TWI446340B - 用於在儲存裝置中之適應性通道位元密度（ｃｂｄ）估計的系統及方法 - Google Patents

用於在儲存裝置中之適應性通道位元密度（ｃｂｄ）估計的系統及方法 Download PDF

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    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/48—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed
    • G11B5/58—Disposition or mounting of heads or head supports relative to record carriers ; arrangements of heads, e.g. for scanning the record carrier to increase the relative speed with provision for moving the head for the purpose of maintaining alignment of the head relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
    • G11B5/60—Fluid-dynamic spacing of heads from record-carriers
    • G11B5/6005—Specially adapted for spacing from a rotating disc using a fluid cushion
    • G11B5/6011—Control of flying height
    • G11B5/6029—Measurement using values derived from the data signal read from the disk

Description

用於在儲存裝置中之適應性通道位元密度(CBD)估計的系統及方法
本發明係相關於用以存取儲存媒體之系統及方法，尤其是用以決定相關於儲存媒體之讀/寫頭組件的位置之系統及方法。
寫入資訊到磁性儲存媒體包括在欲寫入的儲存媒體附近產生磁場。如技藝中眾所皆知一般，可使用讀/寫頭組件來進行，及高度依賴相關於磁性儲存媒體來適當定位讀/寫頭組件。尤其是，讀/寫頭組件和儲存媒體之間的距離通稱作飛行高度。適當控制飛行高度有助於確保讀回信號展現最佳可能性的信號對雜訊比，藉以提高性能。在典型實施中，飛行高度係依據非操作週期期間的諧波測量來決定。此種方法使用磁性儲存媒體上的空閒或專屬區域，以寫入可測量諧波的週期性圖案。儘管此方法提供合理的飛行高度靜態估計，但是無法提供發生在標準操作週期期間之飛行高度的任何變化之指示。就其本身而論，方法無法提供調整發生在碟之操作期間的變化之能力。其他方法使用CBD估計來決定飛行高度。此方法有賴於經由去迴旋方法而從各種ADC樣本來估計CBD。此依據截斷通道脈衝響應的相關長度，及以雙脈衝(位元)響應近似通道脈衝響應。此去迴旋需要矩陣反向，及當矩陣尺寸增加時，變得非常難以實施矩陣反向，矩陣尺寸隨著通道相關的截斷長度變鬆而增加。當逐一方塊為基礎來進行時，也難以使用此方法以連續方式獲得CBD變化。仍有其他方法使用可取得的AGC信號來推斷飛行高度。此種方法能夠在正常操作週期期間連續監視飛行高度，但是由於信號/電路中的PVT感應式變化，而明顯減少此方法的準確性。更重要的是，在正常操作寫入操作期間，上述方法沒有一個有助於飛行高度監視和控制。
因此，就至少上述原因，技藝中存在有用以決定飛行高度的先進系統和方法之需要。
本發明係相關於用以存取儲存媒體之系統及方法，尤其是用以決定相關於儲存媒體之讀/寫頭組件的位置之系統及方法。
本發明的各種實施例提供用於適應性估計通道位元密度之方法。此種方法包括：提供儲存媒體，其包括對應於處理資料組的資訊；及從儲存媒體存取處理資料組。至少部分依據處理資料組的第一部位來計算第一通道位元密度估計，以及至少部分依據處理資料組的第一部位、處理資料組的第二部位、及第一通道位元密度估計來計算一第二通道位元密度估計。
