TW201337915A - 具有多斜率資料轉換之寫入信號之儲存裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種硬碟機或其他基於磁碟之儲存裝置，其包括：一儲存磁碟；一讀取/寫入磁頭，其經組態以自該磁碟讀取資料且將資料寫入至該磁碟；及控制電路，其耦合至該讀取/寫入磁頭或以其他方式與該讀取/寫入磁頭相關聯。該控制電路包括：一寫入驅動器，其經組態以產生一寫入信號用於將資料寫入至該儲存磁碟；及一多斜率轉換控制器，其與該寫入驅動器相關聯且經組態以控制該寫入信號中之一資料轉換以使得該資料轉換包括各自具有一不同斜率之至少兩個不同分段，其中該轉換控制器包括用於該等分段中之每一者之單獨斜率控制機構。以實例方式，該資料轉換可包括具有依序配置於該資料轉換之一起點與一終點之間的第一及第二分段之一雙斜率轉換，其中該第一分段之該斜率大於或小於該第二分段之該斜率。

Description

具有多斜率資料轉換之寫入信號之儲存裝置

諸如硬碟機(HDD)之基於磁碟之儲存裝置用以在眾多種不同類型之資料處理系統中提供非揮發性資料儲存。一典型HDD包括固持亦稱作磁盤之一或多個平坦圓形儲存磁碟之一主軸。每一儲存磁碟包括由一非磁性材料(諸如鋁或玻璃)製成之一基板，該基板塗佈有一或多個磁性材料薄層。在操作中，經由一讀取/寫入磁頭自儲存磁碟之磁軌讀取資料且將資料寫入至儲存磁碟之磁軌，該讀取/寫入磁頭在磁碟高速自旋時藉由一定位臂跨越磁碟表面精確地移動。

HDD之儲存容量持續增加，且當前可獲得可儲存多個兆位元組(TB)之資料之HDD。然而，增加儲存容量通常涉及縮減磁軌尺寸、位元長度或其他特徵以便將較多資料裝配至每一儲存磁碟上，此可導致多種問題，包含降級之磁軌上記錄效能以及磁軌外記錄效能問題(諸如毗鄰磁軌擦除)。

已開發若干種技術以試圖進一步增加儲存容量。舉例而言，稱為疊瓦式磁記錄(SMR)之一技術試圖藉由在一儲存磁碟上之一先前經寫入毗鄰磁軌上方「疊瓦」一既定磁軌來增加一HDD之儲存容量。在稱作位元型樣化媒體(BPM)之另一技術中，對儲存磁碟之表面執行磁島之高密度磁軌，且將資料位元寫入至此等磁島中之各別磁島。其他技術包含(舉例而言)熱輔助磁記錄(HAMR)及微波輔助磁記 錄(MAMR)。HAMR技術利用一雷射在於磁碟表面上之一區域中記錄之前局部地預熱彼區域。在MAMR技術中，一額外寫入磁頭經組態以發射激發媒體中之鐵磁共振之一AC磁場，從而累積便於寫入資料之程序之能量。

HDD通常包含一系統單晶片(SOC)以將來自一電腦或其他處理裝置之資料處理成待寫入至儲存磁碟之一合適形式，且將自該儲存磁碟讀回之信號波形轉變成用於遞送至電腦之資料。SOC具有擴充式數位電路且通常已利用進階互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術來滿足成本及效能目標。HDD通常亦包含將SOC介接至用以自儲存磁碟讀取資料且將資料寫入至儲存磁碟之讀取/寫入磁頭之一前置放大器。

前置放大器通常包括將對應寫入信號提供至讀取/寫入磁頭以便將資料寫入至儲存磁碟之一或多個寫入驅動器。此等寫入信號通常表徵為電流信號，但另一選擇係，可表徵為電壓信號。資料位元通常各自儲存為沿一共同磁化方向(例如，向上或向下)定向之媒體晶粒群組。為了記錄一既定資料位元，寫入驅動器產生一寫入信號，該寫入信號自一負寫入電流轉換成一正寫入電流或反之亦然，其中寫入電流自零至其峰值之量值可在大約15毫安(mA)至65毫安之範圍中，但可使用不同值。

在一典型習用配置中，一寫入驅動器之輸出處之一既定寫入信號具有單斜率低至高資料轉換(亦即，自「0」至「1」)及單斜率高至低資料轉換(亦即，自「1」至 「0」)。此等低至高及高至低轉換亦分別稱作上升及下降轉換。上升轉換或下降轉換之斜率表徵為一上升時間或下降時間以及起點與終點之間的一振幅差。本文中下降時間亦表徵為用於相反極性之一轉換之一上升時間。

當利用具有單斜率資料轉換之習用寫入信號時，將資料高速寫入至儲存磁碟可具有挑戰性。舉例而言，此等寫入信號之使用可在經記錄資料保真度方面不利地影響磁軌上記錄效能以及由於諸如毗鄰磁軌擦除之問題而不利地影響磁軌外記錄效能。此在具有其中屏蔽緊接近於主寫入磁極之包繞屏蔽或側屏蔽寫入磁頭之儲存裝置之情形中尤其如此。

本發明之說明性實施例提供藉由產生具有雙斜率資料轉換或其他類型之多斜率資料轉換之寫入信號展現增強之操作效能之HDD或其他類型之基於磁碟之儲存裝置。此等多斜率資料轉換可係上升或下降轉換或上升與下降轉換兩者之一組合。

