CN1819031A - 用于印刷介质自伺服写入参考图案的系统和方法 - Google Patents

用于印刷介质自伺服写入参考图案的系统和方法 Download PDF

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Abstract

可以利用一种印刷介质自伺服写入处理，由此印刷介质图案中的每个楔可以具有超过两个伺服脉冲串，以便有效地消除高PES噪声。可以基于印刷介质图案写入最终图案，并且消除印刷介质图案由于盘片偏离中心而经受的定时偏心距。可以确定这样的一个半径，使得可以用超过两个伺服脉冲串来确定在该半径和OD之间的半径的PES，而在该半径和ID之间可以只用一个或两个伺服脉冲串。本描述并不意图作为本发明完整的描述，或者限制本发明的范围。本发明的其他特征、方法和目标可以通过阅读说明书、附图和权利要求书获得。

Description

用于印刷介质自伺服写入参考图案的系统和方法
本申请要求下面的专利申请的优先权，其全部内容援引于此以供参考：
于2004年12月17日提交的、作者为Richard M.Ehrlich的名为“SYSTEMAND METHODS FOR PRINTED-MEDIA SSW REFERENCE PATTERN WITHEXTRA SERVO BURSTS USED NEAR OD”的美国专利申请No.11/016,396(Attorney Docket No.PANAP-01145US0)。
技术领域
本发明涉及向可旋转介质(rotatable medium)写位置信息。
背景技术
数据存储技术的进步提供了例如DVD-ROM、光驱动器和磁盘驱动器的设备日益增长的存储能力。在例如硬盘驱动器中，写入数据磁道的宽度部分地由于读/写头技术以及读取、写入和定位技术的进步而减小。更窄的数据磁道导致更高密度的驱动器，这对消费者是件好事，但却给驱动器制造商提出了新的挑战。随着数据密度的增加，对诸如读/写头之类的驱动器部件的位置误差的容错度下降。随着这种头相对于数据磁道的位置变得更加重要，诸如伺服数据(servo data)之类的用于确定头相对于数据磁道的位置的信息的安排也越来越重要。
附图说明
图1是示出可以根据本发明的各个实施例使用的示例性驱动器系统的部件的图。
图2是示出用于图1的驱动器中的盘片的数据和伺服格式的例子的图。
图3是示出可以写入到图2所示的磁道的伺服信息的图。
图4(a)-(f)是在伺服写入步骤的进行中写入的伺服脉冲串图案(servo-burst pattern)的图。
图5是包括可以用于图1的系统的印刷参考图案的盘片叠(disk stack)的图。
图6是示出可以用于图1的系统的磁性图案(magnetic pattern)的部分的各种视角的图。
图7是示出可以用于图1的系统的相位脉冲串(phase burst)和相应的读取信号的图。
图8是示出可以用于6和图7的信号的示例性采样方法的图。
图9是示出可以用于图1的系统的相对脉冲串相位(burst phase)的图。
图10是示出可以用于图1的系统的磁盘组中的参考图案的图。
图11是示出可以用于图1的系统的印刷参考图案和最终图案的图。
图12示出可以用于图1的系统的处理的流程图。
图13示出根据本发明实施例的、插入有一对额外的锯齿/反锯齿脉冲串(zig/zag burst)的示例性印刷信号图案。
图14是示出可以用于图1的系统的处理的流程图。
图15示出根据本发明实施例的示例性印刷介质自伺服写入处理。
图16是示出根据本发明实施例的、在各种磁盘半径上的PES噪声的图。
图17示出根据本发明实施例的有关楔的参数。
具体实施方式
当伺服写入或自伺服写入(self-servowriting)诸如硬盘驱动器之类的数据存储设备中的可旋转存储介质时，可以使用根据本发明的各个实施例的系统和方法。例如，如图1所示的典型的磁盘驱动器100包括至少一个磁性盘片102，其能够在盘的至少一面上存储信息。可以使用闭环伺服系统来在盘的表面上移动传动臂(actuator arm)106和数据头104，使得可以向/从盘的表面写入/读取信息。闭环伺服系统例如可以包括：音圈电机(voice coil motor)驱动器108，用来驱动电流流过音圈电机(未示出)以便驱动传动臂；主轴电机驱动器112，用于驱动电流流过主轴电机(未示出)以便旋转盘；用于控制电机的微处理器120；和磁盘控制器118，用于在微处理器、缓冲存储器110、读通道114和主机122之间传送信息。主机可以是任何能够使用数据存储设备的设备、装置或系统，例如个人计算机、Web服务器或者消费电子设备。磁盘驱动器可以包括至少一个处理器或微处理器120，其可以处理磁盘控制器118、读/写通道114、VCM驱动器108或主轴驱动器112的信息。微处理器还可以包括伺服控制器，它可以作为算法驻留在微处理器120中。磁盘控制器118可以将信息存储在驻留于所述驱动器中的缓冲存储器110中，还可以将用户数据提供给读/写通道114，读/写通道114可以将数据信号发送给电流放大器或前置放大器116以将其写到盘片102，并且可以将伺服和/或用户数据信号送回给磁盘控制器118。
