CN1391693A - 利用故障门限检测器和维特比增益进行数据差错复原的方法和设备 - Google Patents

利用故障门限检测器和维特比增益进行数据差错复原的方法和设备 Download PDF

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Abstract

提供一种方法和设备从一存储媒介(106)读出以形成数据值。一信号从存储媒介(106)的一扇区中产生，识别那个信号(506)在幅度上有变化的一部分。启动一个增益乘法器(714)使该信号的那个部分倍乘一个增益值。在这个部分结尾停用该增益乘法器以使该扇区信号剩余部分不倍乘。这产生一个应用于检测器(716)检测数据值的故障调节信号。

Description

利用故障门限检测器和维特比 增益进行数据差错复原的方法和设备
                             发明领域
该项发明有关于在存储设备中的读信道，特别与读信道中的故障检测有关。
                             发明背景
在数据存储设备中，被写进存储媒介中的数据经由读信道从媒介中读出。理想状态下，读信号的平均幅度在整个媒介上保持在一个预期的范围内。然而，由于媒介上的故障情况以及在在数据被写进媒介中所发生的差错，从媒介中读出的小部分数据可能在幅度方面比从媒介其它部分读出的数据有显著增大或减小。
读信号幅度中的显著变化能在从读信号译码的数据中产生差错。虽然其中一些差错能被读信道中的一个纠错编码模块所纠正，但另一些差错太大了以至于纠错编码无法纠正它们。当纠错编码检测到一个差错但无法纠正它时，存储设备自然就会重读数据。
在利用部分响应最大似然(PRML)读信道的存储系统中，读信道的参数在重试期间会发生变化。特别是应用在读信道中的增益在试图减少读取数据中的差错数量的重试期间会更改。利用现有的技术，数据中的差错被纠错编码识别为发生在媒介的一个特别扇区中。然而纠错编码无法查明差错所在区域的位置。正因为如此，读信道里的增益调节必须以扇区宽度的基础上施行。这种扇区宽度的增益调节却不能带来象期望那样多的数据差错的减少。
                             发明概述
提供一种方法和设备从一存储媒介读出以形成数据值。一信号从存储媒介的一扇区中产生，识别那个信号在幅度上有变化的一部分。启动一个增益乘法器使该信号的那个部分倍乘一个增益值。在这个部分结尾停用该增益乘法器以使该扇区信号剩余部分不倍乘。这产生一个应用于检测器检测数据值的故障调节信号。
                             附图简述
图1是一个磁盘驱动器的透视图，该项发明的各方面都可以在驱动器上实现。
图2是采用现有技术的读信道框图。
图3是用前置放大器输出的读信号曲线图。
图4是当没有增益调节应用于图3的读信号时的NRZ数据曲线图
图5是带有由前置放大器产生故障的读信号曲线图。
图6是用现有技术的扇区宽度增益调节之后从图5的读信号产生的NRZ数据曲线图。
图7是采用该项发明的读信道框图。
图8是一个该项发明实施例的故障门限检测器框图。
图9是另一个该项发明实施例的故障门限检测器框图。
                         实施例具体描述
图1是一个磁盘驱动器100的透视图，在其中该项发明是很有用的。磁盘驱动器100包括有基座102和顶盖(没有显示)的外壳。磁盘驱动器100还包括磁盘组106，它被一个磁盘夹108装在了一个轴电动机(没有显示)上。磁盘组106包括多个独立的磁盘，它们放置在一起能够围绕中心轴109共同旋转。每个磁盘表面都有个相联系的磁盘滑动触头110，它放置在磁盘驱动器100中使其能与磁盘表面进行通信。如图1所示，滑动触头110被悬臂112所支撑，悬臂依次附加于一个传动装置116的轨迹磁头臂114上。图1所示的传动装置是一种被称作为旋转移动线圈传动装置，它包括一个音圈电动机(VCM)，大致如118所示。音圈电动机118使传动装置116带动着所附滑动头110围绕一个主轴120旋转以使滑动头110能沿着磁盘内径124和外径126之间的弓形轨迹122定位于一个所期望的数据轨迹上。音圈电动机118是由伺服电子设备130根据由滑动头110和主计算机(没有显示)产生的信号所驱动的。
