TWI426507B - 用於硬碟缺陷區域之偵測及分類之以振幅為基礎的方法 - Google Patents

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Description

用於硬碟缺陷區域之偵測及分類之以振幅為基礎的方法
本發明係關於硬碟機，且特定言之，本發明係關於用於偵測一硬碟機之一硬碟上之缺陷區域且將該等缺陷區域分類為對應於熱微凸還是對應於媒體缺陷之技術。
本申請案之主旨係關於2005年12月28日申請的美國專利申請案第11/319,319號、2008年4月29日申請的美國專利申請案第12/111,255號及2010年2月18日申請的美國專利申請案第12/707,820號之主旨，所有申請案全文之教示以引用方式併入本文中。
此【先前技術】段落介紹可有助於促進更佳理解本發明之態樣。因此，應以此觀點閱讀此段落之陳述且不應將其理解為對是否為先前技術的承認。
一硬碟機之一理想硬碟具有完全平坦且完全一致材料組成之一資料儲存表面。然而，在實際中，硬碟並非完全平坦的且具有變化的材料組成。由於此原因，以及出於製造原因，不同類型的缺陷可出現在硬碟上。恢復自缺陷區域讀取的資料係困難的，且困難程度取決於缺陷類型。在漏失類型的缺陷區域中，類比讀頭輸出信號之振幅明顯低於相對平坦且相對一致材料組成之正常區域之讀頭輸出信號振幅。若由處理該讀頭輸出信號之電子器件適當放大且調節該讀頭輸出信號，則可恢復寫入此等缺陷區域上的資料。在此文件中，將此等漏失類型的缺陷稱為「媒體缺陷」(MD)。期望判定硬碟上之MD區域之位置，使得自此等MD區域讀取的該等信號可經合適處理以準確恢復資料。
有時，一硬碟區域之拓撲如此改變使得讀頭在定位於旋轉硬碟之此等區域上時，讀頭將因硬碟上出現微凸而與某些區域實體接觸。由於由該讀頭與改變的硬碟間之實體接觸產生的摩擦熱，此等區域被稱為熱微凸(TA)區域。期望判定硬碟上之TA區域之位置，使得在資料寫入與資料讀取操作期間可避開此等區域以防止損壞讀頭。
當前及舊式硬碟機利用MR(磁阻)讀頭或GMR(巨大MR)讀頭。對於此等讀頭，對應於MD區域之讀頭輸出信號具有明顯小於正常區域之信號振幅之振幅，而由於TA作用引起之基線移位，對應於TA區域之讀頭輸出信號具有明顯大於正常區域信號振幅之振幅。如此，藉由尋找低於正常信號振幅之區域，可在利用一MR/GMR讀頭之一硬碟機上找到MD區域，同時可藉由尋找相比於正常信號振幅區域之信號基線明顯增加，在該硬碟上找到TA區域。
較新硬碟機利用TMR(穿隧MR)讀頭。對於TMR讀頭，因為對應於MD區域與TA區域兩者之讀頭輸出信號具有明顯小於正常區域之信號振幅的振幅，所以TA區域被誤認為MD區域。如此，用於偵測且分類利用MR/GMR讀頭之硬碟機之MD及TA區域之習知信號處理技術不能用於偵測且分類利用TMR讀頭之硬碟機之MD及TA區域。
在一實施例中，本發明係用於將一硬碟上之一缺陷區域分類為與熱微凸(TA)或媒體缺陷(MD)相關聯之一機器實施的方法。該機器產生一第一量測，該第一量測基於：(i)對應於該缺陷區域之信號值及對應的期望信號值之一者或兩者之量值；及(ii)該等信號值與該等期望信號值之一者或兩者之正負號。該機器產生一第二量測，該第二量測基於該等信號值與該等期望信號值之一者或兩者之量值，但不基於該等信號值或該等期望信號值之正負號。該機器比較該第一量測與該第二量測且基於該比較而判定該缺陷區域係與TA相關聯還是與MD相關聯。
將從以下詳細描述、隨附申請專利範圍及隨附圖式中更完全瞭解本發明之其他態樣、特徵及優點，在隨附圖式中，相同的參考數字指示類似或相同的元件。
