利用径向跳动补偿的虚拟数据磁道的同心间隔 【发明领域】
本发明通常涉及磁盘驱动数据存储系统。具体而言，本发明涉及伺服系统内误差的补偿。
背景技术
磁盘驱动器沿着形成于磁盘上的同心磁道读取和写入信息。为了在磁盘上定位特定的磁道，磁盘驱动器一般在磁盘上采用嵌入伺服域。这些嵌入伺服域由伺服子系统用来将磁头定位在特定的磁道之上。伺服场在制造磁盘驱动器时写入磁盘并且随后简单地由磁盘驱动器读取以确定位置。多速率伺服系统以特定的采样速率对磁头相对特定磁道的位置进行采样并且通过估计被测位置样本之间磁头的位置，以采样速率的倍数调整磁头位置。
跟随磁道中心线磁头理想情况下沿着环绕磁盘的完美圆形路径运动。但是两种误差阻碍了磁头跟随这种理想路径。第一种误差是写入误差，它在生成伺服域期间产生。由于用来产生伺服域的写入磁头并不始终跟随完美的圆形路径(因为磁头飞越磁盘时空气动力学和支撑磁头的万向节的振动而在写入磁头上产生不可预测地压力效应)，所以发生了写入误差。由于写入误差，所以完全跟随由伺服写入磁头跟随的磁道将不遵循圆形路径。
妨碍圆形路径的第二种误差称为磁道跟随误差。当磁头试图跟随伺服域定义的路径时引起磁道跟随误差。磁道跟随误差可以由引起写入误差的相同空气动力学和振动效应产生。此外，由于伺服系统无法足够快地响应伺服域定义的路径内的高频变化，所以可能引起磁道跟随误差。
由于写入误差在每次磁头经过磁道时产生相同的误差，所以经常称为可重复径向跳动误差。随着磁道密度的增大，这些可重复的径向跳动误差开始限制磁道间距。具体而言，理想磁道路径与伺服域形成的实际磁道路径之间的差异可能导致内部磁道路径干扰外部磁道路径。当第一写入误差使磁头位于内部磁道理想圆形路径之外和第二写入误差使磁头位于外部磁道的理想圆形路径内部时特别明显。为了避免磁道间距上的限制，需要一种系统来补偿可重复的径向跳动误差。
本发明提供了解决该问题和其他问题的方案并且具有超越现有技术的其他优点。
【发明内容】
本发明涉及对磁盘驱动器内写入的可重复径向跳动的补偿。
本发明的一个实施例针对补偿磁盘驱动器内写入的可重复径向跳动的方法。写入可重复径向跳动的补偿值存储在驻留于磁道上的伺服域内。补偿值被从相应的伺服值内扣除以获得补偿的伺服值。随后，根据补偿后的伺服值，相对磁道定位磁头。
在本发明的一个实施例中，减去写入可重复径向跳动补偿值的伺服值为位置误差值。
而且在一个实施例中，首先使磁盘围绕其转轴旋转确定写入可重复径向跳动补偿值。随后将磁头定位在所需磁道中心线之上，从而使得磁头相对磁盘表面跟随接近圆形的路径。对于磁盘的每一转圈，确定了伺服值，它表示磁头相对伺服域处磁道的位置。该确定伺服值的步骤重复多次转圈并且对所获得的伺服值取平均以提取径向跳动不可重复部分，从而得到写入可重复径向跳动补偿值。
本发明的另一实施例针对包含伺服环路、磁盘、磁头、伺服控制器、致动器和补偿电路的磁盘驱动器。磁盘能够将数据存储在磁道上。磁道包括能够存储用来指示磁头相对磁道位置的伺服信息的伺服域。伺服域还能够存储指示磁道给定部分处写入可重复径向跳动量的写入可重复径向跳动补偿值。磁头能够检测位于磁盘上的伺服信息并且由此产生伺服位置信号。伺服位置信号与基准信号组合以产生位置误差信号，它表示磁头相对磁道的实际与所需位置之差。伺服控制器能够响应接收的位置误差信号，产生伺服控制信号。致动器与伺服控制器耦合并且能够响应伺服控制信号移动磁头。补偿电路能够搜索存储在磁道伺服域内写入可重复径向跳动补偿值并向减法器提供补偿值。减法器能够从伺服环路内的伺服信号减去写入可重复径向跳动补偿值。
通过阅读以下详细描述和相关附图，赋予本发明特征的各种特点和优点将是显而易见的。
