磁記錄盤和磁碟驅動器的製作方法
2023-09-18 10:23:05 4
專利名稱：磁記錄盤和磁碟驅動器的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及圖案化介質(pattemed-media)磁記錄盤，其中每個數據 位被存儲在盤上的磁隔離的數據島中，更具體而言本發明涉及具有用於頭定 位的圖案化的非數據伺服區段(servofield)的圖案化介質盤和磁碟驅動器。
背景技術：
已經提出了具有圖案化磁記錄介質的磁記錄硬碟驅動器來提高數據密 度。在圖案化介質中，將盤上的磁記錄層圖案化成小的隔離數據島，使得在 每個島或"比特"中有單個磁疇。該單個磁疇可以是單個晶粒，或由若干強 耦合晶粒構成，它們作為單個磁體積一致地切換磁狀態。這與常規的連續介 質相反，在連續介質中，單個"比特(bit)"可以具有由疇壁隔開的多個磁疇。 為了產生圖案化島所需的磁隔離，必須要打破或顯著減小島之間的空間的磁 矩，以使這些空間基本上是非磁的。或者，可以通過製造圖案化介質，使得 在島之間的空間中沒有磁材料。美國專利5820769、 5587223和6383598是 各種圖案化介質和它們的製造方法的代表。
如同常規非圖案化或連續介質盤那樣，圖案化介質盤也具有用於讀/寫頭 定位的非數據伺服區。圖案化介質盤中的非數據伺服區包含由非磁空間分開 的伺服塊(servo block)或島。伺服塊形成伺服圖案，其產生伺服讀回信號， 該信號被解調為定位誤差信號(PES),用於將讀/寫頭定位到期望的數據磁 道中並將其保持在磁軌上。所提出的用于格式化這種盤的方法是在製造期間 利用大磁體DC "擦除，，盤，使得所有伺服島被沿相同方向磁化。於是對於 圖案化介質垂直磁記錄盤而言，所有伺服島將具有"進入"或"離開"盤表 面的磁化方向。然而，因為對於這種方法而言僅使用了磁化的單個極性，犧 牲了來自伺服島的可用信號幅度(amplitude)的一半，使得信噪比(SNR )並 非最佳。被公開為US 2006/0280975A1並轉讓給本申請的同 一受讓人的未決 申請11/148918描述了一種磁記錄盤，其具有離散的伺服島，這些伺服島在 沿著磁軌的方向上具有交替變化的極性，且經過構圖而形成常規的正交伺服
圖案(quadrature servo pattern)。
需要一種具有非數據伺服島的圖案化介質磁記錄盤，其伺服島具有交替 變化的磁化極性，以提供最佳的SNR，而且還形成一種較容易解調為PES 的改進的伺服圖案。
發明內容
本發明涉及一種磁記錄盤驅動器和盤，該盤具有預先圖案化的非數據伺 服扇區(servo sector),該伺服扇區大致沿徑向跨數據道延伸。伺服扇區包括 至少兩個定位誤差信號(PES)脈衝串(burst)或區段(field)。對伺服讀回信號 中PES區段的相位解調以產生PES,從而控制磁碟驅動器致動器來定位讀/ 寫頭。每個區段含有大致徑向取向的磁化條，每個條包括形成之字形圖案的 多個島。在一個實施例中，每個島具有大約為Tp的徑向高度，其中Tp為徑 向方向上磁軌中心線的間隔。在第一區段中，所述多個島以磁軌中心線為中 心，在第二區段中，所述多個島以兩相鄰磁軌中心線之間的中間線為中心。 沿著磁軌的方向，條具有交替變化的磁化極性。
在一個實施例中，有四個區段第一對區段A和B和第二對區段C和 D，其中區段A中徑向條的之字形圖案是區段B中徑向條的之字形圖案關於 徑向線的鏡像，其中區段C中徑向條的之字形圖案是區段D中徑向條的之 字形圖案關於徑向線的鏡像，其中區段C和D中的徑向條沿徑向從區段A 和B中的徑向條偏移島徑向高度的二分之一。在另一個實施方式中，僅使用 A、 B、 C和D區段中的三個。在又一個實施方式中，僅使用每個區段對A-B 和C-D中的一個以及大致徑向取向的磁化標記的同步圖案。
該盤可以是具有預圖案化數據島和預圖案化非數據伺服扇區的圖案化 介質盤、具有常規連續介質數據磁軌和預圖案化非數據伺服扇區的連續介質 盤、或具有離散數據磁軌和預圖案化非數據伺服扇區的連續介質盤。
磁碟驅動器包括伺服電子裝置，其測量來自不同區段的伺服讀回信號的 相位。在使用兩對區段(A-B和C-D)的實施方式中，通過區段A和區段B 之間的相位差計算主PES(mPES ),通過區段C和區段D之間的相位差計算 替代PES(sPES)。對於島高度為Tp的情況，mPES正比於讀頭從磁軌中心 線的偏移，sPES正比於讀頭從兩個^茲道中心線的中點的偏移。對於最終的 PES計算值，根據讀頭的徑向位置選擇計算的mPES和sPES值中的一個或
另一個。
為了更完整地理解本發明的本質和優點，應當結合附圖參考以下詳細說明。
圖1為示出了具有非數據伺服扇區和同步區段的磁記錄盤的常規磁記錄 盤驅動器的示意圖。
圖2為示出了從盤表面觀察的，具有讀/寫頭末端分的磁碟驅動器滑塊面 對盤的表面和數據磁軌一部分的圖示。
圖3為示出了圖案化介質盤一部分的示意圖，其具有跨越若干數據磁軌 的圖案化同步區段和圖案化伺服扇區，非數據島在沿著磁軌的方向上具有交 替變化的極性。
圖4 ( A)為來自單個垂直磁化非數據島的代表性信號。
圖4 (B)為如果沿同樣的垂直方向磁化所有島從而使它們的磁化具有 單個極性時來自 一系列非數據島的代表性信號。
圖4 (C)為來自根據本發明的盤的代表性信號，該盤的非數據島具有 交替變化的垂直磁化方向，從而沿磁軌相鄰的兩個島具有相反極性。
圖5A為根據本發明的定位誤差信號(PES)區段的圖示，每個串或區 段A、 B、 C和D的部分、對角條形島的方向每單個;茲道改變一次。
圖5B為根據本發明的定位誤差信號(PES)區段的圖示，每個串或區 段A、 B、 C和D的部分、對角條形島的方向每兩個磁軌改變一次。
