通过静电力无接触测量滑块飞行高度的利记博彩app

专利名称：通过静电力无接触测量滑块飞行高度的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及磁性硬盘驱动器。具体地说，本发明涉及一种通过静电 力测量磁头在磁性数据存储介质上飞行高度的方法。
背景技术：
图1示出了现有技术中典型的硬盘驱动器。硬盘驱动器是常用的信 息存储设备，主要包含能够通过磁性读取和写入元件访问的一组可旋转
的盘101或者其他磁性存储介质。这些数据传输元件，通常称作换能器 102， 一般由滑动主体承载或嵌入该滑动主体内，所述滑动主体被保持 在距离盘101上形成的离散数据轨道相对较近的位置上，从而允许实现 读或写操作。为了使换能器102相对于盘表面适当定位，形成在滑动主 体上的空气轴承面(ABS)受到一个流体气流的作用，该气流提供足够 的提升力，从而使滑块和换能器在盘数据轨道上"飞行"。磁盘的高速 旋转产生一个气流或者在基本平行于盘的切向速度方向上沿着盘表面的 风。气流与滑动主体的ABS共同作用，使滑块在离心旋转的盘上飞行。 实际上，通过所述的自动空气轴承，悬浮的滑块与盘表面物理分离。
图2示出了以一定飞行高度在磁盘上飞行的滑块。ABS设计的一些 主要目标是使滑块和附随的换能器202尽可能的靠近旋转盘的表面飞 行，以及不管飞行条件的变化能够均匀保持固定的接近距离。空气轴承 滑块和离心旋转的磁盘之间的高度或者分隔间隙通常被定义为飞行高 度。 一般来说，已安装的换能器或者读/写元件在旋转盘表面上方大约 小于1微英寸(25.4nm)处飞行。滑块的飞行高度被认为是影响已安装 读/写元件的磁盘读取和记录性能的最关键参数之一。滑块的飞行高度
还直接影响磁盘驱动器的机械完整性和磁性能。相对较小的飞行高度使 得换能器能够在盘表面上的不同数据比特位置之间获得更高的分辨率， 从而提高数据密度和存储容量。随着使用了相对较小但仍性能强大的盘 驱动器的重量轻且结构紧凑的笔记本电脑的广泛使用，目前对迫切降低
飞行高度的需求逐渐增长。
已知目前有各种测量滑块飞行高度的方法。 一种方法是光学飞行高
度测量。光学飞行高度测量是根据滑块ABS和盘表面反射光的千涉。该
方法需要透明盘，存在静电荷耗散(ESD)破坏精密读-写换能器的较大 风险。其结果是，光学飞行高度测量一般仅作为统计处理控制的一部分， 对于滑块的小部分进行操作。
通过读回信号测量飞行高度是另一种测量滑块飞行高度的方法。读 回信号测量飞行高度是基于空间磁损:耗的Wallace公式。通过比较两种 不同条件下的读回信号的幅度，可以计算间隔的变化。但是，为了获得 实际的飞行高度，必须知道两个不同条件中至少一个条件下的滑块飞行 高度。因此，读回信号测量飞行高度通常需要一个"着陆"过程，其中 滑块的飞行高度被降低到或者接近零。着陆时的滑块飞行高度测量为测 量另一个不同条件下的滑块飞行高度提供了一个基准飞行高度，从而能 够测量实际飞行高度。但是着陆过程使得滑块-盘表面产生磨损，因此 是消耗性的。而且，由于包含了杂质和润滑剂以及滑块的振动，读-写 换能器和着陆时的磁盘之间的磁间隙是不确定的。其结果与实际滑块的 相关度的可靠性不高。
近来，利用热膨胀调整飞行高度已经被工业上采用。滑块内在读-写换能器的附近嵌入了一个电加热元件，使得换能器向磁盘方向凸起于 原本平坦的ABS。在激励之前，标称的飞行高度将被稍提高一些，然后 根据需要由加热器减小该高度以执行读-写动作。通过该技术，滑块飞 行高度公差可以稍微放松要求。但是，在驱动器生产时，为了减小过低 飞行滑块(飞得太低并且不能由加热元件弥补该缺陷的滑块)和过高飞 行滑块的数量(飞得太高且需要过多的加热的滑块，因此耗电并且缩短 了读取传感器的寿命)，飞行高度控制仍然很严格。相比较没有加热元 件的滑块，加热元件使"着陆，，加速化并且简单化了。但是，着陆时的 飞行高度仍然不确定。此外，滑块和盘的磨损及裂纹会阻止重复实现着 陆过程。由此，很难优化便携式设备内的加热凸起幅度，其中飞行高度 经常随室压和温度变化。
