专利名称：可变存储区结构和磁道间距的磁盘驱动器的制造方法
技术领域：
本发明是关于一种磁盘驱动器，特别是关于一种可变存储区结构和磁道间距的磁盘驱动器的制造方法。
技术背景现有的磁盘驱动器中磁盘的表面附着一层磁性物质，利用该磁盘上的圆形轨道把信息存储在磁盘上。当同时使用多个磁盘时，这些磁盘就形成一圆柱体状。对于这种物理结构，当设计者要提高磁盘的存储容量时可以通过提高单磁道上的数据存储量或通过增加磁道的数量。但常用磁盘驱动器的设计者一直都是使用固定数量的磁道(或柱面)来获得最大的存储容量。
在现有的技术中，每片磁盘表面都会被分成存储区和区段位标志两部分，利用区段位标志可以将磁盘表面的各存储区域垂直地排列。例如美国专利第4,799,112号中就描述了这种工业应用中常见的区位码存储存储技术。在该技术中，磁盘表面的存储区及与该存储区对应的存储频率是一个常数，然而从一个存储区到另一个存储区的读/写频率是不同的。如图1所示即是磁盘堆栈中的磁盘一和磁盘二上的存储区Z1、Z2和Z3，从图1可以看出两张磁盘的各个存储区是垂直对齐的，存储区的边界是按照从磁盘的中心线C到R1-R4的径向距离进行划分的。必须指出的是堆栈中这些磁盘的中心线C是在同一直线上的，且各个磁盘上对应存储区的读/写频率是相同的，即磁盘一上的Z1存储区的读/写频率与磁盘二的Z1存储区的读/写频率是相同的。每一存储区的存储频率是根据设计阶段的不同参数进行设定的。该存储频率是基于预期的读/写头性能进行设定以获得所需的存储容量，而每个存储区中的磁道数则基于后续将讨论到的因素进行设定。
分区的配置也是基于对驱动器的物理尺寸如行程参数的考虑(详后述)，如不良的磁头特性，飞高特性，区域效能和组装后的性能。磁头的性能是根据在特定频率下的磁道偏离误码率来进行判断的。磁道偏离误码率是指在预设偏离下对数据进行读取时平均每传输多少位将有一位出错，这里以磁头位置偏离磁道10％进行说明。图2即是这种磁头的性能曲线。其中X轴代表读/写频率，Y轴代表磁道偏离误码率的对数，如图2所示，fR是磁头的平均工作频率，例如20MHz。磁盘驱动器设计者定义了一个容许的最小磁道偏离误码率，在图2中标示为虚线TH，此处磁道偏离误码率的对数为6(即每传输1000000比特数据会有1比特的数据传输错误)。图2中的标号为7的斜线表示一般磁头的性能曲线，并可因为磁头的设计而发生上下移动。在现有技术中，磁盘的整体性能取决于各个磁头的该项指标是否达到最小的TH值，如果磁盘堆栈中任何一个磁头没有达到最小的TH值，那么这种磁盘就不能出货，将要进行返工，包括更换坏磁头或磁盘、重写伺服信息及重新测试驱动器。
图3中显示了假定的HD#1、HD#2、HD#3、HD#4磁头在平均操作频率fR的性能，磁头HD#1磁道偏离误码率的对数约等于5.5，而磁头HD#2大约接近6.5，磁头HD#3为7.9，磁头HD#4接近8.5。按照上述的结论，由于磁头HD#1磁道偏离误码率的对数低于可接受的最小磁道偏离误码率的对数，因此该磁盘将不能使用。
另一个现有的设计标准是利用磁头的行程。典型的数值被用来测试磁盘驱动器，如果实际的行程不能胜任说明书的要求，那么就不会被写入预期的磁道数量，该磁盘驱动器也就不合格。通常情况下，该磁盘驱动器需要重新加工，包括替换或调整急停带，再重新写入伺服信息并重新检测。
图4是两种现有的使用指定的最小的容许行程和第二种只在单面侦测的分析图，曲线OCS和ICS分别是期望的外急停带和内急停带的位置机械分差分布图，其磁盘驱动器的分差值是3σ。图4A中，曲线OCS和ICS中心的垂直线是该分布曲线的平均值，在现有技术中，磁盘的伺服数据在急停带被设置之前就已经写入磁盘，如果内外急停带的位置分差是σ2，那么磁盘驱动器的平均位置的损失是6σ，这种侦测出一个急停带后就将数据写入磁道直到侦测出另一个急停带的平均位置损失是 在前述的两种技术中，都有一些可用于存储数据的位置损失掉。在现有的产品中，在设计阶段就将存储区的存储区表、存储区边界、各存储区的频率和详细的磁道数量都确定了下来，这样就产生了如图1所示的整齐划一的存储区。在以后的产品中，磁盘驱动器中的存储区表设计成有时可变化的形式，然而这种变化中的存储区边界和读/写频率还是保持不变的。
除了前述现有的磁盘设计的标准以外，磁道的数量或磁道间距都是建立在预先期望的磁道宽度和使用的读/写传感器类型的基础上的。如果磁头实际写入的宽度小于预计的宽度，那么就会浪费许多本可以用来存储数据的存储空间。
发明内容本发明所要解决的技术问题在于提供一种不同的存储区利用不同的读/写频率的读/写传感器来存储和取出数据信息的方法。
本发明另一个所要解决的技术问题在于提供一种通过读/写传感器在磁媒质上确定信号存储宽度的方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的本发明是利用一系列的磁盘，每一个磁盘利用可适应的存储区存储技术，在各磁盘性能不等的情况下却能够产生一般的存储特性，其数据在不同的存储区利用不同的读/写频率进行存储，而且其各存储区的边界规划也是不同的。存储区边界和各存储区的读/写频率是建立在读/写传感器和磁盘表面特性的基础上的。同样的，相同磁盘表面的各存储区边界的也不需要对齐。除不同的存储频率的读/写传感器的存储特性参数之外，存储信号的磁道宽度也被测量出来，用于最大化磁盘的存储容量。
本发明的磁盘驱动器是通过利用存储密度不同的磁道来获得一个固定的存储容量的，并且本发明可以使用较长的行程，因此可以大大增加磁盘驱动器的容量。
