硬碟驅動器中寫螺旋基準伺服信號的方法和溫度補償方法
2023-05-19 13:16:56
專利名稱：硬碟驅動器中寫螺旋基準伺服信號的方法和溫度補償方法
技術領域：
本發明涉及一種用於對硬碟驅動器寫入基準伺服信號的方法，更具體地講，涉及一種能夠補償由於盤的熱膨脹引起的誤差的用於寫入螺旋基準伺服信號的方法，和一種用於補償由於溫度改變引起的盤的熱膨脹的方法。
背景技術：
通常，作為數據存儲設備中的一種的硬碟驅動器利用磁頭再現寫在盤上的數據或者在盤上寫入用戶數據，因此有助於計算機系統操作。隨著硬碟驅動器變得緊湊，同時具有大容量和高密度，作為盤旋轉方向上的密度的每英寸位數(BPI)和作為盤徑向密度的每英寸軌道數(TPI)增加，因此需要更準確的機械裝置。
硬碟驅動器包括頭盤組件(HDA)和用來控制HDA的PCB組件。HDA包括用於存儲和恢復信息的讀/寫頭、在其上寫入信息的盤、用於旋轉盤的主軸電機、用於移動讀/寫頭的致動臂和音圈馬達(VCM)、用於限制致動臂的範圍的外盤急停(ODCS)裝置和內盤急停(IDCS)裝置。
ODCS和IDCS是緩衝單元，用於限制致動臂的移動範圍從而防止讀/寫頭移動到盤上沒有寫入伺服信息的位置上。
為了控制讀/寫頭的位置，對每個軌道寫入伺服信息(位置信息)。隨著硬碟驅動器的寫入密度增大，軌道數增加，從而用於在盤上寫入伺服信息所需的那部分時間相對於整個過程逐步增多。
用於在硬碟驅動器的盤上寫入伺服信息的傳統的伺服寫入方法使用高度準確的編碼系統和機械推針。在該系統中，機械推針的一端附於主致動臂，另一端通過伺服寫入槽延伸到硬碟驅動器的裡面。主致動臂由高精度的定位器控制。此外，控制時鐘頭(clock head)將作為伺服寫入處理期間的定時基準的時鐘軌道(clock track)寫到盤上。
在上述處理中，非重複脫離軌道(NRRO)、盤顫動(disk flutter)和電機晃動(motor rocking)等會使位置控制中的準確度降低。此外，定位器和編碼器的使用極大地增加了與伺服寫入處理相關的成本，因此，硬碟驅動器的生產效率降低。
為了克服上述問題，已經研究了一種離線(off-line)伺服寫入方法和一種自伺服寫入方法。
在離線伺服寫入方法中，在盤被安裝到硬碟驅動器之前，使用伺服軌道寫入裝置將伺服信息寫到盤上。與傳統的伺服寫入方法相比，該方法能夠改善準確度。
在自伺服寫入方法中，基於先前寫入的基準伺服信息將最終伺服信息(final servo information)寫到盤上。根據這種方法，最終伺服信息的品質由基準伺服信息的準確度確定。此外，由於這種方法幾乎不依賴於伺服寫入設備，因此處理成本降低。
對於以自伺服寫入方法寫入基準伺服信息來說，有三色同步(three-burst)方法和螺旋(spiral)方法。在三色同步方法中，三種色同步信號(基準伺服信號)以比最終軌道寬度寬的寬度寫入，並且根據該基準伺服信號寫入最終伺服信號。在螺旋方法中，以螺旋形狀寫入基準伺服信號，並基於該螺旋基準伺服信號寫入最終伺服信號。美國第No.5668679號專利(公開於1997年9月16日)公開了上述螺旋方法。
圖1表示在美國第5668679號專利中公開的用於寫入螺旋基準伺服信號的傳統方法。參照圖1，盤11安裝在可旋轉的主軸電機(未示出)上。讀/寫頭12附於能夠調整讀/寫頭12的位置的致動臂13上。標號17和18表示兩個急停裝置，標號14表示音圈。當音圈14啟動以使致動臂13相對於盤11移動時，讀/寫頭12定位到盤11上的位置R1和R2之間的任意位置。R1和R2表示位於盤11上的任意不同位置的基準軌道。如果讀/寫頭12以恆定的速度在盤11上的基準軌道R1和R2之間移動，同時將信號寫到盤11上，則以圖1中所示的螺旋形狀將螺旋基準伺服信號100寫入。