飞行高度还可以通过静电力调整。电压施加到滑块主体和盘之间。 与热膨胀方法相比，静电力方法需要的功率更小。并且，通过静电力调 整飞行高读不需要加热读-写传感器。但是，它存在如果电压过大形成 电弧的风险。不考虑飞行高度的调整方法，飞行高度本身可以通过读回 信号或者滑块和盘之间的电容来测量。不管哪一种情况下，所不期望的 "着陆"都是必需的。
因此，目前需要一种测量滑块飞行高度的改进方法，其不需要透明 盘以及"着陆"。


图1示出了现有技术中典型的硬盘驱动器。
图2示出了以一个飞行高度位于磁盘上飞行的滑块。
图3示出了本发明的一个实际硬盘驱动系统的实施例。
图4示出了带有微致动器的平衡头组件。
图5示出了使用静电力无接触测量滑块的飞行高度的一个实施例的
流程图。
图6示出了滑块获得的实验数据的曲线拟合图表的一个实施例。 图7示出了滑块飞行间隙和数值a/A。的相关度图表的一个实施例。
具体实施例方式
本发明公开了 一种通过使用静电力无接触测量滑块飞行高度的系统 和方法。带有读/写头的滑块与磁性数据存储介质上的预定轨道连接。 当滑块的读/写头和预定轨道连接时， 一组不等的电压施加到滑块和磁 性数据存储介质之间。响应所施加的不等电压，根据每个施加的电压来 记录读回信号。读回信号被用于计算二次方程式的系数。所述系数随后 使用二次方程式的顶点进行归 一化。归 一化后的系统随后被转换成滑块 飞行高度测量结果。
图3示出了本发明的一个实际硬盘驱动系统的实施例。磁盘驱动系 统包括一个音圈马达302，用于绕一个轴旋转主轴306上的致动臂304。 包括装载杆308的悬臂连接到致动臂304。悬臂承载一个滑块310。滑
块310包含一个用于读取和/或写入磁盘上的数据的读/写头或读/写换
能器(未示出)。当磁盘旋转时，滑块310以一定的飞行高度在磁盘312 上飞行。当滑块310在磁盘312上飞行时，滑块和磁盘之间的界面被特 征化或者模型化为一个不平行电容。滑块相当于上电极，而磁盘相当于 下电极。磁盘驱动系统还包括一个电源器件(未示出)，例如稳压DC供 电单元或者一或多个DC电池，向滑块和;兹盘表面之间的间隔提供一个 控制电压。
一个实施例中，滑块310和盘312互相电气绝缘，从而能够处理它 们之间的电压。滑块和盘之间的一些漏电电阻例如10MQ是可以接受并 且期望的，只要该漏电电阻不会产生太大的电流而损坏滑块、盘或者马 达。 一个实施例中，滑块主体接地。通常，滑块主体通过银环氧接地到 悬臂主体。可替换的，滑块主体通过连接到地线的金垫片接地。因为滑 块主体接地，盘可以不^^妾地。 一个实施例中，盘312和盘主轴314电气 绝缘。可替换的，盘主轴314可以和马达底座(未示出)电气绝缘。任 意一个实施例中，设置了一个从盘312到电源元件的电路径。另一个实 施例中，盘可以接地。滑块310通过不导电胶与装载杆308电气绝缘。 滑块310还可以电气连接到电源元件。
通常，当电压被施加到滑块和盘之间时，滑块的飞行高度由于下述 公式确定的吸引力而降低
/^A:F2//22 ,
其中F表示两个电极(例如滑块内的换能器和盘)之间的静电吸引
力。符号k表示一个常数值。符号V表示施加到电极上的电压，或者滑 块和盘之间静电场的电势差。符号h表示换能头和盘之间的距离。