在一項實施例中，一種HDD或其他基於磁碟之儲存裝置包括：一儲存磁碟；一讀取/寫入磁頭，其經組態以自儲存磁碟讀取資料且將資料寫入至儲存磁碟；及控制電路，其經組態以處理自讀取/寫入磁頭接收及供應至讀取/寫入磁頭之資料。更特定而言，控制電路包括：一寫入驅動器，其經組態以產生一寫入信號用於將資料寫入至儲存磁碟；及一多斜率轉換控制器，其與寫入驅動器相關聯且經 組態以控制寫入信號中之一資料轉換以使得資料轉換包括各自具有一不同斜率之至少兩個不同分段。該多斜率轉換控制器包括用於該等分段中之每一者之單獨斜率控制機構。

以實例方式，該資料轉換可包括具有依序配置於資料轉換之一起點與一終點之間的第一及第二分段之一雙斜率轉換，其中第一分段之斜率大於或小於第二分段之斜率。

在此一配置中，該等單獨斜率控制機構可包括：一第一可控制延遲元件，其配置於寫入驅動器之一穩定狀態路徑中用於控制該等分段中之一第一分段之一斜率；及一第二可控制延遲元件，其配置於寫入驅動器之一過衝路徑中用於控制該等分段中之一第二分段之一斜率。該第一可控制延遲元件及該第二可控制延遲元件可以允許針對資料轉換之穩定狀態分段及過衝分段建立不同斜率之一方式獨立地予以控制。

本發明之實施例中之一或多者提供基於磁碟之儲存裝置之顯著改良。舉例而言，藉由利用具有多斜率資料轉換之寫入信號，經記錄資料之保真度得以增強，且可顯著減小諸如毗鄰磁軌擦除之不利影響，甚至針對高速寫入之資料及使用具有包繞屏蔽或側屏蔽主磁極之寫入磁頭之情況亦如此。此導致基於磁碟之儲存裝置之經改良總體操作效能，包含磁軌上記錄效能及磁軌外記錄效能兩者。

本文中將連同例示性基於磁碟之儲存裝置、寫入驅動器 及相關聯多斜率轉換控制器圖解說明本發明之實施例。然而，應理解，本發明之此等及其他實施例更通常適用於其中期望改良之經記錄資料保真度及操作效能之任何儲存裝置。可使用除連同說明性實施例具體展示及闡述之組件外之組件實施額外實施例。

圖1展示根據本發明之一說明性實施例之一基於磁碟之儲存裝置100。更具體而言，此實施例中之儲存裝置100包括包含一儲存磁碟110之一HDD。儲存磁碟110具有塗佈有一或多種磁性材料之一儲存表面，該一或多種磁性材料能夠以沿一共同磁化方向(例如，向上或向下)定向之各別媒體晶粒群組之形式儲存資料位元。儲存磁碟110連接至一主軸120。主軸120由一主軸馬達(未在圖中明確展示)驅動以便使儲存磁碟110高速自旋。

經由安裝於一定位臂140上之一讀取/寫入磁頭130自儲存磁碟110讀取資料且將資料寫入至儲存磁碟110。應瞭解，通常僅在圖1中展示磁頭130，但在圖8及圖10中圖解說明此一磁頭之各種特徵之更詳細實例。讀取/寫入磁頭130在儲存磁碟110之磁性表面上方之位置由一電磁致動器150控制。在本發明實施例中，電磁致動器150及其相關聯驅動器電路可視為包括本文中更通常稱作儲存裝置100之「控制電路」之一部分。在此實施例中，假定此控制電路進一步包含配置於總成之相對側上且因此在圖1之透視圖中不可見之額外電子組件。因此，意欲將本文中所使用之術語「控制電路」廣泛地解釋為囊括(以實例方式且不以 限制方式)驅動電子器件、信號處理電子器件以及相關聯處理及記憶體電路，且可囊括用以控制一讀取/寫入磁頭相對於一儲存裝置中之一儲存磁碟之一儲存表面之定位之額外或替代元件。一連接器160用以將儲存裝置100連接至一主機電腦或其他相關處理裝置。

應瞭解，雖然圖1藉助單個儲存磁碟110、讀取/寫入磁頭130及定位臂140中之每一者之僅一項例項展示本發明之一實施例，但此僅係以說明性實例方式，且本發明之替代實施例可包括此等及其他驅動組件中之一或多者之多個例項。舉例而言，一項此替代實施例可包括：多個儲存磁碟，其附接至同一主軸由此所有此等磁碟以相同速度旋轉；及多個讀取/寫入磁頭及相關聯定位臂，該等相關聯定位臂耦合至一或多個致動器。

如本文中廣泛地使用之彼術語之一既定讀取/寫入磁頭可以單獨讀取及寫入磁頭之一組合之形式來實施。更特定而言，意欲將本文中所使用之術語「讀取/寫入」廣泛地解釋為讀取及/或寫入以使得一讀取/寫入磁頭可包括僅一讀取磁頭、僅一寫入磁頭、用於讀取及寫入兩者之一單個磁頭或單獨讀取及寫入磁頭之一組合。此等磁頭可包括(舉例而言)具有包繞屏蔽或側屏蔽主磁極之寫入磁頭或適於在一儲存磁碟上記錄及/或讀取資料之任何其他類型之磁頭。本文中讀取/寫入磁頭130在執行寫入操作時可簡單地稱作一寫入磁頭。

此外，除具體展示之彼等元件之外或代替彼等具體展示 之元件，如圖1中所圖解說明之儲存裝置100亦可包含其他元件，該等其他元件包含通常在此一儲存裝置之一習用實施方案中找到之一類型之一或多個元件。在本文中不詳細闡述熟習此項技術者充分理解之此等及其他習用元件。亦應理解，僅以說明性實例之方式呈現圖1中所展示之元件之特定配置。熟習此項技術者將認識到在實施本發明之實施例中可使用眾多種其他儲存裝置組態。

