专利名称：在公共基座上的多盘驱动器组件结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及多数字数据存储装置系统，更具体地说涉及至少两个具有特定物理尺寸的安装在具有较大的标准化形状参数的外壳内而形成单一的高容量盘驱动数据存储装置。
计算机系统的主要部件之一是用来存储数据的。典型的计算机系统利用多个存储装置来存储数据以便计算机使用。例如，在计算机系统中，数据可以被存储在被称为盘驱动器或直接存取存储器(DASD)的外部存储装置中。
盘驱动器或DASD包括有一个或多个盘，这些盘类似于唱机中使用的唱片，或CD播放机中使用的密致盘(CD)。这些盘被叠置在一个轴上以平行的平面作旋转运动，与唱片非常相似。但是，在盘驱动器中，这些盘被以一定间隔安置在轴上使它们分开而不互相碰触。
这种数据存储装置利用旋转的磁性或光学盘用于高容量，低成本地存储数据，这一点是众所周知的。比较典型地，这种盘具有许多在其一面或双面形成的同心的数据道位置。存储在每个道中的信息由一个传感器头读取，该传感器头在道搜寻操作中沿着所述道运动，并且在装置的只读和/或读/写道跟随操作中与该道对准。比较典型的，每个数据存储表面提供有一个或多个传感器头。使盘相对于头旋转及使头相对于盘表面径向运动用于存取目的电磁组件称为头盘组件(HDA)。此外还提供一个控制机构以便将头保持在每个数据道的边界之内，并且在闭合环路伺服，或取样伺服工作中采取由步进马达或可连续定位的致动器提供的制动形式。此外，还需要一个接口装置用于连接HDA到控制器，盘驱动器及盘驱动器与计算机系统间的通讯，例如，小型计算机同步接口(SCSI)。
目前与数据存储有关的技术不断致力于标准化及增加存储容量，减少数据存储装置的重量和尺寸，以及减少功耗。尺寸标准化，称为形状参数，而接口兼容标准化则是桌面系统如个人计算机(PC)及工作站系统及更大计算系统的制造商追求的另一目标。因此，由不同的制造商以标准形状参数及插入结构提供的，具有不同功能及容量的盘驱动器可以在不同的PC机中互换地使用，如在由PC制造商提供的标准的插接槽中使用。
在减少盘驱动器的尺寸的同时增加系统的存储容量需要认真平衡减少存储介质的面积即盘表面，及相应减小存储容量的关系。比较典型地的折衷方案是增加每个轴上盘的个数和/或增加盘驱动器的个数。在多数情况下，多个相对较小的盘驱动器被安置在抽屉中以提供高存储容量而同时利用公共的电源及耦合设施，以便取得减少电源需求的效果。但是，对于PC机来讲，用户要在由PC机制造商提供的标准形状参数的槽中增加单独的盘驱动器或增加相对昂贵的另外的单元是受到限制的。
因此，本发明的主要目的是提供一个具有工业标准的形状参数的盘驱动器组件，它包括至少两个HDA。
本发明的另一个目的就是提供一个五右4分一吋(5 1/4 )的盘驱动器，它包括两个三右二分之一英寸形状参数的HDA，并安装在公共框架上。
本发明的另一个目的是提供一个包括至少两HDA及一个控制器板的盘驱动器组件。
本发明的另一个目的是提供一种含有至少两个HDA组件的盘驱动器组件，所述HDA可通过一个公共接口连接器分别寻址。
本发明另一个目的是提供含有两个具有工业标准的形状参数的HDA的盘驱动器组件，它可以在计算机系统中通过制造商提供的具有相同形状参数的槽或机架与具有相同形状参数的盘驱动器互换。
本发明的以上目的和其它目的可通过下述多盘驱动器组件取得，该多盘驱动器组件包括一个安装框架或基座，其长度和宽度接近于选定的形状参数的盘驱动器的长度和宽度，两个HDA安装在基座上面，每个HDA的长度接近于选择的形状参数的盘驱动器的宽度，其宽度接近于选择的形状参数的盘驱动器的长度的一半。该多盘驱动器组件还包括一个单一的公共的控制器板，安装在基座的底侧，处于所述的两个HDA下面，以及还具有公共的电源和接口连接器安装在控制器板的后边缘。在控制器板后边缘还装有公共跨接器或选择块(Optionblock)为每个HDA设定独立的地址。顶盖和底盖固定到基座的顶部和底部，形成上下外壳封装HDA和控制器板，这样便提供了一个整体外部尺寸大体等于选择的形状参数的盘驱动器的盘驱动器组件单元。
