专利名称：微型磁盘驱动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是涉及一种磁盘驱动装置，特别是适用于掌上型、手持型或袖珍型的计算机的具有自适应偏摆补偿的微型磁盘驱动装置。
背景技术：
随着计算机设备尺寸的减小，更小型磁碟机相应的产生，满足计算机器件尺寸减小的需求。一种硬盘驱动装置，包括一个3.5寸的硬盘，该装置在美国专利第4,568,988号有所揭露。该专利描述了一个使用直径范围为85-100毫米3.5寸磁碟的温彻斯特硬盘驱动器，该驱动器的记录密度为每英尺600条轨道，使用开环伺服系统。当格式化的时候，可以提供每张盘多达5兆字节的存储容量。
磁盘通过一个夹具固定在磁盘驱动器上，但是磁盘夹具不能充分保证将磁盘牢固的固定在磁盘驱动器的旋转中心，因此，如果磁盘驱动器收到震动或冲击，磁盘可能有径向偏摆，磁盘的中心将会移出旋转中心。在这种情况下，伺服系统不能可靠的定位读/写磁头的位置。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种具有自适应偏摆补偿的、用在电脑、掌上电脑或膝上型电脑微型磁盘驱动装置。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的一个微型磁盘驱动装置其包括一个第一直径约为35mm的机架，一个直径范围约为33mm到34mm的磁盘，一第一级伺服系统，一第二级伺服系统，其特征在于所述第一级伺服系统包括一伺服补偿器，所述伺服补偿器能产生一激励器调节信号以响应位置误差信号将读/写磁头定位在上述磁盘的磁道上；所述第二级伺服系统包括一分析器及一发生器，所述分析器能响应上述位置误差信号，产生一个偏摆因子，所述分析器包括一存储器，所述存储器存储一累积偏摆因子以响应位置误差信号，产生一新偏摆因子，其中，所述分析器结合上述新偏摆因子与存储器的累积偏摆因子，产生一个偏摆因子；所述发生器结合分析器用上述偏摆因子产生一个扇区偏摆修正信号，在上述装置运行期间，为上述磁盘从真正的旋转中心的位移提供了自适应偏摆补偿。
因此，该实用新型在磁盘驱动器的微控制器内提供一个第二级伺服补偿系统。第二级伺服补偿相对于磁盘驱动器内原有的伺服补偿器有独立的功能，为出现在磁盘驱动器运转期间的磁盘偏摆提供一个在线实时补偿。特别地，伺服补偿器收到位置误差信号后，产生激励器位置调节信号。同时，第二级伺服补偿器收到位置误差信号，分析磁盘偏摆，同时在磁盘驱动器运转期间，即当磁盘驱动器空闲、读或写的时候，产生一个偏摆补偿信号。
一个激励器信号发生器结合由一个扇区的位置误差信号产生的激励器调节信号和由下一个扇区的位置误差信号产生的偏摆补偿信号，形成一个经过偏摆补偿的扇区激励信号。因此，当微控制器提供一个经过偏摆补偿的激励器调节信号给伺服系统，偏摆补偿就能流向伺服系统。伺服系统利用伺服补偿器的信号和第二级伺服补偿器，连续的将读/写磁头保持在想要的磁盘中心的磁道中心线上。
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
图1是本实用新型微型磁盘驱动装置的立体分解图。
图2是本实用新型微型磁盘驱动装置包含一嵌入式伺服系统的框图。
图3是本实用新型微型磁盘驱动装置的自适应偏摆补偿的框图。
图4是本实用新型微型磁盘驱动装置的第二级伺服系统的框图。
图5A是本实用新型微型磁盘驱动装置的位置误差信号的一个例子。
图5B是本实用新型微型磁盘驱动装置的自适应偏摆补偿方式作用于图5A中位置误差信号后的位置误差信号。
图6是本实用新型微型磁盘驱动装置的自适应偏摆补偿方式的流程图。
具体实施方式请参阅图2，磁盘1601被一个夹具固定在磁盘驱动器上，但是磁盘夹具不能充分保证将磁盘牢固的固定在磁盘驱动器1600的旋转中心，因此，如果磁盘驱动器收到震动或冲击，磁盘1601将会径向偏摆的位移，磁盘的中心将会移出旋转中心1630。在这种情况下，伺服系统不能可靠的定位读/写磁头1602的位置。
