CN102201265A - 利用软判决检测硬盘缺陷区域 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用软判决检测硬盘缺陷区域。在硬盘驱动器中，通过基于信号值(例如，x[n]或.y[n])和与所述信号值对应的软判决值(例如，L[n])产生两个统计量度(例如，β₁(k)和β₂(k))。比较这两个量度来检测硬盘的缺陷区域的位置。与由不基于软判决值的统计量度形成的比率相比，利用软判决值降低了统计量度的比率中波动，导致更加可靠的用于检测缺陷区域的测试。

Description

利用软判决检测硬盘缺陷区域

相关申请的交叉引用

本申请的主题涉及05年12月28日提交的美国专利申请No.11/319,319、08年4月29日提交的美国专利申请No.12/111,255、以及10年2月18日提交的美国专利申请No.12/707,820的主题，通过引用将其全部教导结合在此。

技术领域

本发明涉及硬盘驱动器，并且更具体的，涉及用于检测硬盘驱动器的硬盘上的缺陷区域的技术，其中，所述缺陷区域对应于热粗糙(thermal asperity)或介质缺陷。

背景技术

这一部分介绍了的多个方面，其可能有助于更好地理解本发明。因此，应依照这一点来阅读这一部分的说明，并且这一部分的说明不应被理解为对什么是现有技术或什么不是现有技术的承认。

理想的硬盘驱动器的硬盘具有完美地平的数据存储表面并且具有完美地均匀的材料组成。然而，实际上，硬盘并不是完美地平坦的，并且具有变化的材料组成。由此原因，以及出于制造上的原因，在硬盘上能够存在不同类型的缺陷。可能难以恢复从缺陷区域读取的数据，并且难度取决于缺陷的类型。在漏失型(drop-out type)缺陷区域中，模拟的读取头输出信号的幅度显著低于对于相对平的且具有相对均匀的材料组成的正常区域的读取头输出信号幅度。如果通过处理读取头输出信号的电子设备将读取头输出信号适当地放大并调节，则可能恢复这种缺陷区域上写入的数据。在本文献中，将这种漏失型缺陷称作“介质缺陷”(MD)。期望确定硬盘上MD区域的位置以使得能够适当地处理从这些MD区域读取的信号来正确地恢复数据。

有时，硬盘区域的形貌(topography)如此大地变化以致当将读取头放置在旋转的硬盘的某些区域之上时，由于盘上存在的粗糙，读取头将与这些区域物理接触。由于从读取头和变化的硬盘之间的物理接触产生的摩擦热，这样的区域被称作热粗糙(TA)区域。期望确定硬盘上的TA区域的位置以使得能够在数据写入和数据读取操作期间避开这些区域以防止损坏读取头。

当前的或更老旧的硬盘驱动器采用MR(磁电阻)读取头或GMR(巨(giant)MR)读取头。对于这些读取头，与MD区域对应的读取头输出信号的幅度显著小于正常区域的信号幅度，同时由于由TA效应导致的基线(baseline)的偏移，与TA区域对应的读取头输出信号的幅度显著大于正常区域信号幅度。如此，通过寻找比正常情况低的信号幅度区域，可以在采用MR/GMR读取头的硬盘驱动器的硬盘上定位MD区域，同时，通过寻找与正常信号幅度区域相比信号基线中的显著增加，可以在硬盘上定位TA区域。

更加新的硬盘驱动器采用TMR(隧穿MR)读取头。对于TMR读取头，由于与MD区域和TA区域两者对应的读取头输出信号的幅度都显著小于正常区域的信号幅度，因此可能误把TA区域当作MD区域。如此，用于采用MR/GMR读取头的硬盘驱动器的检测MD和TA区域的常规的信号处理技术不能用于为采用TMR读取头的硬盘驱动器检测MD和TA区域。

发明内容

在一个实施例中，本发明是一种机器实现的用于检测硬盘上的缺陷区域的方法。所述机器基于信号值和与所述信号值对应的软判决值来产生并比较第一和第二量度，并基于所述比较来检测缺陷区域。

