測量讀/寫頭的加載/卸載速度的方法和裝置的製作方法

2023-07-22 09:46:56

專利名稱：測量讀/寫頭的加載/卸載速度的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量讀/寫頭的加載/卸載速度的方法和裝置。
背景技術：
如本領域所公知的，大多數小型(form factor)硬碟驅動器利用一匝道(ramp)加載/卸載程序，通過旋轉讀/寫頭臂(arm)使讀/寫頭沿著一匝道向下移動，以將讀/寫頭載到硬碟上(即放到讀/寫硬碟的位置)。另外，如本領域所公知的，當完成從硬碟的數據存取後，旋轉讀/寫頭臂以使讀/寫頭沿著該匝道向上移動，將讀/寫頭從硬碟卸載。
為確保硬碟驅動器的長期可靠性，應當控制上述讀/寫頭在該匝道上的加載/卸載，以免損壞硬碟和讀/寫頭。通常，這涉及使用伺服控制系統，該伺服控制系統試圖在最佳的軌跡上保持讀/寫頭的加載/卸載速度。因此，這其中，需要測量加載/卸載過程中讀/寫頭的速度。
眾所周知，讀/寫頭的運動，是通過將電流施加到音圈磁鐵(「VCM」)上，使讀/寫頭臂旋轉來產生。測量讀/寫頭速度的現有技術方法，通常需要使用數模轉換器來測量在VCM中生成的反電動勢(back-EMF)電壓。眾所周知，VCM反電動勢(back-EMF)與VCM的角速度成比例，這就提供了測量讀/寫頭速度的方法。這些現有技術方法的問題在於它們(a)電路通常很複雜；以及(b)要求印刷電路板上留出額外的空間。因此，現有技術方法導致硬碟驅動器成本增加。
鑑於上面所述，極需克服上面現有技術中的一個或多個問題。

發明內容
為了解決上述現有技術的問題和不足，本發明的目的在於提供一種可用於測量硬碟驅動器讀/寫頭加載/卸載速度的裝置，其中，含有線圈的硬碟驅動器產生運動。該裝置包括(a)控制器，輸出被用作第一組件的輸入的一個或多個數位訊號，以及作為響應，該第一組件輸出參考電壓；(b)第二組件，響應線圈的電壓輸出和參考電壓，並輸出在該線圈電壓和該參考電壓間的差值的測量值；以及(c)第三組件，響應該差值的測量值，如果該線圈電壓大於該參考電壓，輸出第一值，以及如果該線圈電壓低於該參考電壓，輸出第二值，第三組件的輸出被用作控制器的輸入；其中，該控制器執行檢索算法，改變一個或多個數位訊號，同時觀察該第三組件輸出的變化，以便提供該線圈電壓的數字估計值，該估算值被用於測量該讀/寫頭的速度。


圖1表示一測量讀/寫頭速度裝置的框圖，該裝置是根據本發明的一個或多個實施例製作的；圖2表示根據本發明的一個或多個實施例創建的算法的流程圖，該算法由圖1所示的裝置的控制器執行，該算法用來提供讀/寫頭速度的測量值；圖3表示根據本發明的一個或多個備選實施例創建的算法的流程圖，由一根據本發明的一個或多個備選實施例，並使用了N位的數模轉換器(「DAC」)的控制器執行該算法，該算法用來提供讀/寫頭速度的測量值；圖4表示用來製作圖1所示的裝置的一個或多個實施例的電路圖；圖5表示根據本發明的一個或多個實施例製作的算法的流程圖，該算法使讀/寫頭速度接近預定的讀/寫頭速度值，也就是，目標速度；圖6表示執行圖5中所示的算法的裝置的框圖，該裝置根據本發明的一個或多個實施例製作而成。
具體實施例方式
以下將用本發明的具體實施方式
並結合附圖作進一步說明。
本發明的一個或多個實施例的測量裝置，當硬碟讀/寫頭(a)被從一匝道載到硬碟上時；或(b)從硬碟卸載到該匝道上時，該測量裝置用以測量讀/寫頭速度。眾所周知，讀/寫頭附在一讀/寫頭臂上，該讀/寫頭臂由一硬碟驅動器運動機構所驅動，該硬碟驅動器運動機構包括通常稱為音圈磁鐵(「VCM」)的線圈。根據這種結構，讀/寫頭從離一支點固定的距離作旋轉。我們還知道，為使讀/寫頭運動，將電流脈衝施加到VCM上，該電流脈衝使讀/寫頭臂開始移動。在電流脈衝衰減後，讀/寫頭臂繼續移動(由於慣性)，由於這一運動，將在VCM中生成反電動勢(back-EMF)電壓。我們已知道，VCM的反電動勢(back-EMF)電壓與VCM的角速度成比例，因而，與硬碟驅動器讀/寫頭的線速度成比例。因此，可以用VCM反電動勢(back-EMF)電壓提供讀/寫頭速度的測量值。