请参阅图3，该实用新型在微控制器1610内提供一个第二级伺服补偿2500。第二级伺服补偿2500相对于伺服补偿器2510有独立的功能，为出现在磁盘驱动器1600运转期间的磁盘偏摆提供一个在线实时补偿。特别的，伺服补偿器2510收到位置误差信号1699，产生激励器位置调节信号2511。同时，第二级伺服补偿器2500收到位置误差信号1699，分析磁盘偏摆，同时在磁盘驱动器1600运转期间，即当磁盘驱动器1600空闲、读或写的时候，产生一个偏摆补偿信号2501。
激励器信号产生器2520结合由扇区“i”的位置误差信号1699产生的激励器调节信号2511和由扇区“i-1”的位置误差信号1699产生的偏摆补偿信号2501，形成一个经过偏摆补偿的扇区“i”激励信号2521。因此，当微处理器1610提供一个经过偏摆补偿的激励器调节信号2521给伺服系统，偏摆补偿就能流向第一级伺服系统。第一级伺服系统利用伺服补偿器2510的信号和第二级伺服补偿器2500，连续的将读/写磁头1602保持在想要的独立于偏移旋转中心1630的磁盘中心1601的磁道中心线上。
该系统需要多个旋转来产生一个偏摆修正，且只有在读/写执行前开启磁盘驱动器的时候才有用。第二级伺服补偿器2500持续监控磁盘1601相对于真正的旋转中心1630的位置，当磁盘1601启用的时候产生一个偏摆补偿信号2501。
指针和扇区处理器2530提供第二级伺服补偿器2500旋转量和扇区量2531，读/写磁头1602定位于该扇区量之上。
图4是第二级伺服补偿器2500更详细的框图。第二级伺服补偿器2500包括一个偏摆分析器2610和一个偏摆补偿发生器2620，分别从指针和扇区处理器2530接收扇区量2531和旋转量2532。偏摆分析器2610继续为磁道内的每个扇区，即磁盘1601旋转的每个扇区接收数字位置误差信号1699。位置误差信号1699包含很多比偏摆多的干扰性谐波和非相关成分，比如风力修正量、负载噪声和伺服停滞。例如，图5表示了一个典型的位置误差信号1699。偏摆分析器2610滤掉位置误差信号1699，获得基本的偏摆频率区。
偏摆分析器2610中的滤波过程更适宜在指针扇区开启，并在磁道中的每个扇区进行。滤波过程将扇区偏摆成分从位置误差信号中分离出来。每个扇区在磁盘1601的分析旋转预定量n中的扇区偏摆成分在存储器2550中累积，即每个扇区偏摆成分相加的总和存储在存储器2550中。
扇区偏摆修正信号2621提供给增益调节方式2630。在一个实施例中，增益调节方式2630中，扇区偏摆修正信号2621与用于伺服补偿器中的相同的增益因子相乘，产生偏摆补偿信号2501。然而，用在增益调节方式2630中的增益因子可能等于或少于伺服补偿器2510中的增益因子。在相同的伺服系统中，用于增益调节方式2630的增益因子少于用在伺服补偿器2510中的增益因子，以维持伺服系统的平衡。
如果偏摆分析器2610和偏摆补偿发生器2620需要同一个扇区周期产生偏摆补偿，偏摆补偿信号2501流向下一个扇区。因此，扇区“i-1”的偏摆补偿信号2501与扇区“i”的激励器位置调节信号2511通过上述激励器信号发生器结合，其中该扇区“i”与下一个扇区“i-1”邻接。
偏摆分析器2610的输出在这次旋转中不用，允许伺服系统停放。一个单独的停放旋转的一个重要的因子是为伺服系统提供足够的旋转，在进一步的调节偏摆补偿前让伺服系统停放。
伺服停放之后，偏摆分析器2610和偏摆补偿发生器2620用于磁盘1601的下一个旋转中，保持读/写磁头1602正确的定位。偏摆补偿发生器2620通过扇区偏摆补偿信号2501继续产生扇区，即利用储存在存储器2550中的先前偏摆因子。同时，偏摆分析器2610为分析旋转预定量n产生一个新的偏摆因子。因此，第二级伺服补偿器2500在进行偏摆补偿的同时更新了偏摆误差数据。
