专利名称：读/写磁头加热器中基于恒定功耗的磁盘驱动飞高控制的制作方法
读/写磁头加热器中基于恒定功耗的磁盘驱动飞高控制 技术领域0001本发明涉及磁存储介质驱动器的控制电路领域，更具体地，涉及这些驱动器中包含读/写磁头加热器的飞高控制电路。
技术背景0002高性能而又较廉价的电子系统的持续发展很大程度上得益于非 易失性数据存储技术的进步。当然，用于非易失性数据存贮的"主力(workhorse)"技术一直是磁盘驱动器。磁盘驱动器在电子系统中得到 广泛应用，包括大型网络服务器，桌面工作站，便携式电脑，甚至诸如 便携式数字音频播放器的现代手持设备中。0003正如本领域众所周知，近年来传统的磁盘驱动器在每兆位成本 减少的情况下，容量得到显著增加。这一容量增加与数据可以存储在磁 盘媒介中的密度的提高直接相关。磁盘驱动器技术的进步减少了可靠且 可提取地沿磁盘表面的一个磁轨存储一个比特所需的表面面积，也减少 了相邻磁轨之间的间S&。每个存储单元的活动磁盘表面面积的减少很大 程度上已经通过磁感应器的大小和精度的相应较少得以实现，此磁感应 器影响磁盘驱动器的读/写操作。0004在传统的磁盘驱动器中，所存数据的读和写是通过近磁场 (near-field)的磁化过程进行的。为了写入数据，磁盘表面的铁磁区域 通过施加很靠近磁盘表面的磁场选被择性地定向。 一种传统类型的写传 感器，或"磁头"，是众所周知的感应式写入器，其包括一块带有间隙 的电磁铁，以便可以将其放置在磁盘表面附近。电磁铁被选择性地通电 以便在间隙中建立足够强的磁场以在磁盘表面地址位置来定义所希望极 性的磁场转变模式。通过检测由这些磁转变模式建立的磁场的极性来从 磁盘读取数据。传统的读传感器包括由电磁铁组成(可能使用同样的电 磁铁写入数据)的感应头，其中由磁盘表面的磁场感应出电流。最近， 磁阻(MR)读磁头具有随着磁场的极性而变化的电阻，已经开始流行起来。0005在现代磁盘驱动器中，读/写磁头安装在磁头悬架组件(HGA) 悬架末端的滑块内。柔性HGA悬架附着在激励器上，激励器包括所谓的"音圈"马达，"音圈"马达将磁头固定在磁盘表面所希望的径向位置 上。旋转磁盘表面和滑块之间的相对运动在滑块上产生一个举升力(lifting force)，建立了滑块滑过磁盘表面的气垫面(ABS)。典型地， 磁头位于滑块的后缘(trailing edge)，后缘一般比滑块的前缘更靠近磁 盘表面。0006与这些近磁场机构相连，当磁换能器(读/写磁头)和磁化的磁 盘表面之间的距离减小时，磁场强度呈指数级增加。因为所存数据的信 号强度依赖于磁场强度，所以对于一给定位误差率(BER)，磁盘表面 每单位面积的数据存储密度较强地依赖于磁头和磁盘表面之间的距离。 因此，由读/写磁头和磁盘表面之间的气垫面(ABS)维持的间隔，即本 领域所指的磁头"飞高(fly height)"，是磁盘数据容量中的一个重要参 数。在现代常规的磁盘驱动器中，飞高的意思类似于几纳米的数量级， 这使得能通过现代磁盘驱动器获得非常高的数据密度。0007然而，低的飞高往往增加磁盘表面和读-写磁头的磨损。在极低 的飞高情况下，磁盘表面相当小的凸凹不平可能引起滑块和磁盘表面之 间的接触，耗尽并分解润滑油，导致滑块和磁盘表面都受磨损，并产生 源于磨损颗粒的污染物，在某些情况下，导致磁头粘附在与磁盘表面相 接触的位置。0008磁盘驱动制造商因此面临着，在决定读/写磁头所希望的飞高时， 一方面是磁盘驱动器耐用性，另一方面是数据密度和BER之间的折中。 能够控制飞高的精度因此是在磁盘驱动器可靠性约束范围内，最大化数 据密度并最小化BER的重要因素。0009尤其在最近几年，飞高很大程度上依赖于感应写磁头的磁极温 度。已知通过感应写磁头传导的写入电流导致电阻变热，并因此使读/写 磁头的磁极热膨胀， 一般从滑块向磁盘表面凸起的电磁磁极中很明显。 现代磁盘驱动器利用写磁头磁极的热膨胀获得低的飞高，并控制飞高。 在这点上，众所周知磁盘驱动器读/写磁头的滑块内包括用作电阻加热器的电阻，以便电磁磁极的热膨胀致使(电阻)凸向磁盘表面，减小飞高。 