圖2表示以圖1中示出的方法寫入的螺旋基準伺服信號。該螺旋基準伺服信號至少被寫入扇區數那麼多，確切地說，扇區數的兩倍。基準軌道R1和R2指示盤11上的外周邊界和內周邊界。時鐘信號202表示寫入螺旋基準伺服信號的間隔。其中寫入螺旋基準伺服信號的軌線被稱作螺旋軌道204。螺旋基準伺服信號是多個比特如圖2左側所示那樣布置在其中的信號，並具有以預定間隔布置的同步位206。
參照螺旋基準伺服信號寫入最終伺服信號的處理被稱作伺服複製處理。在伺服複製處理中，最終伺服信號被寫到具有相對於同步位206形成的同心形狀的軌道上。因此，在寫入螺旋基準伺服信號過程中，必須嚴格控制比特信號206的準確度。然而，在寫入螺旋基準伺服信號過程中，當盤11的溫度升高時，初始寫入狀態和最終寫入狀態之間相應地存在溫度差。
由於盤11因為溫度升高而膨脹，螺旋軌道的長度還隨著寫入時間的流逝逐漸增加。當讀/寫頭12從初始寫入狀態到最終寫入狀態以恆定速度在徑向上移動而不考慮盤11的熱膨脹時，螺旋軌道之間的同步即比特信號(206)之間的同步失真。
圖3示出受到盤的熱膨脹影響的基準伺服信號的狀態。在圖3中，上面的螺旋軌道與溫度低的狀態例如初始寫入狀態相對應，而中間的螺旋軌道與溫度高的狀態例如最終寫入狀態相對應。當溫度高時，由於盤11在其徑向上的膨脹，與溫度低的情況相比螺旋軌道的長度增加。
在兩種情況下，當螺旋基準伺服信號的寫入速度相同時，寫到螺旋軌道上的螺旋基準伺服信號的同步被維持為寫入時間(C1＝C2)。然而，當溫度降低時，如圖3的下面的螺旋軌道所示，膨脹的螺旋軌道收縮，從而螺旋基準伺服信號之間的同步失真(C1≠C3)。
圖3中的上面的和下面的軌道分別與將在伺服複製處理中使用的基準盤上的初始寫入螺旋軌道和最終寫入螺旋軌道相對應。結果，基於具有損壞的同步的螺旋基準伺服信號執行伺服複製處理，從而難於得到正確的最終伺服信號。
發明內容
為了解決上述和/或其他問題，本發明提供一種用於寫入螺旋基準信號的方法，通過該方法，可以補償在硬碟驅動器的盤上寫入螺旋基準伺服信號的過程中由於盤的熱膨脹引起的誤差，該方法適合於自伺服寫入。
本發明提供一種用於補償盤的熱膨脹的方法，通過該方法，可以補償在硬碟驅動器的盤上寫入螺旋基準伺服信號的過程中由於溫度改變引起的誤差，該方法適於自伺服寫入。
根據本發明的一方面，提供了一種適於硬碟驅動器的自伺服寫入方法的寫入螺旋基準伺服信號的方法，該方法包括
在螺旋基準伺服信號寫入的結束方向上，在盤上同心地寫入第一基準圖案；從當前螺旋軌道的基準寫入起始位置，在所述當前螺旋軌道上寫入螺旋基準伺服信號；在所述讀/寫頭移動預定角度後，檢測所述讀/寫頭向著所述第一基準圖案的移動角度，所述預定角度與在不存在盤的熱膨脹的情況下從螺旋基準伺服信號的所述基準寫入起始位置到基準寫入結束位置的距離相應；參照檢測到的所述讀/寫頭的移動角度補償所述讀/寫頭的驅動速度；以補償的所述讀/寫頭的驅動速度在下一個螺旋軌道上寫入所述螺旋基準伺服信號。
