專利名稱：校準和控制記錄磁盤驅(qū)動器懸浮高度致動器的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種記錄磁盤驅(qū)動器，更具體地說，涉及一種具有懸浮高度致動器的磁盤驅(qū)動器，所述懸浮高度致動器用于控制讀取/寫入磁頭與磁盤之間的間距。
背景技術(shù)：
硬盤記錄磁盤驅(qū)動器采用讀取/寫入變換器或磁頭來向磁盤讀取和/或?qū)懭霐?shù)據(jù)，所述變換器或磁頭安裝在磁頭載體上。一般，所述磁頭載體是氣浮軸承(air-bearing)滑塊，通過一個懸掛支撐件連接在致動器上，并且通過該懸掛支撐件定位在與磁盤表面非常接近的位置。一般，疊置在磁盤驅(qū)動器內(nèi)的磁盤具有與整個疊層中的每個磁盤的表面相關(guān)的滑塊-懸掛支撐組件。
磁頭與磁盤表面之間的間隙或間距被稱為懸浮高度?；瑝K具有面對磁盤的氣浮軸承表面(ABS)，這導致該滑塊能夠漂浮在由磁盤旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的氣浮軸承或襯墊上。該滑塊連接在懸掛支撐件的彎曲部分上，所述懸掛支撐件包括負載梁，該梁向滑塊施加負載力，以在允許滑塊“俯仰”和“滾動”時抵消氣浮軸承力。滑塊的懸浮動態(tài)以及懸浮高度受到各種參數(shù)的影響，例如磁盤旋轉(zhuǎn)速度、滑塊ABS的空氣動力學形狀、懸掛支撐件施加到滑塊上的負載力、以及由懸掛支撐件施加到滑塊上的俯仰和滾動扭矩。
磁盤驅(qū)動器被設(shè)計為使用懸浮高度致動器來改變磁頭和磁盤表面之間的間距。一種類型的懸浮高度致動器為熱式致動器，其具有位于滑塊上接近磁頭位置的電阻加熱器。當電流施加到加熱器上時，加熱器膨脹導致磁頭“凸出”，從而移動得與磁盤表面更接近。其它類型的將磁頭相對于滑塊移動的懸浮高度致動器包括靜電微致動器和壓電致動器。其它類型的懸浮高度致動器也是基于熱、靜電或壓電技術(shù)，通過改變氣浮軸承或滑塊ABS的形狀來改變磁頭-磁盤間距。
懸浮高度致動器必須精確地校準，使磁頭磁盤間隔能受到控制。校準需要獲知導致磁頭-磁盤接觸(HDC)的控制信號的值。如果懸浮高度致動器是具有位于滑塊上接近磁頭位置的電阻加熱器的熱式致動器，則本控制信號的值就是HDC導致的加熱能量的值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為校準和控制記錄磁盤驅(qū)動器的懸浮高度致動器的系統(tǒng)和方法。該校準方法使用從磁阻(MR)讀取磁頭送出的信號來確定磁頭-磁盤接觸(HDC)和HDC導致的懸浮高度致動器控制信號。在滑塊與磁盤脫離接觸時，在一個低頻范圍內(nèi)測量該MR信號，以得到參考值。隨后在相同的低頻范圍內(nèi)測量該MR信號，將測量值與參考值相比較。按照本系統(tǒng)和方法的一方面，模擬的MR信號被數(shù)字化并輸入至數(shù)字信號處理器，該處理器具有對低頻范圍內(nèi)的信號振幅進行積分的電路和/或軟件，優(yōu)選的，該范圍為大約0.1至2MHz。在滑塊與磁盤脫離接觸時，由積分計算出的值是參考值。當磁頭和磁盤之間的間距可以變化時，在磁盤驅(qū)動器的操作過程中也執(zhí)行相同的積分，并將測量值與參考值比較。如果測量值超過參考值預定量，則表示HDC開始或者HDC已經(jīng)發(fā)生。HDC的懸浮高度致動器控制信號值被記錄，與該值相應(yīng)的磁頭-磁盤間距為零。
校準方法也確定磁頭-磁盤間距對于懸浮高度致動器控制信號的敏感度，也就是說，由給定的控制信號的變化所造成的間距的變化，通過為一系列相應(yīng)的控制信號測量一系列MR讀取信號的振幅來實現(xiàn)。MR讀取信號振幅的變化可以用于確定使用不同技術(shù)的磁頭-磁盤間距的變化，包括那些基于Wallace間距損失公式的變化。
隨后，該懸浮高度致動器通過敏感度和導致磁頭-磁盤間距為零的控制信號值來校準。在一個例子中，如果懸浮高度致動器為具有位于滑塊上接近磁頭位置的加熱器的熱式致動器，則校準曲線大致為磁頭-磁盤間隔對于加熱能量的線性函數(shù)，而敏感度則為該線的斜率。隨后，控制該懸浮高度致動器將磁頭移動到希望的懸浮高度并保持在該希望的懸浮高度。
該方法被應(yīng)用于磁頭/磁盤檢測器或“自旋支架(spin stands)”以簡化滑塊-懸掛支撐組件和懸浮高度致動器，以及磁盤驅(qū)動器的設(shè)計和檢測。本發(fā)明也涉及具有懸浮高度致動器和數(shù)字信號處理器的記錄磁盤驅(qū)動器，該數(shù)字信號處理器具有執(zhí)行上述校準和控制的電路和/或軟件。
