用于可变轨道间距介质的偏转参考调节

摘要

一种用于生成模拟波形(232、234、236)的设备和方法，所述模拟波形例如为用于在将数据写入具有可变轨道间距(TP)的可旋转介质(102)期间偏转写入光束(152)的偏转信号(182)。根据各种实施方式，第一数模转换器(DAC)(212)被配置成输出偏转信号(218)，所述偏转信号(218)具有与施加到所述第一DAC的第一多位数字输入值(214)的幅度对应的模拟电压电平。第二DAC(220、222)被配置成向所述第一DAC提供轨电压，所述轨电压具有与施加到所述第二DAC的第二多位数字输入值(224、228)的幅度对应的模拟电压电平。所述偏转信号用于偏转由写入光束发生器(151)提供的写入光束(152)。

说明书

背景技术

数据存储介质用于以快速且高效的方式存储和检索大量数字编码的数据。已经以诸如磁的、光的、固态的(例如，闪存)等很多不同的形式商业化地提供了这种介质。

诸如磁盘和光盘的一些介质可以以选择的速度旋转，同时头组件转换回读信号以将所存储的数据图案恢复到介质表面。这些数据图案通常沿着一系列的同心轨道(例如，离散的环、连续的螺旋等)布置在这种介质上。在闭环伺服电路的控制下，致动器可以用于将头组件定位成靠近轨道，以恢复数据图案。

致动器可以自然旋转，以围绕靠近介质的最外直径(OD)的枢轴点枢转。在这种方式中，头组件跟随横跨介质的半径的曲线平移路径。相反，线性致动器沿着横跨介质的半径的线性平移路径推进和缩回头组件。

在一些情况下，可以在制造时将数据图案预先写到介质上，以提供伺服或其它类型的控制信息。可以使用平移路径几何图形与接下来用于访问该介质的读取系统的平移路径几何图形不同的致动器写入预先写入图案。在这样的情况下，预先写入的数据可能不符合读取系统最终使用的平移几何图形。当头从一个轨道移动至下一个轨道时，这会导致偏移(例如，头组件关于数据的角位置的相对差)。

发明内容

本发明的各种实施方式总体上旨在一种用于生成模拟波形的设备和方法，模拟波形诸如为在将数据的轨道写入具有可变轨道间距(TP)的可旋转存储介质期间使用的偏转信号。

根据各种实施方式，第一数模变换器(DAC)被配置成输出偏转信号，所述偏转信号具有与施加到第一数模变换器的第一多位数字输入值的幅度对应的模拟电压电平。第二DAC被配置成向第一DAC提供轨电压，所述轨电压具有与施加到第二数模变换器的第二多位数字输入值的幅度对应的模拟电压电平。偏转信号用于偏转由写入光束发生器提供的写入光束。

本发明的各种实施方式的其它特征和优点可以通过观察以下结合关联附图的详细描述来理解。

附图说明

图1A提供了用于使用旋转致动器读取可旋转介质的示例性读取系统。

图1B提供了用于使用线性致动器将数据写入图1A的可旋转介质的示例性写入系统。

图2大致描绘了图1A-1B的可旋转介质上的放大的枢转平移几何图形。

图3是根据本发明一些实施方式操作的电子束记录器(EBR)的功能块表示。

图4描绘了与可旋转介质上的多个同心轨道相交的枢转平移几何图形。

图5以图表方式示出了用于提供写入光束沿着选择的轴向方向的偏转的模拟电压控制信号。

图6示出了可以被配置成生成图5的模拟电压控制信号的数模转换器(DAC)。

图7A和7B是在不同的电压范围上表现的模拟电压控制信号。

图8示出了用以解决图7A-7B的电压范围的差异的、根据一些实施方式操作的具有主DAC和辅助DAC的控制电路。

图9示出了对应于可旋转介质上的不同轨道间距的、具有不同范围的模拟电压信号。

图10是根据一些实施方式配置的控制系统。

具体实施方式

本公开内容总体上涉及在控制系统中生成模拟波形，诸如用于向记录介质写入数据的偏转信号。

图1A示意性地描绘了读取系统100。读取系统包括存储介质102，诸如磁存储盘或光存储盘。介质102通过电动机104以选择的速度旋转。尽管可以替代地采用诸如恒定线速度(CLV)的其它旋转轮廓，然而，在一些实施方式中，电动机104以恒定的速度(恒定的角速度，或CAV)旋转介质102。

