CN1015030B - 抑制数据通道加性干扰的方法和电路 - Google Patents

Abstract

一个用于抑制数据通道中加性瞬变干扰的方法和电路，这种干扰系因MR传感器接触运动的存贮器表面所产生的热瞬变引起的。用正、负包络检波器与输入信号相连，并给出各自的输出信号，该输出信号被相加后包含一个包络成分量和一残留成分。一个缓冲器互连上述检波器以便跟随快速的数据信号的正漂移，一个自适应滤波器与求和后的输出信号以进一步减少残留成分。

Description

本发明涉及检测并消除用于在一条数据通道中的加性瞬变干扰的方法和电路，更具体地说，涉及到一种用于抑制由于磁阻（MR）敏感器中的温度变化引起的电气瞬变的方法和电路，所谓温度变化是由于上述敏感器与一个旋转磁盘的物理接触引起的。

在数据通道中发生的干扰可分为加性和乘性两 类，一个不需要的加性干扰信号只与信息（数据）信号相加，而一个不需要的乘性干扰或数据密度的变化则会引起一种对数据信号的调制。

在一个数据通道中，当信号敏感传感器是暴露在一个滑触头装置和一个旋转磁盘的空气支撑表面中的空气的磁阻（MR）敏感器时，便会产生因敏感器与磁盘的运动记录表面的物理摩擦接触而引起的加性干扰。这种干扰归因于触点的因摩擦产生的温升（可达120℃）。同时，这种摩擦还会使MR敏感器产生一小的温度突升;例如，在50至100毫微秒内使整个敏感器的温度平均升高1度。由于MR敏感器磁阻的非零温度系数（对坡合金大约为0.003/℃，敏感器磁阻将随着这种温度的突升而增加。由热点传导到MR敏感器的热量将慢慢地发散到敏感器的周围，从而使其磁阻增加而敏感器的温度则渐渐地减弱到原来的值。在典型的情况下，在1.5至5μs内由热引入的磁阻会降低30%。上述敏感器被用来通过磁阻效应来检测磁信号。由一恒定直流电流（DC）偏置该敏感器以将由于磁阻变化引起的磁信息转换成数据电压信号，然后再予以放大。因此，这种热引入的磁阻的变化会导致一个叠加在数据信号之上的加性干扰。这种MR敏感器的非线性随着磁信号逐渐漂离偏置点而增加。因此，这些磁漂移应保持足够小，使敏感器的磁阻最多相对变化±0.3%，热干扰信号可达到四倍于基一峰数据幅度，甚至可能更大。

这样一种信号和干扰的组合会给数据通道中的信号检测带来许多问题。通道中的自动增益控制（AGC）电路在瞬变期间会很快减弱，而又慢慢恢复。即使AGC电路可适应干扰信号，然而热瞬变仍将造成一峰值漂移，即是说，使数据信号因峰值减波而有差异;其结果使热瞬变也将有差异。这导致了附加的零交叉和在热瞬变之后的零交叉电平的漂移。

因此，需要有一种方法和装置来抑制这种在数据通道中由于在MR敏感器中的温度变化（此后称之为热起伏）（thermal    asperity）引起的加性瞬变干扰。这种温度的变化前面已讲过是由于与磁盘的运动记录表面的摩擦接触造成的。就本申请人所知，现有的技术方法还不能完成这样一种抑制，这是因为用于硬盘产品中的MR敏感器并未提供一中心接点（它可以用来平衡掉热瞬变），所以热瞬变干扰的频谱成份由于太接近于数据信号的频谱而不能被滤掉，与高频交流偏置相关的问题对所有实用目的来说还是未曾解决的。

除上述先有技术的方法外，美国专利3，566，281可谓是最相关的先有技术了。该专利公开了一种正负峰值检波器，该检波器被从一个延迟的输入信号中平均和被提取出来的一个常值电压所偏置。每个检波器的输出被交叉连接起来，用来将每个检波器在脉冲处理之后置零。该专利只描述了限幅电平电路，其中，当正峰值检波器检出一个正峰值之后，负峰值检波器被置于零，反之亦然。该专利和其它相关性较差的专利（例如美国专利3，473，131和4，356，389）尚未解决本发明要解决的问题。这些专利均未能提供一种装置来保持两种检波器快速响应于一个加性干扰的突然出现，或者提供一种装置可以减少残留的成份，并产生一个与相邻干扰无关的输出信号。

