专利名称：测量读/写头的加载/卸载速度的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量读/写头的加载/卸载速度的装置。
背景技术：
如本领域所公知的，大多数小型(form factor)硬盘驱动器利用一斜坡(ramp)加载/卸载程序，通过旋转读/写头臂(arm)使读/写头沿着一斜坡向下移动，以将读/写头载到硬盘上(即放到读/写硬盘的位置)。另外，如本领域所公知的，当完成从硬盘的数据存取后，旋转读/写头臂以使读/写头沿着该斜坡向上移动，将读/写头从硬盘卸载。
为确保硬盘驱动器的长期可靠性，应当控制上述读/写头在该斜坡上的加载/卸载，以免损坏硬盘和读/写头。通常，这涉及使用伺服控制系统，该伺服控制系统试图在最佳的轨迹上保持读/写头的加载/卸载速度。因此，这其中，需要测量加载/卸载过程中读/写头的速度。
众所周知，读/写头的运动，是通过将电流施加到音圈磁铁(“VCM”)上，使读/写头臂旋转来产生。测量读/写头速度的现有技术方法，通常需要使用数模转换器来测量在VCM中生成的反电动势(back-EMF)电压。众所周知，VCM反电动势(back-EMF)与VCM的角速度成比例，这就提供了测量读/写头速度的方法。这些现有技术方法的问题在于它们(a)电路通常很复杂；以及(b)要求印刷电路板上留出额外的空间。因此，现有技术方法导致硬盘驱动器成本增加。
鉴于上面所述，亟需克服上面现有技术中的一个或多个问题。
实用新型内容为了解决上述现有技术的问题和不足，本实用新型的目的在于提供一种可用于测量硬盘驱动器读/写头加载/卸载速度的装置，其中，含有线圈的硬盘驱动器产生运动。该装置包括读/写头臂、驱动读/写头臂运动的硬盘驱动器运动机构、控制器(100)，所述硬盘驱动器运动机构包括音圈磁铁，所述音圈磁铁上施加电流脉冲带动所述读/写头臂移动，施加在所述音圈磁铁上的电流脉冲衰减后，所述音圈磁铁产生反电动势电压，其特征在于所述测量读/写头加载/卸载速度的装置还包括有与所述控制器(100)连接的电阻器、电路组件(110)、差分放大器(130)及比较器(140)；所述控制器(100)输出信号给所述电阻器后，所述电阻器的输出端产生一参考电压，所述参考电压与来自所述电路组件(110)的输出电压在总和点(120)总和后输入所述放大器(130)；所述放大器(130)的输出作为所述比较器(140)的正端子输入，所述比较器(140)的输出作为控制器(100)的输入。
其中所述电阻器可以为一个或多个。
其中所述第一组件包括具有一个或多个输入的数模转换器，所述数模转换器的输出被用作电阻器的输入。
采用本发明创造技术方案，由于其采用控制器执行检索算法，改变输入的一个或多个数字信号，同时监测比较器的输出变化来提供被用来测量读/写头的速度的数字估计值，其电路结构简单，成本低，测量准确，且不需要在印刷电路板上额外留空间，所以节约空间。
图1表示一测量读/写头速度装置的框图，该装置是根据本实用新型的一个或多个实施例制作的；图2表示根据本实用新型的一个或多个实施例创建的算法的流程图，该算法由图1所示的装置的控制器执行，该算法用来提供读/写头速度的测量值；图3表示根据本实用新型的一个或多个备选实施例创建的算法的流程图，由一根据本实用新型的一个或多个备选实施例，并使用了N位的数模转换器(“DAC”)的控制器执行该算法，该算法用来提供读/写头速度的测量值；图4表示用来制作图1所示的装置的一个或多个实施例的电路图；图5表示根据本实用新型的一个或多个实施例制作的算法的流程图，该算法使读/写头速度接近预定的读/写头速度值，也就是，目标速度；以及图6表示执行图5中所示的算法的装置的框图，该装置根据本实用新型的一个或多个实施例制作而成。
具体实施方式
以下将用本实用新型的具体实施方式
并结合附图作进一步说明。
