器502及接地之间。
三相旋转马达509由感应器508a、508b、508c和电阻510a、510b、510c构成，并通过整流器150及场效应管560与致动器连接。
整流器150为一个三相整流器，包括二级管514a、514b、514c，其阳极接地而阴极分别连接电源相位a、b、c。整流器150还包括二级管516a、516b、516c，其阳极分别连接电源相位a、b、c，而阴极则共同连接场效应管560的漏极端D，位于整流器150与场效应管560之间的连线515通过电容505接地并进行稳压。
场效应管560的S端连接致动器520的正极，在电源发生故障时，其作为开关由三相旋转马达509向致动器520供电，同时，其门电路G连接场效应管546的漏极端D。场效应管546的S端接地，其门电路G连接“电源开/重置”连线570。该连线570上的电压由电压监测器528控制。一般操作下，连线570上的电压被电压监测器528提升；因此，场效应管546管理并降低场效应管560和542的门电路G的电压，以防止任何电能由三相旋转马达509传向致动器520。但是，电源一旦发生故障，连线570的电压降低，其将关闭场效应管546，并允许场效应管560的门电路G的电压由辅助电源504通过电阻544而提升。
场效应管542为致动器520提供地线，其门电路G连接场效应管546的漏极端D，S端接地，漏极端D通过电阻590连接致动器520的负极。电阻544连接辅助电源504以提升场效应管542和546的门电路电压。场效应管546的S端接地且门电路G连接连线570，并通过降低效应管542和546的门电路电压，以避免场效应管542向致动器520提供地线，及避免场效应管560由三相旋转马达509向致动器520提供电能。
综上所述，就需要这样一种方法或一个电路，当电源发生故障时，执行动态磁头卸载，而不必顾及磁头的定位点。而且，这种方法或电路必须满足以下需要当磁头定位于靠近磁盘的外直径时提供相对较大的卸载动力，反之，当磁头定位于靠近磁盘的内直径时提供相对较小的卸载动力。
发明内容本发明的目的是在于提供一种磁头卸载的改良方法及系统，其可在卸载磁头时，如果电源发生故障，将限定致动器的最大和最小速度。一反电动势控制电路通过比对标准的致动器速率来监测当前的致动器速率，并应用一感应电阻去消除致动器中的阻抗。如果该速度超出安全范围，该反电动势控制电路将降低致动器电流以避免产生更大的加速度，反之亦然。
下面参照附图，结合实施例对本发明作进一步描述。
图1是一先前技术磁头卸载系统的简单方框图。
图2是该先前技术磁头卸载系统的速率时间与电流时间曲线图一。
图3是该先前技术磁头卸载系统的速率时间与电流时间曲线图二。
图4是另一先前技术磁头卸载系统的简单方框图。
图5是该先前技术磁头卸载系统的电路图。
图6是本发明磁头卸载系统的简单方框图。
图7是本发明磁头卸载系统的速率时间与电流时间曲线图一。
图8是本发明磁头卸载系统的速率时间与电流时间曲线图二。
图9是本发明磁头卸载系统的电路图。
图10是本发明磁头卸载系统另一实施例的电路图。
具体实施方式为了解决先前相关技术的缺陷，本发明揭露了一种磁头卸载系统，其利用了一致动器反电动势控制电路。该电路通过调节致动器电流，以控制读写磁头的速度，而且，当电源发生故障，磁头定位于靠近磁盘的内直径时，避免磁头因加速而超过安全标准速度，或磁头定位于靠近磁盘的外直径时，提升读写磁头的速率以避免磁头撞击卸载凸轮。
请参阅图6，磁盘装置通过CPU界面180被CPU控制。放大器660调节由整流器流向致动器120的电流。致动器反电动势控制电路620通过测量应用了感应电阻640的磁头的速率，调节产生自致动器120的电流，并监测通过致动器120的电压。此外，放大器660还可以和致动器反电动势控制电路整合在一起。致动器120的反电动势与磁头的速率成正比。致动器反电动势控制电路620的输出控制端622连接放大器660的输入控制端662，以使致动器反电动势控制电路620可控制放大器660，当磁头移动太快，前者可使后者通过降低电流而调节致动器，或反之，当磁头移动太慢，而增加电流。
因为致动器电流是可选择性的应用，所以本发明的磁头卸载系统是应用了一较先前技术中高的电流，而未采用将磁头加速至一危险性的速度。这样的话，可以避免磁头在斜坡上速度较慢而导致危险。
请参阅图7，致动器电流将比图2先前技术中的电流大30～40％。当磁头速度大于约21英寸/秒，致动器电流将降低至0以防止加速度过大。在磁头抵达卸载凸轮时的时间点U，其速率降至18.9英寸/秒之后，致动器电流重新增长以防止磁头过慢而产生较低的速度。磁头在撞击外部停放位时的时间点S，虽受到较小的反弹，但也可使磁头相对外部停放位停下并继续强制保持。
请参阅图8，当磁头速率大于24英寸/秒，致动器电流降低至0以防止加速度过大。在磁头抵达卸载凸轮时的时间点U，其速率降至15英寸/秒之后，致动器电流重新增长以防止磁头过慢而产生较低的速度。磁头在撞击外部停放位时的时间点S，虽受到较小的反弹，但也可使磁头相对外部停放位停下并继续强制保持。