美国专利第5， 991， 113号描述了这样一个电阻加热器的示例。0010作为进一步的背景，美国专利申请公开第US2005/0105204号描 述了一种飞高控制器，其在进行读和写操作时，施加不同的驱动级别到 电阻加热器上。这些不同的加热器驱动级别考虑了相对于在读操作期间 传导通过磁头的电流，在写操作期间驱动感应写磁头的电流的增加，从 而使滑块的加热增加。0011传统的使用读/写磁头组件上的电阻加热器的飞高控制器受电阻 加热器两端的电压或者流经电阻加热器的电流的反馈控制而工作。对于 前几代磁盘驱动器，按这种方法，控制电阻加热器的驱动是足够的。然 而，当所需数据密度继续增加时，随着磁盘驱动器继续小型化的需要， 要求对飞高控制更精确。发明内容0012本发明提供用于精度已提高的磁盘驱动器飞高控制的装置和方 法。OOB
一方面，电阻加热器的电阻变化被补偿。另一方面，由磁盘驱 动器读/写磁头耗散的功率受到精确控制，而不管电阻加热器的瞬时电阻。 另一方面，实施例可以容易地实现到现代前置放大器结构中。0014本发明可以在磁盘驱动器的飞高控制器中实现，其中施加到读/ 写磁头电阻加热器的电流和电阻加热器两端的电压都被检测。相当于所 测电压和所测电流乘积的反馈信号被产生，并施加于误差放大器，误差 放大器反过来调节至电阻加热器的驱动信号。通过电阻加热器的恒定功 率耗散可以因此得以保持。
0015图l是根据本发明的优选实施例构造的，包括硬盘驱动器子系统 和控制电路的计算机系统的电路框图。0016图2是图1的计算机系统中部分硬盘驱动器结构的平面图。0017图3是图l的系统中读/写磁头组件结构的横断面图。0018图4是根据本发明的优选实施例构建的，图l系统中飞高控制器 的电路框图。0019图5是根据本发明的优选实施例构建的，图4的飞高控制器中反 馈乘法器电路的电路原理图。
具体实施方式
0020本发明是在实施到用于电子系统的磁盘驱动器系统例如计算机 或诸如数字音频播放器的手持设备的示意性实施例的背景中描述的。然 而，可以认为，本发明可用于本说明书所示出和描述之外的其他应用中。 因此，以下描述仅作为示例提供，并不作为限制。0021图1示出了实施本发明的一个优选实施例的电子系统的示例。 正如以上提到的，广泛多样的现代系统利用磁盘驱动器，这些系统的规 模范围从大规模网络设备到手持数字音频播放器，具有个人计算机和工 作站以及这两极端之间的其他系统。图1中，主机系统2通常代表包括 磁盘驱动器的特定系统的主机功能。在这个一般性描述中，主机系统2 以传统方式实现，其包括合适的中央处理器(CPU)，随机存储器(RAM)， 视频，章.频卡或功能，网络接口容量，以及类似物。在这个示例中，主机 系统2连接(经主机适配器或其他类似功能)到与磁盘驱动控制器5相 连的系统总线B上。总线B可以根据传统标准实现，其示例包括增强型 电子集成驱动器(EIDTE)标准或者小型计算机系统接口 (SCSI)标准。 其他磁盘存储设备(硬盘控制器，软盘控制器等)和其他外设也可以与 总线B相连，正如所期望的和以传统方式实现的那样。0022控制器5是本领域已知的传统磁盘驱动器。在现代磁盘驱动器 中，其中，电子驱动器以磁盘驱动器的形式实现，而不是作为主机系统2 本身的控制器实现，控制器5在磁盘驱动器封装内的印刷电路板上实现。 可替代地，以大规模系统为例，控制器5可以在主机系统2中实现。在 图1的一般化方框图中，出于清晰目的考虑，控制器5的组件按照其功 能而不是其物理集成电路示出。用来实现磁盘驱动控制器，例如控制器5 的典型集成电路包括数字信号处理器(DSP)，只读存储器(ROM)和 随机存储器(RAM)，其它如闪存RAM的非易失性存储器，与总线B相连的接口电路，以及其他特定逻辑电路。功能上，控制器5包括数据通道4，它与总线B接口并影响在磁盘磁头组件20中的前置放大器10 来回通信数据的功能。数据通道4也与伺服控制器6通信，伺服控制器6 也可以包括解调功能。