根據本發明的另一方面，在適合於硬碟驅動器的自伺服寫入的在基準圖案分別寫在其內周和外周的盤上寫入螺旋基準伺服信號的方法中，提供了一種用於補償在寫入過程中由於盤的熱膨脹引起的誤差的溫度補償方法，該溫度補償方法包括從當前螺旋軌道的基準寫入起始位置，在盤的徑向方向上寫入螺旋基準伺服信號；在所述讀/寫頭移動預定角度後，檢測所述讀/寫頭向著在螺旋基準伺服信號寫入的結束方向上的第一基準圖案的移動角度，所述預定角度與在不存在盤的熱膨脹時從螺旋基準伺服信號的基準寫入起始位置到基準寫入結束位置的距離相應；參照檢測到的所述讀/寫頭的移動角度補償所述讀/寫頭的驅動速度。
通過下面結合附圖對優選實施例的詳細描述，本發明的上述和其他特點和優點將會變得更易於理解，其中圖1是示出用於寫入螺旋基準伺服信號的傳統方法的示圖；圖2是示出以圖1中的方法寫入的螺旋基準伺服信號的示圖；圖3是示出受盤的熱膨脹影響的螺旋基準伺服信號的狀態的示圖；圖4是示出用於在寫入旋轉基準伺服信號的過程中控制讀/寫頭的速度的方法的示圖；圖5是示出用於寫入旋轉基準伺服信號的速度分布的示圖；
圖6A至6C是示出根據本發明實施例的用於寫入螺旋基準伺服信號的方法的原理的曲線圖，即速度分布和螺旋軌道的長度之間的關係；圖7是以不同方式示出根據本發明的用於寫入螺旋基準伺服信號的方法的原理的示圖；圖8是根據本發明的用於寫入螺旋基準伺服信號的方法的流程圖。
具體實施例方式
參照圖4，讀/寫頭12(參照圖1)由推針驅動。推針通常由被高精度電機或音圈電機驅動的定位器(未顯示)來移動。為了維持螺旋基準伺服信號的恆定比特間隔，讀/寫頭12在基準軌道R1和R2(參照圖1)之間必須以恆定速度(如以圖4中特定傾斜度所示)移動。
讀/寫頭12從點T0處的索引被驅動，並且當讀/寫頭12到達第一基準軌道R1時從點T1具有恆定速度。維持該速度直到讀/寫頭12到達第二基準軌道R2。當到達第二基準軌道R2時，讀/寫頭12減速。對所有的螺旋軌道重複這些步驟，螺旋基準伺服信號被寫入第一和第二基準軌道R1和R2之間的區段。用於控制讀/寫頭12的速度的一系列的控制步驟被稱作速度分布。
圖5是示出用於寫入螺旋基準伺服信號的速度分布的示圖。該速度分布包括一系列的過程，即，加速、恆速、減速、以及返回。讀/寫頭12被從加速區域1中的起始位置(圖5的偏移)驅動並被加速從而在基準寫入起始位置T1具有特定速度，在恆定速度區域2中從基準寫入起始位置T1到螺旋寫入結束位置T2維持恆定速度，在減速區域3中減速到預定速度，在反向行程4中返回到原始起始位置。通常按照從盤的外周向著內周的方向寫入螺旋基準伺服信號。
圖6A至6C是表示根據本發明的實施例的用於寫入螺旋基準伺服信號的方法的原理的曲線圖，即，速度分布和螺旋軌道的長度之間的關係。在圖6A至6C中，豎軸表示螺旋軌道的長度，橫軸表示寫入進程時間。Xt表示從第一基準軌道R1至第二基準軌道R2的長度。Xt』表示當溫度改變沒有反映出來時即以恆定速度分布寫入螺旋基準伺服信號的長度。
圖6A表示初始寫入狀態，其中螺旋軌道的長度Xt和寫入螺旋基準伺服信號的長度Xt』相同。圖6B表示螺旋寫入進程執行了一定時間的狀態，即，盤隨著溫度升高而膨脹的狀態，該圖表示螺旋軌道的長度Xt和寫入螺旋基準伺服信號的長度Xt』不同。即，在圖6A和6B中，當使用相同的速度分布SP1將寫入操作執行相同時間Tf時，螺旋軌道的長度Xt和寫入螺旋基準伺服信號的長度Xt』不同。
圖6C表示通過改變速度分布延伸寫入螺旋基準伺服信號的長度Xt』的情況。如圖6C所示，當螺旋軌道的長度由於溫度升高而增加時，可以看出，通過相應地將速度分布改變為SP2可使得螺旋軌道的長度Xt和寫入螺旋基準伺服信號的長度Xt』相同。