本发明的优点就是磁盘驱动器可以利用一般性能的磁头磁盘组合和驱动组件，甚至一些低于最低性能标准的磁头或存储介质，其可以利用性能较佳的磁头的优点去弥补性能较差的磁头所带来的缺陷。由于分区结构及与各个存储区对应的频率是基于性能的要求及磁头磁盘组合的特性而建立的，因此即使在同一系列的驱动器中，各个驱动器的存储区分区结构也是各不相同的。
这种可变分区方法能够更有效的利用各种磁盘组件，由于驱动器内部的各个磁头磁盘组合之间的性能各有不同，因此能够在相同组件的条件下达到更高的合格率。因此这种技术对磁头磁盘组合的适应性使制造具有较大的柔性。且由于磁盘驱动器的最终目的是提供给用户一个与该系列对应的存储特性，因此并不要求各个磁盘驱动器内部采用同样的存储区分区结构。
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
图1是一对现有磁盘的存储区结构图。
图2是磁道偏离误码率的对数与读/写频率的坐标图。
图3是假想的一个四磁头磁盘驱动器的磁头性能图。
图4A是现有的磁头行程设计标准的图示。
图4B是本发明磁头行程设计改良的图示。
图5A是本发明在假想磁头性能测试和存储结构的操作频率改变之间的对比结果图。
图5B是本发明另一种磁头操作频率的变化和另一种存储结构对比图。
图6是本发明磁盘的第一磁表面和第二磁表面的存储区结构图。
图7是本发明其中两个磁头的各存储区的磁道数的查找表。
图8是本发明的一对同轴磁盘的可变存储区结构。
图9是本发明的一对同轴磁盘的相同存储区结构。
图10是本发明展示了两条分布曲线，其中一条是采用常用行程的磁头性能曲线，而另一条是采用改良行程的磁头性能曲线。
图11是依照本发明标准的磁盘和磁头性能而成的存储区结构。
图12A是本发明可变存储区结构的一种具体实施流程图。
图12B是本发明可变存储区结构的另一种具体实施流程图。
图12C是本发明可变存储区结构的另一种进一步具体实施流程图。
图12D是本发明可变存储区结构的第三种具体实施流程图。
图13A是本发明一种具体实施例的存储区边界计算方法和可变分区方法的流程图。
图13B是本发明另一种具体实施例的存储区边界计算方法和可变分区方法的流程图。
图13C是本发明第三种具体实施例的存储区边界计算方法和可变分区方法的流程图。
图14是本发明使用可变存储区结构磁盘驱动器的俯视图。
图15是本发明的磁道宽度测试的部分磁盘平面图。
图16-23是本发明可变存储区结构的进一步具体流程图。
图24和图25是本发明利用磁道宽度作为磁盘组装参数的两个具体实施例的流程图。
图26-30是本发明附加的具体实施的流程图。
具体实施方式如前所述，现有的存储区是固定的，并且对这些存储区预先设定了固定的频率。如图1所示，Z1、Z2和Z3区的半径是相对于磁盘中央(如点C)。如果单个的磁头性能低于最小误码率(如图3所示)，那么磁盘将不会具有充分的特性余量，也不能满足可以接受的位误码率规则。在本发明的实施例中，分区是基于磁头特性的测量结果进行的，且分区可以根据磁盘与磁头的组合数量及盘片的存储密度达到驱动器所需的性能等级，并保持所需的容量。
如果磁头/磁盘组合的存储密度是一个平均值为μ，分差为σ2的正态分布，那么N个磁头/磁盘组合的平均密度能力则呈均值为μ，公差为σ2/N的正态分布。因而现有技术中的驱动器设计(如图1中所示的)的密度则应设置为d≤μ-3σ2---(2)]]>为了确保3倍的σ输出，其中μ是必须是所有磁头的中央分布点。但如果采用本发明中的相应区域的分区方法，则可以提高较好的磁头的存储密度并降低较差磁头的存储密度，整体的密度d可设为d≤μ-3σ2N---(3)]]>增加的密度为Δd=3σ(1-1N)---(4)]]>如果σ＝0.05(μ)，那么磁盘密度将会增加7.5％。图12A所示的即为本发明实施例中采用相适应分区方法的磁盘驱动器的组装步骤的流程图。在构造使用第一实施例相适应方法的磁盘驱动器时，首先构造的是磁盘/磁头组合，如方框图1201所示。然后，使用常用的伺服磁道写入器将伺服信息写入磁盘中的磁道(如方框图1202所示)，伺服信息可以被写入专用的伺服表面或嵌入式的服务器中。对于植入的伺服器，在美国专利第5,321,560号，名称为“低能耗植入伺服系统的磁盘”中有详细的介绍。接着如模块1203所示，将该磁头磁盘组合与相应的电路板组合以备测试。再下一步，磁头移动到内环急停带，同时查明该位置的磁道号(如模块1204)。当内部急停带被固定下来，磁头移动到外部急停带，同时存储下该位置的磁道号(如模块1205)。
接着，磁盘中每一个磁头的存储性能被测量出来，用以决定各磁头的密度容量(如模块1206)。在此磁头/磁盘性能的测试基础上，判断这些磁头的读/写频率是否达到全部的性能目标，例如判断其性能是否位于图5A、图5B中斜线的下方。利用上述所获得的磁头性能信息，每一个磁头/磁盘组合产生一个相应的存储区结构，图13A中展示了如何根据各个磁头的不同性能特性，在各个磁头磁盘组合上产生不同的存储区结构的流程图，其具体流程后述。
图12B是本发明的磁盘驱动器使用可变分区技术的另一种实施方法，图12B的技术实现在许多步骤上和图12A是一样的，但在图12B的过程中，分区的进行是建立在测量所得的可利用行程的基础上的。在此过程中，这里假定所有的磁头的容量能力均能达到一个平均标准。其中图12B的流程中的图13B的流程是用来进行存储区结构的设计，其中值得注意的是图13B的第一步，即模块1301-1中的预先基于预期的磁头性能设定了一个参考频率fRef，而不是象图12A那样采用的是校正后的读/写频率，而图13B中其余的步骤则与图13A相同。该技术的优越性在于它不象现有技术那样采用的是一个假定的可利用磁道数，且现有技术中的存储区边界的设定并没有考虑到驱动器与驱动器之间真实可利用的行程不同的事实。
