第10卷第4期西安文理学院学报:自然科学版Vol.10No.42007年10月JournalofXi’anUniversityofArts&Science(NatSciEd)Oct.2007文章编号:100825564(2007)0420053204计算机硬盘磁头飞行高度实时检测及控制研究贺锋涛1,冯晓强2,郝爱花1,时坚1(1.西安邮电学院电子与信息工程系,陕西西安710061;2.西北大学光子学与光子技术研究所,陕西西安710069)摘要:建立一套计算机盘硬盘磁头飞行高度实时检测及控制系统,通过电容法对硬盘磁头飞行高度进行检测,闭环反馈控制系统对检测高度进行控制,最终实现了在小加载力条件下,实现了硬盘磁头在335～595nm高度的飞行高度检测及控制;在加大载力条件下硬盘磁头在190～335nm高度的飞行检测及控制.关键词:硬盘磁头;高度检测;高度控制中图分类号:TP333文献标识码:A引言近年来,随着计算机技术的发展,对磁记录系统的记录密度、存储容量要求越来越高.为进一步提高磁存储密度,可通过改进磁头,提高磁头定位精度和磁道密度[1],改进磁记录方式[2]等.在以上各种方法中,降低磁头浮动高度是其中一个重要内容.在目前计算机磁存储中,硬盘磁存储占有主导地位.硬盘在工作中,为提高硬盘的磁存储密度,要求硬盘磁头在盘片表面几十到几百纳米高度平稳飞行.为了确保磁头维持在安全飞行高度,必须实现对磁头飞行高度的实时检测及控制.对硬盘磁头飞行高度的检测,一般采用单色光和白光干涉法.这种方法要求用玻璃盘片代替磁盘片,且光学系统比较复杂.而本文采用电容法对硬盘磁头飞行高度进行检测.与干涉法对硬盘磁头飞行高度检测相比,电容法具有结构简单,稳定性高等优点.1磁头飞行高度实时检测及控制原理及装置该实验装置是在硬盘在正常工作时对硬盘磁头飞行高度进行实时检测及控制.原理如图1所示,它由两部分组成:磁头飞行高度检测系统和反馈控制系统.对滑块距盘片飞行高度的检测,采用电容位移检测方法;反馈控制系统通过计算机查询方式,将电容位移检测电路形成的高度信号通过计算机A/D数据采集卡采集,此数值通过编写的高度查询比较软件与期望高度的数值进行比较形成的高度误差信号,磁头飞行高度执行机构根据这一信号,驱动控制主轴电机转速,通过控制滑块的线速度实现对磁头图1硬盘磁头高度检测及控制原理飞行高度的调结,最终实现高度反馈控制.收稿日期:2007207201作者简介:贺锋涛(1974—),男,陕西高陵人,西安邮电学院电子与信息工程系讲师,博士.45西安文理学院学报:自然科学版第10卷1.1磁头飞行高度检测系统对电容的检测,几乎所有测量电容的电路都是基于电容差值的测量方法,这是因为被测电容值通常是在几个10-18F到几百个10-12F范围,而电容差值测量方法恰好可以满足这一测量范围要求.本文采用AMG公司的CAV424电容检测集成电路,其检测原理如下图:一个由电容COSC确定频率的参考振荡器控制着两个相位恒定和周期相同的对称构造的积分器.这两个积分器的振幅通过电容CX1和CX2来确定,这里CX1作为参考电容、CX2作为测量电容.比较两个积分器的电压振幅差值就可以给出电容CX1和CX2的相对电容变化差值.该差分信号通过一个二级低通滤波器转换成直流电压信号并通过输出可调的差分信号输出极输出.CAV424参考振荡器:在忽略与COSC相关的内部寄生电容时,参考振荡器对外接的振荡器电容COSC充电,然后放电,振荡器电容按公式(1)近似取值为:COSC=1.6Cx1(1)其中Cx1为参考电容值,即固定电容值.参考振荡器电流IOSC由外接电阻ROSC和参考电压VM来确定:VMIOSC=(2)ROSC参考振荡器频率fOSC由下式(3)给出IOSCfOSC=(3)2·ΔVOSC·COSC这里ΔVOSC是参考振荡器的输出电压峰谷值之差,它是由内置电阻定义并且有一个固定电压值2.1V(当Vcc=5V时).电容积分器:两个对称构造的内置电容积分器的作用原理与上述参考振荡器相似.区别在于放电时间是充电时间的一半.其次,它的放电电压被钳制在一个内置的固定电压VCLMP上.图2为电容Cx1和Cx2的充放电曲线情况.电容积分器电流Icx由外接电阻Rcx和参考电压VM来确定:VMIcx=(4)Rcs电容Cx充电至最大值Vcx,理论公式计算如下:IcxVcx=+VCLMP(5)2·fOSC·Cx两个电容Cx1和Cx2上的电压相减和参考电压一起得出差分信号如下:VCX,DIFF=(VCX1-VCX2)+VM(6)图