圖2更加詳細地展示儲存磁碟110之儲存表面。如所圖解說明，儲存磁碟110之儲存表面包括複數個同心磁軌210。每一磁軌被細分成能夠儲存用於隨後擷取之一資料區塊之複數個磁區220。當與朝向儲存磁碟之中心定位之磁軌相比時，朝向儲存磁碟之外側邊緣定位之磁軌具有一較大周長。將該等磁軌分組成數個環狀區230，其中該等區中之一既定區內之磁軌具有相同數目個磁區。外部區中之彼等磁軌具有比位於內部區中之磁軌多的磁區。在此實例中，假定儲存磁碟110包括包含一最外部區230-0及一最內部區230-M的M+1個區。

儲存磁碟110之外部區提供比內部區高之一資料傳送速率。此部分地歸因於以下事實：本發明實施例中之儲存磁碟一旦經加速便以操作速度旋轉，以一恆定角速度或徑向速度自旋而無論讀取/寫入磁頭之定位如何，但內部區之磁軌具有比外部區之磁軌小之周長。因此，當讀取/寫入磁頭定位於一外部區之磁軌中之一者上方時，針對儲存磁碟之一既定360°轉動，讀取/寫入磁頭沿著磁碟表面覆蓋比 讀取/寫入磁頭定位於一內部區之磁軌中之一者上方時大的一線性距離。此一配置稱作具有恆定角速度(CAV)，此乃因儲存磁碟之每一360°轉動花費相同時間量，但應理解，CAV操作並非本發明之實施例之一要求。

跨越儲存磁碟110之整個儲存表面之資料位元密度通常係恆定的，此導致外部區處之較高資料傳送速率。因此，儲存磁碟之最外部環狀區230-0具有比儲存磁碟之最內部環狀區230-M高之一平均資料傳送速率。在一既定實施例中，最內部環狀區與最外部環狀區之間的平均資料傳送速率可相差兩倍以上。作為僅以圖解說明之方式提供之一項實例性實施例，最外部環狀區可具有約2.3十億位元每秒(Gb/s)之一資料傳送速率，而最內部環狀區具有約1.0 Gb/s之一資料傳送速率。在此一實施方案中，更特定而言，HDD可具有500 GB之一總儲存容量及7200 RPM之一主軸轉速，其中如上文所提及資料傳送速率介於自最外部區之大約2.3 Gb/s至最內部區之大約1.0 Gb/s的範圍內。

可假定儲存磁碟110包含形成於其儲存表面上之一定時型樣。此一定時型樣可包括一或多組伺服位址標記(SAM)或以一習用方式形成於特定磁區中之其他類型之伺服標記。因此，更具體而言，SAM可視為本文中稱作伺服標記之一實例。

僅出於圖解說明之目的呈現上文所闡述之實施例中所提及之特定資料傳送速率及其他特徵，且不應以任何方式將其解釋為進行限制。在其他實施例中可使用眾多種其他資 料傳送速率及儲存磁碟組態。

下文將連同圖3至圖10闡述本發明之實施例，其中圖1之儲存裝置100經組態以實施具有一相關聯多斜率轉換控制器之至少一個寫入驅動器。該寫入驅動器經組態以產生一寫入信號用於將資料寫入至儲存磁碟，且該多斜率轉換控制器經組態以控制寫入信號中之一資料轉換以使得資料轉換包括各自具有一不同斜率之至少兩個不同分段。更特定而言，在此等實施例中，該多斜率轉換控制器實施為一雙斜率轉換控制器。由雙斜率控制器控制之一既定寫入信號資料轉換可包括一上升轉換或一下降轉換，且該轉換係具有依序配置於資料轉換之一起點與一終點之間的第一及第二分段之一雙斜率轉換，其中第一分段之斜率大於或小於第二分段之斜率。然而，應瞭解，其他實施例可實施其中在一既定轉換內呈現不同斜率之兩個以上分段之轉換控制器。

圖3更加詳細地展示圖1之儲存裝置100之一部分。在此視圖中，儲存裝置100包括經由一匯流排306通信之一處理器300、一記憶體302及一系統單晶片(SOC)304。儲存裝置進一步包括在SOC 304與讀取/寫入磁頭130之間提供一介面之一前置放大器308。相對於SOC 304及儲存裝置100之其他組件，記憶體302係一外部記憶體，但記憶體302仍然在彼儲存裝置內部。本發明實施例中，SOC 304包含讀取通道電路310及一磁碟控制器312，且引導讀取/寫入磁頭130之操作以自儲存磁碟110讀取資料及將資料寫入至儲存 磁碟110。

匯流排306可包括(舉例而言)一或多個互連組構。在本發明實施例中，此等組構可實施為更加詳細地闡述於(舉例而言)以引用方式併入本文中之進階微控制器匯流排架構(AMBA)AXI v2.0規範中之進階可擴展介面(AXI)組構。匯流排亦可用以支援諸如SOC 304與前置放大器308之間的其他系統組件之間的通信。應理解，不需要AXI互連且在本發明之實施例中可使用眾多種其他類型之匯流排組態。

處理器300、記憶體302、SOC 304及前置放大器308可視為共同構成如本文中所利用之彼術語「控制電路」之一項可能實例。在其他實施例中可使用控制電路之眾多替代配置，且此等配置可僅包含組件300、302、304及308之一子組或此等組件中之一或多者之部分。舉例而言，SOC 304本身可視為「控制電路」之一實例。在圖3中所展示之實施例中，儲存裝置100之控制電路通常經組態以處理自讀取/寫入磁頭130接收及供應至讀取/寫入磁頭130之資料且控制讀取/寫入磁頭130相對於儲存磁碟110之定位。