存储在这种盘上的信息可以写入同心的磁道，如图2的示例盘片所示，同心的磁道从盘片200的内径附近延伸到外径附近。在嵌入伺服型系统中，伺服信息可以写入伺服楔(servo wedge)202中，并且可以记录在也包含有数据的磁道204上。在其中传动臂绕着诸如轴承之类的支点旋转的系统中，伺服楔可能不会从盘片的内径线性地延伸到外径(OD)，但可能稍微弯曲以便调整当数据头扫过盘片时数据头的轨道。
伺服信息通常包括跃迁的脉冲串，称为“伺服脉冲串”。伺服信息可以沿着每个磁道整齐的布置，这样当数据头读取伺服信息时，可以确定数据头的相对位置，伺服处理器可以利用该相对位置调整所述头相对于磁道的位置。对于每个伺服楔，在一个例子中该相对位置可以作为目标地点、从伺服楔读取的磁道数以及脉冲串(或这些脉冲串的子集)的幅度或相位的函数来确定。这里将头或元件(如读/写头或元件)相对于目标磁道中心的位置测量称为位置误差信号(PES)。
例如，可以相对于一串脉冲串、脉冲串边沿或脉冲串边界(如图3中的A脉冲串302的下边沿和B脉冲串304的上边沿定义的脉冲串边界)，定义给定数据磁道的中线300。或者，也可以由相对于脉冲串或脉冲图案的任何函数和组合的偏差来定义中线。作为非限制性的示例，例如在1993年6月24日提交的、Louis J.Shrinkle等人的名为“Disk Drive System Using MultipleEmbedded Quadrature Servo Fields”的美国专利No.5,381,281中所述的，由4个脉冲串定义的中线可以被称为“4脉冲串中线”。磁道中线的定义可以包括例如PES值为最大值、最小值或者其分数或百分比的地点。可以选择任何相对于脉冲串的函数的地点来定义磁道位置。例如，如果读取头均匀地跨过A脉冲串和B脉冲串或者其一部分，则与所述头通信的伺服解调电路可以产生这两个脉冲串的等幅测量信号，来自中线上面A脉冲串的信号的部分在幅度上大致等于来自中线下面B脉冲串的信号的部分。如果由A脉冲串/B脉冲串(A/B)的组合或A/B边界定义的径向位置是数据磁道的中心或者磁道中线，则计算出的PES可能为0。在这个实施例中，PES值为0的径向位置可以称为零点。零点可以用在每个伺服楔中来定义磁道的相对位置。如果所述头离盘片的外径太远，或者在图3的中线之上，则A脉冲串将会起到更大作用，导致更“负”的PES。使用负PES，伺服控制器可以指引音圈电机将所述头移向盘片的内径并且更靠近其期望的相对于中线的位置。可以对定义关于盘片的该磁道形状的每组脉冲串边沿都进行该操作。
上述的PES方案是用于组合从伺服楔读取的磁道号和伺服脉冲串的相位或幅度的众多可能方案之一。可能有许多其他方案也可以从根据本发明的实施例中获益。
在读取和写入诸如伺服图案之类的伺服信息中存在的问题包括读/写头对于理想和/或实际磁道位置的错位或偏差。对于每个盘片的旋转想要完美地对磁道定位头是不可能的，因为在头对于盘片的期望位置和实际位置之间几乎总是有明显的偏差。由于图案的每部分可能稍微错位，这可能在写伺服图案时导致一些问题。这可以导致所谓的“写入偏转”(written-in runout)。写入偏转可以认为是磁道的实际中线或期望的径向中心与通过头读取写入的伺服图案而确定的中线之间的偏差。写入偏转可以引起伺服性能问题、浪费盘上的空间，并且在更糟糕的情况下，可能引起无法恢复或无法修复的损坏数据。
当写入伺服信息时可以使用附加的伺服写入步骤。使用附加的伺服写入步骤来例如写入和/或修整伺服脉冲串图案，这可以为伺服图案提供低的写入偏转，但这是以花费一些伺服写入和/或自伺服写入操作的时间为代价的。
图4(a)-4(f)绘出了示例性伺服写入处理的几个伺服写入步骤的进行。这些图中所示的图案在业内通常称为每磁道3通的(3-pass-per-track)、修整的脉冲串图案，原因如下。使用本文档的术语，图案可以称为“每磁道3伺服写入步骤的、修整的脉冲串”图案。每个图绘出盘片表面的一小部分。该部分可以包含几个在盘面径向上延伸(图中为垂直方向上)的伺服磁道，并且可以在盘片的圆周方向上(图中为水平方向上)覆盖单个伺服楔的区域。典型的驱动器每圈可能有上万个伺服磁道以及超过一百个楔。在图中，黑色区域指示已经在一个方向上被磁化的盘片表面的部分。白色区域在另一方向上被磁化，通常是在与有图案的区域相反的方向上被磁化。对于使用纵向记录的驱动器来说，这两个方向可以是正和负圆周方向。对于使用垂直记录技术(业内有时又称为“正交记录”)的驱动器来说，这两个方向可以与记录表面垂直，就像图4(a)-4(f)的图示的纸张的“向里”和“向外”那样。这些简图没有显示写入元件侧面写入的效果，其可以产生非纵向磁化并且擦除磁轨(band)。这些效果不是这里讨论的重点。
在图4(a)中，示出了单个伺服写入步骤的结果。由该步骤，伺服写入头(在图中从左到右)写入本领域公知的示例性的伺服图案，包括前置码(preamble)、随后的伺服地址标记(SAM)、随后的索引位、然后是磁道号。可以将其他信息作为图4(a)所示的信息的附加或替代写入到伺服图案中。例如，索引位是一条可以用于给予伺服关于哪个楔是0号楔的指示的信息，对于确定圆周位置是有用的。磁道号可以是格雷编码的磁道号，可以由伺服用来确定读/写(R/W)头的粗略径向位置(要注意的是，这里示出的表示磁道号的位仅仅用于说明目的，一个典型的驱动器可能有多达18或更多磁道号位)。跟踪磁道号，头写入四个伺服脉冲串之一，在该情况下称为C脉冲串，它可以稍后由伺服用来确定R/W头的精确(细微磁道)径向位置。所使用的伺服脉冲串数量可以随着伺服图案而变化。写入的脉冲串可以是例如与数字信息成一行(in-line)的脉冲串。写入磁道的宽度可以由伺服写入头的写入元件的磁写入宽度(magnetic write-width)确定。