在上述實施例的實例中，從儲存媒體存取處理資料組包括：在衍生自儲存媒體的資訊上執行類比至數位轉換，以提供第一組數位樣本；及在第一組數位樣本上執行資料偵測，以產生第二組數位樣本。在此種實例中，處理資料組包括第一組數位樣本和第二組數位樣本。在此種實例中，計算第二通道位元密度估計可包括使用通道模型計算電路，及至少部分依據第二組數位樣本和第一通道位元密度估計，來執行通道模型計算。此外，此種實例可另外包括從第一組數位樣本減掉衍生自通道模型計算電路的輸出，以產生誤差信號。可相關於其他輸入來使用此誤差信號，以計算第二通道位元密度估計。
上述實施例的各種實例包括少部分依據先前增益因數來計算增益因數。衍生自通道模型計算電路的第一輸出是衍生自通道模型計算電路的第二輸出乘以增益因數。在上述實施例的一些實例中，第一通道位元密度估計和第二通道位元密度估計被用於特徵化相關於儲存媒體來配置之讀/寫頭組件。在上述實施例的其他實例中，第一通道位元密度估計和該第二通道位元密度估計被用於最佳化從儲存媒體接收資料之讀取通道。
本發明的其他實施例提供連續輸出CBD估計電路，其包括讀取通道電路、通道模型計算電路、總和電路、適應性CBD計算電路。讀取通道電路包括類比至數位轉換器和資料偵測器。類比至數位轉換器接收對應於維持在儲存媒體上的處理資料組之類比信號，及提供對應於類比信號的一連串數位樣本。資料偵測器接收一連串數位樣本，和依據一連串資料樣本來提供一連串受偵測樣本。通道模型計算電路接收一連串受偵測樣本和第一通道位元密度估計。依據這些輸入，通道模型計算電路提供通道模型輸出。總和電路可操作成從一連串數位樣本減掉衍生自通道模型計算電路的輸出，以產生誤差信號。適應性CBD計算電路至少部分依據衍生自通道模型輸出的輸出、誤差信號、及一連串受偵測樣本來計算第二通道位元密度估計。
在上述實施例的一些實例中，處理資料組是使用者資料，及在儲存媒體的使用者讀取期間，類比至數位轉換器接收類比信號。如此處所使用一般，以最廣義來使用“儲存媒體的使用者讀取”詞組，以意謂當為了除正確的CBD值估計之外的目的存取儲存媒體時的週期。如此，例如，可以是當使用者正在從儲存媒體存取資料，作為相關於特定應用之使用時的週期。在此種例子中，平行於此種使用者讀取來執行CBD估計處理。
本發明的其他實施例提供儲存裝置，其包括儲存媒體、讀/寫組件、及適應性CBD估計電路。儲存媒體包括對應於處理資料組的資訊，及讀/寫頭組件相關於儲存媒體來配置。適應性CBD估計電路透過讀/寫頭組件來接收處理資料組，至少部分依據處理資料組的第一部位來計算第一通道位元密度估計，及至少部分依據處理資料組的第一部位、處理資料組的第二部位、及第一通道位元密度估計來計算第二通道位元密度估計。在上述實施例的一些實例中，處理資料組是使用者資料。如本文所使用一般，以最廣義來使用“使用者資料”詞組，以意謂由使用者儲存到儲存媒體並且在正確的CBD估計之下使用的任何資料。如此，使用者資料可以例如是藉由使用者應用程式寫入到儲存媒體並且稍後欲由相同應用程式檢索的資料。
在上述實施例的一些實例中，儲存裝置另外包括讀取通道電路，其具有類比至數位轉換器和資料偵測器。類比至數位轉換器接收對應於處理資料組的類比信號，及提供對應於類比信號的一連串數位樣本。資料偵測器接收一連串數位樣本，及依據一連串資料樣本提供一連串受偵測樣本。在一些例子中，處理資料組包括一連串數位樣本和一連串受偵測樣本。在各種例子中，適應性CBD估計電路包括通道模型計算電路，其接收一連串受偵測樣本和第一通道位元密度估計，及至少部分依據一連串受偵測樣本和第一通道位元密度估計來提供通道模型輸出。在上述實施例的一些實例中，適應性CBD估計電路包括總和電路，其可操作成從一連串數位樣本減掉衍生自通道模型計算電路的輸出，以產生誤差信號。在此種實例中，第二通道位元密度估計可至少部分依據誤差信號、一連串受偵測樣本、一連串數位樣本、及第一通道位元密度估計來計算。
此摘要僅提供本發明的一些實施例之一般要點。經由下面的詳細說明、附錄於後的申請專利範圍、及附圖將可更加明白本發明的許多其他目的、特徵、優點、和其他實施例。
本發明係相關於用以存取儲存媒體之系統及方法，尤其是用以決定相關於儲存媒體之讀/寫頭組件的位置之系統及方法。