圖1表示的是讀/寫頭速度的測量裝置1000的框圖，該裝置1000是根據本發明的一個或多個實施例所製作。假定裝置1000利用VD的測量帶寬，VD/2為帶寬的中間值。如圖1所示，控制器100產生N+1個數位訊號、或輸出信號GPIO(O)到GPIO(N)，並把數位訊號或輸出信號GPIO(O)到GPIO(N)作為電阻器R(O)至R(N)的輸入。根據本發明的一個或多個實施例，控制器100可以是硬碟驅動器中的微控制器，更具體地說，控制器100可以是數位訊號處理器(「DSP」)。根據本發明的一個或多個這些實施例，可以用但不限於DSP的通用I/O輸出，提供數位訊號或輸出信號GPIO(O)至GPIO(N)。另外，假定選用GPIO(O)至GPIO(N)和R(O)至R(N)，以使自電阻器R(O)至R(N)的電壓輸出範圍(也就是通過改變GPIO(O)到GPIO(N)的信號值所得到的範圍)，將會是從O到VD，而中點在VD/2。
進一步如圖1所示，(在驅動讀/寫頭運動的電流衰減後)在VCM中生成的反電動勢(back-EMF)被用作電路組件110在輸入埠1101(正輸入)和輸入埠1102(負輸入)的輸入，其中電路組件110通過單位放大，並輸出信號Vback＝VD/2+VCM反電動勢。可以利用商業上容易獲得的組件以及利用本領域普通技術人員公知的多種方法的任何一種製作電路組件110。
進一步如圖1所示，在總和點120，來自電路組件110的輸出(即Vback)減去來自電阻器R(O)至R(N)的輸出(即Vref)，再加上VD/2，以及將該差值作為放大器130的輸入(即，放大器130的輸入＝Vback-Vref+VD/2)。如本領域的普通技術人員能很容易意識到，使用放大器130來調節信號以及提供適當的電壓電平。接著，將來自放大器130的放大的差值輸出作為比較器140的正端子的輸入，並且將VD/2作為比較器140的負端子的輸入。接著，來自比較器140的輸出150被用作控制器100的輸入。容易理解，如果Vback-Vref+VD/2＜VD/2，則輸出150為O，以及Vback-Vref+VD/2＞VD/2，則輸出150為例如但不限於1。可以利用商業上很容易獲得的組件，以及利用對本領域的普通技術人員來說周知的多個方法的任何一個來製作放大器130和比較器140。
根據本發明的一個或多個實施例，電阻器R(O)至R(N)具有電阻值R(i)＝2i*R。因此，通過將具有預定電壓電平(O或V)的數字輸入作為電阻R(O)至R(N)的輸入，來自電阻器R(O)至R(N)的電壓輸出可以具有2N+1個不同值。如下面將詳細地描述，以及根據本發明的一個或多個實施例，裝置1000提供具有2N+1解析度的讀/寫頭的速度的測量值。
圖2表示根據本發明的一個或多個實施例製作的算法流程圖，由裝置1000的控制器100執行該算法，以及使用該算法來提供讀/寫頭速度的一個測量值。根據本發明的一個或多個實施例，該算法是二進位檢索算法。
如圖2所示，在單元400，控制器100將每一個數字輸出GPIO(O)至GPIO(N)設置為0。然後將控制轉移到單元410。
在單元410，控制器100輸出GPIO(O)至GPIO(N)後，等待裝置1000就緒(settle)。然後將控制轉移到單元420。
在單元420，控制器100將數字狀態變量TargetState設置等於數字狀態值Comparator State的邏輯相反值，其中Comparator State對應於圖1所示的來自比較器140的輸出150。根據本發明的一個或多個實施例，(a)當GPIO(O)至GPIO(N)每一個數字輸出＝0時，如果VCM反電動勢＜Vref，則Comparator State具有第一數字狀態值(例如但不限於0)；以及(b)，當GPIO(O)至GPIO(N)每一個數字輸出＝0時，如果VOM反電動勢＞Vref，則Comparator State具有第二數字值(例如但不限於1)。然後上述算法執行二進位檢索以決定VCM反電動勢。然後將控制轉移到430。
在單元430，控制器100將N設置等於測量用的偏移比特數。根據本發明的一個或多個這些實施例，這將決定速度測量的解析度。然後將控制轉移到單元400，開始二進位檢索的循環。
在單元440，控制器100將GPIO(N)設置成相應於邏輯1的電壓，即是將第N個通用輸出數位訊號設置成邏輯1，而其餘的數字輸出則保持它們以前的值。注意，二進位檢索是從最高有效位開始並向下到最低有效位。然後將控制轉移到單元450。