图4(b)示出伺服写入头的第二伺服写入步骤的结果。在第二步骤中所添加的是一个另外的脉冲串，在该情况中称为A脉冲串。A脉冲串与数字信息和C脉冲串这两者纵向地移位，以防止在纵向上的任何重叠。A脉冲串也在径向上移位了大约半个伺服磁道。
图4(c)示出了在伺服写入头的三个伺服写入步骤之后的磁化图案。在伺服写入头径向上移位了另半个伺服磁道的情况下写入新的图案部分，总共与在第一伺服写入步骤期间的头位置有一个伺服磁道或者2/3个数据磁道的位移。写入了新的数字信息，包括相同的前置码、SAM、索引位以及新的磁道号。在第三伺服写入步骤期间加入了D脉冲串，而C脉冲串被“修整”。在第三伺服写入步骤中当头经过脉冲串时通过“擦除”C脉冲串在伺服写入头下面的部分而修整C脉冲串。只要伺服写入头在径向上是一个数据磁道的至少2/3，数字信息就将延伸到伺服写入图案的整个径向上。这种对C脉冲串的修整和D脉冲串的写入在这两个脉冲串之间产生了共同的边沿位置或者“边界”。
在图4(d)中，在伺服写入器(servowriter)的第四伺服写入步骤中加入了B脉冲串并修整了A脉冲串。在完成伺服写入之后的时刻，例如，在磁盘驱动器的正常操作期间，伺服可以使用B脉冲串的上沿和A脉冲串的下沿，连同径向中心对准这些脉冲串边沿的格雷编码的磁道号一起，确定R/W头在该伺服磁道的中心附近时的位置。如果读取器均匀地跨过A脉冲串和B脉冲串，则来自这两个脉冲串的信号的幅度将大致相等，并且从这些脉冲串得到的细微的位置误差信号(PES)将约为0。如果读取器偏离中心，则PES将为非零，表示从A脉冲串读取的幅度大于或者小于(这由PES信号的极性表示)从B脉冲串读取的幅度。由此可以调整头的位置。例如，负的PES可能表示从A脉冲串读取的幅度大于从B脉冲串读取的幅度。在这种情况下，头在中心位置上面太远(使用图中的图案的该部分)，并且应当在径向上向下/向里移动，直到PES信号约为0为止。应当注意的是，对于图案的其他部分，当头离盘片的外径过近时，B脉冲串可以在A脉冲串上面，导致来自A脉冲串的幅度起到的作用较小。
图4(e)和4(f)示出了随后伺服写入处理步骤的结果，其产生了多个伺服磁道。在该处理的第一步骤之后，每个随后步骤在一个楔中写入一个伺服脉冲串并且修整另一个。每个第二步骤还写入数字信息，包括SAM和磁道号。在伺服写入步骤之间，伺服写入头在径向上向盘片的内径(ID)或外径(OD)移动半个伺服磁道，移动的方向取决于用于写入伺服信息的径向。寻道(seek)典型地花费盘片旋转一圈所需时间的四分之一到一半。每一步写入伺服图案的处理典型地花费旋转两整圈的时间来写入所有经过的楔。单个伺服写入步骤完成脉冲串写入和修整可能花费超过两圈的时间，但在下面的讨论中将考虑最大两圈的时间(一圈用来写入新脉冲串，另一圈用来修整先前的写入的脉冲串)。
使用该算法，伺服写入可以花费大约每伺服步骤1.25-2.5圈的时间。由于在这个例子中每伺服磁道有两个伺服写入步骤，每个数据磁道有1.5个伺服磁道，因此该处理需要每数据磁道3个伺服步骤，或者每数据磁道3.75-7.5圈。仅仅为了随后讨论的目的，假设该处理每数据磁道花费4圈的时间(相对低的范围)。
磁盘驱动器可能具有数万个数据磁道。在例如100,000个数据磁道和5400RPM的转速(90Hz)的情况下，该处理将花费4444秒(大约75分钟)。如果以昂贵的伺服写入器实现该处理，则这可能大大增加驱动器的成本。因而，促使驱动器制造商使用自伺服写入技术来减少或消除驱动器必须花在伺服写入器上的时间。
一种技术使用介质写入器来在盘片组上写入伺服图案。每个盘片然后被放置在包括多个空白盘片的单独驱动器中，从而驱动器可以使用该写入图案的盘片作为参考，将伺服图案重写到驱动器的所有其他盘面上。介质写入器可能是昂贵的仪器，而且还可能花很长时间来将参考图案写入到该盘片组上。然而，如果一组盘片例如包括10个空白盘片，则介质写入器可以在伺服写入单个驱动器所花费的时间内对10个驱动器写入参考图案。该方案是属于通常所说的“复制”(replication)自伺服写入的一类自伺服写入技术的一员。其中驱动器修正(servo)参考图案并且将最终的伺服图案写入到所有表面上的典型的复制处理可以在驱动器在仅仅连接到电源的、相对不那么昂贵的测试台(test-rack)中时进行。因此它所花费的额外时间常常是可以接受的。
另一类自伺服自写入技术称为“传播”自伺服写入。这类方案与“复制”类的不同之处实际在于在该处理中驱动器写入的楔随后用作其他磁道的参考楔。这些方案就是“自传播”。典型地，这样的方案要求在读和写元件之间具有大的径向偏差的R/W头，从而驱动器可以用读元件在之前写入的伺服楔上修正，同时写元件在写入新的伺服楔。在一个这样的应用中，使用伺服写入器一小段时间来将小的“引导”图案写入到已经组装在驱动器中的盘片上。驱动器然后将图案在该盘片中传播(例如，像名为“Servo Track Writing UsingExtended Copying with Head Offset”的美国专利No.6,631,046中所描述的那样)。在这种自伺服写入操作中，之前写入的磁道可以随后用作参考磁道。