旋转致动器106被定位成靠近介质102的最外直径(OD)。致动器106关于枢轴108枢转，由此沿着以112大致表示的曲线平移路径移动头组件110。头组件110可以执行关于介质102的读和写操作两者，但这不是必要的。

读取系统电子设备总体上由114表示。这些系统电子设备包括读/写(R/W)通道116、控制器118以及伺服电路120。读/写通道116处理与头组件110的数据交换以在介质102和主机装置(未示出)之间传输数据。

控制器118提供系统100的顶层控制。伺服电路120提供闭环伺服控制操作，以将头组件110定位成靠近介质表面上限定的各轨道(未示出)。在一些实施方式中，伺服电路120将控制电流施加给音圈电动机(VCM，未完全示出)的线圈122，以使致动器106关于枢轴108枢转。

为参考起见，定义了关于介质的X和Y轴方向。X方向对应于从中心轴到OD的、横跨介质102的径向方向。Y方向对应于沿介质102上的每个轨道的切线方向。注意，曲线平移路径112既具有X分量又具有Y分量。

图1B提供了写入系统130的一部分的示意性表示。写入系统130被配置成将数据图案预先写入到图1A的介质102。尽管不进行限制，但设想在一些实施方式中预先写入的数据图案可以包括伺服电路120在读取系统100的搜寻和跟踪操作期间使用的嵌入型伺服数据。在一些实施方式中，由写入系统130写入的介质是例如通过印制操作生成多个复制盘的主盘。

写入系统130包括电动机132，电动机132以选定的速度旋转介质102。该速度可能与由图1A中的读取系统100的电动机104给予的速度匹配或不匹配。图2中的电动机132可以使用恒定线速度(CLV)或一些其它的轮廓来旋转介质102。

线性致动器134被设置成邻近介质102，并且用于沿着横跨介质102半径的线性平移路径138前进以及缩回写入头入组件136。该横向运动可以通过对与永磁体142提供的磁场相互作用的线圈140选择性地施加电流来实现。需要注意的是，线性平移路径138沿着X方向对齐并且基本上没有Y分量。

图2总体上示出了通过图1B的写入系统130使用可变轨道间距来适应图1A的读取系统100的枢转平移特性。图2是针对7个示例性轨道T1-T7的、具有高度放大的轨道间距(TP)差或宽度差的简略图。应当理解的是，实际商用的实施方式可以包括在介质的整个径向范围上的数万个或更多个的轨道的写入，而不是只有图2中示出的7个，并且从轨道到轨道的TP变化可以显著小于图中所示。

然而，可以看出，在磁盘102的最内和最外直径(ID以及OD)的附近的轨道(例如轨道TP1和TP7)可以显著地窄于在磁盘的中间部分附近的轨道(例如TP4)，或者具有较低的TP。正如上面指出的，TP的这种变化将补偿图1A的旋转致动器(枢转平移)路径112的几何图形。

现在参照图3，在一些实施方式中，图1B的写入头组件136表征为电子束记录器(EBR)150的头组件。本领域的普通技术人员能认识到，EBR进行工作以生成包括电子流的写入光束。写入光束撞击关联的介质以向其写入图案。该束与介质之间的相互作用可以是磁的、化学的以及染料反应的等。可以考虑其它类型的写入光束，因此图3中的EBR 150只是说明性的并不是限制性的。

写入光束发生器151生成写入光束(由虚线152表示)。写入光束152穿过上透镜组件154、接着通过偏转板组件156并通过下透镜组件158以撞击介质102。偏转板组件156根据需要对该束152施加沿着相应X方向和Y方向的控制的偏转。

偏转板组件156可以被设置成布置在束路径的相对侧的相应平行板对。由路径160和162上的X偏转信号和Y偏转信号所表示的控制电压信号的施加给予写入光束156在轴向路径上的受控位移。尽管没有示出，但可以采用闭环检测机构来确保能够响应于给定的期望输入而获得期望量的束偏转量。