圖1展示根據本發明之一實施例利用一穿隧磁阻(TMR)讀頭之一硬碟機之一讀取通道100之一高階方塊圖。讀取通道100之(習知)主信號處理路徑接收來自該TMR讀頭(圖中未展示)之類比讀頭輸出信號105且輸出二元(硬判定)輸出資料信號145。
如圖1中展示，讀取通道100包含前置放大器110、類比前端(AFE)120、類比轉數位轉換器(ADC)130及數位後端(DBE)140。前置放大器110放大且調節讀頭輸出信號105，以確保信號振幅與頻率分量在由AFE 120處理之指定的範圍內，AFE 120進一步放大且調節來自前置放大器110之前置放大信號115。ADC 130數位化AFE輸出信號129，以產生多位元數位信號X(由ADC輸出取樣x[n]構成)用於藉由DBE 140進行數位信號處理，DBE 140產生二元輸出資料信號145。
如圖1中描繪，AFE 120包含高通濾波器122、可變增益放大器124、磁阻不對稱(MRA)補償模組126及連續時間低通濾波器128，而DBE 140包含部分回應(PR)等化器142及軟(例如，Viterbi)偵測器144。本發明特別值得注意的是，PR等化器142接收來自ADC 130之數位化ADC輸出信號X且產生多位元等化信號Y(由等化器輸出取樣y[n]構成)，軟偵測器144處理該信號Y以產生二元輸出資料信號145。PR等化器142可(但不一定要)實施為一數位有限脈衝回應(DFIR)濾波器。
此外，TMR讀取通道100包含媒體缺陷(MD)/熱微凸(TA)偵測及分類子系統150，該子系統接收且處理來自BDE 140之信號147，以偵測硬碟上之缺陷區域之位置且將每一偵測的缺陷區域分類為一MD區域或一TA區域，此資訊在信號155中表示。在一實施中，信號147包含由ADC 130產生的ADC輸出信號X。在另一實施中，信號147包含由PR等化器142產生的等化信號Y。
圖2展示根據本發明之一可能實施之圖1之MD/TA偵測及分類(D&C)子系統150之一高階方塊圖。在此特定實施中，D&C子系統150處理圖1之信號Y之等化器輸出取樣y[n]，以偵測且分類一硬碟上之缺陷區域。特定言之，D&C子系統150包含：缺陷偵測器202，其處理等化器輸出取樣y[n]以偵測缺陷區域之位置及持續時間；及缺陷分類器204，其處理由缺陷偵測器202產生的統計，以將偵測的缺陷區域分類為一MD區域或一TA區域。
D&C子系統150分別根據方程式(1)及(2)產生特徵化等化器輸出取樣y[n]之兩個統計量測α1 及α2 ，如下：
其中[n ]係多位元等化器輸出取樣y[n]之期望值，函數E[.]代表期望函數，且函數sign(.)返回運算元之正負號。
取決於該特定實施，可以許多不同方式產生期望取樣值[n ]。一種方式係藉由捲積由軟偵測器144產生的輸出信號145之硬判定位元(由1及-1代表)與一適當目標多項式來建構[n ]。
另一種方式係產生用於不同短期位元型樣之等化器輸出取樣y[n]之長期平均值。舉例而言，若寫入硬碟之測試資料遵循一2T序列(即，11001100...)，則可產生不同的長期平均值用於不同局部位元型樣之中心處之位元值。特定言之，可產生一長期平均值用於局部3位元型樣"110"之中心處之位元，另一用於"100"，另一用於"001"，且又另一用於"011"。適當長期平均值(例如，儲存於查詢表中)接著可用於方程式(1)及(2)中之期望取樣值[n ]。注意，產生該等期望取樣值[n ]用於正常區域(即，不與MD或TA相關聯的區域)中儲存的資料。熟習此項技術者應瞭解可有用於產生期望取樣值[n ]之其他方式。