本实用新型的一个或多个实施例的测量装置，当硬盘读/写头(a)被从一斜坡载到硬盘上时；或(b)从硬盘卸载到该斜坡上时，该测量装置用以测量读/写头速度。众所周知，读/写头附在一读/写头臂上，该读/写头臂由一硬盘驱动器运动机构所驱动，该硬盘驱动器运动机构包括通常称为音圈磁铁(“VCM”)的线圈。根据这种结构，读/写头从离一支点固定的距离作旋转。我们还知道，为使读/写头运动，将电流脉冲施加到VCM上，该电流脉冲使读/写头臂开始移动。在电流脉冲衰减后，读/写头臂继续移动(由于惯性)，由于这一运动，将在VCM中生成反电动势(back-EMF)电压。我们已知道，VCM的反电动势(back-EMF)电压与VCM的角速度成比例，因而，与硬盘驱动器/写头的线速度成比例。因此，可以用VCM反电动势(back-EMF)电压提供读/写头速度的测量值。
图1表示的是读/写头速度的测量装置1000的框图，该装置1000是根据本实用新型的一个或多个实施例所制作。假定装置1000利用VD的测量带宽，VD/2为带宽的中间值。如图1所示，控制器100产生N+1个数字信号、或输出信号GPIO(0)到GPIO(N)，并把数字信号或输出信号GPIO(0)到GPIO(N)作为电阻器R(0)至R(N)的输入。根据本实用新型的一个或多个实施例，控制器100可以是硬盘驱动器中的微控制器，更具体地说，控制器100可以是数字信号处理器(“DSP”)。根据本实用新型的一个或多个这些实施例，可以用但不限于DSP的通用I/O输出，提供数字信号或输出信号GPIO(0)至GPIO(N)。另外，假定选用GPIO(0)至GPIO(N)和R(0)至R(N)，以使自电阻器R(0)至R(N)的电压输出范围(也就是通过改变GPIO(0)到GPIO(N)的信号值所得到的范围)，将会是从0到VD，而中点在VD/2。
进一步如图1所示，(在驱动读/写头运动的电流衰减后)在VCM中生成的反电动势(back-EMF)被用作电路组件110在输入端口1101(正输入)和输入端口1102(负输入)的输入，其中电路组件110通过单位放大，并输出信号Vback＝VD/2+VCM反电动势。可以利用商业上容易获得的组件以及利用本领域普通技术人员公知的多种方法的任何一种制作电路组件110。
进一步如图1所示，在总和点120，来自电路组件110的输出(即Vback)减去来自电阻器R(0)至R(N)的输出(即Vref)，再加上VD/2，以及将该差值作为放大器130的输入(即，放大器130的输入＝Vback-Vref+VD/2)。如本领域的普通技术人员能很容易意识到，使用放大器130来调节信号以及提供适当的电压电平。接着，将来自放大器130的放大的差值输出作为比较器140的正端子的输入，并且将VD/2作为比较器140的负端子的输入。接着，来自比较器140的输出150被用作控制器100的输入。容易理解，如果Vback-Vref+VD/2＜VD/2，则输出150为0，以及Vback-Vref+VD/2＞VD/2，则输出150为例如但不限于1。可以利用商业上很容易获得的组件，以及利用对本领域的普通技术人员来说周知的多个方法的任何一个来制作放大器130和比较器140。
根据本实用新型的一个或多个实施例，电阻器R(0)至R(N)具有电阻值R(i)＝2i*R。因此，通过将具有预定电压电平(0或V)的数字输入作为电阻R(0)至R(N)的输入，来自电阻器R(0)至R(N)的电压输出可以具有2N+1个不同值。如下面将详细地描述，以及根据本实用新型的一个或多个实施例，装置1000提供具有2N+1分辨率的读/写头的速度的测量值。
图2表示根据本实用新型的一个或多个实施例制作的算法流程图，由装置1000的控制器100执行该算法，以及使用该算法来提供读/写头速度的一个测量值。根据本实用新型的一个或多个实施例，该算法是二进制检索算法。
如图2所示，在单元400，控制器100将每一个数字输出GPIO(0)至GPIO(N)设置为0。然后将控制转移到单元410。
在单元410，控制器100输出GPIO(0)至GPIO(N)后，等待装置1000就绪(settle)。然后将控制转移到单元420。
