硬盤驅(qū)動(dòng)器的原理及結(jié)構(gòu)

培訓(xùn)目的了解硬盤的有關(guān)參數(shù)，基本結(jié)構(gòu)及其工作原理硬盤驅(qū)動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)及原理一、有關(guān)磁記錄的基本參數(shù)存儲(chǔ)密度道密度道密度為磁盤徑向單位長度的磁道數(shù)位密度位密度為單位長度上所記錄的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)2.2存儲(chǔ)容量能存儲(chǔ)的數(shù)碼總數(shù)稱為存儲(chǔ)容量平均存取時(shí)間磁頭從起始位置到達(dá)所要求的某一位置，并完成寫或讀所需要的全部時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸率單位時(shí)間內(nèi)磁盤機(jī)向主機(jī)內(nèi)存?zhèn)魉蛿?shù)碼的位數(shù)或字節(jié)數(shù)稱為數(shù)據(jù)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(yīng)，讀1幅度要小于讀0幅度。誤碼率為磁盤機(jī)與主機(jī)連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)中出現(xiàn)錯(cuò)誤的比率。有關(guān)硬盤的基本規(guī)格CAP 540MB資料傳輸速度:10MB/S平均存取時(shí)間:12msCSS: 20000次MIN介面:IDE/SCSI工作環(huán)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(shí)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(tǒng)主軸馬達(dá)，音圈馬達(dá)機(jī)構(gòu)部分(headdiskassembly)主軸馬達(dá)音圈馬達(dá)頭堆盤片底座和頂蓋密封圈再循環(huán)過濾器三、各部分性能指標(biāo)主軸馬達(dá)速度非重復(fù)性馬達(dá)振動(dòng)量(Non-repeatablerun-out)噪音(acoustics)程度啟動(dòng)扭力(startingtorque)音圈馬達(dá)一般而言，音圈馬達(dá)的大小以越高越寬為最佳。其次，在線圈的運(yùn)動(dòng)區(qū)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(huì)增加磁頭與盤片間的摩擦損耗，此值越小，會(huì)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(zhuǎn)時(shí),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(gè)高度以上,無任何凸起物來導(dǎo)致飛行狀態(tài)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(dòng)摩擦系數(shù)(dynamicfrictioncoefficient)此系數(shù)是指磁頭與盤片的相對速度在5+/-1mm/s時(shí)，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(dá)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(gè)CHIP中，稱之為COMBOCHIP?其功能如下:脈波偵測器與自動(dòng)增益控制(pulsedetector&AGC)濾波器與等化器(filter&equalizer)編碼器與解碼器(ENDEC)時(shí)基產(chǎn)生鎖相回路(timebasegenerator)資料同步鎖相回路(datasynchronieer)四、各部分的結(jié)構(gòu)及工作原理主軸馬達(dá)結(jié)構(gòu)：由三部分組成：電機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子轉(zhuǎn)換開關(guān)。電機(jī)本體包括主定子和轉(zhuǎn)子兩部分，主轉(zhuǎn)子相當(dāng)于磁極，電樞繞組放在定子鐵芯槽內(nèi)，并形成多項(xiàng)形式。傳感器的轉(zhuǎn)子與主軸同軸，傳感器的定子通常裝在電機(jī)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(guān)電路于無刷直流電機(jī)。無刷直流電機(jī)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(dǎo)體。工作原理圖音圈馬達(dá)如圖所示,音圈馬達(dá)位于磁場中,當(dāng)線圈兩端加上電壓并產(chǎn)生電流時(shí),據(jù)勞倫斯定律,會(huì)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?yàn)殡娏鞣较騧為磁通密度T為線圈于磁場內(nèi)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(jié)構(gòu)：前置放大器(preamplifier)脈波偵測器與自動(dòng)增益控制(pulsedetector/AGC)濾波器與等化器(filter/equalizer)編碼器與解碼器(Endec)時(shí)基產(chǎn)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(qū)信號(sectorcode)，然后再將這些資料傳給中央處理單元。伺服系統(tǒng)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(nèi)，當(dāng)盤片旋轉(zhuǎn)時(shí)，硬盤電路將隨時(shí)讀取伺服碼，利用伺服碼的信號可精確地計(jì)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(wěn)速系統(tǒng)硬盤機(jī)大多采用鎖相環(huán)伺服控制技術(shù)，鎖相環(huán)穩(wěn)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性，主要取決于基準(zhǔn)輸入信號的穩(wěn)定度。根據(jù)輸入信號是模擬量或數(shù)字量，鎖相電路可分為模擬鑒相和數(shù)字鑒兩種類型。模擬鎖相電路一般采用RC電路產(chǎn)生基準(zhǔn)信號，數(shù)字鎖相電路一般用晶振產(chǎn)生基準(zhǔn)信號?；鶞?zhǔn)信號鑒頻鑒相積分無刷直

電路

濾波器流電機(jī)

速度檢測器讀寫系統(tǒng)寫入電路硬盤接收到從主機(jī)送來的寫命令控制寫數(shù)據(jù)序列脈沖經(jīng)過編碼，再經(jīng)寫數(shù)據(jù)分頻，最后送至此頭的寫驅(qū)動(dòng)電路，使磁頭線圈輪流導(dǎo)通；并利用恒流源電路向磁頭線圈提供恒定的勵(lì)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(fù)載的電感量，提高度出幅度，但兩半線圈必須平衡，否則會(huì)降低讀出分辯隆。讀出電路前放主放大器自動(dòng)增益回路低通濾波器鑒別電路數(shù)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(guān)系。另外，衡量硬盤性能的一個(gè)重要指標(biāo)---數(shù)據(jù)傳輸率，也與接口有關(guān)。因此，對于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來說，可以不關(guān)心硬盤的工作原理與電路結(jié)構(gòu)，但必須熟悉接口和接口協(xié)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(jī)接口，它由40芯插頭向外連接。SCSI接口SCSI接口是小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口(SMALLCOMPUTERSYSTEMINTERFACE)的縮寫，它由8位雙向數(shù)據(jù)總線，1位奇偶校驗(yàn)和9條控制信號線組成.最多可在SCSI接口上連接8臺(tái)設(shè)備，具有異步和同步兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，異步式數(shù)據(jù)傳輸率為1.5MB/s，同步式可達(dá)4MB/s。ESDI接口ESDI接口(ENHANCEDSMALLDEVICEINTERFACE)是一種設(shè)備級接口，有串行，步行兩種模式，串行模式在命令和狀態(tài)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(tài)時(shí)，利用傳輸請求和傳輸確認(rèn)兩個(gè)信號將16位命令字或狀態(tài)字在接口之間傳輸，而同步方式則不同，其命令和狀態(tài)均有相應(yīng)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(shù)據(jù)總線。ST506接口ST506接口是一種設(shè)備級接口，它是一種低級無智