伺服控制器6依次与运动和功率控制器8通信， 运动和功率控制器8驱动音圈马达12和磁盘磁头组件20上的主轴马达 14。0023磁盘磁头组件20包括电子元件和机械元件，其包含在磁存储数 据的读和写中。在此例中，磁盘磁头组件20包括具有铁磁表面(优选双 面)的一个或更多个磁盘18，其在主轴马达14的控制下围绕其轴旋转。 多个读/写磁头组件15a、 15b通过驱动器17可移动。因此，来自控制器 5中的运动和功率控制功能元件8的信号控制主轴马达14和音圈马达12， 以便驱动器17放置读/写磁头组件15a和15b在磁盘表面18所希望的位 置从而读写所要求的数据。0024图2进一步详细地示出与联合读/写磁头组件15相关的一个磁盘 表面18的物理布置。在此例中，磁盘表面18显示为围绕其轴按基本方 向(在此例中，按逆时针方向)旋转；正如本领域众所公知，这种旋转 受控制器5控制下的主轴马达14的影响。正如图2所示，读/写磁头组件 15被设置在驱动器臂22的末端，其通过驱动器17在音圈马达12的原动 力作用下可旋转(围绕其轴，图中未显示)。驱动器臂22的旋转将读/ 写磁头组件15定位在磁盘表面18合适的径向距离位置上以访问所希望 的磁轨。0025图3根据本发明的优选实施例示出读/写磁头组件15的结构。读 /写磁头组件15包括滑块2i，其一般是陶瓷、硅或其他电绝缘体，其上 可以形成读磁头25R和写磁头25W。滑块21的大小和形状设计成在它与 旋转磁盘表面18之间提供一个气垫面(ABS)。滑块21以常规方式安 装在驱动器臂22上。0026读磁头25R和写磁头25W被设置在滑块21的后缘，正如旋转 磁盘表面18 (见图2)所定义的。写磁头25R和读磁头25W的特殊结构 和实现可能不同，这依赖于所希望的磁盘驱动器的结构和性能。在本发 明的此实施例中，写磁头25W优选地实施为感应写磁头，包括一个电磁石，其形成有围绕着铁芯的线圈，铁芯具有朝着滑块21底部定向的间隙，以将由通过线圈的电流所产生的磁场指向附近磁盘表面18。读磁头25R 优选地由磁阻(MR)或巨磁阻(GMR)材料构造。例如，正如本领域所 公知，GMR元件是软磁材料的"带(stripe)"，例如铬铁(FeCr)，其 具有的电阻值随着施加在该元件上的磁场极性而变化。可替代地，读磁 头25R也可以实现为感应读磁头，其中，通过在附近运动的一部分磁盘 表面18的磁场从电磁铁中感生出电流。0027根据本发明的这个实施例，读/写磁头组件15也包括热元件电阻 器30，其在图3中示意性地示出。热元件电阻器30可以是不同结构的常 规电阻器(例如电刷电阻器)，或可替换地由本领域所知的方式构造成 电阻加热器。热元件电阻器30设置在滑块21中合适的位置，以便其可 以准备好加热写磁头25W和读磁头25R。正如本领域所知，磁盘驱动器 的飞高一般是由感应头和磁盘表面之间的距离所定义，磁头或多个磁头 的感应铁心的热膨胀，例如由流过绕组的电流加热电阻，最终定义了该 距离。正如图3所示，例如，写磁头25W和读磁头25R (尤其是"磁头 尖(pole tip)")每一个都沿着滑块21的底面延展，结果由热元件电阻 器30导致热膨胀。根据本发明的该优选实施例，前置放大器和飞高控制 器10控制通过热元'件电阻器30.的电流，并因此控制读/写磁头组件15 的飞高，正如关于图4要描述的。0028图4示出了飞高控制器40的结构，其实施在图l所示系统中的 前置放大器10内。图1中的前置放大器10的部分，在控制器2和读/写 磁头15之间的数据通道中，为了清晰的目的，并不在图4中示出；前置 放大器10的数据通道部分可以以常规方式实现。0029飞高控制器40以一电流和电压进行工作以驱动热元件电阻器30, 这对应于由数模转换器(DAC) 42所接收的功率输入信号PWR，如图4 所示。可以认为，在磁盘驱动控制器5中的数字控制电路(图中未显示) 包括合适的功能性以选择所希望的额定功率电平，该功率水平由功率输 入信号PWR中的数字字长表示。