CN111435599A - 磁盘驱动器及用于磁盘驱动器的记录方法 - Google Patents

Abstract

至少一个实施方式提供一种磁盘驱动器，其记录质量可以得到改善。根据一个实施方式，磁盘驱动器包括：磁盘；磁头，其构成为从所述磁盘读取数据和/或向所述磁盘写入数据；信号处理电路，其构成为将要记录到所述磁盘上的数据转换为写信号，并且将所述写信号输出至所述磁头，所述磁头生成与所述写信号相应的记录磁场；以及记录控制电路，其构成为控制所述信号处理电路和所述磁头来利用具有第一频率的记录磁场在所述磁盘的目标记录区域记录第一数据，并且利用具有高于所述第一频率的第二频率的记录磁场在所述第一数据上写入与所述第一数据不同的第二数据。

Description

磁盘驱动器及用于磁盘驱动器的记录方法

本申请基于并要求2019年1月15日提交的日本专利申请2019-004726号的优先权，其全部内容通过引用而包含于此。

技术领域

本发明的实施方式涉及磁盘驱动器及用于磁盘驱动器的记录方法。

背景技术

在以硬盘驱动器(HDD)为代表的磁盘驱动器领域中，正在推进高密度化和大容量化。

为了实现高记录密度，正在开发用于降低磁化反转所需的记录磁场强度的辅助记录技术。

微波辅助磁记录(MAMR)是一种通过向磁盘施加高频磁场来降低磁化反转所需的记录磁场强度的辅助记录技术。

热辅助磁记录(TAMR)是一种通过加热磁盘来降低磁化反转所需的记录磁场强度的辅助记录技术。

发明内容

实施方式提供了一种可以改善记录质量的磁盘驱动器。

根据一个实施方式，磁盘驱动器包括：磁盘；磁头，其构成为从所述磁盘读取数据和/或向所述磁盘写入数据；信号处理电路，其构成为将要记录到所述磁盘上的数据转换为写信号，并且将所述写信号输出至所述磁头，所述磁头生成与所述写信号相应的记录磁场；以及记录控制电路，其构成为控制所述信号处理电路和所述磁头来利用具有第一频率的记录磁场在所述磁盘的目标记录区域记录第一数据，并且利用具有高于所述第一频率的第二频率的记录磁场在所述第一数据上写入与所述第一数据不同的第二数据。

附图说明

图1是示出根据一个实施方式的磁盘驱动器的结构例的图；

图2是示出根据一个实施方式的磁盘的结构例的图；

图3是示出根据第一实施方式的磁盘驱动器的功能结构例的图；

图4A～4C是示出根据一个实施方式的基础记录数据模式(base-recording datapattern)和要写入的数据的例子的图；

图5是示出用于确定劣化阈值的方法的例子的流程图；

图6A～6C是示出在写操作的每个阶段存储在磁盘上的数据的配置例的图；

图7是示出根据第一实施方式的磁盘驱动器的写操作的例子的流程图；

图8是示出根据一个实施方式的错误率和覆写(overwrite)特性之间的关系的图；

图9是示出比较例的错误率和覆写特性之间的关系的图；

图10是示出根据第二实施方式的磁盘驱动器的功能结构例的图；

图11是示出根据第二实施方式的磁盘驱动器的写操作的例子的流程图；而且

图12是示出根据第三实施方式的磁盘驱动器的写操作的例子的流程图。

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(第一实施方式)

以下，参照附图对第一实施方式进行说明。

参照图1对本实施方式的磁盘驱动器1的结构例进行说明。本实施方式的磁盘驱动器1具有高频磁场辅助功能，只要能够降低磁化反转所需的记录磁场强度，可以使用任意类型的辅助记录技术。如图1所示，本实施方式的磁盘驱动器1具有磁盘11和磁头12。

磁盘11装附于主轴马达(SPM)13的旋转轴并一体旋转。在本实施方式中，为了简单起见，磁盘11的数量被描述为一个，但是磁盘11的数量可以是两个以上。当设置两个以上的磁盘11时，磁盘11被装附成沿着SPM13的相同旋转轴方向以预定间隔堆叠并一起旋转。在本实施方式中，磁盘11是被应用垂直磁记录技术的磁记录介质，根据该技术，磁场被垂直地施加于磁盘11的表面。

磁头12安装在臂14上。臂14和音圈马达(VCM)16构成致动器。致动器通过绕旋转轴15旋转驱动VCM16来控制安装在臂14上的磁头12，以使其在磁盘11的径向上移动至磁盘11的指定磁道63，这将在后面描述。在磁盘11的表面上方设置由磁头12和臂14构成的头单元。每个头单元根据被分配给其的头编号来进行管理。

当SPM13被旋转驱动并且磁盘11旋转时，磁头12从面对的磁盘11的表面浮起到预定高度，并且被保持在预定高度。通过磁盘11的旋转和VCM16的驱动，磁头12被移动到磁盘11上的任意位置。

磁头12包括读取头17和写入头18。读取头17是用于再现(读取)磁盘11表面上的数据的磁头。写入头18是用于垂直地产生施加到磁盘11的表面的记录磁场并在磁盘11上记录(写入)数据的磁头。写入头18包括自旋转矩振荡器(STO)19。STO19产生频率接近磁盘11的磁性层的共振频率的高频磁场，并将其局部地施加到磁盘11的磁性层。被施加高频磁场的磁盘的磁性层发生共振，磁盘表面的矫顽力(Hc)降低。另外，在具有热辅助功能或光辅助功能来代替STO19的磁盘驱动器中，也可以降低磁盘表面的矫顽力(Hc)。

磁盘驱动器1包括控制磁盘驱动器1的组件的控制电路20。控制电路20经由为磁盘驱动器1设置的用以连接到外部的接口27与主机系统28(例如个人计算机)进行通信。控制电路20响应于来自主机系统28的命令来控制磁盘驱动器1的组件。磁盘驱动器1的组件是设置在磁头12上并执行读/写操作的读取头17、写入头18和STO19、以及移动磁头12相对于磁盘的位置的SPM13和VCM16等。