為了更全面地理解本發(fā)明的特性和優(yōu)點，需要參考下文中結(jié)合附圖的詳細描述。


圖1為記錄磁盤驅(qū)動器的示意性框圖；圖2為磁盤表面上的氣浮軸承滑塊的端部部分的截面視圖，并示出位于滑塊上的熱式懸浮高度致動器、讀取磁頭和寫入磁頭；圖3A-3C示出在對懸浮高度致動器施加三個逐步增加的能量下，作為頻率函數(shù)的讀入信號的振幅；圖4為在熱懸浮高度致動器上施加特定的能量時，低頻的磁頭-磁盤接觸(HDC)振動信號的傅立葉變換；圖5示出三個參數(shù)(由于HDC的積分等效噪聲比、傳統(tǒng)聲波發(fā)射傳感器的輸出振幅比、和聲波發(fā)射標準偏離比)對特定的滑塊-懸掛支撐組件的加熱能量；圖6為校準曲線，示出磁頭-磁盤間距與加熱能量之間大致的線性關(guān)系，同時示出將磁頭-磁盤間距控制到希望間距的方法。
具體實施例方式
本發(fā)明可應(yīng)用于具有磁頭懸浮高度致動器的磁盤驅(qū)動器中，所述致動器將讀取-寫入磁頭相對于滑塊移動，或者改變氣流(air-flow)或滑塊的氣浮軸承表面(air-bearing surface，ABS)的形狀，以控制磁頭-磁盤間距。本發(fā)明不僅能夠應(yīng)用于記錄磁盤驅(qū)動器，還能夠應(yīng)用于磁頭-磁盤測試設(shè)備或“自旋支架(spin stands)”，所述“自旋支架”在磁盤驅(qū)動器制造過程中被用于設(shè)計和測試記錄磁盤驅(qū)動器中的磁頭-磁盤接觸面。
圖1為記錄磁盤驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)示意圖。磁盤驅(qū)動器包括具有表面11和12的磁性記錄盤10，其每個表面都具有磁性記錄層。磁盤10被安裝在主軸16上，并通過主軸馬達8的驅(qū)動而圍繞垂直于磁盤表面11、12的軸旋轉(zhuǎn)。磁頭載體或滑塊13位于接近磁盤10表面11的位置?；瑝K13是氣浮軸承滑塊，其具有與磁盤表面11相對的氣浮軸承表面(ABS)20和尾端22?；瑝K13在其尾端22上支撐著一個讀取/寫入轉(zhuǎn)換器或磁頭21，用于從磁盤表面11的磁介質(zhì)中讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)。磁頭21為雙元件磁頭，其具有感應(yīng)寫入元件或磁頭70和磁阻(MR)讀取元件或磁頭60?；瑝K13通過懸掛支撐件15連接在致動器臂14上。該懸掛支撐件15提供了將滑塊13壓向磁盤表面11的彈性力。也支撐有讀取/寫入磁頭的第二磁頭載體或滑塊17位于磁盤10的表面12上，并通過懸掛支撐件19連接在致動器臂14上。
致動器臂14連接在旋轉(zhuǎn)致動器27上。該致動器一般是旋轉(zhuǎn)式音圈馬達(VCM)，其包括在固定磁場內(nèi)可移動的線圈，線圈移動的方向和速度受到硬盤控制器29供給的馬達電流信號的控制。當磁盤10旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)致動器27將滑塊13、17在它們各自的磁盤表面11、12上沿著大致弧形的軌道徑向地向內(nèi)和向外移動，使得讀取/寫入磁頭能夠到達磁性記錄層上所需要讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)的各個部分。該致動器27和主軸馬達8都安裝在磁盤驅(qū)動器外殼9的一部分上。
圖2為位于磁盤10表面11之上的滑塊13的端部部分的截面視圖。磁盤10沿箭頭100方向的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了滑塊13的ABS與磁盤表面11之間的氣浮軸承。在磁盤驅(qū)動器的工作過程中，氣浮軸承抵消了懸掛支撐件的輕微的彈力，并支撐滑塊13，使其輕微的離開磁盤表面11一較小的、大致恒定的距離。圖2還示出讀取/寫入磁頭21，也就是MR讀取磁頭60和寫入磁頭70。寫入磁頭70為感應(yīng)寫入磁頭，其具有定位于兩個寫入極72、73之間的線圈71。
滑塊13還包括懸浮高度致動器，其用于改變讀取/寫入磁頭21與磁盤表面11之間的距離。圖2中所示的懸浮高度致動器的類型是熱式致動器，所述熱致動器具有電連接在懸浮高度控制器(FHC)82上并受其控制的電阻加熱元件或加熱器80。FHC82是電源，其可通過比如控制可變電阻器的設(shè)置的方法，控制著流向加熱器80的電流的量。當電流增加時，加熱器80膨脹，導致磁頭21凸出(PTR)，如虛線102所示，該凸出將磁頭21的MR讀取磁頭60和寫入磁頭70的電極頭71、72向接近磁盤表面11的方向移動。FHC82可以包括監(jiān)控加熱器80溫度的溫度補償控制電路，以在磁盤驅(qū)動器操作過程中保持磁頭的懸浮高度在所需要的范圍之內(nèi)。
