CN104681041B - 具有介质制备机制的电子系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有介质制备机制的电子系统及其操作方法。一种装置，其包括：介质；介质上方的磁头；以及控制电路，其经配置以使磁头：在介质上以预处理图案写入第一预处理磁道，以及以从所述第一预处理磁道的第一磁道间间隔在所述介质上写入数据磁道，其中所述磁头位于第一方向上。

Description

具有介质制备机制的电子系统及其操作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年10月18日提交的美国临时专利申请序列号61/893,094的权益，并且其主题通过引用全部纳入本文。

技术领域

本发明实施例一般涉及电子系统，更具体地涉及用于介质制备和使用的系统。

背景技术

现代消费品和工业电子设备需要存储信息，诸如数码照片、视频、电子邮件、日历或通讯录。这些设备能够为电子系统，诸如笔记本计算机、台式计算机、服务器、电视和数字视频录像机，并且正在提供日益增加的各种水平的功能以支持现代生活。现有技术中的研究和开发能够朝着大量、不同的方向。

随着存储在这些电子设备中的数据容量的增加，硬盘驱动器(HDD)必须具有更多的数据磁道且必须供给更高的数据频率。数据磁道彼此变得越靠近，在磁记录能够在磁道之间耦合时越有可能串扰。为了解决磁道的紧密接近，伺服系统被最优化以限制磁头从磁道中心的变化。

在预期磁道位置的中心上写入数据磁道的精度能够显著地影响以最小干扰从邻近磁道读回信息的能力。先前写入的用户数据也能够影响在所选磁道上清楚写入更新的用户数据图案(pattern，图案/模式)的能力。随着数据磁道的数目大量增加，所有这些问题都被放大。

发明内容

附图说明

图1A、图1B和图1C根据一个实施例示出电子系统的操作性示图。

图2A和图2B根据一个实施例提供电子系统的介质的几何表示。

图3为根据一个实施例的电子系统的预处理后的记录的示例。

图4为实施例中电子系统的操作方法的流程图。

具体实施方式

对于电子系统，仍然需要具有介质制备机制，以在写入和读取用户数据时改善数据性能。能够通过减小残留磁干扰的振幅以及控制残留磁干扰的频率以便于滤波来提供改善的数据性能。考虑到不断增长的商业竞争压力，以及市场中重点产品差异化的增长的消费者期望和逐渐缩小的机会，寻找这些问题的答案日益重要。此外，降低成本、改善效率和性能以及满足竞争压力的需求给寻找这些问题的答案的关键必要性增加甚至更强的紧迫性。

长期以来一直在寻求针对这些问题的解决方案，但现有的开发还没有教导或建议任何解决方案，因此本领域技术人员长期躲避这些问题的解决方案。

某些实施例具有除了或代替上述的那些以外的其他步骤或元件。当本领域技术人员结合附图阅读下列详细描述时，所述步骤和元件将变得更加明显。

充分详细地描述了以下实施例，以使本领域技术人员能够实施和使用实施例。应当理解的是，基于本公开，其他实施例将是明显的，并且在不脱离实施例的范围的情况下可以进行系统、过程或机械改变。

在以下描述中，给出了许多具体细节以提供对实施例的完整理解。然而，将明显的是，能够在没有这些具体细节的情况下实践该实施例。为了避免使实施例晦涩，没有详细公开一些已知的电路、系统配置和过程步骤。

示出系统实施例的附图为半图示的，且未按比例绘制，并且具体地，一些尺寸是出于清楚表示的目的在附图中被放大。类似地，尽管附图中的视图出于便于描述的目的通常示出类似方向，图中的该描述大部分是任意的。通常，能够以任何方向操作实施例。为了描述方便，将实施例编号为第一实施例、第二实施例等，并且不旨在具有任何其他意义或提供对实施例的限制。出于参考目的，将介质的数据表面限定为“水平的”，当然应当理解的是，能够在任何角度操作电子系统。介质上方的磁头位置被称为“垂直的”位移或飞行高度。