图2是采用现有技术从媒介中读取信息的组成部分框图。在图2中，一个读取头200通过变换磁场或从媒介的光学响应产生一个电子的读信号。这个由读取头200产生的电子信号提供给放大信号的前置放大器202。这个放大信号用于读信道，它开始于一个自动的增益控制204，该控制利用内部反馈回路(没有显示)来调节一个可变的放大器206。通常这个自动增益控制204有相对较慢的响应时间以使它可以忽视在一小段时间里读信号幅度上的变化。
从可变增益放大器206出来的放大信号提供给一个均衡器208，它对于读信号进行一项或几项均衡操作。均衡器208所施行的均衡操作将读信号整形以便使它更好地匹配一个期望的信道响应信号。例如，均衡器208能使响应整形来匹配一个称作为EPR4的信道响应或是一个称作为E2PR4的信道响应。
由均衡器208提供的均衡读信号被采样并被模-数转换器210转换成数字信号。在提供给维特比检测器214之前，采样值通过一个数字增益乘法器212(以下会更深入描述)，该检测器形成读信道的最后一部分。
维特比检测器214用数字采样来鉴别一个最相似的数据值序列来代表那些样值，这个最相似的数据值序列提供给一个纠错编码模块216，它施行纠错编码检测和纠错。如果纠错编码模块216没有检测出任何差错或它能纠正所有检测出的差错，那么它输出一个数据值序列218。
然而，如果纠错编码模块216检测出一个它无法纠正的差错，那么它就通过传递一个差错值给一个差错恢复模块220指出当前区域有错。在现有的技术中，纠错编码模块216不能识别在有错区域中的特定位置。而是纠错编码模块216简单的指出整个区域有错。
接收到一个关于一个区域有错的指示，差错恢复模块220就暂缓数据的读入并开始重读有错区域。利用现有技术的一些系统中，在重读之前，差错恢复模块220在被用于增益乘法器212的增益寄存器222中调节增益值。通过调节增益值，差错恢复模块220能增加或减少用于由模-数转换器210提供的用于数字采样的增益。如果重读没有成功，那么差错恢复模块220将再改变增益寄存器222中的增益值并再一次重读。
值得注意的是在现有技术下，放置在增益寄存器222中的增益在重试读操作期间仅仅是在恢复模块220部分上的猜测，因为它不知道由纠错编码模块216检测出来的差错是由于读信号过大的幅度还是由于其过小的幅度。还有值得注意的是由于纠错编码模块216无法识别该区域哪里有错，所以增益必须被用于整个的区域。
图3显示了一个读信号从前置放大器202输出的曲线图，它包括一个故障区域300。在图3中，前置放大器输出信号的幅度沿纵轴302显示，时间沿横轴304显示。图3显示的读信号从代表一串全零的数据码型中产生。在故障部分300，前置放大器输出信号的幅度比周围其它部分的信号幅度要低。
图4显示了当图2的读信道收到图3的读信号时维特比检测器214的输出。在图4中，不归零值(NRZ)沿着纵轴400显示，时间沿着横轴402显示。在图4中的NRZ值和图3中部分衍生它们的读信号水平地对齐。没有把增益应用于由模-数转换器210提供的数字值导出图4中的NRZ值。
在图4中，NRZ值理想的应该全是零因为从磁盘读出的数据代表的是一串全零。这样，在图4中的一个NRZ的“非零”就代表一个差错。
如图4中所看到的，维特比检测器的输出包括由图3故障区域300低幅度所引起的很大一组差错404。这样，没有了一些增益调节，在读信号的幅度不同于它的期望幅度时维特比检测器就产生了大量的差错。
图5提供了第二个读信号500的曲线图，读信号幅度沿纵轴502显示，时间沿横轴504显示。读信号500包括一个故障区域506。和图3的读信号一样，图5的读信号也是由代表一串全零的数据媒介码型产生的。
图6是维特比检测器的输出与时间关系曲线图，这是根据图5的读信号的。在图6中，数据的NRZ值沿纵轴600显示，时间沿横轴602显示。为了能从纠错编码模块216检测到的差错中恢复出来，在增益乘法器212把一个增益应用于整个区域后，图6所示的NRZ数据由维特比检测器产生。
如图6中所看到的，增益调节除去了可能与图5故障有关的差错。这可从图6部分606看出，那里没有值为“1”的NRZ值。然而调节增益引起了另外一些附加在NRZ序列上的差错。特别的如差错608、610、612、614和616是由增益调节附加的。这样，虽然在现有技术下的增益调节减少了与故障区域有关的差错，但是它引入了其它与读信号某些部分有关、以前所不包括的差错。