附图说明

从下面的详细说明、所附权利要求、以及附图，本发明的其他方面、特征和优点将变得更加明了。在附图中，相同的附图标记表示类似或相同的元件。

图1示出了根据本发明一个实施例的、用于采用隧穿磁电阻(TMR)读取头的硬盘驱动器的读通道的高层级框图；以及

图2图示性地示出了根据本发明一个实施例的缺陷检测的特性。

具体实施方式

图1示出了根据本发明一个实施例的用于采用隧穿磁电阻(TMR)读取头的硬盘驱动器的读通道100的高层级框图。读通道100的(常规的)主要信号处理路径从TMR读取头(未示出)接收模拟的读取头输出信号105，并输出二进制(硬判决)输出数据信号145。

如图1中所示，读通道100包括前置放大器110、模拟前端(AFE)120、模拟到数字转换器(ADC)130、以及数字后端(DBE)140。前置放大器110放大并调节读取头输出信号105，以确保信号幅度和频率分量在用于AFE 120的处理的规定的范围内，AFE 120又进一步对来自前置放大器110的预放大的信号115进行放大和调节。ADC 130将AFE输出信号129数字化，以产生多比特数字信号X，以供DBE 140进行数字信号处理，DBE 140产生二进制输出数据信号145。数字信号X包括ADC输出采样x[n]，其在此也被称作均衡器输入采样x[n]。

如图1中所示的，AFE 120包括高通滤波器122、可变增益放大器124、磁电阻非对称(MRA)补偿模块126、以及连续时间低通滤波器128，而DBE 140包括部分响应(PR)均衡器142和软(例如，维特比)检测器144。本发明特别关注于PR均衡器142从ADC 130接收数字化的ADC输出信号X，并产生多比特的均衡化的信号Y(包括均衡器输出采样y[n])，软检测器144对其进行处理以产生一比特二进制(即，硬判决)输出数据信号145。除产生硬判决数据145外，软检测器144还产生(作为其处理的一部分)多比特软判决数据，诸如对数似然比(LLR)数据。PR均衡器142可以(但是并非必须)实现为数字有限脉冲响应(DFIR)滤波器。

另外，TMR读通道100包括缺陷检测器150，其接收并处理来自DBE 140的信号147，以检测硬盘上缺陷区域的位置，该信息被表示在信号155中。在一种实现方式中，信号147包括ADC 130所产生的ADC输出信号X，以及软检测器144所产生的软判决数据。在另一实现方式中，信号147包括PR均衡器142所产生的均衡化的信号Y，以及软检测器144所产生的软判决数据。

理论上，可以通过产生并比较根据下式(1)和(2)定义的两个统计量度α₁(k)和α₂(k)来检测硬盘上的缺陷区域：

${\mathrm{\α}}_1\left(k\right)={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{M-1}y[k-i]\hat{y}[k-i]---\left(1\right)$

${\mathrm{\α}}_2\left(k\right)={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{M-1}\hat{y}[k-i]\hat{y}[k-i]---\left(2\right)$

其中y[k-i]是第(k-i)个均衡器输出采样，而

是该第(k-i)个均衡化的输出采样的相应的期望值。根据一种可能的实现方式，如果α₁(k)＜Cα₂(k)，其中C是小于1的规定的分数(例如，0.5-0.7)，则认为第k个采样对应于缺陷区域。

在本发明的一个实施例中，缺陷检测器150通过产生并比较根据下式(3)和(4)定义的两个统计量度β₁(k)和β₂(k)来检测硬盘上的缺陷区域：

${\mathrm{\β}}_1\left(k\right)={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{M-1}y[k-i]\hat{y}[k-i]\mathrm{abs}\left(L\right[k-i\left]\right)---\left(3\right)$

${\mathrm{\β}}_2\left(k\right)={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{M-1}\hat{y}[k-i]\hat{y}[k-i]E\left(\mathrm{abs}\right[L\left]\right)---\left(4\right)$

