CN1167539A - 使用匹配滤波器用于在应用磁致电阻磁头的硬盘驱动器中确定磁头定位器微动的方法 - Google Patents

使用匹配滤波器用于在应用磁致电阻磁头的硬盘驱动器中确定磁头定位器微动的方法 Download PDF

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Abstract

确定运用磁致电阻(MR)变换器磁头组件和部分响应(PRML)检测器的磁盘驱动器的微动参数包括在测量磁道上信号强度中采用匹配滤波器技术的改进的精度。匹配滤波器包括用于模拟希望由预记录在选择磁道上的选择的测试位模式产生的部分响应信号的电路。匹配滤波技术当它提供一个集中在测试位模式频率的非常窄的数字滤波器时在测量检测的信号强度中提供了改进的精度。改进的微动距离的确定还包括测量来自相邻磁道的干扰，最好的误差率在微动位置为最大磁道上信号强度和最小磁道外干扰的中间值处得到。一个用于精确地测量相邻磁道干扰的新型数字检测器也公布了。

Description

使用匹配滤波器用于在应用磁致电阻磁头的硬盘 驱动器中确定磁头定位器微动的方法
本发明涉及数字数据存储设备，尤其涉及在磁盘驱动器中确定微动参数的改进的方法和装置，该磁盘驱动器应用了一个MR变换器组件配合诸如PR4ML读通道，或者判决反馈均衡(DFE)读通道的数字采样类型的读通道。
应用旋转的磁或光介质盘片的数据存储设备用于数字数据的大容量，低成本存储是公知的。这样的盘片典型地包含大量的同心数据磁道位置，每个磁道位置能够存储有用的信息。存储在每个磁道的信息被移动在同心磁道之间的变换器磁头组件存取。这样的存取过程典型地分为两种操作。第一，要完成“寻道”操作以将变换器组件大概定位在包含要被恢复的数据的磁道上，第二，“磁道跟踪”操作为当从那里读数据时保持变换器与磁道精确对准。当数据被变换器磁头组件写到一个盘片的特定的磁道时，这两种操作也就完成了。
变换器磁头组件实际的定位典型地由一个在旋转的执行机构组件一端支撑变换器组件的旋转执行机构组件来完成。在执行机构组件的另一端是一个执行机构电机，例如一个音圈电机，它使得执行机构组件围绕一个中心定位轴旋转并因此移动变换器磁头组件到磁盘上。控制电路控制执行机构电机使得磁头组件精确地定位在磁盘的中心磁道中。典型地，执行机构电机形成一个连续可定位的系统(伺服系统)部分，使得应用一个闭环伺服电路来控制变换器组件相对于磁盘上磁道的位置。根据变换器组件从磁盘读出的伺服信息伺服系统连续的调节执行机构组件的位置。
在大容量磁盘驱动器诸如那些公布在美国专利5,235,478和5,073,833，的变换器磁头组件中典型地包含两个变换器，一个用于从磁盘读信息而另一个用于写信息到磁盘。读变换器是一个磁致电阻磁头而写变换器是一个感应磁头。在本领域已知一个磁致电阻磁头比一个感应磁头对于记录的磁通量转换更加敏感。所以磁致电阻磁头的应用使得磁道密度比使用感应磁头来读和写数据到磁盘的磁盘驱动器相关的磁道密度要大大增加。
由于磁头实际的布置，两个磁头典型地线性布置在一个滑块上，一个磁头在另一个磁头的后面，在两个磁头之间具有相当小的间隙。另一方面，两个磁头中每一个的中心线相互间有一个相当小距离的横向偏移。如下面要解释的，当从读到写，或从写到读操作切换时，这样一个偏移可以用来使得执行机构组件必须在中心线之间移动或“微动”的径向距离减至最小。在其上安装有磁头的滑块形成安装在执行机构组件一端的变换器磁头组件的一部分。
一般来说，如上描述的磁头布置在写宽读窄的磁头布置中是已知的。特别地，感应写磁头大约为标称磁道宽度(磁道间距)的四分之三(3/4)。另一方面，磁致电阻读磁头大约为感应写磁头宽度的80％。
使用一个在旋转的执行机构组件上具有两个有间距分离的变换器磁头的变换器磁头组件的一个缺点是，当变换器磁头组件被相对于同心的磁道定位时，在变换器磁头之间的扭斜角变得明显了。特别是如果当一个在另一个后面的变换器磁头完全对准在磁盘外径附近一给定的磁道上，当变换器磁头组件移向磁盘的内径时，变换器磁头相对于一个基准的磁道变得“扭斜”或偏移。为了补偿这个效应，两个磁头要互相有横向偏移。结果，两个磁头典型地只对准在选择的记录介质的内径和外径的半径中间值，并且当磁头组件在离开选择的半径的两个方向上移动时变得偏移或扭斜。对于总的磁头得到的偏移在磁盘的内径处可以达到+30％，而在磁盘的外径处可达到-30％。
为了进一步补偿这个扭斜角，采用一个特殊的电路在寻道和跟踪操作期间来协调读和写功能。在寻道操作期间，读磁头用来读记录在磁盘每个磁道中嵌入的伺服信息。伺服信息被记录在一个或多个“伺服扇区”。这个伺服信息通知执行机构控制电路变换器磁头组件正在通过的特定磁道数以及磁头与特定的数据磁道相对对准。
一旦找到所需的磁道，为了移动执行机构结构使位置误差信号(PES)减至最小并由此精确地保持读磁头与所选择的数据磁道中心对准，在一个闭环伺服控制执行机构的音圈电机内采用由读磁头读取的伺服信息。PES没有必要确定为零。相反，伺服移动磁头到所需的磁道位置，由合适的微动距离调整。因此，在数据读操作期间读磁头可以读取在每个伺服扇区后存在的一个或多个数据段的数据。