在常规的方式中，DAC42将数字功率 输入信号PWR转换成模拟电平；这个模拟电平施加到图4所示的误差放 大器44的输入。0030根据本发明的这个实施例，误差放大器44的输出控制可变电流 源46，可变电流源46连接在电源电压Vcc和热元件电阻器30之间。可 以认为可变电流源46是以常规方式实现的，例如作为一个或更多个在控 制端接收误差放大器的输出的输出驱动晶体管。对本发明来说，可变电 流源46的详细结构并不特别关键；普通技术人员参考本说明会容易地能 够以适合于本发明的优选实施例的具体实现方式最好的方式去实现可变 电流源46。可变电流源46因此驱动电流流过热元件电阻器30，热元件 电阻器30在此例中连接在可变电流源46和地之间。当然，热元件电阻 器30被构造产生热，以响应从中流过的驱动电流，这一热导致了写磁头 25W (如果需要，也可能是读磁头25R)所希望的热膨胀，以便写磁头 25W的一个或更多个磁极离开滑块21朝向磁盘表面18延伸但与磁盘表 面18有一精确距离，正如上所述。0031如上面提到的，可变电流源45也受误差放大器44的输出控制， 并响应该输出信号，产生流向阻抗47的电流。根据本发明的这个优选实 施例，可变电流源45产生的电流源优选地按施加到热元件电阻器30的 电流源通过常数因子按比例縮小，以减少功率耗散耗散。这一縮放通过 縮放一个晶体管或更多个晶体管的大小优选地完成。这些晶体管被用于 实现与可变电流源46相关的可变电流源45。例如，根据本发明优选实施 例的一种优选实现法，可变电流源45传导的电流被縮放成可变电流源46 传导的电流的1%。如本领域众所共知的，例如，如果电流源45、 46由 金属氧化半导体(MOS)器件构造，则用作电流源45的晶体管其通道宽 度对通道长度的比例(W/L)将是用作电流源46的晶体管之W/L的1%。 这些缩放被认为是本领域技术人员参考本说明所熟知的和可实现的。0032根据这一结构，因此，在飞高控制器40中产生两个反馈信号并 施加到乘法器50。 一个反馈信号是反馈加热器电压Vheat，其在电流源46 和热元件电阻器30之间的节点处获取，且其因此是热元件电阻器30 (其 他端子接地)两端的直接测量电压。可替换地，如果其不接地，可以测 量热元件电阻器30两端的差分电压。第二个反馈信号是反馈加热器电流 Iheat。在本例中，反馈加热器电流I^t是作为阻抗47两端的电压测量的， 该电压降与来自可变电流源45的电流成比例，该电流是通过热元件电阻器30由源于电流源46的实际电流縮放的。在本方法中，用于反馈加热器电流Ih^的反馈信号是电压形式的。可替换地，源于电流源45的被縮 放的电流可以直接馈送到乘法器45中，这取决于乘法器45的结构和其 响应电流而不是电压的能力。同样地，经热元件电阻器30传导的真实电 流经縮放因子縮放，例如是反馈加热器电流I^t的IOO倍。0033当然，在本领域中的基本原则是诸如热元件电阻器30这样的无 源元件的功率耗散，相当于通过该元件的电流和该元件两端的电压的乘 积。因为热元件电阻器30是一个无源元件，所以反馈信号加热器电流Iheat与反馈信号加热器电压Vheat之乘积将产生由热元件电阻器30耗散的功率的测量值。电阻加热器产生的热与电阻加热器耗散的功率基本成比例也 是众所周知的。同样地，反馈信号加热器电流Itot与反馈信号加热器电压 Vht的乘积将产生由热元件电阻器30生成的热的测量值。根据本发明的 这个优选实施例，乘法器45产生一个输出反馈加热器功率电压Ph^，它 相当于反馈信号加热电流Itot和反馈信号加热电压V^t的乘积。根据本发明的这个优选实施例这个信号Phw是电压形式的，被施加于误差放大器44的负极性输入(其正极性输入接收输入信号PWR的模拟形式)。 误差放大器44因此产生一个输出信号，该输出信号被施加于可变电流源 45， 46，并根据所希望的功率水平(信号PWR)和由热元件电阻器30耗散的实际功率(输出反馈加热器功率电压Pheat)之间的偏差被调整。