专利名称：用于减少硬盘驱动器中磁头与磁盘摩擦的缩进方法
技术领域：
本发明涉及硬盘驱动器，并且更具体地说，涉及用于缩进读/写头 的方法和装置的改进。
背景技术：
常规的磁存储设备通常包括一个紧靠记录介质悬挂的传感磁头， 如具有多个同心磁道的磁盘。存储设备还包括一个用于旋转磁盘的主 轴电机，以及一个》兹头堆组件，它可包括一个或多个读/写头。所述》兹 头堆组件通过一个执行器或伺服系统以可控制的方式设置在磁盘上 方，以从磁盘上的特定磁道读取信息或向特定磁道写入信息。
当磁盘处于静止状态时，通常磁头恰好搁在磁盘上；但是，当磁 盘旋转时，在磁盘和磁头之间产生的空气压力使得磁头在磁介质上方 漂移一个很小的距离。
确定读/写头使用寿命的两个最重要的阶段发生在拿开和着陆期 间。在操作之前，读/写头停在内磁道或者磁头所停靠的着陆区。当磁 盘开始从一个初始的停止位置开始转动时，读/写头沿着磁盘的表面的 拖动。 一旦磁盘达到了足够的速度，空气动力学的提升使得读/写头组 件从磁盘表面漂移开。
在磁盘驱动系统关闭期间，磁盘驱动器主轴电机减慢，并且空气 压力开始停止，允许磁头下落，与磁介质相接触。如果磁头与磁介质相接触，同时介质仍然在运动，可能会对介质上的记录区域和磁头都 引起磨损或损伤。
因此，已提出了使磁头在磁盘的"着陆带，，部分上方定位的装置， 这样当磁头下降到磁盘上时只有该着陆带受到损伤。这个着陆带一般
是沿着磁盘表面的内径(ID)的。在断电的情况下，为了避免使磁头 在磁介质上除了 ID以外的区域着陆，当检测到发生电力故障时，使磁 盘转动的电机往往可以在不同质量的电机的惯性下继续转动。其结果 是主轴电机线圏产生了其自身的反向电动势。然后连接主轴电机的线 圏，以传递由电机绕组内的反向电动势所产生的电压，从而操作缩进 控制电路，并向驱动磁盘到着陆带所需的音圏提供能量。 一旦磁头缩 进到ID，并且空气压力停止，磁头下降并接触到磁盘表面，在最终施 加一个制动使电机完全停止之前，由于电机动量继续在一段时间内使 磁盘转动，磁头被拖过ID表面。电力故障检测、反向电动势利用、磁 头缩进电路以及电机制动是现有技术中已知的。
发明内容
本发明实现了在磁盘驱动系统中使读/写头缩进到磁盘的着陆位 置的装置、方法和系统的技术优点，其包括一个与磁头相连的执行器， 用于响应相应的信号，使磁头在第一个方向上向着磁盘的外径缩进， 并在第二个方向上向磁盘的内径缩进。与所述执行器相连的控制装置， 被配置用来确定读/写头的缩进方向，其中表示第一个方向的第一信号 和表示第二个方向的第二信号被提供给执行器，控制装置还在失去对 磁盘驱动系统的磁盘驱动电机提供能量的电力之后提供第一信号，并 在提供第 一信号之后提供第二信号，以使读/写头缩进到着陆位置。
为了更完整地理解本发明，参考了与附图相关的以下具体描述。
其中
图1示出了 一个磁盘驱动系统，它包括磁盘、执行器臂和读/写头，用于描述本发明的示例性实施例；
图2描述了根据本发明的示例性实施例的方法流程图；并且 图3描述了根据本发明的示例性实施例，在缩进条件下为硬盘驱
动器的磁头组件提供控制的系统的框图。
具体实施例方式
本申请的多个创新性的指导将特别参考目前的优选实施例进行 说明。但是，应该理解这类实施例仅提供了许多有利应用及创新性指 导的一些例子。总的来说，本申请的说明书中所做的说明并未对所要 求保护的多种发明进行任何必须的限制。此外，某些表述适用于某些 具有创造性的特征，但不适用于其他一些特征。在整个附图中，要注 意的是相同的附图标记或字母用于表示具有相同功能的类似或等同的 元件。为清楚起见，省略了对已知功能和结构的具体描述，这些描述 并非是必要的，会使本发明的主题不清楚。
对于在磁盘的内径(ID)中使用一定数目的磁道来停靠磁头的硬 盘驱动器来说，ID表面刻有槽，或者呈波浪状，以避免在启动期间磁 头与介质的静摩擦。在常规的实践中，在失去电力之后或者根据软件 指令，磁头会立即缩进到ID。然后在施加制动使其完全停转之前，电 机(SPM)可以降到一个较慢的速度。典型地，在转速约为10k rpm 或更大的驱动器中，在经过足够的时间后施加制动是必要的。当向电 机施加制动时，反电动势电压通过三个并联的电机电阻被短接到地。 每一相的电机电阻的典型值可以低至1欧姆，因此在4伏的反向电动 势下制动电流很大。由于这种电流很大，必须在施加制动之前使电机 降到一个较慢的转速，将电机减慢下来。但执行器的缩进立即进行。 因此执行器头不断地与介质发生摩擦，直到施加了制动。