图12C是本发明利用自适应分区技术建立磁盘的另一具体实施例。如图12C中用于测量磁头密度能力及将读写频率调整至适当的频率的模块1206与图12A的模块1206是相同的。然而在图12C的过程中，内环的紧急停止位置与外环的紧急停止位置并没有进行事先的测量，该流程假定一个给定的行程是可供利用的，当存储区分区过程(如图13A所示)应用于图12C所示的流程时，其内环半径与外环半径是基于预期可使用的行程进行设定的，而不会象图12A中那样进行测量。
图12A和12C中基于磁头与磁盘表面的共同工作特性(模块1206)，对磁头密度容量能力进行测试并将其调校至一适当值，本发明的磁盘的存储区边界和对应的存储区存储频率也可类似地按照图12D所示的流程建立起来。当使用如图12D所示的建立程序时，其分区边界及与存储域对应的频率的建立是采用如流程图13C所示的步骤，其中图12D所示的第一步是对磁头和存储媒质表面进行检测(如模块1200所示)，在测试和刻画磁头特性时，要组装的磁头将要与一标准磁盘媒质配合使用并进行测量，其测量流程如与图12A及图12C所示，且测得的磁头的性能被注明并被存储下来，类似地，要组装的磁盘将与一个标准磁头配合使用，且每一表面在与标准磁头配合使用的表现出来的性能将得出这个磁盘的性能等级，该磁盘等级信息亦会被存储下来以待将来与磁头组合时使用。在磁头和磁媒质表面的特性被测得后，再将经测试后的磁头与磁盘(模块1200-1)组装起来，余下的步骤则如模块1202，1203，1204和1205所示。
图13C所示即是流程图12D中对存储区边界和频率进行计算和测定的方法，其第一步是模块1302-2，由于在模块1200(图12D)中已经得到磁头和磁盘的特性，因此就可以得出参考频率fRef，然后再将参考频率fRef代入等式6中得出模块1302中的频率比，当所有目标存储区所使用的频率比被计算出来后，图13C的其余步骤与图13A和13B相同。
当存储区边界结构完成后，所有存储区中读通道的过滤器被最优化(模块1208)，此时磁盘将测试是否有缺陷的扇区存在，如果有，磁盘就会进行重新格式化以备份有缺陷的扇区。如模块1209所示。在保证了磁盘重新格式化后有效的预防了有缺陷的扇区后，最后的测试就会执行(模块1210)，该磁盘就准备运行了。
在HDA(磁头磁盘组合)组装之前的磁道宽度测量在现有技术中，目前磁盘设计者已经设想出了指定宽度的磁道，并利用读/写传感器写入信息。在磁盘的格式化中，每一磁盘表面设置一期望的磁道数量。磁盘容量的进一步改进或许可以先测量实际磁道的宽度，利用这一信息格式化磁盘表面来达到。利用可变的存储区结构和具有附加的可利用的磁道来达到改进存储容量的目的。
请参考图15以配合下面对本发明的磁道宽度测量的解释，磁盘50是部分直径的透视图，内直径为51，外直径为52。在由读/写传感器决定单磁道的磁道宽度时，一种数据模式被写入磁道t中，该磁道的中心线标志为53。虽然磁道t被任意地设置于磁盘表面的不同位置，但其被置于靠外边缘的数据区会更适宜。写入的测试模型应该更适合于固定振幅的固定频率NRZ信号，该测试模式的频率更适合于在或接近于最高存储频率，一种可以被利用在测试磁道宽度的技术是利用任意状态，万向接头组合(HGA)测试器来固定读/写传感器于磁盘50上的。
接着，存储的测试模式被读取出来，测量信号的振幅被存储起来做进一步的使用。在测量并存储了磁道t读取的信号振幅以后，读/写传感器移动到磁道t+1上，中心线54距离磁道t的中心线为d，距离d是最初建立的期望最小的读/写传感器的磁道宽度，如果读/写传感器的实际写的磁道宽度比最小的期望磁道宽度大，那么在随后的测量中，距离d就会被增加。当读/写传感器在磁道t+1时，一个直流清除信号被写入。接着读/写传感器移动到磁道t-1，其磁道中心线标志为55。同上所述，距离d是期望最小的读/写传感器的磁道宽度，一个直流清除信号被写入。写入的直流清除信号可以保证磁道t旁边的磁道宽度的距离比期望的磁道宽度稍微宽一点。
读/写传感器接着返回到磁道t上的原始位置，测试模式被读入，测试模式信号的振幅存储下来用于与先前直流清除信号检测出来的测试模式信号的振幅相比较。
现在，比较是在直流清除信号写入的前后，磁道t上读取信号的振幅之间进行，用直流清除信号写入后的振幅与直流清除信号写入前的振幅相比，该比率可用于决定信号的残余比。
信号残余比被注明并且万向接头组合(HGA)也使用图形比例注明或注明百分比范围。其它的HGA也使用残余信号百分比进行同样的初始化，在此基础上，他们被分离成不同的组。为了最大化来自一个区的存储密度，磁盘被装配使用带有相同磁道宽度的读/写传感器的万向接头组合(HGA)。例如一组HGA在每英寸5500磁道的HDA(磁头磁盘组合)组合中，读/写传感器具有80％或更高的振幅保持力，磁头具有剩余信号振幅的60％到80％将被使用到每英寸5000磁道的HDA中，磁头具有剩余信号振幅的40％到60％将被使用到每英寸4500磁道的HDA中，磁头具有20％或更少的剩余信号的将不会被使用。
作为选择，或许光技术可以成为存储磁道宽度性能主要技术，它优于利用HDA(磁头磁盘组合)来进行处理的方式。在使用光学方式时，磁道的缝隙宽度或许可以在其滑动平面被观察到，以一个组的磁道的缝隙宽度为例，其宽度在4.3微米以下的磁盘具有每英寸5500磁道，其磁道的缝隙宽度在4.3微米到4.7微米的磁盘具有每英寸5000磁道，其磁道的缝隙宽度在大于4.7微米的磁盘具有每英寸4500磁道。