许多自伺服写入技术每数据磁道写入要求大大超过盘片旋转四圈的时间，这是由于驱动器在每个伺服写入步骤之前必须花费相当多的时间确定相应参考磁道的写入偏转，从而可以防止伺服写入头在写入最终伺服图案的同时跟随该偏转。尽管参考信息不是完全圆形的，但存在着允许使伺服信息磁道基本呈圆形的技术。可以通过在多圈上检查多个参数的一种方法来计算用于从磁道消除写入偏转的信息。这些参数可以包括通过在检查多圈磁道上测量的PES而计算出的楔偏差减少字段(WORF)数据值和伺服环路特性。可以进行测量以显示伺服环路特性，其可以与观测的PES结合来确定参考磁道的写入偏转。由于伺服典型地经受同步和非同步偏转(在业内有时分别称为“可重复”的偏转(RRO)和“非可重复”的偏转(NRRO))，期望确定同步偏转的任何测量可能都会受到非同步偏转的影响。如果观测并组合许多圈PES数据(组合的一种可能方法是同步地对PES数据求平均，另一种可能方法在美国专利No.6,069,764、No.6,437,936、No.6,563,663和No.6,449,116中描述出)，则非同步偏转的效果可以减轻，基本上只留下同步偏转。然而，观测许多圈PES数据可能会大大增加确定写入偏转所需的时间。工艺工程师可能需要平衡在确定WORF值时额外圈PES数据收集带来的成本和好处。
可以将计算出的每个伺服楔的写入偏转值写入伺服楔自身中，以供以后伺服使用，或者可以将其保存在驱动控制器存储器中供立即使用。在自伺服写入操作中，驱动器可以通过测量参考磁道上的写入偏差以及利用控制器存储器中的表将其应用到伺服，来使用后一选择。可以使用对参考磁道的额外圈PES测量来减少非同步偏转的效应。
如之前所述，下文中将用于确定和消除磁道的写入偏转的技术称为WORF技术。如果，例如驱动器在写入相应的最终楔之前花费5圈的时间来确定每个参考磁道的写入偏转，这将给每个数据磁道的写入时间增加15圈(每个伺服写入步骤加5圈，每个数据磁道3倍伺服写入步骤)，导致每数据磁道的总时间为19圈。
即使自伺服写入时间可以是伺服写入器伺服写入一驱动器所需时间的大约五倍之多(19圈/数据磁道对4圈/数据磁道)，但由于伺服写入器的昂贵以及伺服写入器的伺服写入操作通常必须在洁净室环境中执行的事实，自伺服写入不失为一种相对不那么昂贵的替代。此外，随着磁道密度变得越来越高，诸如传动器推针(push-pin)之类的外部设备要足够精确地控制R/W头的位置来产生具有足够小的写入偏转的伺服图案也将变得越来越困难。伺服写入的花费同样与驱动器上的磁道数量成正比上升。
在本发明的各个实施例中，参考图案可以是(但不限于)印刷介质伺服图案或螺线图案(spiral pattern)。在Paul A Swearingen等人，于1995年12月21日提交的名为“System for Self-Servowriting a Disk Drive”的美国专利No.5,668,679中详细讨论了螺线图案。在下面的讨论中将使用印刷介质伺服图案来说明本发明。
在可以用于本发明实施例的驱动器系统中，磁盘片500的一面可以包括印刷磁性图案502。该磁盘片可以置于驱动器中，驱动器的盘片组(如图5所示的示例组)中可以包括其他的磁盘片504、506。盘片500具有印刷磁性图案502的这面可以用作参考以在将最终楔写入到驱动器中所有盘片表面时使用。印刷图案可以用作诸如盘片的定时信息、圆周位置信息和/或径向位置信息之类的信息的参考。通过(可能在每个径向位置上多圈期间)读取印刷信号图案、并且计算写入偏转，印刷介质图案用作参考图案可以允许写入参考图案的任何可重复偏转合理的减少。驱动器系统然后调整读/写头位置来补偿从参考表面获得的感测的PES，以便有效地消除复制伺服图案时的写入偏转。在一些实施例中，偏转可能没有完全消除，但可以调整或修正到预定的量和/或图案。然而要注意的是，印刷表面并不是必须如图5所示那样在盘片组的一端或另一端。实际上，可能希望将印刷表面放置在组的中间附近，以便最小化参考表面上的头半径(head-radius)和其他表面的头半径之间(例如由于倾斜和其他因素造成)的最大偏差。这也适用于后面讨论的图10。
图6示出了可以根据本发明实施例(如图5的示例性盘片组中)使用的示例性印刷信号图案。图案可能包括一个或多个伺服楔，而图6示出了对应于盘片600上的伺服楔602的伺服信息的参考信号。信号以多种格式示出。示出包括楔602的信息的示例性磁化图案的扩展图604，然后是可以通过读楔602的图案产生的信号602。如图所示，印刷信号图案包括前置码、随后是伺服地址标记(SAM)，然后是一些数字信息(可以包括索引标记)。数字信息之后是称为“锯齿”(zig)的部分、称为“反锯齿”(zag)的部分、以及可选的定时脉冲串。
图7示出了示例性“反锯齿”相位脉冲串700的特写。在局部比例尺上，读元件可能(在图中)水平地通过脉冲串700。读/写通道可以读取该脉冲串并且返回正弦(或“实”)值702以及余弦(或“虚”)值704。然后脉冲串的相位可以如下计算：
Phase = arctan ( sin φ cos φ )