本发明公开了一种用来抑制在数据通道中的加性瞬变干扰的方法和装置。这些干扰可是由于因一个接触运动的存贮器表面的MR传感器产生的热突变瞬态过程引起的。更具体地说，一个正包络检波器和一个负包络检波器两者都将其输入端与该通道相连，并给出各自的输出信号，这些输出信号被相加，相加后的信号包含一个包络成份和一个残留成份。一个缓冲器将检波器互连起来，使两个检波器跟随数据通道信号的快正漂移。一个非线性的信号自适应滤波器与相加后的输出信号相连以减少残留分量。一个延迟装置最好与通道相连接，而其输出信号与来自滤波器的输出信号相加。这两个输出信号的相对幅度要设定得使合成的相加的输出信号不含加性干扰。

图1描绘了一个输入的数据信号和在一个数据通道中的一个迭加在该数据信号上的加性瞬变干扰;

图2为实施用来抑制在数据通道中的迭加在数据信号上的加性瞬变干扰的本发明的电路示意图;

图3描绘了负和正包络信号和一个由它们的和除以二得到估算的干扰信号;

图4描绘了应用了非线性信号自适应滤波后的一个估算的干扰信号;

图5描绘了已去掉了估算的干扰信号的输出信号（即非线性信号自适应滤波器的输出信号）;

图6为图2的电路图的更详细的电路示意图。

图1描绘了有和没有迭加性瞬变干扰的数据信号I。按照本发明，示于图2中的电路可用来抑制这种加性瞬变干扰，从而给出一个不含加性干扰的输出信号。此电路可以保证只有加性分量（例如由于热瞬变引起的）被检出而乘性分量（由于比特密度变化引起的密度调制不能被检出。

现在参阅图2，先假设输入信号I包含数据和一个迭加在其上的、例如由于热突变引起的加性干扰。信号I经线10被馈入到正包络检波器11和负包络检波器12。信号I的正包络11′和负包络12′（见图3）在方框13被相加，由此得到和信号13′（见图3）。包络信号11′和12）不仅包含包络成份并且也包含一个取决于图形的和与信号I中的输入数据相关的残留成份。这些相关的残留成份是由于包络检波器11、12的小时间常数造成的。检波器11、12被连接成“蠕动方式”（“Peristatic”fashin）;即，当突然出现热瞬变干扰时，正包络信号同时拉起负包络信号，从而使得负包络检波器12跟上随之发生的快速的正信号漂移。这种蠕动式连接相对于正包络信号11′的轮廓改变了负包络信号12′的轮廓。

缓冲器14最好接在检波器11、12的输出端之间，并与求和方框13相并联，从而组成了所谓的蠕动连接。信号11′、12′在求和方框中被相加。为了减少在图中以13′表示的第一次估算的加性干扰中的残留成份，最好使用一个非线性信号自适应滤波器。滤波器15是一个具有单极点的低通网络，而该极点则是滤波器输出信号15′和输入信号13′的电压差的函数（滤波器的直流增益为1）。

当加到滤波器15的信号幅度较小时，极点频率较低，前述残留成份被滤除掉，而当该信号幅度较高时，则当发生热突变时，极点频率随之移动以跟踪在热瞬变干扰突然来到时出现的快速上升瞬变。在瞬变干扰的衰减期间，此信号差别再次变小，使极点频率回到正常的低值上。该滤波后的信号然后由衰减器16衰碱两倍后到达一个合适的电平并用作为估测的干扰信号16′（见图4）。最好将一个具有延迟时间等于前述干扰估测电路的延迟时间的延迟装置17插接在输入线10的支线与一个求和方框18之间。根据增益方框20、29和16是否具有反向或非反向类型，方框18从延迟后的输入信号I中加上或减去估测的干扰信号16′以在线19中产生一个输出信号，使得该输出信号不含有加性干扰（见图5）。请注意，图5中示出了不用延迟装置17获得的估测的干扰;然而，利用延迟装置，可合乎需要地消除在X处的假讯号。