在上述的两种技术中，读/写传感器的磁道宽度特性是在磁盘组合时事先被确定下来的。这样就允许一组的读/写传感器具有相似的特性，可以最大化磁盘的存储容量。这样即使在使用了一个或更多的低性能磁头时也不会有存储容量的丢失，这就是当HDA(磁头磁盘组合)建立在具有磁道宽度信息的读/写传感器上的好处，这种情况需要使用的磁道间距建立在读/写传感器具有低的磁道密度容量的基础上。
在HDA(磁头磁盘组合)组装之后的磁道宽度测量该磁道宽度性能在HDA建立后可以被测试，并且首先将伺服信息写入到每一磁面的磁道上，或者磁面上的伺服信息可用来利用共同的传动装置控制所有的磁头。在该方法中，当多个磁头配合磁道表面组合到HDA中时，每一个磁头的磁道宽度性能被确定下来，每一个读/写传感器在上述的处理中被设置具体特性，除了一个写入器在处理测试磁道的写入时被用来移动到每一个读/写传感器以外，还在测试磁道的另一面具有一清除信号，利用读/写传感器在残余信号与原始信号的比率特性之后，再次存储磁道宽度的特性。在每一读/写传感器的特性被存储之后，在适应低磁道密度容量的读/写传感器的基础上，每一组的磁道间距被确定下来，接着利用写入器将伺服信息写入到磁盘堆栈的磁道中。作为选择，在专用的伺服表面，伺服信息当然的被写入到专用伺服面的磁道上。上述的磁道宽度特性可利用标准的伺服磁道写入器来执行。
利用读/写传感器测量出来的磁道宽度参数、存储磁头密度容量的测量和读/写存储频率的判断来提供改进了的性能，而不是现有技术中所使用的方法。图16，17，18和19是磁盘在读/写传感器的磁道宽度测量的基础上，利用可变的存储结构和磁道间距的HDA装置的流程图。在图16中组装过程1601的第一步中，磁头的磁道宽度或使用的磁头就被确定下来，在1201-2中HDA使用预先选择的读/写传感器被装配在一起，如上所述，使用排序的方法以提供磁盘最大的优势，所有的HDA使用相似特性的磁道宽度磁头。
当磁盘被装配完成以后，HDA被放置在伺服磁道写入器上，这时与磁道宽度性能相一致的伺服信息被写入到磁道间距中，在图16中1602模块之后的步骤与图12A中1202模块之后的步骤相同。
图17是一个变更了的磁盘组装流程，是利用磁头的磁道宽度和可变行程的测量来证明。图17的1601和1602与图16的1601和1602相同，先假设读/写性能按照所有磁头的平均频率性能，图13B流程图是用来数据存储区的设计。
图18是本发明另一实施例的流程图，图18和图16有很多相同的地方，然而一个显著的不同是在图18中，内部急停和外部急停的测量是不会被执行的，它只被假定为有一个平均的行程被利用到。
在图19中，一个现有磁头磁道宽度的磁盘被组合在一起，并且磁头的读/写性能被特性化，如模块1200所示，磁盘的特性化是建立在标准磁头的使用和关于标准磁头的磁表面的品质率。磁盘表面的品质被存储下来，以便与磁头相配合时该品质率能够被利用到。与图12D相比较只有几个一般的步骤被使用到，而且图19的步骤优于图12D的步骤，因为由于使用的磁头的磁道宽度是确定的，使用磁道的最大数量会被写入到磁盘表面(模块1602)，以此来提高其存储容量。这些将会被注明在模块1201-3中，读/写传感器在其读/写性能的存储频率和其磁道宽度特性的基础之上，HDA与读/写传感器被组合在一起。
在图16-19的过程中，读/写传感器的磁道宽度或者在独立的滑动水平，或者在HGA水平被侦侧出来，类似性能的磁头被使用在磁盘组合当中，这些特点有利于磁道密度的最大化，其优于在组装之前就对磁道宽度进行的测量。磁头和磁盘的堆栈组合在一起，堆栈中每一个磁头的磁道宽度都可以利用上述步骤被侦测出来。图20是利用这种技术的一个实施例的流程图，在模块1201中，HDA被组装在一起，但其各元件并不需要特别的检测以获取其特性。在模块2000中，各磁头的磁道宽度利用上述步骤被侦测出来，利用伺服写入器将信息写入到磁道上，对于磁盘使用多个磁头的情况，为了配合使用低性能的读/写传感器(较宽的写入磁道)，各磁道间距使用相应的的间距被建立起来(模块2001)，其余的步骤模块与图12A的步骤一样。
更进一步的实施例如图21所示，其除了模块2000和2001与图12A不同外，其余的步骤和图12A一样。
更进一步的实施例如图22所示，其与图12C非常相似，其磁头的磁道宽度的侦测和伺服信息的写入与图20和图21的步骤一样，其余步骤与图12C相同。
另一个实施例如图23所示，其和图20-22一样，磁头的磁道宽度是在HDA(磁头磁盘组合)组合之后被侦测出来的，堆栈磁道间距的侦测和伺服磁道写入适合磁头的间距在模块2001中完成，与图12D相比较，除模块2000和2001不同以外，其余的步骤都是相同的。
在上述的例子中，适应带存储技术是依据磁头的读/写频率性能，被用来提供给不同的存储结构，在一些实施例中，磁头磁道宽度的附加因素也与适应带结构技术一同被加以利用。图24和25是进一步的实施例，其磁头的磁道宽度被测量出来，而磁道间距是建立在测量出来的磁头磁道宽度的基础之上的。使用这种技术，可以使磁盘的存储容量得到提高。图24模块1601中，磁头的磁道宽度特性是被电子技术或光子技术或其他技术侦测出来，接着将HDA(磁头磁盘组合)组合在一起，在磁道上写入伺服信息。HDA(磁头磁盘组合)此时与电路板紧密相连(模块1203)，并且数据存储区的结构在与其相配合的磁头读/写频率特性的基础上被建立起来(模块2401)。而现有技术中，存储区的边界在碟与碟、面与面之间都是对齐的。接着所有的存储区的读通道被最优化(模块1208)，然后驱动器的保证和备份的侦测(模块1209)，最后是驱动器的最后测试(模块1210)。