控制电路20包括前置放大器21、读/写通道(R/W通道)22、硬盘控制器(HDC)23、数字信号处理器(DSP)24、微处理单元(MPU)25以及存储器26。

前置放大器21向写入头18发送与从R/W通道22提供的写数据相应的写信号。前置放大器21进一步放大从读取头17输出的读信号，并向R/W通道22发送。前置放大器21包括STO驱动控制装置，其产生用于驱动STO19的驱动信号。

R/W通道22是信号处理电路，并且向前置放大器21输出通过对从HDC23传送来的写数据进行编码而得到的写信号。R/W通道22调整写信号，从而调整要施加到磁盘11的记录磁场的频率。R/W通道22向HDC23输出通过对从读取头17输出的读信号进行解码而获得的读数据。

HDC23通过接口27与主机系统28进行通信，并控制磁盘驱动器1和主机系统28之间的读/写数据的发送。HDC23响应于主机系统28的命令来控制磁盘驱动器1的组件。

DSP24控制SPM13和VCM16，以控制磁盘11的旋转和磁头12的位置。DSP24对从R/W通道22获得的伺服信息进行解调，以获得磁头12的位置信息。

MPU(微处理单元)25是包括微处理器的磁盘驱动器1的主控制电路。MPU25对HDC23从主机系统28接收的命令进行分析，监视磁盘驱动器1的状态，并且控制磁盘驱动器1的组件。MPU25进行后述的磁盘11的信号质量检测。当在信号质量检测中确定为信号质量劣化时，MPU25控制磁盘驱动器1的组件，以便在磁盘11上记录将在后面描述的基础记录数据模式，并且在基础记录数据模式上写入从主机系统28发送来的数据。基础记录数据模式是预先记录在被写入要记录的数据的区域中的数据模式。通过以叠加在基础记录数据模式上的方式对要记录的数据进行记录，可以提高要记录的数据的记录质量。

存储器26是用作存储由MPU25执行的各种处理的程序和各种管理信息的区域、缓冲区域、高速缓存区域等的存储装置。

接下来，参照图2对根据本实施方式的磁盘11的结构例进行说明。

磁盘11设置有伺服区域53，该伺服区域53中被写入用于定位磁头12的伺服信息。伺服信息例如是突发信号(burst signal)。根据信号的幅度，可以计算磁道63的中心和磁头12之间的相对位置关系。换句话说，利用伺服信息计算磁头12距磁道63的中心的位置和距离。作为示例，图2示出了径向配置的伺服区域53。

磁盘11在径向上以预定间距设置有同心磁道63。作为示例，图2示出了设置有九个磁道63a～63i的磁盘11。

在每个磁道63上，连续地形成大量扇区61。图2示出了设置于最外侧磁道63i中的扇区61(扇区61a～61h)的一部分。每个扇区61具有其中的数据可以被自由地重写(rewrite)的磁区域。

连续的扇区61作为簇(cluster)62被共同管理。例如，扇区61a～61d作为簇62a被管理，扇区61e～61h作为簇62b被管理。

相邻磁道63作为区(zone)64被共同管理，该区64是同心分割区域。例如，磁道63a～63c作为区64a被管理，磁道63d～63f作为区64b被管理，并且磁道63g～63i作为区64c被管理。

读/写操作期间的参数能够以簇62为单位、以磁道63为单位、以区64为单位或以其它单位来管理。

接下来，参考图3对根据每个实施方式的磁盘驱动器1的功能结构例进行说明。

MPU25被编程有操作时间测量单元31。操作时间测量单元31测量磁盘驱动器1的累积操作时间，并确定是否经过了质量检测间隔(Delt_T)的时间。

Delt_T的累积操作时间和所执行的记录质量检测被保存在操作时间测量单元31中，并且在确定经过时间(elapsed time)时被参考。

MPU25还被编程有质量指数测量单元32。质量指数测量单元32是质量指数测量电路，其控制磁盘驱动器1的组件，以便在记录质量检测中将检测数据记录在稍后描述的检测区域52中，在每个磁头12的辅助功能被启用和禁用时测量各个信号质量指数，并且将它们记录在存储器26的稍后描述的信号质量指数区域中。作为信号质量指数的一个例子，可以使用错误率(error rate)。这里，错误率例如是指在读数据中发生错误的几率。作为信号质量指数，可以使用任何指数来确定记录质量由于读取重试次数、STO19的元件的电阻值、覆写特性、信号/噪声比(SN比)以及辅助功能的劣化而劣化。

MPU25还被编程有运算比较单元33。运算比较单元33计算当每个磁头12的辅助功能被启用和禁用时的信号质量指数之间的差，并且将该差与存储在存储器26中的劣化阈值(稍后将描述)进行比较，以确定辅助功能是否劣化。

MPU25还被编程有记录控制单元34。记录控制单元34控制磁盘驱动器1的组件，以便在磁盘11上记录基础记录数据模式(其将在后面参考图4描述)，并且在基础记录数据模式上写入从主机系统28发送的数据。

存储器26设置有记录质量检测程序区域41，用于存储用于在记录质量检测中控制组件的记录质量检测程序。MPU25根据存储在存储器26中的记录质量检测程序来执行记录质量检测。

存储器26设置有用于存储每个磁头12的信号质量指数和劣化阈值的信号质量指数劣化阈值区域42。在本实施方式中，在记录质量检测的各阶段，信号质量指数和劣化阈值被存储在信号质量指数劣化阈值区域42中，并且在写操作的各阶段被参考，以确定各磁头12的可靠性。

存储器26设置有检测数据区域43，用于存储在记录质量检测中要记录于检测区域52(稍后将描述)的检测数据。

如图3所示，磁盘11设置有用户区域51、检测区域52以及伺服区域53。

用户能够在用户区域51中记录数据。用户区域51可以存储用户数据(记为用户数据区域54a)、基础记录数据模式(记为数据模式区域55)或没有数据(记为覆写区域56)。