圖7是以不同方式示出根據本發明的用於寫入螺旋基準伺服信號的方法的原理的示圖。在圖7中，上面的螺旋軌道(U)處於溫度低的狀態，例如，處於初始寫入狀態，而中間的螺旋軌道(M)處於溫度高的狀態，例如最終寫入狀態。
對於中間的螺旋軌道(M)，通過改變螺旋基準伺服信號的寫入速度可使得由於溫度升高而延伸的螺旋軌道的長度和寫入螺旋基準伺服信號的長度相同。
然而，當盤的溫度降低時，如圖7中所示的下面的螺旋軌道(L)，初始寫入的螺旋軌道(U)的長度和最終寫入的螺旋軌道(L)的長度變得相同，並且兩螺旋軌道之間的螺旋基準伺服信號的同步相匹配。
如果假定在整個盤上由於溫度而引起的盤的膨脹是均等的，則由於所有的螺旋軌道相對於溫度的改變以相同的比率改變，所以可維持螺旋基準伺服信號的同步。因此，可穩定地維持相對於螺旋基準伺服信號正在寫入的最終伺服信號的質量。
圖8是用於解釋根據本發明的用於寫入螺旋基準伺服信號的方法的流程圖。參照圖8，初始化控制速度分布所需的變量(S802)。誤差限度(EB)表示由於溫度改變而改變的螺旋軌道的長度的可接受的極限。螺旋計數(SC)表示當前已寫入的螺旋軌道數。螺旋數(SN)表示將被寫入的螺旋軌道的總數。
寫入時鐘信號(S804)。在盤的外周或內周同心地寫入時鐘信號，時鐘信號是維持基準伺服圖案和螺旋軌道的時間間隔所需的信號。
寫入基準圖案R1和R2(S806)。基準軌道R1和R2用於根據溫度的改變檢測螺旋軌道的長度變化，並且基準軌道R1和R2以適當的間隔被寫到盤上。基準軌道R1和R2分別被寫在盤的外周和內周。基準圖案包括多個軌道，並且在每個軌道上寫上軌道號。
將讀/寫頭定位於基準位置(S808)。讀/寫頭12和致動臂13的起始位置被讀取並被存儲。通過讀取寫在盤的外周的基準圖案R1的軌道號可識別起始位置(S810)。當通過速度分布控制讀/寫頭12的移動速度和計算由於溫度的改變而改變的螺旋軌道的長度時，參照所述起始位置。
初始化用於寫入螺旋基準伺服信號的位置編碼器並初始化速度分布(S814)。選擇與硬碟驅動器的操作溫度相應的最佳速度分布。由於通常在維持為恆定溫度狀態的潔淨地方寫入螺旋基準伺服信號，因此根據該潔淨地方的溫度選擇速度分布。隨著螺旋基準伺服信號寫入的進行，由於電機和電熱能，盤的溫度從初始溫度逐漸上升。
當盤的熱膨脹係數是22.0×10-6時，25mm大小的盤在溫度增加4℃時盤的熱膨脹可計算如下。
25mm(＝OD-ID)×22.0×10-6×4℃＝2.2μm假定軌道間距是220nm，當溫度改變4℃時產生與大約10個軌道相當的誤差。
等待時鐘信號(S816)，即，等待螺旋基準伺服信號的寫入開始處的盤圓周位置。時鐘信號在盤的外周被同心地寫入，並被用於指示螺旋基準伺服信號被寫入的間隔。
當檢測到時鐘信號時，根據速度分布加速讀/寫頭12(S818)。寫入螺旋基準伺服信號，直到致動臂13以及相應的讀/寫頭12移動了預定角度(S820)。根據本發明的實施例，在讀/寫頭12以恆定速度移動的同時，將螺旋基準伺服信號的寫入持續預定時間。這裡，所述預定時間與盤的熱膨脹不存在時從螺旋基準伺服信號的基準寫入起始位置到基準寫入結束位置的距離相應，例如圖6A中的Tf。在該過程中，以圖2所示的螺旋形狀寫入螺旋基準伺服信號。
當檢測到盤的內周的基準圖案R2時，讀/寫頭12減速到預定速度(S822)。詳細地，即使過去了所述預定時間，也連續驅動讀/寫頭12，直到從盤的內周檢測到基準圖案R2。當檢測基準圖案R2時，讀/寫頭12減速。為了得到誤差，檢測致動臂在所述預定時間過去後直到檢測到盤的內周的基準圖案的移動角度。根據本發明的實施例，在所述預定時間後直到檢測到基準圖案的期間，以恆定速度驅動讀/寫頭12。
