主动衰减硬盘驱动器滑块中滑块气承振动的反馈控制方法.pdf

在用于主动衰减硬盘驱动器滑块中的滑块气承振动的反馈控制的方法中，将滑块与接地隔开。对滑块速度信号进行滤波，以获取振动信号。调整振动信号的幅值，以获得经幅值调整的振动信号。将幅值调整振动信号施加到滑块，以主动衰减滑块中的气承振动。

1、  一种用于主动衰减硬盘驱动器滑块中的滑块气承振动的反馈控制的方法，所述方法包括：
将滑块与接地隔离开；
对滑块速度信号滤波，以获取振动信号；
调整所述振动信号的幅值，以获得幅值调整振动信号；以及
将所述幅值调整振动信号施加到所述滑块，以主动衰减所述滑块的气承振动。

2、  如权利要求1所述的方法，还包括：
对所述振动信号进行相移。

3、  如权利要求1所述的方法，还包括：
将DC(直流电流)偏移添加到所述振动信号。

4、  如权利要求1所述的方法，其中所述对滑块速度信号滤波以获取振动信号包括：通过高通滤波器对所述滑块速度信号滤波，并保留所述信号中频率高于大约50kHz的部分。

5、  如权利要求1所述的方法，其中所述对滑块速度信号滤波以获取振动信号包括：通过带通滤波器对所述滑块速度信号滤波，并保留所述信号中频率大约50kHz和频率大约500kHz之间的部分。

6、  如权利要求1所述的方法，其中所述对滑块速度信号滤波以获取振动信号包括：通过带通滤波器对滑块速度信号滤波，并保留所述信号中充分围绕所述滑块的气承倾斜二模式频率范围的部分。

7、  如权利要求1所述的方法，其中所述调整所述振动信号的所述幅值包括：通过可变增益放大器调整所述振动信号的所述幅值。

8、  一种用于主动衰减硬盘驱动器滑块中的滑块气承振动的反馈控制的方法，所述方法包括：
提供滑块，其中将所述滑块与接地隔离开；
提供能够对滑块速度信号滤波以获取振动信号的滤波器；
提供能够调整所述振动信号的幅值以获得幅值调整振动信号的放大器；以及
提供允许将所述幅值调整振动信号施加到所述滑块、以主动衰减所述滑块的气承振动的电耦接。

9、  如权利要求8所述的方法，还包括：
提供能够对所述振动信号进行相移的相移器。

10、  如权利要求8所述的方法，还包括：
提供能够将DC(直流电流)偏移添加到所述振动信号的DC电压源。

11、  如权利要求8所述的方法，其中所述提供能够对滑块速度信号滤波以获取振动信号的滤波器包括：提供能够通过高通滤波器对所述滑块速度信号滤波、并保留所述信号中频率高于大约50kHz的部分的滤波器。

12、  如权利要求8所述的方法，其中所述提供能够对滑块速度信号滤波以获取振动信号的滤波器包括：提供能够通过带通滤波器对所述滑块速度信号滤波、并保留所述信号中频率大约50kHz和频率大约500kHz之间的部分的滤波器。

13、  如权利要求8所述的方法，其中所述提供能够对滑块速度信号滤波以获取振动信号的滤波器包括：提供能够通过带通滤波器对所述滑块速度信号滤波、并保留所述信号中充分围绕所述滑块的气承倾斜二模式频率范围的部分的滤波器。