圖6為形成伺服區段中的徑向條的平行四邊形島的詳細圖示。
圖7為針對一種設計範例，圖6所示的參數Ii、 Wd、間隙和y作為r 的函數的曲線圖。
圖8為針對一種設計範例圖6所示的島角a作為r的函數的曲線圖。
圖9為用於從伺服讀回信號計算相位和PES的硬體的框圖。
圖10為作為距磁軌中心線的徑向距離的函數的所測的四個區段A、 B、
C和D的每個的相位值的曲線圖。
圖11為計算的主PES ( mPES )和替代PES ( sPES )作為距磁軌中心線
的徑向距離的函數的曲線圖。
圖12為作為距磁軌中心線的徑向距離的函數的歸 一化的PES的曲線圖。
圖13為用於對角條形島的徑向高度與磁軌節距相同的範例的三個區段
A、 B和C的圖示。
圖14為用於對角條形島徑向高度與磁軌節距相同的範例的三個區段A、 C和D的圖示。
圖15為用於對角條形島徑向高度是磁軌節距兩倍的範例的三個區段A、 B和C的圖示。
圖16為用於對角條形島徑向高度是磁軌節距兩倍的範例的三個區段A、 C和D的圖示。
圖17為示出了數據採樣開始時間的伺服讀回信號的圖示。
圖18為範例脈衝串圖案，其中對角條形島的徑向高度與磁軌節距Tp相 同，區段組合為A和C，同步圖案與區段A和C一起使用。
圖19為範例脈沖串圖案，其中對角條形島的徑向高度為磁軌節距的兩 倍，區段組合為A和C,同步圖案與區段A和C一起使用。
具體實施例方式
圖1為常規磁記錄盤驅動器的示意圖，示出了具有非數據區的磁記錄盤， 具體而言非數據區為用於在數據磁軌上定位記錄頭的伺服扇區、及使記錄頭
能夠讀寫數據扇區中的數據的同步區段。由ioo總體表示的磁碟驅動器包括
磁記錄盤104、音圏電機(VCM)致動器110、致動器臂106、懸架107、頭 載體或氣墊滑塊108和記錄頭109。記錄頭109通常為感應寫頭和磁阻讀頭 的組合(也稱為讀/寫頭)，位於滑塊108的尾部或端面上。滑塊108由懸架 107支撐在致動器臂106上，懸架107使滑塊能夠在盤沿箭頭130的方向旋 轉時產生的氣墊上"俯仰"和"轉動"。圖1中僅示出了與滑塊和記錄頭相 關的一個盤面，但通常有堆疊在軸轂上的多個盤，軸轂由主軸電機轉動，每 個盤的每個表面與獨立的滑塊和記錄頭相關。
圖2為示出了從與部分數據磁軌118重疊的盤104表面觀察的滑塊108 面對盤的表面108a和記錄頭109末端的圖示。記錄頭109為讀/寫頭，是一 系列在滑塊108的端面108b上澱積並光刻構圖的薄膜。寫頭109a包括由寫 間隙WG隔開的寫極P1/S2和P2。當把寫電流引入寫頭109a時，在沿著數 據磁軌118的方向上跨過WG產生磁場。磁致電阻傳感器或讀頭109b位於 兩個絕緣間隙層Gl、 G2之間。間隙層Gl、 G2位於磁屏蔽Sl和Pl/S2之
間，Pl/S2還充當著寫頭109a的第一寫極。因為屏蔽S2還充當著極P1，因 此這種讀/寫頭也被稱為"合併"頭。如果S2和P1為獨立的層，該讀/寫頭 被稱為"背負式"頭。因為構成頭109的膜是依次澱積在滑塊108的端面108b 上的，因此在讀頭109b和寫頭109a的寫間隙WG之間在沿磁軌方向或圓周 方向上有間隔D。圖2所示的寫頭109a為水平記錄寫頭，如數據磁軌118 的截面中的箭頭所示，用於在盤104上的記錄層平面中記錄磁化。然而，寫 頭也可以是垂直記錄寫頭，具有垂直寫極(WP),其記錄垂直於盤104上的 記錄層的磁化。
再次參考圖1,盤104具有旋轉中心111並沿方向130轉動。盤104具 有^f茲記錄層，7磁記錄層具有徑向間隔的同心數據〃磁軌，其中之一被示為》茲道 118。每個數據磁軌都具有參考標記121,表示磁軌的開始。磁碟驅動器被示 為區位記錄(zone-bit-recording: ZBR )磁碟驅動器，因為數據磁軌被沿徑向 分成若干環形數據帶或區的組，其中三個被示為區151、 152和153，但本發 明完全適用於不使用ZBR的磁碟驅動器，在這種情況下磁碟驅動器僅具有 單個數據區。在每個區中，沿圓周方向將磁軌分成若干數據扇區，例如徑向 外部數據區中的典型的數據扇區164。每個數據扇區164前面為同步(sync) 區段，例如典型的同步區段163。同步區段163可以被讀頭探測到，用於使 數據扇區164中的數據位的讀取和寫入同步。
每個數據磁軌還包括多個圓周方向或角向間隔的伺服扇區120,其含有 可由讀頭探測到的定位信息，用於將頭109移動到期望的數據磁軌並將頭 109保持在該數據磁軌上。每個磁軌中的伺服扇區沿圓周方向與其他磁軌中 的伺服扇區對準，從而它們沿大致徑向跨磁軌延伸，如徑向定向的伺服扇區 120所示。伺服扇區120具有大致沿徑向的大致弓形，其大致重合徑向致動 器110在盤上移動頭109時頭109的路徑。伺服扇區120是盤上的非數據區 域，通常在製造或格式化盤期間對其一次性磁化，在磁碟驅動器正常運行期 間不會對其進行擦除。
與磁碟驅動器100相關的電子裝置包括讀/寫(R/W)電子裝置113、 伺服電子裝置112、控制器電子裝置115和接口電子裝置114。在磁碟驅動 器IOO工作期間，R/W電子裝置113從頭109接收信號並將伺服扇區120 的伺服信息向伺服電子裝置112傳遞，將數據扇區164的數據信號向控制器 電子裝置115傳遞。伺服電子裝置112使用伺服信息在140處產生電流，該
電流驅動VCM致動器110以定位頭109。接口電子裝置114通過接口 172 與主系統(未示出)通信，傳遞數據和命令信息。接口電子裝置114還通過 接口 174與控制器電子裝置115通信。在磁碟驅動器100工作期間，接口電 子裝置114通過接口 172接收從數據扇區164讀取或向其寫入的請求。控制 器電子裝置115從接口電子裝置114接收所請求數據扇區的列表並將它們轉 換成一組唯一地標識盤表面、磁軌和數據扇區的數字。將數字傳遞到伺服電 子裝置112以便能將頭109定位到適當的數據扇區。
