独立地驱动外部和内部细调致动器的数据存储设备的制作方法

独立地驱动外部和内部细调致动器的数据存储设备
1.相关申请的交叉引用
2.本技术是2021年2月15日提交的美国专利申请序列第17/175,976号的部分继续申请，该专利申请全文以引用方式并入本文。

背景技术：

3.数据存储设备诸如磁盘驱动器包括磁盘和连接到致动器臂的远侧端部的磁头，该致动器臂通过音圈电机(vcm)绕枢轴旋转，以将磁头径向地定位在磁盘之上。磁盘包括多个径向间隔的同心轨道，用于记录用户数据扇区和伺服扇区。伺服扇区包括磁头定位信息(例如，磁道地址)，该磁头定位信息由磁头读取并由伺服控制系统处理，以在致动器臂从磁道到磁道寻道时控制它。
4.图1示出了现有技术的磁盘格式2，其包括由围绕每个伺服磁道的圆周记录的伺服扇区6
0-6n限定的多个伺服磁道4。每个伺服扇区6i包括用于存储周期性图案的前导码8(其允许读取信号的适当的增益调节和时序同步)以及用于存储用于符号同步到伺服数据字段12的特殊图案的同步标记10。伺服数据字段12存储用于在寻道操作期间将磁头定位在目标数据磁道之上的粗略磁头定位信息，诸如伺服磁道地址。每个伺服扇区6i还包括伺服脉冲组14(例如，n伺服脉冲和q伺服脉冲)，该伺服脉冲组相对于彼此以及相对于伺服磁道中心线以预定相位被记录。基于相位的伺服脉冲14提供用于在写入/读取操作期间访问数据磁道的同时进行中心线跟踪的精细磁头位置信息。位置误差信号(pes)是通过读取伺服脉冲14来产生的，其中pes表示磁头相对于目标伺服磁道的中心线的测量位置。伺服控制器处理pes以产生施加到磁头致动器(例如，音圈电机)的控制信号，以便沿减小pes的方向在磁盘之上径向地致动磁头。
附图说明
5.图1示出了现有技术的磁盘格式，其包括由伺服扇区限定的多个伺服磁道。
6.图2a示出了根据实施方案的磁盘驱动器形式的数据存储设备，该数据存储设备包括多个磁盘，每个磁盘包括顶部磁盘表面和底部磁盘表面。
7.图2b示出了这样的实施方案：其中多个内部致动器臂各自包括第一内部细调致动器和第二内部细调致动器，该第一内部细调致动器被配置为在顶部磁盘表面中的一个顶部磁盘表面的上方致动顶部磁头，该第二内部细调致动器被配置为在底部磁盘表面中的一个底部磁盘表面的上方致动底部磁头，并且顶部外部致动器臂和底部外部致动器臂各自包括外部细调致动器，该外部细调致动器被配置为在外部顶部磁盘的顶部磁盘表面上方致动顶部磁头，并且在外部底部磁盘的底部磁盘表面上方致动底部磁头。
8.图2c示出了这样的实施方案：其中用于顶部磁头的细调致动器在机械上等同于用于底部磁头的细调致动器，由于它们相对于顶部磁盘表面和底部磁盘表面的翻转取向，导致响应于公共控制信号的相反的径向移动。
9.图3示出了这样的实施方案：其中细调驱动器生成控制信号，该控制信号同时施加
到内部致动器臂或外部致动器臂中的任一者的细调致动器。
10.图4示出了根据实施方案的用于将控制信号施加到内部致动器臂或外部致动器臂中的任一者的细调致动器的控制电路。
11.图5a示出了这样的实施方案：其中第一细调驱动器控制内部致动器臂的细调致动器，并且第二细调驱动器同时控制外部致动器臂的细调致动器。
12.图5b示出了这样的实施方案：其中由细调致动器生成的控制信号可被反相以便同时致动顶部磁盘表面和底部磁盘表面的细调致动器。
13.图6a示出了这样的实施方案：其中磁盘驱动器包括被构造成所谓的分体式致动器的多个致动器组件。
14.图6b示出了这样的实施方案：其中多个致动器组件的内部细调致动器独立于第一外部细调致动器和第二外部细调致动器被驱动。
具体实施方式
15.图2a和图2b示出了根据实施方案的磁盘驱动器形式的数据存储设备，该数据存储设备包括多个磁盘16