覆写区域56是在用户区域51中没有存储用户数据或基础记录数据模式的区域，并且可以记录新数据。例如，记录不需要保留的数据的扇区61(例如61a～61h)也被确定为覆写区域。覆写区域56可以通过每个簇62(62a、62b)或每个磁道63(63a～63i)被管理。在数据不被写在基础记录数据模式上的正常写操作中，数据被直接记录在覆写区域56中，并且覆写区域56被视为用户数据区域54a。另一方面，在根据本实施方式的写操作中，基础记录数据模式被记录在覆写区域56中，并且用户数据被记录在覆写区域56所记录的基础记录数据模式上。因此，记录基础记录数据模式的覆写区域56被视为数据模式区域55，并且当数据模式区域55被用户数据覆写时，覆写区域56被视为用户数据区域54b。

用户数据被写在基础记录数据模式上的用户数据区域用54b来表示，并且数据通过正常写操作记录的用户数据区域用54a来表示，在正常写操作中，数据没有被写在基础记录数据模式上。

检测区域52是用于记录要在记录质量检测期间使用的检测数据的区域。检测区域52例如设置在磁盘11的最外侧的区，但是检测区域52的配置不限于此。另外，当存在能够在检测期间写入/擦除数据的区域时，不需要设置检测区域52。例如，当在磁盘驱动器1的磁盘11上设置用于临时存储要记录的数据的介质高速缓存区域(media cache area)时，介质高速缓存区域可用作检测区域52。

伺服区域53是写入用于定位磁头12的伺服信息的区域。

接下来，参考图4对根据实施方式的基础记录数据模式和要写入的数据的示例进行说明。

基础记录数据模式由磁头12记录在磁盘11的用户区域51中。由磁头12产生的记录磁场的频率可以对于每个目标记录区域(磁道63和区64)从最小值变为最大值(最高频率)。这里，记录磁场的频率是每单位时间记录磁场的方向反转的次数，并且在某区64中设置的记录磁场的最高频率是1位信号可以记录在该区64中的频率。基础记录数据模式以频率低于在目标记录区域中设定的记录磁场的最高频率的记录磁场被记录。

当由磁头12产生的记录磁场的频率变高且记录磁场的方向反转的速率变高时，磁盘11的磁性层的磁化方向反转的速率变高，并且磁性层的磁化方向反转的间隔变短。

换句话说，在磁盘11的区域中设定记录磁场中的最高频率意味着磁性层的磁化方向反转的间隔(最短磁化反转间隔)被设定为磁盘11的该区域的最小值。例如，在记录区域中设定的最短磁化反转间隔是在记录区域中的1位的长度。此外，记录基础记录数据模式的磁性层的最短磁化反转间隔比在目标记录区域中设定的最短磁化反转间隔长。最短磁化反转间隔是连接磁化方向以最短间隔反转的同一磁道63上的两个点的同一圆周线上的距离。

基础记录数据模式例如是具有相同长度的连续信号“0”和“1”如图4A所示那样重复的模式。简单地提及“模式”，其意味着具有相同波形的信号被重复。图4A示出了具有30位的周期的模式的示例，其中配置了15位的信号“1”和15位的信号“0”。当图4A所示的基础记录数据模式被记录在磁道63上时，具有相同波形的信号以30位的间隔重复地出现在所记录的数据中。当图4A所示的基础记录数据模式被记录在磁道63上时，最短的磁化反转间隔是15位的长度。

基础记录数据模式例如可以是图4B所示的具有不同长度的连续信号“0”和“1”被重复的模式。图4B示出了具有80位的周期的模式的示例，在该周期中，具有15位、15位、10位、10位、20位以及20位的长度的交替信号“1”和“0”以该顺序配置。当图4B所示的基础记录数据模式被记录在磁道63上时，具有相同波形的信号以80位的间隔重复地在所记录的数据中出现。当图4B所示的基础记录数据模式被记录在磁道63上时，最短的磁化反转间隔是10位的长度。

图4C是示出通过转换数据而获得的写信号的一部分的示例，该数据是通过R/W通道22要写在基础记录数据模式上的数据。如图4C所示，写信号以各种间隔反相，但是该信号以最短间隔1位反相。当图4C所示的写数据被记录在磁道63上时，最短磁化反转间隔是1位的长度。如上所述，基础记录数据模式的最短磁化反转间隔被设定为比要写入该区域的数据的磁化反转间隔长。

这里，作为示例，描述了将基础记录数据模式记录到磁盘驱动器1，在磁盘驱动器1中，基于将为每个扇区61所属的区设定的最高频率来调整施加到每个目标记录扇区61(可以替代地使用每个簇62或磁道63)的记录磁场的频率。

对于这种磁盘驱动器，图4A所示的基础记录数据模式例如利用如下的记录磁场来进行记录，该记录磁场具有将为目标记录扇区61所属的区64设定的最高频率的1/15的频率。

通过设定用将对目标记录区64设定的最高频率除以整数值而得的固定值，可以容易地在区64中设定用于记录基础记录数据模式的记录磁场的频率。即，基础记录数据模式的最短磁化反转间隔是将在区64中设定的最短磁化反转间隔(1位的长度)的整数倍的长度(15位的长度)。

用于记录基础记录数据模式的记录磁场的频率可以通过用区64的最高频率除以整数值而容易地设定，但是记录磁场的频率也可以通过其他方法来设定。

用于记录基础记录数据模式的记录磁场不需要基于区64的最高频率来调整，可以基于在区64中设定的频率的最小值或中间值(median value)来调整。用于记录基础记录数据模式的记录磁场不必对每个目标记录区来进行调整。用于记录基础记录数据模式的记录磁场的频率可以对磁盘11上的每个目标记录簇62或对每个目标记录磁道63来改变。

当基础记录数据模式被记录时，记录磁场的频率可以不基于区64的最高频率而被固定，该频率可以在记录期间改变。例如，可以记录如图4B所示的基础记录数据模式。在这种情况下，当基础记录数据模式被记录时，施加到记录磁场的频率的最大值低于区64的最高频率。

要写在磁盘11上的基础记录数据模式上的数据响应于来自主机的写命令而改变。因此，在图4A或图4B的基础记录数据模式中，30位或80位的模式的重复次数可以根据来自主机的写命令或由写命令指示的要记录的数据而改变，但是30位或80位的模式本身不改变。

基础记录数据模式的配置、用于记录基础记录数据模式的记录磁场强度以及记录磁场的频率不限于上述示例，可考虑磁盘驱动器1的组件(诸如磁盘11和磁头12)的特性、数据编码条件、辅助功能的劣化程度等而最优地设计。