附图简述
图1为本发明磁盘驱动器的平面图。
图2为磁盘一部分的顶视图，示出了理想磁道和实现写入的磁道。
图3为现有技术伺服环路的方框示意图。
图4为按照本发明所示实施例的伺服环路方框示意图。
图5为流程图，示出了按照本发明所示实施例的补偿磁盘驱动器内写入可重复径向跳动误差的方法。
图6为流程图，示出了按照本发明的确定写入可重复径向跳动补偿值的方法。
实施发明的较佳方式
图1为磁盘驱动器100的平面图，驱动器包括带底板102和顶盖104的外壳(为清楚起见，顶盖104部分被去除)。磁盘驱动器100进一步包括磁盘盒106，它安装在转轴电机(未画出)上。磁盘盒106可以包括多张单片磁盘，他们安装为围绕中心轴共转。每张磁盘表面包括安装在磁盘驱动器100上的磁头万向节组件(HGA)112，用于与磁盘表面传输信息。每个HGA 112包括万向节和载带一个或多个读写磁头的滑块。每个HGA 112由悬臂118支撑，悬臂又附属于致动器组件122的称为固件的磁道存取臂120上。
受内部电路128内部伺服控制电路控制的音频线圈电机124使致动器组件122围绕轴126转动。HGA 112穿越磁盘内径132与磁盘外径134之间弓形路径130。当磁头正确定位时，内部电路128内的写入电路对要存储在磁盘上的数据编码并且将编码信号送至HGA 112内的磁头，将信息写入磁盘。在其他时刻，HGA 112内的读取磁头从磁盘读取存储的信息并且向内部电路128内的检测器电路和译码器电路提供恢复后的信号以产生所恢复的数据信号。
图2为磁盘一部分198的顶视图，示出了理想的完美圆形磁道200和实际磁道202。部分198包括多个径向延伸的伺服域，例如伺服域204和206。伺服域包括标识实际磁道202沿磁盘部分198位置的伺服信息。
磁头任何偏离圆形磁道200的位置差异被视为位置误差。未跟随圆形磁道200的磁道202部分形成写入可重复径向跳动位置误差。如果每次磁头经过磁盘上特定圆周位置时都发生相同的误差，则该位置误差被视为可重复的径向跳动误差。由于磁头每次跟随限定磁道202的伺服域时产生相对理想磁道200的相同位置误差，所以磁道202产生可重复的径向跳动误差。
在本发明中，试图向磁盘202写入或从磁盘202读取数据的磁头将不跟随磁道202而是更为接近地跟随完美圆形磁道200。这可利用补偿信号阻止伺服系统跟随磁道202不规则形状引起的可重复径向跳动误差而达到。
图3为现有技术伺服环路的方框示意图。伺服环路包括具有增益“K”的伺服控制器210和具有增益“P”的磁盘驱动器212。伺服控制器210为图1内部电路128内的伺服控制电路。磁盘驱动器212包括所有图1中的致动器组件122、音频线圈电机124、磁道存取臂120、悬臂118和磁头万向节组件112。
伺服控制器210产生驱动磁盘驱动器212的音频线圈电机的控制电流214。作为响应，磁盘驱动器212产生磁头运动216。在图3中，虽然写入误差dw是隐含地出现在磁头运动216中，但是仍被表示为分离的输入信号218。从磁头运动216中将写入误差218分离出来有助于更好地理解本发明。此外，伺服系统内的噪声已经分离出来并且以加入磁头运动的噪声220出现。磁头运动216、写入误差218和噪声220之和产生磁头的伺服位置信号222。伺服位置信号从基准信号224中减去，基准信号由内部电流128根据磁头所需位置产生。从基准信号224减去伺服位置信号222产生了输入伺服控制器210的位置误差信号226。