本发明的盘驱动器组件提供了一个5 1/4 吋形状参数的盘驱动器组件，具有3 1/2 吋的盘驱动器形状参数的HDA，安装在内部刚性框架上，并且通过一个公共的工业标准的接口进行存取。所述接口和电源连接器及框架安装孔规格是工业标准化的以便在计算机系统中如桌面个人计算机中使用时与具有5 1/4 吋形状参数的盘驱动器具有互换性。单一电子控制器板由两个HDA共享，共提供所有控制器功能，及向HDA分配电源及为每个HDA通过数据通道传送数据或从中取出数据。该控制器板可由单端或差分形式的SCSI或IPI接口。上盖或下盖为组件提供上下罩壳，并在HDA和控制器板周围提供足够的空隙，利用主计算机提供的冷却系统为部件提供足够的冷却。一个弹性振动阻尼装置也被采用以减少外部或内部的振动对HDA的影响。该组件用金属壳完全封闭以提供EMC和RFI保护。
本发明在单一的组件中提供了两个驱动器组，具有5 1/4 吋工业标准形状参数，并且具有公共电子电路，并通过一个公共接口连接器存取。所述驱动器组的性能适于各种结构，不必使用户重新或改动其计算机操作系统软件或提供特定的控制器或接口。例如，该双驱动器组件提供两个独立的可寻址的盘驱动器、可用作为两个独立的数据存储文档，或者其中一个驱动器作为“热”备用，而另一个用作数据存储。或者，二个驱动器组配置成一个“单一”的驱动器，而介质率有效增倍，或者用作一个用于多重复制数据(镜象数据)驱动器。
本发明的双驱动器组件比类似的5 1/4 吋盘驱动器具有更大的容量，而消耗较少的能量。此外，由于3 1/2 吋盘驱动器的轴远小于5 1/4 吋盘驱动器的轴，且起动可以错开，因而只需较小的起动电流。
本发明的上述的及其它目的，特征及优点通过本发明的下述的最佳实施例的描述可以更为明显地得以展示。附图中加有标号，相同标号表示类似部件。其中，
图1为根据本发明的原则的具有工业标准形状系数的多盘驱动器系统的分解透视图;
图2为显示图1的系统中在基座上安装的盘驱动器的透视图;
图3仍为透视图，显示了总装后的图1的盘驱动器系统;
图4为图3中的盘驱动器系统的后视图，显示了控制板连接器及壳冷却通风孔;
图5为顶视图，显示了适于在图1所示的多盘驱动器系统中使用的盘驱动器;
图6为图5中所示的盘驱动器的分解透视图;
图7为用图1中的盘驱动器系统的电气、控制及通信分配电路的设计方框图;
图8为用于图7中的控制器板的跨接块;及图9为本发明的多盘驱动器系统的第二个实施例的部分分解透视图。
参见图1和图2，图1为根据本发明原则的多盘驱动器系统的最佳实施例的分解透视图。多盘驱动器系统10包括两个头和盘组件(HDA)11和13，装在框架或基座15的上面，公共控制器板17安装在基座15的底侧，并且包括一个顶盖19和底板21，分别固定到基座15的顶部和底部，为两个HDA11和13及控制器板17提供一个罩壳。每个HDA11，13由独立仓室23，25封装，从而提供了一个刚性框架用于安装轴及盘，转轴电机;致动器和读/写传感器头组件，以后将结合图5和图6更多详细的阐述。基座15包括一个安装托架27用于在基座上安装HDA11及13。HDA11和13被并列地安装在基座15上并固定在托架27上，如可通过销31，结合槽29并由夹片固定。震动吸收装置，如橡胶震动吸收垫33可被加在HDA11及13的结合点，使其与基座15机械隔离。类似地，销37和39结合槽41和43;另外的销与夹片结合(未示出)或其它合适的接装置完成HDA11和13对托架27的连接。