美國專利5,991,113以及公開的專利申請US2005/0024775A1中描述了一種熱式懸浮高度致動器。其它用于將磁頭相對于滑塊移動的懸浮高度致動器包括如美國專利6,611,399B1中所描述的靜電微致動器，以及如美國專利6,570,730B1所描述的壓電致動器。還有另外一種類型的懸浮高度致動器通過改變空氣流動或者滑塊ABS的形狀來改變磁頭-磁盤的間距。這種類型的懸浮高度致動器包括如美國專利6,775,103B2所述的熱式致動器，入美國專利5,276,573和6,344,949所述的靜電致動器，以及如美國專利5,021,906所述的壓電致動器。
再參照圖1，磁盤驅(qū)動器的各個組件都受到控制器29產(chǎn)生的控制信號的控制?？刂破?9是數(shù)字信號處理器，其包括邏輯控制電路、存儲器和微處理器?？刂破?9產(chǎn)生用于不同驅(qū)動操作的控制信號，比如在線路23上給主軸馬達控制器30發(fā)出的控制信號，在線路28上為致動器27發(fā)出的軌道跟蹤和尋道控制信號，以及在線路83上發(fā)給FHC82的控制信號。
MR讀取磁頭60從磁盤表面11讀取數(shù)據(jù)。該MR信號被放大器37放大。一般，該放大器37和其它的讀取信號處理電路，以及產(chǎn)生流向MR讀取磁頭60的感應(yīng)或偏電流的電路，都是致動器臂14上的積分電路模塊18(圖1)的一部分。該模塊18被置于接近讀/寫磁頭21的位置，以保證相互之間的連接越短越好，也因此將該模塊稱為臂電子模塊。MR放大器37的輸出被送到讀取/寫入(R/W)通道25，在該處來自MR讀取磁頭60的模擬信號被轉(zhuǎn)化為代表記錄在磁盤表面11上的磁性記錄層上的數(shù)據(jù)的數(shù)字信號。R/W通道25一般包括自動獲得控制的電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字數(shù)據(jù)檢測器。
數(shù)據(jù)通過經(jīng)過R/W通道和寫入放大器39被送到感應(yīng)寫入磁頭70的寫入信號被寫入到磁盤表面11的磁性記錄層上。寫入放大器39一般位于臂電子模塊18中。
線路28上的軌道追蹤和尋找信號由控制器29產(chǎn)生，該控制器以響應(yīng)于輸入磁頭的定位誤差信號(PES)運行伺服控制算法。該MR讀取磁頭讀取記錄在磁盤上的磁頭位置伺服信息，該信息一般位于均勻有角度地嵌入在數(shù)據(jù)扇區(qū)之間的伺服扇區(qū)上。從MR放大器37輸出的模擬伺服輸出被解調(diào)器38解調(diào)，并被模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器40轉(zhuǎn)化為數(shù)字定位誤差信號(PES)。在線路28上的軌道追蹤和尋找控制信號被送到數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)32，該轉(zhuǎn)換器將它們轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，并輸出到VCM驅(qū)動器34。隨后，VCM驅(qū)動器34輸送相應(yīng)的電流脈沖到VCM致動器27的線圈中，使得可以樞軸轉(zhuǎn)動所述臂14以徑向地向內(nèi)和向外移動和定位滑塊13、17，從而將滑塊移動到各自的磁盤表面11、12上所需要的數(shù)據(jù)軌上。
本發(fā)明是校準和控制懸浮高度致動器的系統(tǒng)和方法，使得能夠被選定和保持磁頭-磁盤間距，主要是寫入電極頭72、73與磁盤10表面11之間的間距。該方法包括確定(a)導致磁頭-磁盤接觸(HDC)的從FHC82送出的信號(以及在線路83上的送往FHC82的控制信號)，(b)磁頭-磁盤間距對于懸浮高度控制信號的敏感度，也就是由給定變化的FHC82信號所引起的間距的變化。從而，磁頭-磁盤間距能夠被控制器29控制在所需要的懸浮高度，使得信號FHC82向加熱器80產(chǎn)生適合水平的加熱量。