图4示出了带有微致动器的一个平衡头组件。微致动器包括带有读 /写头或者读/写换能器的滑块，所述头或换能器包括一组从数据存储介 质读取数据的读取元件，以及一组向数据存储介质写入数据的写入元 件。滑块可以耦合或电气连接到一个电源。电源向滑块和数据存储介质 之间的间隔提供一个可变控制电压。电源可以是稳压DC供电单元。可 替换的，该电源可以是一个或多个DC电池。电流限制装置，例如电阻 可以防止电源施加过大的电压而因此损坏滑块或者数据存储介质。 一个
实施例中，该电流限制装置可以被嵌入到电源内或者是电源的 一个组 件。
图5示出了使用静电力无接触测量滑块的飞行高度的一个实施例的 流程图。模块510中，带有读/写头的滑块在磁性数据存储介质上飞行。
不同的电势。由此，当滑块主体和盘基底电气短路时，在横跨滑块空气 轴承上存在一个自发电压。模块520中， 一组不等的控制电压被施加到 滑块和盘之间，产生一个静电力。 一个实施例中，当滑块读/写头在磁 性数据存储介质的离散轨道上执行读取或写入操作时，该组不等的电压 可以被连续施加。 一个实施例中，该电压组包括三个不等的电压，当读 /写换能器在读取磁性数据存储介质的离散数据轨道时，连续施加这三 个电压。这三个不同电压的其中一个可以是零。
不同控制电压的电源可以是一或多个DC电池。可替换的，电源可 以是一个稳压DC供电单元。供电单元或电池是盘驱动系统的一个元件。 一个实施例中，供电单元或电池被耦合到滑块上。作为测量过程的一部 分， 一定范围的控制电压电平被施加到滑块和盘之间，从而能够产生足 够的飞行高度变化，而且不产生滑块-盘的着陆接触。由电源提供的控 制电压包括两个极性的电压。 一个极性电压的极大值所导致的滑块降低 的飞行高度基本与另 一个极性电压的极大值所导致的降低的飞行高度相 等。但是，通常选择施加电压的范围，使得施加电压和自发电压一起使 一般的滑块降低50%的飞行高度。如果施加电压的范围太窄，会损害飞 行高度测量的精确性。但是，施加电压绝对不应该太高而使电弧成为一 个严重问题。为了最小化形成电弧的可能性，施加电压的范围应该使得 正和负电压降低的飞行高度相等。由于滑块和盘之间的固有的表面电势 差，施加电压的范围不能在零值周围对称分布。通常与零值的偏移在0.5 和1伏之间。为了最小化电弧产生的损害，电流限制装置例如电阻被包 括在盘驱动系统中。 一个实施例中，电流限制电阻被集成或嵌入到不等 控制电压的电源内。可替换的，电流限制电阻被放置在靠近空气轴承表 面处。例如，该电阻嵌入在滑块内，由此导电路径的电容不会直接产生 电弧能量。
模块530中，还可以测量和记录读回信号的轨道平均幅度。当滑块 换能器在磁性数据存储介质的离散数据轨道上执行读取或写入操作时， 可以根据施加到滑块和盘之间的控制不同的电压来测量读回信号幅度。 而且，只要读取电路的前置放大器在线性范围内操作，读取电路的前置 放大器的增益就不是必需的。在飞行高度测量期间，所测量的已记录轨 道必须宽于滑块换能器的读取宽度。滑块还读取轨道上的数据，减小径
向位移产生的幅度振荡，这已知称为轨道失配(TMR)。写入信号的波长
还可以是固定的，从而不需要调整校准常数。另外， 一个实施例中，飞
行高度测量可以作为磁盘参数测试的一部分，从而不需要额外的处理。
模块540中，计算二次经验曲线拟合方程式的系数。 一个实施例中，
使用无接触方法例如静电力测量滑块的飞行高度时，滑块和盘之间的空
气轴承被模型化为一个不平行的平板电容。滑块和盘之间的静电力近似
精确的表示为