这里，描述了当STO19的功能劣化时、即劣化发生时的应用例，STO19是具有辅助功能的磁盘驱动器1的辅助元件。首先，需要确定辅助功能是否劣化，参照图5说明劣化阈值(Thr_Delt_Q(n))的确定方法。当然，使用劣化阈值(Thr_Delt_Q(n))的辅助功能的劣化的确定不仅可以应用于STO19，还可以应用于加热辅助元件或光辅助元件(light assistelement)。图5是示出根据本实施方式的用于确定劣化阈值的方法的示例的流程图。在用户开始将数据存储于磁盘驱动器1之前，例如在用户环境下的磁盘驱动器1的产品出厂阶段或设置阶段，确定劣化阈值(Thr_Delt_Q(n))。需要注意，Thr_Delt_Q(n)表示具有磁头管理编号n的磁头12(n号头)的劣化阈值(Thr_Delt_Q(n))。在下文中，符号(n)表示从n号头获得的值。这里，当数据可以被记录于磁盘11的两侧并且一个磁盘11被安装在磁盘驱动器1中时，n是例如1或2。这在安装了能够从磁盘11的一个表面读取数据和/或向其写入数据的多个头的情况下是不适用的。

在步骤S101中，质量指数测量单元32控制磁盘驱动器1的组件，以便获取记录在检测数据区域43中的检测数据，并且使得n号头在辅助功能被禁用时将检测数据记录在检测区域52中。

在步骤S102中，测量当辅助功能被禁用时的信号质量指数(QDini(n))，并将其记录在存储器26的信号质量指数劣化阈值区域42中。当用错误率作为信号质量指数时，n号头再现记录在检测区域52中的检测数据，然后前置放大器21放大再现的信号，R/W通道22输出上述输出的读信号作为解码的读数据，并且质量指数测量单元32计算读数据中出现错误的几率。质量指数测量单元32将计算出的错误率记录在存储器26的信号质量指数劣化阈值区域42中。在步骤S102中，根据用于检测的信号质量指数的类型来测量读取重试的次数、STO19的元件电阻值以及信号/噪声比。

在步骤S103中，质量指数测量单元32控制磁盘驱动器1的组件，以使得n号头在辅助功能被启用时将从存储器26的检测数据区域43获取的检测数据记录在检测区域52中。在步骤S101和S103中，可以将检测数据记录在磁盘11上的相同位置或不同位置。

在步骤S104中，与步骤S102类似地测量在辅助功能被启用时的信号质量指数(QEini(n))，并将其记录在存储器26的信号质量指数劣化阈值区域42中。

在步骤S105中，运算比较单元33计算在步骤S102中获得并保持在信号质量指数劣化阈值区域42中的在辅助功能被禁用时的信号质量指数(QDini(n))与在步骤S104中获得的在所获得的辅助功能被启用时的信号质量指数(QEini(n))之间的差(Delt_Qini(n))。Delt_Qini(n)的值通过以下公式来计算。

Delt_Qini(n)＝QEini(n)-QDini(n)

在步骤S106中，运算比较单元33将在步骤S205中获得的Delt_Qini(n)乘以预定劣化系数(Qcoef)来计算劣化阈值(Thr_Delt_Qini(n))。Thr_Delt_Qini(n)通过以下公式来计算。需要注意，Qcoef是满足0＜Qcoef＜1的值。

Thr_Delt_Qini(n)＝Delt_Qini(n)×Qcoef

对每个磁头12计算Thr_Delt_Qini。将计算出的Thr_Delt_Qini保持在存储器26的信号质量指数劣化阈值区域42中，并且在记录质量检测中参考。

可以使用通过多次测量在每个步骤中获得的劣化阈值或信号质量指数而获得的平均值或中间值来计算劣化阈值。另外，可以不以这种方式计算劣化阈值，而是将劣化阈值设为任意值。

接下来，参照图6A～6C对在第一实施方式中在写操作的每个阶段记录在磁盘11上的数据的配置进行说明。

图6A示出了在写操作之前记录在磁盘11上的数据的配置示例。作为一个例子，图6A示出了覆写区域56被配置在磁道63a～63d上，用户数据区域54被配置在磁道63e和63f上，并且检测区域52被配置在最外侧的磁道63i上。

图6B示出了当基础记录数据模式被记录在图6A的磁道63d上时记录在磁盘11上的数据的配置示例。通过覆写基础记录数据模式，磁道63d从覆写区域56变更为数据模式区域55。

图6C示出了当数据被记录在记录图6B的基础记录数据模式的磁道63d上时存储在磁盘11上的数据的配置示例。通过写入数据，磁道63d从数据模式区域55变更为用户数据区域54。

参照图7对根据第一实施方式的磁盘驱动器1在数据记录中的操作进行说明。

图7是示出根据第一实施方式的磁盘驱动器1在数据记录中的写操作的示例的流程图。首先，使用具有辅助功能的HDD的记录操作的示例来说明该操作。这里，将正常写操作描述为使用辅助记录功能的操作。在图7的步骤S201～S208的各步骤中，进行用于检查磁头12的辅助功能的劣化的记录质量检测。

在步骤S201中，主机系统28指示磁盘驱动器1通过接口27和HDC23在磁盘11上记录数据。HDC23从主机系统28向MPU25发送写命令。MPU25加载记录在存储器26中的记录质量检测程序，并开始记录质量检测。

在步骤S202中，操作时间测量单元31获取磁盘驱动器1的累积操作时间，并确定是否从先前的记录质量检测开始经过了质量检测间隔(Delt_T)的时间。例如，通过将质量检测间隔(Delt_T)设定为一个小时，并且参考磁盘驱动器的操作时间，可以每小时执行一次记录质量检测。用于执行记录质量检测的定时不限于每小时。当在步骤S202中确定没有经过Delt_T的时间时，处理进入到步骤S211。当在步骤S202中确定已经过了Delt_T的时间时，处理进入到步骤S203。

