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硬碟温度飞行高度控制功能技术介绍
 

【作者: Brian E. Schultz】2007年02月13日 星期二

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随着高容量储存设备的需求日增,硬碟厂商不断为基本的录写技术寻找创新解决方案。其中一大挑战是如何有效地覆写原有的资料,这与在不同的操作温度和读写工作周期条件下的原始软性错误率(SER)表现甚为关键。


影响覆写表现的一项重要参数是读写磁头与录写磁碟之间的间距,即泛称飞行高度。飞行高度的主要变数是一个面向录写磁碟的凸起读写元件。此元件随着?度及影响录写磁碟间距的读写工作周期而变化。对历代较高磁录密度的产品来说,控制磁头读写元件与录写媒体之间间距的问题日趋关键。


众所周知,读写磁头的机械飞行高度在磁碟的不同位置上需不同的操作?度。历代产品中拥有内建温度感应器,以监视察操作?度,同时录写电流可相应调整来补偿磁头飞行高度及碟片高压性的变动。加入温度飞行高度后,凸读写元件的变动亦可得到补偿。


凸起元件是指​​在若干参考或公称?度下,读写元件向磁碟表面延伸相对于其初始位置的距离。这些凸起元件的构造材料与读写磁头的其他部分不同,其胀缩的速度亦较快。当资料被录写到磁碟时,电流将加到磁头的录写线圈。此录写电流有一副作用,是使录写元件受热膨胀,导致磁头读写元件向磁碟进一步凸起。这使得磁头读写元件与媒体之间的实际间距缩短,进而使读写稳定性下降。由于凸起的幅度随着?度而变化,为了保持磁头读写区的?度一致,我们着手研发温度飞行高度控制功能。


温度飞行高度控制功能(TFC)

温度飞行高度控制功能概念是在磁头结构中嵌入独立的加热元件。 (图一)展示磁头的横切面,以及加热器与读写元件的相对位置。此独立加热器结构提升读写元件在凸起幅度的独立控制,摆脱了读写元件于读写程序中所产生的影响。为供应所需电流予独立的加热元件,必须在前置放大器增添另一电路,以及在磁头电加入两条线路。加热器的电流由独立的控制功能控制。


(图二)在磁头的热量分布图上,显示当电流加于加热器元件时,磁头加热会使读写元件的凸起幅度增加,因而缩短与磁碟的间距。 (图三)及(图四)显示加热器无论加入电流与否,读写元件与磁碟之间的间距变动。在磁头达到稳定?度前有固定的等待时间,因此可在读写程序执行前,预先启动加热器。当间距已达到稳定的目标值时,读写程序便可执行。


(图五)及(图六)显示把电流加于加热器元件的时间相对于读写程序开始的时间。请注意,在录写程序期间,当录写电流运作时,流向加热器的电流将减少。因为录写元件应用电流将导致?度上升,继而增加凸起幅度,我们可同时减少流向加热元件的电流,以抵销上述影响。其结果是在整段录写程序中,读写元件与磁碟的间距将保持一致。



《图一 磁头结构的横切面》
《图一 磁头结构的横切面》
《图二 温度加热器启动时的?度分布》
《图二 温度加热器启动时的?度分布》
《图三 公称读写组件在温度飞行高度控制功能调整前的凸起幅度》
《图三 公称读写组件在温度飞行高度控制功能调整前的凸起幅度》
《图四 读写组件在温度飞行高度控制功能调整时的凸起幅度》
《图四 读写组件在温度飞行高度控制功能调整时的凸起幅度》
《图五 以温度飞行高度控制功能进行录写程序》
《图五 以温度飞行高度控制功能进行录写程序》
《图六 以温度飞行高度控制功能进行读取程序》
《图六 以温度飞行高度控制功能进行读取程序》

结论

读写性能的测试报告显示用温度飞行高度控制功能可提升原始软性错误率至0.3 ,提升比率达40%,这代表SER的显著改善,因而提升整体的硬碟性能及可靠性。使用温度飞行高度控制功能可使录写资料更趋一致,因在整个录写程序中,录写元件与磁碟之间的间距保持固定的距离,因而覆写过往资料的效果较佳,且所有资料的SER将更一致化。


此外,在广泛的?度范围内达到较一致的数据录写表现可使录写电流能在不同操作?度下表现更佳。与上一代的产品比较,温度飞行高度控制功能的邻近轨道干扰(ATI)表现亦显著改善。温度飞行高度控制功能明显改善其硬碟的数据读写程序,且有助工程师在设计Travelstar 5K160时透过保障Travelstar 5K160各数据区块的录写程序贯彻一致,温度飞行高度控制功能有助工程师最佳化覆写与ATI之间的设计平衡。这项能精确控制磁碟间距的读写元件,将可为客户带来更可靠及表现较佳的硬碟。


(作者为日立环球储存科技行动产品技术支援工程师)


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