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中F是静电力，V是施加在滑块和盘之间的不等的控制电压，V。 是滑块和磁盘表面之间静电场内的初始电势差，该电势差根据滑块和盘 表面的材料特性确定，q由ABS轨道形状和滑块飞行俯仰角度确定(通 常Kq〈2),且h是滑块的飞行高度。对于每个滑块空气轴承设计，可以 在连续增加的静电电压下进行数值模拟，以获得滑块飞行高度和电压的 函数。该函数可以被曲线拟合，以产生变量q。目前，加州大学伯克利 分校的的计算机机械实验室开发的"CML空气轴承模拟包"被用来执行 数值模拟。
一个实施例中，滑块空气轴承被看作一个非线性弹簧，并模式化为 a4/MocA、其中r是大致不变的。使用空间,兹损一毛的Wallace公式， a4/^cc头，其中A。是标称飞行高度下的读回信号幅度。可替换的，A。 是专用的基准飞行高度下的读回信号幅度。利用微分连锁律，
<formula>formula see original document page 9</formula>
公式积分得到
<formula>formula see original document page 9</formula>
与之相比，经验曲线拟合的二次方程式可以表示为
<formula>formula see original document page 9</formula>用积分公式中的变量A 替代二次方程式，并简化<formula>formula see original document page 10</formula>
公式产生
其中C表示写入信号的波长，前置放大增益，以及换能器传感效率。只 要c保持为常数，即包含c的变量在飞行高度测量试验中不变化，飞行
高度被近似为
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中分量i/(r- )<o。因此，滑块飞行高度h是a/Afl的单调递减函 数。模块550中，计算出的系数使用二次经验曲线拟合方程式产生的抛 物线的顶点高度进行归一化。模块560中，归一化后的二次系数被转换 成滑块的飞行高度测量结果。
上述公开的飞行高度测量方法的实施例可以在组装完整的磁盘驱动 器、部分组装的磁盘驱动器或者磁盘驱动器特征元件(例如平衡头组件， 或者头-臂组件)的测试器上执行。因为该方法不是破坏性的，所以可 以经常在操作^磁盘驱动器时执行。因此，可以经常根据需要监控滑块飞 行高度，并且在每次读取/写入操作之前获知降低的飞行高度量。飞行 高度降低可以通过静电力单独完成、由加热元件单独完成，或者由静电 力和加热元件凸起组合完成。由静电力降低滑块飞行高度比由加热元件 凸起的响应时间更快，功率消耗更低。但是，过大的静电力会产生电弧 危害，会促使滑块上碎屑堆积。优化静电力和加热元件凸起的组合方法 以降低滑块飞行高度，并且产生可以接受的较小延迟、功率损耗、碎屑 堆积以及电弧。
图6示出了从滑块获取的经验数据的曲线拟合图表的一个实施例。 该实施例中，由测量滑块飞行高度而获得的采样数据使得二次系数 a=4. 5447。根据二次方程式计算出的基准读回信号幅度AQ是205.69。 因此a/A。-0. 022。
图7示出了滑块间隙和数值a/Ao的相关度图表的一个实施例，其中 当控制电压被施加在滑块和盘之间后，使用传统的"着陆"方法通过空 间损耗的Wallace公式测量飞行高度。由于滑块振荡和碎屑，"着陆" 方法不能精确的产生实际的飞行高度，因此曲线图被标注为"间隙，，而
不是"飞行高度"。
使用本申请公开的新颖方法来测量滑块的飞行高度允许制造商增加 样本大小，从而增加统计过程控制中的置信度级别。该方法甚至允许制 造商屏蔽每个滑块，并根据其飞行高度定位滑块。
因此，上述内容只阐释了本发明的原理。此外，本领域技术人员能 够理解各种修正和变形都是可行的，所公开的描述性实施例不会将本发 明限制为所示的精确构造和操作过程，由此所有适当的修正和等效方式 都在本发明的范围内。