應注意，圖3之儲存裝置100中之SOC 304之某些操作可由處理器300引導，該處理器執行儲存於外部記憶體302中之程式碼。舉例而言，處理器300可經組態以執行儲存於記憶體302中之程式碼用於執行由SOC 304實施之一寫入信號轉換控制程序之至少一部分。因此，儲存裝置100之轉換控制功能性之至少一部分可至少部分地以軟體程式碼之形式實施。

外部記憶體302可包括呈任何組合形式之諸如隨機存取記憶體(RAM)或唯讀記憶體(ROM)之電子記憶體。在本發明實施例中，不加限制地假定外部記憶體302至少部分地實施為一雙倍資料速率(DDR)同步動態RAM(SDRAM)，但在其他實施例中可使用眾多種其他類型之記憶體。記憶體302係本文中更通常稱作一「電腦可讀儲存媒體」之一實例。此一媒體亦可係可寫入的。

雖然假定本發明實施例中之SOC 304實施於一單個積體電路上，但彼積體電路可進一步包括處理器300、記憶體302、匯流排306及前置放大器308之部分。另一選擇係，處理器300、記憶體302、匯流排306及前置放大器308之部分可至少部分地以一或多個額外積體電路(諸如經設計以供在一HDD中使用且經適當修改以實施如本文中所揭示之多斜率轉換控制電路之其他習用積體電路)之形式實施。

標題為「Data Storage Drive with Reduced Power Consumption」之第7,872,825號美國專利中揭示可經修改以供在本發明之實施例中使用之一SOC積體電路之一實例，該專利隨本發明共同受讓且以引用方式併入本文中。

可用以實施一既定實施例之處理器、記憶體或其他儲存裝置組件之其他類型之積體電路包含(舉例而言)一微處理器、數位信號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或其他積體電路裝置。

在包括一積體電路實施方案之一實施例中，多個積體電路晶粒可以一重複型樣形成於一晶圓之一表面上。每一此 晶粒可包含如本文中所闡述之一裝置，且可包含其他結構或電路。自晶圓分割或切割晶粒，然後將其封裝為積體電路。熟習此項技術者將瞭解如何切割晶圓及封裝晶粒以產生經封裝積體電路。將如此製造之積體電路視為本發明之實施例。

雖然在本發明實施例中展示為儲存裝置100之部分，但處理器300及記憶體302中之一者或兩者可至少部分地實施於一相關聯處理裝置(諸如其中安裝儲存裝置之一主機電腦或伺服器)內。因此，在圖3實施例中，元件300及302可視為與儲存裝置100分離，或視為表示各自包含來自儲存裝置及其相關聯處理裝置兩者之單獨處理或記憶體電路組件之複合元件。如上文所提及，處理器300及記憶體302之至少部分可視為構成如本文中廣泛地定義之彼術語「控制電路」。

更特定而言，現在參考儲存裝置100之前置放大器308，在此實施例中，前置放大器包括具有一相關聯雙斜率轉換控制器322之至少一個寫入驅動器320。假定本發明實施例中之寫入驅動器320包括至少一個資料路徑。因此，舉例而言，寫入驅動器320可包括兩個資料路徑(諸如一高側資料路徑及一低側資料路徑)，但在其他實施例中可使用不同數目個資料路徑。就此而言，應注意，意欲將本文中所使用之術語「資料路徑」廣泛地解釋為囊括(舉例而言)CMOS電路或透過其在前置放大器308或另一儲存裝置組件中傳遞一資料信號之其他類型之電路。此外，術語 「寫入驅動器」意欲囊括可用以產生各自具有一或多個多斜率資料轉換之一或多個寫入信號之任何類型之驅動器電路。

雖然在圖3中說明性地展示為實施於寫入驅動器320內，但另一選擇係，雙斜率轉換控制器322可(舉例而言)使用前置放大器308之其他電路至少部分地實施於寫入驅動器外部。

圖4及圖5圖解說明在使用及未使用雙斜率轉換控制器322之情形下可在寫入驅動器320中分別產生之寫入信號之部分。更特定而言，圖4展示具有單斜率上升及下降轉換之一寫入信號之一實例，且圖5圖解說明其中可將圖4寫入信號修改成包含一雙斜率上升轉換之方式。在此等圖中之每一者中，展示適於供在將一單個資料位元寫入至儲存媒體110中使用之一單個寫入脈衝，且將單位為mA之寫入脈衝電流標繪為單位為奈秒(ns)之一時間函數。

最初參考圖4，如所展示之寫入脈衝包含在開始時間T_0處且以負寫入電流-Iw開始之一單斜率上升轉換400，其中Iw表示穩定狀態寫入電流。如先前所指示，典型寫入電流量值在大約15 mA至65 mA(零至峰值)之範圍中，但可使用其他值。單斜率上升轉換400在時間T_0+T_rise處且以寫入電流Iw+OSA結束，其中T_rise表示資料轉換之上升時間且OSA表示過衝振幅。該圖亦展示寫入脈衝之過衝持續時間(OSD)。圖4寫入脈衝之下降轉換402類似於上升轉換，但以寫入電流Iw開始且以寫入電流-Iw-OSA結束。

寫入脈衝過衝參數T_rise、OSA及OSD之增加之強度(亦即，較短T_rise、較高OSA及較長OSD)可有助於促進寫入磁頭中之磁性切換，從而導致高資料速率之經改良記錄效能。然而，過衝參數之侵略性設定通常將僅導致最高一特定最大資料速率之記錄改良，此至少部分地歸因於寫入磁頭中之飽和及其他非線性行為。此非線性行為可產生一磁化回應波形，該磁化回應波形特徵為一顯著時間延遲(例如，200 ps至500 ps)及相對於所施加寫入信號之上升時間之一較長上升時間。一旦達到上述最大資料速率，此類型之慢磁性切換便可使記錄效能迅速降級，此主要針對磁軌上記錄效能，但亦由於諸如毗鄰磁軌擦除之問題而不利地影響磁軌外記錄效能。