在單元450，控制器100等待裝置1000就緒。然後將控制轉移到單元460。
在判定單元460，控制器100判定Comparator State(即，輸出狀態150)是否等於TargetState。實質上，這決定Vref是否足夠大以致VCM反電動勢信號與Vref間的差值已經改變符號。如果是的話，將控制轉移到單元470，否則將控制轉移到單元判定單元480。
在單元470，控制器100將GPIO(N)設置成等於0。實質上，Vref太大，將Vref降低到在單元440增加前的值。然後將控制轉移到單元480。
在判定單元480，控制器100判定N是否等於0。如果是的話，將控制轉移到單元500，否則將控制轉移到單元490。
在單元490，控制器100設置N＝N-1。然後，將控制轉移到單元440以繼續檢索。
在單元500，控制器100進行下述轉換將((由GPIO(O)至GPIO(N)提供的取值範圍，即2N+1)/2減去由GPIO(O)至GPIO(N)所代表的值)轉換成電壓，並將該電壓乘以比例常數，以將該電壓轉換成速度；該比例常數可以基於特定的驅動器特性，例如但不限於磁鐵強度、線圈匝數等等，由本領域的普通技術人員按慣例決定，並不需過度的試驗。
本發明的一個或多個備選實施例，通過用單個電阻器和N位DAC(數模轉換器)，代替圖1所示的裝置1000的相加電阻器R(O)至R(N)來製作。根據一個或多個這樣的實施例(a)將來自控制器100的N個數字輸出作為N位DAC的輸入；(b)將來自N位DAC的輸出電壓用作電阻器的輸入；以及(c)將來自電阻器的輸出電壓(Vref)用作圖1所示的裝置1000的總和點120的輸入。
圖3表示根據本發明的一個或多個實施例製作的算法流程圖，根據利用N位DAC的本發明的一個或多個備選實施例，由控制器執行該算法，以及使用該算法來提供讀/寫頭速度的一個測量值。實質上，該算法是二進位檢索。
如圖3所示，在單元1400，控制器100將d設置成等於2(N-1)，D＝d，以及DAC＝0，其中(a)D是來自該算法的輸出；(b)DAC是來自N位DAC的輸出電壓；以及(c)d表示N位DAC的N位數字輸入。然後，將控制轉移到單元1410。
在單元1410，控制器100將輸入應用到N位DAC後，等待裝置1000就緒。然後將控制轉移到單元1420。
在單元1420，控制器100將數字狀態變量TargetState設置成等於數字狀態值Comparator State的邏輯相反值，其中ComparatorState相應於圖1所示的來自比較器140的輸出150。類似以前的算法，執行這一算法搜索N位DAC的值，該值使Comparator State從DAC設置為0時的初始值發生改變。然後將控制轉移到單元1430。
在單元1430，控制器100將N設置成等於DAC比特數。根據本發明的一個或多個這樣的實施例，這將決定速度測量的解析度。控制轉移到從單元1440開始的循環。
在單元1440，控制器100設置DAC＝D以及UP＝+1。然後將控制轉移到單元1450。
在單元1450，控制器100等待裝置1000就緒。然後，將控制轉移到單元1460。
在判定單元1460，控制器100判定Comparator State(即，數字輸出狀態150)是否等於TargetState。實質上，這是決定是否已經從VCM反電動勢信號減去足夠大的量以致於它與Vref間的差值已經改變符號。如果是的話，將控制轉移到單元1470，否則，將控制轉移到判定單元1480。
在單元1470，控制器100設置UP等於-1。實質上，已經從VCM反電動勢信號減去太多，返回重新設定減去的數量，再返回以減去稍微較小的量。然後將控制轉移到判定單元1480。
在判定單元1480，控制器100判定N是否等於0。如果是的話，將控制轉移到單元1500，否則將控制轉移到單元1490。
在單元1490，控制器100設置N＝N-1，d＝d/2，D＝D+(UP*d)。然後將控制轉移到單元1440。
在單元1500，控制器100作下述轉換將((由DAC提供的取值範圍)/2減去用D表示的值)轉換成電壓，再將該電壓乘以一個比例常數來將該電壓轉換成速度，該比例常數可以由本領域的普通技術人員基於特定的驅動器特徵，例如但不限於磁鐵的強度、線圈的匝數等等，按慣例進行決定，並不需過度的試驗。