本發明的各種實施例提供使用用以追蹤通道位元密度(CBD)的變化之適應性途徑來幫助連續監視和控制飛行高度之規劃。已確定飛行高度以線性或非線性方式與CBD單調相關連。如此，藉由追蹤CBD的變化，可偵測飛行高度的變化。使用此途徑，使用類比至數位轉換器將從儲存媒體所讀回的信號數位化，以及經由連同來自讀取通道偵測器輸出可利用的資料位元一起使用線性通道的已知模型中之CBD的目前估計將此信號線性化。應用適應性演算法以最小化線性化誤差，及使用線性化誤差的梯度之瞬時值來更新目前CBD估計。在一些例子中，適應性演算法開始於CBD估計的預設選擇，當稍後可取得較佳資訊時，更新此預設選擇。
除此之外，此種途徑還提供連續更新CBD估計之能力，及連續監視飛行高度的任何變化之能力。CBD和飛行高度的變化係以逐一樣本為基礎來估計的，及提供飛行高度的對應控制。在一些例子中，當與其他途徑比較時，此途徑較少受到PVT感應變化的影響。此外，在讀取操作期間可執行根據本發明的一些實施例之CBD估計。另外，在上述實施例的一些實例中，可使用所獲得的CBD來獨立決定飛行高度。例如，此種CBD估計可被用於特徵化讀/寫頭組件及/或儲存媒體以及最佳化讀取通道。
有關圖1A，根據本發明的各種實施例圖示包括適應性CBD為基礎的飛行高度補償電路114之儲存系統100。儲存系統100可例如是硬碟驅動器。此外，儲存系統100包括介面控制器120、前置放大器112、硬碟控制器166、馬達控制器168、心軸馬達172、磁碟盤178、及讀/寫頭組件176。介面控制器120控制進/出磁碟盤178之資料的定址和時序。磁碟盤178上的資料包含幾群磁性信號，當組件適當定位在磁碟盤178上時，可由讀/寫頭組件176偵測這幾群磁性信號。在典型讀取操作中，由馬達控制器168將讀/寫頭組件176準確地定位在磁碟盤178之想要的資料軌道上。藉由在硬碟控制器166的引導之下來移動讀/寫頭組件到磁碟盤178之適當資料軌道上，馬達控制器168相關於磁碟盤178定位讀/寫頭組件176，並且驅動心軸馬達172。心軸馬達172以預定的自旋速率(RPM)旋轉磁碟盤178。如技藝中所知一般，讀取通道電路110從前置放大器112接收資訊，及執行資料解碼/偵測處理，以回復原有寫入到磁碟盤178之資料來當作讀取資料103。此外，如技藝中所知一般，讀取通道電路110接收寫入資料101，且以可寫入到磁碟盤178的形式將它們提供到前置放大器112。
適應性CBD為基礎的飛行高度補償電路114接收來自讀取通道電路110之受偵測資料與來自前置放大器112之前一受偵測資料的類比至數位轉換。使用此資訊，適應性CBD為基礎的飛行高度補償電路114適應性地計算CBD值，將CBD值轉換成飛行高度補償值，及透過前置放大器112提供飛行高度補償值到讀/寫頭組件176以調整飛行高度。圖1B為讀/寫頭組件176和磁碟盤178之間的距離之例示飛行高度195圖。
在操作中，讀/寫頭組件176被定位在適當資料軌道附近，及當心軸馬達172轉動磁碟盤178時，由讀/寫頭組件176感測表示磁碟盤178上的資料之磁性信號。感測的磁性信號被提供當作表示磁碟盤178上的磁性資料之連續、精密類比信號。透過前置放大器112將此精密類比信號從讀/寫頭組件176轉移到讀取通道電路110。前置放大器112可操作成放大從磁碟盤178所存取之精密類比信號。此外，前置放大器112可操作成放大來自讀取通道電路110之預定寫入到磁碟盤178的資料。接著，讀取通道電路110解碼和數位化所接收的類比信號，以改造原先寫入到磁碟盤178的資訊。此資料被當作讀取資料103提供到接收電路。寫入操作大體上與先前讀取操作的相反，寫入資料101被提供到讀取通道模組110。然後編碼此資料並且寫入到磁碟盤178。在讀取和寫入處理期間(或離線時間週期期間)，適應性CBD為基礎的飛行高度補償電路114偵測CBD的變化，及提供對應的飛行高度調整。
轉向圖2，根據本發明的各種實施例來描劃適應性CBD估計和飛行高度調整系統200之方塊圖。適應性CBD估計和飛行高度調整系統200包括讀取通道電路210。讀取通道電路210可根據技藝中所知的不同讀取通道電路來實施。在本發明的此特別實施例中，讀取通道電路210包括類比至數位轉換器217和資料偵測/解碼電路215。應注意的是，可在前置放大器250和類比至數位轉換器217之間實施類比前端(未圖示)。如技藝中所知一般，此種類比前端執行各種信號條件作用功能。類比至數位轉換器217可以是能夠將類比輸入信號252轉換成對應於類比輸入的一連串數位樣本219之任何電路。資料偵測/解碼電路215可以是能夠接收數位樣本219及從那裡偵測資料圖案213之任何偵測器/解碼器或其組合。依據本文所提供的揭示，精於本技藝之人士應明白可根據本發明的不同實施例所使用之各種讀取通道電路、類比至數位轉換器、及/或資料偵測/解碼電路。