如果該磁碟驅動器是"無頭"架構的磁碟驅動器，表示該數據扇區164 不含有需要在能夠從數據扇區讀取或向其寫入數據之前讀取的唯一數據扇 區地址，那麼， 一旦伺服電子裝置112已經將頭定位在適當數據磁軌上方， 伺服電子裝置112就開始進行扇區計算，以定位和識別期望的數據扇區。簡 而言之，在無頭架構方案中，使用伺服扇區120開頭處的伺服定時標記 (STM)來定位伺服扇區，來自含索引標記(index mark)121的伺服扇區的 STM計數唯一地標識出每個伺服扇區。 一旦這樣確定了期望的數據扇區， 則檢測出該數據扇區前面的同步區段，以控制從數據扇區讀出的數據位或寫 到數據扇區的數據位的時間(timing)。
常規的磁記錄盤驅動器使用具有"連續"介質的盤，意味著磁記錄層是 可磁化材料的連續膜。在常規的連續介質盤中，同心的數據磁軌彼此並未物 理分離，且不是預先形成在記錄層中的，而是在來自寫頭的寫磁場在連續磁 層中產生磁化時形成的。連續介質盤也可以是"離散磁軌"盤，這意味著連 續磁材料的同心數據磁軌被同心非磁保護帶彼此徑向分開。例如，如美國專 利4912585所述，離散磁軌磁記錄盤是現有技術公知的。在離散磁軌盤中， 非磁保護帶可以是溝或槽，或由非磁材料形成，或含有磁材料但表面遠低於 數據磁軌表面以免對來自數據磁軌的讀回信號產生不利影響。
然而，已經提出了具有"圖案化"介質的磁記錄盤來提高數據密度。在 圖案化介質中，將盤上的可磁化材料圖案化成小的隔離數據島，使得在每個 島或"比特，，中有單個磁疇。該單個磁疇可以是單個晶粒，或由若干強耦合 晶粒構成，所述晶粒作為單個磁體積一致地切換磁狀態。這與常規的連續介 質相反，在連續介質中，單個"比特"可以具有由疇壁隔開的多個磁疇。為 了產生圖案化島所需的磁隔離，必須要打破或顯著減小島之間的空間的磁 矩，以使這些空間基本上表現為非磁的。在圖案化介質中，數據扇區以及非
數據區域都被圖案化。然而，也可以製造僅非數據區域被圖案化的連續介質 盤。這種連續介質盤可以具有常規的同心數據磁軌，或被非磁保護帶分開的
離散數據磁軌，但非數據區域被圖案化，在美國專利4912585中描述了具有 圖案化伺服區的離散磁軌盤的範例。
圖3為示出了圖案化介質盤一部分的示意圖，其具有跨越若干數據磁軌 的圖案化同步區段163和圖案化伺服扇區120，如被公開為US 2006/0280975A1且被轉讓給本申請相同受讓人的未決申請11/148918所述。 示出了四個完整數據磁軌308、 309、 310和半磁軌311，每個具有各自的 磁軌中心線328、 329、 330和331。讀頭109b被示為定位在數據磁軌308 中，將在盤沿箭頭130的方向旋轉時檢測同步區段163和伺服扇區120中的 島。
同步區段163被示為具有四個同步標記或徑向條的圖案，其為由非磁空 間分隔開的磁化非數據島163a-163d。同步標記為沿徑向跨過數據磁軌延伸 的條，形成單頻圖案，其適於在讀取或寫入數據扇區中的數據位之前鎖定鎖 相環數據時鐘。同步區段163位於實線表示的數據扇區164前方，數據扇區 164示出了若千數據島。
伺服扇區120是扇區伺服系統中通常使用的類型的常規伺服圖案，為了 清楚起見示出了大大簡化的圖案。伺服圖案包括若干含有非數據島的區段， 其中三個被示為伺服定時標記(STM)區段302、磁軌ID (TID)區段304 和定位誤差信號(PES )區段305，區段305被示為公知的PES脈衝串A-D 的正交圖案(quadrature pattern)。每個脈衝串或區段A-D中的島被用於確定頭 徑向位置的小數部分(fractional part)。當頭在軌道中線處時，來自島A和B 的讀回信號幅度相等。當頭位於半磁軌位置時，來自C島和D的幅度相等。 隨著頭移開磁軌，來自所有島的幅度將增大或減小。PES島的幅度在伺服電 子裝置112中被解碼並用於重新定位頭。
在圖3中，同步區段163、數據扇區164和伺服扇區120中的所有島都 是磁材料的離散島。將輪流排列的島(被交叉陰影示出)沿與其他島的磁化 相反的方向磁化。於是，非交叉陰影島中的磁化反平行於交叉陰影島中的磁 化。對於垂直記錄來說，如果非交叉陰影島中的磁化是朝向圖3的紙外的， 那麼交叉陰影島中的磁化將進入紙內。對於水平記錄來說，如果非交叉陰影 島中的磁化是朝向圖3中沿著磁軌的方向的右方的，那麼交叉陰影島中的磁
化將朝向左方。每個離散的島都是通過由200表示的非磁空間與其他島分離
開的磁化島。術語"非磁"表示島之間的空間200是由如下材料形成的諸 如電介質的非鐵磁材，或在沒有施加》茲場時基本沒有殘餘-茲矩的材料，或在 島下方凹入足夠遠的溝或槽中的磁材料以免不利地影響讀或寫。非磁空間 200也可以是不存在磁材料，例如磁記錄層或盤基中的溝或槽。
如圖3所示意性示出的，伺服扇區120中的PES塊具有顯著低於數據頻 率(數據扇區164中的數據島的頻率)的頻率(伺服頻卑)。這是因為對於 讀頭109b的給定解析度而言，R/W電子裝置113中的現代部分響應(PR) 讀出通道能夠以讀頭解析度若干倍的周期處理線位密度。然而，為了清楚地 分辨單個脈沖(這有利於數據同步和PES解碼)，非數據伺服島的周期應當 接近讀頭的解析度。在盤的內徑(ID)附近，伺服頻率將更接近數據頻率， 但二者的頻率將受到盤最大線性密度的限制。然而，隨著距離ID的徑向位 置增大，數據頻率相對於伺服頻率升高，因為伺服頻率是恆定的，而數據頻 率通常隨著半徑線性增大。