圖5展示包括一雙斜率上升轉換之一經修改寫入脈衝，該經修改寫入脈衝可提供經改良磁軌上及磁軌外記錄效能(尤其以高資料速率)。此脈衝中之上升轉換係具有依序配置於該轉換之一起點與一終點之間的第一分段500A及第二分段500B之一雙斜率轉換，其中第一分段之斜率大於第二分段之斜率。轉換之起點及終點分別處於座標[T_0,-Iw]及[T_0+T_rise,Iw+OSA]處。

如圖中所展示，上升轉換具有位於資料轉換之起點與終點之間的一拐點以使得該拐點分離資料轉換之兩個依序配置之分段500A及500B。應注意，意欲將本文中所使用之術語「拐點」廣泛地解釋為囊括一既定寫入信號資料轉換中之不同斜率分段之間的一點。在本發明實施例中，拐點 表示資料轉換中之一不連續一階導數點。然而，如廣泛地所解釋之術語應理解為囊括資料轉換斜率中之其他類型之不連續性。在此實施例中，轉換之拐點位於由座標[T_0,-Iw]及[T_0+T_rise,Iw+OSA]定義之一矩形504中。

作為一更特定實例，在一既定實施例中，拐點可位於Iw處，其中自拐點至Iw+OSA之一上升時間為大約40微微秒(ps)且一總上升時間T_rise為100 ps。作為另一實例，在一既定實施例中，拐點可位於5 mA處，其中自拐點至Iw+OSA之一上升時間為大約100微微秒(ps)且一總上升時間T_rise為150 ps。在此等及其他實施例中，Iw及OSA之值的合適範圍可係Iw之大約15 mA至65 mA及OSA之大約0 mA至65 mA。上升轉換之總上升時間可在大約50 ps至300 ps之範圍中。當然，在其他實施例中可使用眾多其他參數值。

雖然在圖5實施例中下降轉換502係一單斜率轉換，但此下降轉換亦可由轉換控制器322控制以形成一雙斜率轉換。在此一配置中，下降轉換可包括位於由座標[T_0,Iw]及[T_0+T_fall,-Iw-OSA]定義之一矩形中之一拐點，其中T_fall表示資料轉換之一下降時間。因此，在其他實施例中，寫入脈衝之上升及下降轉換中之一者或兩者可係多斜率轉換。如上文所提及，另一選擇係，下降時間可表徵為用於相反極性之一轉換之一上升時間。

此外，在其他實施例中，上升轉換之第一分段500A之斜率可小於上升轉換之第二分段500B之斜率。圖9中展示此 類型之一寫入脈衝之一實例。在此一配置中，上升轉換之拐點仍位於由座標[T_0,-Iw]及[T_0+T_rise,Iw+OSA]定義之矩形504中。

現在參考圖6，更加詳細地展示寫入驅動器320及其相關聯雙斜率轉換控制器322。應注意，寫入驅動器通常將包含所展示電路以外的額外電路。舉例而言，圖6中所圖解說明之寫入驅動器320之部分可視為僅表示包括多個資料路徑之一寫入驅動器中之一高側或低側資料路徑之一部分。每一此資料路徑之至少一部分可包括單獨穩定狀態(SS)及過衝(OS)路徑，該等路徑包含用於穩定狀態及過衝波塑形之各別電路區塊。此外，在此實施例中轉換控制器322併入至寫入驅動器320中，但如上文所提及，在其他實施例中可至少部分地使用與寫入驅動器分離但以其他方式與寫入驅動器相關聯之電路來實施該轉換控制器。

在圖6實施例中，多斜率轉換控制器322包括配置於寫入驅動器320之一穩定狀態路徑602A中之一第一可控制延遲元件600A及配置於寫入驅動器之一過衝路徑602B中之一第二可控制延遲元件600B。可以允許針對圖5寫入脈衝之上升轉換之穩定狀態分段500A及過衝分段500B建立不同斜率之一方式獨立地控制第一可控制延遲元件600A及第二可控制延遲元件600B。更特定而言，使用分別表示為SSDelay<1：0>及OSDelay<1：0>之若干組單獨控制位元來控制此等延遲元件。各別第一可控制延遲元件及第二可控制延遲元件之輸入兩者經調適以經由表示為DataIn之一輸入 端子接收待寫入至儲存磁碟之資料。

第一可控制延遲元件600A及第二可控制延遲元件600B可視為用於一多斜率轉換之各別分段之本文中更通常稱作「斜率控制機構」之實例。眾多其他類型之斜率控制機構可用於其他實施例中，且可包含其中回應於一所施加控制信號而控制所提供延遲量之動態斜率控制機構(諸如元件600A及600B)，以及其中一所要延遲量係使用固定電路元件而建立且在儲存裝置之操作期間係不可變的之靜態斜率控制機構。亦意欲將本文中之各別轉換分段之斜率之單獨控制廣泛地解釋為囊括允許針對各別轉換分段設定不同斜率之眾多種不同配置中之任一者。