此外，適應性CBD估計和飛行高度調整電路200包括適應性CBD估計電路220，其接收數位樣本219與由資料偵測/解碼電路215所提供之對應的受偵測資料組213。適應性CBD估計電路220適應性地計算對應於所接收的資料之CBD值222。適應性CBD估計電路220以逐一位元為基礎來接收樣本，及能夠依據想要的各個時脈週期或依據想要的一些較小頻率來連續更新CBD值222。在一些例子中，用於計算CBD值222的資料衍生自從儲存媒體(未圖示)所檢索之使用者資料。通常，適應性CBD估計電路220使用被參數化以使用先前CBD估計之通道模型來模型化數位樣本219。依據此，所更新的CBD值222係藉由最小化數位樣本219和通道模型的輸出樣本之間的平均平方誤差所產生。
將CBD值222提供到轉換電路230，此轉換電路230將CBD值222映射到對應的飛行高度偏移值232。當飛行高度的變化對應於CBD變化時，上述映射實施相關函數。在本發明的一些實施例中，函數是使CBD值222與飛行高度偏移值232相關聯之線性或非線性函數。飛行高度偏移值232被提供到能夠如技藝所知一般實施熱飛行控制之一連串電路。此種電路可包括飛行高度加熱器電力轉換電路240，其如技藝所知一般將飛行高度偏移值232轉換成電力偏移量242。電力偏移量242被提供到前置放大器電路250，其如技藝所知一般將電力偏移值242併入到加熱器值252。加熱器值252被提供到讀/寫頭組件260，如技藝所知一般依據加熱器值252來修正以調整讀/寫頭組件到相關儲存媒體的距離。依據本文所提供的揭示，精於本技藝之人士應明白，依據系統200的CBD估計電路所提供之資訊來控制飛行高度或可使用的各種途徑、電路、及/或方法。
轉向圖3，根據本發明的各種實施例圖示適應性CBD估計電路300之方塊圖。適應性CBD估計電路300提供對應於所接收的資料之一連串CBD估計322，z[n]。適應性CBD估計電路300接收來自類比至數位轉換器(未圖示)之數位樣本305，以及來自資料解碼器/偵測電路(未圖示)之受偵測位元310。數位樣本305及受偵測位元310各個對應於衍生自儲存媒體的類比信號。數位樣本305被提供到帶通濾波器320，其從數位樣本305衰減定義的濾波器頻寬外之信號和雜訊，及提供輸出325，x[n]。帶通濾波器320可以是技藝中所知的任何數位帶通濾波器。在本發明的一些實施例中，選擇帶通濾波器320的角頻，使得較低角高於用於接收輸入信號的AC耦合器電路，及較高角低於接收輸入信號之連續時間濾波器的角。此種設計限制增加堅實到前端類比濾波器之向上轉移區的變化。
連同來自先前週期之CBD估計322，W[n-1]，將受偵測位元310，a[n]，被提供到通道模型電路330。根據下面的方程式，通道模型330提供通道的響應之估計335，y0 [n]：
其中hb [m,n]表示由CBD估計，W[n]，所參數化之通道的位元響應，及由下面方程式所表示：
其中hs [m,n]表示步進響應，erf是誤差函數，M是整數，及2M+1是通道位元響應的長度。在本發明的一些實施例中，CBD被定義作在其尖峰振幅的五十百分比之通道的脈衝響應之寬度對與適應性CBD估計電路300相關的儲存媒體上之一位元的持續期間之比例。通道模型輸出335被提供到帶通濾波器340，此帶通濾波器340從數位樣本335衰減定義的濾波器頻寬外之信號和雜訊，且提供輸出345，[n ]。帶通濾波器340可以是技藝中所知的任何數位帶通濾波器。在本發明的一些實施例中，選擇帶通濾波器340的角頻，以匹配用於接收輸入信號之任何連續時間濾波器及/或AC耦合電路，或類似於帶通濾波器320的角頻。以下面方程式表示輸出345：
其中q[k]表示帶通濾波器340的脈衝響應，及y0 [n]表示通道模型的輸出335。
使用乘法電路350將隨時間改變的增益因數380，A[n]，應用到輸出345，以根據下面方程式產生輸出355：
