CN105654967A - 实现基于噪声检测硬盘驱动中的自旋转矩振荡器上电 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于实现基于噪声检测用于微波辅助磁记录(MARM)硬盘驱动(HDD)的自旋转矩振荡器(STO)上电的方法、装置及系统。检测自旋转矩振荡器产生的低频噪声，例如10kHz和100MHz间频率范围内的噪声。将检测的(STO)噪声与预定义阈值相比较，以标识STO上电操作。

Description

实现基于噪声检测硬盘驱动中的自旋转矩振荡器上电
技术领域
本发明通常涉及数据存储领域，尤其涉及用于实现基于噪声检测用于微波辅助磁记录(MAMR)硬盘驱动(HDD)的自旋转矩振荡器(STO)上电的方法、装置和系统。
背景技术
许多数据处理应用程序要求数据长期存储，且一般要求数据高度完整。一般通过非易失性数据存储设备来满足这些需求。各种设备能够提供非易失性存储或持续性介质，最常见的是通过直接访问存储设备(DASD)，其也称作硬盘驱动(HDD)。
微波辅助磁记录(MAMR)使用自旋转矩振荡器(STO)，在磁头尖周围生成局部的微波辐射，以改进磁记录处理。使用具有高矫顽磁性的磁介质的MAMR，其无法用常规的PMR(垂直磁记录)技术记录，原则上能用于增加比特密度。就像TMR(隧道磁电阻)读元件一样，STO对ESD(静电放电)事件非常敏感，因此存在检测STO是否操作和其是否已遭受退化的需求。测量STO电阻不足以确定所述STO是否操作，因为未受损的STO和短路的STO有时具有相似的电阻。
在HDD级不可能直接测量数十GHz频率范围内发生的STO振荡。相反，提出将测量所述设备随STO偏置增加或减少而开(ON)或关(OFF)时发生的STO电阻梯级做为检测STO是否操作的方法。然而，当所述STO处于开状态时，它能过写所述磁盘上之前存在的数据，因而所述提出的电阻梯级检测方法只能用于非常短的时间，约40ns，就如从伺服区域至数据扇区或从数据扇区至伺服区域的头转换。在40ns以下检测STO电阻梯级很有挑战性，且因SNR减少，迄今实现的技术显示了有限的可检测性。另外，因为当写电流以高于数百MHz的频率振荡时电阻梯级不可见，所以写数据时不可能检测所述电阻梯级。
MAMR系统中的一个关键问题是确保所述STO振荡。没有振荡，就不存在辅助效果，以及会损害磁场轨迹因而会损害记录质量。
需要有检测用于微波辅助磁记录(MAMR)硬盘驱动(HDD)的自旋转矩振荡器(STO)上电和STO操作的有效机制。想要提供此类实现负责提供用于检测STO振荡的前置放大器和前端技术的电路技术的简单机制。
发明内容
优选实施例的方面是提供一种用于实现基于噪声检测自旋转矩振荡器(STO)上电的方法、装置及系统。优选实施例的其它重要方面是提供基本上无负面效果的此类方法、装置和系统，克服现有技术装置的某些缺点。
简言之，提供一种用于实现基于噪声检测用于微波辅助磁记录(MAMR)硬盘驱动(HDD)的自旋转矩振荡器(STO)上电的方法、装置及系统。检测自旋转矩振荡器产生的低频噪声，例如10kHz和100MHz间频率范围内的噪声。将检测的STO噪声与预定义阈值相比，以标识STO上电操作。
附图说明
根据附图所示的本发明优选实施例的以下详细描述，可以最好地理解本发明和上述及其它目标和优点，其中：
图1为示出根据优选实施例、用于实现基于噪声检测用于微波辅助磁记录(MAMR)硬盘驱动(HDD)的自旋转矩振荡器(STO)上电的系统的框图表示；
图2A和图2B分别示意性示出了根据优选实施例、用于实现基于噪声检测用于微波辅助磁记录(MAMR)硬盘驱动(HDD)的自旋转矩振荡器(STO)上电的实例装置和实例电路；
图3A和图3B分别示出了根据优选实施例、作为用于静态写电流的STO偏置的函数的STO各实例性测量的噪声及电阻梯级的实例波形；
图4A和图4B分别示出了根据优选实施例、作为用于准随机数据写电流的STO偏置的函数的STO各实例性测量的噪声和电阻梯级的实例波形；