14、  如权利要求8所述的方法，其中提供能够调整所述振动信号的所述幅值的放大器包括：提供能够调整所述振动信号的所述幅值的可变增益放大器。

主动衰减硬盘驱动器滑块中滑块气承振动的反馈控制方法
相关美国专利申请
本申请涉及被转让给本发明的受让人的、由T.Albrecht等在2005年11月29日提交的题为“用于硬盘驱动器滑块中的滑块气承振动的主动衰减的反馈控制机制”的美国专利申请系列号11/289,105，其律师档案号为HSJ920040402US2，并且在此通过引用并入其全文。
本申请涉及被转让给本发明的受让人的、由T.Albrecht等在2005年11月29日提交的题为“用于硬盘驱动器滑块中的滑块气承振动的主动衰减的反馈控制方法”的美国专利申请系列号11/288,604，其律师档案号为HSJ920040402US3，并且在此通过引用并入其全文。
本申请涉及被转让给本发明的受让人的、由T.Albrecht等在2005年11月29日提交的题为“用于硬盘驱动器滑块中的滑块气承振动的主动衰减的反馈控制机制”的美国专利申请系列号11/289,037，其律师档案号为HSJ920040402US4，并且在此通过引用并入其全文。
技术领域
本发明涉及硬盘驱动器开发、滑块振动控制的领域，并且，更具体地，涉及用于硬盘驱动器滑块中滑块气承(air bearing)振动的主动衰减(activedamping)的反馈控制的方法。
背景技术
几乎所有的计算机系统操作中都使用硬盘驱动器。事实上，没有某些类型的硬盘驱动器来存储诸如引导操作、操作系统、应用程序等的最基本的计算信息的话，大多数计算系统都不能工作。通常，硬盘驱动器是可以或不可以拆卸的设备，但计算系统没有硬盘驱动器通常就不能操作。
基本硬盘驱动器模型包括以设计转速旋转的存储盘或硬盘。利用具有悬挂滑块的致动器臂以伸出到磁盘上方。滑块包括磁头组件，其具有用于从或向磁盘上的位置读/写信息的磁读/写换能器或磁头。完整的磁头组件，例如悬架、滑块和磁头，被称为磁头万向节组件(HGA)。
在操作中，通过具有中央驱动轴的主轴马达组件，以设定速度旋转硬盘。跨越盘而存在具有已知间隔的磁道。当接收到对特定部分或磁道的读取的请求时，硬盘经由臂将磁头调准到特定磁道位置上方，并且磁头从盘读取信息。以相同的方式，当接收到对特定部分或磁道的写入的请求时，硬盘经由臂将磁头调准到特定磁道位置上方，并且磁头向盘写入信息。
多年来，盘和磁头的尺寸获得了很大的降低。这些改进差不多都由客户对更小和更便携的硬驱动器的需求所驱动，如在个人数字助手(PDA)、移动画面专家组音频层3(MP3)播放器等中使用的那些。例如，原始的硬盘驱动器具有24英寸的磁盘直径。现代的硬盘驱动器小得多，并且包括小于2.5英寸的磁盘直径。磁记录的进步也是尺寸缩小的主要原因。
然而，小驱动器具有容限非常窄的小部件。盘驱动器滑块被设计在非常接近盘面的邻近处飞行。例如，在一些系统中，滑块可被设计在盘面上方仅仅三到五纳米的距离上飞行。在具有如此狭窄的容限的系统中，部件可能承受范德瓦尔斯(ven der Waals)力、弯月面(Meniscus)力、静电力、主轴马达充电力、以及接触电势力。这些力是由多种原因引起的，例如：在非常接近的邻近处的部件的分子引力；由于滑块和盘上的润滑剂之间相接触而引起的粘附摩擦；由旋转的盘面引起的盘和滑块之间的电势的增加(摩擦充电(tribo-charging))；马达轴承中的电势增加(摩擦充电)；两种不同金属(滑块和磁盘材料的不同飞米级(Fermi-level))之间存在的电势差；以及滑块与盘面之间的冲击。这些力单独或相互组合地造成滑块的跳跃振动。
滑块的跳跃振动是不希望有的，因为其会导致介质损坏。跳跃振动还导致磁头元件与介质之间的磁间距的变化，这有可能导致数据错误，包括写期间的硬错误和读期间的软错误。引起最大担忧的跳跃振动在滑块的第二倾斜(pitch)模式下发生。此“倾斜2”模式振动一般在250kHz(千赫兹)左右，并且是紊乱的。
减少这些跳跃振动问题的一种方法是使用更粗糙的介质或加垫的滑块。然而，由于这些零件的可能的磨损，所以实际接触面积随时间改变，经常导致更多的跳跃振动。另一方法是通过改进的气承设计来提高滑块的衰减。这对高磁盘RPM(每分钟转数)应用带来一些帮助，但对低磁盘RPM应用帮助不大，这是因为阻尼力太弱，远不够克服导致跳跃振动的力。例如，在低磁盘RPM应用中，倾斜2模式的衰减系数通常小于临界衰减系数的3％。
减少振动的另一种方法是静电飞行高度控制。滑块的此类主动伺服控制能很好地起作用，但由于其很复杂且需要对飞行高度的非常精确的测量，因此难于在功能硬盘驱动器中实现。
发明内容