现在假设输入信号I只包括数据和噪声;即无加性干扰。在此假定的条件下，上述信号仍输入到包络检波器11、12。由于设有加性噪声，从方框13中输出的信号只形成残留成份。于是经非线性滤波器15滤除了残留成份之后的被估测的干扰信号16′，将在方框18中与来自延迟元件17来的经延迟的输入信号17′相加。

图6为图2所表示的电路的更详细的电路图，其中在相应部份使用了相同的参考数字。

在线10中的输入信号I由增益方框20进行放大。电流源21、22分别用来偏置在包络检波器11、12中的二极管23、24。正包络检波器11包括二极管24和电容器25，负包络检波器12包括二极管23和电容器26。电容器26正常情况下可以如电容25那样与地相连;然而，因为热突变瞬态的发生有一个很快上升时间，所以二极管23通常要被暂时关闭，以便能使负包络跟随信号。因为一个热突变引入事件产生一个只在一个极性上的信号漂移，所以实行了前述的“蠕动”连接，即将电容器26缓冲器14与电容器25相连。这种连接可使包络检波器可能跟随快的正信号漂移。然而，由于实行了这样的蠕动式连接，电容器25、26两者的充放电现在是相合的。为了避免充电通路的合，同时也为了使前述的残留成份幅度减至最小，如图所示，将缓冲器14插入在电容器25、26之间。

求和方框13包括电阻器27、28。合成的和信号经增益方框29放大后送至非线性滤波器15。滤波器15包括电阻器30、31、32、33，二极管34、35及电容器36。利用电阻30、32产生的偏压电流源将二极管34、35偏置到一个最佳工作点上。由电容36与二极管34、35的相连的微分电阻一起建立了非线性滤流器15的时间常数，电阻器33的阻值要比上述差分电阻大得多。因此，二极管34、35的阻抗确定了滤波器15的总的极点位置因而可以自适应于在该滤波器的输入和输出之间的电压。如果该电压差较大，则有一个高的滤波 器向上转移频率（roll-off    frequency），而在低电压差时，则有一个低的向上转移频率。最好提供一个电阻器31用来限制最小的滤波器向上转移频率（即最大的时间常数）。

衰减器16包括一个提供一负向输出干扰信号估测的增益方框。求和方框18包括电阻器40、41。被估测的干扰信号16′与来自延迟装置17的输入信号相加，合成后的信号被增益方框42放大后在线19上产生不含加性干扰的数据输出信号0。

在本发明的最佳实施例中，通过将线10连接到悬臂选择放大器（arm    select    amplifier）和将线19连接到自动增益电路，可以将上述电路插置于上述悬臂选择放大器（未示出）和自动增益电路（未示出）之间。最好提供一个开关50，以便当在所示的位置时，它可以在线19上提供不含加性噪声的数据输出。然而，开关50最好在通常情况下经线51与地相连，并且仅当在复试期间检测到不可纠正的误差时才由适当的装置（未示出）将其动作到所示的位置上;正如通常的情况下，由于加性干扰引起的数据误差会频繁的出现，此种配置是特别需要的。

上面介绍的设备还可以加上一个可供选配的电路用来警告出现了“碰头”（“head    erash”），所谓“碰头”是指MR头或敏感器与旋转盘的接近连续的接触。这种可供选配的电路包括一个缓冲器16，该缓冲器的输入与衰减器的输入是共用的，其输出则在61与基准电压Vref相比较，一旦敏感到一个热引入的加性干扰，便向计数器62提供一个输出信号。计数器62将在线63上产生一个告警信号以启动一个所需的控制操作。例如，一旦计数到超过预定数目的干扰时（或者，最好当在预定的期间内超过预定数目的干扰时），即关停磁盘存贮器以免进一步损坏。

这种选配的电路也可用于在制造期间做磁盘表面的不平度测绘或做MR敏感器下滑高度测试。

现有我们可以明白了：本发明已提供了一种用来消除在一个数据通道中的加性干扰的简单而行之有效的方法和装置，这种干扰例如可以是由于磁头或敏感器头与旋转磁盘的表面接触所致的热起伏造成的。此外，本发明的方法和装置也可以用来对这些干扰数目或干扰频度进行计数并触发一个所需的控制操作。