其中y[k-i]是图1的均衡器142所产生的第(k-i)个均衡器输出采样，

是该第(k-i)个均衡化的输出采样的对应的期望值，L[k-i]是图1的软检测器144对于该第(k-i)个均衡化的输出采样所产生的相应的多比特软判决值，而E(abs(L))是将期望函数E应用于与无缺陷区域对应的软判决值L[n]的绝对值而得到的结果，该结果能够利用最小均方(LMS)或其他适当的算法获得。可以如下获得对于

的LMS估算量：

$\hat{L}\left(k\right)\←\hat{L}(k-1)+\mathrm{\μ}(\mathrm{abs}\left(L\right[k\left]\right)-\hat{L}\left(k\right))---\left(5\right)$

这里，μ的值是用于LMS估算的自适应增益值，并且其典型地是小的。M的典型值是32，这暗示了第一和第二统计量度β₁(k)和β₂(k)两者都是移动平均。

取决于具体的实现方式，可以以许多不同的方式产生期望采样值

一种方式是通过将软检测器144所产生的输出信号145的硬判决比特(由1和-1表示)与适当的目标多项式卷积(convolve)来构建

另一种方式是对于不同短期(short-term)比特码型(bit pattern)产生均衡器输出采样y[n]的长期(long-term)平均值。例如，如果写入到硬盘的测试数据在2T序列(例如，11001100...)之后，则可以对于处在不同局部比特码型的中心处的比特值产生不同的长期平均值。尤其是，可以对于处在局部3比特码型“110”的中心处的比特产生一个长期平均值，对于“100”产生另一个，对于“001”产生另一个，以及对于“011”又产生一个。然后可以将例如存储在查找表中的适当的长期平均用于式(1)和(2)中的期望采样值

注意，对于正常区域(即，不是与MD或TA相关联的那些区域)中存储的数据产生期望采样值

本领域技术人员将理解，可以有其它的方式产生期望采样值

图2图示地示出了两个比率：利用不依赖于任何软判决(即，LLR)值的式(1)和(2)的统计量度而产生的第一比率α₁(k)/α₂(k)，以及利用依赖于软判决值的式(3)和(4)的统计量度而产生的第二比率β₁(k)/β₂(k)。在图2中，缺陷区域从大约第1100号采样跨展到大约第1200号采样，在该缺陷区域之前存在正常(即，无缺陷)区域并且在该缺陷区域之后存在另一正常区域。如图2中明显可知的，对于这两个正常区域，第一和第二比率两者都具有相对接近于1.0的值，而对于缺陷区域，第一和第二比率两者都具有显著小于1.0的值。

注意，如图2中显然可知的，在缺陷区域中，第二比率具有比第一比率低得多的波动。该特性意味着使用基于软判决的统计量度β₁(k)和β₂(k)来检测缺陷区域可以比使用不依赖于软判决值的统计量度α₁(k)和α₂(k)更可靠。尤其是，使用基于软判决的统计量度β₁(k)和β₂(k)可以导致更少的对缺陷区域的错误的阴性检测(false-negativedetection)。选取好的阈值来使错误检测和漏检测的可能性最小化。

根据本发明的一种实现方式，将统计量度β₁(k)与统计量度β₂(k)的指定的正的几分之一(即，C)进行比较，来确定第k个采样是否对应于缺陷区域。尤其是，如果满足下面的不等式(6)：

β₁(k)＜Cβ₂(k)    (6)，

则可以说该第k个采样对应于缺陷区域。C的典型值为大约0.5-0.7。

实现β₁(k)和β₂(k)的比较的另一方式是将β₁(k)对β₂(k)的比率与阈值(例如，等于同一指定的分数C)进行比较。如果比率小于该阈值，则该第k个采样对应于缺陷区域。