现有技术伺服环路内的磁头响应写入误差而运动。由于这种运动将磁头放置在理想圆形磁道路径外部，所以是不希望出现的。为了消除写入误差引起的不需要的磁头运动，本发明从现有技术伺服环路中减去补偿信号。这种减法操作示于图4的伺服环路232内。在图4中，与图3相同的单元采用相同的标号。补偿信号228由补偿电路229产生。补偿信号228包含写入可重复的径向跳动值序列。在示意性的实施例中，补偿值存储在相应磁道的伺服域内。在进一步的示意性实施例中，每个补偿值存储在伺服扇区的伺服域内，补偿值被用于补偿写入径向跳动。在替换实施例中，对应给定伺服扇区(或伺服域)的补偿值被存储在先前伺服扇区的伺服域内并且经伺服系统缓冲以确保在检测到偏离磁道状态时伺服系统可以写保护用户数据。
补偿电路229搜索并且解调存储在伺服域内的补偿值并产生补偿信号228。减法器234从对应的伺服值减去与每个伺服扇区相关的补偿值228。在图4中，补偿信号228从位置误差信号226中减去，产生包含补偿位置误差值序列的补偿位置误差信号236。但是本领域内的技术人员将会认识到，补偿信号228可以在伺服环路232内其他位置上减去。如果补偿值228等于伺服域处的写入误差，则补偿位置误差信号236将仅仅包含非可重复分量。该结果被提供给根据补偿位置误差信号236而非未补偿位置误差信号226驱动致动器的伺服控制器210。这强行使磁头跟随基本为圆形并且等间隔的磁道(除非可重复微扰以外)并且使磁头在惯性空间中基本上保持静止，没有多少来自伺服系统的加速。由此基本消除了写入误差d,218的效应。
图5为流程图，示出了按照本发明所示实施例的补偿磁盘驱动器内写入可重复径向跳动误差的方法。在步骤302，确定了对应给定磁道伺服域(或扇区)的写入可重复径向跳动补偿值。在步骤304，补偿值存储在磁道上的伺服域内。在示意性的实施例中，每个补偿值存储在伺服扇区的伺服域内，补偿值被用于补偿写入径向跳动。在替换实施例中，对应给定伺服扇区(或伺服域)的补偿值被存储在先前伺服扇区的伺服域内并且经伺服系统缓冲以确保在检测到偏离磁道状态时伺服系统可以写保护用户数据。在另一替换实施例中，补偿值存储在盘外的存储器内，例如RAM(随机访问存储器)内。在步骤306，补偿值从对应的位置误差值中减去以获得补偿位置误差值。补偿值也可以从伺服环路中其他点减去而非对位置误差信号。在步骤308，伺服控制器驱动致动器根据补偿位置误差值定位磁头。
按照本发明示意性的实施例，参照图6的流程图，确定了对应给定磁道伺服域(或扇区)的写入可重复径向跳动补偿值的步骤302完成如下。为了确定在每个伺服突发信号处写入的校正字，初始伺服信息必须在产品制造出来当天写入。在写入磁道之后，磁头定位在磁道所需中线之上，从而如步骤400所示，使磁头跟随相对磁盘表面基本为圆形的路径。在示意性实施例中，伺服磁道写入器根据激光定位器而不是写入位置误差数据将磁头定位在磁道中央。此时，惯性空间内的磁头位置由激光定位器限定并且相当稳定(除了磁头相对刚刚写入磁道的任何非可重复运动以外)。
在步骤402，磁盘围绕转轴旋转。在步骤404，位置误差信号被解调为如工作在磁盘驱动伺服系统中那样。在状态406，问询是否已经达到磁盘所需的转圈数。为了从位置误差字的非可重复分量中分离可重复分量，如步骤408所示，对来自多圈磁盘转圈的位置误差值进行平均。来自每个扇区的位置误差字与磁盘下一转圈上同一扇区的位置误差值相加。该过程持续足够的圈数以产生位置误差字可重复部分较好的平均值。精确的圈数取决于非可重复分量的大小。在演示这种概念的原理性样机中，16圈足以将系统内的非可重复分量和噪声平均化掉。
