專利名稱：自伺服期間消除徑向變化的系統(tǒng)誤差的方法和磁盤驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及與本申請共同轉(zhuǎn)讓并歸入本文作為參考的由T.Chainer等人于1993年3月8日提交的題為″一種在存儲介質(zhì)上寫伺服碼形的方法和系統(tǒng)″的序號為08/028,044的美國專利申請。本申請還涉及E.Yarmchuk等人于1994年12月2日提交的美國專利申請，其序號為349028，代理號為Y0994-253，在此一同歸入本文作為參考。
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般地講涉及用于計算機的硬盤驅(qū)動存儲的存儲裝置。特別是涉及磁盤驅(qū)動裝置和用于在其中寫伺服磁道信息的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及降低對復(fù)雜機構(gòu)和/或光定位系統(tǒng)的需要而在記錄介質(zhì)的記錄表面建立伺服碼形。
如國際專利申請WO 94/11864中所述。軟盤和硬盤驅(qū)動器中存儲容量水平的提高是由于音圈(voice-coil)和其它類型的伺服定位器以及使用例如磁致電阻(MR)磁頭技術(shù)讀寫更窄磁道的能力使高密度磁道成為可能的直接結(jié)果。以前，用導(dǎo)桿和步進電機機構(gòu)能使低磁道密度磁盤驅(qū)動器在到滿意的磁頭定位。然而，當磁道密度變得如此之大以至導(dǎo)桿-步進電機組合的機械誤差與磁道到磁道間隔相比變得顯著時，則需要一個預(yù)置伺服以便能從它所讀的信號確定磁頭位置。
常規(guī)的硬盤制造技術(shù)包括用一個專門的伺服寫入設(shè)備在磁頭磁盤組件(HDA)的介質(zhì)上寫伺服磁道。在該設(shè)備中，用激光定位反饋讀取用于寫伺服磁道的記錄磁頭的實際物理位置。遺憾的是，由于HDA本身非常小并依賴于定位安放其蓋和外殼來進行適當操作，這種伺服寫入器變得越來越難于進入HDA的內(nèi)部環(huán)境以進行伺服寫入。有些HDA的尺寸和厚度只有一張塑料信用卡大小。傳統(tǒng)伺服寫入方法已不適合這種超小型的水平。
常規(guī)伺服碼形通常包括非常精確地位于偏離-數(shù)據(jù)磁道中線某一側(cè)的恒定頻率信號短脈沖串。脈沖串被寫入一個扇區(qū)部區(qū)域，能夠被用于找出磁道中線。在讀寫期間需要停留在中央。由于每個磁道可以有17至60，或更多的扇區(qū)，相同數(shù)量的伺服數(shù)據(jù)區(qū)必須分布在一數(shù)據(jù)磁道周圍。這些伺服數(shù)據(jù)區(qū)允許一個磁頭跟蹤圍繞磁盤的磁道中線，即使由于出現(xiàn)主軸抖動，磁盤滑動和/或熱脹使磁道失圓時仍然如此。由于技術(shù)進步提供了更小的磁盤驅(qū)動器，以及磁道密度提高，伺服數(shù)據(jù)的位置也必須與此成比例地更加精確。
通常由專用的、外部伺服寫入設(shè)備寫入伺服數(shù)據(jù)，并且一般包括使用一大花崗石塊來支撐磁盤驅(qū)動器穩(wěn)定外部震動影響。將一個輔助時鐘磁頭插到記錄磁盤表面，并用來寫入一參考定時碼形。一個帶非常精確的導(dǎo)桿和用于位置反饋的激光位移測量裝置的外部磁頭/臂定位器被用來精確地確定換能器的位置并作為磁道位置和磁道到磁道間隔的依據(jù)。由于磁盤和磁頭要暴露在環(huán)境中以允許外部磁頭和傳動機構(gòu)存取，該伺服寫入器需要清潔的室內(nèi)環(huán)境。
授予Oliver等人的美國專利No.4,414,589講授了通過在定位裝置的移動范圍內(nèi)將移動讀/寫磁頭之一定位在第一限位停止處來確定最佳磁道間隔的伺服寫入。然后用移動磁頭寫第一參考磁道。憑經(jīng)驗選擇與所需平均磁道密度相關(guān)的預(yù)定降低數(shù)值或幅度降低的百分比X％。移動磁頭讀第一參考磁道。然后移動磁頭離開第一限位停止處直到第一參考磁道的幅度降低到其原始幅度的X％。移動磁頭寫第二參考磁道。然后再次在同一方向轉(zhuǎn)動磁頭直到第二參考磁道的幅度降低到其原始幅度的X％。該過程繼續(xù)，寫后續(xù)的參考磁道并將移動磁頭移動一定數(shù)量以足以使參考磁道幅度降低到其原始值的X％，直到參考磁道將磁盤填滿。對這樣寫入的參考磁道的數(shù)量計數(shù)，當遇到定位裝置移動范圍中的第二限位停止處時，該過程停止。計算寫入的磁道數(shù)量和移動磁頭的移動長度，檢測平均磁道密度以保證其處在所需平均磁道密度預(yù)定范圍內(nèi)。如果平均磁道密度高，擦除磁盤，降低X％值并且重復(fù)該過程。如果平均磁道密度低，擦除磁盤，提高X％值并且重復(fù)該過程。如果平均磁道密度在所要求的平均磁道密度的預(yù)定范圍內(nèi)，對于一給出的平均磁道密度所需的降低比率X％已經(jīng)被確定，伺服寫入器可以轉(zhuǎn)到伺服寫入步驟。