圖4表示用來製作圖1中所示的裝置1000的一個或多個實施例的電路圖。如圖1所示，來自控制器(為便於理解本發明，在圖4中未示出)的數字輸出GPIO(O)至GPIO(N)被用作電阻器R(O)至R(N)的輸入，來自電阻器R(O)至R(N)的輸出被用作總合點120的輸入。
如圖4進一步所示，來自VCM的「正」端的輸入(即VCM反電動勢的VCMP)被用作端子1101的輸入，在那裡由一電阻器調整，在總和點121增加到VD/2，並作為差分放大器135的負端輸入。如圖4進一步所示，來自VCM的「負」端的輸入(即VCM反電動勢的VCMN)被用作端子1102的輸入，在那裡由一電阻器調整，加到Vref(下面將描述)，並用作差分放大器135的負端的輸入。如上面結合圖1所述，Vref是在接收以數字輸出GPIO(O)至GPIO(N)的形式的輸入後，由來自電阻器R(O)至R(N)的輸出所決定。
如圖4進一步所示，來自差分放大器135的輸出被用作比較器145的正端的輸入。最後，如圖4中進一步所示，VD/2被用作比較器140的負端輸入。
如上面參考圖1所述，如果Vback-Vref+VD/2＜VD/2，來自比較器145的輸出150為0，如果Vback-Vref+VD/2＞VD/2，則輸出150為VD(以此為例，並不限於此)。可以利用本領域的普通技術人員公知的多個適當組件的任何一個製作差分放大器135以及比較器145。
圖5表示根據本發明的一個或多個實施例創建的算法流程圖，可以通過例如但不限於圖6所示的裝置2000的控制器900執行該算法。這一算法是利用讀/寫頭速度的測量的反饋，使讀/寫頭接近預定的讀/寫頭速度，即目標速度的反饋控制算法。正如從圖6可以很容易理解到的，裝置2000包括圖1所示的裝置1000，並增加了VCM電流驅動器910。對這一實施例，僅使用圖1所示的電阻器R(0)。
如圖5所示，在單元700，控制器900輸出GPIO(O)以便生成對應於讀/寫頭速度的目標值，即目標速度的參考電壓電平。然後控制傳送到單元710。
在單元710，控制器9000等待電路就緒。然後控制傳送到單元720。
在單元720，控制器900停用VCM電流驅動器910。然後將控制轉移到單元730。
在單元730，控制器900等待電路從停用VCM電流驅動器910的狀態恢復過來。然後將控制轉移到單元740。
在單元740，控制器900採樣Comparator State(例如，圖6所示的來自比較器940的數字輸出狀態信號950)。然後將控制轉移到判定單元750。
在判定單元750，控制器900判定是否Comparator State＝0，以便判定VCM反電動勢是否低於參考電壓電平。如果是的話，將控制轉移到單元760，否則將控制轉移到單元770。
在單元760，控制器900設置VelocityError＝+Vconstant。實質上，VCM反電動勢低於參考電壓電平，必須將更多的電流施加到VCM上以便加速讀/寫頭。然後將控制轉移到單元780。
在單元770，控制器900設置VelocityError＝-Vconstant。實質上，VCM反電動勢高於參考電壓電平。然後將控制轉移到單元780。
在單元780，控制器900設置ControlOutput＝(VelocityError*PROPORTIONALgain)+Integrator。在本發明中，ControlOutput為施加到VCM上的加速或減速該讀/寫頭的電流量，以使讀/寫頭的速度接近所需目標速度。可以基於特定的驅動器的特性和所需性能，由本領域的普通技術人員按慣例來決定適當的Vconstant和PROPORTIONALgain值，並不需過度的試驗。然後將控制轉移到單元790。
在單元790，控制器900激活VCM電流驅動器910，並將電流輸出設置成等於ControlOutput。然後將控制轉移到單元800。
在單元800，控制器900通過設置Integrator＝Integrator+(VelocityError*INTEGRATORgain)以求校正量總和。可以基於特定的硬碟驅動器的機械特性和所需的性能，由本領域的普通技術人員按慣例試驗來決定適當的INTEGRATORgain值，並不需過度的試驗。
