TWI433139B - 用於偵測一硬碟機上之一缺陷區之機器實施方法及機器 - Google Patents

用於偵測一硬碟機上之一缺陷區之機器實施方法及機器 Download PDF

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Description

用於偵測一硬碟機上之一缺陷區之機器實施方法及機器
本發明係關於硬碟機，且特定而言係關於於一硬碟機之一硬碟上偵測缺陷區之技術，其中該等缺陷區對應於熱微凸或媒體缺陷。
本申請案之標的係關於申請於2005年12月28日的美國專利申請案第11/319,319號、申請於2008年4月29日的美國專利申請案第12/111,255號及申請於2010年2月18日的美國專利申請案第12/707,820號之標的，其等全部之教示以引用方式全部併入本文中。
此[先前技術]段落介紹可幫助促進更佳理解本發明的態樣。相應地，應按此考慮而閱讀此段落之陳述而非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表面完全平坦且具有完全均勻材料組成的一資料儲存表面。然而，實際上硬碟並非完全平坦且具有各種材料組成。因此，以及出於製造原因，在硬碟上可存在不同類型缺陷。可能難以恢復從缺陷區讀取之資料，且難度強度取決於缺陷類型。在丟失類型缺陷區中，類比讀取頭輸出信號幅度顯著低於相對平坦且具有相對均勻材料之正常區之讀取頭輸出信號之幅度。若讀取頭輸出信號經適當放大且由處理讀取頭輸出信號之電子器件調節則可恢復寫入於此類缺陷區上的資料。在此文件中，吾人將此類丟失類型缺陷稱為「媒體缺陷」(media defects；MD)。希望決定硬碟上的MD區之位置使得從此等MD區讀取的信號可經適當處理以準確恢復資料。
有時，一硬碟區之表面形貌經過甚大改變使得當將讀取頭定位於旋轉硬碟之此等區上時，歸因於碟上存在之微凸，讀取頭將會實體接觸到某些區域。歸因於從讀取頭與受改變之硬碟間之實體接觸產生的摩擦熱，此類區稱為熱微凸(thermal asperity；TA)區。希望決定硬碟上TA區的位置使得在資料寫入及資料讀取作業兩者期間可避開此等區以防止對讀取頭之損害。
當前及較舊硬碟機利用MR(磁阻)讀取頭或GMR(giant MR；巨磁阻)讀取頭。對於此類讀取頭，對應於MD區之讀取頭輸出信號具有顯著小於正常區之信號幅度的幅度，而歸因於源自TA作用的基線中之一移位對應於TA區的讀取頭輸出信號具有顯著大於正常區信號幅度的幅度。如此，MD區藉由尋找低於正常信號幅度之區可利用一MR/GMR讀取頭在一硬碟機之一硬碟上定位MD區，而藉由尋找與正常信號幅度區相比信號基線中之顯著增加可在硬碟上定位TA區。
較新硬碟機採用TMR(tunneling MR；穿隧磁阻)讀取頭。對於TMR讀取頭，TA區可能被誤認為MD區，因為對應於MD區及TA區兩者的讀取頭輸出信號皆具有顯著小於正常區信號幅度之幅度。如此，則用於為採用MR/GMR讀取頭之硬碟機偵測MD及TA區的習知信號處理技術無法用於為採用TMR讀取頭之硬碟機偵測MD及TA區。
在一項實施例中，本發明係一種用於偵測一硬碟機上之一缺陷區的機器實施方法。機器基於信號值及對應於該等信號值之軟性決定值而產生並比較第一量測及第二量測並基於該比較而偵測該缺陷區。
從下列詳細描述、隨附申請專利範圍及附圖中可更徹底明白本發明之其他態樣、特徵及優點，在附圖中相同參考符號識別類似或相同元件。