如上所述，由于磁头是沿着一个弧形定位，而不是沿着一个直的径向线定位，所以旋转执行机构固有地导致表现为磁头结构和同心数据磁道之间的一个扭斜角。另外，由于在数据变换器磁头结构内串联排列的单独的写和读元件，在写元件和读元件之间更大的扭斜角或偏移可以出现在任何特定的径向磁道位置。如果数据写磁盘操作是在数据段完成的，该数据段后面是在磁道中读元件，写间隙将从磁道中心线相对磁头扭斜偏移一个量，并且为了使写磁头与磁道中心线对准，执行机构组件必须移动一个距离，称之为“微动距离”。
以这种方式，当一个伺服扇区在写操作的开始被计数时，读元件从一个伺服扇区内读磁头位置信息，并且伺服控制环路确定微动距离。然后变换器磁头组件微动以使写元件在写操作执行之前对准磁道中心线。微动距离在制造期间就确定了并存储在磁盘驱动器中。对于磁盘(或多个磁盘)的每个磁道，或至少在各种径向位置所选择的磁道是可以确定的。
Chi的美国专利No.4,802,033公布了测量和记录安装在磁盘驱动器系统的共同支撑点上的感应记录和磁致电阻读磁头之间的“磁道方向几何差异”或微动的方法和装置。根据这个参考资料，一些非特定的“测试信号”首先被记录在一个参考磁道。开始读磁头标称地定位到参考磁道上，一个微处理器控制器采用逐次逼近法来确定最大的重放信号强度。特别是，磁头位置伺服以四分之一磁道的分辨率增加磁头的位置。在每一个新的位置，微处理器将检测的信号强度与先前记录的信号强度相比较以确定是否有改善。磁头在改善的信号强度方向上移动一个附加的增量，并且如果检测的信号强度降低时移动回另一方向。以这种方式，采用四分之一磁道的分辨率检测最大检测信号强度位置并且这个信息被存储为以后作为偏压或偏移使用来控制磁头定位。
′033参考材料没有考虑在重放电子设备中噪声的影响，特别是没有考虑当进行所述“几何差异自校准例行程序”时记录在相邻磁道上的数据的影响。信号强度检测器的特性并不是特别的，不用说明它是一个包络检测器。寻址微动问题的不同方法由Meyer在最近的美国专利No.5,257,149中提出。Meyer展示了一些双间隙磁头的详细结构并认识到磁头偏移和扭斜问题。由Meyer提议的解决方案为在介质的每个数据域提供两个地址域。第一个地址域与数据磁道的读域对准，并且被用于读操作期间。第二个地址域是从数据磁道偏移并被用于写操作期间。在写数据到磁盘表面之前，一个磁盘控制器发出一个“读取写地址域”命令。这导致磁头偏移使得写地址域被读取。由于这个地址域已经从数据磁道偏移，所以磁头不用进一步微动写操作就能进行。虽然这种方法减少了与重新定位磁头相关的延迟，但由于需要双倍的地址域它浪费了大量的介质区域。
采用测量读通道自动增益控制环路的增益作为横向位置的函数来确定一个MR元件读和写磁头之间的微动距离也是公知的。最小增益的位置假设对应于最大检测的信号强度。然而，这种方法的精度是有限的，因为测量的信号强度由于噪声的影响不是直接对应于读/写磁头偏移--特别是相邻的磁道信息--以及以后要解释的响应读磁头的非线性。此外，用于估计检测信号的幅度的滤波器带宽太宽并允许噪声进入微动参数的估计值。噪声降低了估计值的质量。但是，增益环路的宽频范围是必需的以在读操作期间允许放大器快速适应任意位模式。
因此，还需要更加精确的确定偏移或微动距离。
鉴于前面的背景，本发明的目的是在确定磁盘驱动器的微动距离中改进精度。
另一个目的是在确定微动距离时将相邻磁道信息的影响降至最小。
本发明还有一个目的是提供影响磁盘驱动器现有元件确定微动距离的方法。
再有一个目的是在将磁盘驱动器的成本降至最小的同时以改进的微动精度提供一个改进的磁盘驱动器。
本发明另外一个目的是改善用于确定微动距离的噪声滤波以将相邻磁道信息的影响降至最小而不用牺牲读通道的速度。
本发明的一个方面是在一个磁盘驱动器记录介质上对于所选择的磁道确定微动距离的方法。新的方法要求从选择的磁道标称中心线确定第一偏移距离，这里磁道上读信号能量是最大的；然后，从所选择的磁道标称中心线确定第二偏移距离，这里相邻磁道读信号干扰能量是最小的；以及随后选择第一和第二偏移距离的中间值为第三偏移距离作为所选择磁道的微动距离。更可取的，最好的误差率是在偏移位置，这里最大的磁道上信号与磁道外干扰的比率是最大的。
本发明的另一个方面是包括相对于预记录在所选择磁道上的测试信号的检测信号的匹配滤波以精确地确定信号幅度的磁盘驱动器中确定微动的一种方法。
本发明还有一个方面是包括记录一个所选择的测试位模式到一个所选择的磁道作为微动数据样本。该方法还包括：耦连一个数字采样检测器到磁盘驱动器重放元件以响应存储的位模式接收第一系列信号；均衡第一系列信号；以及滤波均衡的信号使得形成一个指示MR磁头微动的匹配滤波器输出信号。在一个实施例中，重放信号形成一个PR4部分响应系列样本。在另一个实施例中，重放信号形成一个EPR4(扩展的PR4)部分响应系列样本。本发明也可以用于DFE读通道。
从下面优选实施例的详细描述并参照附图，本发明前面的和其他的目的、特性和优点将变得更加明显。
