专利名称：磁盘驱动器微传动器协助的寻道及磁滞修正的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及磁数据存储设备，并尤其涉及但不限于控制磁盘驱动器磁滞误差及微传动器协助寻道引起的微传动器修正的设备和方法。
背 景在现代计算机系统和网络中磁盘驱动器被用作为主要的数据存储设备。传统的磁盘驱动器包括含有驱动器的机械部分的磁头-磁盘组件(HDA)以及安装于支持用于控制HAD的电子电路的HDA外部表面的印刷电路板(PCB)。
通常HAD包含一或多个磁盘，它们被安装在主轴电机上，使其可以以恒定的高速旋转，还包含传动器组件，它支撑靠近在磁盘表面上限定的磁道的磁头阵列。每个磁盘的表面都是被分为一系列径向通过具有内径和外径的间隔带隔开的通常同心的记录磁道。数据磁道围绕磁盘扩展并在磁盘表面上的磁道内以磁通交换区的形式存储数据。磁通交换区是由传感器阵列感应的，另外传感器一般被称作为读/写头。通常每个数据磁道被分为一些存储固定大小数据块的数据扇区。
磁头包括交互式元件比如磁传感器，它在所选数据磁道上检测磁转换以读取存储在磁道上的数据。可选择地，磁头发送在所选数据磁道上引起磁转换的电信号以把数据写入磁道。就本技术中已知的，每个读/写头被安装在旋转的传动器臂上并且由该传动器臂在磁盘所选数据磁道上选择性地定位以从所选数据磁道读取数据或把数据写入所选磁道。每个磁头包括带有一空气承载表面的滑动触头组件，该表面能使读/写头在磁盘表面之上飞行。空气承载是作为通过与磁盘旋转引起的空气流互相作用的加载臂作用于读/写头的加载力的结果而产生的。
传动器电机，比如音圈电机(VCM)转动传动器组件，因此磁头就越过磁盘表面。在PCB上的控制电路包括与磁头对接以在磁道和主计算机间传输数据的读/写信道以及驱动VCM根据包含在伺服字段中的信息提供磁头位置控制的伺服系统。
对磁盘不断增加数据存储量及数据吞吐量级别的持续要求使磁盘制造商在寻找方法以增加每个磁盘表面的存储量并改进磁盘的操作有效性。这一代的高性能磁盘驱动器通常可达到以每平方厘米几个兆比特(Gbits/cm2)测量的面比特密度。通过增加沿着每条磁道存储的比特数和/或通过增加穿过每个磁盘每单元宽度的磁道数可以到达更高的记录密度。沿着磁道存储更多的比特通常需要在读/写信道电子技术方面有所改进以使数据以相对于较高的频率写入(以及随后读取)。提供更高磁道密度通常需要在伺服控制系统中有所改进以使磁头能更精确地定位在磁盘上。对于任何给定的比特密度，改进的操作有效性或吞吐量性能是源于在实现性能中或通过消除和/或合并到其它内部的操作而减少的周期次数。
在读/写周期中通过使伺服系统的能力保持稳定以在不利条件下把磁头保持在磁道上而增加吞吐量性能，这些不利条件比如发生伺服系统的散热条件差、旋转振动、在与伺服频率一致的频率上刚体的共振、或偏离容限的脱开、高速和加速(一般称作为RVA)的部件。
为了改进较高磁道密度硬盘的磁道性能和改进的短寻道性能，磁盘制造商正愈加接近实现所谓的“微传动器”，它是由传动器组件悬挂的副电机，它在由VCM提供的位置粗调(主)的基础上提供磁头的位置细调(副)。在本技术中近来提出了各种微传动器结构，包括就Jurgenson等人发布的美国专利号5657188的专利所示例的感应转子/定子布局的使用、就Berman等人发布的美国专利号6002549的专利所示例的压电传感器的使用以及就Budde等人发布的美国专利号5711063的专利所讨论的微电机(MEM)实现。
带有主和副电机的传动器组件(也被称作为双级传动器)的基本操作概念是相对于简单的；主电机被用来把所选磁头带到磁道的给定范围或所选磁道，在这之后副电机把磁头带到所选磁道磁道中心上方。虽然在显著改进磁头位置的双级传动器技术内采取了某些改进，必要通过把微传动器引入及集成进伺服系统中，但其中的挑战性还在于最大化微传动器的能力并修正基于微传动器电机磁滞现象的磁头位置的缺陷。
发明概述本发明提供完成微传动器协助寻道以及磁滞修正磁头定位操作以扩展微传动器在改进磁盘驱动器读/写头相对于于磁道的放置位置中的使用的设备与方法。
根据较佳实施例，磁盘驱动器装备有旋转传动器，它在旋转的磁盘栈中支持临近相应几个记录表面的一读/写头阵列。为闭环主伺服控制电路提供闭环压电伺服电路的伺服控制器产生对于该传动器的控制输出以执行磁道接着的操作，其中使所选磁头沿相应磁道行进。
传动器的特征在于是具有主传动器电机(VCM)(它控制性地同时移动所有磁头)和副微传动器电机阵列(它们控制性地单独移动每个磁头)的双级传动器。每个微传动器较佳地具有压电传感器(PZT)结构并响应于电场的作用经历形变。加于每个微传动器上的是一传感器，比如应变片，它响应于给予应变片的形变提供有变化的电阻。因此微传动器中的实际形变可以直接由传感器测量。
电机的控制输出是关于磁头的实际位置信号、期望位置信号或来自控制处理器及一组控制限制的目标磁道寻址需求确定的。这个控制限制是由个别地确定的并在开始是加载进所选磁头的易失存储器，然后在整个磁盘驱动操作中就所选磁头随后的需要。控制限制一开始被收集并存储在磁盘上的磁头可接近固定存储器位置中。控制限制是通过响应于施加于单一微传动器的电压输入以及每个与寻道指令对应的磁头磁盘的响应为每个微传动器测量电压输出响应。