圖1展示根據本發明之一項實施例採用一穿隧磁阻(TMR)讀取頭的一硬碟機之一讀取通道100 的一高階方塊圖。讀取通道100 之(習知)主要信號處理路徑從TMR讀取頭(未展示)接收類比讀取頭輸出信號105 並輸出二元(硬性決定)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 放大並調節讀取頭輸出信號105 以確保信號幅度及頻率分量在由AFE120 處理的指定範圍內，AFE120 進一步放大並調節來自前置放大器110 之前置放大信號115 。ADC130 數位化AFE輸出信號129 以產生用於由DBE140 進行數位信號處理的多位元數位信號X，而由DBE140 產生二元輸出資料信號145 。數位信號X由ADC輸出樣本x[n]組成，本文中該ADC輸出樣本x[n]亦稱為等化輸入樣本x[n]。
如圖1中表示，AFE120 包含：高通濾波器122 、可變增益放大器124 、磁阻非對稱(MRA)補償模組126 及連續時間低通濾波器128 ，而DBE140 包含部分回應(PR)等化器142 及軟性(例如維特比(Viterbi))偵測器144 。特別受到本發明關注的是，PR等化器142 從ADC130 接收數位化ADC輸出信號X並產生多位元等化信號Y(由等化器輸出樣本y[n]組成)，軟性偵測器144 處理該多位元等化信號Y以產生一位元二元(亦即硬性決定)輸出資料信號145 。除產生硬性決定資料145 外，軟性偵測器144 亦產生作為其處理之部分的多位元軟性決定資料，諸如對數似然率(LLR)資料。PR等化器142 可(但不必然)實施為一數位有限脈衝回應(DFIR)濾波器。
此外，TMR讀取通道100 包含缺陷偵測器150 ，該缺陷偵測器150 從DBE140 接收並處理信號147 以偵測硬碟上的缺陷區位置，在信號155 中表示該缺陷區位置資訊。在一個實施中，信號147 包含ADC130 產生之ADC輸出信號X及軟性偵測器144 產生的軟性決定資料。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及軟性偵測器144 產生的軟性決定資料。
理論上，可藉由產生並比較根據下列方程式(1)及(2)定義的兩個統計量測α1 (k)及α2 (k)而偵測一硬碟上之缺陷區：
其中y [k -i ]為第(k-i)個等化器輸出樣本且[k -i ]為此第(k-i)個等化輸出樣本之對應期望值。根據一個可行實施，若α1 (k)<Cα2 (k)(其中C為小於1(例如0.5至0.7)之一指定分率)，則稱第k個樣本對應於一缺陷區。
在本發明之一項實施例中，缺陷偵測器150藉由產生及比較根據下列方程式(3)及(4)定義的兩個統計量測β1 (k)及β2 (k)而偵測一硬碟上之缺陷：
其中y [k -i ]為圖1之等化器142 產生的第(k-i)個等化器輸出樣本，[k -i ]為此第(k-i)個等化輸出樣本之對應期望值，L [k -i ]為圖1之軟性偵測器144 產生用於此第(k-i)個等化輸出樣本的對應多位元軟性決定值，而E(abs(L))係將一期望函數E應用於對應於無缺陷區之軟性決定值L[n]之絕對值的結果，可使用一最小均方(LMS)或其他適當演算法獲得該結果。可如下獲得用於E (abs(L ))的一LMS估測：
此處μ值為LMS估測之調適增益值，且其典型是小的。M之一典型值為32，其暗示第一統計量測β1 (k)及第二統計量測β2 (k)均為移動平均值。
取決於特定實施，可以數種不同方式產生期望樣本值[n ]。一個方式為藉由將軟性偵測器144 產生的輸出信號145 之硬性決定位元(由1及-1表示)與一合適目標多項式捲積而建構[n ]。