图1描述了一个磁盘驱动器磁头和磁盘组件(HDA)的俯视平面图以及包括用于实现本发明的读/写通道的磁盘驱动器电路的简化方框图。
图2是一个包括变换器组件的图1中HDA的磁头万向接头组件的简化示意图，该变换器组件包含一个写宽感应薄膜磁头和一个读窄磁致电阻(MR)读元件。
图3是一个磁头变换器组件的简化放大图。
图4是一个说明从磁盘向磁头看的磁致电阻记录磁头的图解。
图5是一个MR记录磁头的简化侧视图。
图6在记录磁盘表面的俯视图中描述了变换器磁头组件在两个不同径向位置。
图7是一个说明MR读传感器和在几个相邻磁道上感应写间隙的相对位置和方向的图解。
图8是一个说明磁头敏感度与双变换器磁头组件的横向位置的曲线图。
图9是一个根据本发明采用匹配滤波确定微动距离的电路的简化方框图。
图10是一个在磁盘驱动器记录介质上用于测量相邻磁道干扰的磁化型式的简化示意图。
图11是一个说明在磁盘驱动器里测量相邻磁道干扰的电路的方框图。
图12是一个磁道上信号幅度、相邻磁道干扰和错误率作为横向或交叉磁道位置的函数的示意曲线图。
为了便于理解，尽可能使用相同的参考数字来表明在几张图中公用的相同元件。
首先的几个图说明了典型的磁盘驱动器装置并将被相当简短地描述以传达本发明的上下文并解释适合理解和使用本发明的现有磁盘驱动器的这些方面。正如将要看到的，本发明包括能被加入到、以及协同现有磁盘驱动器装置工作的电路。
图1描述了一个磁盘磁头和磁盘组件(HDA)100以及电路板101的俯视平面图。为了本发明的目的这些中的每个仅有原理方面将被描述。磁盘驱动器HDA100包含一个旋转的磁存储盘102，用于旋转磁盘的轴电机(未示出)，一个轴104和一个旋转音圈执行机构组件106。读/写电路，前置放大器等包含在电路107，电路107通过一个弯曲电路126连接到旋转执行机构，使得HDA100经由电缆126连接到磁盘驱动器电路板101。为简化起见，本讨论仅仅提及在磁盘驱动器的单一存储磁盘，尽管熟悉本领域的人们将认识到本发明能应用到具有安装在同一轴上多个磁盘的磁盘驱动器中。典型地，存储磁盘102被涂上磁性材料使存储以纵向双极磁化模式形式采用数字饱和记录技术写在每个同心数据磁道上，例如磁道126的数据。
执行机构组件106按常规包括一个用于每个数据表面的变换器磁头组件110，一个托架组件112，以及一个旋转音圈执行机构电机114。在旋转型的执行机构组件106中，变换器磁头万向接头组件110连接到托架112的外端116而执行机构电机音圈114连接到托架的轴端118。为了定位变换器组件110在存储磁盘102的表面上选择启动执行机构音圈电机使执行机构组件106以轴为中心旋转。如下面将要更详细描述的，通过变换器组件110中的变换器处理，允许数据被写到每个数据存储表面磁盘102或从每个数据存储表面磁盘102读出。
磁盘驱动器电路101一般包括下面主要部分。下面更详细地讨论读/写通道电路107。一个电机控制ASIC 105，磁盘驱动器电路ASIC 109，DRAM缓冲器111和微处理器103将为那些在本领域相当熟悉的技术人员提供用于本发明目的的功能。本发明的方法和装置涉及确定微动距离，最好是与将要解释的读/写通道107和微处理器103共同执行。磁致电阻变换器
图2更详细地展示了图1HDA磁头万向接头组件。典型地磁头万向接头组件110包括一个包含薄膜感应写磁头200和屏蔽磁致电阻薄膜读磁头202的双磁头变换器组件122。如所述的，写元件的有效宽度比MR读元件的有效宽度要宽，这在本领域被称为“写宽，读窄”配置。参考图3，该图说明读元件202是如何从写元件200纵向偏移的，以及如上所述由于旋转执行机构施加的径向扭斜，写和读元件的有效中心线也偏移了。在图3中，读和写磁头标称的中心线之间的偏移由206说明。这个偏移是在横向的或交叉于磁道方向。磁头间在行中或磁道中的偏移由204说明。参照双磁头变换器组件的实际结构，这些偏移是很好理解的。
图4说明了从磁盘向磁头看去的变换器组件。这里，磁致电阻传感器202沿着MR屏蔽300延伸。一个共用的磁极/屏蔽302靠在MR屏蔽300的对面的MR传感器的旁边延伸。感应写间隙200定义为共用的磁极302和感应磁极304之间的一个间隙。图5说明了相同的MR记录磁头的横截面。这里，除了上述的元件外，可以看到电感器线圈，如实例中306以横截面的展示。
图6说明了运用中的变换器组件相对于磁盘102的定位。当旋转执行机构组件将变换器组件定位到具有标称磁道中心线230的第一磁道上时，可以观察到读和写元件都是近似对准(至少在物理上)磁道中心线。但是，在第二个位置相邻磁道210上，可以观察到由于扭斜角的变化相对标称磁道中心线210的磁头的位置改变了。
图7更详细地说明了感应写间隙200和MR传感器202相对于磁道126和它两边的相邻磁道的位置的一个实例。在图7中，写间隙的中心线对准磁道126的中心。由于行中分离，扭斜角和横向偏移，MR读元件从标称磁道位置偏移。