圖4 ( A)為圖3的單個的磁化的非數據島經過讀頭時被讀頭109b檢測 到的代表性信號。圖示的孤立脈沖響應Vp用於垂直磁化的島。如果非數據 島以特定周期重複，且所有島不是以圖3所示的交替極性被磁化的，而是以 相同的垂直方向磁化從而它們的磁化具有單一極性，那麼讀頭109b將檢測 出如圖4 (B)所示的一系列脈衝。注意，峰間幅值Vpp小於孤立脈沖響應 Vp。然而，當沿交替垂直方向磁化非數據島，從而使相鄰兩個島具有相反極 性時，將由讀頭109b檢測到如圖4 (C)所示的一系列脈沖。注意，圖4(C) 中的峰間幅值Vpp大於圖4 ( B )中的峰間幅值Vpp的兩倍。如果記錄系統 中的大部分噪聲是不依賴於數據的，且因此在圖4 (B)和4 (C)範例之間 是恆定的，那麼對於圖4(C)的具有交替極性的範例而言信噪比將顯著更 好。因為可以在瞬時信噪比和圖案長度之間權衡，所以能夠利用更短的數據 同步和伺服圖案實現所需性能目標,從而為數據扇區留下更多盤空間。
PES區段圖案
本發明涉及一種盤和磁碟驅動器，其具有圖3所示的那樣的具有交替極 性但具有相位型PES區段的圖案化非數據島，本發明還涉及用於對來自PES 區段的信號解調的方法。該盤可以是具有預圖案化數據島和預圖案化非數據 島的圖案化介質盤、具有常規連續介質數據磁軌和預圖案化非數據島的連續
介質盤或具有離散數據磁軌和預圖案化非數據島的連續介質盤。
圖5A和5B示出了具有每個脈衝串或區段A、 B、 C和D的部分的PES 區段。四個區段(區段A、區段B、區段C和區段D)的每個將具有多個大 致徑向定向的之字形條或其"脈衝串"，其大致沿徑向跨多個數據磁軌延伸， 但每個區段僅示出了兩個條。條沿大致徑向與跨盤延伸，優選具有大致弓形， 其基本重複徑向致動器在盤上移動頭時頭的路徑(如圖1A中的伺服扇區120 所示)。條的數量取決於在圖案讀回信號中有多少噪聲。如果每個區段中有 更多的條，可以對相位測量求平均以減少由於噪聲引起的信號誤差。條沿圓 周方向或沿著磁軌的方向具有交替變化的極性，用影線線和非陰影線表示不 同極性。
每個條(例如圖5A中的條402、 404)都是形成之字圖案的多個對角塊 或島。每個條中的島，例如條402中的島403、 405，相對於沿著磁軌的方向 交替改變它們的對角取向(島角a)。在圖5A和5B中，將島改變方向的條 區域示為較尖銳的拐角。難以將島構圖成具有非常尖銳的拐角，因此在實際 中，這些拐角有些圓化。然而，圓角不會對讀回信號的解調(demodulation) 產生不利影響。在圖5A中，每個單磁軌改變對角條形島的方向，在圖5B 中，每兩個磁軌改變對角條形島的方向。這兩個都是範例，條形島方向的改 變可以擴展到磁軌節距Tp的大於2的整數倍。於是，島的徑向高度優選為 磁軌寬度的整數倍，磁軌寬度與磁軌節距Tp相同。條形島(例如島403、 405 )的徑向高度設計取決於目標磁軌節距、讀頭幾何形狀和讀頭的特性。 每個條都是兩種平行四邊形島的連接。兩種形狀是相同的平行四邊形，但沿
圓周方向以相反取向放置它們。(線對稱為垂直於磁軌中心線的徑向線。) 在一個徑向位置上島之間的圓周方向間隔"Ii"是相同的，該間隔正比於距 盤中心的徑向距離"r"。這實質上意味著徑向條是大致等角地間距隔開的。
條可以是大致徑向地跨整個盤(或整個區)延伸的連續條。然而，可能 難以製造連續條，因此條也可以是一系列的徑向的較短的分離條形段，其大 致沿徑向跨整個盤(或整個區)延伸。在這種實施方式中，相鄰條形段之間 的徑向間隙顯著小於讀頭的徑向寬度，因此段之間的間隙不會顯著影響伺服 讀回信號。，
區段B中條的之字形圖案是區段A中條的之字形圖案關於徑向線的鏡 像。類似地，區段D中條的之字形圖案是區段C中條的之字形圖案關於徑
向線的鏡像。對於對角條形島取向每單磁軌改變的脈衝串圖案(圖5A),在
區段A和區段B中島對角取向在兩個磁軌中心線之間的中間線改變，在區 段C和區段D中，島取向在磁軌中心線處改變。如圖5A和5B所示，區段 對C和D中的徑向條從區段對A和B中的徑向條沿徑向偏移島高度的一半。 對於對角條形島取向每兩個磁軌改變的脈沖串圖案(圖5B)，在區段A和區 段B中，如果島對角取向在奇數磁軌中心線處改變，則在區段C和區段D 中，島取向在偶數磁軌中心線處改變。為了下面的說明，'使用的範例將是圖 5A中所示的圖案。
PES解調由相位測量法完成。使用區段A和區段B相位圖案來生成 "mPES"(主定位誤差信號)，其正比於讀頭從磁軌中心線的偏移。使用區 段C和區段D的相位圖案來生成"sPES" ( substitute position error signal:替 代定位誤差信號)，其正比於讀頭與兩相鄰磁軌的中點的偏移。通過使用 mPES和sPES，定位誤差信號能夠覆蓋整個磁軌寬度中的讀頭偏移。
在圖5A-5B中，"Tp，，表示相鄰磁軌之間的徑向間隔，即磁軌節距(nm ), "li，，表示島圓周方向間隔(nm), "Wd"表示平行四邊形島沿圓周方向的 寬度(nm),"間隙"為兩個圓周方向相鄰的島之間的間隙(nm),角度"cx" 為島的取向相對於磁軌中心線的角度(度)，術語"y"如下定義。平行四邊 形島的形狀取決於目標磁軌節距Tp、讀頭幾何形狀和讀頭靈敏度特性。圖6 更詳細地示出了平行四邊形島的幾何形狀。
mPES和sPES由下列方程給出formula see original document page 14)
其中"gain_h"為斜率校正因數(slope correction factor), "ph"為來自相 關區段的相位測量，"Xa"為每磁軌的相位改變(度/磁軌)。
希望Xa作為半徑的函數保持恆定，即，對每個磁軌都是恆定的。為了 解釋在本發明中如何實現這點，定義如下項