另一方式係為不同短期位元型樣產生等化輸出樣本y[n]的長期平均值。例如，若寫入硬碟之測試資料依循一2T序列(亦即11001100...)，則可產生不同長期平均值以用於不同局部位元型樣中心的位元值。特定而言，可產生一個長期平均值以用於局部3位元型樣「110」中心的位元，另一者用於「100」，另一者用於「001」而另一者用於「011」。接著可將合適長期平均值(例如儲存於一查詢表中者)用於方程式(1)及(2)中的期望樣本值[n ]。注意產生期望樣本值[n ]以用於儲存於正常區(亦即並非與MD或TA關聯之區)中的資料。熟習此項技術者將理解可存在產生期望樣本值[n ]的其他方式。
圖2以圖形表示兩個比率：使用方程式(1)及(2)之統計量測產生的一第一比率α1 (k)/α2 (k)，該等統計量測並不取決於任何軟性決定(亦即LLR)值；及使用方程式(3)及(4)之統計量測產生的一第二比率β1 (k)/β2 (k)，該等統計量測取決於軟性決定值。在圖2中，一缺陷區從第1100個樣本跨越到大約第1200個樣本，有一正常(亦即無缺陷)區在此缺陷區之前且另一正常區在該缺陷區之後。圖2中顯而易見對於該等兩個正常區，第一比率及第二比率兩者皆具有相對接近1.0之值，而對於缺陷區，第一比率及第二比率皆具有顯然小於1.0之值。
注意圖2中亦顯而易見，第二比率比第一比率在缺陷區中具有小得多的波動。此特性暗示使用基於軟性決定之統計量測β1 (k)及β2 (k)偵測缺陷區可比使用獨立於軟性決定值的統計量測α1 (k)及α2 (k)更可靠。特定而言，使用基於軟性決定的統計量測β1 (k)及β2 (k)可能導致缺陷區之較少假陰性偵測。選擇一良好臨限值來最小化假偵測及漏失偵測可能性兩者。
根據本發明之一實施，比較統計量測β1 (k)與統計量測β2 (k)之一指定正分率(亦即C)以決定第k個樣本是否對應於一缺陷區。特定而言，若滿足方程式(6)之下列不等式：
β1 (k)<Cβ2 (k)，　(6)
則稱第k個樣本對應於一缺陷區。用於C之典型值為大約0.5至0.7。
實施β1 (k)與β2 (k)之比較的另一方式比較將β1 (k)與β2 (k)之比率與一臨限等值，例如與同一指定分率C比較。若比率小於臨限值，則第k個樣本對應於一缺陷區。
一般而言，一多位元LLR軟性決定值之量值指示軟性偵測器144 之偵測處理可靠性。如此，在正常區中，軟性決定值典型具有大於缺陷區中之量值。此有助於解釋統計量測β1 (k)與β2 (k)之第二比率比統計量測α1 (k)與α2 (k)之第一比率較少波動之原因。應注意，當滿足方程式(6)之不等式指示一缺陷區之偵測時，第二統計量測β2 (k)係基於用於正常區之軟性決定值而第一統計量測β1 (k)係基於偵測到的缺陷區之軟性決定值，該第一統計量測β1 (k)典型具有比用於正常區之軟性決定值小的量值。因此，藉由第一統計量測β1 (k)中的軟性決定值之較小量值而按比例減少第二比率中的波動。
應注意，由於方程式(3)及(4)經由M個樣本之一窗口產生統計量測β1 (k)及β2 (k)，因此當滿足不等式β1 (k)<Cβ2 (k)時，可作出缺陷區開始於第k個樣本之前的一指定數目樣本(例如M/2)的決定。此外，為避免缺陷區之假陽性決定，可能要求在決定已偵測到一缺陷區之前對一指定數目連續樣本(或一給定組連續樣本(例如，最後10個樣本之7個樣本))滿足不等式。
雖然已分別在方程式(3)及(4)的兩個統計量測β1 (k)及β2 (k)的內容背景中描述本發明，但可選擇性使用基於軟性決定值之其他合適統計量測替代實施本發明。此外，可存在僅其中一統計量測取決於軟性決定值之實施例。