在所有的分析旋转预定量n中的扇区都被处理后，产生一个新的n旋转的偏摆因子。新的偏摆因子加上储存在存储器2550的偏摆因子，得累积偏摆因子，储存在存储器2550内，即，偏摆因子被更新。因此，偏摆分析器2610在磁盘驱动器1600运行期间包括偏摆因子的累积方式。
偏摆因子更新后，偏摆分析器2610的输出在磁盘1601的下一个旋转中被忽略，偏摆补偿发生器2620利用存储器中的累积偏摆因子运行，这个步骤(i)产生一个偏摆补偿信号，同时分析偏摆扇区，(ii)产生一个偏摆补偿信号，产生一个单独旋转，允许伺服系统停放，这个过程连续重复。
存储器2550包含一个偏摆因子，这个偏摆因子是前段时间内扇区偏摆平均值的总和。这个总和可以消除系统的响应和改善与瞬时效应相关的问题。而且，前段时间内的累积偏摆因子能防止操作的不连续，保证读/写磁头维持在磁盘中心线的位置。第二级伺服补偿器2500提供了一个可靠连续的在线实时的偏摆摆补偿信号，这样磁盘在运行期间的滑动不会影响到数据的写入。因此第二级伺服补偿器2500为微型磁盘驱动器提供了一个自适应偏摆补偿。
以下是对自适应偏摆补偿系统的一个实施例更为详细的说明，该实施例只是该实用新型的一个优选实施方式，并不是对该实用新型的限制。
在这个实施例中，用于偏摆分析器2610的滤波过程是一个离散傅立叶变换。傅立叶变换将周期波分析为正弦部分和余弦部分。在该实施例中，只有一个频率，即磁盘偏摆。离散傅立叶变换将磁盘偏摆从位置误差信号中分离，形成一个正弦偏摆部分和一个余弦偏摆部分，即该实施例中偏摆有两部分。
磁盘1601的旋转作为正弦函数和余弦函数的周期。因此，正弦函数和余弦函数用磁道上的从0到(m-1)的扇区求值，其中m的值为72。
离散傅立叶变换产生的第一个偏摆部分为SineRunouts=PES·Sine[2π(TotSectors)·S]----(1)]]>其中，S是被分析的扇区0，1，2，……，((Tot.Sectors)-1)；PES＝位置误差信号；Tot.Sectors是磁盘预定旋转的扇区总量。
同时产生的第二个偏摆部分为CosineRunouts=PES·Cosine[2π(TotSectors)·S]----(2)]]>其中，S是被分析的扇区0，1，2，……，((Tot.Sectors)-1)；PES＝位置误差信号；Tot.Sectors是磁盘预定旋转的扇区总量。
在该实施例中，第二偏摆部分“CosineRunouts”和第一偏摆部分“SineRunouts”分别在存储器2550中累积，第二级伺服补偿器2500实时运转，因此，偏摆必须被分析，偏摆补偿在扇区周期内产生。为加快第二级伺服补偿器2500的运转，第二偏摆部分“CosineRunouts”中的cosine列和第一偏摆部分“SineRunouts”中的sine列不重复计算，而是每个扇区的cosine列值表和sine列值表放在ROM 1609中被访问。当然，只要磁盘驱动器开启且结果值表储存在存储器2550中，微型控制器1610就能用来产生sine列和cosine列。
表1.2和表2.2分别表示sine列表和cosine列表的代表值。这些值用二进制表示，数量映射为字节值，即八数据位。