formula see original document page 14A:,//與r之,6 (^￡卓在」 r.- /￡_#^心的爭徑 —
圓周方向間隔Ii(nm)正比於r。於是，//= 2tt ,這確保了在讀頭探測 島時的讀回信號對於整個盤(或者區，如果有多個環形數據區或帶的話，如 圖1A中的區域151、 152、 153所示)都是恆定的。在有多個區的情況下， "k"的值在每個伺服區中是不同的，在一個區之內伺服圖案讀回信號頻率 是恆定的，但對各個區域而言是不同的。
利用常數k、 kl和k2,可以將Wd和gap(間隙)也設計成正比於r。formula see original document page 15方程(5)
formula see original document page 15位方程(6)
然後從方程(4)得出， 以及formula see original document page 15方程(7)
方程(8) 方程(9) 方程(10) 方程(11) 方程(12)
formula see original document page 15 「效產) 方程(13)
針對Tp=39nm, Xa=90度的一個設計範例，圖7示出了 Ii、 Wd、間隙 和y作為r的函數的變化，圖8示出了島角a作為r的函數的變化。在該範 例中，從盤中心到PES區段所位於的位置的距離在13.9mm到31.2mm之間。 這對於2.5"形狀因數的磁碟驅動器而言是典型尺度。 利用全部四個區段A、 B、 C和D的解調方法
解調的PES正比於讀頭的徑向移動，該關係接近線性。通過施加斜率校 正"gain—h"，可以在整個磁軌寬度上將解調的mPES和sPES平滑連接成一 條線。圖9示出了相位測量硬體的一個範例。這基於數字採樣和離散傅立葉 變換(DFT)計算。在該範例中，數據採樣和DFT功能位於對應於R/W電 子模塊113 (圖1A)的數據信道大型集成電路晶片(LSI) 610中，且相位 計算是在對應於伺服電子裝置112和控制器電子裝置115 (圖1A)的微處理
器(MPU) 630中執行的。然而，可以由單個數位訊號處理器(DSP)或具 有相關存儲器(用於存儲進行計算所需的電腦程式指令)的微處理器執行 所有這些計算。
伺服圖案讀回信號(如圖4C中所示)運行到信道LSI 610並被輸入到 衰減器(ATT) 612。 ATT612在可變增益放大器(VGA) 614的可調節信號 範圍內粗略調節輸入信號的幅度。VGA614然後在一些預定義的幅度範圍內 調節輸入信號的幅度。連續時間濾波器(CTF) 616是在採樣前對高頻噪聲 進行頻帶限制的低通濾波器。然後以恆定採樣速率對信號採樣，並由模擬到 數字轉換器(ADC) 618將其轉換成數位訊號。
然後在DFT模塊620處對採樣的數字數據進行DFT。對於相位測量而 言，僅需要計算讀回信號的主頻。由下式給出其主頻
其中 力虛部
W, ^歐^"子的每個々^的摔本炎 M',惑^脊/義炎卩遞#為7V的倍炎」 從方程(14)可知，利用主頻的DFT計算，
方程(14)
相位測量計算如下表達
—awe = tan-1 (^^) *
cosl ;r
cosl = f/(")cos(^)
!1=0
sinl = - y /(w)cos(^^)
閱
方程(15) 方程(16) 方程(17)
數字"M"為總採樣次數，通常設置為"N"的倍數。通過為M選擇大 數，可以對相位測量求平均以減少噪聲。例如，如果每個脈衝串中有24個 條，且讀回信號的每個周期有8個數據樣本，那麼M可以等於(24/2"8二96。
下一步是從方程(1 )和(2 )在MPU 630中計算mPES和sPES。項"Xa" 設計為對於一個相位圖案區段(區段A或區段B或區段C或區段D)的每
一個磁軌節距的相位改變。在這種情況下，通過兩個區段相位值相減計算每
個mPES和sPES。通過減去一個區段的相位，消除了釆樣開始時間誤差。 而且，這些方程中的PES值被歸一化。於是，PES值1對應於一個磁軌節距。 圖10示出了針對四個區段的每個作為距磁軌中心線的徑向距離的函數的測
量相位值。
通過區段A和區段B之間的相位差計算mPES,通過區段C和區段D 之間的相位差計算sPES。對於條形島高度等於單磁軌節距的情況，mPES正 比於讀頭從石茲道中心線的偏移，sPES正比於讀頭/人兩個》茲道中心線的中點 的偏移。圖11示出了作為距磁軌中心線的徑向距離的函數的mPES和sPES 計算。對於最終的PES計算，根據讀頭的徑向位置選擇計算的mPES和sPES 值中的一個或另一個。根據哪個具有較小的絕對值從mPES或sPES中選擇 要使用的PES。例如，如果(ph—A-ph—B )的絕對值小於(ph C-ph—D),這 表示讀頭更靠近磁軌中心線。相反，如果(ph—C-ph—D )的絕對值小於 (ph_A-ph—B)，這表示讀頭更靠近兩相鄰磁軌中心線之間的中點。如果所選 定的mPES或sPES曲線的斜率對該值而言為負的，則將所選mPES或sPES 的符號乘以-1。例如，參考圖11,如果讀頭位於+5nm處，mPES的絕對值 約為0.15, sPES的絕對值約為0.35,則選擇mPES。而且mPES的斜率為負， 所以使mPES值乘以-1。類似地，如果讀頭位於-15nm處，mPES的絕對值 大約為0.35, sPES的絕對值大約為0.10，則選4奪sPES。而且sPES的斜率 為負，所以使sPES值乘以-1 。還可以從》茲道ID ( TID )確定mPES和sPES 的斜率，即，從TID為奇或偶來確定。可以從圖11的mPES正弦波形圖明 白這一點，圖11示出了在一個磁軌中心線(徑向距離為0nm)處，斜率為 負，在下一磁軌中心線(徑向距離為39nm)處斜率為正，因此每隔一個磁 道(例如偶數編號的TID )斜率都為負，且每個一個磁軌(例如奇數編號的 TID)斜率都為正。最後，如果所選PES為sPES值，那麼將對應於二分之 一磁軌常數偏移的值與PES求和(相加或相減)。例如，如果一個磁軌對應 於PESl,那麼將對應於二分之一磁軌的常數偏移值0.5與PES求和。圖12 示出了最終的PES解調結果。