第一可控制延遲元件600A之輸出耦合至穩定狀態路徑602A之一第一驅動元件604之一輸入，該第一驅動元件604繼而驅動穩定狀態路徑602A之一第二驅動元件606之一輸入，從而產生表示為SSout之一穩定狀態輸出。第二可控制延遲元件600B之輸出耦合至過衝路徑602B之一過衝產生器(OSGen)608之一輸入，該過衝產生器(OSGen)608繼而驅動一過衝控制驅動元件610，從而產生表示為OSout之一過衝輸出。過衝控制驅動元件610用於回應於表示為OSRTC<1：0>之控制位元而控制諸如過衝脈衝寬度之一或多個過衝參數。過衝控制驅動元件610可包括(舉例而言)設定過衝脈衝寬度之一可程式化脈衝產生單元。在此實施例中，穩定狀態驅動元件604及606匹配於過衝驅動元件608及610以便可適當地組合SSout信號與OSout信號以形成寫 入脈衝。

在操作中，藉由針對可控制延遲元件600A及600B單獨地調整控制位元之值而獨立地控制轉換分段500A及500B之各別斜率，藉此更改穩定狀態路徑602A與過衝路徑602B之間的相對延遲。可使用處理器300、SOC 304或一或多個其他儲存裝置組件(視需要，以任一組合形式)程式化控制位元值以便提供所要雙斜率轉換。藉由使穩定狀態路徑602A及過衝路徑602B中之一者相對於另一者延遲，可修改圖5之矩形504內之拐點之位置以使得針對寫入脈衝達成雙斜率波塑形。

雖然在此實施例中針對穩定狀態延遲控制及過衝延遲控制提供僅兩個控制位元，但其他實施例可針對穩定狀態延遲控制、過衝延遲控制或兩者使用兩個以上控制位元。此外，針對穩定狀態延遲控制及過衝延遲控制可使用不同數目個控制位元。各別控制位元之邏輯位準以更改各別分段500A及500B之斜率之一方式調整對應穩定狀態路徑及過衝路徑中之延遲。舉例而言，可使用電路來實施回應於控制位元值之此延遲調整，該電路操作以回應於一對應控制位元之邏輯位準而(諸如)藉由包含或移除一電阻器來調整之一或多個電路時間常數。熟習此項技術者將顯而易見用於回應於控制位元提供可控制延遲之眾多其他技術。此外，如上文所指示，可使用靜態斜率控制電路，其中延遲並非動態可控制的而是設計為固定的。將固定的靜態配置視為如本文中廣泛地利用之彼術語「斜率控制機構」之一 類型。

現在將參考圖7至圖10闡述與本發明之一或多項實施例相關之額外細節。圖7展示類似於先前連同圖5闡述之寫入脈衝之一寫入脈衝之另一實例，但其中拐點與電流值Iw吻合。圖9展示一寫入脈衝之另一實例，其中雙斜率轉換之下部分段之斜率小於上部分段之斜率而非如圖5及圖7之實例中大於上部分段之斜率。將連同圖8及圖10分別闡述與圖7及圖9之寫入脈衝相關聯之磁頭磁化程序之實例。

圖7寫入脈衝波形具有自-Iw至約Iw之一預定值處之一拐點之一快第一斜率，後續接著自該拐點至Iw+OSA之一慢第二斜率。此波形可有益於改良磁軌外記錄效能而不犧牲磁軌上記錄效能。一快第一斜率具有類似於一單斜率波形之磁效應之一磁效應，但慢第二斜率防止磁頭屏蔽之強平面外磁化激發。此外，可針對特定資料速率及OSD設定觀察到磁軌上效能之改良，此乃因超出對應於寫入磁頭中之磁化切換位準之臨界電流位準要花費較多時間。

現在參考圖8，圖7中所圖解說明之寫入脈衝波形可尤其有助於經組態用於在儲存磁碟110之一資料層804中記錄資料之特定磁頭設計，諸如具有一錐體800及一磁極尖802之一磁頭130'。在此配置中，快斜率起始錐體800中之磁化切換而慢斜率給出額外扭矩以在反轉垂直結構域壁到達磁極尖802時切換磁極尖802之磁化。

圖9寫入脈衝波形具有自-Iw至約+5 mA之一預定值處之一拐點之一慢第一斜率，後續接著自該拐點至Iw+OSA之 一快第二斜率。此波形可有益於自磁頭130之一飽和狀態之寫入轉換(如圖10中所圖解說明)，圖10針對經組態用於在儲存磁碟110之一資料層1004中記錄資料一磁頭130"展示在寫入脈衝期間磁頭磁化之變化，磁頭130"具有一更漸變錐體1000及較不細長磁極尖1002。

在此實施例中，寫入脈衝波形促進由於一慢準備階段所致之自磁頭之飽和狀態之轉換之寫入。慢第一斜率有助於在磁化切換之前將磁頭錐體解除飽和而不使先前位元記錄降級，從而使磁極尖之磁化狀態保持與慢第一斜率之前相同。以下快第二斜率對於磁極尖中之磁化切換係極有效的。所獲得磁性上升時間顯著減小，此在諸多情形(諸如以快資料速率記錄頻繁轉換(例如，0101010)，或用於記錄在一無轉換之長位元序列之後的一轉換(例如，000001或111110))中係極有益的。此外，獲得磁軌外效能之一改良，此乃因與單斜率波形之電流躍變相比，第二斜率(亦即，自拐點至Iw+OSA)之電流躍變較小。如先前所提及，已觀察到諸如較快上升時間及較高振幅之因素可在切換期間導致磁頭屏蔽之較強磁化激發且導致毗鄰磁軌之寄生擦除。

應瞭解，僅以實例方式呈現圖3至圖10中所展示之特定電路配置、寫入信號波形及磁頭磁化組態，且本發明之其他實施例可利用其他類型及配置之元件來實施用於一或多個寫入信號之多斜率轉換控制功能性，如本文中所揭示。

