介質鄰近檢測的頭的制作方法
【專利摘要】本申請公開了介質鄰近檢測的頭。在一種實施方式中，提供了一種方法和設備，用于根據在少于盤的單轉期間從鄰近傳感器采集的樣本為換能器頭確定有效飛行高度設置。方法和系統的實施方式采用從采集的樣本產生的自適應離散小波變換參數來確定換能器頭的有效飛行高度設置。
【專利說明】介質鄰近檢測的頭
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請是非臨時申請，其要求2013年3月15日提交的題為"Head to Media Proximity Detection"的美國臨時專利申請No. 61/801，189的優先權，其整體公開及指教 在此通過引用并入本文。
【發明內容】
[0003] 在一種實施方式中，提供了一種方法和設備，用于根據在少于盤的單轉期間從鄰 近傳感器采集的樣本為換能器頭確定有效飛行高度設置。
[0004] 在另一種實施方式中，方法和系統使用從采集的樣本產生的自適應離散小波變換 參數來確定換能器頭的有效飛行高度設置。
[0005] 該
【發明內容】
被提供來介紹對下文將在具體實施例中進一步描述的概念的簡化形 式的選擇。該
【發明內容】
不是用于指示所請求保護的主體的關鍵特征和必要特征，也不是用 于限制所請求保護的主體的范圍。根據下面更具體描寫的各種實施方式和附圖中圖示的及 所附權利要求中限定的實施方式的具體說明，所請求保護的主體的其它特征、細節、使用和 優勢將變得明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006] 參考附圖將認識到本發明的進一步的特征和優勢，這將在說明書的剩余部分進行 描述。
[0007] 圖1圖示出一種實施方式中的示出了可調關閉點的示例盤驅動系統。
[0008] 圖2圖示出在一種實施方式中用于執行自適應離散小波變換的電路的框圖。
[0009] 圖3圖示出一種實施方式中的示出確定有效飛行高度設置的方法的流程圖。
[0010] 圖4A和4B圖示出另一實施方式中的示出確定有效飛行高度設置的方法的另一流 程圖。
[0011] 圖5圖示出另一實施方式中的使用ADWT參數來確定對介質接觸的頭的示例。
[0012] 圖6圖示出另一實施方式中的使用ADWT參數來確定對介質接觸的頭的替換示例。
【具體實施方式】
[0013] 在盤驅動系統的環境下公開了本技術的實施方式。然而，應該理解的是，本發明并 不限于盤驅動系統，而且可以容易地應用至其它數據存儲裝置以及其它摩擦及技術系統。 盤驅動系統使用從存儲介質寫入或讀取數據的包括寫傳感器、讀傳感器等的換能器頭。該 換能器頭可被實施在將換能器頭移動至緊密接近介質表面的致動器組件上。換能器頭和存 儲介質表面之間的距離被稱為飛行高度或懸浮高度。如果飛行高度太大，會得到質量差的 數據讀取和寫入，另一方面，如果飛行高度太小，會導致換能器頭撞擊存儲介質并遭受損傷 的可能性。因此，換能器頭的飛行高度被校準以確定信號質量和換能器頭受物理損傷可能 性之間的折中。在盤驅動的一種實施方式中，通過改變換能器頭的關閉點相對于介質表面 的接近度的信號來有效控制飛行高度。例如，該控制在將使換能器頭的關閉點更靠近盤表 面地突出的換能器頭中嵌入電阻加 熱器。
[0014] 可利用盤的多轉（例如，16-25轉）來校準盤驅動系統。這會導致對換能器（例 如，換能器頭）和/或盤的損傷。該損傷可能由于換能器頭和盤在該校準期間變得彼此接 觸而出現。在此處描述的【具體實施方式】中，換能器頭和盤在校準期間彼此接觸的時間量可 顯著減少。可通過將換能器頭越來越近地推向盤并從鄰近傳感器得到數據樣本來實現該實 施方式。