在上述的例子中，磁盘是使用被预先设置好缝隙宽度的读/写传感器和预选好的范围内的缝隙宽度(例如图16-19和图24)，更进一步的读/写传感器的磁道宽度的测量如图26-30所示，其在相同的组装过程中，在模块1601和2000中可选择一个执行。模块2000如上所述，在HDA(磁头磁盘组合)组装之后对扇区磁道宽度的进行测量，使用第二次测量的磁道宽度确定适当的磁道间距，以避免出现如果预测的读/写传感器特性被错误的标志，或其他方面的原因导致的错误的磁道宽度。这些是在图16-19和图24中所没有揭露的，也不需要第二次的测量磁道的宽度。
图25是另一磁头的磁道宽度在HDA(磁头磁盘组合)组装之后进行确定的实施例，磁道宽度的确定(模块2000)已经描述过了，写入伺服信息(模块2001)也同前一样，其余的步骤就和图24是一样的了。
请参考图5A，是用图例来介绍本发明的磁头存储密度被调整来提高整体的存储密度的，一个四磁盘的堆栈和图示的沿垂直轴fR形成的圆圈，一个磁头(HD#1)磁道偏离误码率的对数约等于5.5(低于可接受的磁道偏离误码率对数的最小极限值6)，而磁头HD#2大约接近6.5，磁头HD#3为7.9，磁头HD#2接近8.5。磁头的性能可以在任何磁道位置被测量到，从而获得每一个磁头在频率fR处的磁道偏离误码率的对数，然而磁盘表面中间的磁道被用来提供理想的位置以获得该磁盘的性能数据。进一步确定传感器的误码率信息的技术，可参考美国专利第5,408,367号，另一种测量磁头性能的技术可以使用在本发明中。
使用现有的标准在传统的格式下设置存储存储区时，如果有一个磁头的性能没有达到最小的TH标准，磁盘可能不会正常工作。然而，通过降低性能较差的磁头的读/写频率和提高性能较高的磁头的读/写频率，磁盘的存储密度就会得到明显的改善。存储密度的改善不仅可以提高磁盘容量，还可以提高磁盘的合格率。
如图5A所示，在磁头被赋予的操作频率上，LOBER(磁道偏移误码率的常用对数)的平均值被计算出来，并且每一个磁头的操作频率是可变化的，这样才可以使得LOBER的值在平均值以上。在这个例子中，每一个磁头的新的频率用三角号标志在了水平线3上，LOBER的平均值接近7.1，通过把性能较高磁头的读/写频率校正到较高的频率，把性能较低的磁头的读/写频率校正到较低的频率就可以使损失的容量得到恢复。虽然在图5A中所有磁头的频率都被调整到具有相同的LOBER值，但在本发明中这些磁头可以是不同的LOBER值。本发明的优点在于通过提高性能较高的磁头的操作频率来抵消降低性能较低的磁头的操作频率所带来的存储容量的损失，而且每一个磁头的操作频率也没有必要都调整到相同的LOBER值。每一个磁头的新的读/写频率只要可以在最小TH值之上提供最大的性能提高就可以了，例如图5A中，这个值如果在最小的TH值与水平线3之间也是可以的。图中标有磁头号的虚斜线是每一个磁头的性能曲线，可以沿着性能曲线将磁头的读/写频率移动到新的性能值。在选择磁头新的读/写频率时，其它的变化包括移动他们的频率到可以使他们的LOBER(磁道偏移误码率的常用对数)值相同的频率。
调整磁头读/写传感器的频率可以使磁盘提供更大的容量，并且保持最小的误码率，如图5B所示，磁头HD#1到HD#4的读/写频率从原始的测试位置(参考图3)被调整，箭头指示出磁头的频率从原始位置变化到一个新的频率，用矩形框表示。只有磁头#1的读/写频率被降低而其它的磁头的读/写频率都被提高，从而保证每个磁头都可以保持在最小可接受的LOBER(磁道偏移误码率的常用对数)值上。例如希望存储容量最大化的时候，而可利用的行程又比现有技术的低时，就可以使用较少的磁道提供理想的容量。
在上述的磁头性能的特性化中，一个单独的磁道被用来检测在fR处的性能，至于其它位置的性能可以使用数学模型计算出来(详后述)，这样每一个磁头在各个位置处的性能和性能参数都可以被确定下来。在每个磁头读/写频率的基础上，也可以计算出相应磁盘表面的存储区边界。从磁盘的中心线到存储区边界内半径的距离可以通过下式计算得到RN＝(a)ir2+(b)ir+c (5)其中，ir代表磁盘的中心线到存储区的内半径，a＝-0.002119，b＝0.12013，c＝-0.4343，N代表被计算边界的存储区。a，b，c被赋予的值是在一般磁头的性能曲线分析的基础上得到的，磁盘中每一个磁头的性能曲线或使用更精确的设备获取的a，b，c的值。存储区的内径ir可以在存储区N的RN(频率比率)获取的基础上由方程式(5)来确定，RN(频率比率)是由划分开的目标存储区的NRZ频率通过调整磁头的读/写频率来决定的。频率比率的量级通过下式得到RN=fNfRef---(6)]]>其中，fRef代表调整的磁头读/写频率，fN代表在目标存储区内的NRZ频率。目标NRZ频率是从存储区边界中获取的，调整的读/写频率fRef是磁头在磁盘的某一处的磁头性能，它的值是读/写传感器调整后的读/写频率。例如图5A中HD#1的读/写频率变动到f1处，此时其频率近似等于24.12Mhz，那么方程式(6)中的fRef就使用这一数值。例如图5A中磁头HD#1的存储区边界使用上述方程式得到存储区边界的表3。在存储区内的目标NRZ频率的确定中，会使用到一个目标存储区尺寸的表，在表中目标存储区的NRZ频率是在现有的技术上确定下来的，关于NRZ频率，在表3中将会介绍。
由上述可见，四个磁头(HD#1-HD#4)的存储区边界将会被估计出来不同即使他们具有不同的fRef。