每组控制限制包括电压测量的结果以及在那些测量上所进行的计算。在制造过程中采用测量值。由磁头使用不同组的控制限制使伺服控制器适应于每个磁头磁盘组合。也就是说，在每次选择了新磁头时，适合于新磁头的一组新的控制限制就被加载进伺服电机的易失存储器中并由此提供精确的自适应控制。
主伺服控制电路是在磁道跟踪和寻道需求期间用来主控制双级传动器操作的闭环控制电路。闭环压电伺服电路被集成进主伺服控制电路并具有一旦从主伺服控制电路接收了输入就与主伺服控制电路分开操作的能力。
包括在闭环压电伺服电路内的是一磁滞修正电路，它根据对于磁头位置调节的请求微传动器的实际物理响应监控和调节磁头相对于于数据磁道位置。磁滞修正电路监控对于磁头位置调节请求微传动器的实际物理响应，并且调节到微传动器的输入电压直到微传动器匹配原始磁头复位请求本身希望的传动器理论物理响应。微传动器磁滞修正产生提供磁头位置数据缺省伺服字段并可以与数据传输操作同时发生。
从以下详细的描述和相关附图的评论，这些及各种其他的特点及优点将会变得明显，它们赋予本发明特征。
附图简述
图1是根据本发明的较佳实施例结合微传动器单一磁头寻道及磁滞修正方法和设备的磁盘驱动器的俯视图。
图2是图1的包括证实到微传动器(MA)的伺服控制输入的硬件伺服电机的磁盘驱动器控制电路的操作框图。
图3提供根据图2传动器本发明的较佳实施例的一类压电设备的透视图。
图4显示根据本发明的较佳实施例用于测量由图3压电设备应变片电阻中的变化引起的电压变化的一类感应电路示意图。
图5提供显示图2伺服电机各自输入和输出的简化框图。
详细描述总的参照附图并且特别参照图1，其中显示的是根据本发明构成的磁盘驱动器100的俯视图。磁盘驱动器100包括具有几个固定器插孔104的基座102，基座102支撑各种磁盘驱动器部件以及带有几个安装孔(没有分开显示)的顶盖(部分未显示)，它通过顶盖固定器108固定于基座102。安装后的顶盖106与基座102一起为磁盘驱动器100提供密封的内部环境。磁盘驱动器100的许多细节的结构变化不包括在以下描述中，这是因为对于本领域的技术人员这些都是众所周知的并且相信为了本发明描述的目的都是不必要的。
安装在基座102上的是通过固定器112固定于基座102的斜面加载缓冲组件110以及带有顶盖连接孔116的主轴电机114。主轴电机114支撑几个以恒定高速旋转的轴向对齐的可旋转磁盘118，磁盘118被安装在主轴电机轴心120上，它由带有夹环固定器124夹环122固定。除了提供栈式磁盘118的支撑，主轴电机轴心120也提供在装配过程期间用于参考旋转不平衡源角度位置的定时标记126。邻近磁盘118是双级传动器128(也被称作为“E-block”或磁头堆栈组件(HSA))，它以旋转方式围绕承载组件130旋转。承载组件130支撑斜摘嵌元件132，它在装配期间用作工具夹。HSA 128包括支撑加载臂136的传动器臂134(只显示一个)。每个加载臂136轮流支撑读/写头138，而每个读/写头138就相应于一个磁盘118的一表面。就所提到的，每个磁盘118都具有被分为同心圆数据磁道140(只显示一条)的数据记录表面，并且读/写头138被可定位在数据磁道上以从磁道读取数据或把数据写入其中。
HSA 128控制性地由音圈电机组件(VCM)142定位(在这里也称作为主传动器电机142)，它包括浸入由磁组件146产生的磁场中的传动器线圈144。磁可渗透通量路径由安装在传动器线圈144上的钢板148(也称作顶极片)提供以形成VCM142的磁路。
当控制电流通过传动器线圈144时，就建立了电磁场，根据众所周知的洛仑兹关系它与VCM 142的磁路相互作用以使传动器线圈144相对于磁组件146移动。当传动器线圈144移动时，HSA 128围绕承载组件130旋转，使得磁头138在磁盘118表面移动并由此使磁头138与磁盘118的数据磁道140互相作用。当关闭磁盘驱动器100时，VCM 142把HSA 128停在斜面加载缓冲组件110以避免读/写头138和磁盘118间接触引起的振动。
为了在读/写头138和磁盘驱动器读/写电路(图中未显示)间提供必要的电传导路径，读/写头线路(图中未显示)被附于读/写电线电路150。读/写电线电路150被从加载臂136沿着传动器臂134传送并进入电线电路密封通道152且在电线连接器体154之上。电线连接器体154在读/写电线电路150通过基座102并进入电通信安装于基座102下方的磁盘驱动器印刷电路板组件(PCBA)(图中未显示)的通道时支撑电线电路150。电线电路密封通道152也支撑包括前置放大器/驱动器(preamp)156的读/写信号电路，它被用于使在读/写电路(图中未显示)和读/写头138之间调节通过的读/写信号。磁盘驱动器PCBA提供磁盘驱动器读/写电路，它控制磁头138的操作以及磁盘驱动器100的其他接口和控制电路。