请参阅图9，磁盘电路900通过串口980被CPU控制，一般操作下，致动器920的正极接收来自激励放大器930的电能，而其负极连接感应电阻640的第一末端，同时，感应电阻640的第二末端连接激励放大器930。
充电器902可提供辅助电源904，仅用于当电源发生故障时，向磁头卸载电路提供电能，其目的在于寻求一较长的时间间隔如60mS，以完成磁头回收动作。如图9所示，一适当的辅助电源由三个电容904a、904b和904c并排构成于充电器902及接地之间。
三相旋转马达909由感应器908a、908b、908c和电阻910a、910b、910c构成，其连接旋转马达放大器906，该放大器可提供三相电源a、b、c。该三相旋转马达909还通过整流器150及场效应管960与致动器连接。
整流器150为一三相整流器，包括二级管914a、914b、914c，其阳极接地而阴极分别连接电源相位a、b、c。整流器150还包括二级管916a、916b、916c，其阳极分别连接电源相位a、b、c，而阴极则共同连接场效应管960的漏极端D，位于整流器150与场效应管960之间的连线915通过电容905接地并进行稳压。
场效应管960的S端连接致动器920的正极，在电源发生故障时，其作为一放大器调节流向致动器920的电流，同时，其门电路G通过电阻924连接运算放大器923，还连接场效应管926的漏极端D。此外，场效应管926可以和运算放大器923整合在一起。场效应管926的S端接地，其门电路G连接“电源开/重置”连线970。该连线970的电压由电压监测器928控制。一般操作下，连线970的电压被电压监测器928提升；因此，场效应管926管理并降低场效应管960的门电路G的电压，以避免任何电能由三相旋转马达909传向致动器920。但是，电源一旦发生故障，连线970的电压降低，其将关闭场效应管926，并允许场效应管960的门电路G由运算放大器923的输出信号独立控制。
在电源发生故障时，场效应管942为致动器920提供地线，其门电路G连接电阻944及场效应管946的漏极端D，S端接地，漏极端D连接感应电阻640的第二末端。电阻944连接辅助电源904以提升场效应管942的门电路电压。场效应管946的S端接地且门电路G连接连线970，并通过降低场效应管942的门电路G的电压，以避免场效应管942向致动器920提供地线。
如前所述，在电源发生故障期间，运算放大器923控制场效应管960的门电路G，以向致动器920提供电能，且该电能来自辅助电源904。运算放大器923的第一输入端通过电阻951接地，通过电阻952连接致动器920的正极，通过电阻953和感应电阻640连接致动器920的负极。而且，该感应电阻640的第一末端连接致动器920的负极，而第二末端则连接电阻953的第一末端，而后，电阻953的第二末端则连接运算放大器923的第一输入端。运算放大器923的第二输入端则通过电阻956连接一参考电压节点962，同时，通过电阻954和955的并联后再连接至致动器920的负极。节点962的电压由位于节点962与辅助电源904之间的电阻964，与节点962连接的齐纳二级管965的阴极和接地的二级管965的阳极三者产生。该齐纳二级管965向反电动势控制电路620提供2.5V参考电压。
致动器920为一磁性马达，其产生的突发电压与所谓的反电动势信号成正比。但是，实际中的致动器既包括感抗也包括阻抗，如图9中所描述的感应器921与电阻922。由于致动器具有阻抗，对应用中的反电动势的直接测量并不实际，因为致动器920的阻抗分担微量电压。
为克服该缺点，本发明应用感应电阻640仿真实际阻抗。致动器920的反电动势和实际阻抗的IR分量通过电阻952、955由运算放大器923进行测量，其中，电阻952连接致动器920正极与运算放大器923转换端之间，电阻955连接致动器920负极与运算放大器923的未转换端之间。电阻955的阻值与电阻952相当。穿过感应电阻640的电压分量被电阻953、954以其实际阻抗按比例分担，该电压分量是由运算放大器923减去所得，电阻953的阻值与电阻954相当，其可选择性的等同于感应电阻640与电阻955的乘积除以实际阻抗。
运算放大器923的操作速率开关点通过电阻951，956由二级管965与电阻964设置。运算放大器923向场效应管960发送一信号，以控制电流通过致动器，并维持一不变的反电动势信号，而后导致产生一不变的致动器速度。
当磁头速率提升反电动势也提升。如果反电动势提升超过安全标准，运算放大器923将降低场效应管960门电路G的电压，在这样一个较低的电压下，由场效应管960流向致动器920的电流将会减少或消除。因为流过致动器的电流会驱动磁头，故减少或消除的电流将防止磁头加速度过大。