方程(1 )和(2)中的"gain—h"項為斜率校正增益。在PES區段的實 際解調中，每個磁軌的相位改變量(Xa)不會完全匹配理論相位圖案方程。 這是因為平行四邊形島的徑向高度相對較小。另外，平行四邊形島以每個磁
道節距間隔改變其取向。但是解調的PES基本正比於讀頭繞島中心的移動，
該關係接近線性。於是，通過施加斜率校正"gain—h，，，可以在整個磁軌寬度 上將解調後的mPES和sPES平滑連接成一條直線。該'"gain—h，'值的範圍 在大約0.5到大約3之間。該值主要取決於Ii和島角cx，如上所述，其隨著 半徑r而變化。為了覆蓋整個磁碟，必須要根據PES區段的徑向位置校準 "gain—h"。通過選擇適當的"gain—h"，可以將mPES和sPES平滑地連接成 一條直線。在圖12中這被示為作為距磁軌中心線的徑向距離的函數的歸一 化PES。該"gain—h"校準操作非常類似於常規正交PES脈衝串圖案所用的 操作。
利用四個區段A、 B、 C和D的任意三個的解調方法
在本發明的另一個實施方式中，PES條和島如上所述，但完整的PES區 段僅具有區段A、 B、 C和D中的三個，並對上述解調方法進行修改。減少 一個區段減少了伺服信息所需的磁碟空間量，從而增大了可用於數據的磁碟 空間量。該脈沖串圖案部分可以具有常規四個脈衝串(A、 B、 C和D)中三 個脈沖串的任意組合。
以圓周方向的間隔Ii設置每個條。每個區段的邊界處的條間隔(Ib)被 定義為n"i，在以下解釋的範例中n=2。通過下式描述該間隔的規則
/6 =//*^*~/2」卩"m」 方程(18)
項"Ib"取決於"m'，、每個讀回信號的數據樣本數量，並假定交替極性 的磁化條。項"Ii"正比於圖案距盤中心的徑向距離，即，條大致等角間隔 開，使得伺服圖案讀回信號頻率在整個盤上是相同的。於是，在該三脈衝串 圖案中，Ib也正比於圖案距盤中心的徑向距離。在方程(18)中，"k3"為 一些自然數常數。例如，如果m=8 (在讀回信號的一個周期中有8個數據樣 本)，那麼從理論上講，Ib可以是Wli、 'A*Ii、 ％*Ii、 Ii、 1Wli、 l'A"i等。然 而，Ib應當大於Ii,以避免來自相鄰脈衝串中島的信號幹擾。而且，圖案化 介質的製造限制了兩個島之間的最小距離。於是，使用整數倍的Ii作為邊界 間隔是方便的。在該範例中，m=8, k3=8, Ib=2*Ii。這意味著，相鄰區段等 角間距地隔開，其角間距為每個區段中徑向條的角間距的整數倍。
圖13為對角條形島徑向高度與磁軌節距Tp相同且區段組合為A+B+C 的範例。圖14為對角條形島徑向高度與磁軌節距相同且區段組合為A+C+D 的範例。圖15為對角條形島徑向高度與兩倍的磁軌節距Tp相同且脈沖串區
段組合為A+B+C的範例。圖16為對角條形島徑向高度與兩倍的磁軌節距相 同且脈沖串區段組合為A+C+D的範例。
解調方法包括三個區段的每個的相位測量和mPES/sPES計算。相位測 量與上述相同，但去掉了一個脈衝串。由於數據採樣開始時間的原因， mPES/sPES計算需要改變。
圖17示出了數據採樣開始時間。向下的箭頭表示數據採樣時間。數據 採樣速率是恆定的且得到精確控制。第一個大箭頭為數據採樣的開始，"5 t" 為從讀回信號的上部峰值時刻到數據採樣的開始的時間延遲。對於 一 個脈沖 串而言DFT獲得的相位測量結果取決於數據採樣開始時間。假設信號波形 為正弦波形，方程(19)示出了針對一個脈衝串的數據採樣開始延遲和相位 測量結果之間的關係。
formula see original document page 19(19)
OFT為讀頭位於磁軌中心線時的相位測量結果。相位圖案具有兩個區 段，每個區段的斜率相對於垂直於磁軌中心線的線對稱。該特徵允許抵消數 據採樣開始時間誤差。方程(20) - (23 )示出了相位測量的理論表達式， 其中"rt"為相對於磁軌中心線的讀頭》茲道位置，"I—height"為條形島在徑 向的高度，OFT為"rt" =0時的相位測量結果。項"ph(rt)"為距圖案在"rt" 處的理論相位，等於"Xa*rt/Tp"。
formula see original document page 19
方程(20) 方程(21) 方程(22) 方程(23)
在4吏用全部四個區段計算mPES/sPES的解調方法中，OFT^皮消去，如 方程(1 )和(2)所示。在方程(20) - (23 )中，OFT值被表達為相同的 值。為了實現該目的，條形島圓周方向間隔"Ii"和脈沖串圖案區段邊界處 的島間隔"lb"必須要滿足方程(18),且採樣速率必須恆定。對於僅使用
三個區段的解調方法，兩個區^史的相位測量之和簡單地變為OFT的兩倍。
方程(24)為方程(20)和(21)之和，方程(25)為方程(22)和(23)之 和。因此，不必需要區段對A/B和C/D二者來消去OFT。
formula see original document page 20(24)formula see original document page 20(25)