在显示的“反锯齿”中，磁化图案相对于径向(图中的垂直)和圆周方向(图中的水平)都是倾斜的。当读元件经过倾斜的脉冲串时，元件遇到脉冲串中跃迁的时刻可以用来确定元件的径向位置。例如，读元件在图中越“靠上”，或者越靠近驱动器的外径(OD)，则越迟遇到相位跃迁，或者信号的相位延迟越多。可以使用“锯齿”和“反锯齿”这两者或者具有不同或相反斜向或相位的区域、使得可以检查这两者之间的相位，来简化相位的确定，其中锯齿和反锯齿的角度不必完全彼此相反。这样，由于驱动器系统可以查看两个脉冲串的相对相位，并且可以获得每个周期的径向位置，因此绝对相位不是问题。如果驱动器经过许多周期，则驱动器可以在从已知的参考点遍历盘片表面的同时跟踪遇到的周期数，这在Richard Ehrlich于2003年12月10日提交的名为“Methods for Improving Printed Media Self-servo Writing”的美国专利申请No.10/732,638中披露。
图12的图中示出了一个使用锯齿/反锯齿相位脉冲串的处理。在该处理中，在步骤1200，通过印刷或伺服写入在盘片表面上创建磁性图案，它包含每个伺服信息磁道的相位脉冲串。相位脉冲串可以包括锯齿和反锯齿脉冲串，并且可以被磁性图案中的每个或任何楔包含。在步骤1202，诸如读/写头之类的读元件可以来到伺服信息的磁道的至少一部分上(例如对应于伺服楔的一部分)。在步骤S1204可以检查至少两个相位脉冲串(如沿着磁道的楔的锯齿和反锯齿)的相对相位。在步骤1206可以使用相对相位确定读元件相对于磁性图案的径向位置。在步骤1208中，在复制该部分图案到驱动器或盘片组中的同一表面或任何其他表面时，可以使用该径向位置调整头位置。例如，如果楔的脉冲串的径向位置离图案的外径太远，则在复制时可以将该脉冲串向图案的内径移动。可以让头在图案上经过几次，来减少径向位置确定的误差。
由于希望消除偏转、减轻偏转量或者将偏转变更为期望的量，因而可以在最初执行特定处理来确定偏转。使用WORF计算是一种可以用来确定偏转量的途径，它考虑伺服特性并确定在伺服试图消除偏转前存在多少偏转。在测量了该偏转后，可以确定并消除偏转量。
当解码相位脉冲串时，驱动器系统可以使用一种对脉冲串信号的离散傅立叶变换(DFT)的实部和虚部进行反正切的算法。现有的通道能够采样信号并且进行离散傅立叶变换。一种可以使用的离散傅立叶变换如下给出：
F k = Σ n = 0 N - 1 f n e - j 2 πk n / N
在该等式中，fn是时间序列，而Fk是频域空间中的傅立叶分量。这个“复”算法可以在至少几种情况下简化。例如，可以以1/4抽样率检查信号。也可以使用基于奈奎斯特定理的方法以1/2抽样率检查该信号。这些抽样可以在任何适当的位置或间隔(例如在信号峰值处或峰值之间)取得。如果如图8所示以1/4抽样率检查信号800(“x”标记每个抽样位置)，则系数是+1、0或者-1。在这种情况下，傅立叶变换的实部将信号乘以+1、0、-1、0、...，虚部将信号乘以0、+1、0、-1、...，虚部与实部偏移一个抽样。因此，每个抽样加到结果上，或者从结果中减去，或者不影响结果。另一种途径是对实部使用系数+1、-1、-1和+1，而对虚部使用系数+1、+1、-1和-1，由于所有的抽样都对和有影响，因此可以提供对噪声更好的抵抗力。于是离散傅立叶变换可以简化为没有乘法的“加法器”。然后可以将信号的傅立叶变换分成实部和虚部，每个都可以求平方并加在一起。这个和的平方根产生信号的幅度。或者，可以取得实部与虚部的比率，该比率的反正切可以产生相位(例如使用上面给出的反正切等式)。使用该相位，系统可以确定径向位置。要注意的是，这种基于DFT的脉冲串处理没有考虑印刷介质信号的频率很低的事实，信号实际上可能需要比每周期4次频繁的多的抽样，以允许使用通道的模拟滤波电路(其被设计用来处理频率高的多的信号)。在这种情况下，可能需要额外的DSP滤波来对信号进行滤波，使其可以以如上所述的每周期4次来重新采样。如美国专利No.6,738,205所述，现代磁盘驱动器的读/写通道可以容易地包括必要的DSP滤波电路。
在一些驱动器中，可能需要擦除任何已有的“最终楔”或该最终楔区域中的任何信号。这种擦除过程可以用在例如“未用”驱动器上，或者用于自扫描处理中的重新扫描。在未用驱动器或者是没有写入数据的驱动器中，可能仍然期望擦除最终楔区域，以确保在盘片表面上不存在信号。擦除最终楔处理可以在驱动器的所有柱面上进行。
在运行了参考轨道上的WORF计算后，可以计算测量的位置。在一个实施例中，如图9所示，可以测量“锯齿”脉冲串900的相位和“反锯齿”脉冲串902的相位。可以将相位之间的差乘以每周期的轨道数来得到测量的径向位置。例如，一种由脉冲串的相对相位计算测量的位置的方法可以使用下面的公式：
测量的位置＝每周期的磁道数*(Фzig-Фzag)
其中Фzig和Фzag分别可以是“锯齿”和“反锯齿”脉冲串的相位的函数，包括脉冲串相位的线性和非线性使用。在一些实施例中，Фzig(和/或Фzag)还可以是整体径向位置的函数。即，它们可能根据印刷图案的参数，在驱动器的冲程(stroke)中变换。在其他实施例中，Фzig和Фzag可以简单地与它们相应的脉冲串的相位成正比。
然后可以对每个楔计算位置误差信号(PES)。PES可以是读/写头或元件相对于盘片表面的位置的函数。一旦写元件处在适当的径向位置上，或者在可接受的径向边界内，则最终楔可以被写入。可以使用诸如“交错”(stagger)方法或“并发”方法之类的方法对楔进行写入。例如，在一个这样的系统中前置放大器允许驱动器中的所有头或一些头并发写入。如果驱动器系统不包含这种前置放大器，对于一个头最终楔可以被写入。驱动器然后可以切换头并且用另一个头或一组头来写。这种“交错”方法可能需要驱动器系统知道并且能够处理这样的事实：楔对某些头有时是偏移的。