確定HDC和懸浮高度控制信號的HDC值術(shù)語“磁頭-磁盤接觸”或HDC表示滑塊的某部分，比如讀取磁頭60、寫入磁頭70或尾端22與磁盤的表面11發(fā)生接觸。術(shù)語“確定”HDC表示檢測HDC的開始，或者判斷HDC已經(jīng)發(fā)生或即將發(fā)生。
在HDC開始時或者在HDC過程中已經(jīng)觀察到MR信號的低頻率振動。該信號被稱為HDC振動信號，因為其完全由HDC的影響所造成。經(jīng)發(fā)現(xiàn)，HDC振動的第一諧波頻率非常接近于滑塊振動模式(pitch mode)的諧振頻率。該信號對許多其它的因素不敏感，比如磁頭在磁盤上的徑向位置、磁盤RPM以及磁盤的類型(金屬或玻璃基底)。因此，對于不同的磁盤驅(qū)動器和不同的滑塊懸掛支撐組件來說HDC振動信號相對地易于檢測。
在具有熱式懸浮高度致動器的磁盤驅(qū)動器中測量HDC振動，所述懸浮高度致動器被用于提供不同水平的加熱能量(Hp)。圖3A-3C示出處于三個不同水平的加熱能量下的作為頻率的函數(shù)的MR信號振幅。在圖3A中，加熱器上沒有施加能量，因此磁頭不與磁盤發(fā)生接觸，懸浮高度基本上由位于滑塊和旋轉(zhuǎn)的磁盤之間的氣浮軸承所確定。在圖3B中，施加的加熱能量為94mW，如信號振幅低于1MHz處所示，此時開始HDC。在圖3C中，施加的加熱能量為111mW，HDC已經(jīng)發(fā)生。圖4示出在施加的加熱能量為120mW時低于約2MHz的HDC振動信號的傅立葉變換分量(component)，且第一諧波頻率大約337.5kHz。對于該特定的滑塊-懸掛支撐組件，在振動模式的滑塊共振頻率為大約284kHz。
由于HDC振動發(fā)生在相對低頻的時候，可以用積分的能譜(在數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域也稱為積分的“譜線密度”)來確定HDC。圖5示出三個參數(shù)(起因于HDC的積分等效噪聲比、傳統(tǒng)聲波發(fā)射傳感器的輸出振幅比、和聲波發(fā)射標準偏離比)對特定滑塊-懸掛支撐組件的加熱能量的關(guān)系。積分等效噪聲比為積分等效噪聲與在零能量測量狀況下的加熱能量的比值，也就是，測量到的積分的譜線密度與積分的譜線密度參考值的比值。依靠HGA(“磁頭-萬向支架-組件”，一個包括懸掛支撐件和具有讀/寫磁頭的滑塊的系統(tǒng))的機械性能，將頻率范圍是保持在0.1到2MHz。由于圖5中所示的等效噪聲比的數(shù)據(jù)，頻率被選定在0.3至1.0MHz之間，以充分地覆蓋被測試的HGA的機械共振頻率。在該頻率范圍內(nèi)，MR磁頭的輸出幾乎全部是噪聲，所以積分的能譜也能夠被認為是積分的等效噪聲。如果沒有HDC時，MR信號為記錄系統(tǒng)的正常低頻噪聲，同時積分的譜線密度的值，也就是在關(guān)注的頻率范圍之內(nèi)的信號振幅的積分，將會非常低。該值可以被用作參考值。當加熱器能量增加，磁頭開始接觸磁盤時，積分譜線密度的測量值也會增加，并且會隨著加熱能量的持續(xù)增加而增加。當加熱能量大于HDC發(fā)生時的能量時，測量值將會隨著加熱能量的增加而劇烈增加。因此，從積分等效噪聲對加熱能量的曲線轉(zhuǎn)折點來看，能夠確定HDC的開始點，并且該HDC開始點與相應(yīng)的加熱能量相關(guān)。圖3-5中所圖示的數(shù)據(jù)來源于巨型磁阻(GMR)讀取磁頭的MR信號。然而，如果用隧道效應(yīng)磁阻(TMR)讀取磁頭替代GMR磁頭，則希望測量到HDC振動信號的第一諧波，而不是積分等效噪聲，因為TMR的HDC振動信號相對較小。
在圖5中，HDC的開始發(fā)生在加熱能量大約64mW時，其相應(yīng)的積分等效噪聲比大約為1.9。為了校驗該點是否為HDC的正確開始點，在滑塊-懸掛支撐組件的支撐臂上安裝一個聲波發(fā)射(AE)傳感器，該AE傳感器的振幅比率及其標準偏差(StDev)比率在圖5中被測量和標識。在圖5中，該AE振幅比率和StDev比率，分別是，在零加熱能量下，AE傳感器振幅及StDev與加熱能量之間的比值，所述加熱能量為檢測到的AE傳感器振幅和StDev的加熱能量。積分等效噪聲比與AE振幅比率及StDev比率之間的理想的相互關(guān)系，不僅顯示了使用HDC振動頻率信號確定HDC的方法非常有效，同時也顯示了更容易的HDC起始指示器。如圖5所示，由于HDC振動造成的積分等效噪聲比比其它兩個參數(shù)增加的快很多。這顯示了使用HDC振動信號來確定HDC要比使用AE傳感器更加有效。