这样，本发明人发现了利用现有技术的扇区宽度的增益调节是不理想的，也发现了一个更好地为故障调节读信号的系统将是有利的。
图7提供了一个该项发明实施例读取和恢复部件700的框图。在这些部分700中，一个读取数据头702产生一个由前置放大器704提供的读信号。前置放大器放大读信号并将放大信号提供给由一个自动增益控制706开始的读信道。自动增益控制706包括一个放大读信号的可变增益放大器708。
从可变增益放大器708送出的放大模拟信号提供给一个均衡器710，它工作起来在某种意义上与图2的均衡器208相似。均衡信号提供给一个模-数转换器712，它将模拟信号抽样然后在把抽样转换成数字值。模-数转换器712的输出是一个提供给增益乘法器714的数字值序列。
增益乘法器714倍乘数字抽样一个数字值来产生一个增益调节数字值序列。这个增益调节数字值序列提供给一个维特比检测器716解码增益调节值来识别一个形成读信道输出的解码数据序列。
解码数据序列提供给一个纠错编码模块718，它能检测，可能的话也能纠正数据序列中的差错。如果纠错编码模块718不能检测出任何差错，或者纠正它所发现的所有差错，它输出一个读数据序列720。
可变增益放大器708的输出也提供给一个故障门限检测器722。故障门限检测器722跟踪模拟信号的幅度将幅度和一个或更多在故障门限寄存器724找到的门限作比较。在一个实施例中，故障门限寄存器724包括一个低门限和一个高门限。如果读信号的最大幅度落至低门限以下或升至高门限以上超过一个预设的时间，那么故障门限检测器722产生一个差错标记。在一个实施例中，故障门限检测器722维持这个差错标记直到最大幅度回复到高门限以下和低门限以上。
故障门限检测器722产生的这个差错标志提供给一个标记延迟726。标记延迟726把标记延迟一段时间，这段时间等于读信号的故障部分穿过均衡器710和模-数转换器712所花的时间。用这种方法，在读信号故障部分的数字抽样进入增益乘法器714的同时由标记延迟726所产生的标记也提供给增益乘法器714。
当增益乘法器714接收到从故障门限检测器722而来的一个标记显示在读信号中有一个故障的时候，增益乘法器就从增益寄存器730中取出一个增益值开始把从模-数转换器712输出的数字抽样倍乘这个增益值。增益乘法器714继续倍乘这个数字抽样直到标记值改变状态显示读信号故障的结束。
值得注意的是增益乘法器714在整个扇区是不起作用的，但只在读信号的故障部分期间起作用。正是这样，增益就只应用于信号的故障部分，从而避免了把增益应用于与读信号的非故障部分有关的附加差错的引入。
在该项发明的一个实施例中，故障门限寄存器724包括很多不同的门限，它们每一个都和一个不同的标记有关。例如，故障门限寄存器724可以包括的门限有正10％、正20％、正30％、负10％、负20％和负30％。这些门限的每一个都有一个不同的标记与其有关就象当增益乘法器714接收到一个特别对应某个门限的标记，它能重新得到一个特别设定于那个门限的增益。例如，如果增益乘法器714接收到一个有关在幅度上增加正20％的标记，那么它就可以在增益寄存器730中选择一个增益，它提供一个比1提高20％的增益。这样，增益乘法器714选择的增益可以在根据由故障门限检测器722检测出的故障区域大小被特别的选择出来。
在该项发明的一个实施例中，由故障门限检测器722产生的标记也提供给纠错编码模块718，该标记作为一个删除指针来指向由维特比检测器716所提供的数据序列中的数据子串。在图7的实施例中，这个删除指针由指针发生器728产生，它接收从标记延迟726来的标记和由维特比检测器716产生的数据定位。利用删除指针，纠错编码模块718可以将它的纠错编码算法限于删除指针所指向的数据块中。通过集中于这限制部分的数据，纠错编码模块718就能更有效率的发挥它的纠错功能。
在一些实施例中，如果纠错编码模块718仍不能恢复数据，那么它就会向差错复原732指出，差错复原将重试读操作。在重试读操作之前，差错复原732能在门限寄存器724中改变故障门限设置以便使它们更敏感。这样，能在幅度上形成更小变化的故障就会被故障门限检测器722检测出来。