[0015] 鄰近傳感器的一個示例是布置在換能器頭附近的裝置，其在接觸盤表面是呈現出 電阻變化。電阻變化可能是由于當鄰近傳感器在盤表面摩擦時鄰近傳感器溫度的升高而造 成的。因此，鄰近傳感器產生基于傳感器對盤表面的接近度和鄰近傳感器和盤頭的接觸次 數的具有電阻變化的形式的數據樣本，可以以流經鄰近傳感器的電流、鄰近傳感器上的電 壓、或鄰近傳感器的其它參數的變化的形式測量該電阻變化。數據樣本可以具有表示該電 阻變化等的模擬信號的形式。在一種實施方式中，該模擬信號被轉換成大量數字數據值并 被發送至處理器，例如由盤控制器使用的處理器，以便進一步處理。例如，處理器可分析數 字數據樣本內的模式等。
[0016] 處理器可分析數字數據樣本內的模式。例如，處理器可使用被稱為自適應離散 小波變換（ADWT)的數學處理技術來處理鄰近傳感器提供的數字數據樣本以產生ADWT參 數矩陣。在一種實施方式中，針對換能器頭的每個位置，處理器使用ADWT處理來將鄰近 傳感器提供的數字數據值的許多閾值轉換成簡單的四個參數值（稱為Param_l，Param_2， Param_3，和Param_4)。隨著換能器頭中校準進程在被越來越向盤表面推進，針對換能器頭 的各個位置收集新的一組四個參數。
[0017] 在校準進程期間，當換能器頭朝著盤表面下降時，四個參數呈現趨勢線。在四個參 數中的一個或多個突然偏離其各自的趨勢線時可確定換能器頭與盤的記錄介質之間的接 觸。在一種實施方式中，在所有四個參數都突然偏離其各自的趨勢線時確定換能器頭與盤 的記錄介質之間的接觸。在該過程期間可(例如，通過諸如并入換能器頭的加熱器之類的熱 膨脹器件，其中加熱器可電控、光控等）將換能器頭越來越推向記錄介質。在一種實施方式 中，熱膨脹器件被并入換能器頭內以使得換能器頭面向介質的表面膨脹。可替換地，熱膨脹 器件可被并入容納換能器頭的換能器頭組件。在熱膨脹器件被加熱時，其膨脹并推動換能 器頭越來越靠近記錄介質。因此，可通過控制熱膨脹器件來改變換能器頭相對于盤的位置。
[0018] 一旦在換能器頭和盤之間建立接觸，則造成接觸的熱膨脹器件的設置被存儲在存 儲器中。該設置可被稱為關閉點設置，這是因為該設置是使換能器頭接觸盤的設置。而且， 可通過在操作期間使換能器頭從盤表面退回期望量（例如，10納米）以便換能器頭可懸 浮在盤上方而不產生接觸，來設置針對換能器頭的有效飛行高度設置（也稱為懸浮高度設 置）。
[0019] 在一種實施方式中，針對熱膨脹器件的設置被用來控制換能器頭從盤退回的距 離。例如，施加至熱膨脹器件以提高其溫度的能量被減小以減小換能器頭從盤退回的距離。 由于ADWT參數允許處理器容易地執行該校準例程，可以在其中換能器頭和盤發生接觸的 非常有限的時間段期間收集數據的同時執行校準。因此，處理器對ADWT參數更快的處理減 少了換能器頭和盤表面之間的接觸時間。該更快的處理以及減少的接觸時間還允許在小于 盤的一轉內采集接觸數據。可替換地，用于后續處理及讓自適應離散小波變換（ADWT)使用 來處理數據樣本的大量數據樣本的快速有效的收集導致了換能器頭與盤表面之間的接觸 時間的顯著縮短。
[0020] 圖1圖示出盤驅動100的示例的實施方式，盤驅動100采用各種方法和系統來確 定此處公開的有效飛行高度。然而，應該理解的是，還可以利用其它摩擦系統和其它類型的 存儲介質(包括連續磁介質、位模式介質等）來使用所描述的方法和系統。
[0021] 盤驅動100包括盤102,其在操作期間圍繞旋轉的主軸中心或盤軸104旋轉。盤 102包括內徑106和外徑108,在它們之間是大量同心數據軌110。可以在不同數據軌110 中向盤102寫入和讀出信息。換能器頭124被安裝在致動器組件120的與旋轉的致動器軸 122遠離的端上，而且換能器頭124在盤操作期間在盤102的表面上方緊密接近地懸浮。致 動器組件120在尋道操作期間圍繞鄰接盤102布置的旋轉的致動器軸122旋轉。尋道操作 將換能器頭124定位在數據軌110的目標數據軌上。
[0022] 分解圖140將換能器頭124 (非按比例繪制）圖示出為放大的頭154。在一種實施 方式中，換能器頭154隨著盤102在基本圓形的方向上旋轉而沿著標數據軌行進。換能器 頭154包括熱膨脹器件156,其可根據提供過來的電流、光能等形式的能量而膨脹或收縮。 在一種實施方式中，熱膨脹器件156布置在換能器頭154的寫入極（未示出）后面。可替 換地，還可以在換能器頭154中的其它位置實施熱膨脹器件156。
