用于光记录头致动器的功率放大器的制作方法

各种实施例涉及用于大容量存储装置的记录头的结构和方法，并且更具体地讲，涉及光记录头的功率放大器驱动器。

背景技术：

光带是数据存储介质。在某些示例中，它能够采用长窄条的形式，图案能够被写到所述长窄条上并且能够从所述长窄条读取图案。相对于磁带，光带可促进更高的数据传送速率、更大的存储容量和减少的存取时间。此外，因为使用不触碰光带的记录表面的光学拾取单元写和读光带，所以它可以比磁带更耐用。

功率放大器已用于驱动在大容量存储装置(诸如，磁盘和磁带驱动器)中使用的记录头的致动器。功率放大器是用于控制致动器的运动的伺服子系统的一部分，所述致动器将记录头放置在记录介质上的预期轨道上方。然而，这些放大器驱动器的过多功率耗散和大覆盖区(电路板上需要的区域)使其非常不适合新一代的光带驱动架构。这是由于需要具有多个致动器的许多光学拾取单元(例如，24个及以上)。因此，本发明人确定需要新的拾取头结构和方法。

技术实现要素：

一种记录头单元能够包括：记录头，用于与存储介质相互作用；致动器，连接到记录头，并且被配置为相对于存储介质移动记录头；和控制电路，用于向致动器发送控制信号，其中所述控制电路包括脉冲驱动h桥放大器以控制流向致动器的电流，

在示例中，所述控制电路包括串联连接以创建第一节点的第一开关和第二开关、串联连接以创建第二节点的第三开关和第四开关。在示例中，所述致动器以电气方式连接在第一和第二节点之间。在示例中，所述第二开关连接到地，第四开关连接到地，并且第一开关和第三开关连接到电源。在示例中，所述控制电路还包括向第一、第二、第三和第四开关提供控制信号的脉冲控制模块，第一和第四开关导电以沿第一方向向致动器发送电流从而沿第一头方向移动记录头，并且第三和第二开关导电以沿第二方向向致动器发送电流从而沿第二头方向移动记录头。在示例中，所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关全都在d类模式下操作以使功率损耗最小化。在示例中，所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关是mosfet。

在示例中，所述控制电路控制向致动器输出具有可变频率和可变脉冲宽度的脉冲信号。

在示例中，所述控制电路包括通向控制器信号的输入的反馈环。在示例中，所述控制电路包括感测电阻器，所述感测电阻器向放大器提供第一感测信号，所述放大器向加法电路输出第二感测信号，所述加法电路对第二感测信号和来自控制器的输入求和并且向前向补偿模块输出信号，所述前向补偿模块向脉冲控制模块输出信号。

一种记录头单元能够包括：记录头，用于与存储介质相互作用；致动器，连接到记录头，并且被配置为相对于存储介质移动记录头；和控制电路，用于向致动器发送控制信号，其中所述控制电路包括用于控制流向致动器的电流的脉冲驱动开关电路。

在示例中，所述控制电路包括串联连接以创建第一节点的第一开关和第二开关、串联连接以创建第二节点的第三开关和第四开关，并且其中致动器以电气方式连接在第一和第二节点之间。在示例中，所述第二开关连接到地，第四开关连接到地，并且第一开关和第三开关连接到电源。在示例中，所述控制电路还包括向第一、第二、第三和第四开关提供控制信号的脉冲控制模块，第一和第四开关导电以沿第一方向向致动器发送电流从而沿第一头方向移动记录头，并且第三和第二开关导电以沿第二方向向致动器发送电流从而沿第二头方向移动记录头。

在示例中，所述控制电路包括通向控制器信号的输入的反馈环。

在示例中，所述控制电路包括感测电阻器，所述感测电阻器向放大器提供第一感测信号，所述放大器向加法电路输出第二感测信号，所述加法电路对第二感测信号和来自控制器的输入求和并且向前向补偿模块输出信号，所述前向补偿模块向脉冲控制模块输出信号。