在單元810，控制器900等侯VCM電流驅動器910輸出電流的預定時間。然後將控制轉移到單元820。
在判定單元820，控制器900判定是否已經請求終止算法。如果是的話，將控制轉移到830以便退出，否則將控制轉移到單元720。
儘管在此已經詳細地示出和描述了包含本發明的多種實施例，本領域的技術人員仍能很容易地推導出包含上述技術特徵及技術效果的本發明的許多其他不同的實施例。
權利要求
1.一種用於在硬碟驅動器中測量讀/寫頭加載/卸載速度的裝置，所述讀/寫頭由包括一線圈的硬碟驅動器運動機構產生運動，該裝置包括控制器，輸出被用作第一組件的輸入的一個或多個數位訊號；所述第一組件則輸出一參考電壓以作為響應；第二組件，響應所述線圈的電壓輸出以及所述參考電壓，以輸出所述線圈電壓和所述參考電壓之間差值的測量值；以及第三組件，響應所述差值的測量值，如果所述線圈電壓大於所述參考電壓，輸出第一值，以及如果所述線圈電壓低於所述參考電壓，輸出第二值，所述第三組件的輸出被用作所述控制器的輸入；其中，當所述控制器觀察所述第三組件輸出的變化時，便執行檢索算法，來改變一個或多個數位訊號，以便提供所述線圈電壓的數字估計值，所述估計值用作所述讀/寫頭速度的一個測量值。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述第一組件包括一個或多個電阻器。
3.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述第一組件包括具有一個或多個輸入的數模轉換器(DAC)，所述數模轉換器的輸出被用作電阻器的輸入。
4.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述第三組件是比較器。
5.如權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述第三組件是比較器。
6.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述第二組件是差分放大器。
7.如權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述第二組件是差分放大器。
8.在硬碟驅動器中控制讀/寫頭速度的裝置，所述運動由包括一線圈的硬碟驅動器運動機構所驅動，該線圈的作用在於使讀/寫頭接近預定的速度值，該裝置包括電流驅動器，響應電流信號，將電流施加到所述線圈上；控制器，輸出(a)用作第一組件的輸入的一個或多個數位訊號；所述第一組件輸出一參考電壓以作為響應；以及(b)所述電流信號；第二組件，響應所述線圈的電壓輸出和所述參考電壓，以輸出所述線圈電壓和所述參考電壓之間的差值的測量值；以及第三組件，響應所述差值的測量值，如果所述線圈電壓大於所述參考電壓，輸出第一值，以及如果所述線圈電壓低於所述參考電壓，輸出第二值，所述第三組件的輸出被用作所述控制器的輸入；其中，當所述控制器觀察所述第三組件輸出中的變化時，便執行反饋算法來改變所述電流信號；其中，每當所述第三組件的輸出等於所述第二值時，所述反饋算法使得所述電流信號將更多電流提供到線圈上，否則，使得所述電流信號提供較少電流。
全文摘要
本發明涉及一種在硬碟驅動器的讀/寫頭運動時，測量其讀/寫頭速度裝置，其中引起該運動的硬碟驅動器運動機構包括一個線圈。該裝置包括(1)控制器，它輸出一個或多個數位訊號，作為第一組件的輸入信號；該第一組件會輸出一參考電壓以作為響應；(2)第二組件，響應上述線圈的電壓輸出和該參考電壓，並將該線圈電壓和該參考電壓間的差值的測量值作為輸出；以及(3)第三組件，響應該差值的測量值，如果該線圈電壓大於該參考電壓，輸出第一個值；如果該線圈電壓低於該參考電壓，輸出第二個值；該第三組件的輸出被用作控制器的輸入；其中，當該控制器觀察第三組件輸出的變化時，便執行一檢索算法來改變一個或多個數位訊號，以提供線圈電壓的數字估計值，該估計值被用作讀/寫頭速度的一個測量值。
文檔編號G11B5/455GK1681037SQ200410084868
公開日2005年10月12日 申請日期2004年10月8日 優先權日2003年10月16日
發明者戴維·M·德魯因, 埃弗若漢姆·佩若海 申請人:南方匯通微硬碟科技有限公司