HGST以雙段致動器技術精準掌握讀寫頭定位

為了增加硬碟(HDD)資料密度，位元(代表儲存在磁片上的資訊的1和0)的大小在減小，集中磁軌之間的間距也在減小。隨著這些尺寸的縮減，在資料磁軌中心定位讀寫頭的感測器元件變得更為複雜。外部干擾，甚至是筆記本電腦內置擴音器播放音樂的振動，可能導致讀寫頭磁軌移位元。

常規的內接硬碟僅使用一個致動器來固定讀寫頭，也就是使用音圈馬達(VCM)。這就如同用僵硬的手腕和手指寫字。為了在非常微小且不斷移動的目標上定位，HGST現在使用兩級致動器(DSA)。兩級致動器的作用類似於您的手腕和手指，讓您能夠更加精確地掌控鋼筆。您也可以將它想像在彎曲的多車道公路上行駛，第一段致動器可以將您在公路上定位，而第二段致動器則可讓您在正確行車道的中心上行駛。

HGST在Travelstar 5K1500內接硬碟中採用DSA，旨在改進讀寫頭定位的精確度，從而提供更好的性能、資料完整性和整體硬碟可靠性。

結構和機械特性

如先前提到，上一代2.5英吋硬碟使用單個音圈馬達來將讀寫頭定位。致動器的讀寫臂和懸掛裝置從音圈馬達延伸至讀寫頭，可從磁片直徑之外的載入？載出斜面將讀寫頭擺動至接近馬達中心點的內徑資料磁軌。由於讀寫頭元件的組件相對較大，因而共振頻率相對較低，這樣令在高密度磁軌上或在發生外部振動的情況下，令讀寫頭精確定位變得非常困難和緩慢。

Travelstar 5K1500採用的DSA包括常規音圈馬達的第一段致動器，另外在接近懸掛裝置尖端處還有微型驅動器(MA)和第二段致動器。微型驅動器具有兩個壓電驅動器(鋯鈦酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3，即PZT)，連接到採用堅固設計的懸掛裝置底板。將電壓加於微致動器時，當一個壓電元件擴張時，另一個壓電元件就會收縮。這樣可以精確地控制讀寫頭的運動。

由於讀寫頭元件處的微致動器尋道路徑很短，而且移動元件的質量很小，該元件的共振頻率遠高於音圈馬達單級致動器的共振頻率。因此，兩級致動器可在正確資料磁軌上快速精確地固定讀寫頭元件。從硬碟電壓至讀寫頭移位元的微致動器傳遞函數。它將伺服系統頻寬提升至3kHz以上，並且提高了讀寫頭的定位精確度。

當VCM和MA兩級伺服系統的概要框圖。框圖由VCM、MA、VCM控制器和MA控制器組成。"Pv" 和 "Pm" 分別是VCM和MA的機器設備。MA控制器由補償器 "Cm" 和MA型號 "Pm0" 組成。信號 "pes" 代表位置錯誤信號，"r" 代表磁軌偏離。"vpe" 和 "mpe" 分別是VCM和MA的位置錯誤。總體位置錯誤 "pe" 是 "vpe" 與 "mpe" 之和。從 "pes" 至 "pe" 的總體兩級開環傳遞函數為：
Gol = Pm ⋅ Cm + (1 + Pm0 ⋅Cm) ⋅ Pv ⋅ Cv；
從 "r" 至 "pes" 的錯誤抑制閉環TF為：

雙段伺服系統的總體錯誤抑制閉環 "Gerr" 是VCM與MA環路敏感度 "Gsnsvcm"、"Gsnsma" 之積。

因此，雙段伺服控制系統設計可解耦至兩個獨立的控制器設計；VCM環路和MA環路。通常，讀取頭元件和懸掛裝置共振模式使VCM開環增益交叉頻率限制在1,500和2,000 Hz之間。雙段補償器由MA補償器設計定義，可獲得 "Gsnsma" 的額外衰減。

當相比單段VCM伺服系統(黑色)的情況下，啟動DSA伺服系統(藍色)時的位置錯誤信號，兩個系統均在外部震動條件下運行。藍色線條顯示DSA顯著抵消了磁頭位置振盪，此情況僅在使用單段致動器時發生。

雙段、高頻寬伺服系統可提高性能

DSA高頻寬伺服系統可帶來顯著的性能改善。安裝在筆記型電腦中的Travelstar 5K1500在兩種條件下的性能評估：1.靜音；2.揚聲器發聲。每種條件下，我們將DSA伺服系統與傳統單級VCM伺服系統(包括旋轉震動保護技術(RVS))相比較。

帶RVS的單段VCM伺服系統在PC系統A中具有相對較好的性能，而在PC系統B中僅能獲得37%的得分。憑藉旋轉震動技術(RV)，帶RVS的VCM顯示了良好的振盪抑制性能，振盪可通過RVS內的兩個衝擊感應器來檢測。另一方面，DSA在兩種情況下都有優點。

這些基準測試結果證明，DSA元件是硬碟技術的一大進步。DSA可以為使用者帶來更好和更可靠的性能。