图6是磁盘4的上表面和下表面使用可变的存储区结构的剖面图，该结构建立在目标存储区的基本原则上，ID代表其内直径，OD代表其外直径，同时图示出了存储存储区的边界。磁头HD#4放置在表面6处，磁头HD#1放置在表面5处。考虑到不同的磁盘表面磁头使用不同的操作频率，磁盘表面的每一存储区边界会在不同的位置，存储区使用Z与一个两位数来表示，其中第一个数字代表存储区，第二个数字代表磁盘表面，另一面磁盘表面6的标志也是一样。在上述存储区半径的基础上磁盘表面5的存储区标志为Z15，Z25，Z35，Z45，Z55和Z65，读/写磁头HD#1(图5中)的读/写频率F1约为0.8FR。同时读/写头HD#4也有Z36，Z46，Z56，Z66和Z75五个存储区，读/写头HD#4的频率F4约为1.5FR。TN(磁道号)是用TRK加上磁道数来表示的。
请参考图6和图7，磁道280在磁面5的存储区4中，而磁道280在磁面6上是位于存储区6中。磁头HD#1的操作频率低于磁头HD#4的操作频率，磁面6上的存储区Z36与磁面5上的存储区Z35也是不一致的。虽然在实际中磁盘4不会从ID到OD的整个磁面都用于存储数据，但这是全部磁面的一个简单的存储区图示。而且磁面5的存储区边界模式也不同于磁面6的存储区边界模式，更不同的是，在磁面5上其结构包括存储区1到6，而在磁面6上其结构包括存储区3到7。如上所述，磁头HD#4能够操作在较高的频率范围内。由于可以使用在较高的频率存储区，所以会产生图6中所示的结构。这样也导致了在垂直方向上相同存储区的存储边界会有一些偏移，例如磁面6上的存储区Z36与磁面5上的存储区Z35之间的偏移。
既然磁面与磁面之间的存储区边界是不对齐的，那么磁面上的某个具体的磁道也没有必要操作在与另一磁面上相应的磁道的读/写频率上。按照惯例，存储区数越高，其使用的读/写频率也越高，磁面6上磁道280的读/写频率就比磁面5上的磁道280的读/写频率高，而且在每一存储区内的读/写频率是不变的。这样对于某一磁道的读/写频率就依靠其所处的位置和各磁面的存储区结构的变化。因此就产生了各磁头-磁面和相的磁道数—存储区的查找表。由于各存储区的读/写频率已经被设置，所以也就可以知道存储区内的各磁道的读/写频率。图7是磁面5和6中的磁道0到磁道1050的查找表，以读/写头HD#4为例，磁道0-149是在存储区7中，磁道150-299是在存储区6中，以此类推到存储区3中，其包括磁道800-1050。磁道的边界计算使用上述的方程式(5)。
该发明技术不同于现有技术中的将所有磁面的磁道边界都对齐，在所有磁面的相同存储区内使用给定的磁道。由于现有技术中的所有磁面中存储区和磁道都是相同的，所以也就不需要特别标志各个存储区了。
图8是一磁盘堆栈，包括磁盘8和9，磁盘表面均设有磁性涂层用来存储和重放存储信息，C8和C9分别是磁盘8和9的中心线。存储区边界只标注在各磁盘的上磁面，例如磁盘8，存储区边界就是从中心线C8依据半径所产生的Z6，Z7，Z8，Z9和Z10，而存储边区边界Z7的内径和外径分别为R2和R3，R6是磁盘8的最外端半径。这些存储区是建立在上述的图表和数学计算的基础上的，各存储区使用的读/写频率是唯一的，并且是建立在包括磁头性能等各种因素的基础上的。磁盘9的存储区为Z8，Z9，Z10，Z11和Z12，这些存储区将会在各读/写头的性能的基础上，在磁面11上被分别标注出来。这些边界是利用上述方程式和图表获得的。各磁盘的相同存储区使用相同的存储频率，如磁盘9的存储区8与磁盘8的存储区8的存储频率是相同的。与现有技术相比较，磁盘8和9的各存储边界没有对齐，而且两磁盘对应位置的存储频率也是不一样的，例如磁盘9的存储区Z12与其相对应的磁盘8的位置处的存储区Z10使用的是不同的频率，而且半径R2，R3，R4和R5也不同于半径R7，R8，R9和R10。
本发明的另一实施例如图9，与图8相比较其磁盘12和13中的存储边界是对齐的(如图中虚线所示)，然而磁盘12与13相对应位置的存储区使用的读/写频率是不同的。例如磁盘12最边缘的存储区使用的频率为Z1，而磁盘13最边缘对应的存储区使用的频率为Z2。
本发明的具体的实施是一个1.8英寸的磁盘，用以说明怎样使用目标存储区表和其它更进一步的图表信息从而建立起存储区边界。如图11所示，1.8英寸的磁盘14和15其各自的中心线为C14和C15，磁盘14的存储区结构是设在磁面16上，并且该结构是在读/写传感器的固定运转高度的基础上建立起来的，图中的18即为该固定运转高度的曲线，移动读/写传感器(图未标)到磁盘14的中心来获得其性能测试。
至于磁盘15，存储区结构是建立在可变的运转高度的读/写传感器(图未标)基础上的，曲线19是传感器在磁盘15的磁面17上的相关运转高度的曲线，磁盘14和15中可利用的数据存储区的确定是建立在磁头的性能和目标存储尺寸表(如表1所示)中存储区的使用上，其磁盘的旋转速度大约在4500RPM。
表1 目标存储尺寸
在HD#1的磁头性能基础上，目标存储区2到12是被用来数据存储的，存储区的结构是使用存储区的数字来标注的。关于表1中的磁道的数量和实际使用的磁道的数量之间的考虑也是不能缺少的。表2是在存储区中的磁道数量的整数调整。
表2磁道数量的舍入法调整
如图11、表1和表2所示，第一个用于存储数据的存储区是Z2，其包括91个磁道，并且每一磁道包括42个扇区。存储区Z2计算出来的磁道数量是90.3个，利用向上舍入法得到91个磁道。其它各磁道也与此相似。
每一存储区的内半径和外半径的物理位置如表3所示，其包括从中心线C14测量到的实际半径(利用方程式计算得到的半径)、内半径(ir)、外半径(or)。