1-16n，每个磁盘包括顶部磁盘表面和底部磁盘表面。多个内部致动器臂18
1-18n各自包括第一内部细调致动器(例如，201)和第二内部细调致动器(例如，202)，该第一内部细调致动器被配置为在顶部磁盘表面中的一个顶部磁盘表面上方致动顶部磁头(例如，221)，该第二内部细调致动器被配置为在底部磁盘表面中的一个底部磁盘表面上方致动底部磁头(例如，222)。第一外部致动器臂241包括第一外部细调致动器261，该第一外部细调致动器被配置为在顶部磁盘的顶部磁盘表面上方致动顶部磁头，并且第二外部致动器臂242包括第二外部细调致动器262，该第二外部细调致动器被配置为在底部磁盘的底部磁盘表面上方致动底部磁头。粗调致动器(例如，vcm 28)被配置为同时移动致动器臂以在其相应的磁盘表面上方致动磁头，其中内部细调致动器独立于外部细调致动器来控制。
16.在图2a的实施方案中，磁盘驱动器包括控制电路30，该控制电路被配置为处理从磁头发出的读取信号32以解调伺服扇区并生成表示磁头的实际位置和相对于目标数据磁道的目标位置之间的误差的位置误差信号(pes)。控制电路30中的伺服控制系统使用合适的补偿滤波器对pes滤波，以生成施加到vcm 28的控制信号34，该vcm使致动器臂围绕枢轴旋转，以便沿减小pes的方向在磁盘之上径向地致动磁头。还使用细调致动器(诸如压电(pzt)致动器)来伺服磁头，该细调致动器被配置为相对于致动器臂致动悬架，如图2b中所示，并且/或者被配置为相对于悬架致动磁头。伺服扇区可包括任何合适的磁头位置信息，诸如用于粗略定位的磁道地址和用于精细定位的伺服脉冲。在一个实施方案中，伺服脉冲可包括任何合适的模式，其中至少一个伺服脉冲由磁转变的周期序列组成，诸如基于振幅的伺服模式或基于相位的伺服模式(图1)。
17.图2c示出了包括pzt元件的细调致动器的实施方案，该pzt元件被配置为相对于致动器臂致动悬架。在该实施方案中，用于顶部磁头的细调致动器(例如，内部细调致动器201)在机械上等同于用于底部磁头的细调致动器(例如，内部细调致动器202)。在该实施方案中，底部细调致动器和悬架相对于顶部细调致动器和悬架“翻转”，如图2c所示，使得当控制信号被同时施加到内部致动器臂的顶部细调致动器/底部细调致动器两者时，其引起顶部细调致动器/底部细调致动器的相反径向移动。在一个实施方案中，在相反的径向方向上
同时致动内部致动器臂的顶部细调致动器/底部细调致动器使致动器臂的振动模式衰减。
18.图3示出了根据实施方案的控制电路，其中所有细调致动器是机械上等同的，并且底部磁头的细调致动器相对于顶部磁头的细调致动器翻转，诸如图2c所示。细调驱动器36生成控制信号38，该控制信号被选择性地(经由解复用器40)施加到内部致动器臂的内部细调致动器(例如，201和202)或施加到外部致动器臂的外部细调致动器(261和262)。因此，在该实施方案中，解复用器40可被配置为使得控制信号38同时驱动所有内部细调致动器，包括在相反的径向方向上驱动顶部细调致动器/底部细调致动器，以便衰减致动器臂的振动模式。另选地，解复用器可被配置为使得控制信号38同时驱动外部细调致动器(在该实施方案中，顶部细调致动器261在与底部细调致动器262相反的径向方向上被驱动)。在该实施方案中，同时驱动内部细调致动器而不驱动外部细调致动器可衰减原本可影响内部致动器臂的干扰。类似地，同时驱动外部细调致动器而不驱动内部细调致动器可衰减原本可影响外部致动器臂的干扰。