對於正常(即，無缺陷)區域且如由用詞「期望」暗示，等化器輸出取樣y[n]實質上等效於(在正負號與量值兩者上)期望取樣值[n ]。然而，如較早描述，在缺陷區域(與MD或TA相關聯)中，等化器輸出取樣y[n]之量值明顯小於期望取樣值[n ]之量值。
此外，在MD缺陷區域中，其中該讀頭輸出信號105實質上係可用於一無缺陷區域之信號之一減弱版本，等化器輸出取樣y[n]之正負號通常匹配期望取樣值[n ]之正負號。然而，在TA缺陷區域中，其中該讀頭輸出信號105極具雜訊，等化器輸出取樣y[n]之正負號實質上係隨機的且不會與期望取樣值[n ]之正負號充分相關。
缺陷區域相對於無缺陷區域以及MD缺陷區域相對於TA缺陷區域之此等不同特性用在設計用於產生統計量測α1 及α2 之方程式中。特定言之，方程式(1)之統計量測α1 係等化器輸出取樣y[n]與期望取樣值[n ]兩者之正負號與量值兩者之一函數，而方程式(2)之統計量測α2 係此等兩個值之量值(但不是正負號)之一函數。若等化器輸出取樣y[n]與期望取樣值[n ]之正負號不充分相關，則統計量測α1 之量值將小於統計量測α2 之量值。
圖2之缺陷偵測器202可藉由比較統計量測α1 與一指定臨限值T(其小於1且較佳接近0)而偵測缺陷區域。若α1 <T，則缺陷偵測器202判定已偵測到一缺陷區域；否則，未偵測到一缺陷區域。在一替代實施中，可運用相同臨限值T或一不同臨限值，使用統計量測α2 取代統計量測α1 。
當缺陷偵測器202偵測到一缺陷區域時，缺陷分類器204互相比較兩個統計量測α1 及α2 ，以將缺陷區域分類為一MD區域或一TA區域。特定言之，若α1 <<α2 ，則判定偵測的缺陷區域係一TA區域。否則，α1 α2 且判定該偵測的缺陷區域係一MD區域。用以實施比較α1 與α2 之一方式係比較α1 與α2 之一指定分率，其中該指定分率係小於1之一適當值。若α1 小於α2 之該指定分率，則該偵測的缺陷區域係一TA區域；否則，係一MD區域。用以實施比較之另一方式係比較α1 對α2 之比率與一臨限值(舉例而言，比較α1 對α2 之比率與相同指定的分率)。若該比率小於該臨限值，則該偵測的缺陷區域係一TA區域；否則，係一MD區域。
在一實施中，藉由運用方程式(1)及(2)，可使用方程式(3)執行缺陷分類器204之比較，如下：
在另一實施中，可使用方程式(4)以一簡化方式執行偵測分類器204之比較，如下：
圖3(a)以曲線圖描繪用於一硬碟之等化器輸出取樣y[n]之一例示性序列，其中X軸代表取樣索引數目，且Y軸代表取樣振幅。在此實例中，該硬碟具有：(i)一TA缺陷區域，其發生在第200個取樣與第300個取樣間；及(ii)一MD缺陷區域，其發生在第500個取樣與第600個取樣間。圖3(b)對於圖3(a)之對應取樣以曲線圖描繪(在Y軸上)方程式(1)之統計量測α1 對方程式(2)之統計量測α2 之比率。如圖3(a)中可見，用於TA缺陷區域與MD缺陷區域兩者之等化器輸出取樣y[n]具有減小的振幅。如此，特徵化取樣振幅可提供一可接受方案用於偵測TA/MD缺陷區域之存在，但無法提供一充分準確的方案用於將一偵測的缺陷區域分類為一TA缺陷區域或一MD缺陷區域。然而，如圖3(b)中可見，統計量測之比率在TA缺陷區域與MD缺陷區域間係非常不同的。此暗示基於統計量測之比率之一方案(或基於此等統計量測之特性導出之一替代方案，諸如由方程式(3)及方程式(4)表示的)可有效用於將偵測的缺陷區域分類為一TA缺陷區域或一MD缺陷區域。