表3存储区边界的计算(单位微米)
上述存储数据的存储区是从2到12，而NRZ的频率范围是从17.17Mhz到28.16Mhz。对于性能更佳的磁头，就会选择更高存储频率(NRZ频率)的一组存储区。例如使用图5A中的磁头HD#4具有比磁头HD#1更好的性能特性，其可以使用存储区10-20，其结构布局不同于图11中所示，但各存储区的建立和边界的确立方法是相同的。表4是高性能磁头在使用存储区10-20的特性表。
表4 目标存储区尺寸
表5是对表4中在使用的存储区的扇区基础上，对计算得到的磁道数按照舍入法对其实际的磁道数量进行整数调整。
表5 舍入法调整
表6是存储区10-20的存储区边界的计算结果表6 存储区边界的计算
比较图11和表1，2，3中的磁头-磁盘的容量特性和较佳性能的磁盘磁头在表4，5和6中的容量特性，就可以得到较佳性能的磁头-磁盘大大提高了数据存储的容量。例如比较表1中第一磁头的可使用扇区的总数与较佳性能的第二磁头的可利用扇区的总数就可以得到，第一磁头可利用的扇区数为83,455，而第二磁头的可利用扇区数为121,838。本发明的可变存储区结构提供了利用较差性能的磁头在较低的读/写频率下使用的能力，并通过较佳性能的磁头来弥补较低性能磁头的使用所带来的存储容量的损失，从而达到改善总体的存储容量。
图14中是存储区结构的一个举例，其是动态磁头存储磁盘驱动器25的俯视图，同时与存储区边界的流程图13A和上述及后述的方程式有关。磁盘驱动器25包括了一个固定在旋转轴27上的磁盘26，该旋转轴27由一旋转发动机(图未示)带动，还包括一磁盘夹28，用于使磁盘26和旋转轴27固定在一起。C26是该旋转轴27的中心也是磁盘26的中心。磁盘26和相关的旋转发动机，旋转式激励器及电子元件被安装在壳体29中，磁盘驱动器25的旋转式激励器具有磁头杆30和一主体部31，该主体部31由一回转枢心32支撑着。旋转式激励器包括一绕组33，其可与产生的磁通相配合，磁铁34用于定位读/写传感器35在磁盘26表面上的位置。磁盘驱动器25的旋转式激励器利用动态磁头存储装置，其包括一可放置到凸块39的凸面38上的起落拉杆37，该凸块39用来提供读/写传感器在动态读取时停放之用的。图中也标志出了本磁盘驱动器的精确的角度和距离，例如线40表示从回转枢心32到磁盘26的中心C26的距离，其用Dam表示，线41是从回转枢心32到读/写传感器35的间隙(图未示)的距离，用Dag表示。
旋转式激励器固定在磁盘26的内半径和外半径之间的42处，为了便于解释，假定旋转式激励器在存储区N处，那么线40和线41之间的夹角就为θN。既然该磁盘驱动器是动态磁头存储型的磁盘驱动器，那么最外端的可利用半径(or)在起落拉杆37刚刚从磁盘26的表面升起时就确定了下来，同样，最内端的可利用半径(ir)也在内部急停处(图未示)被确定下来。
图13A使用来确定磁头存储边界的步骤，该磁头是按照流程图12A和12C已经被特性化的磁头。尤其是在流程图12A的存储区规划(模块1207)中测试磁盘驱动器组合以确定可利用磁道数量和容量密度，另外对于不同的存储区设置不同的读/写频率以达到所有的存储区都能被利用到。流程图13A是存储区规划的具体步骤，现以磁头HD#1连同表1-3为例加以描述在模块1301中计算出参考频率fRef，该频率是Fr校正后的读/写传感器的使用频率，例如图5A所描述的利用LOBER在标准操作频率fR下确定磁头性能的技术，可参考美国专利第5,408,367号，这样磁头性能的被测量出来，读/写频率也被校正到适当的值，例如图5A磁头HD#1的校正后的操作频率在f1处，它就是我们要得到的参考频率fRef，其频率大约为24.12Mhz，其值大约为fR处密度的80％，下面的方程式使用来计算fRef的fRef＝fR*(密度调整系数) (7)频率比率的计算是利用目标存储区的NRZ参考频率(表3中各个目标存储区的频率)，通过方程式6计算得出来的RN=fNfRef---(6)]]>其中，fRef代表调整的磁头读/写频率，fN在目标存储区内的NRZ频率。计算出的频率比率的结果列出在表3的频率比率一栏中。完成模块1302后，在模块1303中使用方程式8或方程式5就可以得到内半径(ir)的值
ir=-b+b2(-4)(a)(c-RN)2a---(8)]]>这些存储区内半径的结果列出在表3的实际半径一栏中。
在模块1304中是计算每个存储区的外半径(or)，如图11所示，由于每一个存储区的外半径都等于下一层存储区的内半径，因此得到方程式9orN＝irN+1(9)在模块1305中计算出来的内半径和外半径可能会超出动态磁头存取的实际可利用的内外半径范围，而且允许的内外半径也有可能不被使用而需要进行调整，请参考表3磁盘驱动器的存储区内外半径在12.8毫米到22.77毫米之间才可以使用，比较表1和表3，只有存储区2-12被利用，其范围从存储区2的内半径12.80毫米到存储区12的外半径22.77毫米，其余大于最大外半径的数值均以最大外半径为准，小于最小内半径的数值均以最小内半径为准。
在模块1306中是将存储区规划的半径转化为磁道数，在图14中磁道N的角度θN的计算可以使用下述方程式θN=cos-1(Dam2+Dag2-rN22(Dam)(Dag))-θref---(10)]]>其中，角度θref是读/写传感器35的缝隙定位在磁道上方时线40与线41之间的夹角，接下来利用方程式11确定出TN(磁道号)TN＝Trackref-(θN)(Rad/Track) (11)其中，Dam和Dag是图14中所示的距离，θref是上述的定义的角度，Trackref是在角θref处的磁道号，Rad/Track代表磁轨间距的弧度。
