CN1118816C - 磁性媒体记录中写入前补偿用的装置 - Google Patents

Abstract

一个被记录在磁性媒体上的数据信号的写前补偿用的装置，该装置有一个接收输入数据信号的输入端和提供被记录输出信号的输出端，一个积分器/限幅器电路，其接收输入数据信号并供给一个输出信号，该输出信号与数据信号同步且它的幅度作为时间的函数在数据信号中呈现信号转变的位置上实质上线性地变化，它的幅度在数据符号间隔内被限幅；一个可调滤波器，其接收输入信号并供给一个输出信号，该输出信号的瞬时值取决于在数据信号中前面的和将来的信号转变的模式；一个比较器电路，其通过积分器/限幅器电路的输出信号与滤波器的输出信号比较产生输出信号，在该输出信号中输入数据信号的至少有些信号转变可以及时被移位。本发明的一个重要方面是对于输出信号dt，可以获得任意数目的所希望的时间移位，而不是象以前的技术那样只能从有限数目的延迟值中加以选择。

Description

磁性媒体记录中写入前补偿用的装置

本发明涉及被记录在磁性媒体上的数据信号的写前补偿用的装置，该装置有一个接收输入数据信号的输入端和提供被记录输出数据信号的输出端，在这些输出数据信号中至少有一些信号转变相对于输入数据信号中相应的信号转变产生了延迟。

在磁性媒体上数据的高密度记录中，当出现某种数据模式时产生非线性位移位。这些位移位主要由去磁效应分量分隔机制(componentseparation mechanism)所致，即由于磁性媒体“反对”位流中符号颠倒的记录，特别是当许多相同符号的位在一个相反符号的位之前时。这个效应表现为一个符号颠倒被记录得太迟或太早，作为所记录的那些位的结果，它们分别地太短或太长。一个记录位长度的如此不准确性是根本不希望有的，特别是在高记录和读出密度情况下，因为在读出信号中位检测的可靠性因此被大大降低。

众所周知，所说的效应通过使用写前补偿至少可以部分地预防，这就是说，所记录的符号颠倒根据前导位数目的位被提前或延迟。亦已知道，为此目的仅考虑最末的前导位，称之为一阶预补偿，或考虑最末两个前导位，称之为二阶预补偿。最近，也有人建议应用三阶预补偿。

US-A-4,607 295描述包括一个横向滤波器的装置，利用该装置根据两个前导位的符号决定不延迟所记录的位，或以第一固定延迟或第二固定延迟来记录这个位。

US-A-4,964107描述-个装置，利用该装置根据两个前导位的符号决定是否延迟所记录的位。这里，所选择的延迟也取决于数据被记录在磁盘上的位置，为此目的，可以从8个延迟值中进行选择。

最后，US-A-4,325241描述了一个写前补偿装置，其中由电容构成的一个积分器的输出电压与三个电压值相比较。根据三个电压值中的哪一个等于积分器电压，被记录的位不延迟，或被延迟第一个时间，或被延迟第二个时间。

这些已知写前补偿装置的缺点是它们仅允许对非线性位移位的补偿选择非常有限的延迟数目，可是在这种情况下对仅仅非常有限的前导位数目进行修正。

在数据在磁性媒体上的高密度记录中，除了所说的非线性位移位之外，所发生的另一个效应是所谓“部分擦除”。部分擦除可能在下列场合发生，其时最小宽度的一个位元被记录，即由于符号颠倒两边搭接的一个位元，也称为转变(transition)，并可解释为由于这些边界的不准确，位元两边的边界部分重迭的结果。由于部分擦除的结果，一个所记录的位不能被正确检测，或者由于磁化减弱甚至根本不能检测。

在Dean Palmer、John Hong，David Stank和Roger Wood的文章“Characterization of the Read/Write Process for Magnetic Recording(磁记录读/写过程的特征)”(刊于IEEE Trans.on Magnetics，Vol.31，No.2，March 1995，pp.1071-1076)中，提出通过移动与一个单个最小宽度的位元相连的两个转变，使相互离开一小的距离，来减轻部分擦除的影响。利用在所说的文章中提出的方法，事实上已查明，在连续的位a_k-2，a_k-1，a_k和a_k+1之间是否有转变以及根据所检测的转变模式，与位元a_k相连的转变的移位被确定。这个方法的实际实施是相当复杂的。