如果需要的话，延迟装置17也可以不用。然而，这样一来，会使被估测的干扰信号16′相对于包含未处理的起伏度的在线10中的输入数据信号I的定时上存在差别。这种差别会引起在输出信号O中的一个其幅度正比于上述定时差别的幅度干扰。

本发明也根据一个最佳实施例及其可供选用的修正例进行了描述，但我们须同时认识到，人们仍可对上述方法和电路作各种改变，因而，所给出的实施例只能认为是示例性的，而本发明的保护范围则只受本发明的权利要求的限制。

Claims (9)

1、一种用于抑制在输入数据信号中的加性瞬变干扰的电路，其特征在于：

一个正包络检波器和一个负包络检波器，两者都有数据信号作为它们的输入信号，和都有包含一个包络成份和一个残留成分的输出信号；

用于互连上述检波的装置，用来保证两包络检波器快速响应于加性干扰的出现；

用于对包络分量进行求和的第一装置；

非线性信号自适应滤波器装置，它与求和后的输出信号相连，用来减弱残留成分；和

用于将输入数据信号与来自上述滤波器装置的输出信号进行相减或相加的第二装置，以产生一个不含加性干扰的输出信号。

2、权利要求1的电路，其特征在于所述的干扰是由于磁阻（MR）传感器接触到一个相对上述传感器运动的存贮器表面所致的热起伏瞬变引起的。

3、权利要求1的电路，其特征在于包括：

用于衰减上述滤波器装置的输出信号的装置;和

用于延迟送至上述第二求和装置的输入信号的延迟装置。

4、权利要求1的电路，其特征在于包括：

延迟装置，用于将送至上述第二求和装置的输入数据信号延迟一段时间，其延迟时间足以保证被延迟的输入信号来自所述滤波器装置的信号将在基本上是在同一时刻到达所述第二求和装置。

5、权利要求1的电路，其特征在于包括：

一种装置，该装置包括与上述滤波器装置相连的，根据一个超过一个预定门限幅度的预定数目的加性干扰启动一个所需的控制操作。

6、权利要求1的电路，其特征在于：

所述互连装置包括一个阻抗缓冲器，以保证两个包络检波器的输出基本上同时响应于加性瞬变干扰的出现。

7、用于抑制在一个数据信号中的加性瞬变干扰的电路，其特征在于：

为处理所述信号提供一个信号通路的装置，以便估测所述干扰的幅度和形状，所述装置包括：

一个正包括检波器和一个负包络检波器，两者都有数据信号作为它们输入信号，和都有包含一个包络成分和一个残留成分的输出信号，

互连上述检波器的第一装置，用来保证两个包络检波器同时响应于加性干扰的出现;

用于对包络分量求和的第二装置;

与求和后的包络输出信号相连的非线性信号自适应滤波器装置，用以减少残留分量，

用来给所述数据信号提供另一信号通路的装置，它包括：

延迟装置，其延迟时间由通过所述一个信号通路处理产生的累积的延迟，以便对应地延迟上述数据信号;及

一种装置，它用来把在上述另一通路中和上述延迟数据信号与通过上述另一通路进行处理的估测的干扰信号相加或相减的装置。

8、一种抑制在一个输入数据信号中的加性干扰瞬变干扰和方法，其特征在于包括如下步骤：

从输入信号中取得正负包络信号，每个包络信号具的一个与输入信号相关的图形相关的残留分量;

当干扰引起事件一出现，强制其中一个包络信号跟随另一个包络信号的快信号漂移;

对包络信号求和，

利用一非线性自适应滤波器滤去求和后的信号以减少其残留的分量;

衰减滤波后的信号，从便估测干扰信号的幅度和形状;及

向输入信号加入或从输入信号中减去估测的干扰信号。

9、权利要求8的方法，其特征在于包括下列步骤：

计数加性干扰和数目;和

一旦上述数目超过一预定值，即启动一个所需的控制操作。

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