通常，多比特LLR软判决值的量值指示软检测器144的检测处理的可靠性。如此，在正常区域中，软判决值典型地具有比缺陷区域中的大的量值。这有助于解释为何统计量度β₁(k)和β₂(k)的第二比率波动小于统计量度α₁(k)和α₂(k)的第一比率。注意，在不等式(6)被满足，指示检测到缺陷区域时，第二统计量度β₂(k)是基于对于正常区域的软判决值的，而第一统计量度β₁(k)是基于对于检测到的缺陷区域的软判决值的，其典型地具有比对于正常区域的软判决值小的量值。结果，通过第一统计量度β₁(k)中的软判决值的较小的量值来使第二比率中的波动按比例降低。

注意，由于式(3)和(4)在具有M个采样的窗口上产生该统计量度β₁(k)和β₂(k)，因此在满足不等式β₁(k)＜Cβ₂(k)时，可以确定缺陷区域在第k个采样之前的规定数量(例如，M/2)的采样开始。此外，为了避免对缺陷区域的错误的阳性检测，可以要求对于在确定已经检测到缺陷区域之前的规定数量的相继的采样(或者，在给定的相继的采样的组中的规定数量的采样(例如，对于最后10个采样中的7个))该不等式被满足。

尽管已经分别在式(3)和(4)的两个统计量度β₁(k)和β₂(k)的背景下描述了在本发明，然而本发明可以替代地利用其他适当的基于软判决值的统计量度来实现。另外，还可以有其中仅统计量度中的一个依赖于软判决值的实施例。

在缺陷检测器150的一种可能的实现方式中，当一个缺陷区域的结束和下一个缺陷区域的开始之间的间隙小于规定的距离分隔时，于是将这两个缺陷区域和居于其间的正常区域合并成一个组合缺陷区域，其中，所述组合缺陷区域从第一缺陷区域的开始跨展直到第二缺陷区域的结束。

尽管已经在用于TMR(隧穿磁电阻)读取头的读通道的背景下描述了本发明，然而本领域技术人员将理解，本发明可以在其他类型读取头(包括但不限于，MR(磁电阻)读取头或GMR(巨MR)读取头)的背景下实现。

本发明可以被实现为基于(模拟的、数字的，或模拟和数字两者混合的)电路的处理，包括作为单个集成电路(诸如ASIC或FPGA)、多芯片模组、单个卡、或多卡电路组件(multi-card circuit pack)的可能的实现方式。如本领域技术人员将清楚知道的，电路元件的多种功能也可以被实现为软件程序中的处理块。这种软件可以被采用在例如数字信号处理器、微控制器、或通用计算机中。

本发明可以以方法以及用于践行这些方法的装置的形式实施。本发明也可以在以有形介质实施的程序代码的形式中实施，所述有形介质诸如磁记录介质、光记录介质、固态存储器、软盘、CD-ROM、硬盘、或者任何其他机器可读存储介质，其中，在该程序代码被加载到机器(诸如，计算机)中并由机器执行时，该机器成为用于践行本发明的装置。本发明也可以以程序代码的形式实现，例如，而不管是否是存储在存储介质中，还是被加载到机器中和/或由机器执行，其中，在该程序代码被加载到机器(诸如，计算机)中并由机器执行时，该机器成为用于践行本发明的装置。当在通用处理器上实现时，程序代码段与处理器组合来提供与特定逻辑电路类似地操作的独特的装置。

除非以另外的方式明确说明，否则每一数值及范围都应当被解释为是近似的，就好似在该值或范围的值前加了词语“大约”或“约”。

还将进一步理解，本领域技术人员可以在为了解释本发明的特质而描述并说明的细节、材料和部件的布置方面进行各种改变，而不偏离如下面的权利要求所表述的本发明的范围。

权利要求中附图数字和/或附图参考标记的使用意图是标识所要求保护的主题的一个或更多个可能的实施例，以便于对权利要求的解释。这种使用不应被看作是必然将权利要求的范围限制于相应附图中所示的实施例。

应当理解，这里所提出的示例性的方法的步骤并不必然要求以所描述的次序执行，并且这些方法的步骤的次序应当被理解为仅是示例性的。同样的，在与本发明的多种实施例一致的方法中，在这些方法中可以包括另外的步骤，并且可以省略或组合某些步骤。