现转向图1A、图1B和图1C，其中根据一个实施例示出电子系统100的操作性示图。电子系统100能够表示本发明实施例中的其中一个的装置。作为示例，图1中描述的实施例被示为硬盘驱动器，当然应当理解，作为所述实施例的电子系统100能够是磁带驱动器、固态混合磁盘驱动器或其他磁介质存储设备。进一步地，例如，电子系统100能够表示台式计算机、笔记本计算机、服务器、平板电脑、电视机、家用电器或其他利用磁介质存储的电子系统。

电子系统100包括在介质104上方被致动的磁头102。磁头102能够安装到挠曲臂118，该挠曲臂118附接到致动器臂122。磁头102(图1B)能够选择性地包括激光器106，以用于在写入过程的部分期间加热介质104(例如，磁头是能量辅助磁记录(EAMR)驱动器的部分)。能够在写入数据到介质104时或者随着从介质104读取期间的错误恢复过程调整飞行高度108(例如，通过使用图1B中未示出的磁头中的加热器元件)。此外在图1B的实施例中，磁头102包括写入元件110(例如，电感线圈)和读取元件112(例如，磁阻读取元件)。

介质(media，介质/盘片)104是存储信息的结构。例如，介质104能够由铝合金、陶瓷/玻璃或类似的非磁性材料构成。介质104的顶表面和底表面能够覆有磁性材料，该磁性材料设置在介质104的一侧或两侧上以形成能够磁化的涂覆层。

能够在实施例中采用任何合适形式的激光器106，诸如激光器二极管。另外，实施例能够采用任何合适的技术以使激光聚集在介质104上，诸如合适的波导管、放大透镜或其他合适的光学器件。激光器106被增加到写功率以便加热磁盘，从而降低介质104的矫顽力，从而更可靠地写入数据。

主轴电机114能够使介质104关于介质104的中心以恒速或变速107旋转。出于说明目的，主轴电机114被描述为用于旋转的电机，当然应当理解，作为一个示例，主轴电机114能够是用于磁带驱动器的其他致动电机。

作为示例，电机组件130能够是音圈电机组件、步进电机组件或其组合。电机组件130能够产生用于定位磁头102的扭矩。

挠曲臂118的锥形末端能够包括磁头102。挠曲臂118能够安装到致动器臂122，该致动器臂122通过电机组件130产生的扭矩围绕轴承组件126枢轴转动。磁头102能够包括写入元件110的单个实例和读取元件112的单个实例，其中读取元件112比写入元件110窄。磁头102能够在飞行高度108的显著可调范围下在介质104上方飞行，其中飞行高度108表示磁头102和介质104之间的垂直位移。磁头102能够通过挠曲臂118和致动器臂122定位，并且能够具有控制电路138调节的飞行高度108。

磁头102能够沿着介质104的内径和介质104的外径之间的弧形路径定位在介质104上方。出于说明性目的，致动器臂122和电机组件130经配置以用于磁头102的旋转运动。致动器臂122和电机组件130能够经配置以具有不同的运动。例如，致动器臂122和电机组件130可经配置以具有线性运动，从而导致磁头102沿着介质104的半径行进。

磁头102能够定位在介质104上方，以便建立磁转变或者从涂覆层检测磁转变，其能够用于分别表示写入的数据和读取的数据。能够通过控制电路138控制磁头102的位置和介质104的转速107。控制电路138的示例能够包括处理器、专用集成电路(ASIC)、嵌入式处理器、微处理器、硬件控制逻辑、硬件有限状态机(FSM)、数字信号处理器(DSP)、数字电路、模拟电路、光学电路或其组合。控制电路138还能包括存储器设备，诸如易失性存储器、非易失性存储器或其组合。例如，非易失性存储器能够是非易失性随机存取存储器(NVRAM)或闪存，并且易失性存储器能够是静态随机存取存储器(SRAM)或动态随机存取存储器(DRAM)。

控制电路138能够经配置以控制主轴电机114，以用于调节介质104的转速107。控制电路138能够经配置以使磁头102相对于介质104移动，或反之亦然。控制电路138还能够经配置以控制到磁头102的信息流，以用于向介质104写入。发送到磁头102的信息能够包括预处理图案、直流擦除信号、用户数据或其组合。