由于读元件灵敏度的非线性，它的偏移常常会进一步加重。图8是一个说明磁头灵敏度与磁致电阻磁头位置的关系曲线图。这里，曲线320说明磁头灵敏度特性曲线的一个实例，而虚线322说明一个不同磁头的磁头灵敏度特性曲线。由该图表提出的，从一个磁头到另一个磁头灵敏度的变化归因于控制磁头制造过程的限制。灵敏度不仅仅是从一个磁头到另一个磁头不同，而且在时间上也是非线性的。在任何情况下都不能假设磁性中心，即磁头灵敏度的中心与它的物理中心是相同的。为了所有这些原因，必须为每一个磁盘驱动器和驱动器中的每一个MR磁头单独确定微动距离。另外，因为扭斜角的变化，必须为磁盘的不同径向区域确定微动距离。理想地，应该为每一个磁道确定精确的微动距离。实际上，一个典型地磁盘被逻辑上分为例如16个径向区域以保持大概恒定面积的密度。微动最好是在例如四个径向区域中取一个来确定，对于中间的区域采用内插法。本发明导出用于精确确定微动距离的方法和装置。
图9是以目前的优选实施例说明本发明一个方面的磁盘驱动器所选择部分的方框图。磁盘驱动器磁头和磁盘组件HDA100包括由旋转电机控制105控制的电机103用于提供给记录磁盘102一个如常规的恒定旋转速度。一个磁头位置伺服环路107控制旋转音圈执行机构电机114用于旋转托架112使得能够控制变换器磁头组件122到一个合适的位置。变换器磁头组件耦连到一个磁头选择/读通道前置放大器402。磁头选择/读通道前置放大器最好包含在HDA100内紧靠着MR磁头以降低噪声拾取。常规地，前置放大器402由一个薄的软性塑料印刷电路基底连接。
读通道
为了理解适合于本发明的读通道的操作，首先简单地回顾数据一般是如何写入磁盘是有用的。一个输入数据路径(未示出)包括编码器/解码器电路，根据预定的数据编码格式，如(0，4/4)调制码，该电路将输入数字字节流转换为编码数据系列。这个编码串行数据流然后被传递到一个预编码器(未示出)，该预编码器根据例如部分响应第四类(PR4)预编码算法预编码数据。得到的数据然后通过写预补偿电路，写驱动器电路，并且最后传递到所选择的数据变换器磁头。感应磁头200在一个所选择的数据磁道内以交变磁通量转换的型式写数据。
回到图9，在重放期间，由变换器磁头跨越所选择的数据磁道检测的磁通量转换被读前置放大器电路402前置放大。这个前置放大器的模拟信号或“读信号”在路径404通过一个或多个模拟放大器(未示出)传送到一个可编程的模拟滤波器/均衡器406。模拟滤波器/均衡器406被编程使得它对于从磁头当前读数据的径向区域内的数据传送率是最佳的。均衡的模拟读信号然后通过一个放大器408，它包括一个或多个固定增益和/或可变增益放大器。这些元件和它们的操作在一般指定的美国专利No.5,345,342中有较详细的描述。
均衡的模拟读信号然后在一个高速快闪模数(A/D)转换器410中被采样和量化，当同步到用户数据时，模拟转换器410产生原始数据样本。原始数据样本反过来被输入到FIR滤波器412，对于正常的读操作，FIR滤波器412根据所需的(例如PR4)通道响应特性应用自适应滤波器系数用于对原始数据样本进行滤波和整形。被带通滤波的和整形的数据样本离开FIR滤波器，即节点426，被输入到维特比检测器414，它根据维特比“最大似然检测器”算法检测数据流。根据预定的编码公约得到的解码数据被提供在路径416上用于进一步处理以恢复原编码公约到解码数据。恢复的编码数据流从(0，4/4)编码解码和解串等等，并通过一个系列发生器(未示出)输出。用于读存储数据的读通道更详细的操作在前面提到的′342专利中描述。
前面的讨论总结了当磁盘驱动器在实际使用中读操作以恢复用户数据期间PRML读通道的操作。下面我们描述确定微动距离的方法和装置，它们利用了读通道电路所选部分。微动距离一般是在装配后和出厂前被估计和记录在磁盘驱动器上。这里作为初始化和最优化过程的一部分完成的，它包括例如为磁盘的每个区选择和存储读通道FIR滤波器系数。在确定微动距离的时候，读通道电路是安装就位并起作用的。
使用匹配滤波估计微动参数
如背景部分所述，采用检测器通道环路增益估计读和写元件之间的偏移是公知的。换句话说，可以假设读信号幅度是与可调节读通道增益环路的增益水平成反比的。测量读信号幅度作为偏移位置的函数，就能确定产生最大重放信号的偏移，因此确定了当前磁道的微动。我们已经确定出现有技术方法的一个缺点，即用于估计信号幅度的滤波器带宽是过分的宽并且将噪声引入微动参数的估计中，因此降低了那个估计值的质量。
根据本发明的一个方面，一个称为“测试位模式”的选择的位模式首先被写入磁盘中。在读操作期间由测试位模式产生的读信号被采用自动增益环路禁止的(即，设置一个固定的标称值)和静态模式的FIR滤波器的部分响应检测器检测。均衡的样本然后被通过将每一样本乘以标称值匹配滤波，该标称值可以预期用来在如下面进一步描述的采样和累加结果。用于检测测试位系列以及估计微动的电路与图9的常规的读通道FIR滤波器412完全不同并且不会与之混淆。各种位模式可以预先记录以提供测试位序列。
在当前的优选实施例中，测试位模式为一方波，即一个11001100位序列。方波模式是为PR滤波器的最大能量输出而选择的。对于所有的应用这不是必须的最佳模式。