引起非线性位移位的第三个影响的根源在于记录信道的有限带宽。转变在信号被记录在磁性媒体上所用的写头中产生磁场稍稍慢的变化。在磁场强度超过一给定门限值之前，不发生媒体磁化的换向，同时不影响转变的记录。在高数据速度下，对一个信号转变的总响应延伸许多位间隔，因而影响许多后来的位的转变的记录。实际上已经发现，这个影响可以导致转变以相互位置为标准被移位一位间隔的20％或更多。

本发明的目的在于改进已知的技术，更具体地说，提供一个装置，其通过利用以允许方便地集成的简单方式进行预补偿能使引起非线性位移位的目前已知的全部或至少部分影响被实质上消除。

为这一目的，本发明提供一个在开始段落中所定义的那种类型的装置，其特征在于一个积分器/限幅器电路，其接收输入数据信号并供给一个输出信号，该输出信号与数据信号同步且它的幅度作为时间的函数实质上线性地变化，幅度在数据符号间隔内被限幅；一可调滤波器，其接收输入信号并供给一输出信号，该输出信号的瞬时值取决于在数据信号中前面的和/或将来的信号转变的模式；一个比较器电路，其通过积分器/限幅器电路的输出信号与滤波器的输出信号的比较产生输出信号，在该输出信号中输入数据信号的至少有些信号转变可以及时被移位。

下面将参照下列附图详述本发明：

图1a-1g说明非线性位移位如何产生；

图2用图示出部分擦除效应；

图3a-3c说明由带宽限制所引起的位移位；

图4是按照本发明的一个装置的方块图；

图5是按照本发明的装置的一个实施例的方块图；以及

图6a-6d是在图5所示装置中所用的积分器/限幅器电路的输入和输出波形以及比较器的输出波形的波形图。

三个效应能导致非线性位移位，同时能利用按照本发明的写入预补偿装置减轻三个效应，为了解释这三个效应，首先参照图1，2和4简述这三个效应。

首先描述由去磁效应引起非线性位移位的效应，即当在先导符号间隔中波产生转变时，所记录的一个信号转变(下称转变)被延迟记录。相反，当在先导符号间隔中出现转变并在上面提到的间隔前面的符号间隔中没出现转变时，转变被过早地记录。

图1a示出符号值作为时间函数的一个参考图形，其中没有移位出现，因为转变十分规则地呈现。符号标记为a_k+j，其中j＝-n……-1，0，1……n。考虑从a_k至a_k+1转变的移位。应当指出，为清楚起见，在图1b-1d中位移位已被夸大了。

图1b示出a_k-1≠a_k+1的情况。转变往右移动了时间值t_s1，因为在具有第一个位值的符号的一个“长”的周期之后，至另一个第二位值的转变被磁性媒体反向，因此被延迟记录。所要求的预补偿数字上可表示为d_t＝-(a_k+1a_k-1)t_sj。

图1c示出a_k-2≠a_k的情况。作为这个的结果，转变被往左移动了第二个时间值t_s2，因为在具有第一个位值的符号的一个“长”的周期之后，磁性媒体更容易因此更早地记录从第二个位值返回到第一个位值的转变。所要求的预补偿可表示为d_t＝(a_ka_k-2)t_s2。

图2用图示出部分擦除如此产生。部分擦除主要发生在记录于薄膜媒体上的情况，其主要原因在于具有相反磁性的区域挨得太近致使相互影响产生去磁效应。相邻位元之间的边界线定义一个转变，其具有如图中所示的锯齿形。

当位元的宽度减小时，一个位元的锯齿形边界可能相互重迭，如图2中D所示，因而该位元将仅有一个受限制的磁性。部分擦除仅产生在位元具有最小宽度的情况，即两个相邻位元具有相反的极性，因此a_k+1＝-a_k＝-a_k+2。已经知道，通过移动与一最小宽度的位元相连的转变，使之相互离开一个量t_s0，特别在远低于奈奎斯特速度的数据频率上对部分擦除进行部分补偿，这样一来在图2中D处所示的边界重迭被消除。为此目的，最小宽度位元的第一个转变应当被提前，最小宽度位元的第二个转变应被延后。

提前从a_k到a_k+1的第一个转变，仅当a_k-1≠a_k+1才是合理的，如图1b所示，因为否则最小宽度位元a_k的宽度应被减小。因此，为此所要求的预补偿可以被表示为d_t＝-(a_k+1a_k-1)t_s0。这个预补偿可以与上文所述的对图1b中移位ts1的预补偿具有相同的结构。