讀取結束位置，並且SC增加1(S824)，通過讀取寫在盤的內周的軌道號和基準軌道R2的讀/寫頭的位置可以識別結束位置。
確定SC是否大於SN(S826)。即，檢驗是否所有的螺旋軌道被寫，如果所有的螺旋軌道被寫，則終止螺旋基準伺服信號寫入步驟。在步驟S826中，如果不是所有的螺旋軌道被寫，即，如果SC不大於SN，則進程返回到S810。
在S812，確定誤差是否大於EB。該誤差指示由於溫度改變而改變的螺旋軌道部分的長度。
詳細地，通過得到在所述預定時間過去後一直到檢測到在盤的內周寫入的基準圖案R2的時間，然後參照讀/寫頭12的驅動速度將得到的時間計算為距離，從而得到誤差。
在S812，當誤差不大於EB時，即，沒有誤差，或者即使存在誤差但是誤差小於極限時，進程行進到S814，下一個螺旋軌道被寫。按照當螺旋軌道被寫入時先前使用的速度分布的方式使用該速度分布。
在S812，當誤差大於EB，即誤差大於所允許的極限時，進程行進到S828，並在如圖6C所示校正速度分布後經S810返回到S814。詳細地，參照誤差來校正速度分布，並根據校正的速度分布寫入螺旋基準伺服信號。
在S828，速度分布被校正了如圖6C所示的誤差那麼多。為了補償該誤差，有用於調整盤的旋轉速度的方法和用於補償讀/寫頭的驅動速度的方法。由於在前一方法中，由於盤的角速度的變化而導致螺旋軌道的角度不是常量，因此，使用後一方法。
詳細地，相應於誤差，將用於驅動致動臂的推針的驅動步長，即，一次驅動的長度，校正所述誤差那麼多。這通過調整用於驅動推針的驅動電機的編碼器間隔來執行。此外，調整螺旋基準伺服信號的位間隔。
為了寫入螺旋基準伺服信號，第87-8922號的韓國實用新型(公開於1987年6月13日)和第2000-34856號的韓國專利(公開於2000年6月26日)公開了一種使用推針的致動臂的驅動方法。
本發明可以作為方法、設備和系統來實現。當以軟體來實現本發明時，本發明的構成元件是執行所需工作的代碼段。程序或者代碼段可以被存儲在處理器可讀介質上或者在傳輸介質或通信網絡中通過與載波結合的計算機數據信號發送。處理器可讀介質包括任何能夠存儲或發送信息的介質。例如，處理器可讀介質可以是電子電路、半導體存儲器裝置、ROM、閃速存儲器、可擦除ROM(EROM)、軟盤、光碟、硬碟、光纖介質或無線射頻(RF)網絡。計算機數據信號包括可通過傳輸介質如電子網絡信道、光纖、空氣、電場或RF網絡傳播的任何信號。
雖然已經參照優選實施例詳細表示和描述了本發明，但是本領域的技術人員應該理解，在不脫離由權利要求限定的本發明的精神和範圍的情況下，可以作出形式和細節上的各種改變。
如上所述，根據本發明的用於寫入螺旋基準伺服信號的方法，通過校正速度分布，在寫入螺旋基準伺服信號的過程中通過補償由於溫度的升高引起的盤膨脹導致的誤差，可以寫入準確的螺旋基準伺服信號。
權利要求