图5A和图5B分别示出了根据优选实施例、作为用于静态写电流的STO偏置的函数的STO各实例性测量的噪声和电阻梯级的另一实例波形；
图6A和图6B分别示出了根据优选实施例、作为用于准随机写电流的STO偏置的函数的STO各测量的噪声和电阻梯级的实例波形；以及
图7为示出根据优选实施例、用于实现基于噪声检测MAMRHDD中的自旋转矩振荡器(STO)上电的实例操作的流程图。以及
图8为示出根据优选实施例的计算机程序产品的框图。
具体实施方式
在本发明实施例的以下详细描述中，参考了附图，其示出可以实现本发明的实例性实施例。要理解可以利用其它实施例，并可以做结构性改变，而不偏离本发明的范畴。
本文所用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如本文所用的，单数形式“一个”、“某个”和“所述”意指还包括复数形式，除非上下文以其它方式明示。进一步，要理解术语“包括”和/或“包含”用在这一说明书中时，指明存在特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或加上一个以上其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。
根据优选实施例的特征，提供一种用于实现基于噪声检测用于微波辅助磁记录(MAMR)硬盘驱动(HDD)的自旋转矩振荡器(STO)上电和STO操作检测的方法、装置和系统。自旋转矩振荡器产生的低频噪声，例如10kHz和100MHz间频率范围内的噪声，用于检测所述STO是否操作。处于开(ON)状态的STO所具有的噪声高于处于关闭(OFF)状态的STO，测试所述STO噪声是否高于某个阈值，有利于用于确定适当的STO操作。记录处理期间，写电流在正负值之间切换时，一直存在STO噪声，写期间使用所述STO上电检测方法是有利的。
应该理解所述优选实施例不限于10kHz和100MHz的实例性噪声频率范围。例如，可调整带通配置能用于选择想要的频率范围，其最大化用于检测所述STO是否操作的测量信噪比(SNR)。
根据所述优选实施例的特征，写期间使用的基于噪声的STO上电检测器可选地在整个数据扇区操作，例如数十微秒，与提出的基于电阻梯级的STO上电检测器截然相反，其必须在约40纳秒(ns)内操作。测量时间方面约1000的差异使得基于噪声的STO上电检测可靠多了，其具有较高的SNR。
现在参考所述附图，在图1中，示出了通常用附图标记100标示的实例系统，其根据优选实施例、用于实现监控用于微波辅助磁记录(MAMR)硬盘驱动(HDD)的自旋转矩振荡器(STO)的低频噪声及电阻的STO上电及STO操作检测。系统100包括主计算机102，存储设备104，例如硬盘驱动(HDD)104，以及主计算机102和存储设备104之间的接口106。
如图1所示，主计算机102包括处理器108、主操作系统110和控制码112。所述存储设备或微波辅助磁记录(MAMR)硬盘驱动104，包括控制器114，耦接到高速缓存存储器115，例如用闪存、动态随机存取存储器(DRAM)和静态随机存储器(SRAM)之一或组合实现的，且耦接到数据信道116。所述存储设备或硬盘驱动104包括实现所述优选实施例的自旋转矩振荡器(STO)振荡检测的读/写(R/W)集成电路(IC)117。存储设备或硬盘驱动104包括根据优选实施例的携有滑触头120的滑臂118。滑触头120在磁盘126的可写磁盘表面124上摆动，包括至少一个用于微波辅助磁记录(MAMR)的STO，例如与滑触头120集成。
根据优选实施例的特征，用于自旋转矩振荡器(STO)上电及STO操作检测的低频噪声感应控件130具有控制器114，例如以标识STO上电和适当的STO操作。在写操作期间执行所述STO上电及STO操作检测是有利的。
以足以理解本实施例的简化形式显示系统100，其包括主计算机102和MAMRHDD104。所示的主计算机102以及存储设备或HDD104并不旨在暗示架构或功能限制。本发明能够用于各硬件实现方式和系统以及其它各内部硬件设备。