一般而言，可使用信號值(例如，x[n]或y[n])及此等信號之期望值(例如，[n ]或[n ])將一偵測的缺陷區域分類為一TA或MD缺陷區域。舉例而言，如方程式(1)及(2)之方案、方程式(3)之方案及方程式(4)之方案中，該等信號值可係等化器輸出信號值y[n]，且該等期望信號值可係期望的等化器輸出信號值[n ]。在其他例示性實施例中，該等信號值可係等化器輸入信號值(例如，ADC輸出信號值x[n])，且該等期望信號值可係期望的等化器輸入信號值(例如，期望的ADC輸出信號值[n ])。
在任何情況下，產生(至少)兩個統計量測：一第一量測，其取決於量值及正負號；及一第二量測，其取決於量值但不取決於正負號。接著比較該兩個統計量測以判定該偵測的缺陷區域係對應於TA還是對應於MD。
在基於方程式(1)及(2)之一例示性方案中，方程式(1)之量測α1 取決於該等信號值y[n]與該等期望信號值[n ]兩者之量值及正負號兩者，而方程式(2)之量測α2 取決於該等信號值y[n]與該等期望信號值[n ]之量值，但不取決於正負號。在基於方程式(3)之例示性方案中，方程式(3)之左側係取決於該等信號值y[n]與該等期望信號值[n ]兩者之量值及正負號兩者之一量測，而方程式(3)之右側係取決於該等信號值y[n]與該等期望信號值[n ]兩者之量值但不取決於任一者之正負號之一量測。在基於方程式(4)之例示性方案中，方程式(4)之左側係取決於該等信號值y[n]之量值及正負號兩者但僅取決於該等期望信號值[n ]之正負號之一量測，而方程式(4)之右側係取決於僅該等信號值y[n]之僅量值之一量測。
注意，對於一特定方案，該兩個量測各自不需要基於該等信號值與此等信號值之期望值兩者。舉例而言，在方程式(4)之方案中，右側係基於該等信號值y[n]，但不基於該等期望信號值[n ]。此外，方程式(4)之左側係基於該等信號值y[n]之正負號及量值，但僅基於該等期望信號值[n ]之正負號。
從此等不同例示性方案中歸納出，該第一量測係基於：(i)該等信號值與該等期望信號值之一者或兩者之量值；及(ii)該等信號值與該等期望信號值之一者或兩者之正負號，而該第二量測係基於該等信號值與該等期望信號值之一者或兩者之量值，但不基於任一者之正負號。
在MD/TA D&C子系統150之一可能實施中，當一缺陷區域之結尾與下一缺陷區域之開始間之間隙小於一指定分開距離時，則將該兩個缺陷區域與其間之正常區域合併成一組合的缺陷區域用於分類處理，其中該組合的缺陷區域自該第一缺陷區域之開始橫跨直到該第二缺陷區域之結尾。
為支援高資料速率操作，可一次以(舉例而言)4位元計算比率，相比於先前描述的全速率實施(其中產生用於每一位元之量測)，產生一四分之一速率實施。
雖然已在一TMR(穿隧磁阻)讀頭之一讀取通道之背景下描述本發明，但熟習此項技術者將瞭解可在其他類型讀頭之背景下實施本發明，包含(但不限於)MR(磁阻)讀頭或GMR(巨大MR)讀頭。
本發明可實施為基於(類比、數位或類比與數位兩者之一混合)電路的程序，包含可能的實施如一單一積體電路(諸如一ASIC或一FPGA)、一多晶片模組、一單卡或多卡電路封裝。熟習此項技術者應瞭解電路元件之各種功能在一軟體程式中亦可實施為處理塊。舉例而言，此軟體可用在一數位信號處理器、微控制器或通用電腦中。
可以方法及用於實踐此等方法之裝置之形式體現本發明。亦可以實體媒體中之程式碼之形式體現本發明，諸如磁性記錄媒體、光學記錄媒體、固態記憶體、軟碟、CD-ROM、硬碟機或任何其他機器可讀儲存媒體，其中當該程式碼載入一機器(諸如一電腦)且由該機器實行時，該機器變成用於實踐本發明之一裝置。亦可以程式碼(舉例而言，一儲存媒體中儲存的或載入一機器及/或由該機器實行的)之形式體現本發明，其中當該程式碼載入一機器(諸如一電腦)且由該機器實行時，該機器變成用於實踐本發明之一裝置。當在一通用處理器上實施時，程式碼區段與處理器組合以提供類似特定邏輯電路操作之一特有器件。