遺憾的是，Oliver等人沒有公開如何產(chǎn)生用于內(nèi)部記錄數(shù)據(jù)磁頭的時鐘磁道，而這是由一個外部時鐘磁頭實現(xiàn)的。Oliver等人也沒有講授如何在傳播期間確定磁道間隔。這樣就造成需要寫整個磁盤表面并對被寫入磁道計數(shù)以確定磁道間隔。另外，Oliver等人沒有檢驗磁盤驅(qū)動器中多個磁頭中的變化而設(shè)定磁道間距。最后，Oliver等人沒有講授在徑向傳播增加期間如何限制誤差增加。隨機誤差隨步驟數(shù)值的平方根增加，即對于磁盤驅(qū)動器傳播為10,000個步驟的數(shù)量級將使最終誤差比一步步的誤差大100倍。
1990年3月27日頒發(fā)給Janz的美國專利4,912,576描述了一種用磁盤驅(qū)動器本身的一對換能器寫伺服碼形的方法，該方法也在國際專利申請WO94/11864中描述。使用三種形式的伺服碼形產(chǎn)生提供差信號的三相信號，該差信號的斜率與速率成正比。使伺服碼形在徑向大致比標志磁道到磁道間隔寬是可能的。這將有助于改善讀回幅度，從而改善伺服性能。Janz觀察到來自換能器的信號電平是用于測量其與記錄在磁盤上的具體碼形對準的辦法。如果通量間隙只掃過一碼形的40％，當換能器與碼形死點(dead-center)對齊時，讀電壓將是可獲得的最大電壓的40％。Janz利用這一現(xiàn)象偏移跨過三分之二并沿一作為數(shù)據(jù)磁道的中線路徑使碼形交錯。
在一個優(yōu)選過程中，Janz把磁盤的一側(cè)供伺服使用，另一側(cè)供數(shù)據(jù)使用。磁盤驅(qū)動器包括兩個處在相反表面共享一個公用傳動機構(gòu)的換能器。為格式化一個被擦除的磁盤以使數(shù)據(jù)初始化，在伺服側(cè)的外邊緣寫第一相位伺服。換能器接第一相位伺服磁道的指示向里徑向移動二分之一磁道，將第一數(shù)據(jù)磁道記錄在數(shù)據(jù)側(cè)。這次換能器按第一數(shù)據(jù)磁道幅度的指示再次向里徑向地移動二分之一磁道，將第二相位伺服磁道記錄在伺服側(cè)。換能器按第二相位伺服磁道幅度的指示再次向里徑向移動二分之一磁道，將第二數(shù)據(jù)磁道記錄在數(shù)據(jù)側(cè)。換能器按第二數(shù)據(jù)磁道幅度的指示向里徑向移動另一個二分之一磁道，將第相位伺服磁道記錄在伺服側(cè)。換能器按第三相位伺服磁道幅度的指示向里徑向移動二分之一磁道，將第三數(shù)據(jù)磁道記錄在數(shù)據(jù)側(cè)。重復(fù)這一前后過程直到兩個表面被整個寫入。如果寫入磁道太少或太多，將磁盤再次格式化，但要適當?shù)鼗蚨嗷蛏俾晕⒄{(diào)整向內(nèi)跨入半個磁道的寬度。一旦磁盤驅(qū)動器由適當隔開的伺服磁道完全(compliment)格式化，數(shù)據(jù)磁道已經(jīng)能適用于其目的并被擦除以準備接受用戶數(shù)據(jù)。
遺憾的是，Janz描述的方法將整個磁盤的一個表面用于伺服磁道并需要兩個磁頭協(xié)力工作。也不能控制磁道到磁道的比特同步，對找出磁道這間數(shù)據(jù)的尋找次數(shù)有嚴重和不利的影響。由于磁盤轉(zhuǎn)一圈所出現(xiàn)的換能器浮動高度變化和主軸偏移，以及介質(zhì)不一致，因此，依據(jù)簡單地讀取偏離磁道讀信號的幅度可能會造成不可靠的徑向定位判斷?，F(xiàn)有技術(shù)的方法不適合高性能磁盤驅(qū)動器。
IBM技術(shù)公開通報，第33卷，第5號(1990年10月)發(fā)表的題為″伺服磁道寫入器的再生時鐘技術(shù)″一文中提出了在覆蓋定位之后借助產(chǎn)生磁頭進行磁頭/磁盤組件的伺服寫入而不使用外部位置編碼器磁盤。單獨時鐘磁道被寫在外徑，并將其分為交替的A和B相。磁頭交替地使用作為時鐘信息源的每個相位，每次向內(nèi)跨入半個磁道，根據(jù)時鐘信息可以寫入每個數(shù)據(jù)區(qū)之前的伺服扇區(qū)中的伺服信息和另一相中另外的時鐘信號。該技術(shù)無需專用的伺服寫入器時鐘磁頭和相關(guān)的機構(gòu)。
國際專利申請No.WO94/11864講授了一種硬盤驅(qū)動器，該硬盤驅(qū)動器包括一個帶一記錄表面的旋轉(zhuǎn)磁盤，一個與表面和使換能器徑向地掃過表面的伺服傳動機構(gòu)裝置連接的換能器，一個連到換能器的可變增益讀取放大器，一個附接到可變增益放大器的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，一個與換能器耦合的擦除頻率振蕩器，用于DC擦除磁盤表面，一個存儲器，用于存儲ADC出現(xiàn)的數(shù)字輸出，和一個控制器，用于向伺服傳動機構(gòu)發(fā)信號，使其在這樣的徑向位置移動，即，使換能器讀出表示數(shù)字存儲器中前一讀出幅度的百分比的幅度。