用于制动多相直流电机、如SPM的电路包括一个用于产生表明 电机已经至少减慢到一个实际转速的输出信号的电路，以及一个制动 电路，用于当所述输出信号或测速信号表明电机已经至少减慢到一个 实际转速时制动所述电机。在减速期间，空气压力消失，磁头停靠在介质表面上。在磁头与
介质发生接触之后，在电机完全停转之前典型地需要大约2-3秒。在 这2-3秒期间，磁头相对于ID的不平坦的表面发生摩擦。
这样，当磁头缩进时，在磁头和ID的不平坦的表面之间产生摩 擦。这种摩擦不仅会磨损磁头，而且会磨损ID的不平坦的表面。反复 的摩擦最后会使不平坦的表面变得平滑。如果ID表面不再是不平坦 的，则磁头开始与介质粘连在一起，不能以所设计的启动电流进行正 确的启动，引起长期的可靠性问题。
本发明的一个方面提供了在缩进条件下对硬盘驱动器的磁头组 件的控制，有利地减少了上述的摩擦。现在参考图1，示出了一个磁 盘驱动系统IO，它包括磁盘ll、执行器臂12和读/写头13，用以说明 本发明的示例性的实施例。例如，执行器臂12的第一个位置(用点划 线表示在位置15处)表明了在缩进条件(如失去电力)被确定之前的 一个随机位置。在确定了磁头需要缩进之后，发出一个缩进指令，以 使磁头13向着磁盘11最外面的直径(OD)缩进(执行器臂用点划线 表示在OD上的第二个位置16处)。执行器臂可以相对于执行器的外 部止档保持静止。在OD处，由于磁盘继续转动，空气压力仍然为OD 处的磁头提供了气垫。
磁头13通过制动器臂12被保持在OD处(即位置16处)，直 到电机速度达到一个预定的阈值。例如，所述阈值可以被确定为常规 制动的目标计数的百分比。当达到所述阈值时，缩进方向发生改变， 执行器臂12和磁头13向着ID处的最终缩进位置或停靠位置(用实线 表示)做机动运动。 一旦磁头位于ID上方，则SPM以常规方式制动， 尽可能迅速地停止转动，使得磁头13能接触到磁盘11的时间最短。 这种制动当然需要附加的能量。由此可见，釆用的设计考虑需要保证 产生足够的反向电动势，从而将磁头13完全移动到着陆带，以避免过 早地着陆到磁盘介质的不希望的区域。在着陆过程期间，必须提供 SPM的足够转速，以保证足够的气流，使磁头13位于磁盘介质上方 时保持垂直的位置。所述阈值例如可以设置为常规使用的制动的目标计数的75%。电 机的相或相位交叉可用于确定制动的定时，或者可以由受控振荡器来 定时。所述目标计数可以通过测量反向电动势来确定。缩进的方向可 以通过一个串行端口比特来控制，其中当达到所述阈值时(例如经过 一段特定的时间或交叉之后)以可变的方式产生方向比特。通过这种 方式，可以避免大量的摩擦时间。这种方法最多可以减少大约75%的 磁头与介质发生摩擦的时间。
对电机施加制动的时间延迟通过测量例如失去电力后经过的时 间来预先确定。也可以通过监控电机的相位交叉数来实现。为了执行 这样的功能，用于确定经过的时间或者已发生的相位交叉的固定数目 的参数被保留在串行端口寄存器中。当失去电力时这些特殊寄存器不 会被清除。电源上的一个非常低的电压清除这些寄存器，它是一个VM 管脚。所述VM管脚是调整后的反向电动势存储在存贮电容器上的位 置。因此该电源可以用于预先确定缩进到磁盘的外径的方向。当电机 减慢到一个预定的速度或时间时，这个方向比特可以被取反，以表明 在相反的方向上缩进。因此，通过使用与用于预先确定制动应用的力 矩的电路相同的电路，我们可以改变执行器的方向，从而减少摩擦， 否则的话磁头将会受到摩擦。该电路用数字门电路来实现，因此能够 在很低的电压下工作，其电流需求接近为零。
现在参考图2，示出了根据本发明的示例性实施例的方法流程图。 首先，接收21到电力故障或指令，并且对此做出响应，将一个缩进比 特设置22为一个表明VCM向着OD缩进的方向的值。接着，根据缩 进比特在一个方向上开始缩进23，并为制动开始计数24。当计数达到 一个预定的阈值时，缩进比特被重置或改变状态25到一个表明向着 ID的缩进方向的值，并根据新的缩进比特值开始缩进26。