HSA 128的特征在于“双级”传动器，其中传动器具有主传动器VCM 142(它提供位置粗控制)以及微传动器(MA)阵列168，也被称作为压电设备168(它提供磁头位置细控制)。就以上所述的，传递通过VCM 142的电流使传动器线圈144相对于磁组件146移动，它依次使HSA 128围绕承载组件130旋转，同时把所有磁头138定位在磁盘118的表面上，使得每个磁头138都被定位在数据磁道140之上，并由此使磁头138与磁盘118的数据磁道互相作用。
每个MA 168包括至少一个压电传感器元件170(图2)，它响应于压电传感器电压(PZT电压)的作用扩展与收缩。理想地，在磁道跟踪操作期间通过压电传感器170的PZT电压的作用使磁头相对于数据磁道140移动以把磁头138定位在数据磁道140的磁道中心。在达到磁头的磁道中心定位时，施加的PZT电压以与应用于VCM 142的电流相当的速率被倒转为零，达到正好足够补偿HSA 128在数据磁道140所遇到的位置偏差的电平。PZT电压反转速率引起加载臂136相对于传动器臂134移动，而保持磁头138稳定在数据磁道中心140。在通过压电传感器的PZT电压的作用和反作用的同时，VCM 142使传动器臂134以与由作用通过压电传感器170的PZT电压反向产生的加载臂136运动方向相反的方向相对于加载臂136移动。当作用于VCM 142的电流电平达到正好足够补偿HSA 128在数据磁道140遇到的位置偏差的电平(它与在跟踪下一个操作期间通过压电传感器170的零PZT电压是相符的)时，由压电传感器170和VCM 142引起的传动器臂134的运动不再继续。
附加地，在理想条件下，寻道操作期间PZT电压的作用使磁头相对于数据磁道140在寻道方向上移动，把磁头138定位在更靠近新目标数据磁道140的地方。在寻道操作期间最大绝对值(或正或负)PZT电压被加到压电传感器170，使压电传感器达到它的最大尺寸扩展或最小收缩而引起最大磁头扩展。在接近寻道完成、读取磁头位置数据以及达到磁道中心位置时，施加的PZT电压以与应用于VCM 142的电流相当的速率被倒转为零，达到正好足够补偿HSA 128在新的目标数据磁道140所遇到的位置偏差的电平。此外，PZT电压反转速率引起加载臂136相对于传动器臂134移动，而保持磁头138稳定在新的目标数据磁道中心140。并且此外，在通过压电传感器的PZT电压的作用和反作用的同时，VCM 142使传动器臂134以与由作用通过压电传感器170的PZT电压反向产生的加载臂136运动方向相反的方向相对于加载臂136移动。当作用于VCM 142的电流电平达到正好足够补偿HSA 128在新的目标数据磁道140遇到的位置偏差的电流(它与使驱动压电传感器170施加的PZT电压回到零是相符的)时，由压电传感器170和VCM 142引起的传动器臂134的运动不再继续。
由通过压电传感器170的PZT电压的作用引起的磁头138相对于数据磁道140的移动出现得比由加到VCM 142的电流作用引起的磁头138相对于数据磁道140的移动要迅速。由在寻道操作期间使用MA 168所实现的磁头138的移动而减少的时间减少了总的寻道时间(对于单一磁头寻道最显著)。而以与应用于VCM 142的电流相当的速率被倒转为零从而达到正好足够补偿HSA 128在新的目标数据磁道140所遇到的位置偏差的电流电平的施加通过压电传感器170的PZT电压中的减少经过控制磁头振动减少了调整时间。总的说来在寻道和调整时间中的减少改进了磁盘驱动器100的总体性能。
就以下更完整的讨论，传感器(较佳是应变片)被附在每个MA 168上以提供每个MA对于闭环控制及磁滞误差修正的实际物理位移的直接测量。VCM 142和MA 168的控制信号及磁头118的读/写信号通过电线电路组件150在HAS 128和磁盘驱动器PCB间传递。
由于可以预料在一个时间只会选择一个磁头138来进行数据传输操作，所以在磁道或磁道跟踪上产生VCM 142及合适MA 168的伺服控制信号以执行所选磁头的期望伺服控制；而切换到新的磁头会导致使用合适于新磁头的不同MA 168。
每个MA 168响应于PZT电压的作用在能力范围内操作。缺少了作用于MA 168的PZT电压，MA 168的物理特性是保持不变的。MA 168对于PZT电压作用的的响应将会是在预定的平面方向上扩展或收缩。然而，MA 168的扩展能力是由MA 168的物理特性限制的。PZT电压对于MA 168引起超越MA 168最大能力的移动的作用会使对于MA 168不再有进一步的形变。对于较佳实施例每个加载臂136的单一MA 168的使用，作用与MA 168的初始PZT电压被设置为零。应该指出的是，对任何给定MA 168配置来说，MA 168可服务磁道的数量是根据使用的磁道密度技术而不是单独的MA 168的物理特性。