在示例中，所述第一开关、第二开关、第三开关和第四开关是mosfet。

在示例中，所述控制电路控制向致动器输出具有可变频率和可变脉冲宽度的脉冲信号。

附图说明

图1显示根据示例的记录头单元的示意图。

图2显示根据示例的使用记录头单元的光带系统的各部分的示意图。

图3显示根据示例的记录头单元的一部分的电路图。

图4显示根据示例的记录头单元的脉冲控制块的示图。

图5显示根据示例的记录头单元的控制方案的示图。

图6显示根据示例的记录头单元的信号状态的表。

图7显示根据示例的使用记录头单元的光带系统的各部分的示意图。

具体实施方式

根据需要，这里公开本发明的详细实施例；然而，应该理解，公开的实施例仅是可按照各种替代形式实现的本发明的示例。附图不必符合比例；一些特征可被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，这里公开的特定结构和功能细节不应被解释为是限制性的，而仅应被解释为用于教导本领域技术人员以各种方式应用本发明的代表性基础。

图1显示用于在从控制器106接收到指令时与用于存储数据的大容量存储介质104相互作用的记录头单元102的示意图。大容量存储介质104能够是带状介质，例如光带或磁带或其组合。记录头单元102从控制器106接收指令。记录头单元102适于使用脉冲控制信号在存储介质上移动寻址位置。

控制器106能够是指示记录头单元102移动到介质104上的某些轨道或介质104上的区或片段内的轨道的计算机或计算机器的一部分。控制器106也用作与其它计算装置和/或电路的接口，所述其它计算装置和/或电路能够从所述介质请求数据或请求将数据写在所述介质上并且存储在所述介质上。在示例中，记录头单元102包括伺服系统107以相对于介质104将记录头110移动到其指示的位置。记录头110能够以非机械方式与介质104相互作用以便读取数据位以及将数据位写到所述介质。伺服系统107包括控制电路108，控制电路108发送电指令并且例如从控制器106接收电指令并且指示致动器109。伺服系统107使用脉冲控制信号定位记录头110。致动器109基于来自控制电路108的指令移动记录头110。在示例中，控制电路接收关于记录头110的位置和用于移动记录头110的功率的指令。

图2显示作为光带驱动系统的数据存储系统和介质，所述光带驱动系统可包括例如多个光学拾取单元102(例如，102a-102x)和控制器106。当光带104移经拾取单元102时，每个光学拾取单元102可在控制器106的控制下产生光束，当所述光束聚焦在光带104的物理轨道上时，所述光束写数据到物理轨道或从物理轨道读取数据。光带104能够在它的物理轨道上存储二进制数据。控制器106包括用于处理指令以向光学拾取单元发出操作信号并且为其它电路(未示出)提供接口的电路。在图2的示例中，光带驱动系统包括二十四个光学拾取单元112。在其它示例中，光学拾取单元的数量当然可以是不同的。例如，替代光带驱动系统可仅包括六个、十二个或二十四个光学拾取单元或其它2ⁿ个单元。

光学拾取单元102被设置在支撑结构上以允许移动从而与存储带上的轨道对准，并且适于读取其在存储带上的分派的轨道或将数据写到其在存储带上的分派的轨道。所述支撑结构能够包括伺服系统102，伺服系统102使用脉冲控制系统将记录头110定位在与存储带104上的位置关联的地址。拾取单元102可随后相对于介质104的对应片段沿侧向移动，从而它们能够与介质片段内的指定轨道对准并且利用所述指定轨道读/写。例如，根据控制器106的命令，每个光学拾取单元102可在光带104的对应片段内移动。每个光学拾取单元102能够随后读取对应光带轨道上的数据。然而，移动光学拾取单元102消耗电能并且在所述系统内释放热量。在操作中，指令能够将电能引导到每个光学拾取单元102以使所述单元沿侧向移动从而与存储带的片段对准。

当读或写存储带104时，使用光学拾取单元的系统读取数据或将数据写到通过地址来识别的物理位置。这个地址识别存储带104上的物理位置，并且能够由从控制器106到伺服系统的电信号表示。每个光学拾取单元102包括致动器以将电信号转换成机械运动信号从而将单元102的头移动到存储介质104上的寻址位置。