现在参考图3，示出了根据本发明的示例性实施例，在缩进条件 下为硬盘驱动器的磁头组件提供控制的系统的框图。在缩进控制器和 驱动器32的线31处接收到表示缩进指令的信号。缩进控制器32还连 接到用于提供缩进指令的VCM 33，所述指令包含了缩进的方向。连接VCM33用于可移动地控制执行器臂12 (图1)。缩进的方向由比 特计数器34来确定，并且在输出端35处提供一个指示信号。如上所 述，这些比特表示是向着OD缩进还是向着ID缩进。这些比特例如可 以通过表示电机的相位交叉的信号或者从电力切断情况开始的定时来 设置。相位交叉或定时信号由连接到主轴电机18的信号发生器36来 确定，并且所述信号在比特计数器34的输入端37处被接收。信号发 生器36也可以使用其他常规的方法来确定电机的速度，以确定何时重 置比特。例如，可以将电机的反向电动势与一个参考电压进行比较， 或者可以使用时钟。
尽管上面详细描述了本发明的示例性实施例，但这并没有限制本 发明的保护范围，本发明可以用多种实施例来实现。
权利要求
1.用于在磁盘驱动器中使读/写头缩进到磁盘的着陆位置的系统，该系统包括与所述读/写头相连的执行器，用于响应于相应的信号，使所述读/写头在向着所述磁盘的外径的第一个方向上缩进，并且在向着所述磁盘的内径的第二个方向上缩进；以及与所述执行器相连的控制装置，被配置用来确定所述读/写头的缩进方向，其中表示第一个方向的第一信号和表示第二个方向的第二信号被提供给所述执行器，所述控制装置还响应于断电条件提供所述第一信号，并在提供所述第一信号之后提供所述第二信号，以使所述读/写头缩进到所述着陆位置，其中所述控制装置在所述断电条件之后的一段预定时间周期提供所述第二信号，其中所述控制装置在所述断电条件之后根据所述磁盘驱动系统的磁盘驱动电机的相位交叉的一个时刻提供所述第二信号。
2. 如权利要求l所述的系统，还包括一个制动器，用于在将所述 读/写头缩进到所述着陆位置之后制动所述磁盘驱动电机。
3. 用于在磁盘驱动系统中使读/写头缩进到磁盘的着陆位置的方 法，该方法包括在失去对所述磁盘驱动系统的磁盘驱动电机提供能量的电力之后 生成表示第一个方向的第一信号，并生成表示第二个方向的第二信号； 响应于将所述第 一信号施加给一个与所述读/写头相连的执行器，在向着所述磁盘的外径的所述第一个方向上缩进所述读/写头；以及 响应于将所述第二信号施加给所述执行器，在向着所述磁盘的内径的所述第二个方向上缩进所述读/写头，还包括响应于施加所述第一信号，将所述读/写头缩进到一个外径止档。
4. 如权利要求3所述的方法，还包括响应于施加所述第二信号，将所述读/写头缩进到所述磁盘的一个内径上的所述着陆位置。
5. 如权利要求3所述的方法，还包括在失去电力之后确定所述磁 盘驱动电机的速度，并根据速度的减小生成所述第二信号。
6. 如权利要求3所述的方法，还包括在将所述读/写头缩进到所述 着陆位置之后制动所述磁盘驱动电机。
7. 如权利要求3所述的方法，还包括在失去电力之后，当所述磁 盘驱动电机已减慢到一个预定的速度时提供所述第二信号。
全文摘要
用于在磁盘驱动系统(10)中使读/写头(13)缩进到磁盘(11)的着陆位置的装置、方法和系统，包括一个于磁头(13)相连的执行器(33)，用于响应于相应的信号，在向着磁盘(11)的外径的第一个方向上缩进，并且在向着磁盘(11)的内径的第二个方向上缩进。一个与执行器(33)相连的控制装置(32)，被配置用来确定读/写头(13)的缩进方向，其中表示第一个方向的第一信号和表示第二个方向的第二信号被提供给执行器(33)，控制装置还在失去对磁盘驱动系统的磁盘驱动电机(38)提供能量的电力之后提供第一信号，并在提供第一信号之后提供第二信号，以使读/写头(13)缩进到着陆位置。
文档编号G11B21/02GK101320569SQ20081013364
公开日2008年12月10日 申请日期2004年10月8日 优先权日2003年10月8日
发明者麦赫迪·哈森 申请人:得州仪器公司