磁道間的比特同步是通過寫入一個帶閉合的初始時鐘磁道，然后寫入包括一序列標準時鐘脈沖串的下一個時鐘磁道來保持的，該時鐘磁道偏離初始時鐘磁道半個磁道距離，以便能在寫時鐘脈沖串之間讀該初始磁道。用讀取的信號頻率鎖定用于作為寫下一個磁道的時鐘脈沖串的基準振蕩器，從而生成時鐘脈沖串的檢測板碼形。所有后續(xù)磁道是通過從最后寫入的包括時鐘脈沖串的磁道偏離半個磁道，并寫入與前一個磁道的時鐘脈沖串交錯的下一個新序列的時鐘脈沖串這樣遞增構(gòu)成的。
將伺服碼形寫入磁盤驅(qū)動器中需要來自旋轉(zhuǎn)磁盤存儲介質(zhì)的準確定時開啟一個碼形發(fā)生器，產(chǎn)生磁道到磁道的伺服碼形同步。通常通過一個外部時鐘磁頭或軸角編碼器實現(xiàn)準確定時。圖1所示的伺服碼形包括帶有碼形的扇區(qū)頂部以提供徑向定位信息。該扇區(qū)包括要求磁道到磁道準確對準的伺服ID區(qū)4和格雷碼區(qū)6。這些碼形中的偏差會造成有害的磁碼形干擾并降低導(dǎo)致誤差的信息的幅度。對磁盤旋轉(zhuǎn)周期約為11毫秒或2.3ppm的新式磁盤驅(qū)動器中磁道到磁道的對準規(guī)格近似為25毫微秒(3sigma)。因此該窄時間窗要求在磁盤轉(zhuǎn)過許多圈時準確的磁盤角度方位測量結(jié)果。
磁盤表示伺服寫入期間，只使用磁盤驅(qū)動器數(shù)據(jù)磁頭的自傳播為碼形發(fā)生器產(chǎn)生一時鐘的過程需要數(shù)千個步驟。由于信息磁頭不能同時進行寫和讀，自傳播需要將磁盤上的一個磁道劃分成交錯的扇區(qū)，這樣如圖2所示，正好寫下一個扇區(qū)前，在一個扇區(qū)中獲得定時同步。將磁頭移到初始的開始磁道#0后，觸發(fā)碼形(TP)被寫在偶數(shù)編號扇區(qū)。將磁頭移過的幾分之一磁道到伺服磁道#1，在奇數(shù)編號扇區(qū)1，3，5，...59上寫后續(xù)碼形期間，偶數(shù)編號扇區(qū)2，4，6...60用于同步。將磁頭再次移動幾分之一磁道到伺服磁道#2，該作用相反，在偶數(shù)編號扇區(qū)上寫后續(xù)碼形期間，用奇數(shù)扇區(qū)同步。繼續(xù)該過程直到磁頭跨過記錄表面。每次寫一個扇區(qū)，由于兩個磁盤的轉(zhuǎn)速變化以及用于同步的讀回信號中的電噪聲會產(chǎn)生很小但不可避免的被稱為基本誤差的定時誤差。下一步驟中，被寫入扇區(qū)轉(zhuǎn)換成同步扇區(qū)時，這些誤差被重現(xiàn)。同樣，在這里加入一組新的獨立隨機誤差。因此自傳播過程包括第一步驟中的隨機誤差重現(xiàn)和累加。留下該誤差不進行校正，統(tǒng)計該誤差的增加作為步驟數(shù)值的均方根。由于同步過程和寫入是因果效應(yīng)，即每一步中在寫之前產(chǎn)生同步，在標志路徑1，路徑2和路徑3的箭頭所示的一螺旋線路徑中可以追蹤回確定一個給定扇區(qū)的定時碼形位置的隨機誤差序列。這些路徑平行延伸，并對每個扇區(qū)中相信徑向益完全獨立，因此磁道到磁道的偏差作為兩個獨立隨機走動差結(jié)束，給出一個附加因素2的平方根。因此，在10,000步以后RMS磁道到磁道誤差是基本誤差的141倍。應(yīng)該指出，該過程不只限定在兩交錯碼的情況下工作，例如可以將三種碼形用于時鐘傳播，但兩個碼形被認為是目前最好的實施例。
在伺服寫入前的一個步驟中，定時或觸發(fā)碼形(TP)排列在磁盤上。就誤差而論，例如4步以后，在伺服磁道#3扇區(qū)#5TP26的TP位置的總誤差等于伺服磁道#2扇區(qū)#4中偏離同步的TP24的誤差加上伺服磁道#1扇區(qū)#3中TP22的誤差和伺服磁道#0扇區(qū)#2中TP20的誤差，而伺服磁道#1扇區(qū)#5中TP42位置的誤差等于伺服磁道#0扇區(qū)#4中偏離同步的TP40的誤差。因此，雖然TP26和TP42是相鄰磁道，其誤差來源于引起磁道到磁道偏差、標明路徑2和路徑3的兩個獨立路徑。
已提出幾種只使用磁盤驅(qū)動器磁頭的自傳播代替時鐘磁頭的技術(shù)。遺憾的是，所提出的這些技術(shù)未講出在來自磁道到磁道的誤差增加未被控制的情況下如何完成該傳播。由于現(xiàn)代磁盤驅(qū)動器對定時對準的精確要求，這些誤差的增加已經(jīng)大大阻礙了所提出方法的商業(yè)應(yīng)用。
國際專利申請No.WO94/11864和IBM技術(shù)公開通報第33卷，第5號(1990年10月)中未講明在不增加誤差的情況下如何傳播一時鐘碼形，1993年3月8日提交的轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人并在這里引入作為參考的美國專利申請序列No.08/028,044給出如何檢測并校正碼形傳播過程中的誤差，以使磁道到磁道產(chǎn)生準確的磁碼形對準。每一步被寫入的誤差在磁盤旋轉(zhuǎn)下一圈期間被測量并計算和校正。例如在圖2中，寫TP26之前，根據(jù)磁盤的額外轉(zhuǎn)數(shù)測量TP24和TP42之間的間隔并作為一時間間隔T45存儲。當磁頭定位在伺服磁道#3上并觸發(fā)TP24來寫與TP42對準的TP26時使用該時間間隔T45。磁盤額外轉(zhuǎn)數(shù)斷開由路徑2和路徑3表示的因果鏈路，將正常的獨立隨機走動路徑有效地鎖定在一起并防止磁道到磁道的偏差增加。美國專利申請序列No.08/028,044中所描述的這一過程在下文中將被作為″雙轉(zhuǎn)時鐘傳播過程″參考。