19.图4示出了根据实施方案的用于将图3的控制信号38施加到内部致动器臂或外部致动器臂中的任一者的细调致动器的控制电路。控制电路包括输入级，该输入级包括用于将数字控制信号转换成模拟控制信号38的数模转换器42，以及用于放大模拟控制信号38的差分放大器44。开关461和462被配置为选择要由输入级驱动的外部细调致动器或内部细调致动器。开关48被配置为将反馈从外部细调致动器或内部细调致动器驱动级(取决于哪个是活动的)施加到差分放大器44。当内部细调致动器或外部细调致动器未被选择(不活动)时，相应开关461和462被配置为使得对应的输出级被偏置到输出共模。在图4的示例中，开关被配置为使得内部细调致动器是活动的(由控制信号38驱动)，而外部细调致动器是不活动的(输出级偏置到输出共模)。
20.图5a示出了根据实施方案的控制电路，其中第一细调驱动器361生成用于控制内部细调致动器(例如，201和202)的第一控制信号381，并且第二细调驱动器362生成用于独立地控制外部细调致动器261和262的第二控制信号382。在一个实施方案中，可同时控制内部细调致动器和外部细调致动器以便同时访问两个磁盘表面。例如，顶部磁头可访问顶部磁盘的顶部磁盘表面，而中间磁头中的一个中间磁头同时访问中间磁盘的中间磁盘表面(顶部或底部)中的一个中间磁盘表面。在图5a的实施方案中，细调致动器在机械上是等同的，其中底部细调致动器相对于顶部细调致动器“翻转”，诸如图2c所示，其中公共控制信号381驱动所有内部细调致动器，并且公共控制信号382驱动两个外部细调致动器。
21.在图5b所示的另选实施方案中，顶部细调致动器和底部细调致动器被配置为响应于公共控制信号而在相同的径向方向上致动。因此，在该实施方案中，第一细调致动器361生成用于控制中间磁盘的顶部内部细调致动器的第一控制信号501，以及用于控制中间磁盘的底部内部细调致动器的具有相反极性(经由反相器52)的第二控制信号502。类似地，第二细调致动器生成用于控制顶部磁盘的顶部外部细调致动器的第一控制信号541，以及用于控制底部磁盘的底部外部细调致动器的具有相反极性(经由反相器56)的第二控制信号542。在该实施方案中，负极性控制信号502和542被示出为通过使对应的正极性控制信号501和541反相而生成。然而，图5b所示的模拟反相器仅指示在一个实施方案中，由每个细调驱动器生成的控制信号具有相反的极性。在其他实施方案中，可以以任何其他合适的方式生成正极性控制信号/负极性控制信号，诸如通过使用具有相等增益的非反相放大器和反相
放大器。此外，如果细调致动器被配置为响应于公共控制信号而在相同径向方向上致动，则可在上述其他实施方案中(诸如在图3的实施方案中)实现使用于顶部细调致动器/底部细调致动器的控制信号反相的类似技术。
22.图6a和图6b示出了这样的实施方案：其中该数据存储设备包括组装成被称为分体式致动器的配置的至少两个粗调致动器(例如，vcm 1和vcm 2)，其中两个或更多个粗调致动器围绕共同枢轴来致动致动器臂的相应子集。在该实施方案中，第一多个内部致动器臂581各自包括第一内部细调致动器(例如，内部细调致动器201)和第二内部细调致动器(例如，内部细调致动器202)，该第一内部细调致动器被配置为在该顶部磁盘表面中的一个顶部磁盘表面上方致动顶部磁头，该第二内部细调致动器被配置为在底部磁盘表面中的一个底部磁盘表面上方致动底部磁头。第一外部致动器臂601包括第一外部细调致动器261，该第一外部细调致动器被配置为在顶部磁盘的顶部磁盘表面上方致动顶部磁头。第一粗调致动器281(例如，vcm 1)被配置为同时移动第一多个内部致动器臂581和第一外部致动器臂601以在磁头的相应磁盘表面上方致动相应的磁头。第二多个内部致动器臂582各自包括第一内部细调致动器(例如，内部细调致动器204)和第二内部细调致动器(例如，内部细调致动器205)，该第一内部细调致动器被配置为在该顶部磁盘表面中的一个顶部磁盘表面上方致动顶部磁头，该第二内部细调致动器被配置为在底部磁盘表面中的一个底部磁盘表面上方致动底部磁头。第二外部致动器臂602包括第二外部细调致动器262，该第二外部细调致动器被配置为在底部磁盘的底部磁盘表面上方致动底部磁头。第二粗调致动器282(例如，vcm 2)被配置为同时移动第二多个内部致动器臂582和第二外部致动器臂602以在磁头的相应磁盘表面上方致动相应的磁头。控制电路30被配置为独立于外部细调致动器261和262来控制内部细调致动器(例如，内部细调致动器20