X和Y偏转信号由信号发生器块164生成。块164还生成数据调制信号，该数据调制信号通过路径166提供给束源151以调制(打开关闭)写入光束152。信号发生器164还在路径168上向线性致动器134提供伺服控制信号以使头组件136沿着路径138(参见图2)在介质上前进。

电动机134的控制由电动机控制电路170提供。在一些实施方式中，电动机控制电路170可以向信号发生器提供每旋转一次的索引信号(once-per-revolution index signal)，如路径172所示。控制器174提供EBR 150的顶层控制。

图4是在介质102上的多个相邻轨道176的放大图。轨道任意地表示为N-1到N+3。在图4中还以放大的形式示出了读取系统致动器106的曲线平移路径112(参见图1)的一部分。示出了针对每个轨道的一系列的点178，这些点对应于读入头组件110(图1)在介质处于选定的角位置时沿着轨道N-1到N+3中的每一个轨道将通过的交叉点。

在一些实施方式中，使用区域记录(ZBR)(也被称为区域恒定角速度(ZCAV)记录)的技术写入轨道。使用ZCAV意味着记录到轨道N-1至N+3中的每一个中的通道位数量完全相同。这将为给定区域的每一个轨道提供相同数量的数据扇区，从而允许读/写通道选择和保持利用给定区域的轨道数据交换的给定读/写频率。

每个轨道可以以一个旋转或通常更多个旋转的步进方式写入，例如针对每个轨道以介质的100个旋转来写入。可以对图3的中EBR 150进行操作以保持写入头组件136对于这些旋转中的每一个旋转静止在固定的半径处，然后在开始下一个旋转的数据写入之前以步进的方式前进写入头组件136。然而，这种方式不期望地增加了在记录过程期间的等待时间，这是因为在写入下一步之前，写入头会需要等待基本上整个旋转。头组件的以步进方式的开始和停止运动还可能会不期望地激发在写入每一组新数据之前需要阻止的机械共振。

因此，图3的EBR 150优选地被操作成使头组件136横跨盘102的半径连续地移动，并且在路径160、162上的X和/或Y偏转信号用于保持在恒定半径(或者其它期望的位置)处的束撞击。

写入光束的示例性X偏转轮廓在图5中描绘，图5示出了以180表示的X方向写入头平移曲线。曲线180基本上呈线性，表示在预先写入操作期间写入头组件136(例如，束源151、透镜组件154、158以及偏转盘组件156)被施加恒定的速度。如上面指出的，由于头组件的质量和相关联的惯性，沿着连续轮廓例如以恒定速率移动整个组件有利地降低了可能影响束152在介质102上的最终撞击位置的共振的激发。

写入头组件的恒定移动进一步提高了写操作的效率。头组件的步进式、递增式前进的使用可能会不期望地延长预先写入操作。这归因于头组件前进到每个新的半径处并稳定所需要的时间以及介质旋转到围绕头组件的恰当角位置所需要的旋转延迟。

尽管通过180示出了线性径向速度，但是可以替换地使用其它的轮廓。尽管在图3中未示出，但是可以使用闭环检测控制系统(例如激光干涉仪)来确保致动器沿着轮廓180的精确运动。

由于头组件136横跨介质102(在该情况中，从OD到ID)连续地扫过，大致锯齿形的电压轮廓182被施加，其中锯齿形的电压轮廓的跳变与每一个旋转保持一致(在该情况中，与每个轨道的边界保持一致)。图5中的轮廓182对应于图3中的路径160上的X偏转信号。应当理解的是，电压轮廓182的相对变化和极性适于给定的应用。

当写入头组件136继续在选择的径向(X轴)方向上移动时，电压轮廓182通常会引起写入光束152保持在“在轨道上(on-track)”。这会导致向每个轨道连续写入数据图案，如184所示。在给定轨道的最后位写完结时，写入光束在充足的时间内“快速返回(snap back)”以针对下一轨道写入第一位。可以以相同的方式执行Y方向偏转控制以提供写入光束沿Y方向(即在沿着每一轨道的方向上)的受控步进式偏转。

可以使用数模转换器(DAC)来生成例如为图5中的182所示的锯齿形偏转信号。如本领域的技术人员所理解的：DAC通常操作成将多位数字输入值转换成对应的模拟输出电压。该模拟输出电压具有对应于输入数字值的幅度的模拟幅度。