例如，如果由热元件电阻器30耗散的功率比所希望的功率小，则误差放大 器44将产生一个信号，来增加施加到可变电流源45， 46的驱动；相反， 如果由热元件电阻器30耗散的功率超过所希望的水平，则误差放大器44 将产生一个信号，以减小施加到可变电流源45， 46的驱动。由热元件电 阻器30产生的热反馈控制因此产生。0034图5根据本发明的优选实施例，示出了乘法器50的结构。当然 可以认为，乘法器50的具体结构可以不同于图5所示出的。这些其他布 置可以包括成对的彼此交叉耦合的差分放大器，或者级联差分放大器。 这些和其他电路布置可以用作乘法器50。然而，由于运转稳定而且精确， 图5示出的乘法器50的结构是优选的。0035正如图5所示，乘法器50包括基于NPN型双极晶体管54a， 54b的差分放大器。晶体管54a的基极接收反馈加热器电压Vheat。这一反馈加热器电压可以经由以常规方式构造的电平转换器(图中未显示)施加于晶体管54a，如有必要将反馈信号的电平转换为晶体管54a的合适电压 范围。晶体管54b的基极接地，在本例中，考虑了热元件电阻器30—端 与地相连(其另一端是反馈加热器电压Vheat)。如果电平转换器将反馈 加热器电压Vheat与晶体管54a的基极相连，类似相应的电平转换器也应 当将偏置电平耦连到晶体管54b的基极，以确保精确工作。同样地，晶 体管54a和54b定义一个差分放大器，该差分放大器响应反馈加热器电 压信号V^t (作为电平转换的)与地之间的差分电压而工作。0036在此差分放大器中，负载52连接在晶体管54a、 54b的集电极和电源电压Vee之间；在本例中，如图5所示，负载52包括一对NPN型双极晶体管，每个双极晶体管以二极管方式连接在晶体管54a和54b其 中一个的集电极和第三个NPN型双极晶体管的发射极之间，第三个NPN 型双极晶体管也以二极管方式与Vee电源相连。当然，其他负载布置也能 被使用。电阻器Rl连接在晶体管54a和54b的发射极之间。晶体管54a 的发射极通过参考电流源56a与Vee电源电压相连，晶体管54b的发射极 通过参考电流源56b'与Vee相连。参考电流源56a和56b每一个传导参考 电流I,.ef。根据本发明的一个优选实施例，优选为，参考电流I^被控制成 绝对电流用以设置乘法器50的增益，且因此设置输出反馈加热器功率电 压Pheat的电压与由热元件电阻器30耗散的实际功率之间的比率关系。正 如下面所述，这个增益与参考电流I^的变化相反，并不受到其他参数补 偿。根据本发明的这个优选实施例，因此，参考电流源56a， 56b优选地 被"调节"，例如，通过熔线、激光微调或一些其他非易失性设置，将 传导所选绝对电流水平作为参考电流Iref。0037晶体管54a和54b (构成)的差分放大器在其节点VA和VB上 产生差分电压，以响应施加于晶体管54a和54b的基极的差分电压。节 点VA在晶体管54a的集电极，而节点VB在晶体管54b的集电极。节点 VA连接到第二差分放大器中PNP型晶体管62b的基极，而节点VB则 连接到此第二差分放大器中PNP型晶体管62a的基极。晶体管62a和62b 的发射极连接在一起，并接收反馈加热器电流Itot，即本例中的电流信号；同样地，回头看图4，在本发明优选实施例的本实施方式中，阻抗47有效地并入乘法器50中。0038第二差分放大器包括电流镜像负载60，以便经晶体管62a和62b 传导的集电极电流彼此相等(或者如有需要就由所知縮放因子加以缩 放)。在本发明的此实施例中，电流镜像负载60连接在PNP型晶体管 62a、 62b的集电极和地之间。对于图5所示的例子，电流镜像负载包括 NPN型晶体管66a，其集电极与晶体管62的集电极相连，其发射极通过 电阻器67连接到地，其基极连接到相对的NPN型晶体管66b的基极， 晶体管66b串联连接在地(经另一电阻器67)和PNP型晶体管62b的集 电极之间，是以二极管方式连接的。在电流镜像负载60中，第三NPN 型晶体管66c的集电极与晶体管62b的集电极相连，其发射极与晶体管 62b的集电极和基极相连，其基极与晶体管62a的集电极相连。