可以理解，寫觸發(fā)碼形時，在一觸發(fā)后的一段特定時間必須計算該觸發(fā)中和IBM技術(shù)公開通報第33卷，第5號(1990年10月)所講的寫電路的電延遲的出現(xiàn)，其中讀/寫延遲被測量一次并作為一恒定校正值。可以在開始傳播之前通過將磁頭靠住一個制動器定位并寫一組偶數(shù)編號觸發(fā)碼形確定讀/寫延遲。記錄磁頭觸發(fā)每個偶數(shù)編號觸發(fā)碼形，并在每個偶數(shù)編號觸發(fā)碼形后以一個初始延遲設(shè)定D寫奇數(shù)觸發(fā)碼形。磁盤轉(zhuǎn)過另一圈，測量并記錄每個偶數(shù)編號觸發(fā)碼形和其后面的奇數(shù)編號觸發(fā)碼形之間的時間間隔。這些減去初始延遲設(shè)定D的記錄值的平均值是讀/寫延遲校正值，該校正值必須被減去所有被計算的延遲設(shè)定以便適當?shù)匮a償電延遲。
然而，美國專利申請序列No.08/028,044和IBM技術(shù)公開通報第33卷，第5號(1990年10月)中未講明在出現(xiàn)系統(tǒng)誤差(對每個扇區(qū)恒定)的情況下如何達到最佳磁道到磁道觸發(fā)碼形對準，該系統(tǒng)誤差在傳播過程中隨徑向位置函數(shù)的變化而變化。特別是專利申請序列No.08/028,044中未講明1)當系統(tǒng)磁頭的讀和寫元件在空間上分開時，例如磁致電阻磁頭的情況，如何消除變化的系統(tǒng)誤差。這將造成讀到寫徑向相關(guān)的時間延遲。
2)如何除去由于讀元件和寫元件不平行造成的時間間隔測量值中的誤差導(dǎo)致變化的系統(tǒng)誤差。
3)如何消除由于每轉(zhuǎn)使用一次從電機驅(qū)動電流波形或任何其它傳感器產(chǎn)生的時間標記導(dǎo)致的伺服碼形旋轉(zhuǎn)。
另外，專利申請序列號No.08/028,044未講明1)如何在不降低間隔大小的情況下使速度跳動的影響最小。
2)如何通過使用為該目的而設(shè)計的新方法改善間隔控制。
3)如何在不引起附加磁盤轉(zhuǎn)數(shù)的情況下實現(xiàn)磁道到磁道對準。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種在具有旋轉(zhuǎn)磁盤的磁盤驅(qū)動器的自伺服寫期間消除徑向變化的系統(tǒng)誤差的方法，包括步驟在多個預(yù)定徑向位置測量系統(tǒng)誤差；在用上述步驟確定的數(shù)值在所述徑向位置寫入伺服磁道時校正系統(tǒng)誤差，以便消除系統(tǒng)誤差，從而使伺服碼形以所需方式相對于該磁盤旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明還提供了一種磁盤驅(qū)動器，包括一個位于其中的旋轉(zhuǎn)磁盤；由一個傳動機構(gòu)徑向定位的磁頭，和一個被寫有被寫在所述磁盤上的定時碼形的自伺服；所述碼形被寫得能消除系統(tǒng)誤差，從而使伺服碼形的旋轉(zhuǎn)與由磁頭沿磁盤的徑向運動所劃出的軌跡匹配。


圖1示出一種磁盤和典型的磁盤伺服碼形。
圖2示出如何產(chǎn)生碼形傳播的獨立臨時路徑并能夠通過測量和使用磁盤的附加轉(zhuǎn)將其消除。
圖3示出電子伺服碼形的寫入器。
圖4示出如何用雙轉(zhuǎn)過程寫伺服碼形。
圖5示出讀和寫元件的物理間隔如何導(dǎo)致延時。
圖6示出磁頭離開磁道中心時不平行讀/寫磁頭如何導(dǎo)致觸發(fā)碼形明顯改變。
圖7a示出導(dǎo)致碼形旋轉(zhuǎn)的不平行讀和寫單元。
圖7b示出磁頭安裝偏差導(dǎo)致的碼形旋轉(zhuǎn)。
圖8示出系統(tǒng)誤差對碼形傳播的影響。
圖9示出除去系統(tǒng)誤差和消除碼形旋轉(zhuǎn)的過程。
圖10示出除去主軸轉(zhuǎn)速抖動影響的方法。
圖11示出用減少間隔抖動的時鐘傳播方法。
圖12示出不引起磁盤的附加轉(zhuǎn)的情況下的時鐘傳播的方法。
圖13示出如何用單轉(zhuǎn)時鐘傳播過程寫入伺服碼形。
通常在磁盤驅(qū)動器中典型地使用經(jīng)常使用的被稱為″預(yù)置伺服″的伺服構(gòu)造，該伺服構(gòu)造中伺服碼形信息出現(xiàn)在所有磁盤表面。這里和專利申請序列No.08/028,044中描述的雙轉(zhuǎn)時鐘傳播過程被用來開啟伺服碼形發(fā)生器6以將伺服碼形寫入所有表面上。當伺服寫入器在磁盤驅(qū)動器外部的情況下，即被認為是本發(fā)明最佳的商業(yè)儀器，以最低轉(zhuǎn)來達到這樣一種能力是很重要的。