[0023] 熱膨脹器件156的膨脹使得換能器頭154的關閉點從位置60 (如實線所示）移動 至位置162 (如虛線所示）。類似地，膨脹器件156的收縮使得關閉點從位置162移動至位 置160。換能器頭154還包括鄰近傳感器158,例如熱阻溫度傳感器，其使得能夠間接地獲 取接近度讀取從而可以確定換能器頭154什么時候接觸盤102的表面。鄰近傳感器158可 確定換能器頭154和記錄介質之間的接觸，例如，通過檢測與記錄介質的接觸造成的電阻 變化。可替換地，可根據換能器頭的讀傳感器（未示出）的讀信號的變化來檢測接觸。進 一步可替換地，由于接觸造成的盤旋轉速度的變化可用來確定接觸。
[0024] 在飛行高度校準例程的一種實施方式中，可朝著介質表面驅動換能器頭的關閉 點，直到產生輕微的頭與介質的接觸。這可以通過利用熱膨脹器件156來將換能器頭154 的關閉點推向更靠近介質表面來完成。因此，通過首先建立換能器頭154的關閉點與盤表 面之間的接觸并隨后使換能器頭154的關閉點從從接觸點撤退，可設置換能器頭154相對 于盤的的有效飛行高度間隙。可通過改變加熱器造成的熱膨脹量來控制有效飛行高度，以 朝著記錄介質推動換能器頭的關閉點或者允許換能器頭的關閉點從記錄介質后退。有效飛 行高度的調節可提高驅動壽命并改善誤碼率特性。
[0025] 利用用于后續處理及讓自適應離散小波變換（ADWT)使用來處理數據樣本的大量 數據樣本的快速有效的收集，促進了上述公開的實施方式實現的頭和盤之間的接觸時間的 減少。該實施方式可被用來減少一開始制造了盤驅動時的校準時間，并由此提高生產產出。 在替換實施方式中，可以采用自調節接觸檢測，其在盤驅動一開始被制造時以及在盤驅動 現場使用的后續時間點可執行快速的按需類型的測量。在該實施方式中，根據按需接觸檢 測測量動態調節飛行高度設置，而且該動態調節允許盤驅動在被出售之后被重新調節。例 如，如果驅動的誤碼率特征衰退，可以現場地重新校準盤驅動。這有助于改善盤驅動系統的 壽命和/或性能。
[0026] 在一種實施方式中，自適應離散小波變換（ADWT)處理可以被用于頭-盤鄰近檢測 的硬盤驅動處理器使用。ADWT技術可與各種信號源一起使用。例如，來自其它傳感器的數 據樣本或可用信號(例如頭-信號幅值調制、頭-信號諧波比）以及聲傳感器可用于頭-盤 鄰近檢測。例如，在頭輔助磁記錄（HAMR)硬盤驅動，表示反射激光功率的信號被處理器用 作用于頭-盤鄰近檢測的輸入信號。
[0027] 與ADWT -起工作的一個挑戰就是對被采樣的超大量的數據點（數據樣本）的采 集和處理，而不在盤驅動控制器ASIC中增加額外的硬件。在一種實施方式中，通過在處理 器上采用同步串行接口（SSI)解決了這一挑戰。SSI接口在非常高的數據傳輸率下工作。 因此，配置有SSI接口的處理器能夠接收從采樣處理輸出的數據樣本流。樣本被存儲以備 后續處理，例如，存儲在閃存上。
[0028] 例如，熱膨脹器件使換能器頭的關閉點移動以更靠近盤表面時，處理器可對來自 鄰近傳感器的模擬數據進行采樣。這些模擬樣本可被數字化器（例如，模數轉換器（ADC)) 轉換并被存入存儲器中。數據無需在樣本被采集的同時被處理（例如，經由ADWT計算）。 實際上，數據可被存入驅動上的存儲器并隨后在后續時間點被處理。存儲數據樣本的存儲 器可被實施在盤驅動上、主機裝置上、或可被用于在高數據傳輸率下進行處理的處理器訪 問的任意其它地方。用于后續處理的數據樣本的該存儲降低了數據采集期間對處理器的實 時要求，由此處理器可僅僅獲取樣本。
[0029] 參見圖2,在一種實施方式中可以看見電路的示例。伺服控制器1被示出為控制音 圈和兩級致動器2。預放大器3被用來將伺服控制器命令轉換成用于換能器頭4的模擬輸 入/輸出。換能器頭4包括一個或多個熱膨脹器件5以便在位置7a和7b之間移動換能器 頭4的關閉點。關閉點是在發生接觸時實現與盤13的接觸的換能器頭4上的位置。