在一个实施例中，电子系统100进一步包括控制电路138，其经配置以执行图1C的流程图。在方块139中，针对预处理要求检查环境变量。例如，可基于环境变量(一个或更多)处理控制电路138中的时间约束和/或覆盖标记(override flag)。环境变量能够包括温度、相对湿度、海拔或飞行高度。低于25摄氏度的温度能够要求预处理并且能够重置覆盖标记。在一个实施例中，在方块140中，如果覆盖标记无效，则仅能够以预处理图案在介质上写入第一预处理磁道。如果环境变量不要求预处理或者来自主机的活动阻止第一预处理磁道所需的延迟，则将设置覆盖标记。在方块142，以从第一预处理磁道的第一磁道间间隔在介质上写入数据磁道，其中磁头定位在第一方向上。在一些实施例中，可以选择性省略方块139中的环境变量检查，以使控制电路138可在没有方块139的情况下执行方块140和方块142。在这种情况下，方块140和方块142中描述的行为性能不取决于覆盖标记。将在下面结合图2A-4提供与流程图相关的额外细节。

现转向图2A和图2B，其中根据一个实施例示出图1的电子系统100的介质104的几何表示。在图2A所示的实施例中，能够通过以重叠方式写入叠瓦(shingle)数据磁道202以使叠瓦区域204中的叠瓦数据磁道202变成叠瓦式的。作为一个示例，重叠叠瓦数据磁道202增加介质104的径向密度，从而增加电子系统100的容量。叠瓦数据磁道202能够被写成如图2A所示的圆形图案，其中从外径向内径(或者反之亦然)写入叠瓦数据磁道202。在一个实施例中，在非叠瓦区域212中写入非重叠磁道。尽管在该示例中，叠瓦区域204被描述相对于非叠瓦区域212在外径上，根据实施可以使用不同的区域布置和区域数目。

在一个实施例中，频繁写入的逻辑区块地址(LBA)能够被写入到非叠瓦区域212的非叠瓦式数据磁道210，并且很少写入的LBA被写入到叠瓦区域204的叠瓦式叠瓦数据磁道202。这增加了电子系统100的总容量，因为叠瓦式叠瓦数据磁道202的径向密度能够明显高于非叠瓦式数据磁道210的径向密度。由于更新写入发生在较低频率，因此被称为“垃圾收集”的清理过程对电子系统100的性能没有显著影响，其中在叠瓦区域204上执行该清理过程。清理过程能够包括初始化要求更新的若干叠瓦数据磁道202，并且其通过将跨越任何残留信息的预处理图案写入若干叠瓦数据磁道202上执行。一旦已经初始化叠瓦数据磁道202，则它们再一次可供使用。

在另一个实施例中，非叠瓦区域212中的非叠瓦式数据磁道210的较低径向密度能够通过避免(或降低)执行写入验证操作的需求来提高性能，从而非叠瓦区域212中的叠瓦式叠瓦数据磁道202的较高径向密度由于需要执行写入验证操作能够降低性能。叠瓦区域204的叠瓦式叠瓦数据磁道202中存储与很少写入的LBA关联的数据降低了对应于写入验证操作的频率并增加了电子系统100的总容量。尽管图2A描述了具有叠瓦和非叠瓦区域的介质，在一些实施例中，介质可包括全叠瓦式磁道或全非叠瓦式磁道。

图2B根据一个实施例示出写入对叠瓦磁道写入预处理图案的一个示例。如图2B所示，能够以如图3所示的预处理图案302写入第一预处理磁道208，诸如具有周期为数据磁道206的周期的两倍的图案。第一预处理磁道208的预处理图案302的扩展周期能够帮助移除在后续操作期间从数据磁道208的数据读取的预处理图案302。能够通过图1的控制电路138将图1的磁头102以第一磁道间间隔214定位在第一方向216上以及磁耦合数据(例如，从主机接收的用户数据1)来写数据磁道206。通过一个示例的方式，第一磁道间间隔214能够为四分之一磁道宽度、二分之一磁道宽度或者小于全磁道宽度的任何其他大小。第一方向216能够为任何方向，其中控制电路138能够经配置以相对于介质104移动磁头102，或反之亦然。