在步骤S211中，n号头使用辅助功能执行用于将从主机系统28发送来的数据记录在指定区域中的正常写操作，并终止(terminate)该操作。

在步骤S203中，质量指数测量单元32控制磁盘驱动器1的组件，以便获取记录在检测数据区域43中的检测数据，并且使得n号头在辅助功能被禁用的情况下将检测数据记录在检测区域52中。在步骤S101和S203中，检测数据被记录在磁盘11上的完全相同的位置。在步骤S203中，在与步骤S101相同的条件下执行记录。

在步骤S204中，测量当辅助功能被禁用时的信号质量指数(Qd(n))并将其记录在存储器26的信号质量指数劣化阈值区域42中。获取信号质量指数的方法与步骤S102类似。

当使用错误率作为信号质量指数时，n号头再现记录在检测区域52中的检测数据，前置放大器21放大被再现的信号，R/W通道22输出上述输出的读信号作为解码的读数据，质量指数测量单元32计算读数据中出现错误的几率。质量指数测量单元32将计算出的错误率记录在存储器26的信号质量指数劣化阈值区域42中。

在步骤S205中，质量指数测量单元32控制磁盘驱动器1的组件，以使得n号头在辅助功能被启用时将从存储器26的检测数据区域43获取的检测数据记录在检测区域52中。在步骤S103和S205中，检测数据被记录在磁盘11上的相同位置。步骤S205与步骤S203的不同之处在于，STO19通过前置放大器21的STO驱动控制装置被驱动，并且高频磁场与记录磁场一起被施加。

在步骤S206中，测量在辅助功能被启用时写入检测区域52的信号质量指数(Qe(n))，并将其记录在存储器26的信号质量指数劣化阈值区域42中。获取信号质量指数的方法与步骤S204类似。

在步骤S207中，运算比较单元33计算在步骤S204中获得并保持在信号质量指数劣化阈值区域42中的在辅助功能被禁用时的信号质量指数Qd(n)与在步骤S206中获得的在辅助功能被启用时的信号质量指数Qe(n)之差Delt_Q(n)。Delt_Q(n)通过以下公式来计算。

Delt_Q(n)＝Qe(n)-Qd(n)

在步骤S208中，运算比较单元33将在步骤S207中获得的信号质量指数之差(Delt_Q(n))与保持在信号质量指数劣化阈值区域42中的劣化阈值(Thr_Delt_Qini(n))进行比较，来确定n号头的辅助功能是否劣化。STO元件的特性劣化和前置放大器21中设置的STO驱动控制装置的劣化也被确定为n号头的辅助功能的劣化。当在步骤S208中满足Delt_Q(n)＜Thr_Delt_Q(n)时，确定n号头的辅助功能没有劣化，并且处理进入到步骤S212。当在步骤S208中满足Delt_Q(n)＞Thr_Delt_Q(n)时，确定n号头的辅助功能已劣化，并且处理进入到步骤S209。根据所使用的信号质量指数的类型，相应地设定Delt_Q(n)和Thr_Delt_Q(n)的大小与辅助功能的劣化确定的关系。

在步骤S212中，n号头执行用于将数据记录在磁盘11的指定区域中的正常写操作，并终止该操作。

在步骤S209中，记录控制单元34控制磁盘驱动器1的组件，以使得n号头将基础记录数据模式记录在磁盘11的用于记录数据的区域中。

在步骤S210中，记录控制单元34控制磁盘驱动器1的组件，以使得n号头将数据写在磁盘11所记录的基础记录数据模式上。通过在基础记录数据模式上记录数据，由具有劣化了的辅助功能的磁头12记录的数据的记录质量得到改善。

在步骤S208中，当对于一个磁头12确定满足Delt_Q(n)＞Thr_Delt_Q(n)时，用于所有磁头12的处理可以进入到步骤S209，并且所有磁头12可以在用于记录数据的区域中记录各自的基础记录数据模式。

如果磁盘驱动器1具有用于测量电阻值或错误率以确保每个磁头12的可靠性的自动监视分析及报告技术(SMART)，则可以与这些测量同时执行记录质量检测。

需要注意，上述的记录质量检测可以在磁盘驱动器1的出厂前执行，即在制造时执行。

用于检测记录特性的检测区域52被设置在使用辅助记录方法的磁盘驱动器1的磁盘11上。在辅助功能劣化之前的时间，例如，在制造时，将检测数据记录在检测区域52中，并且测量在辅助功能被启用和禁用时的信号质量指数。基于信号质量指数来确定每个磁头12的劣化阈值(Thr_Delt_Q)。劣化阈值按每个磁头12被区分，并且被记录在存储器26的信号质量指数劣化阈值区域42中。

每当磁盘驱动器1的累积操作时间增加预定时间(Delt_T)时，对每个磁头12执行记录质量检测。在记录质量检测中，按每个磁头12将检测数据记录在检测区域52中，并且测量信号质量指数。运算比较单元33根据测量到的信号质量指数，计算信号质量指数之间的差(Delt_Q)。

当信号质量指数(Delt_Q)之间的差大于预定劣化阈值(Thr_Delt_Q)时，运算比较单元33确定磁头12的辅助功能已劣化。当确定辅助功能已劣化时，记录基础记录数据模式，并且在基础记录数据模式上写入数据。

当信号质量指数(Delt_Q)之间的差小于劣化阈值(Thr_Delt_Q)时，运算比较单元33确定磁头12的辅助功能没有劣化。当确定辅助功能没有劣化时，数据被记录在磁盘11的指定区域中，并且执行正常的写操作。

参照图8和图9对由于在数据记录之前记录的基础记录数据模式而带来的记录质量改善的效果进行说明。图8是本实施方式的磁盘驱动器1记录数据时的散点图(scatterdiagram)。在该图中，在纵轴上绘制扇区错误率(SER)的对数值，在横轴上绘制覆写特性(OW)的值。图9是在比较例中的磁盘驱动器记录数据时的散点图。在该图中，SER的对数值绘制在纵轴上，OW的值绘制在横轴上。