表1.2SINE TERM TABLESector Sine. Sector SineSector Sine Sector SineNo Term No.Term No. Term No. Term0 0 18 -127 36 0 54 1271 -11 19 -127 37 11 55 1272 -22 20 -125 38 22 56 1253 -33 21 -123 39 33 57 1234 -43 22 -119 40 43 58 1195 -54 23 -115 41 54 59 1156 -64 24 -110 42 64 60 1107 -73 25 -104 43 73 61 1048 -82 26 -97 44 82 62 979 -90 27 -90 45 90 63 9010 -97 28 -82 46 97 64 8211 -104 29 -73 47 104 65 7312 -110 30 -63 48 110 66 631 3 -115 31 -54 49 115 67 5414 -119 32 -43 50 119 68 4315 -123 33 -33 51 123 69 3316 -125 34 -22 52 125 70 2217 -127 35 -11 53 127 71 11表2.2COSINE TERM TABLESectorCosineSectorCosineSectorCosineSector CosineNo.Term No. Term No. Term No. Term0 127181136 12754111 125192237 12555222 123203338 12356333 119214339 11957434 115225440 11558545 110236441 11059646 104247342 10460737 97 258243 97 61828 90 269044 90 62909 82 279745 82 639710 73 28104 46 73 6410411 63 29110 47 63 6511012 54 30115 48 54 6611513 43 31119 49 43 6711914 33 32123 50 33 6812315 22 33125 51 22 6912516 11 34127 52 11 7012717 0 35127 53 0 71127
预定旋转的最小量为1，旋转量大可以更好的采样，最大旋转量受存储器2550中用于存储累积偏摆因子的字长和1601的最大放射性位移的限制。
如果累积偏摆因子超过最大位移，偏摆补偿就失去意义。在该实施例中，字长为16位，考虑磁盘1601的最大放射性位移，分析旋转预定量选择为四旋转。
请参阅图6，自适应补偿方式2800的第一部是分析偏摆，同时产生偏摆补偿2801。在磁盘驱动器1600开启基础上，用于第二级伺服补偿器2500的存储器中的存储位置清零。当磁盘转速达到一定值，第二级伺服补偿器2500开启。
磁盘转速达到一定值后，在分析旋转n的第一预定量期间，偏摆补偿发生器2620为偏摆补偿产生一个零信号。如上所述，偏摆补偿发生器2620利用储存在存储器2550的偏摆因子产生一个偏摆修正信号2621，因为初始存储的偏摆因子为零，每个扇区的扇区偏摆修正信号2621在一个旋转中也为零，从而偏摆补偿信号2501也为零。
为分析旋转n的每一个扇区预定量，偏摆分析器2610从ROM1609内的sine列值表找到sine列。偏摆分析器2610将sine列与扇区量2531的位置误差信号1699相乘，得到该扇区的第一偏摆部分“SineRunouts”，第一偏摆部分“SineRunouts”在存储器2550的2551区累积。特别的，每一个扇区的偏摆部分“SineRunouts”加到已经累积在区2551的偏摆部分中去，新的累积的偏摆部分的总和存在区2551。
同时，为分析旋转n的每一个扇区预定量，偏摆分析器2610从ROM1609内的cosine列值表(上述表2.2)找到cosine列。偏摆分析器2610将cosine列与扇区量2531的位置误差信号1699相乘，得到该扇区第二偏摆部分“CosineRunouts”，第一偏摆部分“CosineRunouts”在存储器2550的2552区累积。
