硬盤驅動器的原理及結構

培訓目的了解硬盤的有關參數，基本結構及其工作原理硬盤驅動器的基本結構及原理一、有關磁記錄的基本參數存儲密度道密度道密度為磁盤徑向單位長度的磁道數位密度位密度為單位長度上所記錄的二進制數碼的位數2.2存儲容量能存儲的數碼總數稱為存儲容量平均存取時間磁頭從起始位置到達所要求的某一位置，并完成寫或讀所需要的全部時間數據傳輸率單位時間內磁盤機向主機內存傳送數碼的位數或字節數稱為數據傳輸率。分辨率以FM制記錄為例，全0信號頻率1F，全1信號頻率2F，其分辨率為：分辨率=2F幅度/1F幅度×100%即分辨率=讀1幅度/讀0幅度×100%由于脈沖擁擠效應，讀1幅度要小于讀0幅度。誤碼率為磁盤機與主機連續傳輸數據中出現錯誤的比率。有關硬盤的基本規格CAP 540MB資料傳輸速度:10MB/S平均存取時間:12msCSS: 20000次MIN介面:IDE/SCSI工作環境溫度:使用中5℃to55℃非使用中-40℃to60℃電壓:5v+/-5%,12v+/-10%噪音:40dBmax.壽命:5年,150000小時min.Shock&vibration:Shock:Inuse5GS11mssinewaveVibration:Inuse5-22Hz0.010inchp-p濕度:8%to80%高度:使用中-200ftto10000ft非使用中-500ftto40000ft微處理器伺服系統主軸馬達，音圈馬達機構部分(headdiskassembly)主軸馬達音圈馬達頭堆盤片底座和頂蓋密封圈再循環過濾器三、各部分性能指標主軸馬達速度非重復性馬達振動量(Non-repeatablerun-out)噪音(acoustics)程度啟動扭力(startingtorque)音圈馬達一般而言，音圈馬達的大小以越高越寬為最佳。其次，在線圈的運動區間密度(flexdensity)要保持固定，且越高越好。(F>=6500gauss)盤片表面粗度(surfaceroughness)以中心線平均粗糙度來表示，此值越大表示盤片表面越粗，相對地會增加磁頭與盤片間的摩擦損耗，此值越小，會增加磁頭與盤片間的粘滯摩擦力。表面平面度(surfaceflatness)Reference:20micrometer軸向偏擺度(axialrun-out)指盤片在旋轉時,垂直于盤片表面方向的最大擺度。Reference:0.05mm滑行高度(glideheight)在這個高度以上,無任何凸起物來導致飛行狀態下磁頭與盤片接觸.Reference:2microinch以下?？娠w行范圍(flyablearea)潤滑層厚度(lubricantthickness)Reference:35+/-10A動摩擦系數(dynamicfrictioncoefficient)此系數是指磁頭與盤片的相對速度在5+/-1mm/s時，所測到的Rc<=0.3?？箾_擊值(impactresistance)指磁頭與盤片之組合所能承受的沖擊能力，100G/10nsCSS涉及磁頭，盤片與主軸馬達間的匹配。讀寫通道目前最為流行的讀寫通道IC，是將所有的讀寫功能(除了前置放大器)放在一個CHIP中，稱之為COMBOCHIP?其功能如下:脈波偵測器與自動增益控制(pulsedetector&AGC)濾波器與等化器(filter&equalizer)編碼器與解碼器(ENDEC)時基產生鎖相回路(timebasegenerator)資料同步鎖相回路(datasynchronieer)四、各部分的結構及工作原理主軸馬達結構：由三部分組成：電機本體、轉子位置傳感器和電子轉換開關。電機本體包括主定子和轉子兩部分，主轉子相當于磁極，電樞繞組放在定子鐵芯槽內，并形成多項形式。傳感器的轉子與主軸同軸，傳感器的定子通常裝在電機定子上。（如圖）為消除碳刷上電火花所帶來的干擾，采用霍爾器件代替碳刷作為換向開關電路于無刷直流電機。無刷直流電機的位置傳感器常用霍爾磁敏感式位置傳感器，它是一種砷化鎵或銻化銦半導體。工作原理圖音圈馬達如圖所示,音圈馬達位于磁場中,當線圈兩端加上電壓并產生電流時,據勞倫斯定律,會有力作用于線圈上： F=rILB其中 F為作用于線圈上的力N為線圈上的電流 A為線圈總長度，其方向為電流方向m為磁通密度T為線圈于磁場內的長度與總長度之比