增益因數380提供對抗類比至數位轉換器中的增益變化之堅固性。尤其是，增益因數380適應性地調整成跟隨類比至數位轉換器之輸出中的信號之振幅。使用總和電路360從輸出325減掉輸出355，以根據下面方程式產生誤差信號365，e[n]：
適應性CBD和增益計算電路370接收誤差信號365和受偵測位元310。使用這些輸入，適應性CBD和增益計算電路370藉由最小化誤差信號365的平均平方值來估計CBD322及增益因數380。藉由使用技藝中已知之瞬時梯度為基礎的最小平均平方演算法來適應性地進行。梯度係由下面方程式所定義：
在上述方程式中，b[n]表示的當變遷發生時變遷序列等於邏輯’1’及表示沒有變遷的邏輯’0’，而hw [m]表示由CBD，w，所參數化之通道的寬度響應。在本發明的一些實施例中，藉由選擇平帶濾波器320、340成為具有2L+1分接之有限脈衝響應濾波器來降低計算的特異錯綜性，及侷限從固定點電路實施的誤差傳播。平帶濾波器的轉移函數係由下面方程式所定義：
其中[i]表示有限脈衝響應濾波器的係數。
可適應性地使用上述方程式，使得達成越來越準確的CBD估計322。下面方程式表示為了適應性操作而修改之適應性CBD估計電路300的演算法。
上述方程式描述適應性CBD估計電路300的電路之各種操作。尤其是，x[n]描述來自帶通濾波器320的輸出325，y0 [n]描述來自通道模型電路330的輸出335，[n ]描述來自帶通濾波器340的輸出345，A[n+1]描述適應性更新的增益因數380，及W[n+1]描述來自適應性CBD和增益計算電路370之適應性更新的CBD估計322，及e[n]描述來自總和電路360的誤差信號365。y1 [n]是實施當作適應性CBD和增益計算電路370的一部分之寬度響應模型的輸出，y2 [n]是y1 [n]的過濾版，及y3 [n]是y2 [n]的已增益調整版。μ1 及μ2 是控制適應性廻路的速度之可設定增益值。
應注意的是，儘管適應性CBD估計電路300的各種組件被說明成“電路”，但是它們可被實施當作電子電路或當作軟體/韌體電路。此種軟體/韌體電路包括與包含可由處理器執行的指令之記憶體裝置有關的處理器，以執行本文所說明的特別功能。此種處理器可以是通用的處理器，或依據特定實施要求而執行給定功能所特別量身定做之處理器。在一些例子中，處理器可被設定成執行有關一個以上的特別模組之功能。在本發明的一些實施例中，適應性CBD估計電路300完全實施當作由處理器所執行之韌體或軟體。在本發明的其他實施例中，適應性CBD估計電路300完全實施當作專屬電子電路。在本發明的其他實施例中，適應性CBD估計電路300完全實施當作在處理器上所執行之韌體或軟體以及專屬電子電路系統之組合。依據本文所提供的揭示，精於本技藝之人士將明白，根據本發明的不同實施例所使用之專屬電子電路系統和軟體/韌體之各種組合。
轉向圖4，根據本發明的各種實施例圖示適應性CBD和增益計算電路400的實施。適應性CBD和增益計算電路400包括通道位元響應模型電路410，通道寬度響應電路420，總和電路425、430、435，延遲緩衝器電路450、460，及乘法電路475、480。適應性CBD和增益計算電路400接收來自類比至數位轉換器(未圖示)的一連串數位樣本485，來自資料偵測器(未圖示)的一連串受偵測樣本490，及提供更新的CBD估計495和更新的增益因數499。在本發明的一些實施例中，來自類比至數位轉換器之數位樣本可經過欲用以條件化數位樣本的一連串電路，以提高CBD估計電路的準確性和堅固性。這些特定電路的例子包括帶通濾波器320和諸如本發明稍後將討論之溫度補償濾波器和相位補償濾波器等電路。利用與各個電路的輸出相關聯之方程式來說明各種電路的每一個之功能。
類似於適應性CBD估計電路300，應注意的是，儘管適應性CBD和增益計算電路400的各種組件被說明成“電路”，但是它們可被實施當作電子電路或當作軟體/韌體電路。此種軟體/韌體電路包括與包含可由處理器執行的指令之記憶體裝置有關的處理器，以執行本文所說明的特別功能。此種處理器可以是通用的處理器，或依據特定實施要求而執行給定功能所特別量身定做之處理器。在一些例子中，處理器可被設定成執行有關一個以上的特別模組之功能。在本發明的一些實施例中，適應性CBD估計電路400完全實施當作由處理器所執行之韌體或軟體。在本發明的其他實施例中，適應性CBD估計電路400完全實施當作專屬電子電路。在本發明的其他實施例中，適應性CBD估計電路400完全實施當作在處理器上所執行之韌體或軟體以及專屬電子電路系統之組合。依據本文所提供的揭示，精於本技藝之人士將明白，根據本發明的不同實施例所使用之專屬電子電路系統和軟體/韌體之各種組合。