延后最小宽度位元的后一个转变，例如如图1d所示的从a_k至a_k+1的转变，仅当a_k≠a_k+2才是合理的，如图1d所示，因为否则最小宽度位元a_k+1的宽度应被减小。因此，为此所要求的预补偿可以被表示为d_t＝(a_k+2a_k)t_s0。

对刚描述的效应所要求的总的预补偿基本上是单个贡献的线性组合，因此被给出如下：

d_t＝(a_k+2a_k)t_s0-d_t＝(a_k+1a_k-1)(t_s1+t_s0)+(a_ka_k-2)t_s2       (1)

通常的做法是利用在字母表示{-1，1}中的NRZ数据符号b_k。这些例如与数据符号a_k按照b_k＝2a_k-1关系相关，因此如果a_k＝0，则b_k＝-1，以及如果a_k＝1，则b_k＝1。采用b_k和a_k之间的这个关系，可以很容易看出，(a_k+1a_k)＝(1-b_k-jb_k+j)/2，因而式(1)可以改为：

dt＝0.5[t_s2-t_s1]-0.5b_k+2b_kt_s0+0.5b_k+b_k-1(t_s0+t_s1)-0.5b_kb_k-2t_s2  (2)

项0.5[t_s2-t_s1]代表一恒定延迟，它以后被忽略，因为只有以相互位置为标准的转变移位才是有关。因为dt代表b_k和b_k+1之间转变的移位，它保持在b_k+1＝-b_k，因而在扔掉恒定延迟0.5-[t_s2-t_s1]之后，d_t可以写成

dt＝0.5b_k+1[b_k+2t_s0+b_k-1(t_s0+t_s1)+b_k-2t_s2]                       (3)

现在参照图3描述由记录信道有限带宽引起的非线性位移位。图3a示出把数据记录在磁性媒体上的记录信道的概略表示。NRZ数据信号b_k被示于图3b中，它被加至前放21，并经由具有一已知电感的连接22，加至一个写头23。由写头23所产生有磁场Hg被示于图3c。由于滞后效应的缘故，只有在磁场强度Hg超出门限值H_th时才颠倒媒体24的磁化M。这就是说，事实上在图3b的b_k中转变的记录通过在后一瞬间上的磁场的换向产生一个实际的磁记录。此外，当后来的数据转变出现时，场强Hg变化的滞后将常常导致Hg达不到它的最终值，这引起在Hg对这些后来的转变响应时的干扰。如R.Wood，M.Williams和J.Hong的文章“Considerations for High-data-Rate Recording with thin-FilmHeads(用薄膜头高数据速率记录的研究)”(IEEE Trans.Magn，Vol.26，No.6，PP.2954-2959，Nov-1990)中所述，这个干扰导致类似上面所述的去磁效应的位移位。在高数据速率下，这个干扰可能复盖几个符号间隔。按照式(3)的描述，这个大的存储器长度要求b_k-2前面的位也应当贡献于预补偿。所要求的总的预补偿因此具有如下结构：

dt＝b_k+1[b_k+2c₀+b_k-1c₁+b_k-2c₂+b_k-3c₃…]    (4)

式中C₀，C₁，C₂，C₃等代表加权系数，它定义由位b_k+2，b_k-1，b_k-2，b_k-3……引起的非线性位移预补偿的程度。通常，为完整性起见，这些加权系数是非负数。

dt值的上述描述与为了达到位移位的一阶和二阶预补偿所要求的时间移位的文献中通常的描述不一样，在文献中位移位以ε₁和ε₂表示。然而，可以证明，在一方面ε₁和ε₂以及ts₁和ts₂之间，另一方面ε₁和ε₂与ts₁和ts₂之间有直接关系。这将参照图1e-1g来说明。对于ε₁和ε₂的经常使用的描述，可以参见D.Palmer，P.Ziperovick，R.Wood和T.D.Howell的文章“Identification of Nonlinear Write Effects UsingPseudorandom  Sequences”(IEEE Trans.Magn.Vol.MAG-23，No.5，pp.2377-2379，Sept.1987)，尤其是附录。

图1e示出对于一个NRZ信号b_k+1＝ε(-1，1)从b_k至b_k+1的一个转变，该转变将在下面研究。另外，使用转变符号q_k+1，其具有：

q_k-1＝ε(-2，0，2)，其中q_k＝b_k-b_k-i           (5)