DAC的输出电压范围的建立通常与一对参考电压VREF+和VREF-有关。给出简单的示例，具有+1.0V和0.0V的参考电压的4位DAC可以提供在0到1伏之间的输出模拟电压的2⁴＝16个不同的增量。例如，输入值0000(0₁₀)通常可以生成0.0V的输出模拟电压；输入值1111(15₁₀)通常可以提供1.0V的输出模拟电压；中间值例如0111(7₁₀)通常会提供0.5V的输出电压，等等。

DAC可以被提供各种输入位容量，例如10位、12位以及16位DAC被普遍地用于许多不同的应用中。通常，位容量越高，输出电压范围内的分辨率越高。例如，16位的DAC相比于10位的DAC通常趋于提供更多数量的可用输出模拟电压电平(步级(step))；16位的DAC响应于16位输入数值字的量级获得最高达65,536(2¹⁶)个步级，而10位DAC响应于10位输入数值字的量级将获得最高达1024(2¹⁰)个步级。

DAC还可以设置有各种最大参考(轨rail)电压范围，例如1V、2V、5V、12V等。也就是说，DAC的可用输出步级的总数量将取决于输入位的数量，而输出模拟信号的实际总范围将取决于提供给DAC的参考电压。因而，16位DAC可以在0V至1V、-3V至+3V等的电压范围内提供65,536个步级。应当理解的是，每个输出步级的实际幅度将取决于总的参考电压范围。

在本领域中存在各种公知的DAC结构，例如，由美国专利No.6,414,616公开的DAC结构。一些DAC配置使用开关电阻梯形网络作为可选的分压器电路工作，以输出期望的模拟值。DAC的实际内部配置可以变化，使得本公开内容不限于特定的DAC配置。

在图6中以186示出了示例性的DAC电路。为了本公开的目的，设想DAC 186是10位DAC，其具有1024(2¹⁰)个输出步级和1.0V的最大电压范围。参考电压源188、190分别向DAC 186提供VREF+和VREF-的轨电压，使DAC 186处于从VREF+到VREF-的范围。出于本公开的目的将会设想VREF+标称为1.0V以及VREF-标称为0V，但是可以使用其它相对值。

通过路径192提供多位数字输入值，以及可以根据需要通过路径194提供采样时钟信号。通常，DAC 186在每个时钟的跳变处进行操作以在输出路径196上输出在VREF-到VREF+的范围内的、对应于提供在路径192上的多位输入样本值的幅度的模拟电压。

图7A示出了由图6中的DAC 186生成的第一锯齿曲线200的图形表示。曲线200依据经过的时间的X轴202和参考电压范围204绘制。曲线200表示例如在图5中以182表示的X偏转信号，但是可以采用曲线的其它应用和形状。通过(经由图6的路径192)向DAC 186连续地提供如在三个示出的周期中的每一个周期中那样线性地下降的数字样本值来生成该信号。提供数字样本值以获得在从0V到0.2V的范围内的输出模拟曲线200。该范围表示在系统的操作期间需要的偏转量。

需要注意的是，在图7A中只有DAC输出范围的最低的20％被使用；也就是说，曲线200将只有1024/5或大约205个步级的分辨率。即使DAC每周期被记录1024次，新输出值也通常只会每5个时钟更新一次。这是因为在0到0.2V的操作范围内只有205个增量可用。

图7B进一步示出了图6的DAC 186的操作，这次提供了具有从0V到0.1V的操作范围的第二锯齿曲线206。曲线206只使用了全部DAC输出范围的10％，从而导致1024/10或大约102个步级的分辨率可用，以提供期望的模拟输出。因此，即使DAC 186每周期被记录1024次，输出值也只会每10个时钟周期更新一次，这是因为对于输出模拟信号只有102个不同值可用。

DAC可操作范围的降低(例如图7A-7B所示的)会导致很难实现介质的精确控制。考虑由图3中的EBR 150控制并且具有如大体在图2中示出的可变轨道间距的特定介质。轨道间距将关于半径而变化。如果偏转信号被施加给EBR的写入头组件136(图3)以调节头组件的恒定运动，则锯齿径向偏转信号将通常直接关于机械轨道间距的改变来改变振幅。