根据优选实施例的特征，提供自旋转矩振荡器(STO)操作检测以标识STO振荡，用于确保稳定的MAMRHDD写操作。无STO振荡，就不会存在辅助效果，并且磁场轨迹，进而记录质量，也会受损。
现在参考图2A和图2B，它们示出了优选实施例的通常用附图标记200标示的用于实现基于噪声检测用于微波辅助磁记录(MAMR)硬盘驱动(HDD)的自旋转矩振荡器(STO)操作的实例装置，以及通常用附图标记250标示的实例STO上电及STO操作检测电路。
例如，读/写(R/W)集成电路(IC)或前置放大器117中提供有实例STO上电及STO操作检测电路250。STO上电及STO操作检测电路250有效地确定自旋转矩振荡器(STO)206是否振荡。
如图2A所示，上电及STO操作检测装置200包括记录头202，例如具有滑触头120的MAMR头202。MAMR头202包括主磁极(MP)204、自旋转矩振荡器(STO)206和写入头的尾部屏蔽208。如图所示，MAMR头202包括位置贴近主磁极MP204的线圈214、读取器216和热摆动高度控件218。MAMR头202包括MAMR头202的空气轴承表面222，其置于磁盘126的磁盘表面124附近。
根据所述优选实施例的特征，在STO上电及STO操作检测电路250的操作期间，STO206产生的低频噪声用于检测所述STO是否操作。写线圈电流源将脉冲写电流施加于写线圈204，同时施加DC偏置电流给STO206。STO上电及STO操作检测电路250执行噪声检测，提供STO噪声输出与期望电平比较，以检测STO206的开状态。在数据写期间使用STO上电及STO操作检测电路250是有利的，其检测优于用于检测STO上电的其它方法。
如图2B所示，上电及STO操作检测电路250包括由一对电感器254和256分别耦接到MAMR头202中的STO206的STODC偏置源252，具有一对电容器260、262，分别提供输入给第一差分放大器264。第一差分放大器264的差分输出施加于提供输入给第二差分放大器268的带通滤波器266。例如，带通滤波器266实现具有可调的低高频率极点的可调带通滤波器。第二差分放大器264的差分输出施加于功率检测器270，其提供的STO噪声输出与期望电平比较以检测STO上电。
应该理解，所述优选实施例不限于前述实例上电及STO操作检测电路250。各种其它检测电路能够用于检测自旋转矩振荡器产生的噪声，其与期望电平比较以检测STO上电。
现在参考图3A和图3B，分别示出了根据优选实施例、作为STO偏置电压的函数的、通常用附图标记300标示的测量的噪声及通常用附图标记310标示的STO的电阻梯级的相应实例的实例波形。例如，所示的波形300、310用于静态写电流，例如等于20mA的静态写电流Iw。随着所述STO偏置增至70mV以上，所述STO电阻突然增加，表明所述STO已上电，如图3B所示。在STO上电期间，所述低频噪声(10kHz-100MHz)显示出大峰值是因随机电信(telegraph)噪声(STO在闭与开状态之间跳跃)，如图3A所示。当所述STO偏置远高于STO上电阈值时，所述噪声减少，并在高于STO闭状态期间测量的噪声的数值处维持恒定。根据使能STO上电及STO操作检测电路200的有效操作的优选实施例，这一数据表明所述电阻梯级与增加的低频噪声之间的关联。
现在参考图4A和图4B，分别示出根据优选实施例、作为STO偏置电压的函数的、通常用附图标记400标示的测量的噪声及通常用附图标记410标示的STO的电阻梯级的相应实例的实例波形。例如，记录准随机数据时，所示的波形400、410用于在正负值之间切换的写电流。所示的波形400、410显示为用于写电流，其为具有振幅23mA的伪随机比特流(PRBS)模式。在图4B中，不再能看出所述电阻梯级，但相反随着所述STO偏置增至70mV之上，电阻图410中斜率稍有变化。如图4A所示，所述噪声功率看上去与图3A及图3B所示的静态写电流Iw不同，但在70mV处清晰可见噪声开始增加。在20us内获取图4A所示的噪声数据，其可与典型的HDD中数据扇区的持续时间相比，证明了低频噪声有利于用于检测STO上电及STO操作检测电路200的STO上电使能有效操作这一概念。假如在写操作期间，STO上电检测器电路200未指示已正确上电所述STO，那么能够采取步骤重写数据或重新优化所述STO偏置。对于图4A中的数据，假如所述STO操作点被选择在90mV，并在集成的噪声电平50定义STO开阈值，则易于实现STO操作的精确检测。