当磁头速率减少反电动势也减少。如果反电动势减少低于安全标准，运算放大器923将提升场效应管960门电路G的电压。在这样一个较高的电压下，场效应管960的电流会提升，而使流过致动器的电流增加，以使磁头加速至安全程度。
电阻951的阻值与电阻956相当，当致动器达到一期望的安全速率时，该电阻951可使运算放大器923的非转换端等同运算放大器923的转换端电压。电阻956的阻值约等于电阻955的阻值乘以齐纳二级管965的电压分量并除以期望的反电动势电压。在图9中，致动器速度达到20英寸/秒将使反电动势的电压为0.44V。
本发明可由不同的集成电路来实现。Allegro 8920可提供6个二级管组成整流器150；Allegro 8902可用于充电器902、旋转马达放大器906和串口980；Allegro 8932可用于电压监测928和激励放大器930。
同样，还有其它类似部分也可应用。如与Allegro 8902非常相似的PhilipsTDA5341，Silicon Systems 32M595和Hitachi HA13501S。与8932相似的Cherry半导体CS-7102和Silicon Systems 32H6510。
请参阅图10，整流器150是一同步整流器1012。该实施例通过消除整流二级管的电压分量，而提高了直流恢复性能，且其可将Allegro 8980用于同步整流器1012，充电器902，旋转马达放大器906，串口980，电压监测器928和激励放大器930。一感应器1020连接充电器以提供稳定性。SGSThompson L6260也可替代Allegro8980。
上述各个不连续组件的值均可变化，下表中给出了一系列值及其所产生的后果。
本发明所揭示的方法或系统消除了先前技术中存在的缺点。应用感性组件控制激励电流，并在卸载磁头时提供一不变的速率，而不必考虑磁头的初始位置。
权利要求
1.一种可控制磁头速度的磁头卸载系统，包括一具有第一端及第二端的致动器；一具有第一末端及第二末端的感应电阻，其第一末端连接所述致动器的第二端；一连接至电力来源及所述致动器第一端的放大器；一致动器反电动势控制电路，其连接了所述放大器、所述致动器的第一端和第二端、所述感应电阻的第二末端及一电压节点。在所述节点上，所述致动器反电动势控制电路应用所述节点上的参考电压，所述致动器的反电动势和一电压分量通过所述感应电阻以控制所述放大器并调节激励电流；所述致动器反电动势控制电路还包括一具有输出端、一第一输入端、一第二输入端的运算放大器；所述第一输入端、第二输入端包括一转换端，其通过一第一电阻接地，通过一第二电阻连接所述致动器的第一端，通过一第三电阻连接所述感应电阻的第二末端；所述运算放大器的第二输入端通过一第四电阻连接所述电压节点并通过一第五电阻和第六电阻的并联而连接所述致动器的第二端；所述运算放大器的输出端通过一第七电阻连接所述放大器。
2.如权利要求1所述的磁头卸载系统，其特征在于所述放大器包括一电子晶体管。
3.如权利要求1所述的磁头卸载系统，其特征在于所述电力来源是一磁盘驱动器的旋转马达。
4.如权利要求3所述的磁头卸载系统，其特征在于所述系统还包括一充电器及辅助电源供应；所述辅助电源供应可在电源发生故障时，向所述致动器反电动势控制电路提供电能。
5.一种可控制磁头速度的磁头卸载改良方法，所述方法包括以下步骤测量具有第一端及第二端的致动器的反电动势；由于所述致动器的固有阻抗而产生一近似的电压分量；控制所述致动器产生的激励电流，其包括运算放大器产生一控制信号至一放大器并以所述放大器调节激励电流；所述运算放大器具有一输出端、一第一输入端、一第二输入端；所述第一输入端、第二输入端包括一转换端，其通过一第一电阻接地，通过一第二电阻连接所述致动器的第一端，通过一第三电阻连接所述感应电阻的第二末端；所述运算放大器的第二输入端通过一第四电阻连接所述电压节点并通过一第五电阻和第六电阻的并联而连接所述致动器的第二端；所述运算放大器的输出端通过一第七电阻连接所述放大器。
6.如权利要求1所述的磁头卸载改良方法，其特征在于在第一步骤之前还包括以下步骤驱动辅助电源供应；确定是否有电源发生故障；由一旋转马达获取激励电流。
全文摘要
一种磁头卸载的改良方法及系统，其可在卸载磁头时，如果电源发生故障，将限定致动器的最大和最小速度。一反电动势控制电路通过比对标准的致动器速率来监测当前的致动器速率，并应用一感应电阻去消除致动器中的阻抗。如果该速度超出安全范围，该反电动势控制电路将降低致动器电流以避免产生更大的加速度，反之亦然。
文档编号G11B19/20GK1492396SQ0213505
公开日2004年4月28日 申请日期2002年10月25日 优先权日2002年10月25日
发明者迈克尔·尤坦里克, 丹·汉特, 詹姆士·琼斯, 托马斯·安德鲁, 安德鲁, 琼斯, 特, 迈克尔 尤坦里克 申请人:深圳易拓科技有限公司