接下来，每一个旋转的电压步进大小也会基于每个旋转(或每个轨道)发生改变，DAC使用的样本范围(即，输出信号中的模拟步级的数量)也一样。例如，对于固定的1.0V的DAC范围、具有2μm/V(即，对每1V的输入偏转信号有2×10^-6m的机械偏转)的响应度的EBR以及1μm的轨道间距TP，偏转信号在每一旋转上将会具有205个可用步级，如图7A中曲线200所示的。在这种情况下，将会施加曲线200来用于选择轨道(具有TP＝1μm)的每个增量步级，并且图7A中的每个周期将对应于介质的完整旋转。

假设，在选择的轨道完成时，以小于第一轨道1％的TP将第二(下一个邻近的)轨道写入至介质。这将需要整个电压范围减小大1％，这又会将可用的DAC步级的数量减少至约202步级。如果用于下50个旋转的TP继续每轨道下降1％，可以看到，第50轨道可能被减小到只有约102个DAC步级，如在图7B中示出的曲线206。尽管在宏电平中每一种情况下的锯齿偏转信号将具有适合的频率和范围，但是在微电平中在偏转信号中会存在有显著量的电噪声，从而导致写入数据沿轨道的布置的径向误差。

因此，本发明的各种实施方式总体上用于解决小工作范围的DAC分辨率的这些以及其它限制。图8示出了具有主(主要的)DAC 212的DAC组件210。主DAC 212名义上和图6中的DAC 186等同。如图6中的DAC186一样，图8中的主DAC 212被配置成接收在路径214上的多位数字值(偏转波形样本值)以及在路径216上的采样时钟信号。相应地，主DAC 212在路径218上输出模拟电压(例如，X偏转信号)。

在图8中示出了与主DAC 212一起提供的一对辅助DAC 220、222。辅助DAC 220、222被表示为DAC+和DAC-并且用作主DAC 212的参考(轨)电压源。在一些实施方式中，每个DAC 212、220及222的内部结构可以是相同的，包括相同的分辨率及相同的输出范围能力。

DAC+220被示出为通过路径224接收多位数字值(VREF+)以及通过路径226接收每旋转一次的时钟信号(once-per-rev clock signal)。在路径224上的VREF+数字值将是用于主DAC 212的期望VREF+模拟参考电压的数字表示。以类似方式，DAC-222接收在路径228上的多位数字值(VREF-)以及在路径230上的每旋转一次的时钟信号。VREF-数字值将提供主DAC 212使用的相应VREF-模拟参考电压的数字表示。

图8的电路210的操作可以按如下执行。出于本讨论的目的，假设主DAC 212是在0V到1V范围内提供65,535(2¹⁶)个步级的16位DAC。还假设与电路210相关联的EBR(例如图3中的EBR 150)具有1nm/V(即，每伏1×10^-9m的机械偏转)的响应度，以及以1.0000μm的记录轨道间距来写入第一轨道。

在这样的情况下，第一轨道会需要在从0V到1.0000V范围内的偏转信号。DAC+220将被配置成向主DAC 212提供1.0000V的模拟VREF+电压，并且DAC-222将向主DAC 212提供0.0000V的模拟VREF-电压。因此，将会在每一个旋转中生成锯齿偏转信号，其中具有从0.0000V到1.0000V的65,535个步级的分辨率，每步级为0.01526μm，并且X轴偏转范围的最大值将会是1.0000μm。具有这些特征的示例性波形在图9中以232示出。

接着，假设后续旋转需要小于第一值的1％的或大约0.9900μm的减小了的轨道间距TP值。该后续旋转可以用于与第一轨道相邻的第二轨道，或者可以是在用于第一轨道的多旋转写入操作期间的后续旋转。DAC+220可以被配置成向主DAC 212提供0.9900V的模拟VREF+电压，而DAC-222将继续向主DAC 212提供0.0000V的模拟VREF-电压。主DAC212将继续使用全部65,535个步级，但是在从0V到0.9900V的减小范围内。从而，每个步级的幅度现在会是大约0.01511μm，如在图9中的波形234所示出的。