圖4示出用觸發(fā)碼形將伺服碼形寫在使用第一記錄磁頭的第一表面上并通過轉(zhuǎn)換到其它記錄表面上的其它記錄頭寫在其它記錄表面的過程。該記錄磁頭被設(shè)定到讀模式并觸發(fā)開始開啟碼形發(fā)生器的TP#1以寫伺服碼形SP#0，然后選擇多磁盤片磁盤驅(qū)動器層疊中的下一個記錄磁頭并將第二伺服碼形SP#1寫到表面#1上，并重復(fù)到N表面。數(shù)字N受寫入每個表面和轉(zhuǎn)換磁頭所需時間限制。在第N個表面的結(jié)束處，磁頭必須被及時轉(zhuǎn)換到第一表面#0以讀取下一個扇區(qū)TP#2。由于其時間短，允許磁盤轉(zhuǎn)動一圈內(nèi)用伺服碼形寫其它表面，從而降低了伺服寫入時間，該過程使觸發(fā)碼形的優(yōu)點明顯。幾何影響導(dǎo)致系統(tǒng)誤差所有時鐘傳播過程要求系統(tǒng)誤差(在一伺服磁道的每個扇區(qū)上產(chǎn)生相同誤差)在傳播過程期間被除去。這種誤差是造成相對于固定幀產(chǎn)生磁道的偏差和/或碼形轉(zhuǎn)動的原因。如前所述，最明顯的系統(tǒng)誤差是IBM技術(shù)公開通報第33卷，第5號(1990年10月)中描述的讀到寫電路中的電子延遲。然而，現(xiàn)有技術(shù)未講明由于幾何影響，即特別是對磁頭和傳動機構(gòu)設(shè)計影響造成的變化系統(tǒng)誤差的出現(xiàn)。如果不能對這些誤差進行補償它們將會降低傳播過程中磁道到磁道精確度，并能累加以導(dǎo)致碼形相對于一固定基準轉(zhuǎn)動。在圖8以圖解方式示出該旋轉(zhuǎn)，其中由造成碼形旋轉(zhuǎn)和一固定的磁道到磁道偏差誤差這兩者的系統(tǒng)誤差導(dǎo)致后續(xù)伺服磁道上的每個TP偏離前一伺服磁道。在尋跡期間碼形旋轉(zhuǎn)與傳動機構(gòu)的軌跡匹配的情況下，不出現(xiàn)相對于與磁盤旋轉(zhuǎn)方位相關(guān)的標記的定時改變。由于在長尋跡期間簡化了磁盤文件伺服，因此這是一種所南非的碼形旋轉(zhuǎn)。故此，以這種方式寫入碼形以便不出現(xiàn)相對于與磁盤旋轉(zhuǎn)方位相關(guān)的標記定時改變正是所需要的類型。下文描述幾個系統(tǒng)誤差的實例，但應(yīng)該理解，從特定的磁頭和磁盤驅(qū)支器設(shè)計能產(chǎn)生其它類似效果。一般對于一種給定的系統(tǒng)誤差，有三種可以消除這些系統(tǒng)誤差的方法。
1)每個傳播步驟中在一個或多個已知的用于計算校正項的半徑處進行誤差測量。
2)傳播過程中用內(nèi)部測量值進行處理過程中的誤差校正。
3)通過用校正相同設(shè)計的所有磁盤驅(qū)動器的外部設(shè)備對磁盤文件中的誤差進行測量。獨立讀/寫傳感器的徑向相關(guān)的時延當記錄換能器具有圖5所示的分離式的寫讀元件時，必須修改專利申請序列08/028,044中描述的雙轉(zhuǎn)定時碼形過程。這種情況下，需要延時或超前(相對于讀寫元件不分開的情況)寫第二觸發(fā)碼形，即讀回觸發(fā)碼形之后的一個物體間隔。該延時是由W/V給出的磁盤線速度的函數(shù)，其中W是讀元件46和寫入間隙48之間的間隔，V是磁盤的線速度。另外，例如在旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)出現(xiàn)磁頭相對于磁道被扭曲的情況下，沿記錄磁道伸出的讀和寫換能器的″外觀″間距W被記錄磁頭斜交角的余弦改變，并隨半徑函數(shù)的變化而變化。由于間距影響造成的延時是下式給出 其中Θ是記錄磁頭的斜交角，Ω是磁盤轉(zhuǎn)速，R是磁道半徑。僅使用產(chǎn)生數(shù)據(jù)磁頭通過寫入一個TP50，在后續(xù)轉(zhuǎn)數(shù)上觸發(fā)該觸發(fā)碼形，在略后一段時間T54寫入第二觸發(fā)碼形TP52可以測量讀到寫間距W。兩個觸發(fā)碼形間的精確時間的后續(xù)測量值等于時間T54加上任何電子延遲(固有的)和讀到寫的物理間距W造成的延遲。在兩個已知半徑重復(fù)該測量結(jié)果，可能是可接近的最里面的數(shù)據(jù)磁道或內(nèi)徑(ID)和可接近的最外面的數(shù)據(jù)磁道或外徑(OD)，用已知斜交角能夠計算讀和寫元件之間的間隔，測得的總延遲由下式給出 其中被作為總延遲的讀到寫延遲，包括讀到寫間隔產(chǎn)生的延遲，和記錄磁頭的讀和寫鏈路之一或兩者中的電子路徑產(chǎn)生的附加延遲。
通過對上述關(guān)系式求解可以求出 定時碼形跨過磁盤表面?zhèn)鞑r可以計算并修改每個傳播步驟的延遲。