基座15还包括安装托架49用于安装振动阻尼装置47。振动阻尼装置47连接到托架49上，并当HDA11和13安装到基座15上时，使得有一个力施加到每个HDA的前侧51。该振动阻尼装置47为一个不锈钢弹簧片，向HDA仓壳作用一个控制的力。该不锈钢弹簧片上涂覆有低磨损的绝缘材料，例如XYLAN1010，在HDA仓壳23，25和振动阻尼装置47之间提供电气绝缘和恒定的磨擦系数。振动阻尼装置47是由螺栓和螺母或其它已知方式刚性地固定到托架49上。
当在公共框架如基座15上安装两个或更多的HDA时，框架必须具有足够的硬度以减少由外部震动或振荡或HDA本身产生的振动力的影响。如由旋转的磁盘产生的旋转扭矩会传到HDA仓壳而引起低频振荡。该振荡也可通过安装框架传递到相邻的HDA。这种振荡的结果之一是道配准不良，而更为依赖头跟踪伺服系统。采用阻尼系统如振动阻尼装置47可降低对安装框架的硬度和刚性的要求，从而可采用更轻巧的框架并可选择更广泛的材料制造安装框架。在最佳实施例中，振动阻尼装置47向每个HDA11，13的前侧51施加0.8kg-2.0kg范围的摩擦阻力。该摩擦力减少单个HDA11，13的低频共振增强抗震性，震动吸收垫33用于减少相邻HDA之间的振荡和震动的传递。
控制器板17包括一个多层印刷线路板，上面安装有各种电子元件并提供HDA11和13操作和控制，通过接口，耦合来自和去往HDA的信息至主计算机系统所需的电子电路。控制器板17还包括一个电源连接器53，控制器接口连连接器55和一个跨接块或选择连接器57，安装在板上后端部。电缆59将控制器板分别连接到HDA11和13及安装在HDA仓壳上的数据通道板61和63，后将结合图7详细描述控制器板17。
现在参见图3和图4，控制器板17安装在基座15的底部。板17的前边缘的槽45结合基座15底面的销或夹片(未示出)。板17由后面的安装托架65夹持并在槽67中由螺丝或螺栓或螺母69及片71固定到基座15上。基座15包括向下延展的侧及前壁，当底板21装到基座15后则形成封装控制器板17的仓室。前壁75包括一定形状的空气或通风孔以便为控制器板元件提供冷却空气。
顶盖19由槽79连接到基座15，并通过孔81由螺丝或螺栓及螺母83固定。底板21通过片85连接到基座15的底面，与基座前壁75的较低位置的对应的槽(未示出)结合，由螺丝或螺栓螺母通过基座后面的槽77和67固定。当完全组装完毕后，HDA11和13被封闭在基座15较上面的仓室内。而控制器板17被封装在基座15较下面的仓室内。盖19的前后壁87和89分别有一定形状的空气或通风孔以便对HDA及相关元件进行冷却。空气可流入较低仓室的后面到达控制器板连接器53，55和57。
组装后的多盘驱动器系统如图4所示，构成了一个整体的组合式盘驱动器单元90，整体尺寸大约为高3.25吋(82.5毫米)，宽5.75吋(146.0mm)，长8.25吋(209.5mm)，大致为5 1/4 吋的工业标准形状参数的盘驱动器的尺寸。安装孔为工业标准规格，可以使盘驱动器单元90以六个不同的位置安装。控制器板连接器53，55和57为工业标准部件。盘驱动器单元90可以与其它具有工业标准5 1/4 吋形状参数的盘驱动器完全互换，并可以在计算机如PC机中的任何5 1/4 吋槽或插口中使用。
上述最佳实施例中使用的HDA11和13的长度接近于形状参数为5 1/4 吋的盘驱动器的宽度，而宽度大约为形状参数为5 1/4 吋的盘驱动器的长度的一半，接近于形状参数的3 1/2 吋的盘驱动器的尺寸。图5和图6为适于本发明多盘驱动器系统10中使用的形状参数为3 1/2 吋的盘驱动器的HDA的顶视图和分解透视图。