由式(5)可以导得对一个上升转变q_k＝+2，当没有转变时q_k＝-2和q_k＝0。

图1e说明描述一阶位移位ε₁的通常的方法，它假定一个恒定信号b_k+1＝-1或+1，而一个信号符号b_k具有的符号间隔长度具有与恒定信号相反的值。

图1f说明描述二阶位移位ε₂的通常的方法，其基于恒定信号b_k+1＝-1或+1，而两个符号b_k和b_k-1具有的符号间隔长度都具有与恒定信号相反的值。

可以推出，时间移位ε₁的补偿据此要求的一个预补偿Δ1

另外，可以得到ε₂的预补偿遵照的公式：

因此所要求的总的预补偿为： ${\mathrm{\Δ}}_1=-{\mathrm{\ϵ}}_1\frac{q_{k+1}{q}_k}{4}$ ${\mathrm{\Δ}}_2=-{\mathrm{\ϵ}}_2\frac{q_{k+1}{q}_{k-1}}{4}$

由式(5)和式(6)可得

$=-\frac{q_{k+1}}{4}\{{\mathrm{\ϵ}}_1{b}_k-({\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_2)b_{k-1}-{\mathrm{\ϵ}}_2{b}_{k-2}\}$ $=C+\frac{q_{k+1}}{2}\{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_2}{2}{b}_{k-1}+\frac{{\mathrm{\ϵ}}_2}{2}{b}_{k-2}\}$ 式中 $C=\frac{{-\mathrm{\ϵ}}_1}{4}\left(q_{k+1}{b}_k\right)$

和在转变情况下q_k+1b_k＝-2。

应用于所有转变的恒定预补偿c＝ε1/2可以被忽略，只有以相互位置为标准的转变移位才是有关的。

因为当有转变时q_k+1＝2b_k+1，因此它保持q_k+1/2＝b_k+1，因而在抛弃常数c之后，它保持 $\mathrm{\Δ}=b_{k+1}\{b_{k-1}\frac{({\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_2)}{2}+b_{k-2}\frac{{\mathrm{\ϵ}}_2}{2}\}$

事实上，这个表达式的结构与式(4)相同，其中式(4)中的C₁和C₂可以看作为(ε₁-ε₂)/2和ε₂/2。

按照式(4)的预补偿可以被实现，例如利用如图4所示的横向滤波器。

这个滤波器包括四个延迟级，每级将加到输入端的信号延迟一个位间隔。延迟级可能包括例如以已知方式串联连接的触发电路11-15，它们由与位间隔同步的时钟信号同步。

信号b_k+2至b_k-3呈现在触发电路11-15的各个输入端和输出端。触发器11的输出信号被经由一个乘法器16加至一个求和电路20，在乘法器16中，信号b_k+2与加权系数c₀相乘。同样，触发器13的输出信号b_k-1利用乘法器17与加权系数C₁相乘，触发器电路14的输出信号b_k-2利用乘法器19与加权系数c₂相乘，触发器15的输出信号b_k-3利用乘法器19与加权系数c₃相乘。乘法器17、18和19的输出信号也被加至求和电路20。

因此，如果加权系数是正确的，则在求和电路20的输出端上可得到一个信号dp，它可以为所有目前已知的非线性位移位提供补偿信号。为了实现按照式(4)的实际补偿，这也要求与-b_k相乘以及一个由dp与-b_k相乘的结果决定的可变延迟。按照本发明，这两个步骤由按照图5的电路中的较简单的等效操作来替代。这里，图4的横向滤波器被图示成方块30。这也说明，虽然横向滤波器是获得一个适当信号dt的一个实际和方便的解决方案，但其它解决方案也是可能的。例如，模拟滤波器、RAM滤波器或表滤波器(table filter)也可以用作滤波器30。RAM滤波器或表滤波器根据位序列bk+j的变化可提供一个dt的预定的值。这样的滤波器的一个附加优点是它也能补偿引起位移位的其它效应。另外，使用不同滤波器类型的组合也是可能的。本专业技术人员显然明白，在目前情况下如何实现RAM滤波器或表滤波器(tablefilter)。

图5进一步示出一个积分器/限幅器电路31，如图6a所示的被记录数据信号bk+1被加至积分器/限幅器电路31的输入端，积分器/限幅器电路31的输出端提供在图6b中所示的信号，这个信号与数据信号同步，但其中的转变每个被实质上线性地上升或下降的倾斜所替代。为了选择倾斜，即积分常数，十分重要的是，在数据信号的单一位周期内达到最大值，即限幅值V0，以确保对具有仅一个位周期的持续时间的信号也获得所希望的梯形形状。这意味着在数据信号具有较高时钟频率的情况下，电路31中信号的倾斜应较陡。这可以实现，例如通过将积分电路与产生时钟信号的电路以下述方式耦合，即经由与积分电路匹配的电路，一个较高的时钟频率导致一个较短的积分时间常数。