[0030] -旦確定用于換能器頭4的關閉點設置，則可以選擇期望的有效飛行高度設置。 例如，通過首先使換能器頭4的關閉點建立與記錄介質的接觸并隨后使得換能器頭4的關 閉點后退預定量（例如，使得關閉點位置后退十（10)納米），可選擇有效飛行高度設置。
[0031] 鄰近傳感器6在圖2中被不出為集成在換能器頭4中并在接觸期間用于感測例如 頭至盤的接口（HDI)模塊變化。鄰近傳感器可以是由于鄰近傳感器與盤的接觸造成的熱量 而電阻發生比變化的電阻性元件。可替換地，鄰近傳感器6可利用其它方法(例如接觸導致 的盤速度的變化等）檢測換能器頭的關閉點與介質表面之間的接觸。
[0032] 數字化器8可被用來轉換來自鄰近傳感器的數據并將數據輸出至處理器10中 的自適應離散小波變換（ADWT)模塊9。在一種實施方式中，模數轉換器是德州儀器的 ADS7887。處理器10可包括存儲器，例如DRAM。ADWT模塊9可立刻處理其接收的數據，例如 數字化的波形樣本，或者可將數據存儲在存儲器中，例如DRAM存儲器以備后續處理。存儲 數據樣本并隨后在后續時間點處理數據樣本，使得數據采集階段處理器10上的負載降低。
[0033] 在一種實施方式中，ADWT模塊9可處理數據樣本(例如數字化的波形樣本）以利用 ADWT處理產生四（4)個ADWT參數。判決塊11確定四（4)個ADWT參數是否表明可以聲明 接觸。使用ADWT處理將數字化的波形點轉換成四個ADWT參數，使得能夠利用四個參數(而 不是成千上萬的系數)工作。該簡單的四個ADWT參數對數據樣本的表達是可管理的并且可 以容易地實現在處理器10中作為ADWT模塊9和接觸判決塊11。
[0034] 在一種實施方式中，后續步驟可與圖2中的電路一起用于接觸檢測。首先，伺服控 制器1可經由預放大器3發出命令給熱膨脹器件5。預放大器3產生將發送至熱膨脹器件 5的適當量的能量。熱膨脹器件5將換能器頭的關閉點7推近盤表面，如突出的關閉點形 狀7b所示。鄰近傳感器6可與傳遞至熱膨脹器件5的能量串同步。預放大器3獲取鄰近 傳感器6利用模擬信號預調電路（未示出）產生的信號或數據樣本。在一種實施方式中， 模擬信號預調電路可利用帶寬被諧調成捕獲頭至盤的接口調制的帶通濾波器對接收的信 號進行放大和限帶。
[0035] 數字化器（模數轉換器）8數字化來自鄰近傳感器6的預調的模擬信號。在一種實 施方式中，數字化器8可在高采樣速率下對調制的模擬信號進行采樣，例如，在每秒一百萬 樣本的采樣速率或更高下采樣。可以在激活熱膨脹器件5的同時開始采樣。ADWT模塊9對 樣本數據點執行ADWT。該ADWT操作導致四個ADWT參數的矩陣。參數矩陣被發送至判決塊 11，其可實施編程邏輯規則來將四個ADWT參數矩陣歸類為接觸事件或未接觸事件。
[0036] 如果判決塊11確定接觸事件，則相應熱膨脹能量設置被記錄并存儲在參數存儲 12中，例如存儲器。可替換地，剛好在導致接觸的熱膨脹能量設置之前使用的熱膨脹能量設 置被存儲在存儲器中。如果檢測到未接觸，則新命令被發送至伺服控制器1以遞增熱膨脹 能量。整個處理可迭代地重復來產生基于迭代處理的四個參數的趨勢線。
[0037] 例如，數字化器8可以在大于或等于每秒一百萬樣本的采樣速率下以至少8位分 辨率數字化模擬接近度探針信號。數字化器對大量數據點的8個捕獲操作可與熱膨脹器件 5的操作同步。在一種實施方式中，ADWT模塊9是由非線性函數和統計框架提高的并由邏 輯電路實現的離散小波變換（DWT)計算器，例如硬盤驅動控制器內的處理器。表示頭盤接 口調制的整個幾千個DWT系數的集合可由四個ADWT參數表示。
[0038] 圖2所示的ADWT模塊9可分三個階段實現。第一階段可執行迭代DWT分解，其中 信號被分解成次級并且由DWT系數表示。時域t的被監控信號s (t)無冗余DWT表達可表 示如下：