由于每个MA 168物理能力在实现本发明是很重要的，所以现在将参照图2来讨论确定每个MA 168连同PCB电路的能力中所使用的技术。可编程处理设备(特征在于控制处理器172)响应于存储在处理器存储器(MEM)174中的程序以及来自主计算机170的指令输入，包括特定数据磁道140的选择或响应于寻道请求需要访问的目标数据磁道140，提供磁盘驱动器的顶级控制。在主计算机170和磁盘118沿着通信路径包括接口(I/F)电路176、读/写通道178以及前置放大器/驱动器(preamp)156传输数据。如图1所示，前置放大器156附于读/写电线150上。
HSA 128的位置控制是由主或闭环伺服电路180提供，它包括解调器(demod)182、特定用途集成电路(ASIC)基于硬件的伺服控制器(“伺服电机”)184(它包括DSP部分186以及易失存储器部分188)、一组数模转换器(DAC)190、电机驱动电路192、VCM 142、磁头138、前置放大器156和读/写信道178。使用这里简要讨论的闭环伺服电路180的部件来便于压电设备168和VCM 142的磁道跟踪和寻道操作。
解调器182使从磁盘118转换的伺服数据保持正常状态以提供相对于数据磁道磁头138位置的指示，也称作为磁头位置数据。伺服电机184产生以VCM 142使用的基于速率的寻道信号的形式的指令信号；在指示磁道跟踪调节和响应MA 168的寻道请求中使用的压电设备输入电压或信号；以及由VCM 142使用在数据传输期间保持HSA 128位置的磁道跟踪信号。指令信号通过DAC 190转换到模拟控制信号以由电机驱动器192和压电驱动器194使用。
闭环伺服电路180剩下的部件包括求和点196和零阶保持电路设备(ZOH)198。这些附加部件与压电驱动器198一起由磁盘驱动器100使用以便于由微传动器168实现的磁头定位。最后，磁滞修正电路200(包括感测电路202和观察电路[observer]204)作为闭环伺服电路180的部件结合。在驱动操作中，磁滞修正电路200的感测电路202从压电设备168接收电阻输入，而观察电路204从求和点196接收压电设备输入电压。从求和点196接收的压电设备输入电压代表压电驱动器194驱动压电设备168或把磁头138带到磁道中心或响应于寻道指令便于压电设备扩展或收缩的电压电平。
由压电驱动器194驱动压电设备168的电压是压电诱导信号或电压。响应于从压电驱动器194输入的电压，压电设备168扩展或收缩它的物理尺寸，并且在这种情况下提供由压电设备实际物理扩展或收缩相当的电阻变化。感测电路202通过一感测电路输出电压的形式产生位移信号响应电阻变化的接收。感测电路输出电压代表假使压电传感器响应于缺少压电设备的磁滞现象的驱动电压，压电设备168要实现实际形变所需要的驱动电压。换句话说，如果压电设备168是缺少磁滞效应的设备，那么响应于给定的电压输入压电设备168会经受可重复的线性形变。然而，由于压电设备168是受磁滞现象影响的并且对于给定电压输入的响应不是符合压电设备168中的形变线性可重复的，所以就使用了修正测量。
每个压电设备168在电压输入和形变间具有理论线性关系，它对于材料使用和压电设备结构是特定的。选择感测电路202根据压电设备168的实际形变响应于给定的PZT电压输入产生输出电压。感测电路202产生的输出电压等于压电设备168响应于作用的PZT电压输入实现压电设备168尺寸实际变化所应使用的理论输入电压。观察电路204根据从求和点196接收的压电设备输入电压以电压的形式产生期望的压电设备响应信号。校准期望的压电设备响应电压以相关于压电设备168响应于作用的(PZT)电压所应经受的理论上的形变或期望微传动器电机形变。
观察电路204作为输入接收有感测电路202产生的输出电压。观察电路204比较期望压电设备响应电压与实际压电设备响应电压以根据从求和点196接收的压电设备输入电压确定压电设备的物理响应是否符合压电设备168所应经受的形变。如果在压电设备168中的所观察的形变符合压电设备168中期望的形变，那么观察电路204无需用压电设备修正电压更新求和点196。然而，如果观察电路204在压电设备168的观察形变和压电设备168的期望形变中检测到了中断，那么观察电路204就把压电设备修正电压发送到求和点196。在从观察电路204接收修正电压之后，求和点196把压电设备修正电压与压电设备输入电压结合并提供修正的压电设备输入电压。修正的压电设备输入电压的电压电平促进了压电设备168得到符合到达求和点196的初始压电设备输入电压的表现出理论形变的形变所需要经受的尺寸修正量。
在描述伺服电路180较佳实施例总操作中，解调器182将用作进入点，并且为了讨论的目的，使磁盘驱动器100进行主计算机170和磁盘118间的数据传输操作，而磁盘驱动器100是嵌入式伺服类磁盘驱动器。根据这些条件，解调器182使从磁盘118转换的伺服数据保持正常状态以提供相对于磁盘118上所选数据磁道的磁头138位置的指示。解调器182的输出被输入到伺服电机184。伺服电机184使用解调器182输入作为确定VCM 142所要求的(如果有的话)输入电流和压电设备168所要求的(如果有的话)输入电压中合适变化的基础，以保护磁头138在磁道跟踪模式中相对于所选数据磁道140的磁道中心。