虽然故障检测器722在图7中显示于可变增益放大器708的输出位置，但在其它实施例中，故障检测器被放在均衡器710的输出位置。在其它实施例中，故障门限检测器722还被放在模-数转换器712的输出位置。熟悉本技术的人会知道故障门限检测器722在所有这些位置的作用基本上是相同的，虽然故障门限检测器必须有微小的变化来接受它在这些不同位置所收到的不同种类的输入。例如，如果故障门限检测器722被放置在均衡器710之后而不是可变增益放大器708之后，则它必须有微小的变化来接受由均衡器710产生的均衡信号。相似地，如果故障门限检测器722被放置在模-数转换器712之后，则它必须有微小的变化来接受数字信号而不是模拟信号。
图8提供了在该发明下的一个故障检测器实施例的框图。图8的故障检测器连接在图7可变增益放大器708的输出位置这样就可以处理模拟信号了。
在图8中，可变增益放大器708的输出提供给一个低通滤波器800。低通滤波器800的时间常数不变的以使它对在可变增益放大器708输出中的短持续时间的变化不起反应，但要反应足够快以迅速检测出真实的故障。这使故障检测器避免了被错误启动而且同时限制了没有检测出的差错字节的数目。
从低通滤波器800的滤波输出提供给一个检波器802，它提供滤波信号的绝对幅度。然后这个绝对幅度信号提供给两个比较器804和806。
比较器804在它的倒相输入端接收绝对幅度信号，并把一个直流低门限信号接在它的非倒相输入端。低门限信号是由一个低门限发生器根据图7故障门限寄存器724储存的一个低门限值所产生的。根据这些输入，只要从检波器802出来的绝对幅度信号高于低门限，比较器804就产生一个低输出信号。当从检波器802出来的信号降至低门限以下时，比较器804的输出就为高。
比较器806在它的非倒相输入端接收绝对幅度信号，并把一个直流高门限信号接在它的倒相输入端。高门限信号是由一个高门限发生器根据图7故障门限寄存器724储存的一个高门限值所产生的。根据这些输入，只要从检波器802出来的绝对幅度信号低于高门限，比较器804就产生一个低输出信号。当从检波器802出来的信号升至高门限以上时，比较器804的输出就为高。
比较器804和806的输出可以被直接提供给增益乘法器714和纠错编码器718作为两个单独的标记，或者也可以被一个标记发生模块(没有显示)结合成单个的标记。
图9提供了一个该发明故障检测器的可选实施例。图9的故障检测器被设定成从图7模-数转换器712接收输入而不是从可变增益放大器708。特别的，图9的故障检测器被设计成接收提供到模-数转换器的信号的峰值抽样。
在图9中，从模-数转换器712输出的数字抽样提供给两个数字比较器900和902。数字比较器900也接收从代表故障检测器低门限的低门限寄存器904而来的数字值。数字比较器902接收从高门限寄存器906而来的高门限值。
比较器900的输出被接在计数器908的使能输入端和复位输入端。计数器908也从时钟910接收时钟信号。当数字抽样降至低门限以下时，比较器900就产生一个高输出信号。由低到高的的转换使计数器908复位。当比较器900的输出保持为高时，在时钟910产生的时钟信号每一次正向变换时计数器908就增加它的计数一次。当计数器908中的计数达到一个预定值时，计数器908的输出就从低转换到高表示故障的位置。这样，从模-数转换器712输出的数字抽样在计数器908指示有故障之前会在低门限以下保持一段时间。
比较器902的输出被接在计数器914的使能输入端和复位输入端。计数器908也从时钟920接收时钟信号。当数字抽样升至高门限以上时，比较器902就产生一个高输出信号。由低到高的的转换使计数器914复位。当比较器900的输出保持为高时，在时钟920产生的时钟信号每一次正向变换时计数器914就增加它的计数一次。当计数器914中的计数达到一个预定值时，计数器914的输出就从低转换到高表示故障的位置。这样，从模-数转换器712输出的数字抽样在计数器914指示有故障之前会在门限以上保持一段时间。
虽然故障检测器的两个实施例已在上面描述了，但该发明并不限于这些实施例。特别的，在该发明运用的故障检测器可以有其他设计，它也可放置在读信道中的其它地方。
总括地说，该项发明提供一个方法从一个存储媒介106读出形成数据值720。这个方法包括从存储媒介106的一个扇区中产生一个信号，识别信号的一部分506在幅度上有变化。然后启动一个增益乘法器714使该信号的那个部分在该部分幅度有变化期间倍乘一个增益值。在这个幅度有变化信号部分结尾停用该增益乘法器。然后数据从总故障调节信号中检测出来。