这样就可以完成每个磁头-磁盘组合的存储区规划。上述的步骤提供了每个存储区的内外半径的性能，例如在表1-3中存储区2-12被确定为可以利用的存储区，而且存储区2的内半径为12.80毫米，外半径为13.42毫米。在所有的存储区边界被确定下来后，如模块1307所示，将存储区边界的数据及存储区内相应的磁道频率存储在磁盘驱动器中的非易失性的记忆体中，这样就为各个磁头表面提供了一个查找表，例如图7中提供的两个磁头表面的查找表。在模块1308中，在上述信息的基础上将磁盘表面格式化成数据存储区的结构。
按照本发明的另一优点是提高磁盘的存储密度，其通过优化可利用的行程来实现的。请参阅图4A，在现有技术中，是一个已经确定了磁道数量的磁盘驱动器，假如在行程内由于从外急停带到内急停带发生变化，导致较少数量的磁道不能被利用，那么这整个磁盘驱动器就会不能使用。但是按照本发明，磁盘驱动器的磁头线移动到内急停带并存储下磁道的数量，再通过磁盘表面移动到磁盘的外急停带并存储下磁道的数量，因此这些实际可利用的磁道数才会被确定下来并加以利用。通过最优化行程以便所有的磁道都可以被利用，较长的行程会导致较低的线性存储密度水平，从而减少磁头的读/写频率以达到预先的存储容量，而且可以改进磁头的误码率。读/写频率的降低将所有磁头备份到LOBER曲线，这样就增加了安全系数。其分布曲线图保持不变，只是平均值发生变化。例如图10中，实线分布曲线图是较短行程的性能曲线，μo是其原始的平均性能值，虚线是优化后的曲线图，μs是其平均性能值，其σ值相同，但位于TH值以下的磁头的数量大大减少，因此通过可变的存储区规划来优化行程，可以提高磁盘的存储密度，即使在这些磁盘中有一两个磁头的性能值在TH值以下。在现有技术中，内外急停带的位置方差为σ2，那么磁盘驱动器上的平均位置损失是6σ，另一种现有的磁盘驱动器侦测出一个急停带就写入磁道直到第二个急停带被侦测出来，其平均的位置损失为 在本发明的磁盘驱动器不同于固定容量的磁盘驱动器，其密度是变化的，其平均位置损失是0，如果σ＝0.03，那么与现有技术相比较其获得的平均密度增量为6.4％，因此在本发明中使用较长的行程同样可以明显增加磁盘驱动器的容量。
权利要求
1.一种可变存储区结构和磁道间距的磁盘驱动器的制造方法，其中包括一磁盘，其具有第一和第二磁表面和从上述的磁表面进行读/写信息的第一和第二读/写传感器，本方法是用以下步骤完成的(a)利用磁盘驱动的读/写传感器确定出磁道宽度的性能特性；(b)确立出多个性能组，每个性能组都有一个磁道宽度性能特性的范围；(c)再利用步骤(a)中读/写传感器测量出的磁道性能特性，决定出可测量的磁道宽度的性能特性的值；(d)比较在步骤(c)中的磁道宽度的性能特性的值与步骤(b)中各性能组的范围，用以确定这个磁道宽度的性能特性是否位于已建立的一组性能特性中；(e)重复步骤(c)和(d)，直到两个独立的读/写传感器都有一个磁道宽度性能特性的值是位于步骤(b)的性能组中；(f)使用在步骤(e)中的一个读/写传感器作为第一读/写传感器，另一个读/写传感器作为第二读/写传感器装配磁盘驱动器。
2.如权利要求1所述的可变存储区结构和磁道间距的磁盘驱动器的制造方法，其中上述磁盘驱动器中包括用于上述第一和第二传感器的磁头杆。
3.如权利要求2所述的可变存储区结构和磁道间距的磁盘驱动器的制造方法，其中上述的步骤(f)还进一步包括将读/写传感器与它们相配合的磁头杆连接起来的步骤。
4.如权利要求1所述的可变存储区结构和磁道间距的磁盘驱动器的制造方法，其中在上述的步骤(c)中磁道宽度特性是利用光学器件测量的。
5.如权利要求1所述的可变存储区结构和磁道间距的磁盘驱动器的制造方法，其中在上述的步骤(c)中磁道宽度特性是利用电子器件测量的。
6.如权利要求1所述的可变存储区结构和磁道间距的磁盘驱动器的制造方法，其中进一步包括确立一个用于上述第一和第二读/写传感器的磁道间距，用以作为性能组中，也包括步骤(f)中的磁道宽度的性能值的函数。
7.如权利要求1所述的可变存储区结构和磁道间距的磁盘驱动器的制造方法，其中进一步包括在上述磁道间距的磁道中写入伺服器信息。
8.如权利要求1所述的可变存储区结构和磁道间距的磁盘驱动器的制造方法，其中上述磁道宽度的性能特性的测量是由以下步骤组成(g)一个磁表面的磁道位置T处写入读/写传感器的测试模式；(h)读取上述的测试模式，并且测量信号的振幅；(i)在第一径向方向上移动读/写传感器到距离磁表面T处距离为d的位置，并写入直流清除信号；(j)在与第一径向方向相反的第二径向方向上移动读/写传感器到距离磁表面T距离为d的位置，并写入直流清除信号；(k)在磁表面T处再读取上述测试模式并测量出上述信号的振幅，并与步骤(h)中测量出的结果进行比较。
全文摘要
一种可变存储区结构和磁道间距的磁盘驱动器的制造方法，该磁盘驱动器包括一个具有两个磁面的磁盘和从两个磁面进行读写操作的。本方法包括利用读/写传感器决定磁道宽度的性能特性，建立一系列的性能组的性能特性范围。性能特性是利用磁盘驱动器的第一和第二读/写传感器之一测量出来的，并且第一和第二传感器在性能特性范围内被分离开来管理不同的范围。其性能特性的测试可通过光学或电学器件来完成。
文档编号G11B5/55GK1499503SQ0215193
公开日2004年5月26日 申请日期2002年11月5日 优先权日2002年11月5日
发明者布鲁斯·依莫, 布来恩·威尔逊, 威尔逊, 布鲁斯 依莫 申请人:深圳易拓科技有限公司