现有的印刷介质自伺服写入方法的一个限制是由于使用光平版印刷处理来创建图案母版而导致的。尽管这种处理通常是节约成本的，但也可能限制最小形体尺寸(feature size)。该处理的限制目前在大约0.3微米形体尺寸左右，这可能比最终伺服图案上的跃迁之间的间隔大得多。因此，光平版印刷处理常常用于印刷单个参考图案而不是每个最终图案。不仅印刷单个表面比印刷驱动器中的所有表面要便宜，而且使用自伺服写入的参考图案避免了低频率图案的最终楔的使用，低频率图案没有有效使用盘片上的空间。低频率图案可能有噪声，并且在低频率印刷参考盘片上的伺服还可能增加同步偏转的可能性。尽管可以使用WORF技术消除大量这种同步偏转，但由于诸如对位置信号上的噪声和空气湍流(air turbulence)之类的干扰，仍然有非同步偏转。最终楔图案的位置信号上的PES噪声与其他诸如空气湍流主轴偏转和其他驱动器外部的干扰相比，通常是非同步偏转的很小的一部分。
在印刷介质图案中，由于印刷介质图案的低频率，PES噪声可能是非同步偏转的主要来源，非同步偏转可能比同步偏转消除起来要难得多。尽管多圈WORF计算可以允许确定并随后消除大量同步偏转，但仍可以留下非同步偏转。如果PES噪声很多，则由于噪声可能污染信号，可能需要几圈来确定同步偏转。位置误差信号上有许多噪声的事实本身就是对印刷介质自伺服写入的限制。由于图案的低频率方面的原因，楔的数量还可以限于印刷图案。
定时偏心距
印刷介质图案可能由于诸如图案偏离中心之类的因素而具有很大的频率变化。结果，读元件遇到的印刷图案楔之间的时间量也可能由于偏离中心而变化，导致驱动器中的盘片除了径向偏转外还呈现所谓的定时偏心距(timingeccentricity)。由于图案的楔之间具有均匀的间隔(因而等量的时间)可以使格式化驱动器更容易，因此消除任何偏心距是值得期望的。
在印刷介质自伺服写入方法中，基于印刷介质图案直接写入最终伺服图案。为了在该方法下消除定时偏心距，应当在偏离中心的端点(间隔不均匀的印刷图案楔)之间预留足够的空间，从而它们之间有足够的空间容纳定时偏心距和应当均匀间隔(定时)的最终伺服图案楔。结果，最终楔的定时相对于印刷楔的定时可能会变化，这是由于在驱动器的主轴上的印刷盘片的偏离中心引入的定时偏心距被去掉。这样的最终楔到下一印刷楔的定时可能沿着盘片大致正弦变化。留出足够空间在冲程中容纳该定时变化可能有几种不期望的后果：
■它可能会限制印刷介质图案的抽样率(从而限制最终图案的抽样率)。
■它可能会限制印刷介质楔的最大范围(长度)，进而限制可用于确定PES噪声的锯齿/反锯齿脉冲串的范围。如前面部分所述，PES噪声可以是最终楔的质量(RRO)的主要决定因素。
本发明的一个实施例不是仅仅留出足够(印刷介质图案未使用的)空间来容纳在所有半径上最终楔的最大定时变化，而是尝试通过引入额外的一对或多对锯齿/反锯齿脉冲串来解决该问题，该对脉冲串可以由ID附近的最终楔(在特定圆周位置上)重写，但(即使在PM-SSW处理结束后)在OD处仍然无恙。这种额外的伺服脉冲串插入方法是基于下面的观察的：
■印刷介质图案的PES噪声从OD(噪声很严重)到ID(噪声不那么严重，可能相差两倍)容易发生较大变化。因此，测量OD处的PES与在ID处测量PES相比常常需要更长的印刷介质楔。
■由于盘片偏离中心常常导致固定量的空间位移，因此完全除去由于盘片偏离中心引起的定时偏心距所需的最终楔的定时变化大致与半径成反比，因而在OD处比在ID处小得多(大约两倍)。
因此，通过在OD附近插入额外的一对或多对脉冲串，所提出的方法能够有效地测量高噪声PES，同时仍然在OD处保留足够的空间来除去由于偏离中心而导致的定时偏心距。
图13示出了根据本发明的实施例、插入了额外的一对锯齿/反锯齿脉冲串的示例性印刷信号图案。该图案可以包括一个或多个诸如楔1302和1304之类的伺服楔，每个包括前置码、SAM、索引标记、后面是如前面所述的一对锯齿/反锯齿脉冲串。此外，额外的一对锯齿/反锯齿脉冲串1308插入到楔1302中。1310和1312分别标记最终楔在ID和OD处的最初可能范围，指示插入的这对脉冲串可以由ID附近的最终楔重写。1314标记楔在所有半径上的最后可能范围。
图14示出了使用额外的伺服脉冲串对的示例性印刷介质自伺服写入处理。在步骤1400可以将印刷伺服图案楔印刷到盘片表面，由于偏离中心，可能间隔不均匀。在步骤1402，可以对印刷图案中的每个楔插入额外的一对或多对伺服脉冲串。一旦印刷了图案，可以重复地执行步骤1404-1408。在步骤1404可以通过读/写头的读元件读取印刷图案，并且在步骤1406可以基于测量的PES调整读/写头的位置。然后在步骤1408可以在印刷楔之间写入最终图案的最终楔，其中最终楔在它们之间均匀间隔，而与印刷楔不均匀间隔，以便除去印刷介质图案经受的定时偏心距。由于定时偏心距在OD附近较小，因而应当有足够的空间写入最终楔而不损坏靠近OD的、插入的额外这对脉冲串。然而，靠近ID的额外这对脉冲串可能被最终楔重写，以便完全消除ID附近严重的定时偏心距。