在缺陷偵測器150 的一個可行實施中，當一個缺陷區之末端與下個缺陷區之開始間的間隙小於一指定分開距離，則兩個缺陷區及介於其等間之正常區併入一個組合缺陷區中，其中該組合缺陷區從第一缺陷區之開始跨越直至第二缺陷區之末端。
雖然已在用於一TMR(穿隧磁阻)讀取頭之一讀取通道的內容背景中描述本發明，但熟習此項技術者將瞭解可在其他類型讀取頭之內容背景中實施本發明，該等讀取頭包含(但不限於)MR(磁阻)讀取頭或GMR(巨磁阻)讀取頭。
可將本發明實施為(類比、數位或類比與數位兩者之一混合)基於電路之程序，該等程序包含作為一單一積體電路(諸如一ASIC或FPGA)、一多晶片模組、一單一卡、或一多卡電路封包的可行實施。熟習此項技術者將明白，亦可將電路元件之各種函數實施為一軟體程式中之處理組塊。可在例如一數位信號處理器、微控制器或通用電腦中利用此類軟體。
可以方法及用於實踐此等方法之裝置形式體現本發明。亦可以體現於實體媒體(諸如磁記錄媒體、光記錄媒體、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)中之程式碼形式體現本發明，其中當將程式碼載入一機器(諸如一電腦)並由其執行時，機器變為實踐本發明之一裝置。亦可以程式碼形式體現本發明，例如儲存於一儲存媒體中或載入一機器中及/或由機器執行的程式碼，其中，當將一程式碼載入一機器(諸如一電腦)中並由其執行時，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，程式碼片段與處理器組合以提供操作類似於特定邏輯電路的一獨特裝置。
除非以其他方式明確指明，否則應將各個數值及範圍解譯為近似值，如同先行於值或範圍之值的措詞「大約」或「近似地」。
應進一步理解，可由熟習此項技術者在不脫離如下列申請專利範圍中解釋之本發明範疇的情況下進行對已經描述及闡釋以解釋本發明性質的細節、材料及零件之配置之改變。
意欲使用圖式數字及/或申請專利範圍內之圖式參考標記以識別所主張標的之一個或多個可行實施例，從而有助於對申請專利範圍的解譯。不應將此類用途解釋為必然將此等申請專利範圍限制於對應圖式中展示的實施例。
應理解不必然要求以所描述次序執行本文中陳述的例示性方法，且應將此類方法步驟之次序理解為僅為例示性。同樣地，在此類方法中可包含額外步驟，且在與本發明實施例相容的方法中可忽略或合併某些步驟。
雖然在下列方法申請項(若有)中的元件係經以具有對應標記之一特定序列陳述，但除非申請專利範圍之敘述以其他方式暗示用於實施此等元件之部分或全部的一特定次序，否則不必然將此等元件限制於以特定次序實施者。
本文中指稱「一項實施例」或「一實施例」意為可在本發明之至少一項實施例中包含結合實施例描述的一特定特徵、結構或特性。說明書中各處片語「在一項實施例中」之出現並非必然全部指稱相同實施例，亦非必然全部指稱與其他實施例互斥的分離或替代實施例。此同樣應用於術語「實施」。
100．．．讀取通道
105．．．讀取頭輸出信號
110．．．前置放大器
115．．．前置放大信號
120．．．類比前端
122．．．高通濾波器
124．．．可變增益放大器
126．．．磁阻對稱補償模組
128．．．連續時間低通濾波器
129．．．AFE輸出信號
130．．．類比轉數位轉換器
140．．．數位後端
142．．．部分回應(PR)等化器/數位有限脈衝回應(DFIR)濾波器
144．．．軟性偵測器
145．．．二元輸出資料信號
147．．．信號
150．．．缺陷偵測器
155．．．信號
X．．．ADC輸出信號
Y．．．等化信號
圖1展示根據本發明之一項實施例利用一穿隧磁阻(TMR)讀取頭的一硬碟機之一讀取通道的一高階方塊圖；及