图3显示根据示例的记录头单元102和用于控制所述记录头单元的系统。记录头单元102包括脉冲控制器301，脉冲控制器301接收控制信号并且输出脉冲信号以定位记录头110。脉冲控制器301能够实现传递函数，所述传递函数输出控制信号，所述控制信号导致用于控制记录头的定位的脉冲信号。参照图5和6更详细地描述脉冲控制器301的示例。脉冲控制器301能够包括用于执行指令(所述指令能够是机器可读指令并且可存储在存储器中)的电路或处理器以影响脉冲控制器301的功能。脉冲控制器301在线305上输出控制信号。所述输出能够是来自比较器307的差分信号，比较器307从脉冲控制器301的传递函数接收正信号和负信号。比较器307能够是在由脉冲控制器301中的电路或处理器执行的指令中实现的虚拟比较器。虚拟比较器307能够使用来自所述传递函数的正信号和负信号之差提供稳定的步进信号(steppedsignal)。线305上的控制信号被提供以控制接合致动器109的桥310。桥310提供负脉冲电流和正脉冲电流以便为致动器109供电。利用沿一个方向的更强大的信号，基于负信号或正信号之一，致动器109将会沿该方向将记录头移动更大的距离。桥310能够包括开关311、312、313、314。开关311、312串联连接并且形成桥310的第一腿。开关313、314串联连接并且形成h桥拓扑的桥的第二腿。第一腿和第二腿都能够是集成电路，例如互补mosfet半桥，其能够是sanjose,ca的fairchildsemiconductor的nds885h。开关311能够是p栅极场效应晶体管，其源极连接到电压源，栅极连接到输入线305并且漏极连接到节点315。节点315连接到致动器109的一端和开关312的漏极。开关312能够是n栅极场效应晶体管，其源极连接到地，栅极连接到输入线305并且漏极连接到节点315。开关313能够是p栅极场效应晶体管，其源极连接到电压源，栅极连接到反相的输入线305并且漏极连接到节点317。开关314能够是n栅极场效应晶体管，其源极连接到地，栅极连接到反相的输入线305并且漏极连接到节点317。节点317连接到致动器109的第二端。反相器(这里示出为nand门)使控制线305反相为线306，线306连接到开关313和314的栅极。

在操作中，致动器109基于电流振幅和电流方向移动记录头110。开关311-314控制针对致动器的电信号，即脉冲宽度、持续时间和频率。开关311-314提供互补开关动作。开关311和314一起操作以完成导电电路。开关312和313一起操作以完成导电电路。当开关311和314“接通”(导电)时，电流将会沿一个方向流经致动器并且沿该方向“推”致动器109。在开关311和314处于接通状态的情况下，开关312、313处于断开状态。当开关312和313“接通”(导电)时，电流将会沿另一方向流经致动器并且沿拉方向“拉”致动器109。在开关312和313处于“接通”状态的情况下，开关311、314处于断开状态。通过在节点315、317施加推/拉信号，开关对311、314和312、313的操作导致致动器运动的完整控制。开关311-314的状态由比较器307和脉冲控制器301控制，这能够是管理致动器109的运动的伺服系统控制的一部分。比较器307产生的对导致正脉冲和负脉冲的控制器301的线性控制律之间的关系的计算创建针对致动器的推信号和拉信号。

图4显示脉冲控制器301的实施例。伺服控制律模块401包括用于存储指令的存储器，所述指令为致动器109实现想要的控制律。伺服控制律模块401还能够包括模拟或分立信号处理部件或电路。模块401输出分离到两个路径403、405中的信号。限幅器407、409分别从路径403、405接收信号。限幅器407、409操作以将通过每个路径的振幅信号仅限制为与该路径关联的极性。可重置斜波发生器410输出信号以与在限幅器407、409之后的路径403、405处的信号进行比较。可重置斜波发生器410能够是递增计数器，所述递增计数器在设置的频率(例如，20mhz)操作，在200khz重置。比较器412比较来自限幅器407和计数器410的信号，将结果输出给采样和保持电路413，采样和保持电路413向比较器307输出信号。比较器414比较来自限幅器409和计数器410的信号，将结果输出给采样和保持电路414，采样和保持电路414向比较器307输出信号。在操作中，每个路径403、405处的信号被与可重置斜波发生器410的输出进行比较以从采样和保持电路413、415产生推或拉脉冲，所述推或拉脉冲具有与来自模块401的控制律的宽度和极性成比例的宽度和极性。在示例中，从控制律的实现方式产生的“接通”控制信号的宽度基于低于图5中示出的控制线或曲线的值的计数器值。针对开关的“接通”信号具有与计数器小于或等于设置的值的时间对应的宽度。在示例中，如果计数器被设置为在200khz通过单个增量来计数，则计数器值100将会导致50％占空比。