在一些实施例中，如图15所示，印刷介质自伺服写入处理可以从使用额外的脉冲串切换为不使用它们。在步骤1500从OD向ID开始自伺服写入处理。读/写头的读元件可以在步骤1502读取印刷图案中的两对伺服脉冲串，并且在步骤1504基于测量的PES调整头位置。然后在步骤1506可以确定处理何时从修正两对伺服脉冲串切换到仅修正原始伺服脉冲串对。切换点(半径)可以如下面所讨论的那样逐个盘片地确定，并且在处理到达额外这对脉冲串被最终楔重写很早之前做出判断(例如对某些具有低偏心距的盘片，由于两对伺服脉冲串都可以预留并且在整个冲程中伺服，因而该切换可能是不必要的)。然后在步骤1508处理可以切换到仅读取原始伺服脉冲串对。如果SSW处理在ID开始，则将仅使用一对脉冲串开始伺服，并且当确定这样做安全的时候切换到使用两对脉冲串。
上面描述的自伺服写入处理的目的是通过以下面的方式来排列额外的脉冲串来最小化在任何半径上遇到的最大PES噪声，即，如图16所示，PES噪声在ID处从其最低点开始，上升直到它达到最大值，然后下降(由于在该半径上及远处使用的额外的脉冲串)，然后再次上升直到其在OD处达到相同的最大值。在印刷介质图案的PES噪声不是确定最终楔图案的写入偏转的主要因素的情况下，可能需要更复杂的最优化。这种最优化将需要平衡PES噪声的变化和其他具有半径的主要TMR源。仍然可能有这样的一个半径，超过该半径的话使用额外的脉冲串将是有意义的，低于该半径的话允许它们被重写将是有意义的。
没有额外伺服脉冲串的基印刷介质(PM)楔所允许的测量的有角度的位移、最大间隔量ΘPM0，可以由楔到楔间隔ΘWW、最终楔间隔ΘFW、最大允许的偏心距DE和ID半径RI通过下面的公式来约束：
RI*[ΘPM0+ΘFW]+DE＝ΘWW*RI
如图17所示，具有额外脉冲串对的PM楔允许的最大间隔ΘPME通过下面的公式与半径RX有关(超过RX的话额外的这对脉冲串将不会被具有最大允许偏心距的最终楔重写)：
RX*[ΘPM0+ΘPME+ΘFW]+DE＝ΘWW*RX
当限定了ΘPM0时，该公式得到RX和ΘPME之间的关系。
在一些实施例中，可以做出下面简化的假设，来预测PES噪声如何随着总脉冲串长度和半径变化(使用靠近OD的这些额外的脉冲串进行保守的估计)。
■在所有其他参数相等的情况下，在给定半径处的PES噪声与该半径成正比。
■与印刷介质脉冲串相比，印刷介质前置码、SAM、索引等所占的空间可以忽略不计。
■在给定的半径处，PES噪声与总脉冲串长度的平方根成反比下降(即，如果总脉冲串长度被与原始脉冲串一样长的额外脉冲串加倍，则PES噪声可能被削减因数 )。
■在OD处的半径RO恰好是在ID处的半径的两倍：RO＝2*RI。
■ΘFW很小，可以忽略不计。
■DE恰好等于在ID处楔到楔间隔的一半，从而ΘPM0＝0.5*ΘWW。在这些假设下，半径r处的PES噪声PESNOISE(r)可以如下计算：
PESNOISE ( r ) = K r R I ; r ≤ R X K r R I Θ PM 0 Θ PM 0 + Θ PME r > R X
即，PES噪声与半径成正比(比例常数K)上升，直到其达到半径RX，这时突然下降一个因数的平方根的倒数(通过该因数插入的额外脉冲将总脉冲串变长)。从该点起，PES噪声继续与半径成正比上升。为了最小化最大PES噪声值，PESNOISE(RX)应当等于PESNOISE(RO)，约束方程为：
( R O R X ) 2 + 1 2 ( R O R X ) - 2 = 0
其解为：
( R O R X ) = - 1 4 ± 8 + / 4 1 ≈ 1.186
或者(RX/RO)～0.84，即，大约从ID到OD距离的70％。
在该半径处，通过使用额外的脉冲串，额外的脉冲串给总PM图案长度增加了大约40％，并且将最坏情况下的PES噪声减低大约因数
Figure A20051002296400213
(即，减少了18％)，这是很明显的改善。
尽管这里所述的实施例普遍参考具有可用于在旋转的介质(磁介质)上写入脉冲串的读/写头的系统，但使用其他数据存储系统或设备也可以获得类似的优点。例如，写入信息到光学介质的激光在写入位置信息时可以利用附加的通道。其上写入、放置或存储信息的任何介质或者至少任何在单个和/或多个头的盘驱动器中旋转的介质，都能够利用本发明实施例的优点。
本发明的优选实施例的上述描述供说明和描述目的。其并不意图将本发明穷举或限制于所公开的精确形式。相关领域普通技术人员将理解许多修改和变型。挑选并描述这些实施例以便最好地说明本发明原理及其实践应用，从而允许本领域技术人员理解本发明的适于特定应用的各种实施例和各种修改。本发明的范围由权利要求书及其等效物限定。

Claims (24)

1.一种用于印刷介质自伺服写入的方法，包括：
在具有多个伺服轨道的可旋转介质的表面上印刷一印刷介质图案，其中印刷介质图案可以包括一个或多个楔，并且一个或多个楔中的每一个可以包括至少一个前置码、SAM、索引标记和至少一个或多个锯齿/反锯齿脉冲串；
相对于可旋转介质的表面定位读/写头；
通过读/写头对印刷介质图案中的一个或多个楔中的每一个中靠近OD和靠近ID的、不同数目的、一个或多个锯齿/反锯齿脉冲串进行修正；
通过读/写头基于印刷介质图案写入最终图案。
2.如权利要求1所述的方法，其中：
印刷介质图案在靠近OD处可以具有比靠近ID处高的PES噪声和/或低的定时偏心距。
3.如权利要求1所述的方法，其中：