圖2以圖形表示根據本發明之一實施例的缺陷偵測之特性。
100．．．讀取通道
105．．．讀取頭輸出信號
110．．．前置放大器
115．．．前置放大信號
120．．．類比前端
122．．．高通濾波器
124．．．可變增益放大器
126．．．磁阻對稱補償模組
128．．．連續時間低通濾波器
129．．．AFE輸出信號
130．．．類比轉數位轉換器
140．．．數位後端
142．．．部分回應(PR)等化器/數位有限脈衝回應(DFIR)濾波器
144．．．軟性偵測器
145．．．二元輸出資料信號
147．．．信號
150．．．缺陷偵測器
155．．．信號
X．．．ADC輸出信號
Y．．．等化信號

Claims (10)

  1. 一種用於偵測一硬碟機上之一缺陷區之機器實施方法，該方法包括：(a)該機器基於諸信號值及對應於該等信號值之軟性決定值產生一第一量測；(b)該機器基於該等信號值及該等軟性決定值產生一第二量測；(c)該機器比較該第一量測及該第二量測；及(d)該機器基於步驟(c)之該比較偵測該缺陷區。
  2. 如請求項1之方法，其中：該機器基於該等信號值、對應於該等信號值之期望值及該等軟性決定值產生該第一量測；及該機器基於該等期望值及對應於該硬碟機之僅無缺陷區的諸無缺陷軟性決定值產生該第二量測。
  3. 如請求項2之方法，其中：該第一量測係基於下列乘積之一移動平均數：(i)該等信號值，(ii)該等期望值；及(iii)該等軟性決定值之量值；及該第二量測係基於下列乘積之一移動平均數：(i)該等期望值之平方及(ii)該等無缺陷軟性決定值之該等量值的諸期望值。
  4. 如請求項3之方法，其中：該第一量測β1 (k)由下列給定： 該第二量測β2 (k)由下列給定： 其中：y [k -i ]為第(k-i)個信號值；[k -i ]為該第(k-i)個信號值之期望值；L [k -i ]為該第(k-i)個信號值之軟性決定值；E (abs(L ))表示應用於該等無缺陷軟性決定值之一絕對值的一期望函數；且M為一指定正整數。
  5. 如請求項1之方法，其中：該缺陷區與熱微凸(TA)或媒體缺陷(MD)有關；且該等信號值為：(i)類比轉數位轉換器(ADC)輸出值；或者(ii)等化器輸入值；或者(iii)等化器輸出值。
  6. 如請求項1之方法，其中(i)該比較決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一；或者(ii)該比較將該第一量測與該第二量測之一比率與一指定臨限值相比較。
  7. 如請求項2之方法，其中該等期望值為該等信號值之平均值，其中該等平均值為與該等信號值及一個或多個鄰近信號值相關的位元型樣之函數。
  8. 如請求項2之方法，其中從對應於該等信號值之硬性決定值重新建構該等期望值，其中藉由將該等硬性決定值 與一目標多項式捲積而重新構建該等期望值。
  9. 一種用於偵測一硬碟機上之一缺陷區之機器，該機器包括：(a)用於基於信號值及對應於該等信號值之軟性決定值產生一第一量測的構件；(b)用於基於該等信號值及該等軟性決定值產生一第二量測的構件；(c)用於比較該第一量測及該第二量測的構件；及(d)用於基於構件(c)之該比較偵測該缺陷區的構件。
  10. 如請求項9之機器，其中：構件(a)基於該等信號值、對應於該等信號值之多個期望值及該等軟性決定值產生該第一量測；以及構件(b)基於該等期望值及對應於該硬碟機之僅無缺陷區的諸無缺陷軟性決定值產生該第二量測。
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