在单元420，控制器100将数字状态变量TargetState设置等于数字状态值Comparator State的逻辑相反值，其中Comparator State对应于图1所示的来自比较器140的输出150。根据本实用新型的一个或多个实施例，(a)当GPIO(0)至GPIO(N)每一个数字输出＝0时，如果VCM反电动势＜Vref，则Comparator State具有第一数字状态值(例如但不限于0)；以及(b)，当GPIO(0)至GPIO(N)每一个数字输出＝0时，如果VCM反电动势＞Vrer，则Comparator State具有第二数字值(例如但不限于1)。然后上述算法执行二进制检索以决定VCM反电动势。然后将控制转移到430。
在单元430，控制器100将N设置等于测量用的偏移比特数。根据本实用新型的一个或多个这些实施例，这将决定速度测量的分辨率。然后将控制转移到单元400，开始二进制检索的循环。
在单元440，控制器100将GPIO(N)设置成相应于逻辑1的电压，即是将第N个通用输出数字信号设置成逻辑1，而其余的数字输出则保持它们以前的值。注意，二进制检索是从最高有效位开始并向下到最低有效位。然后将控制转移到单元450。
在单元450，控制器100等待装置1000就绪。然后将控制转移到单元460。
在判定单元460，控制器100判定Comparator State(即，输出状态150)是否等于TargetState。实质上，这决定Vref是否足够大以致VCM反电动势信号与Vref间的差值已经改变符号。如果是的话，将控制转移到单元470，否则将控制转移到单元判定单元480。
在单元470，控制器100将GPIO(N)设置成等于0。实质上，Vref太大，将Vref降低到在单元440增加前的值。然后将控制转移到单元480。
在判定单元480，控制器100判定N是否等于0。如果是的话，将控制转移到单元500，否则将控制转移到单元490。
在单元490，控制器100设置N＝N-1。然后，将控制转移到单元440以继续检索。
在单元500，控制器100进行下述转换将((由GPIO(0)至GPIO(N)提供的取值范围，即2N+1)/2减去由GPIO(0)至GPIO(N)所代表的值)转换成电压，并将该电压乘以比例常数，以将该电压转换成速度；该比例常数可以基于特定的驱动器特性，例如但不限于磁铁强度、线圈匝数等等，由本领域的普通技术人员按惯例决定，并不需过度的试验。
本实用新型的一个或多个备选实施例，通过用单个电阻器和N位DAC(数模转换器)，代替图1所示的装置1000的相加电阻器R(0)至R(N)来制作。根据一个或多个这样的实施例(a)将来自控制器100的N个数字输出作为N位DAC的输入；(b)将来自N位DAC的输出电压用作电阻器的输入；以及(c)将来自电阻器的输出电压(Vref)用作图1所示的装置1000的总和点120的输入。
图3表示根据本实用新型的一个或多个实施例制作的算法流程图，根据利用N位DAC的本实用新型的一个或多个备选实施例，由控制器执行该算法，以及使用该算法来提供读/写头速度的一个测量值。实质上，该算法是二进制检索。
如图3所示，在单元1400，控制器100将d设置成等于2(N-1)，D＝d，以及DAC＝0，其中(a)D是来自该算法的输出；(b)DAC是来自N位DAC的输出电压；以及(c)d表示N位DAC的N位数字输入。然后，将控制转移到单元1410。
在单元1410，控制器100将输入应用到N位DAC后，等待装置1000就绪。然后将控制转移到单元1420。
在单元1420，控制器100将数字状态变量TargetState设置成等于数字状态值Comparator State的逻辑相反值，其中ComparatorState相应于图1所示的来自比较器140的输出150。类似以前的算法，执行这一算法搜索N位DAC的值，该值使Comparator State从DAC设置为0时的初始值发生改变。然后将控制转移到单元1430。
在单元1430，控制器100将N设置成等于DAC比特数。根据本实用新型的一个或多个这样的实施例，这将决定速度测量的分辨率。控制转移到从单元1440开始的循环。
在单元1440，控制器100设置DAC＝D以及UP＝+1。然后将控制转移到单元1450。