积分器/限幅器31的输出信号被加至比较器32的一个输入端，比较器32的另一个输入端接收滤波器30的输出信号，该信号示于图6c中。对于每个符号间隔，滤波器30的输出信号与来自电路32的信号相比较，当两个信号相等时，比较器输出反相，这样一来在输出信号中产生一个转变。前面提到的dp与信号b_k+1相乘隐含地完成，因而积分器/限幅器电路的输出信号具有上升数据转变的正斜率和下降数据转变的下降斜率，由此在比较器输出端上的信号呈现具有正确极性的时间移位。图6d示出比较器32的这个输出信号b′_k+1，它是一个具有与图6a中数据信号类似的位模式但其中在必要处转变已移位以补偿非线性位移位的信号。如果希望的话，在比较器之前可以确定限幅器与滤波器的输出信号之间的差别，由此得到的信号利用比较器接着与参考信号相比较。

如果利用图5所示的电路，也应能补偿由部分擦除引起的非线性位移位，位b_k+2应在滤波器30上获得，如上所述，在积分器/限幅器电路处理位b_k+1的瞬间，即积分器/限幅器电路的输出信号应当相对于滤波器30的输入信号被延迟。通过在积分器/限幅器电路31去路中包括一个延迟级33，这是有可能的，延迟级33将加至这个电路的信号延迟一个时钟信号周期。如果部分擦除效应的影响很大，那么至积分器/限幅器电路31的信号也可以被延迟许多个时钟周期以确保信号bk+3、bk+4等也可获得。滤波器30则应包括另一个延迟级和乘法器，以便在每个这些信号被加到求和电路20之前能被加权。

综上所述，本发明的一个重要方面是对于输出信号dt，可以获得任意数目的所希望的时间移位，而不是象以前的技术那样只能从有限数目的延迟值中加以选择。信号dt可以是离散幅度的但也可以是模拟的。

Claims (11)

1.一个被记录在磁性媒体上的数据信号的写入前补偿用的装置，该装置有一个接收输入数据信号的输入端和提供被记录输出数据信号的输出端，在这些输出数据信号中至少有不规律转变相对于输入数据信号中相应的信号转变被延迟，其特征在于一个积分器/限幅器电路，其接收输入数据信号并供给一个输出信号，该输出信号与数据信号同步且它的幅度作为时间的函数实质上线性地变化，幅度在数据符号间隔内被限幅；一个可调滤波器，其接收输入信号并供给一输出信号，该输出信号的瞬时值取决于在数据信号中前面的和/或将来的信号转变的模式；一个比较器电路，其通过积分器/限幅器电路的输出信号与滤波器的输出信号比较产生输出信号，在该输出信号中输入数据信号的至少有些信号转变可以及时被移位。

2.如权利要求1的装置，其特征在于积分器/限幅器电路的信号路径括将输入数据信号延迟至少一个数据符号间隔的装置。

3.如权利要求1或2的装置，其特征在于，滤波器包括一个横向滤波器，按以下公式操作：

Dt＝b_k+1[b_k+2c₀+b_k-1c₁+b_k-2c₂+b_k-3c₃…]

其中b_k+1，b_k+2，b_k-1，b_k-2，b_k-3…是NZR信号；c₀，c₁，c₂，c₃等代表加权系数，定义由b_k+2，b_k-1，b_k-2，b_k-3等引起的非线性位移预补偿的程度表示。

4.如权利要求2的装置，其特征在于为了确定在数据信号中从符号b_k至符号b_k+1的信号转变中的时间移位，采用符号b_k+1，b_k-1和b_k-2，其中b_k+j＝∈(+1，-1)。

5.如权利要求3的装置，其特征在于为了确定在数据信号中从符号b_k至符号b_k+1的信号转变中的时间移位，采用符号b_k+1，b_k-1和b_k-2，其中b_k+j＝∈(+1，-1)。

6.如权利要求2的装置，其特征在于滤波器包括一个表滤波器

7.如权利要求3的装置，其特征在于滤波器包括一个表滤波器

8.如权利要求2的装置，其特征在于滤波器包括一个随机访问存储器滤波器。

9.如权利要求3的装置，其特征在于滤波器包括一个随机访问存储器滤波器。

10.如权利要求2的装置，其特征在于滤波器包括一个模拟滤波器。

11.如权利要求3的装置，其特征在于滤波器包括一个模拟滤波器。

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