[0039]
【權利要求】
1. 一種方法，包括： 根據在少于盤的單轉期間從鄰近傳感器采集的樣本為換能器頭確定有效飛行高度設 置。
2. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括： 導入激勵以改變換能器頭的關閉點相對于盤表面的接近度；以及 從鄰近傳感器采集樣本。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中導入激勵進一步包括向熱膨脹器件導入熱能，熱 膨脹器件被配置成改變換能器頭的關閉點相對于盤表面的接近度。
4. 根據權利要求2所述的方法，其中導入激勵進一步包括針對少于盤的大致半轉導入 激勵。
5. 根據權利要求2所述的方法，進一步包括對樣本使用自適應離散小波變換來確定有 效飛行高度設置。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中采用自適應離散小波變換包括采用至少一個自適 應離散小波變換來將采集的樣本轉換成四個分解信號能量相關參數。
7. 根據權利要求6所述的方法，進一步包括采用四個分解信號能量相關參數確定有效 飛行高度設置。
8. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括確定換能器頭的關閉點設置，其中關閉點 設置是換能器頭的膨脹器件的使得換能器頭的關閉點接觸盤表面的設置。
9. 根據權利要求2所述的方法，其中確定有效飛行高度設置包括采用處理器來根據存 儲在存儲器中的采集的樣本確定有效飛行高度設置。
10. 根據權利要求2所述的方法，進一步包括配置硬盤驅動來確定有效飛行高度設置 作為自調節。
11. 一種設備，包括： 換能器頭； 盤； 處理器，其被配置成根據在少于盤的單轉期間從鄰近傳感器采集的樣本為換能器頭確 定有效飛行高度設置。
12. 根據權利要求11所述的設備，其中處理器被進一步配置成執行自適應離散小波變 換以處理采集的樣本。
13. 根據權利要求11所述的設備，進一步包括： 數字化器數字化器，其被配置成數字化從鄰近傳感器采集的樣本；和 存儲器，其被配置成存儲數字化的樣本。
14. 根據權利要求11所述的設備，進一步包括熱膨脹器件，其被配置成使得換能器頭 的關閉點緊密接近盤。
15. 根據權利要求11所述的設備，其中處理器被進一步配置成將至少一個系數從自適 應離散小波變換轉換成四個分解信號能量相關參數。
16. 根據權利要求15所述的設備，其中處理器被進一步配置成使用四個分解信號能量 相關參數來確定有效飛行高度設置。
17. 根據權利要求16所述的設備，其中處理器被進一步配置成根據四個分解信號能量 相關參數中的至少一個的值的改變來確定有效飛行高度設置。
18. 根據權利要求16所述的設備，其中處理器進一步被配置成根據四個分解信號能量 相關參數中的至少一個的一階擬合殘差的改變來確定有效飛行高度設置。
19. 根據權利要求11所述的設備，其中處理器被配置成根據在少于盤的半轉期間采集 的樣本來確定換能器頭的有效飛行高度設置。
20. -種設備，包括： 盤； 換能器頭； 熱膨脹器件，布置成鄰近換能器頭； 鄰近傳感器，其被配置成輸出模擬數字信號； 數字化器，其被配置成將來自鄰近傳感器的模擬數字信號轉換成數字數據； 存儲器，其被配置成從數字化器接收數字數據； 自適應離散小波變換模塊，其被配置成根據數字數據產生四個分解信號能量相關參 數；以及 處理器，其被配置成利用四個分解信號能量相關參數中的至少一個為換能器頭確定有 效飛行高度設置。
【文檔編號】G11B5/60GK104050987SQ201410097378
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月17日 優先權日:2013年3月15日
【發明者】A·道格拉, J·D·珊薩姆, S·塔德帕里 申請人:希捷科技有限公司