此作用力之方向與磁通密度及電流方向互相垂直。盤片種類氧化物盤片電鍍式金屬薄膜盤片濺鍍式金屬薄膜盤片介面控制器介面控制電路的方框圖:讀寫通道結構：前置放大器(preamplifier)脈波偵測器與自動增益控制(pulsedetector/AGC)濾波器與等化器(filter/equalizer)編碼器與解碼器(Endec)時基產生鎖相回路(timebasegeneratorPLL)資料同步鎖相回路(datasynchronizerPLL)原理：特制基體電路(applicationspecificintegratedcircuit)處理或辨別特殊信號，如磁軌信號(graycode)，磁區信號(sectorcode)，然后再將這些資料傳給中央處理單元。伺服系統埋入式伺服控制將能夠偵測出磁頭目前所在位置的特殊定位信號和使用者的資料共同放在資料磁軌內，當盤片旋轉時，硬盤電路將隨時讀取伺服碼，利用伺服碼的信號可精確地計算出磁頭所在的位置，然后反饋給定位控制器做定位修正。工作原理框圖五、硬盤的基本原理主軸穩速系統硬盤機大多采用鎖相環伺服控制技術，鎖相環穩速系統的穩定性，主要取決于基準輸入信號的穩定度。根據輸入信號是模擬量或數字量，鎖相電路可分為模擬鑒相和數字鑒兩種類型。模擬鎖相電路一般采用RC電路產生基準信號，數字鎖相電路一般用晶振產生基準信號?；鶞市盘栬b頻鑒相積分無刷直

電路

濾波器流電機

速度檢測器讀寫系統寫入電路硬盤接收到從主機送來的寫命令控制寫數據序列脈沖經過編碼，再經寫數據分頻，最后送至此頭的寫驅動電路，使磁頭線圈輪流導通；并利用恒流源電路向磁頭線圈提供恒定的勵磁電流，寫在盤片上形成記錄的位單元。磁頭線圈分中心抽頭，無中心抽頭兩種。中心抽頭，有的接地，有的接電平，中心抽頭的線圈可以減小負載的電感量，提高度出幅度，但兩半線圈必須平衡，否則會降低讀出分辯隆。讀出電路前放主放大器自動增益回路低通濾波器鑒別電路數字濾波和整形電路均衡電路六、接口電路概述接口是硬盤的重要組成部分，硬盤檔次的高低，與采用什么樣的接口有很大的關系。另外，衡量硬盤性能的一個重要指標---數據傳輸率，也與接口有關。因此，對于計算機系統設計者來說，可以不關心硬盤的工作原理與電路結構，但必須熟悉接口和接口協議等。以下就簡單講述目前最為流行的四種接口：AT、SCSI、ESDI、ST506。AT接口AT接口是一種智能型的主機接口，它由40芯插頭向外連接。SCSI接口SCSI接口是小型計算機系統接口(SMALLCOMPUTERSYSTEMINTERFACE)的縮寫，它由8位雙向數據總線，1位奇偶校驗和9條控制信號線組成.最多可在SCSI接口上連接8臺設備，具有異步和同步兩種數據傳輸方式，異步式數據傳輸率為1.5MB/s，同步式可達4MB/s。ESDI接口ESDI接口(ENHANCEDSMALLDEVICEINTERFACE)是一種設備級接口，有串行，步行兩種模式，串行模式在命令和狀態的傳輸過程中使用串行命令傳輸方式.每次傳輸命令或狀態時，利用傳輸請求和傳輸確認兩個信號將16位命令字或狀態字在接口之間傳輸，而同步方式則不同，其命令和狀態均有相應的信號線來表示。ESDI接口在物理上采用34芯命令電纜及20芯的數據總線。ST506接口ST506接口是一種設備級接口，它是一種低級無智