再次参看图9，一个“无噪声位模式发生器”422提供重复测试位模式的一个位流。对于那些熟悉本领域的人们考虑到本发明位模式发生器可用不同的方法来实现是很明显的。例如，一个方波发生器可以由常规的数字IC作为一个触发器环路电路而实现，或者选择的测试位模式可以存储在R0M中，等等。无论如何实现的，都应该方便于使用相同的无噪位模式发生器以提供输入数据流用于记录测试位模式到磁盘上。
下面估计微动的新方法的描述假设选择的测试位模式先前已经存储在磁盘上，并且现在磁盘驱动器器工作在测试位模式驻留的磁道和扇区的读操作中。因此，响应测试位模式的读信号经过如上所述的读通道402，404，406，408，410，412，导致了一个在节点426离开FIR滤波器412的带通滤波的并整形的数据样本流。这些是“噪声样本”。同时，与数据流同步的位模式发生器422继续提供测试位模式给一个部分响应通道模拟器电路424。部分响应(PR)模拟器设计用于接收一个输入位流并确定无噪声样本，该无噪声样本期望来自检测器打算模拟的实际PR通道，即被测试的磁盘驱动器器的PR通道。例如，在一个部分响应第四类系统，模拟器424将从此时的前2位位间隔，bk-2减去当前位bk，模拟器最好是由相对小的FIR滤波器组成，因为对于PR4模拟器仅需要两个存储器单元，或者对于扩展的PR4模拟器需要四个存储器单元。实现FIR滤波器的细节是公知的。在另一个实施例中，位模式发生器422和部分响应通道模拟器424的功能可以组合起来，并由简单的存储与记录的测试位模式相关的期望的无噪声样本来替代。
在两种情况下，读信号的匹配滤波最好如下面实现。噪声样本通过路径426提供给一个去多路复用器电路428。无噪声样本(+/-1)通过路径427输入以控制去多路复用器428。当无噪声样本值为+1时，去多路复用器将噪声样本导向第一累加器429。相反，当无噪声样本值为-1时，去多路复用器将噪声样本导向第二累加器430。每个累加器对提供给它的对应值求和，并将结果提供给一个减法器电路432。电路432用于从+1项的和减去-1项的和以在节点440形成匹配滤波器输出。在另一个实施例中(未示出)，一个乘法器电路用于将每个无噪声样本乘以相对应的噪声样本，并在测试位模式中累加得到的乘积。然而，上面描述的优选实施例在实现上是较简单的。两种方法中，匹配滤波器输出的幅度表示在测试位模式长度上检测的测试信号的平均幅度。采用重复测量不同偏移位置的信号幅度，就可能找到对应最大信号能量的偏移并由此找到目标磁道的微动。对于磁盘表面所有的或选择的磁道可以重复相同的过程。
前面用于估计微动的电路和方法比现有技术有如下优点。首先，匹配滤波器方法的结果比采用自适应环路方法可能得到的结果减少了变化并产生更精确的微动估计值。第二，公布的电路在实现上是相当简单的。第三，这个匹配滤波器技术可以应用到任何数字采样的检测器系统。第四，本方法和装置可以应用于任意测试位模式。这是有益的因为某些情况下磁头的微动是被记录的位模式干扰的。对于PR4或EPR4部分响应系统乘法器428是容易实现的，因为它仅需要将噪声样本乘以+2，-2，+1，-1，0。在数字系统中采用位移位，二进制补码算法等公知的方法实现这些操作是直截了当的。
将磁道间干扰降至最小
本发明的另一个方面采用了通过确定一个将相邻磁道间的干扰降至最小的给定磁道的横向位置来估计微动参数的方法和装置。它与其他方法的区别在于其中磁道上的信号强度是最大的。如上所述，MR重放元件一般是非线性的并且通常对相邻磁道信息是敏感的。此外，对于一个MR磁头，具有最大磁道上信号响应的横向或交叉磁道位置未必对应着具有最小相邻磁道干扰的交叉磁道位置。通过测量交叉磁道干扰作为横向磁头位置的函数，就可以确定具有最小干扰的位置。将这个信息与关于磁道上信号强度的信息相结合，就可以确定具有磁道上信号强度与磁道外干扰最大比率的交叉磁道位置。如下面要说明的，我们已经发现这个位置一般提供最好的误码率性能。
问题是要提供一个精确的测量交叉磁道干扰的方法而没有更多的成本和复杂性。这样的测量必须相对地免除磁道上数据“干扰”。换句话说，很重要的是隔离磁道外干扰以精确地测量它。根据本发明，交叉磁道干扰测量过程开始是仔细地写选择的数据到磁盘的两个“干扰磁道”上，即在偏移一个选择的标称磁道中心的每一边的横向位置上。这些偏移位置不是字面上的“磁道”，意思是它们不是位于偏移选择的标称磁道中心的一个完整的磁道间距上。而是它们偏移一个较小的横向距离，即一个磁道间距的几分之一。我们把这个选择的数据称为一个“干扰位模式”。然后一个较高频率的测试位模式被写到标称的磁道中心以形成磁道上的数据。
图10是一个说明由记录所述的数据在一个选择的磁道500导致的磁化模式的简化图。低频干扰位模式被记录在第一偏移位置510。在第一偏移位置，阴影矩形，例如512，516表示与白色矩形，例如514相反方向磁化的介质。低频干扰位模式也被写在第二偏移位置520上(同样，阴影矩形522，526表示与白色矩形，例如524相反方向磁化的介质)。两个干扰位模式被记录在偏移标称磁道500中心线的一个磁道间距的几分之一，例如四分之一或八分之一磁道间距。然后，最好是方波模式的磁道上数据被写在标称磁道中心线。