如果在多个后续旋转中TP是连续地减小的，会到达其中DAC+220将提供显著小于初始参考电平的模拟VREF+参考的点，例如0.5000V的电压。主DAC 212将在输出波形中仍保持65,535个步级的全分辨率，但是所述步级的每一个步级将对应于大约0.007629μm的减小机械偏转。这大体上通过图9中的波形236示出。

图8中的电路210因此将相应的VREF+和VREF-参考电压精确地调整到对应于用于给定的旋转的偏转信号的全电压范围的范围。这样使得所述DAC的全分辨率能力被保持，而不考虑偏转范围，并且减少了将数据写入到介质中的位置误差的发生以及减小了位置误差的大小。

在一些实施方式中，初始检查可以由要被写入的各种轨道的各TP值构成，并且最大参考电压范围可以指派给具有最大TP值的轨道。例如，图9中的波形232可以用于与最大量的机械偏转(例如在图2中的中间轨道T4)相关联的旋转。具有较小TP值的旋转则可以被提供与TP值的差异相关的已降低额定值的参考电压范围，例如被提供在图9中的已降低额定值的波形234和236。

图10提供了偏转控制系统240的功能框图，可以结合图8中的DAC电路210并根据各种实施方式来使用所述偏转控制系统240。设想可以将图9中的控制系统240和图8中的DAC电路210结合到例如图3中以150示出的EBR系统中。

图10中的控制系统240接收多个输入，例如在路径242上的记录器分辨率值(例如伏/距离，V/μm)以及在路径244上的单位例如为μm的当前旋转轨道间距(TP)测量值。相应的，控制系统240生成多个输出控制信号，所述控制信号包括在组合路径246上的、为图8中相应辅助DAC 220、222所使用的以数字方式表示的多位VREF+和VREF-值(TPVREF值)。在246路径上的每旋转一次(OPR)的时钟信号还被示出为被上面讨论的DAC 220、222使用。

控制系统240还在路径248上生成主DAC偏转波形(DW)样本值，以及在路径250上生成主DAC波形采样时钟。还可以在路径252和254上提供平移信号以及旋转信号。

尽管上面讨论的各种实施方式主要针对使用大体上锯齿形状波形的X轴偏转信号，需要理解的是，公开的电路可以容易地适用于许多不同的应用和波形形状，包括不一定与可旋转介质的数据写入相关联的应用。

此外，尽管图8的示例性电路示出了使用两个辅助DAC 220和222来提供每一个相应VREF+和VREF-值，需要理解的是这不是必需的。在一些可替代的实施方式中，可以根据需要去除辅助DAC中的一个。例如，DAC-222可以被去除并且可以被替换成到参考面(例如，地)、电压调节器或提供VREF-电压的其它一些电路的硬连接。这在较低的参考电压值不发生变化而是保持在恒定电平的情况下将是有用的。在这种方式中，对施加的参考电压范围(或者较高或者较低)的调整将会仅通过改变剩余的DAC+220的多位输入值(VREF+值)来实现。可以进行类似的设置：去除DAC+220电路并只依赖较低参考电压VREF-的变化。

需要进一步理解的是，可以调节图8中示出的两个辅助DAC 220和222以根据需要提供任何相应的值和范围。例如，可以取决于主DAC 212的输出模拟信号的期望大小以及范围将VREF-值被设置成任何非0值，例如+2.5V、-1.0V等。

现在，应当认识到，本发明的各种实施方式可以提供许多益处。可控地调节总参考电压范围使得能够在输出模拟电压的幅度随时间变化的情况下保持全DAC分辨率，例如，在文中描述的需要不同幅度的偏转信号的情况下。尽管出于提供特定实施方式的目的而公开了电子写入光束，但是应当理解的是，可以根据需要使用任何数量、任何不同类型的写入光束，包括但是不限于激光或者磁写入光束。

应当理解的是，尽管在前述描述中结合了本发明各种实施方式的结构和功能的细节阐述了本发明的各种实施方式的各种特征以及优点，但是该详细的描述只是说明性的，可以在本发明的原理范围内对表达权利要求的权项的广泛含义所表示的全范围在细节上特别是在结构和部件的布局方面进行变化。例如，在不脱离本发明精神和范围的情况下，特定元件可以取决于特定的应用进行变化。