除非另外明確指示，否則每一數值及範圍應解釋為近似的，如值或值範圍之前的「大約」或「近似」。
應進一步瞭解在不背離隨附申請專利範圍中表達的本發明之範圍情況下，熟習此項技術者可對為闡述本發明之本質而描述且繪示的部分之細節、材料及配置做出各種改變。
在申請專利範圍中使用圖式編號及/或圖式參考標記意欲識別所主張主旨之一或多個可能實施例，以便促進解釋申請專利範圍。此使用不應解釋為一定將此等申請專利範圍之範圍限制於對應圖式中展示的實施例。
應瞭解不一定要以描述的次序執行本文闡述的例示性方法之步驟，且此等方法之步驟之次序應理解為僅例示性。同樣地，額外步驟可包含在此等方法中，且在與本發明之各種實施例一致之方法中可省略或組合某些步驟。
雖然以具有對應標記之一特定序列敘述以下方法申請專利範圍中之元件(若有的話)，但預期此等元件未必限制於以此特定序列實施，除非申請專利範圍敘述另外暗示用於實施此等元件之一些或全部之一特定序列。
本文提及「一項實施例」或「一實施例」意味著結合該實施例描述的一特定特徵、結構或特性可包含在本發明之至少一實施例中。出現於說明書各處之短語「在一實施例中」不一定全部指向相同的實施例，分離或替代實施例也不一定與其他實施例相互排斥。相同情況適用於術語「實施」。
100．．．讀取通道
105．．．類比讀頭輸出信號
110．．．前置放大器
115．．．前置放大信號
120．．．類比前端(AFE)
122．．．高通濾波器
124．．．可變增益放大器
126．．．磁阻不對稱(MRA)補償模組
128．．．連續時間低通濾波器(CTF)
129．．．AFE輸出信號
130．．．類比轉數位轉換器(ADC)
140．．．數位後端(DBE)
142．．．部分回應(PR)等化器/數位有限脈衝回應(DFIR)濾波器
144．．．軟偵測器
145．．．二元(硬判定)輸出資料信號
147．．．信號
150．．．媒體缺陷(MD)/熱微凸(TA)偵測及分類子系統
155．．．信號
202．．．缺陷偵測器
204．．．缺陷分類器
圖1展示根據本發明之一實施例利用一穿隧磁阻(TMR)讀頭之一硬碟機之一讀取通道之一高階方塊圖；
圖2展示根據本發明之一可能實施之圖1之MD/TA偵測及分類(D&C)子系統之一高階方塊圖；及
圖3以曲線圖描繪用於將區域分類為對應於MD或TA之一可能方案。
100．．．讀取通道
105．．．類比讀頭輸出信號
110．．．前置放大器
115．．．前置放大信號
120．．．類比前端(AFE)
122．．．高通濾波器
124．．．可變增益放大器
126．．．磁阻不對稱(MRA)補償模組
128．．．連續時間低通濾波器(CTF)
129．．．AFE輸出信號
130．．．類比轉數位轉換器(ADC)
140．．．數位後端(DBE)
142．．．部分回應(PR)等化器/數位有限脈衝回應(DFIR)濾波器
144．．．軟偵測器
145．．．二元(硬判定)輸出資料信號
147．．．信號
150．．．媒體缺陷(MD)/熱微凸(TA)偵測及分類子系統
155．．．信號

Claims (12)