換句話說，如方法#2所指出的，可以在傳播過程中測量讀到延遲并用來校正可變延遲。對比轉(zhuǎn)定時碼形過程的情況下，延遲測量結(jié)果和校正值可用于下文″系統(tǒng)誤差消除過程″部分描述的每個讀回測量轉(zhuǎn)數(shù)。
在某些情況下，需要用上述方法找出磁頭的絕對徑向位置。對于給定的磁盤文件，磁頭徑向位置和斜交角之間的關(guān)系可以被確定。一旦讀寫元件之間的間隔已知，在給定的已知半徑對上面等式求解可以確定讀到寫延遲的電分量。通過使用磁頭在另一位置測量的讀到寫延遲可以對同一等式求解以確定絕對徑向位置。讀到寫不平行情況如果記錄磁頭的讀元件與寫元件不平行，則會出現(xiàn)附加系統(tǒng)誤差。圖6示出被寫入的TP64，TP66和TP68與讀元件62不平行。大約與TP64和TP66偏離半個磁道寫入TP68。當讀元件62在磁道中心70讀觸發(fā)碼形時，由D1給出測量到的TP64和TP66之間時間間隔。TP66和TP68之間測到的時間間隔等于D2。由于TP68偏離磁道并且其角度造成觸發(fā)碼形的表面中心改變的事實導(dǎo)致時間間隔D2大于D1。為進一步弄清這一影響，讀寫元件與所示的TP72、TP74和TP76平行時，經(jīng)上述方法測得的間隔使兩個被測量的間隔D1′和D2′相等。
可以通過在傳播過程中測量包括兩個原位磁道(on-track)觸發(fā)碼形間隔的系統(tǒng)誤差與一個原位磁道和一個偏離磁道信號間隔的系統(tǒng)誤差的比值并存儲該值來消除該誤差。如果該測量是在已知半徑(最可能是ID或OD)進行的，移位S可以表示為S＝延遲×Ω×R利用所測量的值S可以在任何徑向步驟計算延遲。
換句話說，如方法#2中指出的，作為一個分開的周期測量步驟可以在傳播過程中測量該誤差。具體來說是，在讀寫元件不是簡單的不平行而是更復(fù)雜的幾何的偏差的情況下，延遲可以非線性地取決于徑向位置。該影響的校正需要在傳播過程中周期地進行測量。
該幾何影響的附加后果是產(chǎn)生圖7a所示的碼形螺線，其中TP82、TP84和TP8對6對齊以使碼形的磁道間的偏差最小，但是結(jié)果是來自標記80的碼形在時域中旋轉(zhuǎn)。如上所述，這不是所需的碼形形狀。應(yīng)該指出，讀單元和寫單元之間的任何不平行將導(dǎo)致這一影響，并且不只限于讀寫元件之間的恒定角度。具體來說，寫入過程中由于邊緣效應(yīng)而造成的被寫入轉(zhuǎn)換的彎曲或卷曲將產(chǎn)生該影響。通過每轉(zhuǎn)使用一次下文的″系統(tǒng)誤差消除過程″中描述標記能夠恢復(fù)所需碼形形狀。讀到寫不平行影響的唯一特性是其導(dǎo)致了磁道間的定時誤差和碼形螺線誤差。磁頭安裝偏差如果記錄磁頭與傳動機構(gòu)運動方向不平行會再現(xiàn)附加幾何影響。當對準觸發(fā)碼形使磁道到磁道的誤差最小時，將發(fā)生碼形旋轉(zhuǎn)。圖7b示出一個簡單的實例，其中磁頭與線性傳動機構(gòu)運動方向不平行。當觸發(fā)碼形TP90，92，94對準時產(chǎn)生碼形旋轉(zhuǎn)。消除TP90，96和98所示的碼形旋轉(zhuǎn)會導(dǎo)致磁道到磁道的偏差。當磁頭偏離旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)時產(chǎn)生類似影響。注意，與讀到寫的不平行影響不同，磁頭安裝偏差僅產(chǎn)生碼形螺線誤差。該影響不產(chǎn)生磁道到磁道定時誤差。系統(tǒng)誤差消除過程在圖2所示的傳播過程，奇數(shù)編號扇區(qū)用于在寫后續(xù)偶數(shù)編號扇區(qū)過程中進行同步，下一步(磁頭徑向移動一小段距離)，其作用調(diào)換，偶數(shù)編號扇區(qū)用于在寫入后續(xù)奇數(shù)編號扇區(qū)過程中進行同步。雖然通過測量反饋過程消除隨機誤差的增長，任何系統(tǒng)誤差將導(dǎo)致固有的磁道到磁道誤差以及整個伺服碼形相對于一固定基準幀旋轉(zhuǎn)。圖8示出由于系統(tǒng)誤差造成后續(xù)被寫入TPs偏離前一伺服磁道一段固定距離。
圖9示出消除系統(tǒng)誤差以及消除隨機誤差的流程圖。下文詳細描述該過程。
步驟100)由寫入一個序列TPs開始該過程，如前所述測量讀和寫之間的延遲，并將該延遲作為可變D存儲。檢測并測量由于讀/寫平行導(dǎo)致的TP改變，并作為Dso存儲。
步驟102)用步驟1確定的讀到寫延遲在磁盤上寫偶數(shù)編號TPs。記錄第一TP相對于標記的位置并設(shè)定標記校正為0。
步驟103)將磁頭移動磁道寬度的幾分之一。
步驟104)寫入交錯編號的TPs。以奇數(shù)TP開始，但在連續(xù)的傳播步驟中在偶數(shù)和奇數(shù)之間變換。
步驟105)測量TP之間的每個時間間隔。
在步驟105A，該間隔被分成兩組IFH和IHF。IFH對應(yīng)以填滿的原位磁道TP開始和偏離磁道TP結(jié)的時間間隔。IHF對應(yīng)以偏離磁道TP開始和原位磁道TP結(jié)束的時間間隔。組合這些間隔計算磁盤上所有間隔。