能够通过控制电路138将磁头102以从第一磁道间间隔214的末端的第二磁道间间隔220定位在第一方向216以及磁耦合预处理图案302来写入第二预处理磁道218。通过一个示例的方式，第二磁道间间隔220能够为四分之一磁道宽度、二分之一磁道宽度或者小于预处理后的数据磁道222宽度的任何其他大小。

介质104上的结果图案能够为预处理后的数据磁道222，其包括预处理后的带224和数据部分226，其中预处理后的带224被建立为第一磁道间间隔214的宽度并且数据部分226被建立为第二磁道间间隔220的宽度。应当理解的是，作为一个实施例，叠瓦式叠瓦数据磁道202能够包括多个预处理后的数据磁道222。

已经发现预处理后的数据磁道222能够经限定以优化读回数据部分226的能力，这通过以下方式实现：(1)将预处理后的数据磁道222的宽度控制为第二磁道间间隔220以及(2)提供预处理图案302给预处理后的带224，该预处理图案302具有的周期能够在读取预处理后的数据磁道222时从返回的信号滤出。第一磁道间间隔214和第二磁道间间隔220的调整能够通过从先前在介质104上写入的图案取消残留的磁签名来适应数据处理可靠性的增加。在一个实施例中，通过预处理具有固定频率的预处理图案302的叠瓦式叠瓦数据磁道202，从用户数据144过滤预处理图案302从而使误差裕量增长0.1-0.2dB并且使偏离磁道读取容量增加1-2％是可能的。该过程能够允许增加预处理后的数据磁道222的总宽度的减小、增加利用较弱形式的磁头102的裕量或其组合。

如上所述，针对一些或全部磁道，可以写入预处理图案302，作为正常写入操作的部分。在实施例中，例如，可基于写入位置、正在将数据写入到其中的介质的质量度量、观测到的环境因素(例如，温度、海拔)等，可选择地开始预处理写入方案。现场决策过程139能够用于确定对于电子系统100的可靠操作是否要求预处理图案302的写入。电子系统100的参数信息能够包括磁头102的飞行高度、当前温度、目标逻辑区块地址的区域中可纠正读取错误的数目或其组合。这种参数信息可用于确定是否应该在一个或更多个磁道处执行预处理。在一个示例实施例中，基于参数信息，处理控制电路138中的覆盖标记，从而能够进行预处理。由于需要额外的时间写入预处理图案302，积压的待处理接口操作能够否定写入预处理图案302的需求。如果跳过预处理图案302的写入的决策基于接口的活动，则能够设置覆盖标记。能够标记逻辑区块地址，以在垃圾收集过程期间以预处理图案302重新写入。

此外，在制造过程期间，电子系统100能够用于初始化全部的叠瓦数据磁道202和非叠瓦式数据磁道210。在初始化过程期间，可以以预处理图案302写叠瓦数据磁道202和非叠瓦式数据磁道210中的一些或全部。在一个实施例中，作为使用方面(例如，垃圾收集和/或数据恢复过程)的后台进程的部分，磁道或单个磁道的区域能够通过以先前描述的预处理图案302填充磁道或单个磁道的区域而被初始化。

现转向图3，其中根据一个实施例示出了电子系统100的预处理后的记录301。预处理后的记录301描述了在图1的介质104上对叠瓦数据磁道202的写入的两个邻近实例。记录过程的质量取决于先前记录的图案(旧信息)以及图1的磁头102磁重写先前记录的图案的能力。由于磁头102宽度的减小，重写能够是挑战性的，尤其是在低温下。一个实施例能够通过移除具有利用相同磁头102的预处理图案302的写入的旧信息来改善图1的用户数据144的写入质量以及提高电子系统100(在该示例中，电子系统100为硬盘驱动器)的性能来制备图1的介质104和叠瓦数据磁道202。

应当理解的是，图3中所示的预处理图案302是阴影和非阴影图案表示的交流电图案。这仅是示例性的并且能够使用任何先前选择的图案。先前所选频率下的交流电图案的选择允许应用对先前选择的频率敏感的陷波滤波器来移除预处理图案302，这作为读取信号过程的部分。