现在参见图5和图6，盘驱动器100包括一个仓室101，仓盖103，仓盖在组装后通过托架27(图1所示)安装到基座15上。在仓室101内的致动器轴117上可转动地连接了一个致动器臂组件119。致动器臂组件119的一端包括一个E形块或梳状的结构121，具有多个臂123，在梳状或E形块121上有负载弹簧125加在分开的臂123上。在负载弹簧末端连接有滑块127，其上载有磁性传感器头(未示出)在致动器臂组件119相对负载弹簧125及滑块127的另一端为一个音圈129。
在仓室101内还装有一对磁铁131。磁铁131及音圈129为音圈电机的关键部件，音圈电机向致动器组件119施加一个力使其绕致动器轴117转动。在仓室101内还装有转动轴133。在轴133上装有许多磁性存储盘135。转轴电机(图6中未示出)连接至转轴133使转轴以选定的速度旋转运动。如图6所示，8个磁盘135被以一定间隔装在转轴133上。组装以后，分离的臂123伸入盘135之间，负载弹簧125的末端的磁头紧密地接近于盘的表面。在信息存取(写/读)过程中，音圈电机响应于控制信号使磁头跨越盘的表面运动。
现在参见图7，一个单一的电子控制器板或卡装于HDA11和13之下的仓室中(如图1所示)并由HDA11和13共享。为便于说明控制器板17，两个HDA11和13将被称为驱动器A和B，每个驱动器A，B由接口微处理器，伺服控制微处理器，若干个逻辑模块，数/模转换器，激励器和接收器及相关的电路电子控制。除了用于每个驱动器A，B的电路(图6中未示出)被装在另外的通道板137上以外，所有的控制电路和部件都安装在控制器板17上。在一些部件可由两个驱动器A，B共享以增加效率减少部件的同时，控制器板17分成两部分，A部149控制驱动器A，B部151用于控制驱动器B。
由于两个驱动器的控制电路的操作和组成基本相同，因此只描述其中一个的操作。
除了转轴启动和停止以外，伺服微处理器为每个驱动器A，B产生所有的致动器伺服和转轴电机控制信号。伺服微处理器通过闭合环路伺服系统控制转轴电机速度及执行转轴同步功能。伺服微处理器系统在线141和141上分别为其相应的驱动器提供转轴电机控制信号。转轴由一个从控制板上获得电源的无刷DC驱动电机直接驱动。根据接收到的停止信号，由动力制动器快速使转轴停止。
致动器155为一个音圈电机驱动的摆臂组件构成，在音圈电机的相对一端装有读/写传感器头。伺服微处理器首先接通电源并校准致动器伺服系统。提供传感器头在盘表面定位及跟踪的所有驱动器信号都由伺服微处理器产生。一个专用的伺服盘表面和头向致动器提供反馈以保证读/写头位于盘上的所需道的中心。伺服微处理器通过寻迹操作监视致动器位置确定目标道。利用存储的速度分布图，音圈电机功率放大激励器被控制以便致动器驱动至所需的目标道。在寻迹操作中，专用伺服头向伺服提供道越过信息。响应于适当的输入信号，伺服微处理器产生开启，再校准，跟踪及错误检测及恢复等控制信号，并通过线路145和147送至相应的致动器伺服。
接口微处理器(未示出)控制并转换主计算机系统和其相应的驱动器间的所有接口信号，如为各自的驱动器产生转轴起动和停止信号。所有的数据处理电路及逻辑包括编码等用于写入，检测，及解码操作，错误检测及纠正电路都做在另外一个数据通道板137(如图6所示)之上，用于将驱动器A，B通过线路139A及139B耦接至其微处理器。接口微处理器控制驱动器A，B和主计算机系统间的数据传递，盘介质的读/写访问及盘错误管理及恢复。此外，接口微处理器执行对转轴状态的诊断及监示。
多盘驱动器单元90通过安装在控制器板17后边的连接器53，55和57耦接至主计算机系统。控制器板可以使用单端或差分形式的ANSI标准化的SCSI或IPI接口。在最佳实施例中，使用了单端缓冲SCSI，而接口信号连接器55为50针连接器以满足ANSI/SCSI规格(MolexPartno70246适于此目的)。针分配见表1。直流DC电源连接器53为4针连接器，它将+12V和+5V电源耦合至板17，并提供了两个系统接地。