在当前的优选实施例中，磁道上的数据以及干扰位模式都由方波组成。每个方波的周期应该等于位周期的整数倍。例如，低频干扰位模式的周期是8T，这里T是单个编码位的持续时间。磁道上的高频方波数据的周期是4T。不需要以相位相关(即，以过渡对准的)来写三个位置。对于那些熟悉本领域的技术人员所述的写测试位模式到介质的详细情况是明显的。
为了确定磁道外干扰数据的影响作为横向磁头位置的函数，下面我们转到读取这个特别记录的数据。图11是一个用于测量交叉磁道干扰的数字检测器和电路的简化方框图。常规的以简化形式的读通道电路包括上面所述的模拟滤波器406，放大器408，A/D转换器410，FIR滤波器412和维特比检测器414。
为了确定交叉磁道干扰，在操作中MR读磁头从不同的交叉磁道位置重复地读上面描述的数据(在图10中的500，510，520)并测量磁道上信号和交叉磁道干扰的量值。在每次通过磁道期间，数字检测器同步标称磁道上的数据并在它的增益环路被禁止时读取得到的信号。得到的数字样本经过如下所述的两个相关电路来使读波形与同相和正交相位数字低频方波相关。这些方波相关器形成一个具有通带为记录在干扰磁道上信号的奇次谐波的窄带滤波器。由于标称或中心磁道被以不同频率的干扰数据写入，所以它的响应对于那些偏移(干扰)磁道(除了由磁头非线性引入的偶次谐波失真以外)是正交的并且对于干扰测量有一些小的影响。
参考图11，读信号404通过一个模拟滤波器406并将得到的信号输入到固定增益放大器408。得到的信号在A/D转换器410被同步采样。离散的样本被输入到一个有限脉冲响应(FIR)滤波器412。所述的读电路均衡读信号使得在节点426形成部分响应样本。在微动计算期间FIR滤波器不工作在自适应模式是重要的。然后均衡的样本与频率等于如上所述(见图10)写入标称磁道两边的干扰位模式的频率的两个数字方波相关。
相关可以如下所述测量。数字方波的每个周期由一系列的+1随后跟着相等数量的-1组成。第一数字方波发生器530在路径532提供这样一系列的位。第二数字方波发生器550在路径552提供类似的一系列位，但是与第一数字方波发生器530有90°的相位差。这样，如果每个方波的周期是4NT，这里N是一个整数而T是一个位周期，那么一个方波以2N+1/S开始而另一个以N+1/S开始。节点426的均衡的读信号样本被在第一乘法器电路534中同步地乘以第一数字方波(节点532)。乘积被输入到加法器536，加法器536包括一个反馈路径538用于累加节点540的乘积的和。累加的乘积和在第一平方电路570被平方并且结果被输入到第三加法器电路574。
同样的，来自节点426的均衡的读样本在第二乘法器554中被同步地乘以第二数字方波。第二加法器556接收来自乘法器554的乘积并经由反馈路径558累加它们以得到乘积的和在节点560输出。(另一方面，对于每个干扰磁道的相关性可以采用如上所述参考图9的去多路复用器和累加器电路来测量)。这些乘积和在第二平方电路572被平方，其结果被输入到加法器574使得累加和的平方的和出现在输出节点576。出现在节点576的数值提供了表示从磁头当前的偏移位置得到的低频功率的量。虽然在加上两者之前平方累加的和在数学上是精确的，但是在相加之前简单地使用它们的绝对值会产生一个简化的，尽管有稍许恶化的来自干扰位模式的干扰估计值。
磁道上信号幅度可以在干扰作为横向磁头位置的函数测量的同时进行测量。例如，磁道上信号可以采用上面描述的匹配滤波器电路和技术测量。要做到这些，图9的匹配滤波电路与图11的交叉磁道干扰测量电路一起执行。两个电路在节点426接收来自读磁道FIR滤波器的采样数据。在当前的优选实施例中，所有描述的电路与现有的驱动器电路在芯片上实现。另一方面，图11相关电路之一可以用在不同时间的磁道上测量。我们已经发现最佳微动是通过选择一个接近磁道上信号能量与磁道外干扰的最大比率的磁头位置来确定的。因为侧磁道的所有谐波将是中心磁道的正交谐波，所以如果中心磁道频率选择为低频干扰磁道数据的偶数倍则干扰测量电路的性能是最好的。从440匹配滤波器输出的磁道上测量数据以及在节点576提供的干扰通常在存储器被缓冲用于采用图1的微处理器103在合适的软件控制下作为横向位置的函数处理和比较。
本发明的这个方面有几个所希望的优点。第一，描述用于实现干扰检测器的电路是简单实现的，因为它依靠将输入信号乘以+1或-1(对于PR4)并且由此不需要任何浮点精确度。由于干扰检测器测量相邻磁道干扰的同相和正交两个分量，所以在这些磁道之间精确的相位相关和恢复的时钟不是基本的。
这里描述的电路通常可以以相对适当的修改和以低的成本实现在许多现有的磁盘驱动器设计中。也可以应用本方法和装置于磁盘驱动器器制造过程中确定微动参数的单独的测试设备中。单独的测试设备是有益地，例如对于那些甚至呈增量增加的芯片电路的非常小型化的磁盘驱动器器设计存在的障碍。
测试/模拟结果