这里，OW是表示记录性能的指数，以dB表示，其表示当新信号被写在旧信号上时旧信号的擦除残留(erasure residue)的程度。OW可以用于确定磁盘11的写入难度、磁头12的写入能力等。OW随着记录磁场的频率和写电流而变化。由于信号的擦除残留可能导致错误，所以存在SER随着OW的降低而增加的相关性。SER是通过在磁盘11上记录数据或从磁盘11再现数据并用发生了错误的扇区61的数量除以再现扇区61的数量而获得的错误率之一。为了确定错误是否以扇区61为单位发生，具有1位错误的扇区61被确定为错误。SER的值越低，磁盘驱动器的记录质量越高。

在改变写电流(Iw)和改变写电流的过冲(OSA)的各个条件下，测量OW和SER 10次。作为测量条件，例如将表示写电流的稳态值的Iw设定为40mA。过冲通常意味着在矩形波(方波)的上升部分或突出波形(protruding waveform)的一部分处波形超过稳态值的现象。作为测量条件，例如将表示写入电流的最大值和在上升时显现的写电流的稳态值之差的OSA设定为40mA。

在本实施方式中，记录要成为基础的数据(旧信号)，并且以施加到目标记录区的记录磁场的最高频率的1/15的频率，在要成为基础的数据上写入基础记录数据模式。然后，在图8的散点图中绘制了当在记录基础记录数据模式的区域中写入覆写数据(新信号)时的SER和OW。

在比较例中，在图9的散点图中绘制了在记录了基础数据(旧信号)并在基础数据上写入了覆写模式(新信号)时的SER和OW。

在磁盘驱动器1的辅助功能劣化时，写能力降低。在写能力降低时，当新数据被记录在磁盘11上所记录的旧数据上时，旧数据的擦除残留增加、即OW减小，并且SER增加。

在图8和图9的散点图中，OW具有大约13dB～45dB的值。在图8和图9的散点图中，关注具有低OW值的点(由虚线方框包围的OW为13dB～29dB的部分)，其意味着辅助功能已劣化。

图9示出了OW低且SER高的点集中在OW＝20dB且logSER＝-2.8附近(由虚线椭圆包围的部分)。另一方面，图8示出了OW低且SER高的点集中在logSER＝-3.3且OW＝20dB附近。在图8中，图9中出现的由虚线椭圆包围的高SER的点消失。将本实施方式中的SER与比较例中的SER进行比较，当OW具有低的值(OW约为20dB)时，通过记录基础记录数据模式、然后在基础记录数据模式上写入数据来改善SER。

如上所述，通过在磁盘11上记录具有低记录频率的基础记录数据模式，然后写入具有比基础记录数据模式高的记录频率的数据，可以提高磁盘驱动器1的记录质量。在垂直磁记录磁盘11中，磁盘11的磁性层区域的基本矫顽力被从相邻区域接收的磁场改变。通过记录用于基础记录的基础记录数据模式，本实施方式中的磁盘11的目标记录区域的矫顽力会变小。目标记录区域的矫顽力的减小使得磁性层的磁化的反转容易，并且记录质量得以提高。

另外，当OW由于辅助功能劣化而降低时，通过在磁盘11上记录具有低记录频率的基础记录数据模式，然后写入具有比基础记录数据模式高的记录频率的数据，可以保持磁盘驱动器1的记录质量。

如上所述，第一实施方式中的磁盘驱动器在写操作之前参考磁盘驱动器1的累积操作时间，并且当从之前的记录质量检测起经过了预定时间时，执行用于磁头12的辅助功能的劣化的记录质量检测。本实施方式中的磁盘驱动器可以通过将当磁头的辅助功能被启用和禁用时的信号质量指数之差(Delt_Q)与根据辅助功能劣化之前的信号质量指数计算的劣化阈值(Thr_Delt_Q)进行比较来检测磁头12的辅助功能的劣化。

另外，当检测到辅助功能的劣化时，将基础记录数据模式记录在用于记录数据的区域中。通过将要记录的数据写在基础记录数据模式上，由具有劣化了的辅助功能的磁头12记录的数据的记录质量得到改善。基础记录数据模式的配置、用于记录基础记录数据模式的记录磁场的强度以及记录磁场的频率不限于上述示例，可以考虑磁盘驱动器1的组件(诸如磁盘11和磁头12)的特性、数据编码条件、辅助功能的劣化程度等来最佳地进行设计。

(第二实施方式)

对第二实施方式的磁盘驱动器1进行说明。

省略了与第一实施方式等同的配置、功能、操作等的说明。

在第二实施方式中，当磁头不从磁盘读取数据和/或向磁盘写入数据时，执行记录质量检测。当在记录质量检测中确定磁头12的辅助功能已劣化时，此后不执行磁头12的记录质量检测。另外，当在信号质量检测中确定辅助功能已劣化并且磁头12要记录数据时，首先记录基础记录数据模式，并且在基础记录数据模式上写入该数据。

在第二实施方式中，除了图3所示的第一实施方式中的配置之外，还设置有图10所示的信息登记单元35，该信息登记单元35通过对MPU25进行编程来实现。当磁头12的辅助功能劣化时，MPU25的信息登记单元35在存储器26的劣化头登记信息区域44中登记表示磁头为劣化头的信息。不进行被登记为劣化头的磁头12的记录质量检测。信息登记单元35确定每个磁头12是否被登记为劣化头。

第二实施方式中的劣化阈值确定方法与第一实施方式中的劣化阈值确定方法类似。

参照图11说明第二实施方式中的磁盘驱动器1的写操作。

在步骤S301中，信息登记单元35基于n号头是否被登记为劣化头来确定辅助功能是否劣化。当劣化头登记信息区域44存储有劣化头登记信息时，确定为n号头被登记为劣化头。当n号头没有被登记为劣化头时，处理进入到步骤S302。当n号头被记录为劣化头时，处理进入到步骤S307。

在步骤S302中，MPU25确定是否向磁盘驱动器1发出使用n号头的读/写操作命令。在步骤S301中，不仅可以考虑读/写操作，而且可以考虑维护操作等。当在步骤S302中发出读/写操作命令时，处理进入到步骤S310，并且n号头执行正常的读/写处理并终止操作。当在步骤S302中没有发出读/写操作命令时，处理进入到步骤S303。

在步骤S303中，操作时间测量单元31确定磁盘驱动器1的累积操作时间是否已经达到质量检测间隔(Delt_T)。当在步骤S303中确定没有经过Delt_T的时间时，操作被终止。当在步骤S303中确定已经经过了Delt_T的时间时，处理进入到步骤S304。