表Ⅰ信号名称针数地址GROUND12-DB(0)GROUND34-DB(1)GROUND56-DB(2)GROUND78-DB(3)GROUND910-DB(4)GROUND1112-DB(5)GROUND1314-DB(6)GROUND1516-DB(7)GROUND1718-DB(P)GROUND1920GROUNDGROUND2122GROUNDOPEN2324OPENOPEN2526TERMPWROPEN2728OPENGROUND2930GROUNDGROUND3132-ATNGROUND3334GROUNDGROUND3536-BSYGROUND3738-ACKGROUND3940-RSTGROUND4142-MSGGROUND4344-SELGROUND4546-C/DGROUND4748-REQGROUND4950-I/O选择块57为26针跨接块57，如图8所示。针A1-A6及B1-B6用来选择和设定各自的驱动器A、BSCSI装置地址(SCSIID)。所需地址通过利用跨接或短接块161设定1将一个或多个位针接地。用于所需的驱动器地址的针的构形见表1中所规定。针A9，A10及B9，B10控制转轴同步，其余的针用于为A、B驱动器控制转轴电机及提供电源。
表Ⅱ地址确定BIT0BIT1BIT2地址offoffoff0onoffoff1offonoff2ononoff3offoffon4onoffon5offonon6ononon7注意上表中“off”表示跨接块未就位“on”表示跨接块已就位。
多盘驱动器单元90在形状参数为5 1/4 吋的盘驱动器中提供了两个共享一个公共控制器板及公共接口连接器的驱动器组。这两个驱动器可以各种方式控制以提供最佳性能或用户所需的特性。最佳实施例的结构包括两个分别寻址的独立的盘驱动器，由公共SCSI连接器存取。每个驱动器A、B的地址由跨接块57按上述设定。用户可以只用一个驱动器如驱动器A，而保留另一个驱动器作为“热”备用。此外，驱动器A、B可用于连续的数据存储提供比单一5 1/4 吋驱动器更大的存储容量，比两个3 1/2 吋驱动器减少了电源消耗，冷却的需求及电缆连接器等。
现在参见图9，这是按照本发明原则的多盘驱动器系统的第二实施例。多盘驱动器200包括基座201及安装在基座上面的4个头盘组件HDA203，205，207和209，还有一个单块控制器板211提供操作和控制4个HDA所需的电路和部件。电缆连接器对213、215、217和219用于将电源及控制信号耦接到HDA209，203，205和207，并向其传递数据或从中取出数据。电源连接器221及接口连接器223安装在控制板211的后边缘，将多盘驱动器系统200耦接至主计算机。如前面参照图1所述，控制器板211安装在基座201的底面，HDA的下面。类似地，顶盖227和底盖(如图1所示)安装到基座201，形成上下仓室分别封装4个HDA及控制器板。当组装后，一个完整的盘驱动器单元90即形成(图4所示)，它具有4个独立寻址，通过公共接口连接器可独立存取的驱动器组。
图9中所示的最佳实施例中，盘驱动器单元90的整体尺寸大约为形状参数为5 1/4 吋的盘驱动器的尺寸(如图4所示)。基座201上安装的4个HDA203、205、207和209中的每一个的长度大约为5 1/4 吋驱动器长度的一半。宽度也大约为5 1/4 吋驱动器宽度的一半，其长和宽接近于2 1/2 吋盘驱动器的尺寸。
在本发明被结合各种实施例作具体图示及描述时，应当懂得，对本领域技术人员来说，本发明并不只限于揭示的实施例，可对其进行各种改进而不背离本发明的精神及附后权利要求的范围。
权利要求
1.一种多盘驱动器系统，包括一个基座；N个盘驱动器用于存储信息，所述N个盘驱动器安装在所述基座上面；控制装置，与所述N个盘驱动器连接，用于提供控制信号；及数据装置，响应所述控制信号，将信息耦合至所述N个盘驱动器，或从该N个盘驱动器中取出信息。