以这种方 式，流经晶体管66b和66c的串联通路的电流等于(或按比例縮放)通 过晶体管66a传导的晶体管62a的集电极电流。乘法器50的输出取自晶 体管62b的集电极处的节点，通过电阻器R2 (其他端子接地)两端。由 于电流镜像负载60的电流镜像，传导通过电阻器R2的电流依赖于晶体 管62a和62b的差分集电极电流，该差分电流反过来依赖于节点VA和 VB产生的差分电压。差分集电极电流的幅值依赖于流进晶体管62a和62b 的发射极电流的幅值.，.在此例子中是源自可变电流源45的反馈加热器电 流Iheat。电阻器R2上的输出电压因此相当于加热器电流Iht和加热器电 压Vheat的乘积，且同样构成输出反馈加热器功率电压Pheat。0039在工作中，综合参照图4和图5，加热元件电阻器30两端的反 馈加热器电压Vheat施加到晶体管54a的基极。因为晶体管54b的基极接 地(相当于热元件电阻器30接地)，反馈加热器电压Vtot将倾向于导通 晶体管54a，而不是导通晶体管54b，相对于节点VB将节点VA的电压 降低相当于反馈加热器电压Vh^的一个量。0040节点VA和VB之间的这个差分电压将施加于晶体管62a和62b。 因为节点VA比节点VB电压更低，所以晶体管62b将比晶体管62a更易 导通。因为电流镜像负载60,由于节点VA和VB之间的差分电压造成 的晶体管62a和62b的集电极电流的差值将反映在流过电阻器R2的电流中。电阻器R2两端的输出反馈加热器功率电压Pheat因而依赖于晶体管62b相对于晶体管62a导通的程度。在此布置中，由于晶体管62a和62b 是PNP型器件，所以晶体管62b的集电极上的输出反馈加热器功率电压 P^将随晶体管62b导通更大而增加，并获得(source)更多的集电极电 流。并且因为响应更高的反馈加热器电压Vheat，当节点VA的电压下降 吋，晶体管62b导通更大，输出反馈加热器功率电压Pbt随反馈加热器 电压Vj^而直接变化。0041输出反馈加热器功率电压Phw和反馈加热器电压V^t之间的关系依赖于流进晶体管62a和62b的发射极电流，在本发明的实施例中， 该发射极电流由反馈加热器电流Ihw设定。对于给定的反馈加热器电压 Vheal，输出反馈加热器功率电压Ph^也随反馈加热器电流而直接变化。因 此，因为输出反馈加热器功率电压P^t随着反馈加热器电流Iheal以及反馈 加热器电压V(^直接变化，输出反馈加热器功率电压Phw相当于这两个 反馈信号的乘积，且因此相当于由热元件电阻器30耗散的功率。0042建立乘法器50的增益是有用的，这样，输出反馈加热器功率电 压P^t与热元件电阻器30耗散的功率具有已知且稳定的关系。在图5所 示的实施例中，此关系可以表达为"丄)单位为伏特0043在此例子中，1°/。因子反映了传导通过热元件电阻器30的实际电流和被缩放的反馈加热电流Iheat之间的缩放因子，该縮放因子此处是lOO。当然，如果另一縮放因子被用于此电流镜像，则缩放因子将反映在此表达式的分母中。此表达式也表示出电阻器R2和R1的电阻比值可以用来 设定乘法器50的增益。 一个便利的增益值因此能被设定，例如，热元件 电阻器30每耗散IOO毫瓦的功率，在输出反馈加热器功率电压Ph^中反 映为1伏特。因为乘法器50优选地构造在集成电路中，电阻器R1和R2 形成在同样的集成电路中，电阻器R1和R2彼此比例合适，以便该电阻 比值将在过程变化中相当稳定。此表达式也表示出，参考电流Lf优选地 是一个绝对电流，因为并没有补偿或匹配参数作用于飞高控制器40中的 电流。参考电流Iw的绝对电流因此直接影响通过热元件电阻器30实际<formula>formula see original document page 15</formula>耗散的功率和输出反馈加热器功率电压Pheat之间的关系。如以上所讨论，因此可优选地，参考电流源56a和56b是可调整电流源，以便制造商或用户可以设置所希望的绝对电流Iref。