對于所研究的特定的滑塊-懸掛支撐組件，HDC開始點處的所述積分等效噪聲比，能夠通過實驗的方法來確定。如圖5所示，由于該比率快速的增加，根據(jù)確定HDC后所要采取的動作，可以選定一個低些或高些的比率作為確定HDC的極限比率。例如，圖5中顯示，在積分等效噪聲比約大于零加熱能量時的積分等效噪聲90％(比率為1.9)時，比率曲線發(fā)生變化。然而，如果需要最小化HDC，那么例如可以選定極限比率1.3作為安全極限。相似地，如果需要完全地確定HDC，那么例如可以選定極限比率為6.0。
因此，HDC的Hp值已知。對于圖5中使用的HGA，HDC導致的64mW的加熱能量，是相應(yīng)于磁頭-磁盤零間隔的值。因此，來自FHC82導致加熱器80處于64mW的能量狀態(tài)的控制信號，是懸浮高度致動器控制信號的值，該值是相應(yīng)于磁頭-磁盤零間隔的值。該零間隔或HDC的控制信號值，與下文中所描述的磁頭-磁盤間隔相對于懸浮高度控制信號的敏感度，一起被用于校準懸浮高度致動器的方法之中。
確定磁頭-磁盤間距相對于懸浮高度控制信號的敏感度磁盤驅(qū)動器中磁頭-磁盤間距的變化可以通過讀取信號的變化而確定。可以利用多種不同的技術(shù)，它們通常都基于公知的Wallace間距損失關(guān)系d0-d(t)＝(B/π)Ln[A(t)/A0]+(B/π)Ln[C(t)/C0]， 等式(1)其中，具有波長λ和位單元(bit cell)長度B＝λ/2的單頻率參考樣本被寫入在磁盤上，A0為在參考磁間隔d0時的參考樣本的讀取反應(yīng)(read-back)信號的振幅，d(t)為偵測單頻率參考樣本的振幅A(t)的讀取磁頭的磁間隔。C為基于讀出裝置敏感度和溫度的常數(shù)。C(t)和C0分別為C對應(yīng)于d(t)和d0的兩個值。
為了確定加熱能量(Hp)的變化如何影響磁頭-磁盤間距的變化，在磁頭/磁盤檢測器或磁盤驅(qū)動器上進行下列步驟1.擦除某個數(shù)據(jù)軌以將其作為參考軌。
2.將Hp設(shè)置為零。
3.寫入一具有位單元長度為B1的參考信號，并從讀取反應(yīng)信號中測量A0。
4.將Hp設(shè)置為非零值Hp1，隨后測量A1。對于1至m的Hp值重復以上操作。
5.計算d1k＝(B/π)ln[Ak/A0]，其中k＝1～m。由此將獲得一系列在位單元長度為B1時所獲得值相應(yīng)的Hpk和d1k值。
6.對于B2，重復步驟3至5，隨后再取B3。(舉個例子，B2可以為B1的兩倍，B3可以為3倍)。由此獲得三組與位單元長度Bj＝B1、B2、B3相對應(yīng)的djk值(k＝1至m)(其中j大于等于3)。
7.對于某一固定的k值，在djk對頻率Bj的圖表中執(zhí)行三個數(shù)據(jù)點的線性擬合，其中djk j＝1、2、3(分別對應(yīng)于B1、B2和B3樣本)。
8.對每個k值重復步驟7。
從而獲得一系列能夠標繪在線性曲線擬合之中或與其相符合的Hpk、dk值。該線的斜率為磁頭-磁盤間隔相對于加熱量(Hp)的敏感度(ρ)，由下式表示ρ＝Δd/ΔHp 等式(2)其它由讀取反應(yīng)信號確定ρ的方法包括脈沖-寬度法和諧波比率懸浮高度(HRF)法。該脈沖寬度法的依據(jù)是脈沖寬度在50％振幅(PW50)處的變化與磁間距的變化。脈沖寬度法，以及上文中所述的基于等式(1)的方法，在Nikitin等所著的“在記錄磁頭凸起上的空間和時間剖面測繪(Spatialand temporal profiling of protrusion in magnetic recording heads)”電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)磁學學報，第40卷，2004年1月第一期，326-331頁，中詳細描述。所述HRF方法是計算基本振幅相對于讀取反應(yīng)信號的第三諧波振幅的比值，其詳細方法記錄在美國專利5,130,866中。
通過已知的ρ的值和事先確定的由HDC所導致的Hp值，就能夠校正懸浮高度致動器。這在圖6中圖示出來，該圖中示出磁頭凸起(PTR)與磁頭-磁盤間距(d)都與圖5中相同的HGA提供的加熱能量(Hp)成線性函數(shù)關(guān)系。線200為校正曲線，其原點(0，0)相應(yīng)于零PTR和零Hp。線200的斜率為敏感度ρ。因此間距d如下d＝(ρ)[Hp(HDC)-Hp(d)] 等式(3)由圖5所述的HGA的HDC的確定，Hp(HDC)＝60mW的值與線200相交于對應(yīng)于PTR約為6.2nm的點上，與其相應(yīng)的間距為零(d＝0)。在本例子中ρ＝0.0976nm/mW，從而本例子中的關(guān)系如下d＝(0.0976)[64-Hp(d)] 等式(4)，或者Hp(d)＝[64-(10.246*d)] 等式(5)圖6示出一個例子，其中希望將懸浮高度保持在磁盤間隔Dc為5nm。這對應(yīng)于Hp＝12.78mW。從而，選定來自FHC82的控制信號的值(以及相應(yīng)的來自控制器29的在線路83上送往FHC82的控制信號)，使得加熱器80的能量達到12.78mW。