在步驟105B，在磁盤的同一旋轉(zhuǎn)周期中記錄被寫入該組中的第一TP位置。
步驟106)用測量的間隔計算延時校正。
在步驟106A，用IHF確定用于下一個TP寫入中的讀到寫延遲。
在步驟106B，IFH被輸入時鐘算法，計算校正值以消除下一個TP寫入中的誤差隨機增長。
在步驟106C，用第一TP相對于標記的位置計算新標記校正值，以防止碼形相對于標記旋轉(zhuǎn)。應(yīng)該指出，例如通過允許碼形如圖7所示旋轉(zhuǎn)，可以使該特性無效以減小磁道到磁道的誤差。標記可以從通常在磁盤驅(qū)動器中使用的DC無刷電機的電流波形或從其它可使用的每轉(zhuǎn)一次的信號獲得。
步驟107)用上述過程中步驟106A、步驟106B和步驟106C的每一個輸出計算所需延遲在下一徑向位置寫入交替TPs。
步驟108)檢測磁道數(shù)以確定過程結(jié)束。
然后該過程回到步驟103。
上述過程在實際應(yīng)用中，在為校正每個間隔而計算延遲值前，可以平均兩個或更多后續(xù)步驟中測量的系統(tǒng)誤差。速度誤差校正磁盤轉(zhuǎn)速的改變會引起上述傳播過程中的誤差。專利申請序列No.08/028,044的中講授了誤差的大小與間隔的間距成正比。因此通過降低與任何兩個連續(xù)奇數(shù)(或任何兩個連續(xù)偶數(shù))觸發(fā)碼形之間的時間對應(yīng)的間隔可以減小該誤差，直到該項可被忽略。在某些情況下，通過減小間隔來將該誤差減小到可忽略的程度是不實際的。
在不能減小間隔的情況下，我們公開了一種″在飛行中″測量磁盤速度的方法。如同專利申請序號No.08/028,044的雙轉(zhuǎn)定時碼形傳播，當讀寫步驟中磁盤速度不同時，會出現(xiàn)被寫入TP的位置誤差。該過程中，用與一個完整旋轉(zhuǎn)過程的間隔時間平均值(讀回和寫間隔時間這一或兩者)對應(yīng)的額定間隔長度估算磁盤平均或額定轉(zhuǎn)速。如圖10所示，通過在寫過程測量TPs之間的時間間隔，將該間隔與額定速度的額定間隔比較能得到局部磁盤速度的估算值。由于速度變化率受磁盤慣性限制，可以將正要寫入TP之前的一組間隔測量值平均，以估算當前磁盤速度。例如當磁頭以伺服磁道#1為中心時，可以測量間隔T114和T116，在寫TP118之前估算局部磁盤速度。改善間隔控制的方法專利申請序列No.08/028,044揭示的方法是采用觸發(fā)碼形傳播期間的間隔測量。當間隔中出現(xiàn)誤差時，不知道確定間隔的兩個TPs中哪一個被錯誤定位。因此，當該方法傳播的校正值F(在下文定義F)小于1時，該TP位置誤差傳播(以衰減形式)到相鄰位置。圖11上半部說明了這一點。在伺服磁道#1，TP150相對于TP132的移動有誤差，導(dǎo)致間隔測量結(jié)果T145小于額定值。該過程的下一步，磁頭位于伺服磁道#2，并且TP134被寫入一誤差，以校正短間隔T145。后續(xù)寫入的伺服磁道#3和伺服磁道#4表明了誤差以衰減形式傳播。
在改進間隔控制的方法中，提取有關(guān)特定TP位置的信息。用來自周圍TPs的間隔數(shù)據(jù)提供位置信息，而不是指定來自前一TP的特定間隔作為所需額定位置。計算當前估算的TPs與具體轉(zhuǎn)換數(shù)值中每一個TP之間的間隔。
作為使用最近似的鄰近值的比較的實例，通過測量間隔T135和T157估算TP150。同樣，測量T124和T146估算TP132。在T124與T146不等、T135與T157相等的情況下則是TP150而不是TP132的位置有誤差。在實際應(yīng)用中，該過程擴展到超出最近似的鄰近值，并且平均為相鄰間隔的適當具體數(shù)值，以提供TP位置信息。單轉(zhuǎn)定時碼形。
在磁盤表面一徑向位置呈被相等隔開的觸發(fā)碼形(包括一個或多個被寫入的磁轉(zhuǎn)換)形式的定時信息可以被傳播到整個磁盤半徑，而不引起定時信息在磁道到磁道對準中增加。該過程還可以在每個伺服磁道的單獨轉(zhuǎn)中實現(xiàn)，因此不會增加伺服寫磁盤驅(qū)動器過程的附加時間。該超前的重要性在于它在磁盤驅(qū)動外部出現(xiàn)自產(chǎn)生過程以及存儲介質(zhì)附加轉(zhuǎn)直接影響所需的伺服寫入器系統(tǒng)的數(shù)值的情況是關(guān)鍵的。例如，需要旋轉(zhuǎn)存儲介質(zhì)兩轉(zhuǎn)和一附加轉(zhuǎn)將記錄磁頭移動到下一個伺服磁道位置的定時碼形所需的伺服寫入器比上述方法多50％。當伺服寫入器在存儲裝置外部時意味著成本高。
下面的步驟描述了定時碼形的自傳播過程并在圖12示出。該實例中，A等于間隔T的一半，但一般A可以是T的任何分之一。
1.記錄磁頭位于伺服磁道位置#0，在磁盤表面每隔一個扇區(qū)以額定間隔尺寸T寫入一系列偶數(shù)編號的觸發(fā)碼形。
2.記錄磁頭被伺服定位到伺服磁道位置#1。