图12是一个说明上面描述的方法和电路的模拟的磁道轮廓曲线。图12中，曲线A说明如上面描述的写在磁盘上，并且采用具有中心频率等于记录信号的第一次谐波的模拟带通滤波器测量以模拟优选的数字检测器的两个低频干扰磁道的交叉磁道干扰。水平刻度表示代表从标称写磁道位置偏移的横向位置(以微米为单位)。干扰磁道测试位模式可以有一个频率例如在8MHZ的量级。
曲线B说明用于一个隔离的磁道上的磁道上信号幅度，而曲线C说明采用两个旧的数据磁道写在+/-2.0微米的磁道上信号幅度。应该注意对于每个曲线使用了不同的纵轴标尺。最后，曲线D是误码率图。注意最好的误码率发生在磁道上信号最大和干扰磁道信号最小这两个极值之间，在这个图中最好的误码率发生在大约+0.2微米。这些测试结果证实假定最大的信噪比发生在磁道上信号为最大处这一常规的知识是错误的。本发明能够以最小的成本来实现而获得磁盘驱动器器性能实质上的改进。
以一个优选实施例完成了本发明的说明和描述后，对于那些熟悉本领域的技术人员非常明显的是本发明可以在配置和细节上修改而不偏离这个原理。我们申请的专利范围是来自附属权利要求书的精神和范围内的所有改型。

Claims (20)

1.在一个具有磁致电阻读，感应写变换器(MR)磁头组件和采样的数字检测器读通道的磁盘驱动器中，对于一个磁盘驱动器记录介质上的，具有标称中心线位置的选择的磁道估计微动距离的方法包括下列步骤：
确定对于选择的磁道标称中心线的第一偏移距离，这里磁道上读信号能量为最大。
确定对于选择的磁道标称中心线的第二偏移距离，这里磁道外读信号干扰能量最小；以及
选择第一和第二偏移距离的中间值的第三偏移距离作为选择的磁道的微动距离。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述确定对于选择的磁道标称中心线的第二偏移距离，这里磁道外读信号干扰能量为最小，其步骤包括：
选择一个具有第一频率的干扰位模式；
记录干扰位模式在记录介质的两个选择的干扰位置的每一个上，每个干扰位置横向偏移到标称磁道中心线的对应侧一个小于磁道间距的选择的距离；
从标称中心线位置的多个不同的偏移距离处读选择的磁道；
测量一个敏感于在每个所述的不同偏移距离处的干扰位模式的读信号能量；以及
选择所述不同偏移距离之一作为选择的磁道的第二偏移距离以定位磁头组件，这里敏感于干扰位模式检测的读信号能量是最小的。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述测量敏感于干扰位模式的读信号能量的步骤包括：
选择一个具有频率高于第一频率的测试位模式；
在标称磁道中心线位置记录测试位模式；以及
在所述读步骤期间，数字检测敏感于干扰位模式的读信号分量使得形成干扰位模式能量的表示。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述选择测试位模式包括选择测试位模式使得测试位模式将产生一个大体上与干扰位模式正交的读通道响应。
5.如权利要求4所述的方法，其中测试位模式和干扰位模式由相应的方波模式组成。
6.如权利要求4所述的方法，其中每个测试位模式的周期等于干扰位模式周期的整数倍。
7.如权利要求4所述的方法，其中测试位模式的频率等于干扰位模式频率的偶数倍使得记录在偏移位置的干扰位模式的谐波将与选择的磁道的谐波正交。
8.如权利要求3所述的方法，其中所述检测步骤包括：产生一个频率等于测试位模式频率的第一数字周期信号；并且安排产生一系列与记录的测试位模式有关的无噪声数字样本；以及同步地将第一数字周期信号与在读选择磁道的同时在部分响应读通道中形成的噪声数字样本进行相关处理，由此将数字样本与测试位模式进行相关处理。
9.如权利要求8所述的方法，还包括：
产生一个相对于第一数字周期信号有90°相位差的一个正交相位信号；以及
同步地将正交相位信号与读选择的磁道时在读通道中形成的数字样本进行相关处理。
10.如权利要求9所述的方法，其中第一数字周期信号和正交相位数字周期信号各由具有相应的周期等于相应的位周期的整数倍的对应的方波模式组成；以及其中所述相关步骤包括：
将读通道数字样本乘以第一数字周期信号使得形成一个第一系列乘积；
累加第一系列乘积的和；
将读通道数字样本乘以正交相位数字周期信号使得形成一个第二系列乘积；
累加第二系列乘积的和；以及
将第一和第二系列乘积的和组合起来。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述组合步骤包括：
将第一和第二系列乘积的每一个的累加和平方使得分别形成第一和第二平方项；以及
将第一和第二平方项求和因此产生一个数值代表可归因于记录在介质上第一和第二干扰磁道的第二测试位模式的数字样本的功率的量。
12.一个磁盘驱动器包括：
一个可旋转的磁性数据存储磁盘；
至少一个由旋转执行机构可控制定位在靠近磁盘的同心圆位置的数据变换器组件，该数据变换器包括一个磁致电阻读，感应写变换器磁头组件；
耦连到变换器组件并且包括一个滤波器的部分响应检测器用于在磁盘驱动器数据读操作期间响应读信号产生数字样本的读通道电路；
用于记录一个预定干扰位模式到对于在数据存储磁盘上选择的磁道径向偏移于对应侧的第一和第二干扰位置的每一个的装置；