圖3-6中所示數(shù)據(jù)是采用磁頭/磁盤測試設(shè)備或者自旋支架(spin stand)而積累的，比如Guzik技術(shù)企業(yè)的Guzik型號V2002(X-Y)/RWA2002或2004，其中MR信號或者被輸入到Guzik自旋支架上的內(nèi)部頻譜分析器，或者被輸入到外部的商用頻譜分析器或數(shù)字示波器上。數(shù)字示波器和數(shù)字磁盤驅(qū)動器分析器，比如來自LeCroy公司的產(chǎn)品，通過模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將MR信號數(shù)字化，以產(chǎn)生儲存于微處理器的存儲器中的數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)集被處理并輸送到顯示器。另外，數(shù)字信號的復雜處理可以通過高速數(shù)字信號處理電路來完成。該示波器或者分析器包括可編程的信號分析軟件，所述軟件能夠求出許多有用的時域特征(例如，上升時間、脈沖寬度、振幅)、頻率范圍和其它的參數(shù)，因而該示波器或者分析器能夠計算出MR信號的積分譜線密度和執(zhí)行磁頭-磁盤間隔計算所需要的振幅。
然而，上述用于確定對應(yīng)于HDC的加熱能量的方法，以及使用MR讀取信號確定敏感度的方法，也可以在磁盤驅(qū)動器中實現(xiàn)。再參照圖2，來自MR放大器37的MR信號在R/W通道25(或者在一個獨立的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器中)中數(shù)字化，隨后輸入到控制器29中。由數(shù)字示波器或磁盤驅(qū)動器分析器所執(zhí)行的相同的數(shù)字信號處理技術(shù)和數(shù)據(jù)分析可以被編程到控制器29中。從而控制器29分析數(shù)字化后的MR信號，并運行程序計算積分參考值和積分測量值。當積分等效噪聲比超過預定極限時，標志或表示HDC的開始，控制器29記錄對應(yīng)于線路83上送往FHC82的值。該控制器也從數(shù)字化的MR信號中求出MR信號振幅，以進行磁頭-磁盤間距計算和隨后的敏感度的計算。
雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實施例具體示出和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以在形式和細節(jié)方面做出許多改變。因而，上文中所公開的發(fā)明僅僅是說明性的，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求確定。
相關(guān)專利申請的交叉參考本申請(代理人申請案編號HSJ920050180US1)涉及一種確定記錄磁盤驅(qū)動器中磁頭-磁盤接觸的系統(tǒng)和方法。
權(quán)利要求
1.一種校準記錄磁盤驅(qū)動器中的懸浮高度致動器的方法，所述磁盤驅(qū)動器具有可旋轉(zhuǎn)的記錄磁盤、被保持在接近于旋轉(zhuǎn)磁盤表面的位置上的氣浮軸承滑塊、位于該滑塊上的讀取/寫入磁頭、用于將從讀取磁頭上傳送來的信號數(shù)字化的數(shù)字轉(zhuǎn)化裝置、用于改變磁頭-磁盤間距的磁頭懸浮高度致動器、和連接在懸浮高度致動器上的懸浮高度控制器，所述方法包括確定懸浮高度控制信號的磁頭-磁盤接觸(HDC)值，包括(a)在滑塊與旋轉(zhuǎn)的磁盤脫離接觸時，在預定頻率范圍內(nèi)，對數(shù)字化的讀取-磁頭信號的振幅積分，以確定一個參考值；(b)向懸浮高度致動器施加控制信號，以減小磁頭-磁盤間距；(c)隨著磁頭-磁盤間距的減小，在預定頻率范圍內(nèi)，對數(shù)字化的讀取-磁頭信號的振幅積分，作為測量值；(d)當所述測量值大于所述參考值預定量時，記錄該懸浮高度控制信號作為所述HDC值；對于一系列的懸浮高度控制信號值，測量與之相應(yīng)的一系列數(shù)字化的讀取-磁頭信號振幅；通過所述測量到的讀取-信號振幅計算磁頭-磁盤間距；建立磁頭-磁盤間距的變化與懸浮高度控制信號值的變化的關(guān)系。