在叠瓦式磁记录(SMR)记录中，磁头102的宽度能够远远宽于磁道间距304，该磁道间距304度量介质104上的叠瓦数据磁道202的中心线之间的间隔。在其中一个实施例中，写入预处理能够分别优化写入过程和重写过程并控制磁头102的边缘写入质量，诸如叠瓦式磁记录磁头。应当理解的是，在一个实施例中，能够利用为常规磁记录(CMR)磁头的磁头102操作而不改变任何概念。

已经发现一些实施例通过写入预处理来改进用户数据144写入质量并增加HDD性能。第一磁道间间隔214和第二磁道间间隔220的调整能够通过从先前在介质104上写入的图案取消任何剩余磁签名来适应数据可靠性的增加。通过以先前选择的固定频率的图案预处理介质104，从用户数据过滤预处理图案302并对硬件设计具有最小影响是可能的。该过程能够允许增加的数据磁道宽度306的减小、增加利用较弱形式的磁头102的裕量或其组合。

一些实施例制备的介质104具有给出更好数据写入质量的背景。预处理图案302能够是以和数据磁道206的相同振幅写入的交流电图案或直流电图案。在一个实施例中，通过磁头102的单个写入换能器写入预处理图案302。在写入预处理图案302而不是写数据磁道206时，磁头102能够经调整以具有不同的飞行高度。磁头102的图1的飞行高度108的改变能够进一步增强后续读取操作期间滤除预处理后的带224的影响的能力。

已经发现，在一个实施例中，当读取数据部分226时，电子系统100提供增加0.1-0.2dB的误差裕量以及增加1-2％的偏离磁道读取容量。第一磁道间间隔214和第二磁道间间隔220的调整能够通过从先前在介质104上写入的图案取消任何剩余磁签名来适应数据处理可靠性的增加。通过以固定频率的已知图案来预处理叠瓦式叠瓦数据磁道202，从用户数据(从预处理后的数据磁道222读取的用户数据)过滤预处理图案302从而增加误差裕量和偏离磁道读取容量是可能的。

现参考图4，其示出一个实施例中电子系统100的操作方法400的流程图。方法400包括：在方块402中，提供介质；在方块404中，将磁头定位在介质上方；以及在方块406中，配置控制电路，其包括制备磁头以用于：在介质上以预处理图案写入第一预处理磁道，以及通过磁头耦合预处理图案以在设备上显示，以从第一预处理磁道的第一磁道间间隔在介质上写入预处理后的数据磁道，其中磁头定位在第一方向上。

产生的方法、过程、装置、设备、产品和/或系统为直接、成本高效、简单、高度通用、精确、灵敏和有效的，并且其能够通过调整已知部件实施，以用于现成、有效和经济的制造、应用和使用。实施例的另一个重要方面为其有益地支持和提供降低成本、简化系统以及增加性能的历史趋势。

因此实施例的这些和其他有用方面将技术状态推进到至少下一个层次。

尽管已经结合具体细节描述对实施例进行了描述，应当理解的是，鉴于前述描述，许多替代方案、修改和变化对本领域技术人员是明显的。因此，其旨在包括落入所包括的权利要求范围内的所有该类替代方案、修改和改变。本文提出的或者在随附附图中示出的所有方面被解释为说明性和非限制性含义。

Claims (23)

1.一种具有介质制备机制的装置，所述装置包括：

介质；

所述介质上方定位的磁头；以及

控制电路，其经配置以使所述磁头的飞行高度被调整并且被配置为使所述磁头：

在所述介质上以预处理图案写入第一预处理磁道，以不同于用于写入数据磁道的所述磁头的飞行高度的飞行高度写入所述预处理图案，以及

以从所述第一预处理磁道的第一磁道间间隔在所述介质上写入所述数据磁道，其中所述磁头位于第一方向上。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制电路进一步被配置为以所述第一磁道间间隔将所述磁头定位在所述第一方向上，其中所述第一磁道间间隔小于数据磁道宽度。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制电路进一步经配置以使所述磁头，以从所述第一磁道间间隔的第二磁道间间隔在所述介质上写入第二预处理磁道，其中所述磁头位于所述第一方向上。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制电路进一步经配置以使所述磁头通过写在所述第一预处理磁道的一部分上的所述数据磁道在所述介质上形成预处理后的带。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述磁头包括以下项中的一个：叠瓦式磁记录磁头即SMR磁头和常规磁记录磁头即CMR磁头。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，包括写入换能器的所述磁头比数据磁道宽度宽。