3.記錄磁頭觸發(fā)每一個N個偶數(shù)編號的觸發(fā)碼形，并在每個偶數(shù)編號的解發(fā)碼形后的時間A寫奇數(shù)觸發(fā)碼形。在該寫入序列中，測量兩個相鄰的偶數(shù)編號觸發(fā)碼形之間的時間間隔并將其記錄在計算機存儲器作為數(shù)值T(n)，其中n是從1到N。
4.從存儲的時間間隔計算間隔B(n)，并由B(n)＝F*(T(n)-A)+(1-F)*A算出間隔A。
5.記錄磁頭自伺服定位到下一個伺服磁道位置。
6.記錄磁頭觸發(fā)N個奇數(shù)編號的觸發(fā)碼形中的每一個，并在每個偶數(shù)編號的觸發(fā)碼形后的時間B(n)寫入一個偶數(shù)解發(fā)碼形。在該寫入順序中，測量兩個相鄰的偶數(shù)編號觸發(fā)碼形之間的時間間隔并將其記錄在計算機存儲器作為數(shù)值S(n)。
7.從存儲的時間間隔計算間隔C(n)，并由C(n)＝F*(T(n)-B(n-1)+(1-F)*A算出間隔B(n)。
8.記錄磁頭自伺服定位到下一個伺服磁道位置。
9.記錄磁頭觸發(fā)N個偶數(shù)編號的觸發(fā)碼形中的每一個，并在每個偶數(shù)編號的觸發(fā)碼形后的時間C(n)寫入一個奇數(shù)觸發(fā)碼形。在該寫入順序中，測量兩個相鄰的偶數(shù)編號觸發(fā)碼形之間的時間間隔并將其記錄在計算機存儲器作為數(shù)值T(n)。
10.從存儲的時間間隔計算間隔B(n)，并由B(n)＝F*(T(n)-C(n)+(1-F)*A算出間隔C(n)。
11.繼續(xù)過程中的步驟#5，并重復(fù)步驟#5-#10，直到整個磁盤表面寫滿時鐘信息。
F是表示用于校正磁道到磁道偏差的加權(quán)因數(shù)的數(shù)值0至1。例如，F(xiàn)＝1時，磁道到磁道偏差誤差最小，但絕對間隔將偏離額定值。F＝0時，保持額定間隔大小，但磁道到磁道誤差將不受約束地增加。
應(yīng)該理解，除上述消除隨機誤差增長的過程外，還必須測量和校正由前述電子和幾何兩者影響造成的所有系統(tǒng)誤差。另外，前述″間隔控制的改進算法″的方法同樣也用于該過程中。
圖13示出使用該時鐘傳播過程的伺服碼形傳播。記錄磁頭被設(shè)定到訊模式并觸發(fā)開始開啟碼形發(fā)生器的TPO以寫伺服碼形#0，然后選擇盤片層疊中的下一個記錄磁頭并將第二伺服碼形#1寫到表面#1上，并重復(fù)到N表面。數(shù)字N受寫入每個表面所需時間和磁頭轉(zhuǎn)換時間的限制。在第N個表面的結(jié)束處，磁頭必須被及時轉(zhuǎn)換到第一表面#0以讀取下一個扇區(qū)TP1。
權(quán)利要求
1.一種在具有旋轉(zhuǎn)磁盤的磁盤驅(qū)動器的自伺服寫期間消除徑向變化的系統(tǒng)誤差的方法，包括步驟a.在多個預(yù)定徑向位置測量系統(tǒng)誤差；b.在用步驟a確定的數(shù)值在所述徑向位置寫入伺服磁道時校正系統(tǒng)誤差，以便消除系統(tǒng)誤差，從而使伺服碼形以所需方式相對于該磁盤旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于伺服碼形位置隨機誤差也被校正。
3.一種磁盤驅(qū)動器，包括一個位于其中的旋轉(zhuǎn)磁盤；由一個傳動機構(gòu)徑向定位的磁頭，和一個被寫有被寫在所述磁盤上的定時碼形的自伺服；所述碼形被寫得能消除系統(tǒng)誤差，從而使伺服碼形的旋轉(zhuǎn)與由磁頭沿磁盤的徑向運動所劃出的軌跡匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的磁盤驅(qū)動器，其特征在于也可寫入所述伺服碼形，以使磁道到磁道對準的伺服碼形中的隨機誤差至少在跨越磁盤表面所需部分的其均方根值從統(tǒng)計來講是常數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的磁盤驅(qū)動器，其特征在于也可寫入所述伺服碼形，以使磁道到磁道對準的伺服碼形中的隨機誤差是以使誤差增加低于代表隨機走動過程的磁道數(shù)量的平方根的方式被校正的。
全文摘要
一種在具有旋轉(zhuǎn)磁盤的磁盤驅(qū)動器的自伺服寫期間消除徑向變化的系統(tǒng)誤差的方法，包括步驟在多個預(yù)定徑向位置測量系統(tǒng)誤差；在用上述步驟確定的數(shù)值在所述徑向位置寫入伺服磁道時校正系統(tǒng)誤差，從而使伺服碼形以所需方式相對于該磁盤旋轉(zhuǎn)。
文檔編號G11B19/04GK1399254SQ02118680
公開日2003年2月26日 申請日期2002年4月15日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月1日
發(fā)明者T·J·程納, A·P·普萊諾, M·D·舒爾茨, B·C·韋布, E·J·亞卓克 申請人:國際商業(yè)機器公司