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的預定頻率范圍在大約0.1-2MHz之間。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述磁頭懸浮高度致動器位于所述滑塊上，并且是熱式致動器、靜電致動器和壓電致動器中的一種。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，建立磁頭-磁盤間距的變化與懸浮高度控制信號值的變化的關(guān)系包括計算磁頭-磁盤間距對懸浮高度致動器控制信號的總體線性函數(shù)，該線性函數(shù)的斜率就是相對于懸浮高度致動器控制信號值變化的磁頭-磁盤間距的變化。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述線性函數(shù)由下述關(guān)系式表示d＝(ρ)[Hp(HDC)-Hp(d)]，其中，d為磁頭-磁盤間距，ρ是線性函數(shù)的斜率，Hp(HDC)為懸浮高度控制信號HDC值，Hp(d)是與磁頭-磁盤間距d相對應(yīng)的懸浮高度控制信號值。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述懸浮高度致動器為熱式致動器，該致動器包括位于滑塊上接近磁頭位置的加熱器，并且所述Hp為加熱能量。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，還包括，在計算所述通常的線性函數(shù)后，通過施加控制信號值Hp(Dc)來控制懸浮高度致動器，以將磁頭-磁盤間距大致地保持在希望的值Dc。
8.一種控制記錄磁盤驅(qū)動器中的磁頭-磁盤間距的方法，所述磁盤驅(qū)動器具有可旋轉(zhuǎn)的記錄磁盤、被保持在與接近旋轉(zhuǎn)磁盤表面的位置上的氣浮軸承滑塊、位于該滑塊上的讀取/寫入磁頭、用于將從讀取磁頭上傳送過來的信號數(shù)字化的數(shù)字轉(zhuǎn)化裝置、用于改變磁頭-磁盤間距的磁頭懸浮高度致動器、和連接在懸浮高度致動器上的懸浮高度控制器，所述方法包括確定懸浮高度控制信號的磁頭-磁盤接觸(HDC)值，包括(a)在滑塊與旋轉(zhuǎn)的磁盤脫離接觸時，在預定頻率范圍內(nèi)，對數(shù)字化的讀取-磁頭信號的振幅積分，以確定一個參考值；(b)給懸浮高度致動器施加控制信號，以減小磁頭-磁盤間距；(c)隨著磁頭-磁盤間距的減小，在預定頻率范圍內(nèi)，對數(shù)字化的讀取-磁頭信號的振幅積分，獲取測量值；(d)當所述測量值大于所述參考值預定量時，記錄該懸浮高度控制信號作為HDC值；確定磁頭-磁盤間距對于懸浮高度控制信號值的敏感度，包括測量一系列對應(yīng)于懸浮高度控制信號的數(shù)字化的讀取磁頭信號振幅；隨后，通過使用前面所確定的HDC值和敏感度將磁頭-磁盤間距控制到希望值。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述的預定頻率范圍在大約0.1-2MHz之間。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，該磁頭懸浮高度致動器位于所述滑塊上，并且為熱式致動器、靜電致動器和壓電致動器中的一種。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述懸浮高度致動器為熱式致動器，該致動器包括位于滑塊上接近磁頭位置的加熱器，并且所述懸浮高度控制信號為加熱能量(Hp)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，還包括，從所測量的一系列數(shù)字化讀取-磁頭信號振幅以及與其相應(yīng)的懸浮高度控制信號值計算出磁頭-磁盤間距相對于Hp的總體線性函數(shù)，該線性函數(shù)的斜率就是所述磁頭-磁盤間距相對于Hp的敏感度，所述線性函數(shù)由下述關(guān)系式表示d＝(ρ)[Hp(HDC)-Hp(d)]其中，d為磁頭-磁盤間距，ρ是線性函數(shù)的斜率，Hp(HDC)為懸浮高度控制信號HDC值，Hp(d)是對應(yīng)于磁頭-磁盤間距d的懸浮高度控制信號值。