在步骤S304中，进行与第一实施方式中的步骤S203～S207中的记录质量检测类似的检测。即，通过辅助功能被禁用或启用的n号头将检测数据记录在检测区域52中，测量当辅助功能被禁用/启用时的信号质量指数，并且计算信号质量指数之间的差(Delt_Q(n))。

在步骤S305中，与步骤S208类似地确定n号头的辅助功能是否已劣化。运算比较单元33将在步骤S304中获得的信号质量指数之差(Delt_Q(n))与保持在信号质量指数劣化阈值区域42中的劣化阈值(Thr_Delt_Qini(n))进行比较，来确定辅助功能是否劣化。当在步骤S305中运算比较单元33确定n号头的辅助功能没有劣化(Delt_Q(n)＜Thr_Delt_Q(n))时，终止操作。当运算比较单元33在步骤S305中确定n号头的辅助功能已劣化(Delt_Q(n)＞Thr_Delt_Q(n))时，处理进入到步骤S306。

在步骤S306中，信息登记单元35将在步骤S305中确定辅助功能已劣化的n号头登记为劣化头，并将该信息存储在劣化头登记信息区域44中。

在步骤S307中，当通过接口27和HDC23从主机系统28向磁盘驱动器1发出在磁盘11上记录数据的写命令时，处理进入到步骤S308。当在步骤S307中没有发出写命令时，处理进入到步骤S311。

在步骤S308中，在记录控制单元34的指示下，n号头将基础记录数据模式记录在磁盘11上，并且处理进入到步骤S309。步骤S308中的操作与步骤S209中的操作类似。

在步骤S309中，在记录控制单元34的指示下，n号头将数据写在基础记录数据模式上，并且操作终止。通过在基础记录数据模式上记录数据，由具有已劣化的辅助功能的磁头12记录的数据的记录质量得到改善。

当在步骤S311中向磁盘驱动器1发出读命令时，处理进入到步骤S312，并且n号头执行读操作并终止操作。在步骤S311中，当没有发出读命令时，终止操作。

在第二实施方式中，通过在磁头12不从磁盘11读取数据和/或向磁盘11写入数据时执行记录质量检测，在写入操作之前不执行记录质量检测，这会缩短一系列数据写入所需的时间。

另外，一旦在记录质量检测中确定辅助功能已劣化，则此后不执行记录质量检测。在确定辅助功能已劣化之后的写操作中，基础记录数据模式被记录在磁盘11上，并且数据被写在基础记录数据模式上。

因此，在检测到辅助功能的劣化之后，可以省略不必要的记录质量检测。在第二实施方式中，通过与第一实施方式类似地在基础记录数据模式上记录数据，可以提高由具有劣化了的功能的磁头12记录的数据的记录质量。

(第三实施方式)

对第三实施方式的磁盘驱动器1进行说明。

省略了与第一实施方式及第二实施方式等同的功能、配置、操作等的说明。

在基础记录数据模式中，尽管模式重复的次数可以根据来自主机的写命令的内容而改变，但是模式本身不改变。因此，可以在接收到写命令之前将基础记录数据模式记录在磁盘11上。在第三实施方式中，当在记录质量检测中确定辅助功能已劣化时，在没有发出读/写操作命令时，将基础记录数据模式记录在覆写区域56中。

参照图12对在确定n号头的辅助功能已劣化时第三实施方式中的磁盘驱动器1的写操作进行说明。用于确定辅助功能的劣化的方法和在确定辅助功能没有劣化时磁盘驱动器1的操作与第一实施方式或第二实施方式类似，省略其说明。

在步骤S401中，MPU25确定是否向磁盘驱动器1发出使用n号头的读/写操作命令。在步骤S401中，不仅可以考虑读/写操作，而且可以考虑维护操作等。

当在步骤S401中没有发出读/写操作命令时，处理进入到步骤S402。在步骤S402中，MPU25确定在用户区域51中是否存在新的覆写区域56，该新的覆写区域56中没有记录要保持的数据和基础记录数据模式并且数据可以被新记录(newly recorded)。例如，MPU25将记录作为不必要的数据被管理的一些数据的扇区61确定为覆写区域56。可以以每个簇62或每个磁道63为单位来管理覆写区域56。当在步骤S402中不存在覆写区域56时，操作被终止。当在步骤S402中存在覆写区域56时，处理进入到步骤S403。

在步骤S403中，基础记录数据模式被记录在覆写区域56中。基础记录数据模式与第一实施方式中说明的类似。数据模式区域55通过逻辑地址被管理。在基础记录数据模式被记录在覆写区域56中之后，终止操作。当在操作完成之后没有发出读/写操作命令时，根据图12的操作步骤，将基础记录数据模式进一步记录在覆写区域56中。

当在步骤S401中从主机系统28向磁盘驱动器1发出读/写操作命令时，处理进入到步骤S404以执行读/写操作。当发出写操作命令时，被指示要写入的数据优先地记录在记录基础记录数据模式的用户区域51中。即，当磁盘驱动器1从主机系统28接收写命令时，只要在磁盘11上存在数据模式区域55和覆写区域56，就将要写入的数据写在数据模式区域55上。当磁盘驱动器1从主机系统28接收写命令时，只要在磁盘11上不存在数据模式区域55而存在覆写区域56，就将要写入的数据记录在覆写区域56中。

在第三实施方式中，当在记录质量检测中确定辅助功能已劣化时，在没有发出读/写操作命令时记录基础记录数据模式。因此，在写操作中不必记录基础记录数据模式，并且可以缩短用于记录数据的一系列操作所需的时间。在第三实施方式中，通过与第一实施方式以及第二实施方式类似地在基础记录数据模式上记录数据，可以提高由具有劣化了的功能的磁头12记录的数据的记录质量。