1-206)。在一个实施方案中，控制电路还被配置为独立于第二外部细调致动器262驱动第一外部细调致动器261，该第二外部细调致动器使能同时访问(写入或读取)顶部磁盘表面161和底部磁盘表面16n。
23.在图6a的实施方案中，中间磁盘16s为共享磁盘，因为顶部磁盘表面是使用第一多个内部致动器臂581的底部内部致动器臂来访问的，并且底部磁盘表面是使用第二多个内部致动器臂582的顶部内部致动器臂来访问的。这样，每个内部致动器臂包括顶部和底部内部细调致动器，该顶部和底部内部细调致动器在相反的径向方向上被驱动以便使如上所述的致动器臂的振动模式减弱。在该实施方案中，同时驱动(第一多个内部致动器臂581和/或第二多个内部致动器臂582中的)内部细调致动器而不驱动外部细调致动器261和262可使原本可不利地影响内部致动器臂的干扰减弱。类似地，驱动外部细调致动器261和/或262而不驱动内部细调致动器可使原本可不利地影响外部致动器臂的干扰减弱。此外，在该实施方案中，独立于外部细调致动器261和262来驱动内部细调致动器(例如，第一多个内部致动器臂581和/或第二多个内部致动器臂582的内部细调致动器)可使顶部致动器组件和底部致动器组件之间的耦合干扰(例如，其可激发耦合振动模式)减弱。
24.在图6b的实施方案中，控制电路包括第一细调驱动器621和第二细调驱动器622，该第一细调驱动器621被配置为控制第一多个内部致动器臂581的内部细调致动器(例如，内部细调致动器20
1-203)，该第二细驱动器622被配置为控制第一外部细调致动器261。该控制电路还包括第三细调驱动器623和第四细调驱动器624，该第三细调驱动器被配置为控制第二多个内部致动器臂582的内部细条致动器(例如，内部细致动器20
4-206)，该第四细调驱动器
被配置为控制第二外部细调致动器262。这样，该内部细调致动器独立于外部细调致动器被驱动(以使例如振动模式和/或耦合干扰减弱)，而使能同时访问两个磁盘表面(使用顶部致动器组件访问的第一磁盘表面和使用底部致动器组件访问的第二磁盘表面)。
25.在一个实施方案中，分体式致动器可包括两个以上的致动器组件，例如三个致动器组件和两个共享磁盘。在该实施方案中，可使用相应的细调驱动器(即，用于驱动三个致动器组件的三个细调驱动器)来驱动内部细调致动器的每个子集。
26.在一个实施方案中，图6b中的第一(顶部)外部细调致动器261可机械地等同于第二(底部)外部细调致动器262，其中第二(底部)外部细调致动器262和悬架相对于第一(顶部)外部细调致动器261和悬架被“翻转”，诸如图2c中所示，使得当控制信号被同时施加到第一外部细调致动器和第二外部细调致动器两者时，该控制信号引起第一细调致动器和第二细调致动器的相反径向移动(如图6b中的“+”和
“‑”
标记所指示)。在另一个实施方案中，在相反的径向方向上驱动顶部/底部内部细调致动器以及在相反的径向方向上驱动第一外部细调致动器和第二外部细调致动器可通过反转该驱动信号来实现，诸如图5b所示。