1.一種用於寫入螺旋基準伺服信號的方法，所述方法適於硬碟驅動器中的自伺服寫入方法，所述寫入螺旋基準伺服信號的方法包括在螺旋基準伺服信號寫入的結束方向上，在盤上同心地寫入第一基準圖案；從當前螺旋軌道的基準寫入起始位置開始，在當前螺旋軌道上寫入螺旋基準伺服信號；在讀/寫頭移動了預定角度之後，檢測所述讀/寫頭向著所述第一基準圖案的移動角度，所述預定角度相應於在不存在盤的熱膨脹的情況下從所述螺旋基準伺服信號的所述基準寫入起始位置到基準寫入結束位置的距離；參照檢測到的所述讀/寫頭的移動角度補償所述讀/寫頭的驅動速度；以補償的所述讀/寫頭的驅動速度在下一個螺旋軌道上寫入螺旋基準伺服信號。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述的第一基準圖案包括多個基準軌道，所述基準軌道的每個具有至少一個軌道號。
3.如權利要求1所述的方法，還包括在螺旋基準伺服信號寫入的起始方向上，在盤上同心地寫入第二基準圖案；相對於第二基準圖案確定螺旋基準伺服信號的基準寫入起始位置。
4.如權利要求3所述的方法，其中，所述的第二基準圖案包括多個基準軌道，所述基準軌道的每個具有至少一個軌道號。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所述的讀/寫頭由推針驅動，所述推針由高精度電機或高精度音圈電機驅動。
6.如權利要求1所述的方法，其中，從所述基準寫入起始位置到所述第一基準圖案以恆定速度驅動所述讀/寫頭。
7.一種用於寫入螺旋基準伺服信號的方法，所述方法適於在硬碟驅動器中的盤的徑向上的自伺服寫入方法，所述寫入螺旋基準伺服信號的方法包括讀取螺旋基準伺服信號的基準寫入起始位置；檢測讀/寫頭從所述基準寫入起始位置到第一基準圖案的移動角度，所述第一基準圖案是在螺旋基準伺服信號寫入的結束方向上寫入的；參照所述基準寫入起始位置和所述讀/寫頭的移動角度得到由於盤的熱膨脹引起的誤差；通過應用得到的誤差補償所述讀/寫頭的驅動速度；以補償的所述讀/寫頭的驅動速度寫入螺旋基準伺服信號。
8.一種用於補償在寫入過程中由於盤的熱膨脹引起的誤差的溫度補償方法，所述溫度補償方法可用於在基準圖案分別寫在其內周和外周的盤上寫入螺旋基準伺服信號的方法，所述寫入螺旋基準伺服信號的方法適用於硬碟驅動器的自伺服寫入，所述溫度補償方法包括從當前螺旋軌道的基準寫入起始位置在盤的徑向方向上寫入螺旋基準伺服信號；在讀/寫頭移動預定角度後，檢測讀/寫頭向著在螺旋基準伺服信號寫入的結束方向上的第一基準圖案的移動角度，所述預定角度相應於在不存在盤的熱膨脹的情況下從所述螺旋基準伺服信號的所述基準寫入起始位置到基準寫入結束位置的距離；參照檢測到的所述讀/寫頭的移動角度，補償所述讀/寫頭的驅動速度。
9.如權利要求8所述的方法，還包括相對於第二基準圖案確定螺旋基準伺服信號的基準寫入起始位置，所述第二基準圖案存在於在盤上寫入螺旋基準伺服信號的起始方向上。
全文摘要
提供了一種用於寫入螺旋基準伺服信號的方法，該方法適合於硬碟驅動器中的自伺服寫入方法。該方法包括在螺旋基準伺服信號寫入的結束方向上在盤上同心地寫入第一基準圖案；從當前螺旋軌道的基準寫入起始位置，在當前螺旋軌道上寫入螺旋基準伺服信號；在讀/寫頭移動預定角度後，檢測所述讀/寫頭向著所述第一基準圖案的移動角度，所述預定角度與不存在盤的熱膨脹的情況下從螺旋基準伺服信號的所述基準寫入起始位置到基準寫入結束位置的距離相應；參照所述檢測到的讀/寫頭的移動角度補償所述讀/寫頭的驅動速度；以補償的所述讀/寫頭的驅動速度在下一個螺旋軌道上寫入所述螺旋基準伺服信號。
文檔編號G11B5/596GK1801379SQ20051012371
公開日2006年7月12日 申請日期2005年11月18日 優先權日2004年11月18日
發明者金澈淳, 沈俊錫, 樸成源 申請人:三星電子株式會社