在用于硬盘驱动器滑块中滑块气承振动的主动衰减的反馈控制的方法中，将滑块与接地隔开。对滑块速度信号进行滤波，以获取振动信号。调整振动信号的幅值，以获得经幅值调整的振动信号。将幅值调整振动信号施加到滑块，以主动衰弱滑块中的气承振动。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的硬盘驱动器的示意性俯视图。
图2是根据本发明一个实施例的悬挂在盘上方的、连接有滑块的示例悬架的侧视图。
图3示出根据本发明一个实施例、结合信号处理器电路以提供对硬盘驱动器滑块中的滑块气承振动的主动衰减的反馈控制的示例悬架、滑块和盘的侧视图。
图4示出根据本发明一个实施例、结合用于获取滑块速度信号的激光多普勒测速仪、以及信号处理器电路以提供对振动的主动衰减的反馈控制的示例悬架、滑块和盘的侧视图。
图5示出根据本发明一个实施例、结合用于获取滑块速度信号的磁阻元件回读信号、包络检测器和微分器、以及信号处理器电路以提供对振动的主动衰减的反馈控制的示例悬架、滑块和盘的侧视图。
图6示出根据本发明一个实施例、没有主动衰减的盘的一转、以及有主动衰减的相同盘的一转的滑块位移对时间的示例图。
图7示出根据本发明一个实施例、没有主动衰减的盘的一转、以及有主动衰减的相同盘的一转的滑块位移对时间的示例图。
图8示出根据本发明一个实施例、有和没有滑块的主动衰减的滑块位移对时间的示例图。
图9示出根据本发明一个实施例、用于硬盘驱动器滑块中的滑块气承振动的主动衰减的反馈控制的方法的流程图。
图10示出根据本发明一个实施例、用于硬盘驱动器滑块中的滑块气承振动的主动衰减的反馈控制的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的可替换实施例。尽管将结合可替换实施例来说明本发明，但应理解的是，不希望它们将本发明限制到这些实施例。相反，希望本发明覆盖可被包括在所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的替换例、修改和等价物。
另外，在下面的本发明的详细说明中，为提供对本发明的完整理解而阐述数个特定细节。但是，本领域技术人员应意识到，没有这些特定细节也可实施本发明。在其他示例中，为了不会不必要地混淆本发明的各个方面，未详细说明公知的方法、程序、部件和电路。
从盘驱动器操作的简要概观开始讨论，关注在盘驱动器中使用的滑块。将讨论导致滑块跳跃振动的力中的一些。然后说明用于硬盘驱动器滑块中的气承振动的主动衰减的反馈控制的设备和方法。
图1示出信息存储系统的一个实施例的示意图，该系统包括用于计算机系统的磁硬盘文件或驱动器111。驱动器111具有外部机壳或基座113，其容纳具有至少一个介质或磁盘115的盘组。具有中央驱动轴117的主轴马达组件以箭头150所示的方向旋转盘或盘组115。致动器121包括梳齿状形式的多个平行致动器臂125(未示出)，其绕枢轴组件123倍移动地或转动地安装到基座113。还将控制器119安装到基座113上，用于相对盘115选择性地移动臂125的梳齿。
在图1所示的实施例中，每个臂125具有从其伸出的至少一个悬臂集成引导悬架(ILS)129。ILS 129可以是能用在诸如硬盘驱动器(HDD)之类的数据存取存储设备中的任何形式的引导悬架。滑块230(见图2)通常联结到ILS129的末端，这两者都连接到悬架127。在此实施例中，悬架127被用作提供到滑块230(见图2)的电连接的通道。在此实施例中，将滑块230(见图2)与接地电隔离，并且在某些实施例中，还将其与悬架127电隔离。包括滑块、悬架、ILS、以及读/写磁头(未示出)的集成级被称为磁头万向节组件(HGA)。
ILS 129具有类似弹簧的性质，其相对盘102偏压或按压滑块230的气承表面，使得滑块230(见图2)以距盘的精确距离飞行。ILS 129具有提供类似弹簧性质的铰链(hinge)区域、以及支持通过铰链区域的读和写跟踪(trace)和电连接的挠性互连(interconnect)。还将在传统音圈马达磁组件134(未示出顶部磁极(top pole))内自由移动的音圈133安装到与磁头万向节组件相对的臂125。通过控制器引起的致动器121的移动(由箭头135指示)导致磁头万向节组件沿着跨越盘115上的磁道的径向弧线移动，直到将磁头置于它们的设置目标磁道上为止。磁头万向节组件以传统方式操作，并且，总是相互一致地移动，除非驱动器111使用其中臂可相互独立地移动的多个独立的致动器(未示出)。
图2示出示例悬架127的侧视图，该悬架具有连接到其末端的滑块230。滑块230被显示为由悬架127悬挂在盘115的表面上方，并被设计为在接近盘115的表面的邻近处飞行。箭头240代表滑块230的飞行高度，其可小到盘115表面上方的3纳米。如上所述，悬架127提供到滑块230的电连接的导管，但自身可与滑块230、与接地、或与这两者电隔离。