权利要求
1、一种测量滑块飞行高度的方法，其包含使具有读/写头的滑块在磁性数据存储介质上飞行；在滑块和磁性数据存储介质之间施加一组不等的电压；根据施加的每个不等的电压，记录相对应的读回信号；使用所记录的读回信号，计算经验曲线拟合方程式的系数；归一化经验曲线拟合方程式的系数；以及将归一化后的系数转换成滑块的飞行高度测量结果。
2、 如权利要求l的方法，其特征在于该不等电压组包括至少三个不 等的电压。
3、 如权利要求l的方法，其特征在于该不等电压组包括两个极性。
4、 如权利要求3的方法，其特征在于相反极性的不等的电压的极值 降低的飞行高度基本相等。
5、 如权利要求1的方法，其特征在于该不等的电压组在使飞行高度 范围从最大飞行高度降低到最大飞行高度的大约50 /。的范围之内。
6、 如权利要求l的方法，其特征在于该不等的电压组通过一个电流 限制装置，以防止电弧损害滑块—和磁性数据存储介质之一。
7、 如权利要求6的方法，其特征在于该电流限制装置是一个电阻。
8、 如权利要求1的方法，其特征在于多个DC电池提供该不等的电 压组。
9、 如权利要求1的方法，其特征在于稳压DC供电单元提供该不等 的电压组。
10、 如权利要求1的方法，其特征在于滑块和磁性数据存储介质互 相电气绝缘。
11、 如权利要求1的方法，其特征在于经验曲线拟合方程式是一个 二次方程式。
12、 如权利要求ll的方法，其特征在于经验曲线拟合方程式的系数 使用经验曲线拟合方程式的顶点进行归一化。
13、 一种磁盘驱动器，其包含带有读/写头的滑块，所述读/写头包括一组读取数据的读取元件，以及一组写入数据的写入元件；用于存储数据的磁性数据存储介质；悬臂，用来支撑滑块并保持滑块和磁性数据存储介质之间的间隔； 电源，为滑块和磁性数据存储介质之间的间隔提供可变的控制电压。
14、 如权利要求13的磁盘驱动器，还包含一个电流限制电阻，以防 止损害磁盘驱动器。
15、 如权利要求13的磁盘驱动器，其特征在于电源是稳压DC供电 单元。
16、 如权利要求13的磁盘驱动器，其特征在于电源是至少一个DC 电池。
17、 如权利要求14的磁盘驱动器，其特征在于电流限制电阻是电源 的一个元件。
18、 如权利要求13的磁盘驱动器，其特征在于电源耦合到所述滑块。
19、 一种滑块，其包含读/写头，所述读/写头包括一组通过滑块和数据存储介质之间的间 隔从数据存储介质读取数据的读取元件，以及一组通过滑块和数据存储 介质之间的间隔向数据存储介质写入数据的写入元件；以及耦合到滑块的电源，向滑块和数据存储介质之间的间隔提供可变的 控制电压。
20、 如权利要求19的滑块，其特征在于电源是稳压DC供电单元。
21、 如权利要求19的滑块，其特征在于电源是至少一个DC电池。
22、 如权利要求19的滑块，还包含一个电流限制电阻，以防止损害 滑块和数据存储介质。
23、 如权利要求22的滑块，其特征在于电流限制电阻是电源的一个 元件。
全文摘要
本发明涉及一种使用静电力无接触测量滑块在磁性数据存储介质上的飞行高度的系统和方法，滑块在磁性数据存储介质上飞行。一组不等的电压施加到滑块和磁性数据存储介质之间，并记录相对应的读回信号。利用已记录的读回信号，计算经验曲线拟合方程式的系数。系数被归一化，并转换成飞行高度测量结果。
文档编号G11B5/455GK101192413SQ20071030518
公开日2008年6月4日 申请日期2007年11月28日 优先权日2006年11月28日
发明者C·-H·杨, E·T·查, L·-Y·朱, Y·付 申请人:新科实业有限公司