现在参考图5A和图5B，分别示出了根据优选实施例、作为STO偏置电压的函数的、通常用附图标记500标示的测量的噪声及通常用附图标记510标示的STO电阻梯级的相应实例的另一实例波形。例如，相对图3A和图3B中的波形300、310，所示的波形500、510用于静态写电流，例如等于20mA的静态写电流Iw。例如，波形500、510示出了用等于20mA的常量Iw测量电阻和噪声时，在如图5A所示上电所述STO所需的电压增加、如图5B所示电阻梯级的大小减少的情况下，所述STO退化后的操作，以和图3A及图3B中的波形300、310比较梯级大小及位置。
现在参考图6A和图6B，分别示出了根据优选实施例、作为STO偏置电压的函数的、通常用附图标记600标示的测量噪声及通常用附图标记610标示的STO的电阻梯级的相应实例的另一实例性波形。例如，相对所示的用于作为具有振幅23mA的伪随机比特流(PRBS)模式的写电流的波形400、410，所示的波形600、610用于当记录准随机数据时在正负值之间切换的写电流。在图6A及图6B中，波形600、610所示的STO损害严重于波形500、510所示的STO退化。
在图6A和图6B中，更严重的损害后，在静态测量时无法看出所述STO梯级，而在写电流Iw等于PRBS的情况下，所述噪声在波形600中变得几乎全平。在130mV仍能看到小噪声峰值，这暗示仍有某种STO活动，但在图6A的波形600中，高于和低于130mV的噪声功率非常相似。使用上面为90mV的操作点和噪声电平50处的阈值所定义的准则，所述STO检测器清楚地确定在图6A中，所述STO未正确上电。假如损害不严重，类似于图5A和图5B中，重新优化所述偏置及阈值将允许HDD104继续操作，但图6A和图6B所示的严重损害将意味着HDD的寿命(EOL)结束。
现在参考图7，显示了根据优选实施例说明通常用附图标记700标示的用于实现基于噪声检测MAMRHDD中自旋转矩振荡器(STO)上电的实例性操作的流程图，其始于框702。如框704所示，测量低频噪声，例如10kHz-100MHz的STO噪声，并在数据写期间优选地测量所述STO的电阻。接着，如框706所示，将测量的低频STO噪声与预定义的阈值比较。如框708所示，测量的高于所述阈值的低频噪声用于检测STO上电操作。如框710所示，测量的低于所述阈值的低频噪声用于标识STO退化，并执行对STO偏置及阈值的重新优化，允许HDD继续操作。
现在参考图8，示出了优选实施例的制造产品或计算机程序产品800。计算机程序产品800包括计算机可读记录介质802，例如软盘、形式为光读高密度磁盘或CD-ROM的高容量只读存储器、磁带或另一相似的计算机程序产品。计算机可读记录介质802在介质802上存储程序部件或控制码804、806、808、810，用于在图1的系统100中，根据优选实施例执行用于实现用于MAMR硬盘驱动的自旋转振荡器(STO)上电及STO操作检测的方法。
所述记录的程序部件或控制码804、806、808、810定义的一个以上相关模块的程序指令序列或逻辑组件、直接HDD控制器114分别使用系统100的自旋转矩振荡器(STO)电路250，在优选实施例的MAMRHDD操作期间监控STO上电及STO操作。
虽然参考了附图所示的本发明实施例的细节来描述本发明，但这些细节并不旨在限制所附的权利要求中所请求保护的本发明的范围。

Claims (20)