在平均化处理完成之后，每个平均位置误差值用作相关伺服域的写入可重复径向跳动补偿值，并且附属在伺服域(或先前的伺服域)上，如图4和5所示，补偿值由伺服域导出。在磁盘驱动器正常操作期间，伺服系统将读取并从适当的位置误差值中减去这些校正值。这使得当确定补偿值后将磁头定位在写入的伺服磁道之上时，强行使磁头跟随由伺服磁道写入器勾画的基本为圆形并且等间隔的磁道(除非可重复微扰以外)。这使磁头在惯性空间中基本上保持静止，只带稍许来自伺服系统的加速。如果需要多个精确的“子磁道”(例如磁头读取器域写入器之间的偏移)，则伺服磁道写入器可以将磁头定位在除磁道中线以外位置并且可以计算第二或第三校正因子等并附属在偏移处的伺服突发信号上。
数学上设定B为磁盘表面上写入的伺服域数目(B＞0)。假定R为用于平均化处理的圈数(R＞0)。系列W为R圈内解调位置误差字集合。则Wi将是突发信号i处解调的位置误差字(0＜i＜=R*B)。假定系列C是一圈的校正因子集。则Cj将是突发信号j处的校正因子(0＜=j＜B)。
校正因子可以表示为：Cj≡1RΣ1RW(j+R);]]> 0＜=j＜B 方程式(1)
确定上述写入可重复径向跳动因子的方法还补偿了诸如磁道挤压之类的静态磁道-磁道误差，其中磁道静态上比理想间隔更加靠近，导致磁道中心线偏离理想的中心线。这是因为采用高精度的激光伺服磁道写入器来确定磁道最终的位置而不是采用伺服调制器和图案。
总之，本发明的一个实施例针对的是补偿磁盘驱动器100内写入可重复径向跳动的方法。写入可重复径向跳动补偿值被存储在驻留于磁道202上的伺服域204、206内。补偿值228从相应的伺服值中减去以获得补偿的伺服值。随后，磁头112根据补偿伺服值，相对磁道202定位。
在本发明的一个实施例中，减去写入可重复径向跳动补偿值228的伺服值为位置误差值226。
而且在一个实施例中，首先使磁盘106围绕其转轴旋转来确定写入可重复径向跳动补偿值228。随后将磁头112定位在所需磁道202中心线上，从而使得磁头112相对磁盘表面106跟随接近圆形的路径200。对于磁盘106的每一转圈，确定了伺服值，它表示磁头112相对伺服域204、206处磁道202的位置。该确定伺服值的步骤重复多次转圈并且对所获得的伺服值取平均以提取径向跳动不可重复部分，从而得到写入可重复径向跳动补偿值228。
本发明的另一实施例针对包含伺服环路232、磁盘106、磁头112、伺服控制器210、致动器122和补偿电路229的磁盘驱动器100。磁盘100能够将数据存储在磁道202上。磁道202包括能够存储用来指示磁头112相对磁道202位置的伺服信息的伺服域204、206。伺服域204、206还能够存储指示磁道202给定部分处写入可重复径向跳动量的写入可重复径向跳动补偿值228。磁头112能够检测位于磁盘100上的伺服信息并且由此产生伺服位置信号222。伺服位置信号222与基准信号224组合以产生位置误差信号226，它表示磁头112相对磁道202的实际与所需位置之差。伺服控制器210能够响应接收的位置误差信号236，产生伺服控制信号214。致动器122与伺服控制器210耦合并且能够响应伺服控制信号214移动磁头112。补偿电路229能够检索存储在磁道伺服域内写入可重复径向跳动补偿值并向减法器234提供补偿值228。减法器234能够从伺服环路232内的伺服信号(例如226)减去写入可重复径向跳动补偿值228。
应该理解的是，在上面描述中即使已经给出了本发明各实施例众多的特征和优点连同本发明各实施例的结构和功能细节，这样的揭示也只是示意性的，在本发明原理下，细节可以改变，特别是组成部分的结构和布局，因此本发明的原理由所附权利要求中术语宽泛的含义表示。例如，本发明的写入可重复径向跳动补偿可以用于采用非磁性数据存储器装置的磁盘驱动器内，例如光存储装置。其他的修改也是可行的。