可實施對前述電路的各種修正，以提高估計準確性和操作堅固性。從方程式(1a及1c)，應注意的是，必須為各個樣本瞬間n的x之2M+1值計算特殊函數erf(x)及exp(x)。這些特殊函數的估算，尤其是erf(x)，在硬體實施中可能複雜。如此，本發明的一些實施例將其他模型用於通道。在一此種例子中，使用降低硬體實施的複雜性之雙曲線正切模型。此種雙曲線正切模型係依據如下面方程式所陳述之隔離的步進響應和寬度響應：
h s [m ]=tanh(α*m /W 1 )，對於m=0,+/-1,+/-2,...,+/-M,及
h w [m ]=-α*m /W 1 2 sech 2 (α*m /W 1 ),
其中α是固定的，及W1 係有關於根據下面方程式之CBD：
在一些例子中，α具有值log(3)或π。
為了簡化討論，假設
使用上述簡化連同恆等式sech2 (x)=1-tanh2 (x)，將步進和寬度響應重寫作：
再者，該下述對稱的特性可對於m=0,1,2,...,M使用： h s [m ]=-h s [-m ],具有h s [0]=0,　(3a) h w [m ]=-h w [-m ],具有h w [0]=0,　(3b) h b [m ]=h b [1-m ],具有h b [-M ]=0,及　(3c)
其中[m]是下面所給定之寬度響應的修正形式：
如此，藉由使用雙曲線正切模型，只有一特殊函數，exp(x)之估算來計算步進和寬度響應。另外，藉由使用雙曲線正切模型，當從使用方程式(2b)之步進響應計算寬度響應時，只需要直接計算步進響應。可建立適應性演算法以估算有比例的CBD值，。可藉由根據方程式(2c)來使估算的CBD值成比例而獲得實際的CBD值，W。如方程式(3)所證明一般，步進響應和寬度響應是成奇數對稱的。因此，只需要為m=1,2,...,M估算hs [m]及hw [m]。
經由使用用以估算各值m及的tanh()，之第二階多項式適配，藉由間接計算特殊函數tanh()可進一步降低硬體複雜性。藉由首先將的範圍分成下面所給定的兩部分來進行此處理：
從此點，決定2M第二階多項式為各值m=1,2,...,M之區域R1 及R2 中的最適配tanh()。假設{pm,1 [2],pm,l [1],pm,1 [0]}及{pm,2 [2],pm,2 [1],pm,2 [0]}為各個m=1,2,...,M之多項式。自此，達成tanh()的值之下面的估算：
依據本文所提供的揭示，精於本技藝之人士將明白諸如不同階的多項式適配等各種途徑，並且應用此在總CBD範圍的不同區段數目上，以有效計算可根據本發明的不同實施例加以利用之特殊函數tanh(.)。
可藉由依賴a[n]及b[n]的本質進一步降低硬體複雜性。尤其是，資料位元a[n]是二元化值(即、)，及資料變遷b[n]的是三元化值(即、)。依據此，可僅使用加法就可進行模型輸出的計算，y0 [n]及y1 [n ]。使用此和方程式(3)所陳述之hb [m]及[m]的對稱性，模型輸出y0 [n]及y1 [n]可被表示作：
在前一方程式中，An是指數集合{1,2,...,M-1,M}的子集合，使得a[n-m]=a[n+m-1]。
進一步應注意的是，帶通濾波器320、340的係數是偶數對稱的，使得，就i=1,2,...,L而言，[0]是主要係數。當作例子，藉由在使用例如八位元量化之後，選擇L=10及下和上截止頻率分別當作通道資料傳輸率的1%及通道資料傳輸率的25%，係數成：
利用上述關係，計算濾波器輸出的一樣本所需之乘法的數目可降至四。例如，輸出325可被計算作：
在最小平均平方演算法中，用於更新參數之瞬時梯度是誤差，e[n]，的乘積，及有關參數的誤差之梯度被更新。簡化此適應性演算法之計算複雜性的途徑係以他們的正負號來取代這些成分的其中之一或二者。誤差一項可保持一樣，而誤差的梯度以其正負號取代。應用此原則到方程式(1l及1m)，可獲得下述：
W [n +1]=W [n ]+μ1 *e [n ]*sgn(y 2 [n ]),及
A [n +1]=A [n ]+μ2 *e [n ]*sgn([n ]).