在磁道跟踪模式中，伺服电机184更新输入电流由VCM 142及输入电压所需的超过偏差电流，由压电设备168根据来自解调器182的输入更新相对于所选数据磁道140保持磁头138的位置关系所需的大于或小于零。解调器182根据从读/写信道178接收的位置信息处理更新。每次磁头138在所选磁道上遇到嵌入的伺服字段之一时读信道178就接收位置信息。
如果来自解调器182的输入显示需要磁头138的位置修正，那么伺服电机184就确定所需修正是通过压电设备168可以完成还是需要VCM 142的介入。为了确定这个，伺服电机184计算完成位置修正压电设备168所需的电压和VCM 142所需电流。接着，伺服电机184把所需电流作用于VCM 142且把电压作用于压电设备168。压电设备168响应输入比VCM 142响应要快。根据来自磁滞修正电路200的反馈，压电设备168把磁头138拉到数据磁道140的磁道中心。当把电流作用到VCM 142时，驱动压电设备168的电压以与VCM 142达到正好足够补偿HSA 128在数据磁道140所遇到的传动器偏差的电流电平相当的速率被减小到零。
在磁盘驱动器100操作期间，当伺服电机184确定在压电设备168范围之外需要磁头的位置调节，也就是寻道指令，那么伺服电机就与控制处理器172通信，它依次查询处理器存储器174以获得由VCM 142执行的便于磁头138位置调节的的寻道分布。在VCM 142执行的寻道中，控制处理器172向伺服电机184传播合适的寻道分布，伺服电机184产生寻道指令信号，它由DAC 190转换由电机驱动器192和压电驱动器194使用。电机驱动器192通过传递控制电流通过VCM 142的传动器线圈144把寻道指令信号作用到VCM 142。当控制电流被传递通过传动器线圈144时，VCM 142的磁电路使传动器线圈144相对于磁组件146移动，使HSA128围绕承载组件130旋转，使磁头138在磁盘118表面移动。
在从零阶保持电路设备198接收压电传动电压后，压电驱动器194就驱动恒定的压电诱导电压通过压电设备168以根据寻道方向在进入寻道操作中便于压电设备168的完全扩展或完全收缩。
在产生VCM 142的寻道指令信号的同时，DAC 190把转换的指令信号传播到电机驱动器192。它将转换的指令信号传递到求和点196。求和点196把转换的指令信号或压电设备输入电压送到零阶保持电路设备198和观察电路204。零件保持电路设备198从求和点196接收压电设备输入电压并相应于压电设备输入电压输出压电传动电压，且保持压电传动电压作为输出直到从求和点196接收压电设备输入电压的更新。
随着在寻道操作中读取门开启，与目标数据磁道140互相作用后，磁头首先读取定位在磁盘118上的位置数据，传递信息通过前置放大器156、读/写信道178、解调器182并进入控制处理器172。控制处理器172分析读取的数据以确定是否对磁头138要采取附加的位置变化。任何在磁道上需要带动磁头138的调节都被传送到伺服电机184，而伺服电机184确定是由压电设备的传动进行调节还是通过进一步的寻道操作进行调节。一旦控制处理器172确定磁头在磁道上并准备在主计算机170和磁盘118间交换数据，控制处理器172就释放磁头138到伺服电机184的位置控制并且伺服电机如这里以上所述的操作。
图3显示该压电设备168包括微传动器电机210。在较佳实施例中，微处理器电机是压电传感器元件比如压电传感器元件210。应变片被附于压电传感器元件210表面并且一对传导引线214被附于应变片212上。压电传感器元件210提供压电设备168响应于电压通过压电传感器元件210的作用经受形变的能力。压电传感器元件210响应于电压逐渐的增加能产生的每单元块的力和形变的量的可预测性和相对可靠性使压电传感器元件210对于微传感器比如压电设备168有个好的选择。压电传感器比如压电传感器210一个特别有利的特征是在压电传感器元件210制造过程中设置压电传感器元件210响应于作用的电压将经受位置变化的平面方向的能力。
虽然压电传感器元件210响应于作用的电压经受位置变化的方向是高可预测性的且是高可重复性的，但是由特定压电传感器器元件210传送的递增的位置变化的实际物理位置变化量是缺少可预测性和可重复性的。这种非可预测性被称作为磁滞现象，或者是改变作用在物体上的力时物体作用的延迟。
在压电设备168内把应变片添加到压电传感器元件210提供了压电传感器元件210响应于递增的PZT电压的作用所经历的递增的形变量直接测量的工具。当压电传感器元件210以预定的方向扩展或收缩时(例如以如图3中所示的正x方向)，应变片212的Z字形样式就增加了电阻。当压电传感器元件210收缩并在负x方向，应变片212的Z字形样式就减少了电阻。由于由应变片212经历的电阻变化和压电传感器元件210的形变间的较佳关系是线性关系，所以选择构造应变片所使用的材料要谨慎及细致，以确保应变片212中压电传感器元件210的热扩展系数间的匹配是存在的。