如先前所提及，儲存裝置組態可在本發明之其他實施例 中變化。舉例而言，儲存裝置可包括一混合HDD，除一或多個儲存磁碟之外該混合HDD還包含一快閃記憶體。

亦應理解，特定儲存磁碟組態及記錄機制可在本發明之其他實施例中變化。舉例而言，在本發明之一或多項實施例中可使用包含SMR、BPM、HAMP及MAMR之多種記錄技術。

圖11圖解說明包括耦合至一主機處理裝置1102之基於磁碟之儲存裝置100之一處理系統1100，該主機處理裝置可係一電腦、伺服器、通信裝置等。雖然在此圖中展示為一單獨元件，但儲存裝置100可併入至主機處理裝置中。經引導至儲存裝置100之諸如讀取命令及寫入命令之指令可源自處理裝置1102，該處理裝置可包括類似於先前連同圖3闡述之處理器及記憶體元件之處理器及記憶體元件。

多個基於磁碟之儲存裝置100可併入至圖12中所圖解說明之一虛擬儲存系統1200中。亦稱作一儲存虛擬化系統之虛擬儲存系統1200說明性地包括耦合至一RAID系統1204之一虛擬儲存控制器1202，其中RAID表示獨立磁碟冗餘陣列。更具體而言，RAID系統包括表示為100-1、100-2、...100-N之N個相異儲存裝置，假定該等相異儲存裝置中之一或多者經組態以包含針對寫入信號之多斜率轉換控制，如本文中所揭示。將包括HDD或本文中所揭示類型之其他基於磁碟之儲存裝置之此等及其他虛擬儲存系統視為本發明之實施例。圖11中之主機處理裝置1102亦可係一虛擬儲存系統之一元件，且可併入有虛擬儲存控制器1202。

再者，應強調，本發明之上述實施例意欲僅係說明性的。舉例而言，其他實施例可使用不同類型及配置之儲存磁碟、讀取/寫入磁頭、控制電路、前置放大器、寫入驅動器及其他儲存裝置元件來實施所闡述之轉換控制功能性。此外，其中將寫入信號轉換組態成包含多個斜率之特定方式可在其他實施例中變化。熟習此項技術者將顯而易見在以下申請專利範圍之範疇內之此等及眾多其他替代實施例。