項sgn(x)表示x的正負號。接著，因為y2 [n]的正負號不受以除的影響，所以可降低因數，產生hw [m]=-m(1-hs 2 [m])。另外，因為只有在適應演算法中需要y2 [n]的正負號，所以計算寬度響應，hw [m,n]，所需之準確性可放鬆。為了額外降低計算複雜性，寬度響應可被固定成給定的CBD範圍之寬度響應的平均。
另外，經由模擬，決定帶通濾波器320、340的輸入中之正負號和其輸出中之正負號之間具有合理的關聯性。換言之，在sgn([n])和sgn(y0 [n])之間以及在sgn(y2 [n])和sgn(y1 [n])之間具有強烈的關聯性。因此，增益因數380及CBD估計322的適應性方程式可改寫成如下：
W [n +1]=W [n ]+μ1 *e [n ]*sgn(y 1 [n ]),及
A [n +1]=A [n ]+μ2 *e [n ]*sgn(y 0 [n ]).
使用適應性地計算CBD和增益的前一方程式產生下面的簡化。首先，當不再需要[n]時，帶通濾波器320、340可被位移到總和電路360的輸出(見方程式(1d及1g))。接著，因為不再需要y2 [n]及y3 [n]，所以可去除用於產生圖4之寬度響應路徑中的y2 [n]之帶通濾波器(見方程式(1j及1k))。
在本發明的某些實施例中，藉由以帶通濾波器340及位元響應hb [m]的迴旋取代通道位元響應hb [m]，以及藉由以帶通濾波器340及寬度響應hw [m]之迴旋取代通道寬度響應hw [m]來降低計算複雜性。在此例中，通道模型輸出分別對應於[n]及y2 [n ]。在本發明的一些實施例中，使用類似於上述之多項式適配途徑來計算組合的帶通濾波位元響應。
從圖2亦觀察到，模型輸出，d[n]，的相位將是固定值，因為位元響應，hb [m]，的相位被固定。另一方面，類比至數位轉換器輸出，d[n]，的相位將依據等化目標和類比前端的特性。結果，誤差信號，e[n]，將包含衍生自ADC輸出和模型輸出之間的相位差之成分。此相位成分將影響適應性演算法的性能。更重要的是，儘管使用帶通濾波器，此相位成分將導致CBD估計對類比前端特性的變化之妥協。為了解決此影響，可利用簡單的相位補償途徑。尤其是，第一階時序復原廻路被用於追蹤和補償ADC輸出和模型輸出之間的相位差。當作例子，假使Φ[n]是時間瞬間n的相位差。FIR內插濾波器可被用於相移ADC輸出，以抵銷相位差。相移的ADC輸出(即、q[n])被用於根據下面方程式產生誤差信號：
其中，g[i,n]表示對應於相位，Φ[n]，的內插濾波器。可使用第一階廻路來估計相位Φ[n]：
Φ[n +1]=Φ[n ]+μ3 *ε[n ],及
ε[n ]=-e [n ]*sgn(d [n ]-d [n -1]),
其中ε[n]是相位偵測器輸出，及0<μ3 <1表示控制廻路的適應率之步進尺寸的參數。
如同從前一方程式可觀察到一般，相位補償區塊的實施每位元需要2Q乘法。因為FIR內插濾波器係數，g[i,n]，隨著時間n而改變，所以從電力和面積觀點看來此過高。為了補償，本發明的一些實施例利用Farrow結構為基礎的多項式內插濾波器實施。在一些實施中第二階多項式是適合的。使用此種途徑，FIR內插濾波器輸出可被計算作：
其中f[i]是與相位Φ[n]無關的固定係數。此實施的一有利點是僅有兩乘數需要隨著n而改變，因為計算q0 [i]所需的f[i]係數保持固定。
讀取通道電路中的類比前端之特性易隨著溫度而改變。影響CBD估計的兩主要參數是類比前端的升壓和截止頻率。當這些參數隨著溫度而改變時，最後的CBD估計將會不同，如此在缺乏適當補償下，將導致飛行高度已改變之錯誤的結論。在本發明的某些實施例中，在帶通濾波器320中插入3分接長度的短濾波器，以補償由於溫度的類比前端參數之變化。此溫度補償濾波器的輸出指定如下：
x 3 [n ]=β0 x 2 [n ]+β1 x 2 [n -1]+β2 x 2 [n -2]
其中x3 [n]表示溫度補償濾波器的輸出，x2 [n]表示帶通濾波器320的輸出，及{β0 ,β1 ,β2 }表示溫度補償濾波器的係數。在本發明的某些實施例中，β0 被設定成1.0及根據環境來協調係數{β1 ,β2 }。依據本文所提供的揭示，精於本技藝之人士將明白，根據本發明的不同實施例可利用之補償環境變化的各種濾波途徑。