2.权利要求1的多盘驱动器系统，还包括一个大体与所述基座相同尺寸的盖与所述基座结合封装基座上的N个盘驱动器，所述盖在所述基座和盖之间提供了一个控制的环境。
3.权利要求2的多盘驱动器系统，还包括一个安装在所述基座底部的公共控制器板，所述控制器板位于所述N个盘驱动器下面，所述控制装置和数据装置安装在所述控制器板上。
4.权利要求3的多盘驱动器系统，还包括一个底盖，所述底盖具有与所述基座大体相同的尺寸，所述基座具有至少两个从相对边向下延展的相对的侧壁，所述底盖与所述相对侧壁结合封装所述公共控制器板。
5.权利要求4的多盘驱动器系统，其中所述的顶盖的相对的前后侧面具有至少一个通孔，可使冷却介质出入，对由该顶盖封装的元件进行冷却。
6.权利要求5的多盘驱动器系统，其中所述基座具有向下延展的前壁，其上有一定形状的冷却孔，由所述底盖与所述向下延展的侧面和前壁结合形成的仓室的后端是开口的，以便可以接近所述公共控制板及允许冷却介质流通。
7.权利要求3的多盘驱动器系统，其中所述的公共控制板包括安装在其上的寻址装置并耦合至所述的控制装置及所述的数据装置，用于为N个盘驱动器中的每个设立单独的地址，每个所述盘驱动器可独立寻址。
8.权利要求3的多盘驱动器系统，其中所述的公共控制器板包括至少一个安装其上的连接器，该连接器由所述N个盘驱动器共享，该连接器提供电缆连接，以将该公共控制器板耦合至主计算机。
9.权利要求8的多盘驱动器系统，其中所述的公共控制器板包括一个安装其上的公共电源用于将该公共控制器板耦合至主电源，及一个安装其上的公共接口连接器用于将所述公共控制器板耦合至主控制器。
10.权利要求7的多盘驱动器系统，其中所述寻址装置包括跨接块，用于为N个盘驱动器中的每个设定独立的地址。
11.权利要求1的多盘驱动器系统，其中每个所述的盘驱动器还包括耦合至所述数据装置的数据通道装置，用于在所述磁存储盘中存储和取出信息。
12.权利要求3的多盘驱动器系统，其中所述的多盘驱动器系统包括两个盘驱动器，每个盘驱动器由单独的仓室封装并安装在基座上。
13.一种多盘驱动器系统，包括一个基座;N个盘驱动器用于存储信息，所述N个盘驱动器安装在所述基座上面;以及安装在基座上的振动阻尼装置，用于向每个盘驱动器施加一定的力以减小震动或振荡对N个盘驱动器工作时的影响。
14.权利要求13的多盘驱动器系统，其中所述振动阻尼装置包括弹性装置，用于向所述的N个盘驱动器提供摩擦力。
15.权利要求13的多盘驱动器系统，其中盘驱动器的个数等于2，每个盘驱动器封装在独立仓室中再安装在所述基座上。
16.权利要求15的多盘驱动器系统，其中所述的振动阻尼装置包括弹性装置，用于在所述独立的盘驱动器仑室的予定接触点向所述两个盘驱动器的每个提供摩擦力。
17.权利要求16的多盘驱动器系统，其中所述的弹性装置涂覆一层低摩损，电绝缘材料，使所述弹性装置与所述二个盘驱动器电绝缘，并在弹性装置和每个盘驱动器的之间在所述接触点上提供一个选定的摩擦系数。
全文摘要
本发明提供了一种多盘驱动器组件，在51/4英寸盘驱动器中，在刚性基座上装有两个31/2英寸盘驱动器形状参数的硬盘组件(HDA)，通过一个公共的工业标准接口连接器存取。所有接口及电源连接器及框架安装孔规格都是工业标准化的，可以与51/4英寸盘驱动器互换。两个HDA共享一个电子控制器板，该板可以是单端或差分形式的SCSI或IPI。此外还有一个振动阻尼器用于减小内外振动产生的影响。由金属的顶盖及底盖将整个组件封装。
文档编号G11B33/12GK1076298SQ9310222
公开日1993年9月15日 申请日期1993年3月9日 优先权日1992年3月10日
发明者米查尔·R·哈特迟特, 琼·S·赫斯, 赫伯特·C·李, 恩·K·若, 若格·D·斯喷塞, 米查尔·L·沃克曼 申请人:国际商业机器公司