该项发明也在磁盘驱动器中提供了读取和恢复部件700为了使媒介106上的码型可转换成可读数据720。这些读取和恢复部分包括一个读取数据头702用来从媒介106的码型扇区产生一个读信号。一个故障门限检测器722用来接收第一组读信号且至少识别一部分读信号为有异常幅度的故障部分。一个增益乘法器714用来接收第二组读信号形成故障调节信号，这是通过倍乘与故障部分相应的第二组读信号部分一个增益值而不增益其剩余部分形成的。然后一个检测器716将故障调节读信号转换成数据值。
需要了解的是，即使该发明不同实施例的许多特性和优点在前述中已被阐明，加之该发明不同实施例结构和功能的细节的阐述，这些也只是说明性的，在细节方面可能会有变化，尤其是在该项发明达到完整的原理范围内的结构方面和各部分的安排，该发明要通过各方面广泛全面的意思来说明，其中还有附加的权利要求要表述。例如，在充分保持同样的功能特性不离开该发明的范围和精神，某些特定的成分会依赖于对读信道的特别应用而改变。此外，虽然在这里描述的首选实施例是面向用于磁盘驱动器系统的读信道，但熟悉本技术的人应懂得该发明的教导可以应用到其它系统中，象通信系统或其它存储系统，而不会离开该项发明的范围和精神。

Claims (10)

1.一种从存储媒介中读出形成数据值的方法，该方法包括步骤有：
(a)从数据媒介的扇区中产生信号；
(b)识别该信号在幅度上有变化的一部分；
(c)在该信号幅度上有变化的部分期间启动增益乘法器，把该信号的所述部分与一增益值倍乘，而在该部分结尾停用该增益乘法器，以产生一故障调节信号；以及
(d)检测故障调节信号中的数据值。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于识别步骤(b)包括比较信号的幅度和门限值。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于比较信号的幅度和门限值包括比较该幅度和多个门限值，启动步骤(c)包括根据一特定门限值从多个增益值中选择一个增益值。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括的步骤有：
(e)产生一个删除指针，该指针指示与该信号的所述部分有关的数据值的位置；和
(f)限制用于根据删除指针纠错的数据值的数目。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于启动步骤(c)包括把信号的数据抽样倍乘该增益值。
6.在磁盘驱动器中，从媒介码型转换成可读数据的读取和恢复部件，这些部件包括：
一个读取头，用来从媒介的码型区产生一个读信号；
一个故障门限检测器，用来接收第一种形式的读信号且把读信号的至少一部分识别为有异常幅度的故障部分。
一个增益乘法器，用来接收第二种形式的读信号并形成故障调节读信号，这是通过把与故障部分相应的第二中形式的读信号的部分与一增益值倍乘而不是把该第二种形式的读信号的剩余部分与该增益值倍乘而形成的；以及
一个检测器，将故障调节读信号转换成数据值。
7.按权利要求6所述的读取和恢复部件，其特征在于进一步包括一个门限寄存器，用来给故障门限检测器提供一个门限幅度，其中故障门限检测器比较此门限幅度和第一种形式的读信号的幅度来识别故障部分。
8.按权利要求7所述的读取和恢复部件，其特征在于进一步包括一个差错恢复模块，该模块能在重试读操作之前改变门限寄存器中的门限幅度。
9.按权利要求8所述的读取和恢复部件，其特征在于进一步包括一个增益寄存器，该增益寄存器被增益乘法器访问来检索增益值，其中门限寄存器包含多个门限值，而增益寄存器包含相应于门限寄存器的每个门限幅度的独立增益值。
10.按权利要求6所述的读取和恢复部件，其特征在于进一步包括：
一个指针发生器，产生一个删除指针，该指针指示与故障部分相关的数据的位置；和
一个纠错码模块，来接收从检测器中产生的删除指针和数据值以及把纠错编码活动的应用仅限于检测器根据删除指针产生的一些数据值。
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