對於3脈衝串圖案區段A+B+C,在方程(26)和(27)中表達了利用 該特徵的mPES/sPES計算方法。在這種情況下，方程(26)，即"mPES" 的計算與四區段計算相同。然而，方程(27)，即"sPES，，的計算使用方程 (24)來消去OFT。
formula see original document page 20
* (^/7>」 方程(26)
formula see original document page 20 方程(27)
對於四個區段A、 B、 C和D中三個的任意其他組合都可以獲得類似結果。
利用兩個區段和同步標記的解調方法
在本發明的另一個實施方式中，PES條和島如上所述，但PES區段僅具 有區段A、 B、 C和D中的兩個，且解調方法使用來自同步區段的相位測量 (如圖3中的項163所示)。減少兩個區段減少了伺服信息所需的磁碟空間 量，從而增大了可用於數據的磁碟空間量。該脈衝串圖案部分可以具有兩個 脈衝串的任意組合，其中一個脈沖串為A或B,另一個脈沖串為C或D。
以圓周方向間隔Ii設置每個條。每個區段的邊界處的條間隔(Ib)被定 義為n*Ii,在以下解釋的範例中n=2。通過方程(18)描述該間隔的規則， 在此重複如下
formula see original document page 20方程(18)
項"lb"取決於"m"、每個讀回信號的數據樣本數量，並假定交替極性
的磁化條。項"Ii"正比於圖案距盤中心的徑向距離，使得伺服圖案讀回信 號頻率在整個盤上是相同的。於是，在該兩脈衝串圖案中，與前述三脈沖串
圖案類似，Ib也正比於圖案距盤中心的徑向距離"r"。如上文針對三脈沖串 實施方式所述，使用整數倍的Ii作為邊界間隔是方便的。在該範例中，m=8, k3=8， Ib=2*Ii。
圖18為範例脈衝串圖案，其中對角條形島的徑向高度與磁軌節距Tp相 同，且區段組合為A+C。圖19為範例脈衝串圖案，其中對角條形島的徑向 高度為磁軌節距的兩倍，且區段組合為A+C。在圖18和19中，在PES區 段開始之前示出了具有六個徑向同步標記或條的同步圖案。與PES區段中的 徑向條類似，同步圖案中的標記沿大致徑向跨盤延伸，優選具有大致弓形， 其基本複製徑向致動器在盤上移動頭時頭的路徑(如圖1A中的伺服扇區120 所示)。忽略了 STM區段和TID區段(圖3中分別為302和304項)。
如圖18和19所示，同步標記或徑向條的島間隔必須與PES區段中的島 相同。於是，在該解調方法中，"li，，為區段A和C中的條形島之間以及同 步標記之間的圓周方向間隔。而且，必須要把"Ii"設計成正比於距盤中心 的伺服圖案徑向距離"r"。於是伺服圖案讀回信號頻率在整個盤(或區上， 如上所述，如果有多個數據區的話)上是相同的。而且，最後一個同步標記 和第一個PES島之間的圓周方向距離為Ib,應當為圓周方向間隔Ii的倍數。 在圖18和19中，Ib=2*Ii。在此為了方便使用"同步圖案" 一詞，並不表示 徑向"同步標記，，與用於同步讀取和寫入數據的頭所用的圖案相同(如圖3 中的項163所示)。對於這種^f又使用四個區段中的兩個的解調方法而言，任 何具有PES區革殳之間的所需間隔且具有徑向標記(徑向標記具有所需間隔 Ii)的圖案都起作用。
如上所述，Y吏用四個區革殳A、 B、 C和D的解調方法消除了由於採樣開 始時間誤差造成的相位測量偏移"OFT"。在該兩脈衝串加同步圖案的方法 中，使用同步圖案相位信息抵消OFT。同步標記具有與兩個區段中的島相同 的圓周方向間隔同步圖案和第一脈沖串(圖18和19中的區段A)之 間的圓周方向間隔為Ii的倍數。同步圖案完全由作為徑向條的島構成。從理 論上講，同步圖案的相位恆定，僅取決於採樣開始時間。於是，如果採樣開 始時間與脈衝串圖案相位測量相同，則同步圖案的相位值如下表達
; /^^"c(W) = (9iT 方程(28) 其中ph—Sync (rt)為同步圖案相位值，"rt"為讀頭從磁軌中心線的徑 向偏移。
以下為mPES和sPES的方程
formula see original document page 22 方程(29) formula see original document page 22方程(30)
於是，通過從脈沖串圖案相位值減去同步圖案相位值，消除了相位測量 偏移。方程(29)和(30)示出了利用區段A和C的方法的計算。類似的方 程適用於兩個脈沖串圖案與同步圖案的任何其他組合。
儘管已經參考優選實施例具體展示和描述了本發明，本領域的技術人員 將要理解，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下可以作出各種形式和細節 上的變化。因此，僅僅把所披露的發明示為例示性的，其範圍僅受到所附權 利要求限制。
權利要求
1.一種磁記錄盤，包括:可磁化材料的記錄層，用於在多個同心圓形數據道中記錄數據；以及沿徑向跨多個數據道延伸的多個非數據伺服扇區，所述伺服扇區包括徑向取向的磁化條的至少兩個區段，每個條包括形成之字形圖案的多個島，其中沿第一方向磁化沿道方向上的每個區段中的多個交替間隔的條，並沿反平行於所述第一方向的第二方向磁化每個區段中的所述交替間隔的條之間的條。
2、 如權利要求l的磁記錄盤，其中每個區段中的所述徑向條等角地間 隔開。
3、 如權利要求2的磁記錄盤，其中所述至少兩個區段以所述徑向條的 角間隔的整數倍被角間隔開。
4、 如權利要求1的磁記錄盤，其中每個道具有道中心線且相鄰道之間 的徑向間距為道節距Tp,其中所有島的徑向高度為Tp的整數倍，且其中所有島具有相同的徑向高度。
5、 如權利要求4的磁記錄盤，其中所述至少兩個區段的一個中的徑向 條從所述至少兩個區段的另一個中的徑向條沿徑向偏移所述島徑向高度的 二分之一。