通过使用图2的感测电路202，压电设备168的传导引线提供监控和响应微传动器电机210经受形变时应变片经历的电阻变化的能力，由此提供实现微传动器电机磁滞修正方法的工具。如图4所示的感测电路202包括电阻器电桥网络222、一对运算放大器(op amps)226和228以及通过238用于平衡感测电路202的电阻器230。电阻器电桥网络222包括电阻器240、242、244和246。应变片212通过压电设备168的传导引线214被连入电阻器电桥网络222，并且由图4中的电阻器240代表。两个运放226和228测量由应变以响应压电传感器元件210的形变的电阻变化引起的电阻器电桥网络的电压变化。电压源通过电阻器电桥网络222的节点248和250作用，而以对地电压电平形式表示的位移信号由感测电路202产生作为节点252的输出并被提供作为图2观察电路204的输入。
在较佳实施例中，感测电路202部件的值和/或特征如下所示作用通过电阻器电桥网络222的电压电平是5V；当没有电压作用到压电传感器210时通过传导引线214应变片212的电阻(由电阻240表示)是120ohms；电阻器242、244和246的电阻每个被设在120ohms；运放226和228是高精度6MHz全幅输出运放，比如National Semiconductor低功耗模拟运放部件号LMC2001；电阻器230是0.1％10k ohm电阻器；电阻器232和234每个都是0.1％2k ohm电阻器；电阻器236是200ohm电阻器，而电阻器238是0.1％10k ohm电阻器。
回到图2，在较佳实施例中，每个安装压电设备168的加载臂136都由分离的磁滞修正电路200服务并由在闭环伺服电路180操作的闭环微传动器伺服电路254控制，分离来自闭环伺服电路180的输入。闭环微传动器伺服电路254由伺服电机184(包括数字信号处理器186、易失存储器188)、数模转换器190、电机驱动器192、求和点196、零阶保持设备198、压电驱动器194、压电设备168、感测电路202和观察电路204组成。
在制造过程中所进行的包括最大压电诱导电压和磁道到磁道电压对于每个磁头138的每个数据磁道140间是有区别的。每个压电设备168的最大压电诱导电压是通过在通过压电设备的电压中施加递增并监控感测电路202电压输出中的变化确定的。当感测电路202电压输出不再变化，压电设备168能响应的实际最大电压输入已被找到了。每个压电设备168的最大电压输入值在磁盘驱动器100的磁头138可访问非数据区中被写入磁盘118。
正如上文所讨论的，为了便于VCM 142在磁盘驱动器100操作期间执行寻道操作，控制处理器DSP 172查询处理器存储器174，以获得存储在查询表中的寻道分布，这个寻道操作是在便于磁头138位置调节中将由VCM 142执行的。在建立寻道分布中，伺服电机的匹配程序通常是在使伺服电机184适用于每个磁头/磁盘组合的磁盘驱动器100制造操作中执行的。磁盘驱动器通常被放置于合适的基于计算机的工作站(没有分开显示)中并选择第一磁头138。接着，为了获得对应输出响应图(比如位置变化)就提供所选的输入频谱作为VCM 142和MA 168的输入。输入频谱可以包含随机噪声、在增加的较高频率(“扫频信号”)的正弦波形等等。收集输出响应信息并提供给控制设计程序，它提供对于每个磁头磁盘组合相应的预先计算的寻道分布作为输出。然后，将该寻道分布在磁盘驱动器100的磁头138可访问非数据区中写入磁盘118。一个适合写入速率分布以及压电设备168电压值和差别的区域就是在磁盘驱动器100内的一保护磁道或一些保护磁道上。
图5提供了磁盘驱动器操作的程序260，并一般性地说明了在磁盘驱动器100操作中所要执行的步骤。在步骤262初始化(在这期间，驱动器从非操作状态转到操作状态)之后，在步骤264制造过程中所采用的，并存储在磁盘驱动器100的磁头138可访问非数据区中的测量值被加载到处理器存储器174内的表中，或在步骤266被加载到易失存储器188内的表中。接着，正如步骤268所示，根据从主计算机170到磁盘驱动器100的请求，控制处理器选择第一磁头和相应的压电设备168和第一数据磁道140。正如步骤270所示，在选择了第一磁头138和第一数据磁道140后，磁盘驱动器100就把所选磁头的的寻道分布加载到伺服电机184的易失存储器188中。
如步骤274所示，有了加载到易失存储器188内的表中的伺服控制值，磁盘驱动器100执行到第一所选磁道的控制寻道。在结束步骤274的控制寻道时，闭环伺服电路180进入处理步骤276的磁道跟踪模式。正如步骤278所示，进入了处理步骤276后，由伺服系统所确定的第一判决就是证实磁头138是否在磁道上。如果所选磁头138不在所选数据磁道140的磁道中心，那么伺服系统就进入处理步骤280，以确定将要作用于压电设备168的电压值。作用于压电设备168的电压电平是基于紧接寻道处理274，当磁盘驱动器100开启读/写信道178时，磁头138所遇到的伺服信息的。