在单元1450，控制器100等待装置1000就绪。然后，将控制转移到单元1460。
在判定单元1460，控制器100判定Comparator State(即，数字输出状态150)是否等于TargetState。实质上，这是决定是否已经从VCM反电动势信号减去足够大的量以致于它与Vref间的差值已经改变符号。如果是的话，将控制转移到单元1470，否则，将控制转移到判定单元1480。
在单元1470，控制器100设置UP等于-1。实质上，已经从VCM反电动势信号减去太多，返回重新设定减去的数量，再返回以减去稍微较小的量。然后将控制转移到判定单元1480。
在判定单元1480，控制器100判定N是否等于0。如果是的话，将控制转移到单元1500，否则将控制转移到单元1490。
在单元1490，控制器100设置N＝N-1，d＝d/2，D＝D+(UP*d)。然后将控制转移到单元1440。
在单元1500，控制器100作下述转换将((由DAC提供的取值范围)/2减去用D表示的值)转换成电压，再将该电压乘以一个比例常数来将该电压转换成速度，该比例常数可以由本领域的普通技术人员基于特定的驱动器特征，例如但不限于磁铁的强度、线圈的匝数等等，按惯例进行决定，并不需过度的试验。
图4表示用来制作图1中所示的装置1000的一个或多个实施例的电路图。如图1所示，来自控制器(为便于理解本实用新型，在图4中未示出)的数字输出GPIO(0)至GPIO(N)被用作电阻器R(0)至R(N)的输入，来自电阻器R(0)至R(N)的输出被用作总合点120的输入。
如图4进一步所示，来自VCM的“正”端的输入(即VCM反电动势的VCMP)被用作端子1101的输入，在那里由一电阻器调整，在总和点121增加到VD/2，并作为差分放大器135的负端输入。如图4进一步所示，来自VCM的“负”端的输入(即VCM反电动势的VCMN)被用作端子1102的输入，在那里由一电阻器调整，加到Vref(下面将描述)，并用作差分放大器135的负端的输入。如上面结合图1所述，Vref是在接收以数字输出GPIO(0)至GPIO(N)的形式的输入后，由来自电阻器R(0)至R(N)的输出所决定。
如图4进一步所示，来自差分放大器135的输出被用作比较器145的正端的输入。最后，如图4中进一步所示，VD/2被用作比较器140的负端输入。
如上面参考图1所述，如果Vback-Vref+VD/2＜VD/2，来自比较器145的输出150为0，如果Vback-Vref+VD/2＞VD/2，则输出150为VD(以此为例，并不限于此)。可以利用本领域的普通技术人员公知的多个适当组件的任何一个制作差分放大器135以及比较器145。
图5表示根据本实用新型的一个或多个实施例创建的算法流程图，可以通过例如但不限于图6所示的装置2000的控制器9000执行该算法。这一算法是利用读/写头速度的测量的反馈，使读/写头接近预定的读/写头速度，即目标速度的反馈控制算法。正如从图6可以很容易理解到的，装置2000包括图1所示的装置1000，并增加了VCM电流驱动器910。对这一实施例，仅使用图1所示的电阻器R(0)。
如图5所示，在单元700，控制器900输出GPIO(0)以便生成对应于读/写头速度的目标值，即目标速度的参考电压电平。然后控制传送到单元710。
在单元710，控制器9000等待电路就绪。然后控制传送到单元720。
在单元720，控制器900停用VCM电流驱动器910。然后将控制转移到单元730。
在单元730，控制器900等待电路从停用VCM电流驱动器910的状态恢复过来。然后将控制转移到单元740。
在单元740，控制器900采样Comparator State(例如，图6所示的来自比较器940的数字输出状态信号950)。然后将控制转移到判定单元750。
在判定单元750，控制器900判定是否Comparator State＝0，以便判定VCM反电动势是否低于参考电压电平。如果是的话，将控制转移到单元760，否则将控制转移到单元770。