印刷介质图案中的一个或多个楔可以是非均匀间隔的，并且/或者具有定时偏心距。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：
在对印刷介质图案中的一个或多个楔中的每一个中的一个或多个锯齿/反锯齿脉冲串至少之一进行修正之后，调整读/写头的位置。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：
确定这样一个的半径，使得：
对于在该半径和OD之间的半径，可以使用在印刷介质图案中的一个或多个楔中的每一个中的一个或多个锯齿/反锯齿脉冲串中超过两个脉冲串来确定PES；以及
对于在ID和该半径之间的半径，可以仅使用在印刷介质图案中的一个或多个楔中的每一个中的一个或多个锯齿/反锯齿脉冲串中一个或两个脉冲串来确定PES。
6.如权利要求5所述的方法，还包括：
在该半径和ID之间，在最终图案中的一个或多个楔中写入一个楔，来代替印刷介质图案中的一个或多个楔中的每一个中的一个或多个锯齿/反锯齿脉冲串中至少一个。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：
在最终图案中写入一个或多个楔以均匀间隔。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：
在最终图案中写入一个或多个楔的每一个，以非固定间隔和定时与印刷介质图案中的相邻楔分开。
9.如权利要求1所述的方法，还包括：
在最终图案中写入一个或多个楔的每一个，尺寸小于印刷介质图案中的一个或多个楔中的楔。
10.如权利要求1所述的方法，还包括：
写入最终图案，使得具有与印刷介质图案基本上相同或更高数量的楔。
11.如权利要求1所述的方法，还包括：
写入最终图案，使得具有与印刷介质图案基本上相同或更高抽样率。
12.一种用于印刷介质自伺服写入的系统，包括：
可旋转介质，包括具有多个伺服轨道的表面，伺服轨道可操作来存储至少一印刷介质图案和最终图案，其中印刷介质图案可以包括一个或多个楔，并且一个或多个楔中的每一个可以包括至少一个前置码、SAM、索引标记和至少一个或多个锯齿/反锯齿脉冲串；
读/写头，包括：
读元件，其可操作来读取印刷介质图案和最终图案之一；和
写元件，其可操作来写入印刷介质图案和最终图案之一；和
一个或多个控制器，其可操作来：
相对于可旋转介质的表面定位读/写头；
通过读/写头对印刷介质图案中的一个或多个楔中的每一个中靠近OD和靠近ID的、不同数目的、一个或多个锯齿/反锯齿脉冲串进行修正；
通过读/写头基于印刷介质图案写入最终图案。
13.如权利要求12所述的系统，其中：
旋转介质可以是磁性盘、光盘、激光可记录盘、单和/或多头磁盘驱动器中的盘片、或者旋转数据存储设备。
14.如权利要求12所述的系统，其中：
一个或多个锯齿/反锯齿脉冲串中的锯齿脉冲串和反锯齿脉冲串可以具有不同的相位。
15.如权利要求12所述的系统，其中：
印刷介质图案在靠近OD处可以具有比靠近ID处高的PES噪声和/或低的定时偏心距。
16.如权利要求12所述的系统，其中：
印刷介质图案中的一个或多个楔可以是非均匀间隔的，并且/或者具有定时偏心距。
17.如权利要求12所述的系统，其中：
所述一个或多个控制器在对印刷介质图案中的一个或多个楔中的每一个中的一个或多个锯齿/反锯齿脉冲串至少之一进行修正之后，还可操作来调整读/写头的位置。
18.如权利要求12所述的系统，其中：
所述一个或多个控制器还可操作来确定这样一个的半径，使得：
对于在该半径和OD之间的半径，可以使用在印刷介质图案中的一个或多个楔中的每一个中的一个或多个锯齿/反锯齿脉冲串中超过两个脉冲串来确定PES；以及
对于在ID和该半径之间的半径，可以仅使用在印刷介质图案中的一个或多个楔中的每一个中的一个或多个锯齿/反锯齿脉冲串中一个或两个脉冲串来确定PES。
19.如权利要求18所述的系统，其中：
所述一个或多个控制器还可操作来在该半径和ID之间，在最终图案中的一个或多个楔中写入一个楔，来代替印刷介质图案中的一个或多个楔中的每一个中的一个或多个锯齿/反锯齿脉冲串中至少一个。
20.如权利要求12所述的系统，其中：
最终图案中的一个或多个楔可以均匀间隔。
21.如权利要求12所述的系统，其中：
最终图案中的一个或多个楔的每一个可以以非固定间隔和定时与印刷介质图案中的相邻楔分开。
22.如权利要求12所述的系统，其中：
最终图案中的一个或多个楔中的楔的尺寸可以小于印刷介质图案中的一个或多个楔中的楔。
23.如权利要求12所述的系统，其中：
最终图案可以具有与印刷介质图案基本上相同数量的楔和相同的抽样率。
24.一种用于印刷介质自伺服写入的系统，包括：
用于在具有多个伺服轨道的可旋转介质的表面上印刷一印刷介质图案的装置，其中印刷介质图案可以包括一个或多个楔，并且一个或多个楔中的每一个可以包括至少一个前置码、SAM、索引标记和至少一个或多个锯齿/反锯齿脉冲串；
用于相对于可旋转介质的表面定位读/写头的装置；
用于通过读/写头对印刷介质图案中的一个或多个楔中的每一个中靠近OD和靠近ID的、不同数目的、一个或多个锯齿/反锯齿脉冲串进行修正的装置；
用于通过读/写头基于印刷介质图案写入最终图案的装置。
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