0044返回到图4，源于乘法器50的输出反馈加热器功率电压Phw被 发送到误差放大器44的反相输入，这样误差放大器44的输出相当于输 出反馈加热器功率电压P^和DAC 42的输出之间的差，相当于所希望 的功率信号PWR。结果，由误差放大器44施加到可变电流源46上的驱 动被调制，直到其差值达到零，在这种情况下，由热元件电阻器30耗散 的功率与由信号PWR传送的所希望的功率水平相匹配。0045根据本发明的这个实施例，因此，由磁盘驱动器的读/写磁头装 置中电阻加热器耗散的功率可以严格地(closely)受到控制。这致使电阻 加热器释放出的实际热量受到严格控制，反过来，凸出的写磁头磁极或 者读/写磁头的位置，正如本例可能的情况，相对于磁盘表面能得到更精 确的控制。由于该位置的控制改善了， 一般是指飞高，磁盘驱动器的额 定飞高可以设置成一个更小的间隙，这导致对所给位误差率和可靠性而 言，磁盘驱动器的数据密度增加。磁盘驱动器所增加的功能以及并入磁 盘驱动器的系统能因此通过本发明而获得。0046此外，根据本发明，在不要求知道电阻加热器的绝对电阻值的 情况下，电阻加热器的控制受到影响，因为根据本发明，是功耗受到控 制，而不是仅仅由加热器传导的电流或加热器两端的电压受到控制。再 则，根据本发明，电阻加热器的电阻的非线性特性和其他变化都得到补 偿。例如，随着温度或生产过程的不同，或随着施加在加热器上的电压 或电流的不同，电阻加热器电阻的变化反映在根据本发明耗散和测量的 功率中。因为是功率反映在反馈控制中，由加热器耗散的功率最后都将 与所希望的水平相匹配，而不必考虑电阻加热器的瞬时电阻值。因此， 根据本发明，不仅控制的精度提高了，而且在工作和制造变化很宽范围 内可达到更加鲁棒的精确控制。0047可以认为，本说明书描述的电路和结构的不同替换方案和变化 在本领域技术人员参照本说明书后是显而易见的，而且这些替换方案和 变化都在本发明范围内。例如，可以认为，电路可以通过MOS或CMOS技术，双极型和CMOS技术的联合，或者适合于给定实现方式的其他集 成电路技术等来实现。进一步在可替换方案中，施加到热元件电阻器30的驱动器的时间调控，也可以在飞高控制器40中实现，以便不同的电流水平在相应于读操作的写操作中被驱动。这种控制的一个例子在美国专利申请刊物第US2005/0105204号被描述。0048在本发明相关领域的技术人员都会理解，各种增加、删除、替 代和其他修改都可以在所描述的示例实施例中得到实现，并不违背本说 明书权利要求所保护的范围。
权利要求
1.一种通过控制施加到读/写磁头中的电阻加热器的功率来控制磁盘驱动器中所述读/写磁头的飞高的方法，其包括以下步骤检测所述电阻加热器上的电压；检测施加到所述电阻加热器上的电流；产生相当于所测电压和所测电流乘积的反馈功率信号；将所述反馈功率信号和所希望的功率信号进行比较以产生功率误差信号；和调节施加在所述电阻加热器上的电流以响应所述功率误差信号。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中产生步骤包含 接收相当于所测电流的反馈加热器电流信号，所述反馈加热器电流信号相对于施加在所述电阻加热器上的电流是縮放的；和产生相当于所述反馈加热器电流信号和所测电压乘积的所述反馈功 率信号。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中产生步骤包含 施加所测电压于第一放大器，以产生一个响应所测电压的差分电压； 施加所述差分电压于第二放大器；施加所述反馈加热器电流信号于所述第二放大器；和 操作所述第二放大器，以产生响应所述差分电压和所述反馈加热器 电流信号的所述反馈功率信号。