27.可以采用任何合适的控制电路来实现上述实施方案中的流程图，例如任何合适的集成电路或电路。例如，控制电路可以在读取通道集成电路内实现，或者在与读取通道分开的部件中实现，诸如数据存储控制器，或者上述某些操作可以由读取通道执行，而其他操作可以由数据存储控制器执行。在一个实施方案中，读取通道和数据存储控制器实现为单独的集成电路，并且在替代实施方案中，它们被制造成单个集成电路或片上系统(soc)。此外，控制电路可包括合适的电源电路和/或合适的前置放大器电路，该前置放大器电路实现为单独的集成电路，集成到读取通道或数据存储控制器电路中，或集成到soc中。
28.在一个实施方案中，控制电路包括执行指令的微处理器，该指令可操作以使微处理器执行本文所述的流程图。指令可存储在任何计算机可读介质中。在一个实施方案中，它们可被存储在微处理器外部的或者与soc中的微处理器集成的非易失性半导体存储器上。在另一个实施方案中，控制电路包括合适的逻辑电路，诸如状态机电路。在一些实施方案中，流程图块中的至少一些可以使用模拟电路(例如，模拟比较器、定时器等)来实现，并且在其他实施方案中，块中的一些可以使用数字电路或模拟/数字电路的组合来实现。
29.此外，任何合适的电子设备，诸如计算设备、数据服务器设备、媒体内容存储设备等，可包括如上所述的存储介质和/或控制电路。
30.上述各种特征和过程可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式组合。所有可能的组合和子组合均旨在落入本公开的范围内。另外，在一些具体实施中可以省略某些方法、事件或过程块。本文描述的方法和过程也不限于任何特定序列，并且与其相关的块或状态可以以适当的其他序列执行。例如，所描述的任务或事件可以以不同于具体公开的顺序执行，或者多个可以在单个块或状态中组合。示例性任务或事件可以串行、并行或以某种其他方式执行。可以向所公开的示例性实施方案添加任务或事件或从其中删除任务或事件。本文描述的示例性系统和部件可以与所描述的不同地配置。例如，与所公开的示例性实施方案相比，可以添加、移除或重新布置元件。
31.虽然已经描述了某些示例实施方案，但是这些实施方案仅作为示例呈现，并且不旨在限制本文所公开的发明的范围。因此，上述描述中的任何内容均不旨在暗示任何特定特征、特性、步骤、模块或块是必要的或必不可少的。实际上，本文描述的新颖方法和系统可
以各种其他形式体现。此外，在不脱离本文公开的实施方案的实质的情况下，可以对本文描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变。

技术特征：

1.一种数据存储设备，包括：多个磁盘，所述多个磁盘各自包括顶部磁盘表面和底部磁盘表面；第一多个内部致动器臂，所述第一多个内部致动器臂各自包括第一内部细调致动器和第二内部细调致动器，所述第一内部细调致动器被配置为在所述顶部磁盘表面中的一个顶部磁盘表面上方致动顶部磁头，所述第二内部细调致动器被配置为在所述底部磁盘表面中的一个底部磁盘表面上方致动底部磁头；第一外部致动器臂，所述第一外部致动器臂包括第一外部细调致动器，所述第一外部细调致动器被配置为在顶部磁盘的顶部磁盘表面上方致动顶部磁头；第一粗调致动器，所述第一粗调致动器被配置为同时移动所述第一多个内部致动器臂和所述第一外部致动器臂以在相应的磁头的相应磁盘表面上方致动所述磁头；第二多个内部致动器臂，所述第二多个内部致动器臂各自包括第一内部细调致动器和第二内部细调致动器，所述第一内部细调致动器被配置为在所述顶部磁盘表面中的一个顶部磁盘表面上方致动顶部磁头，所述第二内部细调致动器被配置为在所述底部磁盘表面中的一个底部磁盘表面上方致动底部磁头；第二外部致动器臂，所述第二外部致动器臂包括第二外部细调致动器，所述第二外部细调致动器被配置为在底部磁盘的底部磁盘表面上方致动底部磁头；第二粗调致动器，所述第二粗调致动器被配置为同时移动所述第二多个内部致动器臂和所述第二外部致动器臂以在相应的磁头的相应磁盘表面上方致动所述磁头；以及控制电路，所述控制电路被配置为独立于所述外部细调致动器来控制所述内部细调致动器。