因此，n个分析旋转后存储器2550的2551区的值为AccumulatedSineRunout=ΣF=0n-1ΣS=0m-1SineRunouts----(3)]]>其中，S是被分析的扇区量0，1，2，……，(m-1)；m是磁盘旋转的扇区总量；F是被分析的旋转量0，1，2，……，(n-1)；n是分析旋转的预定量。同时，n个分析旋转后存储器2550的2552区的值为AccumulatedCosineRunout=ΣF=0n-1ΣS=0m-1CosineRunouts----(4)]]>其中，S是被分析的扇区量0，1，2，……，(m-1)；m是磁盘旋转的扇区总量；F是被分析的旋转量0，1，2，……，(n-1)；n是分析旋转的预定量。
在该实施例中，累积扇区偏摆补偿被分析为累积正弦部分和累积余弦部分，偏摆因子也被分析为一个正弦因子和一个余弦因子。因此，在分析旋转预定亮n的每一个扇区都被处理后，偏摆分析器2610形成一个正弦偏摆因子“SineRunout”，“SineRunout”的值为累积正弦偏摆部分的平均值。特别的，正弦因子的值为SineFactor=2·[AccumulatedSineRunout]m·n----(5)]]>其中，m是磁盘旋转的扇区总量，n是分析旋转的预定量。
余弦因子的值为Cosinefactor=2·[AccumulatedCosineRunout]m·n----(6)]]>其中，m是磁盘旋转的扇区总量，n是分析旋转的预定量。
正弦因子和余弦因子分别储存在存储器2550的2553区和2554区内。在该实施例中，2553区和2554区为16为长。这是自适应偏摆补偿方式2800的步骤2801。
以下是产生偏摆补偿的步骤2802，开始于步骤2801中分析旋转预定量n之后磁盘1601的下一个旋转，从偏摆分析器2610来的每个扇区的两个偏摆部分不在存储器2550中累积。在扇区量2531中的每个扇区，偏摆补偿发生器2620首先从正弦列值表(上述表1.2)找到适当的正弦列，然后将正弦列与从存储区2553找到的正弦偏摆因子相乘，形成一个反正弦变换列。
同样地，偏摆补偿发生器2620从余弦列值表(上述表2.2)找到适当的域弦列，然后将余弦列与从存储区2554找到的余弦偏摆因子相乘，形成一个反余弦变换列。该反余弦变换列和反正弦变换列通过偏摆补偿发生器2620相加，产生扇区偏摆修正信号2621。特别地SineCompensations＝SineFactor·(Sine Term)s(7)其中，(Sine Term)s是表1.2中S对应的值；CosineCompensations＝CosineFactor·(Cosine Term)s(8)其中，(Cosine Term)s是表2.2中S对应的值。RunoutCorrectionSignals＝SineCompensations+CosineCompensations(9)如上所述，增益调节方式2630将扇区偏摆补修正信号2621与增益因子相乘，产生偏摆补偿信号2501。在该实施例中，激励器信号发生器2520将扇区“i-1”的偏摆补偿信号2501与扇区“i”的激励器调节信号2511相加，产生经偏摆补偿的扇区“i”激励器信号2521。
然后，将经偏摆补偿的激励器调节信号2521转化为位置调节信号，定位读/写磁头1602。
在磁道中的每一个扇区都经过产生偏摆补偿的步骤2802处理后，进程返回到分析偏摆和产生偏摆补偿的步骤2801，在这个步骤中，偏摆分析和偏摆产生继续同时执行。步骤2801完成后进程转入步骤2802。
请参阅图5B，显示了图5A中的位置误差信号被自适应偏摆补偿方式2800处理后的位置误差信号。大的谐波被消除，因此即使磁盘1601的中心从旋转中心1630移位，读/写磁头1602也能紧跟磁道中心线。