现在使用的小驱动器具有容限非常窄的小部件。在一些系统中，可将滑块230设计为在盘115表面上方仅仅3纳米上飞行，而在其他系统中，目标可能是事实上与盘115的表面相接触地放置滑块230。在具有如此狭窄的容限的盘驱动器中，诸如滑块230的部件会承受范德瓦尔斯力、弯月面力、静电力、主轴马达充电力、接触电势力以及冲击力。
这些力是由多种原因引起的，例如：在非常接近的邻近处的部件之间的分子引力；由于滑块230和盘115上的润滑剂之间的接触而引起的粘附摩擦；由旋转的盘115表面引起的盘115和滑块230之间的电势的增加(摩擦充电)；马达轴承处的电势增加导致充电的盘115(摩擦充电)；两种异金属(即，滑块和磁盘材料的不同飞米级)之间存在的电势差；以及滑块230与盘115的表面之间的摩擦和接触。这些力单独或相互组合地造成滑块230中的跳跃振动，这会导致介质损坏并还会导致读写操作期间的数据丢失。气承振动是一种跳跃振动。
气承振动以数种模式作用于滑块，称为滚动(Roll)、第一倾斜模式以及第二倾斜模式振动。在现在的盘驱动器中，包括本发明感兴趣的特定气承振动模式的频率范围在大约50kHz到大约500kHz之间。本发明主要涉及主动抵消倾斜2模式的跳跃振动。这些倾斜2模式振动造成最多的带有读/写错误和介质损坏的问题。在图2中，箭头250和箭头260显示向经受倾斜2模式振动的滑块230赋予的上/下运动的方向。上/下运动(250和260)具有可测量的速度。滑块230的上和下运动(250和260)一般在250kHz频率周围达到峰值。例如，在滑块230飞行高度240为盘115的表面上方3纳米时，目标可能是保持跳跃振动，以加上或减去滑块230的主体的一纳米的动态调制。当单个力，如摩擦力，能导致20到30纳米的跳跃振动时，使用被动衰减是非常困难的。
所需要的是主动控制手段。存在滑块飞行高度的静电伺服控制的方法。然而，由于其复杂性且由于需要进行的滑块飞行高度或其他滑块参数的精确测量，所以静电伺服控制的方法难于在功能硬盘驱动器中实现。由本发明描述的更简单的方法是仅仅感测由跳跃振动的特定模式或特定的多个模式(如倾斜2模式)导致的滑块230飞行高度240的改变，然后通过静电反馈衰弱这些改变。这自然更容易在工作硬盘驱动器中实现，因为所需的测量不太精确且更容易获得，并且，目标仅仅是稳定滑块230，而不是主动控制其飞行高度。
图3示出根据本发明一个实施例、结合信号处理器电路310以提供对硬盘驱动器滑块230中的气承振动的主动衰减的反馈控制的示例悬架127、滑块230和盘115的侧视图。盘115被接地连接。滑块230与接地电隔离，和/或与其连接到的悬架127电隔离。可以通过多种方式实现此电隔离，如，通过在滑块230和悬架127之间提供绝缘材料。在本发明的一个实施例中，可使用聚酰亚胺膜局部覆盖悬架127的部件。聚酰亚胺膜防止悬架127与滑块230的主体之间的直接接触，并且同时允许滑块230与接地隔离开。在本发明的一个实施例中，将整个悬架与接地隔离开，并且可以或可以不将滑块与悬架电隔离。
图3还示出与信号处理器310电耦接的滑块速度信号305。滑块速度信号305是如图2中的箭头(250和260)所述的、倾斜2模式下的滑块的上下运动的速度的测量值。信号处理器310响应于滑块速度信号305的改变而产生电压，并经由在滑块230与信号处理器310的输出之间电耦接的反馈线350而将该电压施加到滑块230。在本发明的一个实施例中，反馈线350被嵌入在悬架127中，但通过某些方法(如使用聚酰亚胺涂层)与悬架127电隔离开，然后被跨越悬架127而连线到滑块230。尽管为简化而将信号处理器310显示为单个块(具有内部功能)，但应该理解的是，其可能包括数个更小的电路或一个大电路，以实现其每个内部功能。例如，可使用微处理器或数字信号处理器来执行单个设备中的信号处理器310的所有功能。
在图3中，因为滑块速度信号305通过电耦接进入信号处理器310，然后其与滤波器320相耦接，以获得振动信号。滤波器320的输出是振动信号。完成滤波320以保留速度信号305中包含滑块的气承范围内的振动的部分。例如，一般在140kHz左右看到倾斜1模式，一般在250kHz左右看到倾斜2模式，而一般在90kHz左右看到滚动模式。捕捉气承范围内的跳跃振动，尤其是倾斜2模式振动，是滤波器320的关键点。在本发明的一个实施例中，滤波320通过高通滤波器完成，保留信号中大约50kHz以上的部分。在本发明的另一实施例中，通过带通滤波器来对速度信号305进行滤波320，以保留信号中大约50kHz和大约500kHz之间的部分。上述高通和带通滤波器假设具有大约250kHz的倾斜2频率的滑块。如果在另一滑块中气承范围内的振动以不同频率发生，则调整滤波器320规格以充分捕捉包含振动的频率范围是重要的。