1.一种用于实现基于噪声检测为微波辅助磁记录(MAMR)硬盘驱动(HDD)的自旋转矩振荡器(STO)上电的方法，包括：
检测自旋转矩振荡器产生的预定义低频率噪声；以及
将所检测的STO噪声与预定义阈值相比较，以标识STO上电操作。
2.如权利要求1所述的方法，其中检测自旋转矩振荡器产生的预定义低频噪声包括：检测所述自旋转矩振荡器在10kHz和100MHz间频率范围内产生的噪声。
3.如权利要求1所述的方法，其中检测自旋转矩振荡器产生的预定义低频噪声包括：施加静态写电流。
4.如权利要求1所述的方法，其中检测自旋转矩振荡器产生的预定义低频噪声包括：施加用于数据写的在正负值之间的脉冲写电流。
5.如权利要求1所述的方法，其中检测自旋转矩振荡器产生的预定义低频噪声包括：施加直流(DC)偏置电压给所述自旋转矩振荡器(STO)。
6.如权利要求1所述的方法，将所检测的STO噪声与预定义阈值相比较以标识STO上电操作包括：标识检测到的高于所述预定义阈值的STO噪声以标识STO上电操作。
7.一种用于实现基于噪声检测用于微波辅助磁记录(MAMR)硬盘驱动(HDD)的自旋转矩振荡器(STO)上电的装置，包括：
控制器；
至少一个磁盘，所述磁盘包括用于存储数据的磁盘介质；
自旋转矩振荡器(STO)，用于微波辅助磁记录(MAMR)；
自旋转矩振荡器(STO)上电检测电路，包括：
噪声检测器，用于检测自旋转矩振荡器产生的预定义低频噪声，以及
比较器，耦接到所述噪声检测器，用于将所检测的STO噪声与预定义阈值比较，以标识STO上电操作。
8.如权利要求7所述的装置，包括：非暂时性计算机可读介质上存储的控制码，以及其中所述控制器使用所述控制码标识STO上电和STO操作。
9.如权利要求7所述的装置，包括：耦接到滑触头的读/写集成电路(IC)，所述滑触头包含所述自旋转矩振荡器(STO)；所述读/写集成电路(IC)中具有所述噪声检测器和所述比较器。
10.如权利要求7所述的装置，包括：所述噪声检测器检测所述自旋转矩振荡器在可调整频率范围内产生的噪声，其具有包含可调整的低高频率极点的滤波器。
11.如权利要求7所述的装置，包括：所述噪声检测器在写操作期间检测所述自旋转矩振荡器产生的噪声。
12.如权利要求7所述的装置，包括：直流(DC)偏置源，其施加DC偏置电压给所述自旋转矩振荡器(STO)。
13.如权利要求7所述的装置，包括施加静态写电流的写电流源。
14.如权利要求7所述的装置，包括施加用于数据写的、在正负值之间的脉冲写电流的写电流源。
15.一种用于实现基于噪声检测自旋转矩振荡器(STO)上电的系统，包括：
微波辅助磁记录(MAMR)硬盘驱动(HDD)，所述MAMRHDD包括控制器；
至少一个磁盘，所述磁盘包括用于存储数据的磁盘介质；
用于微波磁记录(MAMR)的自旋转矩振荡器(STO)；
自旋转矩振荡器(STO)上电检测电路，包括：
噪声检测器，用于检测自旋转矩振荡器产生的预定义低频噪声，以及
耦接到所述噪声检测器的比较器，用于将所检测的STO噪声与预定义阈值相比较，以标识STO上电操作。
16.如权利要求15所述的系统，包括非暂时性计算机可读介质上存储的控制码，以及其中所述控制器使用所述控制码标识STO上电和STO操作。
17.如权利要求15所述的系统，包括耦接到滑触头的读/写集成电路(IC)，所述滑触头包含所述自旋转矩振荡器(STO)；以及所述读/写集成电路(IC)实现所述噪声检测器和将所检测的STO噪声与预定义阈值相比较以标识STO上电操作的所述比较器。
18.如权利要求15所述的系统，包括施加DCSTO偏置电压给所述自旋转矩振荡器(STO)的STO偏置源。
19.如权利要求15所述的系统，其中所述噪声检测器检测自旋转矩振荡器在可调整频率范围内产生的预定义低频噪声。
20.如权利要求15所述的系统，其中所述噪声检测器在写操作期间检测自旋转矩振荡器产生的预定义低频噪声。
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