2.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中所述控制电路还被配置为独立于所述第二外部细调致动器来控制所述第一外部细调致动器。3.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中所述控制电路还被配置为控制第一内部致动器臂的所述第一内部细调致动器以沿第一径向方向致动所述顶部磁头，并且同时控制所述第一内部致动器臂的所述第二内部细调致动器以沿与所述第一径向方向相反的第二径向方向致动所述底部磁头。4.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中所述控制电路还被配置为独立于所述第二外部细调致动器来控制所述第一外部细调致动器。5.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中所述控制电路还被配置为独立于第二多个内部细调致动器来控制第一多个内部细调致动器。6.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中所述控制电路包括：第一细调驱动器，所述第一细调驱动器被配置为控制所述第一多个内部致动器臂的所述内部细调致动器；第二细调驱动器，所述第二细调驱动器被配置为控制所述第一外部细调致动器；第三细调驱动器，所述第三细调驱动器被配置为控制所述第二多个内部致动器臂的所述内部细调致动器；以及第四细调驱动器，所述第四细调驱动器被配置为控制所述第二外部细调致动器。7.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中所述控制电路被配置为同时访问顶部磁
盘的所述顶部磁盘表面以及与所述第二多个内部致动器臂中的一个内部致动器臂对应的磁盘表面。8.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中所述控制电路被配置为同时访问顶部磁盘的所述顶部磁盘表面以及底部磁盘的所述底部磁盘表面。9.一种控制电路，所述控制电路被配置为：控制第一多个内部致动器臂的内部细调致动器并且独立地控制第一外部致动器臂的第一外部细调致动器；以及控制第二多个内部致动器臂的内部细调致动器并且独立地控制第二外部致动器臂的第二外部细调致动器；其中每个致动器臂包括被配置为访问磁盘的磁盘表面的至少一个磁头。10.根据权利要求9所述的控制电路，其中所述控制电路包括：第一细调驱动器，所述第一细调驱动器被配置为控制所述第一多个内部致动器臂的所述内部细调致动器；第二细调驱动器，所述第二细调驱动器被配置为控制所述第一外部细调致动器；第三细调驱动器，所述第三细调驱动器被配置为控制所述第二多个内部致动器臂的所述内部细调致动器；以及第四细调驱动器，所述第四细调驱动器被配置为控制所述第二外部细调致动器。11.一种控制电路，包括：用于控制第一多个内部致动器臂的内部细调致动器并且独立地控制第一外部致动器臂的第一外部细调致动器的装置；以及用于控制第二多个内部致动器臂的内部细调致动器并且独立地控制第二外部致动器臂的第二外部细调致动器的装置；其中每个致动器臂包括被配置为访问磁盘的磁盘表面的至少一个磁头。

技术总结

本发明公开了控制电路，该控制电路被配置为控制第一多个内部致动器臂的内部细调致动器并且独立地控制第一外部致动器臂的第一外部细调致动器。控制第二多个内部致动器臂的内部细调致动器同时独立地控制第二外部致动器臂的第二外部细调致动器。每个致动器臂包括被配置为访问磁盘的磁盘表面的至少一个磁头。配置为访问磁盘的磁盘表面的至少一个磁头。配置为访问磁盘的磁盘表面的至少一个磁头。