图5显示根据示例的用于记录头单元102的控制方案500的示图。记录头的致动器的推/拉动作被表示为直线控制方案。也就是说，在x轴上表示致动器的移动，并且在y轴上表示信号功率。线性控制律通过对应第一开关对311、314和第二开关对312、313分别导致信号501、502。如图中所示，需要的致动器的移动越大，开关对(例如，桥的导电部分)的信号的脉冲越宽。

图6显示在比较器304的输入(out1，out2)处的信号值的真值表和导致致动器109运动的开关311-314的状态。例如，为了沿第一方向推致动器，out1为高；out2为低；开关311、314导电；并且开关312、313断开。为了沿第二方向拉致动器，out1为低；out2为高；开关311、314断开(不导电)；并且开关312、313导电。为了使致动器空闲，out1和out2为低；开关311、313断开(不导电)；并且开关312、314导电。

图7显示根据示例的记录头单元102和用于控制所述记录头单元的系统，并且类似于具有反馈环的图3。图7实施例实现“跨导”(电流到电压)反馈控制系统。感测电阻器701定位在开关312、313的漏极连接和致动器109的第二端之间。运算放大器703从感测电阻器701的每一端接收信号，并且向加法电路705输出信号。加法电路705还从控制器106接收信号，并且向前向补偿模块707输出求和信号。补偿模块707向脉冲控制模块301输出控制信号。补偿模块707能够包括用于执行指令以处理信号的电路和用于存储所述指令的存储器。补偿模块707能够是积分器引导，例如实现(k*(st+1)/s)。补偿模块707能够操作以抑制由于部件不准确而导致的最后反馈环的dc偏移。在操作中，来自放大器703的信号是致动器109中的电流的低通滤波器表示，并且通过封闭反馈环的动作，它迫使通过致动器并且在电阻器处的电流与控制器的电流需求的电流相同。

使用以上结构，实现了各种益处。所述开关能够是能够在开关模式(d类模式)下操作的mosfet晶体管。与现有技术线性驱动器致动器操作相比，这导致h桥中的功率耗散在极大程度上最小化。与传统脉宽调制技术相比，致动器控制信号的脉冲转变也使致动器本身的功率耗散最小化。使用图7反馈实施例，控制器能够更准确地校正所述装置的部件变化和温度变化。

放大器(例如，线性功率放大器(lpa))已被用于驱动在大容量存储装置(诸如，磁盘和磁带以及光盘和光带驱动器)中使用的记录头的音圈致动器。这些存储装置使用功率放大器作为其用于控制致动器的运动的伺服子系统的一部分，所述致动器将记录头放置在记录介质上的预期轨道上方。这些放大器的部件的过多功率耗散和大覆盖区(即，电路板上需要的区域)使其非常不适合下一代大容量存储系统(诸如，光带驱动器)。这可能是由于需要许多拾取单元(例如，大于十二个或二十四个或更大数量的拾取单元)，每个拾取单元具有多个致动器。如本发明人所发现，需要致动器和拾取单元系统的这些驱动器的新的低成本低功率耗散设计。本公开描述了具有用于减轻与现有技术线性驱动器关联的问题的功率放大器设计的新的致动器驱动器。

尽管以上描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述本发明的所有可能的形式。相反地，在说明书中使用的词语是描述的词语而非限制的词语，并且应该理解，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种变化。另外，各种实现的实施例的特征可被组合以形成本发明的另外的实施例。