尽管下面的方法权利要求中的要素被以相应的标记以特定的顺序引述(如果有的话)，然而，除非权利要求引述以另外的方式暗示了用于实现某些或全部这些要素的特定顺序，否则这些要素并不必然被限制于以该特定顺序实现。

在此的对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性可以被包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中多处出现的短语“在一个实施例中”并非都必然全都引用同一实施例，也不是分开的或替代的实施例必然与其它实施例互斥。同样的情况也适用于术语“实现方式”。

Claims (10)

1.一种机器实现的检测硬盘上的缺陷区域的方法，所述方法包括：

(a)该机器基于信号值(x[n]或y[n])和与所述信号值对应的软判决值(L[n])产生第一量度(β₁(k))；

(b)该机器基于所述信号值和所述软判决值产生第二量度(β₂(k))；

(c)该机器比较所述第一量度和所述第二量度；以及

(d)该机器基于步骤(c)的比较检测缺陷区域。

2.根据权利要求1的方法，其中：

该机器基于所述信号值、与所述信号值对应的期望值(

或

)、以及所述软判决值产生所述第一量度；并且

该机器基于所述期望值和仅与所述硬盘的无缺陷区域对应的无缺陷软判决值产生所述第二量度。

3.根据权利要求2的方法，其中：

所述第一量度基于以下各项的积的移动平均：(i)所述信号值，(ii)所述期望信号值，以及(iii)所述软判决值的量值；并且

所述第二量度基于下列各项的积的移动平均：(i)所述期望信号值的平方，以及(ii)所述无缺陷软判决值的量值的期望值。

4.根据权利要求3的方法，其中：

所述第一量度β₁(k)由下式给出：

${\mathrm{\β}}_1\left(k\right)={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{M-1}y[k-i]\hat{y}[k-i]\mathrm{abs}\left(L\right[k-i\left]\right)$

所述第二量度β₂(k)由下式给出：

${\mathrm{\β}}_2\left(k\right)={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^{M-1}\hat{y}[k-i]\hat{y}[k-i]E\left(\mathrm{abs}\right[L\left]\right)$

其中：

y[k-i]是第(k-i)个信号值；

是该第(k-i)个信号值的期望值；

L[k-i]是对于该第(k-i)个信号值的软判决值；

E(abs(L))表示应用于所述无缺陷软判决值的绝对值的期望函数；而

M是指定的正整数。

5.根据权利要求1的方法，其中：

所述缺陷区域与热粗糙(TA)或介质缺陷(MD)相关联；并且

所述信号值是(i)模拟到数字转换器(ADC)输出值(x[n])或(ii)均衡器输入值(x[n])或(iii)均衡器输出值(y[n])。

6.根据权利要求1的方法，其中：

(i)所述比较确定所述第一量度是否小于所述第二量度的指定的分数(C)，其中所述指定的分数小于1；或

(ii)所述比较将所述第一量度和所述第二量度的比率与指定的阈值(C)进行比较。

7.根据权利要求1的方法，其中所述期望信号值是所述信号值的平均值，其中所述平均值是与所述信号值以及一个或更多个相邻的信号值相关联的比特码型的函数。

8.根据权利要求1的方法，其中所述期望信号值是从与所述信号值对应的硬判决值重新构建的，其中所述期望信号值是通过将所述硬判决值与目标多项式卷积而重新构建的。

9.一种用于检测硬盘上的缺陷区域的机器，该机器包括：

(a)用于基于信号值(x[n]或y[n])和与所述信号值对应的软判决值(L[n])产生第一量度(β₁(k))的装置；

(b)用于基于所述信号值和所述软判决值产生第二量度(β₂(k))的装置；

(c)用于比较所述第一量度和所述第二量度的装置；以及

(d)用于基于装置(c)的比较检测缺陷区域的装置。

10.根据权利要求9的机器，其中所述机器是(i)数字信号处理器或(ii)硬盘驱动器。

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