选择了压电设备168的电压输入后，伺服电机184检查压电设备168能够响应的最大电压输入。如果作用于压电设备168的电压超过压电设备的响应能力，那么磁盘驱动器100在处理步骤274就开始新的控制寻道。然而，如果作用于压电设备168的电压在压电设备168能力范围之内，那么磁盘驱动器100就依照步骤284指示压电驱动器189把电压作用于压电设备168。响应于作用于压电设备168的电压，应变片210经受相应压电传感器元件210经历形变的电阻变化，感测电路202产生相应压电传感器元件210所遇到的实际形变的输出电压，并且依照步骤286观察电路204在压电传感器212的实际形变和期望形变间作比较。
然后，观察电路204转到判决步骤288并判决压电传感器212所获得的形变是否符合期望形变。如果压电传感器元件210所获得的形变符合压电传感器元件210的期望形变，那么就认为已达到了磁头位置所请求的变化。磁盘驱动器100的伺服电机184就进行HSA 128校准步骤298。完成了处理步骤298，伺服电机184就回到处理步骤276的磁道跟踪模式。如果压电传感器212所获得的形变不能达到压电传感器元件210的期望形变，那么观察电路204就把修正电压提供给求和点196以在处理步骤290采用来改变压电设备168的电压。这种处理步骤282到290的电压施加、证实和电压再施加模式在磁盘驱动器100的磁道跟踪模式下通过它的低通响应传输功能一直持续并用作磁盘驱动器100的细模式磁道跟踪控制系统。
VCM 142通过保持线圈144相对于磁组件146的位置以及通过在压电设备驱动电压降为零时操作把HSA 128送到“磁道中心”，即单独的偏差补偿电流，提供磁盘驱动器100的过程磁道跟踪。当达到了所请求的磁头位置变化时，磁盘驱动器100继续在磁道跟踪模式处理步骤276并进行到判决步骤278。在判决步骤278，如果磁头138在磁道上，那么磁盘驱动器100就转到判决步骤292寻找新磁道的寻道请求。如果这样的请求是存在的，那么磁盘驱动器100就重新进入处理步骤294并如上文所述处理。如果没有新磁道的寻道请求，那么磁盘驱动器100就转到判决步骤296并检查磁头交换请求。如果没有磁头交换请求存在，那么磁盘驱动器100就继续在处理步骤276的磁道跟踪模式。然而，如果存在了磁头交换请求，那么磁盘驱动器100就转到处理步骤296并选择下一个磁头138、相应新的所选磁头的下一个数据磁道140以及下一个压电设备168，并且重新进入在处理步骤270的磁盘驱动器操作程序。
把应变片210包括到压电设备168的压电传感器212中以及感测电路202和观察电路204向磁盘驱动器100提供了在数据传输操作正进行时继续细调所选磁头138相对于所选数据磁道140的位置。磁头位置是用压电设备168控制的，它是为了来自压电传感器元件210的磁滞效应，通过当使作用于VCM 142的电流达到足够补偿HSA 128在特定数据磁道140所遇到的偏差的电平时，减少驱动压电传感器元件210的电压而调节的，从而使磁头更迅速地固定在磁道上。
总之，本发明是针对完成磁盘驱动器100的磁滞修正磁道跟踪和寻道模式的设备与系统。根据较佳实施例，磁盘驱动器(例如100)包括带有主传动器电机(比如142)和副传动器电机或微传动器(比如168)的双级传动器(比如128)、包括有磁滞修正电路(比如204)和闭环压电伺服电路(比如254)的闭环伺服电路(比如180)，它控制主和副传动器电机，以保持磁头(比如118)邻近旋转的磁盘(比如108)。
解调器(比如182)提供磁头位置信息，而控制处理器(比如172)把目标数据磁道140的信息提供给伺服电机(比如184)。伺服电机产生压电设备输入电压，它被传递到零阶保持电路设备(比如196)。零阶保持电路设备保持压电设备输入电压直到零阶保持电路设备接收压电设备电压的更新。零阶保持电路设备把相应的压电传动信号输出到压电驱动器(比如198)，它依次输出压电诱导信号。微处理器电机通过经历形变响应压电诱导信号。微处理器电机所经受的形变量或是改进磁头相对于数据磁道位置所需调整量，或是来自微传动器电机响应于寻道请求可能的最大值。
附于微传动器电机并连接于感测电路(比如206)的应变片(比如212)以与微传动器形变的线性关系改变电阻。感测电路在指示微传动器电机中产生等于应变片所遇到的实际形变的理论形变所需的压电诱导电压的电压电平产生位移信号。观察电路(比如208)把微传动器电机的实际形变和微传动器电机中的期望形变作比较。微传动器电机的期望形变从初始压电设备输入电压中取得。观察电路产生压电设备修正电压。求和点(比如196)把压电设备修正电压和初始压电设备输入电压结合，以产生修正的压电设备输入电压，它用作零阶保持电路设备的更新并用于驱动微传动器电机中附加的递增形变，以得到最初期望的微传动器形变。相似地，根据来自解调器的位置输入，闭环伺服电路驱动VCM定位双级传动器，以使通过电机驱动器供应VCM的电流正好足够补偿双级传动器在目标磁道经历的传动器偏差，这时把驱动微传动器的电压以与使驱动VCM的电流达到偏差支持电平的速率减小到零。