在单元760，控制器900设置VelocityError＝+Vconstant。实质上，VCM反电动势低于参考电压电平，必须将更多的电流施加到VCM上以便加速读/写头。然后将控制转移到单元780。
在单元770，控制器900设置VelocityError＝-Vconstant。实质上，VCM反电动势高于参考电压电平。然后将控制转移到单元780。
在单元780，控制器900设置ControlOutput＝(VelocityError*PROPORTIONALgain)+Integrator。在本实用新型中，ControlOutput为施加到VCM上的加速或减速该读/写头的电流量，以使读/写头的速度接近所需目标速度。可以基于特定的驱动器的特性和所需性能，由本领域的普通技术人员按惯例来决定适当的Vconstant和PROPORTIONALgain值，并不需过度的试验。然后将控制转移到单元790。
在单元790，控制器900激活VCM电流驱动器910，并将电流输出设置成等于ControlOutput。然后将控制转移到单元800。
在单元800，控制器900通过设置Integrator＝Integrator+(VelocityError*INTEGRATORgain)以求校正量总和。可以基于特定的硬盘驱动器的机械特性和所需的性能，由本领域的普通技术人员按惯例试验来决定适当的INTEGRATORgain值，并不需过度的试验。
在单元810，控制器900等侯VCM电流驱动器910输出电流的预定时间。然后将控制转移到单元820。
在判定单元820，控制器900判定是否已经请求终止算法。如果是的话，将控制转移到830以便退出，否则将控制转移到单元720。
尽管在此已经详细地示出和描述了包含本实用新型的多种实施例，本领域的技术人员仍能很容易地推导出包含上述技术特征及技术效果的本实用新型的许多其他不同的实施例。
权利要求1.一种用于硬盘驱动器中测量读/写头的加载/卸载速度的装置，包括读/写头臂、驱动读/写头臂运动的硬盘驱动器运动机构、控制器(100)，所述硬盘驱动器运动机构包括音圈磁铁，所述音圈磁铁上施加电流脉冲带动所述读/写头臂移动，施加在所述音圈磁铁上的电流脉冲衰减后，所述音圈磁铁产生反电动势电压，其特征在于所述测量读/写头加载/卸载速度的装置还包括有与所述控制器(100)连接的电阻器、电路组件(110)、差分放大器(130)及比较器(140)；所述控制器(100)输出信号给所述电阻器后，所述电阻器的输出端产生一参考电压，所述参考电压与来自所述电路组件(110)的输出电压在总和点(120)总和后输入所述放大器(130)；所述放大器(130)的输出作为所述比较器(140)的正端子输入，所述比较器(140)的输出作为控制器(100)的输入。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电阻器可以为一个或多个。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一组件包括具有一个或多个输入的数模转换器，所述数模转换器的输出被用作电阻器的输入。
专利摘要本实用新型是一种测量硬盘驱动器的读/写头速度的装置，其中的硬盘驱动器运动机构包括一个线圈。该装置包括(1)控制器，它输出数字信号，作为第一组件的输入信号；该第一组件会输出一参考电压以作为响应；(2)第二组件，响应上述线圈的电压输出和该参考电压，并将测得的该线圈电压和该参考电压间的差值作为输出；以及(3)第三组件，响应该差值的测量值，如果该线圈电压大于/低于该参考电压，则输出第一/二个值；第三组件的输出被用作控制器的输入；其中，当该控制器观察第三组件输出的变化时，便执行一检索算法来改变数字信号，以提供线圈电压的估计值，该估计值被用作读/写头速度的一个测量值。
文档编号G11B5/54GK2735500SQ200420064419
公开日2005年10月19日 申请日期2004年5月31日 优先权日2003年10月16日
发明者戴维·M·德鲁因, 埃弗若汉海·佩若海 申请人:南方汇通微硬盘科技有限公司