捕捉倾斜2模式频率范围是滤波320的主要内容，因为此模式下的振动扰乱了滑块230在盘115上方的飞行高度或距离。在本发明的一些实施例中，仅仅为确保完整捕捉倾斜2模式频率范围，滤波320还捕捉滚动模式和倾斜1模式下的振动，尽管这些模式通常对滑块的飞行高度影响不大。仅当它们具有适当的相移、从而在以后调整振动信号的幅值并将其与滑块230耦接时不干扰倾斜2衰减时，才保留特定滑块的倾斜2模式频率范围以外的频率。在本发明的一个实施例中，如果确定接近倾斜2模式的其他频率在它们被允许通过时不影响衰减，则在滤波器320中使用更窄的滤波范围，充分地通过仅仅倾斜2模式频带。例如，在本发明的一个实施例中，在具有中心频率大约250kHz的倾斜2频率的滑块中，对滤波器320使用捕捉从大约200kHz到大约300kHz的范围的带通滤波器。
本发明的一些实施例还将相移器330加入到信号处理器310中。在图3中，将相移器330与滤波器320的输出电耦接，并且其接收振动信号作为其输入。有几个原因使得想要加入相移器330。首先，相移器330给出优化最终通过反馈线350反馈进滑块230的信号的控制的方法。如果在最大速度处施加最大电压，则产生气承范围内的跳跃振动的最大衰减。通过经过反馈线350被发送到滑块230的实际滑块速度和反馈信号的0度相位差实现这一点。在其他相位差处将产生较小的衰减、或均匀的放大。其次，诸如滤波之类的一些信号处理、以及差异固有地导致相移。如果需要补偿这些相移、或其他相移，以达到想要的衰减水平，则将相移器330添加到信号处理器330。在图3示出的本发明的实施例中，相移器330对振动信号进行相移，并提供振动信号的相移后的形式作为其输出。在图3中，将相移器330的输出与可选DC(直流电流)偏移偏压器(offset biaser)345的输入电耦接。在本发明的一些实施例中，在滤波器320和放大器340之间电耦接相移器330。在本发明的其他实施例中，相移器330位于信号处理器310中的其它地方，并且其输出其输入信号的相移后的形式。在本发明的一些实施例中，不需要分离的相移器330，因而不将其包括在信号处理器310中。在没有相移器330的实施例中，取决于装配信号处理器310的级的顺序，将滤波器320的输出与可选DC偏移偏压器345或放大器340的输入的电耦接。
在图3所示的本发明的实施例中，将相移器330的输出与可选DC偏移偏压器345的输入相耦接。然后DC偏移偏压器345将DC偏移偏压加到其作为输入而接收的信号。DC偏移偏压器345的输出始终等于其输入加上DC偏移偏压。在本发明的一个实施例中，在放大器340的输出与反馈线350之间电耦接DC偏移偏压器345。在滑块主体230与盘115表面之间没有DC(直流电流)偏压作用的情况下，经由反馈线350施加的电压的两极都引起引力。这导致频率加倍，使得主动衰减失效。然而，在大多数情况下，接触电势在滑块230与盘115之间添加有效DC偏压，使得不必要有意添加DC偏压。这是DC偏移偏压器345为何可选的原因。在本发明的一些实施例中，DC偏移偏压器345可被实现为在信号处理器310与反馈线350之间耦接的分离级。在一些实施例中，DC偏移偏压器345不被实现为分离级，而是放大器340的功能，在此情况下，放大器340调整幅值，并将DC偏移添加到任何作为输入接收的信号。如果通过信号处理器310使用DC偏移偏压器345，则气承设计需要考虑由施加到滑块主体的电压的DC分量造成的恒力。
在图3所示的本发明的实施例中，将放大器340的输入与可选DC偏移偏压器345的输出电耦接。在本发明的一个实施例中，将放大器340的输入与相移器330的输出电耦接。在本发明的一个实施例中，将放大器340的输入与滤波器320的输出电耦接。在本发明的一些实施例中，放大器340是可变增益放大器。放大器340的输出是其输入信号的幅值调整形式。取决于放大器340的配置、其输入信号的强度以及其输入信号的要求，幅值调整可导致放大或衰减。在图3所示的本发明的一个实施例中，放大器340的输出是幅值调整的振动信号(其包括相移和DC偏移)。从放大器340输出的幅值调整振动信号经由反馈线350与滑块230耦接。以此方式，一旦发生滑块230的大的、指示快速向上运动的正速度，就将大电压施加到滑块230，这会使得向上运动由于滑块230与盘115之间的吸引而变慢。吸引力取决于所施加的电压的大小。这意味着越高的电压导致越大的吸引。放大器340中可变增益放大器的使用允许根据向上的速度而调整引力。从放大器340输出的电压将接近正弦曲线，并且在滑块230的气承范围振动的振动的频率范围内。