100‧‧‧基於磁碟之儲存裝置/儲存裝置

100-1‧‧‧儲存裝置

1002‧‧‧較不細長磁極尖

100-2‧‧‧儲存裝置

100-3‧‧‧儲存裝置

1004‧‧‧資料層

100-N‧‧‧儲存裝置

110‧‧‧儲存磁碟/儲存媒體

120‧‧‧主軸

130'‧‧‧磁頭

130"‧‧‧磁頭

130‧‧‧讀取/寫入磁頭/磁頭

140‧‧‧定位臂

150‧‧‧電磁致動器

160‧‧‧連接器

210‧‧‧同心磁軌

220‧‧‧磁區

230‧‧‧環狀區

230-0‧‧‧最外部區/最外部環狀區

230-M‧‧‧最內部區/最內部環狀區

300‧‧‧處理器/組件/元件

302‧‧‧記憶體/組件外部記憶體/元件

304‧‧‧系統單晶片(SOC)/組件

306‧‧‧匯流排

308‧‧‧前置放大器/組件

310‧‧‧讀取通道電路

312‧‧‧磁碟控制器

320‧‧‧寫入驅動器

322‧‧‧雙斜率裝換驅動器/轉換驅動器/多斜率轉換驅動器

400‧‧‧單斜率上升轉換

402‧‧‧下降轉換

500A‧‧‧第一分段/分段/穩定狀態分段/轉換分段

500B‧‧‧第二分段/分段/過衝分段/轉換分段

502‧‧‧下降轉換

504‧‧‧矩形

600A‧‧‧第一可控制延遲元件/元件/可控制延遲元 件

600B‧‧‧第二可控制延遲元件/元件/可控制延遲元件

602A‧‧‧穩定狀態路徑

602B‧‧‧過衝路徑

604‧‧‧第一驅動元件/穩定狀態驅動元件

606‧‧‧第二驅動元件/穩定狀態驅動元件

608‧‧‧過衝產生器(OSGen)/過衝驅動元件

610‧‧‧過衝控制驅動元件/過衝驅動元件

800‧‧‧錐體

802‧‧‧磁極尖

804‧‧‧資料層

1000‧‧‧更漸變錐體

1100‧‧‧處理系統

1102‧‧‧主機處理裝置/處理裝置

1200‧‧‧虛擬儲存系統

1202‧‧‧虛擬儲存控制器

1204‧‧‧獨立磁碟冗餘陣列系統

DataIn‧‧‧資料輸入

-Iw‧‧‧資料轉換之一開始電流振幅

Iw‧‧‧穩定狀態寫入電流/穩定狀態電流/寫入電流/電流值

Iw+OSA‧‧‧寫入電流/資料轉換之一結束電流振幅

-Iw-OSA‧‧‧寫入電流/資料轉換之一結束電流振幅

OSDelay<1：0>‧‧‧過沖延遲

OSout‧‧‧過沖輸出

OSRTC<1：0>‧‧‧過沖參數

SSout‧‧‧穩定狀態輸出

T_0‧‧‧資料轉換之一開始時間

圖1展示根據本發明之一說明性實施例之一基於磁碟之儲存裝置之一透視圖。

圖2展示圖1之儲存裝置中之一儲存磁碟之一平面圖。

圖3係包含包括一寫入驅動器及一雙斜率轉換控制器之一前置放大器之圖1之儲存裝置之一部分的一方塊圖。

圖4展示具有單斜率上升及下降轉換之一寫入信號之一實例。

圖5圖解說明其中可將圖4寫入信號修改成包含一雙斜率上升轉換之方式。

圖6展示圖3之寫入驅動器之一部分及其相關聯雙斜率轉換控制器之一更詳細視圖。

圖7展示具有類似於圖5之雙斜率上升轉換之一雙斜率上升轉換之一寫入信號之另一實例。

圖8圖解說明其中使一讀取/寫入磁頭之一部分磁化以使用圖7之寫入信號將資料寫入至一儲存磁碟之一資料層之 方式。

圖9展示具有一雙斜率上升轉換之一寫入信號之又一實例。

圖10圖解說明其中使一讀取/寫入磁頭之一部分磁化以使用圖9之寫入信號將資料寫入至一儲存磁碟之一資料層之方式。

圖11圖解說明圖1之儲存裝置與一資料處理系統中之一主機處理裝置之互連。

圖12展示併入有圖1中所展示類型之複數個基於磁碟之儲存裝置之一虛擬儲存系統。

320‧‧‧寫入驅動器

322‧‧‧雙斜率轉換控制器/轉換控制器

600A‧‧‧第一可控制延遲元件/元件

600B‧‧‧第二可控制延遲元件/元件

602A‧‧‧穩定狀態路徑

602B‧‧‧過衝路徑

604‧‧‧第一驅動元件/穩定狀態驅動元件

606‧‧‧第二驅動元件/穩定狀態驅動元件

608‧‧‧過衝產生器(OSGen)/過衝驅動元件

610‧‧‧過衝控制驅動元件/過衝驅動元件

Claims (10)

1. 一種設備，其包括：控制電路，其經調適而與經組態以自一儲存磁碟讀取資料且將資料寫入至該儲存磁碟之一讀取/寫入磁頭相關聯，該控制電路經組態以處理自該讀取/寫入磁頭接收及供應至該讀取/寫入磁頭之資料；其中該控制電路包括：一寫入驅動器，其經組態以產生一寫入信號用於將資料寫入至該儲存磁碟；及一多斜率轉換控制器，其與該寫入驅動器相關聯且經組態以控制該寫入信號中之一資料轉換以使得該資料轉換包括各自具有一不同斜率之至少兩個不同分段，該多斜率轉換控制器包括用於該等分段中之每一者之單獨斜率控制機構。
2. 如請求項1之設備，其中該資料轉換包括具有依序配置於該資料轉換之一起點與一終點之間的第一及第二分段之一雙斜率轉換，其中該第一分段之該斜率大於該第二分段之該斜率。
3. 如請求項1之設備，其中該資料轉換包括具有依序配置於該資料轉換之一起點與一終點之間的第一及第二分段之一雙斜率轉換，其中該第一分段之該斜率小於該第二分段之該斜率。
4. 如請求項1之設備，其中該資料轉換具有位於該資料轉換之一起點與一終點之間的至少一個拐點，其中一既定 拐點分離該資料轉換之兩個依序配置之分段。
5. 如請求項4之設備，其中該資料轉換係一上升轉換且該拐點位於由座標[T_0,-Iw]及[T_0+T_rise,Iw+OSA]定義之一矩形中，其中T_0表示該資料轉換之一開始時間，T_rise表示該資料轉換之一上升時間，Iw表示穩定狀態電流，OSA表示過衝振幅，-Iw表示該資料轉換之一開始電流振幅，且Iw+OSA表示該資料轉換之一結束電流振幅。
6. 如請求項4之設備，其中該資料轉換係一下降轉換且該拐點位於由座標[T_0,Iw]及[T_0+T_fall,-Iw-OSA]定義之一矩形中，其中T_0表示該資料轉換之一開始時間，T_fall表示該資料轉換之一下降時間，Iw表示穩定狀態電流，OSA表示過衝振幅，Iw表示該資料轉換之一開始電流振幅，且-Iw-OSA表示該資料轉換之一結束電流振幅。
7. 如請求項1之設備，其中該等單獨斜率控制機構包括：一第一可控制延遲元件，其配置於該寫入驅動器之一穩定狀態路徑中用於控制該等分段中之一第一分段之一斜率；及一第二可控制延遲元件，其配置於該寫入驅動器之一過衝路徑中用於控制該等分段中之一第二分段之一斜率。
8. 如請求項7之設備，其中該第一可控制延遲元件及該第二可控制延遲元件可以允許針對該資料轉換之穩定狀態 分段及過衝分段建立不同斜率之一方式獨立地予以控制。
9. 一種方法，其包括以下步驟：接收待寫入至一儲存裝置之一儲存磁碟之資料；及產生一寫入信號用於將該資料寫入至該儲存磁碟，該寫入信號具有複數個資料轉換，其中該等資料轉換中之至少一者包括各自具有一不同斜率之至少兩個不同分段；其中該產生步驟包括單獨地控制該等分段中之每一者。
10. 一種處理系統，其包括：一處理裝置；及一儲存裝置，其耦合至該處理裝置且包括至少一個儲存磁碟；其中該儲存裝置進一步包括：一讀取/寫入磁頭，其經組態以自該儲存磁碟讀取資料且將資料寫入至該儲存磁碟；及控制電路，其經組態以處理自該讀取/寫入磁頭接收及供應至該讀取/寫入磁頭之資料；該控制電路包括：一寫入驅動器，其經組態以產生一寫入信號用於將資料寫入至該儲存磁碟；及一多斜率轉換控制器，其與該寫入驅動器相關聯且經組態以控制該寫入信號中之一資料轉換以使得該資 料轉換包括各自具有一不同斜率之至少兩個不同分段，該多斜率轉換控制器包括用於該等分段中之每一者之單獨斜率控制機構。