通过分析旋转预定量偏摆提供的采样能减少伪噪声的影响，提高偏摆修正。同样的，前一段时间的偏摆因子的累积提供了稳定性，保证偏摆补偿精确的遵循磁盘偏摆。如果由于震动或其它原因丢失磁道位置，第二级伺服补偿器2500就会产生作用，只到磁道位置复位。
权利要求1.一种微型磁盘驱动装置，其包括一第一直径约为35mm的机架，一磁盘，一第一级伺服系统，一第二级伺服系统，其特征在于所述第一级伺服系统包括一伺服补偿器，所述伺服补偿器能产生一激励器调节信号以响应位置误差信号将读/写磁头定位在上述磁盘的磁道上；所述第二级伺服系统包括一分析器及一发生器，所述分析器能响应上述位置误差信号，产生一个偏摆因子，所述分析器包括一存储器，所述存储器存储一累积偏摆因子以响应位置误差信号，产生一新偏摆因子，其中，所述分析器结合上述新偏摆因子与存储器的累积偏摆因子，产生一个偏摆因子；所述发生器结合分析器用上述偏摆因子产生一个扇区偏摆修正信号，在上述装置运行期间，为上述磁盘从真正的旋转中心的位移提供了自适应偏摆补偿。
2.如权利要求1所述的微型磁盘驱动装置，其特征在于上述新偏摆因子的产生进一步包括对上述位置误差信号做出响应，为上述磁盘旋转预先确定的每一扇区产生一偏摆成分。
3.如权利要求2所述的微型磁盘驱动装置，其特征在于上述新偏摆因子的产生进一步包括为积累上述每个扇区偏摆成分，与上述偏摆元件有效连接；与上述偏摆元件有效连接，产生一个新偏摆因子；上述新偏摆因子在上述扇区偏摆元件的积累之上，在上述旋转预先确定量中产生。
4.如权利要求1所述的微型磁盘驱动装置，其特征在于上述第二级伺服系统包括增益发生装置与激励器信号发生装置，所述的增益发生装置与上述发生器结合，以提供一增益因子给上述扇区偏摆修正信号，以产生一扇区补偿信号；所述的激励器信号发生装置，结合上述扇区偏摆补偿信号与上述激励调节信号，产生一个被偏摆补偿的激励调节信号，其中上述用于第一扇区的扇区偏摆补偿信号与用于第二扇区的激励调节信号是不同的。
5.如权利要求1到4中任何一项所述的微型磁盘驱动装置，其特征在于进一步包括一旋转发动机，所述旋转发动机的可运转电压范围为3伏到5伏。
6.如权利要求1到4中任何一项所述的微型磁盘驱动装置，其特征在于上述读/写磁头是一个50％的读/写磁头。
7.如权利要求1到4中任何一项所述的微型磁盘驱动装置，其特征在于上述磁盘是一个接触式开启/停止磁盘驱动器。
8.如权利要求1到4中任何一项所述的微型磁盘驱动装置，其特征在于进一步包括一个旋转磁盘的旋转发动机，上述旋转发动机包括一个多个磁级，其中磁极数超过12个。
9.如权利要求1到4中任何一项所述的微型磁盘驱动装置，其特征在于上述磁盘的直径范围约为33mm到34mm。
10.如权利要求1到4中任何一项所述的微型磁盘驱动装置，其特征在于上述机架的第二外部直径为50.8mm。
专利摘要一种微型磁盘驱动装置，包括一第一直径约为35mm的机架，一磁盘，一第一级伺服系统，一第二级伺服系统，所述第一级伺服系统包括一伺服补偿器，其能产生一激励器调节信号以响应位置误差信号将读/写磁头定位在上述磁盘的磁道上；所述第二级伺服系统包括一分析器及一发生器，所述分析器能响应上述位置误差信号，产生一个偏摆因子，其包括一存储器，所述存储器存储一累积偏摆因子以响应位置误差信号，产生一新偏摆因子，其中，所述分析器结合上述新偏摆因子与存储器的累积偏摆因子，产生一个偏摆因子；所述发生器结合分析器用上述偏摆因子产生一个扇区偏摆修正信号，在上述装置运行期间，为上述磁盘从真正的旋转中心的位移提供了自适应偏摆补偿。
文档编号G11B7/09GK2590127SQ0224998
公开日2003年12月3日 申请日期2002年11月29日 优先权日2002年11月29日
发明者詹姆士·莫利郝斯, 托马斯·安德鲁, 加里·考兹, 史蒂文森·沃克, 迈克尔·尤坦里克, 史蒂芬·考文, 理查德·汤普生 申请人:深圳易拓科技有限公司