图4示出根据本发明一个实施例、结合用于获取滑块速度信号的激光多普勒测速仪(LDV)405、以及信号处理器电路310以提供对滑块气承振动的主动衰减的反馈控制的示例悬架、滑块和盘的侧视图。图4中与图3共同的部件，以图3中所述的相同方式作用，并且通过引用并入它们的说明。例如，信号处理器310、滤波器320、相移器330、放大器340、DC偏移偏压器345、反馈线350、悬架127、滑块230、以及盘115与图3中所述的相同。
图4与图3的不同之处在于，其显示了用来从滑块230获取速度信号的激光多普勒测速仪(LDV)405。然后LDV 405将速度信号馈送进信号处理器310的滤波器320。在实验室、制造、测试或其他环境下使用LDV 405，其中盘驱动器111(见图1)被打开以提供到其内部部件的通道。将来自LDV 405的激光403引导到滑块230的后缘(trailing edge)，以感测滑块倾斜速度(图2中的250和260)。LDV 405将从滑块230反射的激光404转换为滑块速度信号，并将该速度信号作为输入电耦接到信号处理器310中的滤波器320。从这一点开始，如结合图3所述的那样，在信号处理器310中处理来自LDV 405的滑块速度信号，并经由反馈线350将其反馈进滑块230。
图5示出根据本发明一个实施例、结合用于获取滑块速度信号的磁阻元件回读信号505、包络检测器506和微分器507、以及信号处理器电路310以提供对滑块气承振动的主动衰减的反馈控制的示例悬架、滑块和盘的侧视图。图5中与图3共同的部件，以图3中所述的相同方式作用，并且通过引用并入它们的说明。例如，信号处理器310、滤波器320、相移器330、放大器340、DC偏移偏压器345、反馈线350、悬架127、滑块230、以及盘115与图3中所述的相同。
图5与图3的不同之处在于，其显示了将磁阻(MR)回读信号505传送到可选包络检测器506、然后到微分器507的信号线503。在本发明的一些实施例中，还使用前置放大器(未示出)来向MR回读信号505提供额外增益。在需要时，还可使用微处理器或数字信号处理器来执行包络检测506、微分507、以及前置放大的功能。可以在单个微处理器或数字信号处理器中与信号处理器310的功能一起或相分离地执行这些功能。
图5显示从滑块127上的点获取MR回读信号505。然而，可直接从MR元件、或从盘驱动器内通过利用适当的电耦接、组件或电路而可用的任何点，获取MR回读信号505。MR回读信号505可以被用来从滑块230获取速度信号。在本发明的一个实施例中，省略了可选包络检测器506，并且在运作的硬盘驱动器内部对MR回读信号505进行微分507，以获取滑块速度信号。然后将所获取的速度信号作为输入电耦接到信号处理器310的滤波器320。
MR回读信号505具有与滑块230和盘115之间的距离成比例的幅值。在本发明的一个实施例中，可使用可选包络检测器506，通过检测最大幅值点并在这些点之间创建平滑信号来检测MR回读信号505的幅值。通过对包络检测器506生成的MR回读幅值信号进行微分507，可获取滑块速度信号。然后将该滑块速度信号作为输入电耦接到信号处理器310的滤波器320。
在随后的滤波级320中使用的相对窄的带宽内，通过的信号接近正弦曲线。由此，在本发明的一些实施例中，不使用微分器507，因为正弦信号的微分仅等于相移和依赖频率的增益改变。如果不使用微分器，则将MR回读信号505用作滑块速度信号，并作为输入电耦接到信号处理器310的滤波器320。从这一点开始，如结合图3所述的那样，在信号处理器310中处理该滑块速度信号，并经由反馈线350将其反馈进滑块230。
在本发明的一个实施例中，可从MR基线调制导出滑块速度信号，而不是分析MR回读信号或MR回读信号的幅值来测量滑块速度。MR基线调制是一种改变MR元件的电阻的功能。因为MR元件的电阻关于滑块230(以及相连的MR元件)到盘115的表面的距离而改变，所以可从MR基线调制导出滑块速度信号。例如，当滑块230在盘115上方相对高的高度上飞行时，电阻将非常固定。然而，当滑块230接近盘115时，电阻变低。MR元件电阻的减小是由于在接近旋转盘115的表面的邻近处经受的气流增加而导致变冷。滑块230与旋转盘115之间的距离越小，变冷越厉害，并且MR元件的电阻越小。然而，如果滑块230接触到盘115，则会导致摩擦和发热，从而导致MR元件的电阻增加。通过持续测量MR元件电阻由于滑块230与旋转盘115之间的飞行高度改变而引起的改变，可测量滑块230的速度(向着或远离盘115的表面)。然后将此测量速度信号作为输入提供给信号处理器310，并以先前描述的方式来处理该信号。可在单个微处理器或数字信号处理器中与信号处理器电路310一起或相分离地实现用于从MR基线调制确定滑块速度信号的电路。