4. 一种装置，包含用于控制施加在磁盘驱动器头内的电阻加热器上 的功率的飞高控制器电路，所述装置包括误差放大器，其具有接收所希望功率水平信号的第一输入，具有接 收反馈功率信号的第二输入，且具有一个输出，在该输出所述误差放大 器响应所述第一和第二输入的信号之间差值产生误差信号；可变电流源，其具有与所述误差放大器的输出耦合的控制输入，以供应流过所述电阻加热器的输出电流；电流传感器，其具有与所述误差放大器的输出相耦合的输入，以产 生反馈加热器电流信号；和乘法器，其用来产生与所述反馈加热器电流信号和相当于所述电阻 加热器的电压的反馈电压的乘积相对应的反馈功率信号。
5.根据权利要求4所述的装置，其形式为磁盘驱动系统，进一步包第一可旋转磁盘表面；和可定位在所述第一可旋转磁盘表面附近的第一磁头组件，所述第一 磁头组件包括滑杆；安装在所述滑杆上的写磁头；和安装在所述滑杆上 的电阻加热器；和与所述写磁头耦合的前置放大器，该前置放大器用来控制施加于写 操作中所述写磁头的电流；其中所述飞高控制器电路被配置并适合于控制施加在所述第一磁头 组件中的电阻加热器上的功率。
6. 根据权利要求4或5所述的装置，进一步包含 与所述电流传感器耦连的阻抗，使得所述阻抗和所述电流传感器之间的电压相应于所述反馈加热器电流信号。
7. 根据权利要求4或5所述的装置，其中所述乘法器具有与所述电 流传感器相耦连的第一输入以接受所述反馈加热器电流信号，并且其中 所述乘法器具有与所述可变电流源的输入相耦连的第二输入以接受相当 于所述电阻加热器的电压的反馈加热电压信号。
8. 根据权利要求7所述的装置，其中所述乘法器包含 第一放大器，其具有耦连以接收所述反馈加热器电压信号的第一输入，用于产生差分电压以响应所述反馈加热器电压信号；第二放大器，其具有接收来自所述第一放大器的差分电压的第一和第二输入，并具有接收所述反馈加热器电流信号的偏置端，用于产生输 出电压以响应来自所述第一放大器的差分电压并响应所述反馈加热器电 流信号。
9. 根据权利要求8所述的装置，其中所述第一放大器包含 负载；第一晶体管，其具有耦连在所述负载和第一参考电流源之间的传导 通路，且具有接收所述反馈加热器电压信号的控制端；第二晶体管，具有耦连在所述负载和第二参考电流源之间的传导通路，且具有在偏置电压的控制端；和第一电阻器，其耦连在所述第一和第二晶体管的传导通路之间； 其中所述第一放大器在第一节点和第二节点之间产生差分电压，所 述第一节点是所述负载和所述第一晶体管的传导通路之间的点，所述第 二节点是所述负载和所述第二晶体管的传导通路之间的点。
10. 根据权利要求9所述的装置，其中所述第一和第二电流源包含可 调电流源。
11. 根据权利要求9所述的装置，其中所述第二放大器包含-.电流镜像负载；第三晶体管，其具有一个传导通路，该传导通路的一端耦连以接收 所述反馈加热器电流信号而另一端耦连到所述电流镜像负载，并具有一 个控制端，该控制端耦连到所述第一放大器的所述第二节点；第四晶体管，其具有一个传导通路，该传导通路的一端耦连以接收 所述反馈加热器电流信号而另一端耦连到所述电流镜像负载，并具有一 个控制终端，该控制端耦连到所述第一放大器的所述第一节点；和第二电阻器，其耦连到所述第四晶体管的传导通路之间的节点，用 来产生相当于所述反馈加热器电流信号与反馈电压的乘积的电压。
全文摘要
公开了一种用于具有电阻加热器的磁盘驱动磁头的飞高控制器(40)。飞高控制器包括一个误差放大器(44)，该误差放大器(44)控制驱动电阻加热器的可变电流源(46)。误差放大器将理想加热器功率信号与乘法器(50)生成的反馈功率信号相比较。乘法器接收一个相当于电阻加热器电流的信号，例如，由第二可变电流源产生，也受误差放大器控制，乘法器还接收相当于电阻加热器两端的电压信号。第一差分放大器产生一个相当于加热器电压的差分电压。第二差分放大器通过电阻加热器电流信号被偏置，并接收来自第一差分放大器的差分电压。第二差分放大器产生的差分电流产生反馈功率信号作为输出电压。
文档编号G11B5/02GK101233562SQ200680027505
公开日2008年7月30日 申请日期2006年5月31日 优先权日2005年5月31日
发明者C·M·布赖农, I·W·兰恩穆图, S·T·塔恩 申请人:德克萨斯仪器股份有限公司