13.一種用于校準記錄磁盤驅(qū)動器的懸浮高度致動器的系統(tǒng)，包括可旋轉(zhuǎn)記錄磁盤；氣浮軸承滑塊，其在磁盤旋轉(zhuǎn)時被保持在接近磁盤表面的位置；位于該滑塊上的讀取/寫入磁頭；懸浮高度致動器，用于改變讀取/寫入磁頭與磁盤表面之間的間距；模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用于將從讀取磁頭讀取的信號數(shù)字化；數(shù)字信號處理器，用于處理從讀取磁頭而來的數(shù)字化的信號，并向懸浮高度致動器發(fā)送控制信號；處理器可讀的指令程序，用于執(zhí)行下述方法，該方法包括(a)通過下述方法確定懸浮高度控制信號的磁頭-磁盤接觸(HDC)值，其中(i)在滑塊與旋轉(zhuǎn)的磁盤脫離接觸時，在預定頻率范圍內(nèi)對數(shù)字化信號的振幅積分，(ii)記錄該積分的脫離接觸信號作為參考值，隨后(iii)在預定頻率范圍內(nèi)對的數(shù)字化信號的振幅積分，作為測量值，(iv)當所述測量值大于所述參考值預定量時，記錄該懸浮高度控制信號作為HDC值；(b)通過下述方法確定磁頭-磁盤間距對于控制信號值的敏感度，其中(i)測量一系列懸浮高度控制信號值和與之相應(yīng)一系列數(shù)字化的讀取磁頭信號振幅，(ii)由所述測量的讀取信號振幅計算出磁頭-磁盤間距，并(iii)建立磁頭-磁盤間距的變化與懸浮高度致動器控制信號值變化之間的聯(lián)系。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所執(zhí)行的建立磁頭-磁盤間距的變化與懸浮高度致動器控制信號值變化之間關(guān)系的方法，包括計算一個磁頭-磁盤間距相對于懸浮高度致動器控制信號值的總體線性函數(shù)，該函數(shù)的斜率就是相對于懸浮高度致動器控制信號值的變化的磁頭-磁盤間距的變化。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所執(zhí)行的計算總體線性函數(shù)的方法包括計算一個由下述關(guān)系式所表示的線性函數(shù)d＝(ρ)[Hp(HDC)-Hp(d)]，其中d為磁頭-磁盤間距，ρ是線性函數(shù)的斜率，Hp(HDC)為懸浮高度控制信號的HDC值，Hp(d)是與磁頭-磁盤間距d相對應(yīng)的懸浮高度控制信號值。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述懸浮高度致動器為熱式致動器，該致動器包括位于滑塊上接近磁頭位置的加熱器，并且所述的Hp為加熱能量。
17.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述可由處理器讀取的程序包括下述的執(zhí)行方法通過施加控制信號值Hp(Dc)來控制懸浮高度致動器，以將磁頭-磁盤間距大致控制在希望值Dc。
18.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述懸浮高度致動器是熱式致動器、靜電致動器和壓電致動器中的一種。
19.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)為磁頭/磁盤檢測器。
20.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)為記錄磁盤驅(qū)動器。
全文摘要
一種校準和控制記錄磁盤驅(qū)動器的懸浮高度致動器的系統(tǒng)和方法，采用來自磁阻(MR)讀取磁頭的信號來確定磁頭－磁盤的接觸(HDC)。該MR信號在滑塊與磁盤脫離接觸時，在低頻范圍內(nèi)測量得到，從而獲得參考值。隨后，在同樣低頻范圍內(nèi)測量該MR信號，如果其超出參考值預定量，則表示有HDC。該HDC的懸浮高度致動器控制信號值被記錄，從而相應(yīng)的磁頭－磁盤間距為零。該校準方法還確定磁頭－磁盤間距相對于懸浮高度控制信號的敏感度，所述敏感度通過測量一系列MR讀取信號振幅和對應(yīng)的控制信號而獲得。該懸浮高度致動器通過所述敏感度和所述導致磁頭－磁盤零間距的控制信號的值來校準，隨后可被控制以將磁頭移動到并保持在希望的懸浮高度。
文檔編號G11B21/21GK1991985SQ200610166928
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者車曉東, 黃維東, 林天洛, 林中衡, 亞歷克斯·施泰恩 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司