7.一种制造装置的方法，所述方法包括：

提供介质；

提供磁头，所述磁头被配置为定位在所述介质上方；以及

配置控制电路，包括制备所述磁头，以用于：

在所述介质上以预处理图案写入第一预处理磁道，所述预处理图案包括交流电图案即AC图案并且以与用于写入预处理后的数据磁道的磁头的飞行高度不同的飞行高度被写入，以及

通过所述磁头耦合所述预处理图案，以从所述第一预处理磁道的第一磁道间间隔在所述介质上写入所述预处理后的数据磁道，其中所述磁头位于第一方向上。

8.根据权利要求7所述的方法，其中以所述第一磁道间间隔在所述介质上写入所述预处理后的数据磁道包括以小于数据磁道宽度移动所述磁头。

9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：

在所述介质上写入第二预处理磁道，其中所述磁头以从所述第一磁道间间隔的第二磁道间间隔定位在所述第一方向上；以及

通过所述磁头的单个写入换能器耦合所述预处理图案。

10.根据权利要求7所述的方法，其中写入所述预处理后的数据磁道包括在所述第一预处理磁道的一部分上形成预处理后的带。

11.根据权利要求7所述的方法，其中写入所述第一预处理磁道包括写入宽于数据磁道宽度的所述第一预处理磁道。

12.根据权利要求7所述的方法，其中所述磁头包括以下中的一个：叠瓦式磁记录磁头即SMR磁头和常规磁记录磁头即CMR磁头。

13.一种操作装置的方法，所述方法包括：

将磁头定位在介质上方；

调整用于写入预处理图案的所述磁头的飞行高度处于不同于用于写入用户数据的所述磁头的飞行高度的飞行高度；

在所述介质上以所述预处理图案写入第一预处理磁道；以及

在第一方向上，以从所述第一预处理磁道的第一磁道间间隔将所述用户数据写入所述介质上的数据磁道。

14.根据权利要求13所述的方法，写入所述数据磁道包括以小于数据磁道宽度移动所述磁头。

15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括在所述介质上写入第二预处理后的磁道，其中所述磁头以从所述第一磁道间间隔的第二磁道间间隔定位在所述第一方向上，以及通过所述磁头的单个写入换能器耦合所述预处理图案。

16.根据权利要求13所述的方法，其中写入所述数据磁道包括在所述第一预处理磁道的一部分上形成预处理后的带。

17.根据权利要求13所述的方法，其中写入所述第一预处理磁道包括写入宽于数据磁道宽度的所述第一预处理磁道。

18.根据权利要求13所述的方法，其中以所述预处理图案写入所述第一预处理磁道包括写入交流电图案，即AC图案。

19.根据权利要求13所述的方法，所述方法包括：

基于与所述装置相关的环境变量，确定是否预处理所述装置中的介质；以及

响应于确定应当执行所述介质的预处理：

将所述磁头定位在所述介质上方，其包括调整用于写入所述预处理图案的所述磁头的所述飞行高度处于不同于用于写入用户数据的所述磁头的所述飞行高度的所述飞行高度，

在所述介质上以所述预处理图案写入所述第一预处理磁道，以及

在所述第一方向上，以从所述第一预处理磁道的所述第一磁道间间隔将所述用户数据写入所述介质上的所述数据磁道。

20.根据权利要求19所述的方法，其中确定是否预处理所述介质包括检查用于控制所述预处理的覆盖标记。

21.根据权利要求20所述的方法，其中检查所述覆盖标记包括基于正设置的所述覆盖标记的状况阻止写入所述第一预处理磁道。

22.根据权利要求20所述的方法，其中检查所述覆盖标记包括基于正重置的所述覆盖标记的状况允许写入所述第一预处理磁道。

23.根据权利要求19所述的方法，其中与所述装置相关的所述环境变量包括以下中的一个或更多个：所述飞行高度、当前温度、海拔或相对湿度。