用于记录一个预定测试位模式到磁盘的选择的磁道的装置，该测试位模式具有一个高于干扰位模式频率的选择的频率；
用于在读选择的磁道时将读通道增益环路设置为一个预定的固定增益操作模式的控制装置；
用于产生一个具有频率等于测试位模式频率的第一数字测试信号的装置；
用于将第一数字测试信号与在读选择的磁道时由部分响应检测器产生的数字样本进行相关处理的第一相关电路；
用于产生一个相对于第一数字测试信号相位差为90°的第二数字测试信号的装置；
用于将第二数字测试信号与在读选择的磁道时由部分响应检测器产生的数字样本进行相关处理的第二相关电路；以及
用于组合第一和第二相关电路的输出以形成一个由在磁头组件的选择的横向位置记录的干扰位模式导致的干扰能量量值的表示的装置，用于定位磁头组件的横向位置，这里所述干扰能量是最小的。
13.如权利要求12所述的磁盘驱动器，其中第一和第二相关电路的每一个包括一个用于将对应的数字信号的每一位乘以对应的读通道数字样本位使得产生一个相应的系列乘积的乘法器，以及一个用于累加对应系列乘积的和的加法器。
14.如权利要求13所述的磁盘驱动器，其中组合装置包括用于对由对应的加法器提供的累加的乘积和的每一个平方的装置；以及用于对平方的累加的乘积和求和使得形成一个表示来自第一和第二干扰磁道的总干扰的输出值的装置。
15.在具有一个磁致电阻读，感应写变换器磁头组件耦连到一个包括部分响应检测器的读通道的磁盘驱动器中，部分响应检测器具有一个自动增益环路和一个FIR滤波器，一种方法用于对磁盘驱动器记录介质上的选择的磁道估计微动距离，选择的磁道具有标称的中心线位置和磁道间距，该方法包括下列步骤：
记录第一测试位模式到选择的磁道上；
横向定位变换器磁头组件在选择的磁道上；
禁止在部分响应检测器中的增益环路使得它有一个预定的，固定的增益值；
设置FIR滤波器使得工作在静态模式；
读选择的磁道，因此敏感于记录的第一测试位模式在FIR滤波器的输出形成一系列均衡的样本；
匹配滤波均衡的样本以形成一个在第一测试位模式长度上检测的信号的平均能量的指示；
再次定位磁头组件；以及
重复所述读，匹配滤波和再次定位步骤使得确定磁头组件的横向位置，在该位置检测的信号强度最大；以及然后
选择一个距离作为微动距离，该距离定位磁头组件在所述位置，这里在读操作期间检测的磁道上的信号强度是最大的。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述匹配滤波步骤包括：
提供一个无噪声数字信号以模拟希望由部分响应检测器敏感于代表第一测试位模式的读信号而被产生的理想信号；
将无噪声数字信号乘以均衡的样本使得形成一系列乘积，系列的每一个对应着测试位模式的相应位；以及
累加系列乘积的和以形成在第一测试位模式的长度上检测的信号的平均幅度的指示。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述提供无噪声数字信号的步骤包括：
对于所述位序列的每一位，产生一个模拟读通道的部分响应检测器的部分响应位。
18.磁盘驱动器包括：
一个可旋转的磁性数字存储磁盘；
至少一个磁致电阻读，感应写变换器磁头组件由旋转执行机构可控地定位在磁盘的同心圆磁道位置；
耦连到变换器磁头组件的读通道电路包括一个部分响应检测器用于在磁盘驱动器读操作期间敏感于读信号产生数字样本；
用于在读磁盘的选择的磁道时设置读通道增益环路为一个预定的固定增益操作模式的控制装置；
用于产生一个具有模式频率等于从选择的磁道中心线横向偏移的磁盘上预先记录的干扰位模式的模式频率的第一无噪声数字测试信号的装置；
耦连到读通道和第一数字测试信号产生装置用于将由部分响应检测器产生的数字样本与在读选择的磁道时的第一数字测试信号进行相关处理的第一相关电路；
用于产生一个具有模式频率等于干扰位模式的模式频率的第二无噪声数字测试信号的装置，该第二数字测试信号相对于第一数字测试信号有90°的相位差；
耦连到读通道和第二数字测试信号产生装置用于将由部分响应检测器产生的数字样本与在读选择的磁道时的第二数字测试信号进行相关处理的第二相关电路；
用于组合来自第一和第二相关电路的输出信号以形成一个由预记录的干扰位模式导致的干扰能量的量值的指示的装置，该预记录的干扰位模式用于找出变换器磁头组件的横向位置，这里所述的干扰能量是最小的；以及
用于测量从预记录在选择的磁道上的磁道上位模式导致的磁道上读信号能量同时来自干扰位模式的干扰为最小的装置。
19.如权利要求18所述的磁盘驱动器，其中匹配滤波器包括用于产生一系列等于响应预记录在选择的磁道的磁道上位模式由读通道部分响应检测器产生的希望的系列数字样本的无噪声样本的装置；以及用于将无噪声样本与当读选择的磁道时由部分响应检测器产生的实际数字样本进行相关处理的装置。
20.如权利要求19所述的磁盘驱动器，其中匹配滤波器相关装置包括一个第一和第二相关电路中选择的一个，因此降低了电路的重复性。
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