根据上述至少一个实施方式，通过在基础记录数据模式上记录数据，可以提供一种能够提高记录质量的磁盘驱动器和磁记录方法。

本发明的磁盘驱动器不限于上述实施方式，并且能够进行各种修改。本发明的磁盘驱动器可以使用叠瓦式磁记录(Shingled MagneticRecording)方法来记录数据，在该方法中，记录具有比磁头宽度窄的宽度的磁道。另外，图3所示的每个实施方式中的磁盘驱动器的每个组件的功能可以不由MPU实现，而是由专用硬件实现。此外，在不进行记录质量检测或者不考虑记录质量检测的结果的情况下，可以进行用于在基础记录数据模式上写入数据的操作。即，在具有辅助功能的磁盘驱动器中，可以执行用于在基础记录数据模式上写入数据的操作，而不取决于辅助功能的劣化或者不管辅助功能是否被启用/禁用。此外，在不具有辅助功能的磁盘驱动器中，可以执行在基础记录数据模式上写入数据的操作。考虑到磁盘驱动器的组件的特性、数据编码条件、辅助功能的劣化程度等，最佳地设计基础记录数据模式的配置和用于记录基础记录数据模式的记录磁场的频率。

尽管已经描述了某些实施方式，但这些实施方式只以实例的方式给出，而并不旨在限制本发明的范围。实际上，在此所述的新颖的实施方式能够以各种其它形式体现；而且，在不脱离本发明的精神的情况下，可以对在此所述的实施方式的形式进行各种省略、替换和改变。所附的权利要求及其等同旨在囊括这样的形式或修改，以落入本发明的范围和精神内。

Claims (16)

1.一种磁盘驱动器，包括：

磁盘；

磁头，其构成为从所述磁盘读取数据和/或向所述磁盘写入数据；

信号处理电路，其构成为将要记录到所述磁盘上的数据转换为写信号，并且将所述写信号输出至所述磁头，所述磁头生成与所述写信号相应的记录磁场；以及

记录控制电路，其构成为控制所述信号处理电路和所述磁头来利用具有第一频率的记录磁场在所述磁盘的目标记录区域记录第一数据，并且利用具有高于所述第一频率的第二频率的记录磁场在所述第一数据上写入与所述第一数据不同的第二数据。

2.根据权利要求1所述的磁盘驱动器，

所述记录控制电路将写数据作为输入提供给所述信号处理电路，所述信号处理电路响应于所述写数据的输入而输出使所述磁头产生具有所述第一频率的所述记录磁场的所述写信号。

3.根据权利要求1所述的磁盘驱动器，

第一长度大于在所述目标记录区域中记录1位信号的长度，所述第一长度等于要记录所述第一数据的所述磁盘的所述目标记录区域的磁性层中的磁化方向反转的间隔的距离。

4.根据权利要求1所述的磁盘驱动器，

在所述磁头没有从所述磁盘读取数据和/或向所述磁盘写入数据时，所述记录控制电路控制所述磁头在所述磁盘上记录所述第一数据。

5.根据权利要求1所述的磁盘驱动器，

所述第一数据具有基础记录数据模式。

6.根据权利要求1所述的磁盘驱动器，

所述第二数据是主机系统已经指示所述磁盘驱动器要在所述磁盘上记录的数据。

7.根据权利要求1所述的磁盘驱动器，

还包括运算比较电路，

所述磁头构成为具有降低所述磁盘的表面的矫顽力的辅助功能，

所述运算比较电路确定所述辅助功能是否劣化，

在所述运算比较电路确定所述辅助功能劣化时，所述记录控制电路控制所述磁头写入所述第一数据并且用所述第二数据覆写所述第一数据。

8.根据权利要求7所述的磁盘驱动器，还包括：

质量指数测量电路，其构成为在所述磁头的所述辅助功能被启用时测量第一信号质量指数，在所述磁头的所述辅助功能被禁用时测量第二信号质量指数；以及

存储器，其构成为存储劣化阈值，所述劣化阈值供所述运算比较电路参考以确定所述辅助功能是否劣化，

所述运算比较电路基于所述第一信号质量指数、所述第二信号质量指数以及所述劣化阈值来确定所述辅助功能是否劣化。

9.根据权利要求8所述的磁盘驱动器，

所述质量指数测量电路控制所述存储器来记录所述第一信号质量指数和所述第二信号质量指数，

所述运算比较电路计算所述第一信号质量指数和所述第二信号质量指数之差，并且将所述差与存储于所述存储器的所述劣化阈值进行比较来确定所述辅助功能是否劣化。

10.一种用于磁盘驱动器的记录方法，包括：

转换步骤，通过信号处理电路将要记录在磁盘上的数据转换成写信号，并且将所述写信号输出给磁头；

记录步骤，通过所述磁头，用具有第一频率的记录磁场将第一数据记录于所述磁盘的目标记录区域；以及

写入步骤，通过所述磁头，用具有比所述第一频率高的第二频率的记录磁场在所述第一数据上写入与所述第一数据不同的第二数据。

11.根据权利要求10所述的用于磁盘驱动器的记录方法，

要施加于所述目标记录区域的所述第二频率的最大值大于所述第一频率。

12.根据权利要求11所述的用于磁盘驱动器的记录方法，

要施加于所述目标记录区域的所述第二频率的最大值大于要施加于所述目标记录区域的所述第一频率的最大值。

13.根据权利要求10所述的用于磁盘驱动器的记录方法，

所述第一频率是通过将施加到所述目标写入区域的记录磁场的频率的最大值除以整数而获得的值。

14.根据权利要求10所述的用于磁盘驱动器的记录方法，还包括：

确定步骤，确定所述磁头的用于降低所述磁盘的表面的矫顽力的辅助功能是否劣化，

在确定所述辅助功能劣化时，用所述第二数据作为目标写入数据来执行所述转换步骤、所述记录步骤以及所述写入步骤。

15.根据权利要求14所述的用于磁盘驱动器的记录方法，还包括：

测量步骤，在所述磁头的所述辅助功能被启用时测量第一信号质量指数，在所述磁头的所述辅助功能被禁用时测量第二信号质量指数，

在所述第一信号质量指数和所述第二信号质量指数之差超过劣化阈值时，确定为所述辅助功能劣化。

16.根据权利要求15所述的用于磁盘驱动器的记录方法，还包括：

存储步骤，在所述确定步骤之前将所述劣化阈值存储于所述磁盘驱动器的存储装置。

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