6、 如權利要求4的磁記錄盤，其中有四個區段，包括第一對區段A和 B以及第二對區段C和D,其中，區段A中徑向條的之字形圖案是區段B 中徑向條的之字形圖案關於徑向線的鏡像，區段C中徑向條的之字形圖案是 區段D中徑向條的之字形圖案關於徑向線的鏡像，且其中區段C和D中的 徑向條從區段A和B中的徑向條沿徑向偏移島徑向高度的二分之一。
7、如權利要求1的磁記錄盤，其中所述至少兩個區段的一個中的徑向 條的之字形圖案是所述至少兩個區段的另一個中的徑向條的之字形圖案關 於徑向線的鏡像。
8、 如權利要求1的磁記錄盤，其中至少有三個區段，且其中每個區段 中的徑向條等角間距地隔開，且所述至少三個區段以徑向條的角間隔的整數 倍而角間隔開。
9、 如權利要求1的磁記錄盤，還包括沿徑向跨多個數據道延伸的徑向 同步標記的同步圖案，其中沿第一方向磁化在沿道方向上交替間隔的多個同 步標記，並沿基本反平行於所述第一方向的第二方向磁化所述交替間隔的同 步標記之間的同步標記，且其中每個區段中的徑向條和同步圖案中的徑向同 步標記等角間距地隔開，且所述至少兩個區段和所述同步圖案以所述徑向條 的角間距的整數倍而角間隔開。
10、 如權利要求1的磁記錄盤，其中所述第一和第二方向平行於所述記 錄層的平面。
11、 如權利要求1的磁記錄盤，其中所述第一和第二方向垂直於所述記 錄層的平面。
12、 如權利要求1的磁記錄盤，其中所述數據道被圖案化成由非磁空間 間隔開的可磁化材料的離散數據島。
13、 如權利要求1的磁記錄盤，其中所述數據道為記錄層的連續可磁化材料。
14、 如權利要求1的磁記錄盤，其中所述數據道為由同心非磁保護帶分 隔開的所述記錄層的連續可磁化材料的離散數據道。
15、 一種圖案化介質垂直磁記錄盤，包括 基板；以及所述基板上的可磁化材料的記錄層，其被圖案化成a、 多個同心圓形數據道，每個數據道包含可磁化材料的離散數據島，以及b、 跨多個數據道沿徑向延伸的多個非數據伺服扇區，所述伺服扇區包 括等角間距地隔開的徑向取向的磁化條構成的至少兩個區段，每個條包括形成之字形圖案的多個島，其中沿垂直於所述記錄層的第一方向磁化沿道方向 上的每個區段中的多個交替間隔的條，並沿反平行於所述第一方向的第二方 向磁化每個區段中的所述交替間隔的條之間的條，且其中所述至少兩個區段 以所述條的角間距的整數倍而角間隔開。
16、 如權利要求15的盤，其中每個道具有道中心線且相鄰道之間的徑 向間距為道節距Tp,其中所有島的徑向高度為Tp的整數倍，且其中所有島 具有相同的徑向高度。
17、 如權利要求16的盤，其中所述至少兩個區段的一個中的徑向條從 所述至少兩個區段的另一個中的徑向條沿徑向偏移所述島徑向高度的二分 之一。
18、 如權利要求16的盤，其中有四個區段，包括第一對區段A和B以 及第二對區段C和D，其中，區段A中徑向條的之字形圖案是區段B中徑 向條的之字形圖案關於徑向線的鏡像，區段C中徑向條的之字形圖案是區段 D中徑向條的之字形圖案關於徑向線的鏡像，且其中區段C和D中的徑向 條從區段A和B中的徑向條沿徑向偏移島徑向高度的二分之一。
19、 如權利要求15的盤，還包括跨多個數據道沿徑向延伸的徑向同步 標記的同步圖案，其中沿第一方向磁化沿道方向上多個交替間隔的同步標 記，並沿反平行於所述第 一 方向的第二方向磁化所述交替間隔的同步標記之 間的同步標記，且其中所述同步圖案中的徑向同步標記等角間距地隔開，且 所述同步圖案以所述徑向條的角間距的整數倍而角間隔開。
20、 一種磁記錄盤驅動器，包括 如權利要求15的可旋轉磁記錄盤；在所述數據道的數據島中寫入數據的寫頭；從所述數據道中的數據島讀取數據並檢測所述伺服扇區中的區段中的 磁化條的讀頭，所述讀頭在所述盤旋轉時從所述磁化條產生讀回伺服信號；連接到所述頭的致動器，用於將所述頭定位到不同的數據道並將所述頭 保持在所述道上；以及伺服電子裝置，響應於所述伺服信號產生供給所述致動器的控制信號， 所述伺服電子裝置包括處理器，所述處理器用於從所述至少兩個區段中的條 計算所述讀回信號的相位並從所述計算的相位計算所述控制信號。
21、 如權利要求20的磁記錄盤驅動器，其中其中所述盤上的每個伺服扇區具有四個區段，包括第一對區段A和B以及 第二對區段C和D,其中，區段A中徑向條的之字形圖案是區段B中徑向 條的之字形圖案關於徑向線的鏡像，區段C中徑向條的之字形圖案是區段D 中徑向條的之字形圖案關於徑向線的鏡像，且其中區段C和D中徑向條從 區段A和B中的徑向條沿徑向偏移島徑向高度的二分之一；及b、所述處理器從區段A和B的計算相位計算主定位誤差信號mPES, 並從區段C和D的計算相位計算替代定位誤差信號sPES。
全文摘要
本發明涉及磁記錄盤和磁碟驅動器。一種磁記錄盤驅動器使用具有大致沿徑向跨數據磁軌延伸的預圖案化伺服扇區的盤。伺服扇區包括至少兩個定位誤差信號(PES)脈衝串或區段。對伺服讀回信號中PES區段的相位解調以產生PES，以控制磁碟驅動器致動器用於定位讀/寫頭。每個區段含有大致徑向取向的磁化條，每個條包括多個形成之字形圖案的島。沿著磁軌的方向，條具有交替變化的磁化極性。在一個實施例中，有四個區段第一對區段A和B和第二對類似的區段C和D，其中區段A中徑向條的之字形圖案是區段B中徑向條的之字形圖案關於徑向線的鏡像，但其中區段C和D中的徑向條沿徑向從區段A和B中的徑向條偏移島徑向高度的二分之一。
文檔編號G11B5/596GK101373601SQ20081021027
公開日2009年2月25日 申請日期2008年8月11日 優先權日2007年8月11日
發明者山本智, 麥可·A·莫澤 申請人:日立環球儲存科技荷蘭有限公司