图6示出根据本发明的一个实施例、没有主动衰减的盘的一转、以及有主动衰减的相同盘的一转的滑块位移对时间的示例图。图表600示出使用接触记录磁头测量的示例结果。由LDV测量的滑块位移被显示在图表600的Y轴上，单位纳米(nm)。图表600的X轴显示单位为毫秒(ms)的时间。所用的盘大约8ms执行一转，所以图表600显示大约两次盘旋转。在盘的第一转605中，未使用主动衰减。在第一转605中，所测滑块位移615或跳跃振动的最高(top)1％被显示为大约15nm。在第二转610中，采用了如本发明的实施例所述的、用于主动衰减滑块气承振动的反馈控制的方法和装置。在第二转610期间的所测滑块位移620的最高1％被显示为大约1nm。图表600指示在盘的第二转610期间滑块位移减少超过90％。
图7示出根据本发明的一个实施例、没有主动衰减的盘的一转、以及有滑块的主动衰减的相同盘的一转的滑块位移对时间的示例图。图表700显示使用具有大约8纳米的飞行高度以及大约130微弧度(microradians)倾斜的滑块测量的示例结果。由LDV测量的滑块位移被显示在图表700的Y轴上，单位纳米(nm)。图表700的X轴显示单位为毫秒(ms)的时间。所用的盘大约8ms执行一转，所以图表600显示大约两次盘旋转。在盘的第一转705中，未使用主动衰减。第一转705期间的所测滑块位移715或跳跃的最高1％被显示为大约0.23nm。在第二转610中，采用了如本发明的实施例所述的、用于主动衰减滑块气承振动的反馈控制的方法和装置。第二转710期间的所测滑块位移620的最高1％被显示为大约0.14nm。图表700指示在盘的第二转710期间滑块峰值位移减少大约40％。
图8示出根据本发明的一个实施例、有和没有滑块的主动衰减的滑块位移对时间的示例图。图表800示出对抛光(burnish)后的抛光滑块测量的示例结果。由LDV测量的滑块位移被显示在图表800的Y轴上，单位纳米(nm)。图表800的X轴显示单位为秒(Sec)的时间。图表800示出没有主动衰减的滑块间隙(clearance)随时间增加。箭头805和810示出采用了如本发明实施例所述的、用于主动衰减滑块气承振动的反馈控制的方法和装置的两个时间的循环周期。在循环区域805中，从大约600秒到大约900秒使用主动衰减，并且滑块位移被减少了大约15％。在循环区域810中，从大约2600秒到大约2800秒使用主动衰减，并且滑块位移被减少了大约60％。
图9示出根据本发明的一个实施例、用于硬盘驱动器滑块中的滑块气承振动的主动衰减的反馈控制的方法的流程图900。参考图2、图3、图4和图5解释流程900的某些部分。
在本发明的一个实施例中，图9的块902用于将滑块230与接地隔开。将滑块230与接地隔开是重要的，从而可将电压馈送进滑块，以在滑块230与盘115之间产生引力。将滑块230与接地和/或与其连接到的悬架127电隔离。在本发明的一个实施例中，将整个悬架127与接地隔离，而所连的滑块230可以或可以不与悬架127电隔离。
在本发明的一个实施例中，图9的块904用于对滑块速度信号305进行滤波(320)，以获取振动信号。完成滤波320以捕捉特定滑块230的气承范围内的振动，尤其是倾斜2模式下的振动。一般在大约250kHz发现倾斜2模式振动。保留信号中高于大约50kHz的成分的高通滤波器被用在本发明的一些实施例中。本发明的其他实施例使用带通滤波器以保留信号中大约50kHz和大约500kHz之间的部分。本发明的其它实施例更加缩窄该频率范围，并使用带通滤波器以保留信号中大约200kHz和大约300kHz之间的部分。在本发明的其它实施例中，滤波器是带通滤波器，具有调谐的频率范围，使得其充分围绕和通过与其一起使用的滑块的气承倾斜2模式频率范围。来自滤波320的输出是滑块振动信号。
在本发明的一个实施例中，图9的块906用于对振动信号进行相移330。对振动信号进行相移330，提供了一种优化最终反馈进滑块的信号的控制的方法。在本发明的一些实施例中，不需要相移330，所以其不被包括。相移器330的输出是其输入信号的相移形式。在图3、4及5中所示的本发明的实施例中，相移器330的输出是相移后的滑块振动信号。
在本发明的一个实施例中，图9的块908用于将DC(直流电流)偏移添加到振动信号。如果由于接触电势或某些其他DC电荷而使得在滑块和盘之间没有已有的、或足够一致的偏压，则本发明的一些实施例采用DC偏移电压。可在通过放大器340对振动信号进行幅值调整之前或之后添加DC偏移。在一些实施例中，将DC偏移添加到已相移的振动信号。