  1. 一種用於將一硬碟上之一缺陷區域分類為與熱微凸(TA)或媒體缺陷(MD)相關聯之機器實施方法，該方法包括：(a)該機器產生一第一量測，該第一量測係基於：(i)對應於該缺陷區域之信號值及對應的期望信號值之一者或兩者之量值；及(ii)該等信號值與該等期望信號值之一者或兩者之正負號；(b)該機器產生一第二量測，該第二量測係基於該等信號值與該等期望信號值之一者或兩者之量值，但不基於該等信號值或該等期望信號值之正負號；(c)該機器比較該第一量測與該第二量測；及(d)該機器基於步驟(c)之比較而判定該缺陷區域係與TA相關聯還是與MD相關聯。
  2. 如請求項1之方法，其中該等信號值係：(i)類比轉數位轉換器(ADC)輸出值；(ii)等化器輸入值；或(iii)等化器輸出值。
  3. 如請求項1之方法，其中該機器藉由以下來比較該第一量測與該第二量測：(i)判定該第一量測是否小於該第二量測之一指定分率，其中該指定分率小於1；或(ii)比較該第一量測與該第二量測之一比率與一指定臨限值。
  4. 如請求項1之方法，其中該等期望信號值係該等信號值之平均值，其中該等平均值係與該等信號值及一或多個相鄰信號值相關聯之位元型樣之函數。
  5. 如請求項1之方法，其中自對應於該等信號值之硬判定 值重新建構該等期望信號值。
  6. 如請求項5之方法，其中藉由捲積該等硬判定值與一目標多項式而重新建構該等期望信號值。
  7. 如請求項1之方法，其中：(I)該第一量測係基於以下之比率：(i)一信號值與其對應的期望信號值之乘積之一期望值；及(ii)該對應的期望信號值之平方之一期望值；或(II)該第一量測係基於以下之比率：(i)一信號值與其對應的期望信號值之正負號之乘積之一期望值；及(ii)該對應的期望信號值之量值之一期望值；或(III)該第二量測係基於以下之比率：(i)該信號值之量值之一期望值；及(ii)其對應的期望信號值之量值之一期望值；或(IV)(a)該第一量測係以下之乘積：(i)一信號值與其對應的期望信號值之乘積之一期望值；及(ii)該對應的期望信號值之量值之一期望值；及(b)該第二量測係以下之乘積：(i)該對應的期望信號值之平方之一期望值；及(ii)該信號值之量值之一期望值；或(V)(a)該第一量測係一信號值與其對應的期望信號值之正負號之乘積之一期望值；及(b)該第二量測係該信號值之一絕對值之一期望值。
  8. 如請求項1之方法，其進一步包括藉由比較該第一量測 及該第二量測之一者與一指定臨限值而偵測該缺陷區域之位置。
  9. 如請求項1之方法，其中：(d1)在該第一量測比該第二量測小得多的情況下該機器判定該缺陷區域係與TA相關聯；且(d2)在該第一量測約等於該第二量測的情況下該機器判定該缺陷區域係與MD相關聯。
  10. 一種用於將一硬碟上之一缺陷區域分類為與熱微凸(TA)或媒體缺陷(MD)相關聯之機器，該機器包括：(a)用於產生一第一量測之構件，該第一量測係基於：(i)對應於該缺陷區域之信號值及對應的期望信號值之一者或兩者之量值；及(ii)該等信號值與該等期望信號值之一者或兩者之正負號；(b)用於產生一第二量測之構件，該第二量測係基於該等信號值與該等期望信號值之一者或兩者之量值，但不基於該等信號值或該等期望信號值之正負號；(c)用於比較該第一量測與該第二量測之構件；及(d)用於基於構件(c)之比較而判定該缺陷區域係與TA相關聯還是與MD相關聯之構件。
  11. 如請求項10之機器，其中該機器係(i)一數位信號處理器或(ii)一硬碟機。
  12. 如請求項10之機器，其中：構件(d)在該第一量測比該第二量測小得多的情況下判定該缺陷區域係與TA相關聯；且 構件(d)在該第一量測約等於該第二量測的情況下判定該缺陷區域係與MD相關聯。
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