清楚的是本发明很适于达到固有的的和这里所提到的目标和优点。虽然为了这个公开描述了本较佳实施例，但还可以进行许多变化，这对于本领域的技术人员很容易想到并且这包含在本发明公开的精神和所附权利要求书所限定的范围内。
权利要求
1.一种为微传动器电机定位换能磁头邻近磁盘驱动器记录表面提供微传动器电机磁滞修正的方法，该方法包含的步骤有(a)把传感器贴附于微传动器电机以测量微传动器电机的形变；(b)根据转换来自记录表面的磁头位置信息为定位磁头产生并把设备输入电压施加于微传动器电机；(c)检测带有传感器的微传动器电机的实际形变；以及(d)根据微传动器电机的形变把修正的设备输入电压施加于微传动器电机，以修正微传动器电机的磁滞现象。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述检测步骤(c)包含的步骤有(c1)在传感器中检测电阻变化；(c2)响应于传感器的电阻变化产生感应电压，所述感应电压与微传动器电机的实际形变成比例；以及(c3)把该感应电压与期望感应电压用观察电路作比较并提供用于产生修正设备输入电压的修正电压。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于所述比较步骤(c3)包含的步骤有(c3a)从求和点提供设备输入电压到观察电路用于产生期望设备响应电压；(c3b)从传感器获得与微传动器电机中的实际形变成比例的感应电压；以及(c3c)结合期望设备电压和感应电压以提供修正电压。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述施加步骤(d)包含的步骤有(d1)把来自观察电路的修正电压与设备输入电压求和产生修正的设备输入电压；(d2)把修正的设备输入电压发送到零阶保持电路设备，它输出相应修正设备输入电压的传动电压；(d3)把传动电压作用于产生诱导电压的驱动器；(d4)把诱导电压作用于微传动器电机。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于微传动器电机包括压电传感器(PZT)，并且其中贴附步骤(a)的传感器包括贴附于PZT的应变片。
6.一种磁盘驱动器，包括磁盘包，它支撑至少一个有多个相邻数据磁道的轴向排列的可旋转的磁盘表面；带有至少一个传动器臂和主传动器电机支座的双级传动器，该双级传动器包括至少一个磁头，它由邻近磁盘表面的传动器臂支撑；主传动器电机，它由提供磁头相对磁盘表面近似位置的主传动器电机支座支撑；微传动器电机，它由提供磁头相对多个邻近数据磁道的其中所选一个的位置细控制的传动器臂支撑；贴附于微传动器电机的传感器，用于测量微传动器电机的形变；以及伺服控制器，它包括带有控制磁头相对所选数据磁道的位置并修正微传动器磁滞现象的闭环微传动器伺服电路的主伺服控制电路。
7.按权利要求6所述的磁盘驱动器，其特征在于数据磁道包括伺服信息、带有寻道模式和磁道跟踪模式的伺服控制器，并且其中主伺服控制电路包括解调器，它调节由磁头变换的伺服信息，向磁头提供数据磁道位置关系；基于硬件的伺服电机，它根据经过调节的伺服信息产生主传动器寻道和控制信号，伺服电机指示主传动器操作；一组数模转换器，它们把寻道和控制信号转换到模拟控制信号，它们在主传动器电机操作中由主传动器电机紧接；以及电机驱动器，它把模拟控制信号传送到主传动器电机以执行主传动器电机操作。
8.按权利要求6所述的磁盘驱动器，其特征在于所属闭环微传动器伺服电路包括零阶保持电路设备，它从电机驱动器接收模拟控制信号，零阶保持电路设备保持模拟控制信号并提供相应的传动信号；压电驱动器，它接收传动信号并提供用于完成微传动器电机的形变的诱导信号；感测电路，它响应于微传动器电机的形变改变电压输出。
9.按权利要求8所述的磁盘驱动器，其特征在于所属感测电路包括电阻器电桥网络，它带有提供电阻器电桥网络第一分支的应变片的电阻；一对运算放大器，它们连接于电阻器电桥网络，测量由应变片电阻变化引起的电压变化；以及施加在电阻器电桥网络上的电压源，它向电阻器电桥网络和运算放大器提供电压。
10.按权利要求6所述的磁盘驱动器，其特征在于所述微传动器电机包括压电传感器(PZT)，并且其中传感器包括贴附于PZT的应变片。
全文摘要
一种在磁盘驱动器(100)中使用带有进行磁头位置粗控制的主传动器电机(142)和进行磁头位置细控制的微传动器(128)的双级传动器定位磁头(118)邻近磁盘(138)的设备与方法。微传动器包括贴于压电传感器PZT(210)上的应变片(212)。应变片响应于PZT电压施加在PZT上以实现期望变化的作用测量PZT的实际形变。带有闭环压电伺服电路(200)的闭环主伺服控制电路(180)产生双级传动器的控制输入，以在通过修正压电传感器磁滞现象(期望变化和实际变化间的误差)和减少寻道和固定次数来调节磁头位置的同时执行磁道跟踪和寻道操作。
文档编号G11B21/08GK1451162SQ00819382
公开日2003年10月22日 申请日期2000年10月27日 优先权日2000年3月30日
发明者T·E·埃尔, A·G·斯莱扎克 申请人:西加特技术有限责任公司