在本发明的一个实施例中，图9的块910用于调整振动信号的幅值，以获得幅值调整振动信号。由放大器340提供幅值调整，该幅值调整可以是放大或衰减。最后将此幅值调整信号馈送进滑块230，以在滑块230向上跳跃远离盘115时在滑块230与盘115之间添加增加的引力。在本发明的一些实施例中，为放大器340使用可变增益放大器，使得可根据滑块230的向上速度持续调整所导致的引力。在本发明的一些实施例中，与放大器340电耦接的振动信号包括相移后的滑块振动信号。在一些实施例中，与放大器340的输入电耦接的滑块振动信号包括被添加DC偏移的滑块振动信号。在本发明的一些实施例中，幅值调整后的滑块振动信号还包括相移和DC偏移。
在本发明的一个实施例中，图9的块912用于将幅值调整振动信号施加到滑块230，以主动衰弱滑块230的振动。反馈线350提供电耦接，以将幅值调整滑块振动信号施加到滑块230。在本发明的一些实施例中，跨越悬架127而将此电耦接连接到滑块230。
图10示出根据本发明一个实施例、用于硬盘驱动器滑块中的滑块气承振动的主动衰减的反馈控制的方法的流程图1000。参考图3、4和5解释流程1000的一些步骤。
在本发明的一个实施例中，图10的块1002示出：提供滑块，其中将所述滑块与接地隔开。将滑块230与接地隔开是重要的，从而可将电压馈送进滑块，以在滑块230与盘115之间产生引力。将滑块230与接地和/或与其连接到的悬架127电隔离。在本发明的一个实施例中，将整个悬架127与接地隔离，而所连的滑块230可以或可以不与悬架127电隔离。
在本发明的一个实施例中，图10的块1004示出：提供滤波器，其能够对滑块速度信号305进行滤波，以获取滑块振动信号。使用滤波器320捕捉特定滑块230的气承范围内的振动，尤其是倾斜2模式下的振动。一般在大约250kHz发现倾斜2模式振动。保留信号中高于大约50kHz的成分的高通滤波器被用在本发明的一些实施例中。本发明的其他实施例使用带通滤波器以保留信号中大约50kHz和大约500kHz之间的部分。本发明的其他实施例甚至更缩窄该频率范围，并使用带通滤波器以保留信号中大约200kHz和大约300kHz之间的部分。在本发明的其它实施例中，滤波器是带通滤波器，具有调谐的频率范围，使得其充分围绕和通过与其一起使用的滑块的气承倾斜2模式频率范围。来自滤波320的输出是滑块振动信号。
在本发明的一个实施例中，图10的块1006示出：提供相移器，其能够对振动信号进行相移，以取得相移后的振动信号。对振动信号进行相移的相移器330提供了一种优化最终反馈进滑块的信号的控制的方法。在本发明的一些实施例中，不需要相移器330，所以其不被包括。相移器330的输出是其输入信号的相移形式。在图3、4及5中所示的本发明的实施例中，相移器330的输出是相移后的滑块振动信号。
在本发明的一个实施例中，图10的块1008示出：提供DC(直流电流)电压源，其能够将DC偏移添加到振动信号。DC偏移偏压器345用于此目的。如果由于接触电势或某些其他DC电荷而使得在滑块和盘之间没有已有的、或足够一致的偏压，则本发明的一些实施例采用DC偏移电压。可在振动信号的幅值调整之前或之后添加DC偏移。在一些实施例中，将DC偏移添加到已相移的振动信号。
在本发明的一个实施例中，图10的块1010示出：提供放大器，其能够调整振动信号的幅值以获得幅值调整振动信号。放大器340用于此目的。最后将此幅值调整信号馈送进滑块230，以在滑块230向上跳跃远离盘115时在滑块230与盘115之间添加增加的引力。在本发明的一些实施例中，在放大器340中使用可变增益放大器，使得可根据滑块230的向上速度持续调整所导致的引力。在本发明的一个实施例中，幅值调整后的滑块振动信号还包括相移。在本发明的一个实施例中，幅值调整后的滑块振动信号还包括DC偏移。在本发明的一些实施例中，幅值调整后的滑块振动信号还包括相移和DC偏移。
在本发明的一个实施例中，图10的块1012示出：提供电耦接，其允许将幅值调整振动信号作为电压施加到滑块，以主动衰弱滑块的振动。反馈线350提供电耦接，以将幅值调整振动信号施加到滑块230。在本发明的一些实施例中，跨越悬架127而将此电耦接连接到滑块230。
尽管流程900和1000中所示的实施例的方法示出步骤的特定次序和量，但是本发明适用于其他实施例。例如，对本发明，并不要求方法中提供的所有步骤。另外，可将额外的步骤添加到本实施例给出的步骤中。类似地，可根据应用而修改步骤的次序。
由此说明了本发明的可替换实施例。尽管已经在特定实施例中说明了本发明，但应该意识到，本发明不应被解释为被这些实施例所限制，而应根据下面的权利要求来解释。