轉向圖5，根據本發明的各種實施例圖示適應性CBD估計電路700之方塊圖。除了適應性CBD估計電路700包括溫度補償濾波器電路790及相位調整電路795之外，其他類似於上述的適應性CBD估計電路300。適應性CBD估計電路700提供對應於所接收的資料之一連串CBD估計722。適應性CBD估計電路700接收來自類比至數位轉換器(未圖示)之數位樣本705，及來自資料解碼器/偵測電路(未圖示)之受偵測位元710。數位樣本705及受偵測位元710各個對應於衍生自儲存媒體的類比信號。數位樣本705被提供到帶通濾波器720，其從數位樣本705衰減定義的濾波器頻寬外之信號和雜訊，及提供輸出725。輸出725被提供到溫度補償電路790，溫度補償電路790提供輸出725的溫度補償版之輸出792。輸出792被提供到相位調整電路795，此電路795執行產生相位調整輸出797之內插。
連同來自先前週期之CBD估計722將受偵測位元710提供到通道模型電路730。通道模型730提供通道之響應的估計735。在本發明的一些實施例中，CBD被定義作在其尖峰振幅的五十百分比之通道的脈衝響應之寬度對與適應性CBD估計電路700相關的儲存媒體上之一位元的持續期間之比例。通道模型輸出735被提供到帶通濾波器740，此帶通濾波器740從數位樣本735衰減定義的濾波器頻寬外之信號和雜訊，且提供輸出745。帶通濾波器740可以是技藝中所知的任何數位帶通濾波器。在本發明的一些實施例中，選擇帶通濾波器740的角頻，以匹配用於接收輸入信號之任何連續時間濾波器及/或AC耦合電路，或類似於帶通濾波器720的角頻。
使用乘法電路750將隨時間改變的增益因數780應用到輸出745以產生輸出755。增益因數780提供對抗類比至數位轉換器中的增益變化之堅固性。尤其是，增益因數780適應性地調整成跟隨類比至數位轉換器之輸出中的信號之振幅。使用總和電路760從輸出797減掉輸出755以產生誤差信號765。適應性CBD和增益計算電路770接收誤差信號765和受偵測位元710。使用這些輸入，適應性CBD和增益計算電路770藉由最小化誤差信號765的平均平方值來估計CBD 722及增益因數780。藉由使用技藝中已知之瞬時梯度為基礎的最小平均平方演算法來適應性地進行。在本發明的一些實施例中，藉由選擇平帶濾波器720、740成為具有2L+1分接之有限脈衝響應濾波器來降低計算的特異錯綜性，及侷限從固定點電路實施的誤差傳播。
應注意的是，儘管適應性CBD估計電路700的各種組件被說明成“電路”，但是它們可被實施當作電子電路或當作軟體/韌體電路。此種軟體/韌體電路包括與包含可由處理器執行的指令之記憶體裝置有關的處理器，以執行本文所說明的特別功能。此種處理器可以是通用的處理器，或依據特定實施要求而執行給定功能所特別量身定做之處理器。在一些例子中，處理器可被設定成執行有關一個以上的特別模組之功能。在本發明的一些實施例中，適應性CBD估計電路700完全實施當作由處理器所執行之韌體或軟體。在本發明的其他實施例中，適應性CBD估計電路700完全實施當作專屬電子電路。在本發明的其他實施例中，適應性CBD估計電路700完全實施當作在處理器上所執行之韌體或軟體以及專屬電子電路系統之組合。依據本文所提供的揭示，精於本技藝之人士將明白，根據本發明的不同實施例所使用之專屬電子電路系統和軟體/韌體之各種組合。
轉向圖6，流程圖500描劃用以提供連續CBD估計之根據本發明的各種實施例之方法。隨著流程圖500，表示一些處理資料的類比信號被接收(方塊505)。在一些例子中，類比信號係可透過相關於儲存媒體所配置之讀/寫頭組件來提供。如本文所使用一般，以最廣義使用“處理資料”詞組，以意謂可被用於執行CBD估計的任何資料。如此，處理資料可以是特別設計來執行CBD估計的資料，或具有除了執行CBD估計之外的使用之更一般型資料。在一些特別例子中，如本文上文所定義一般，處理資料是使用者資料。在類比信號上執行類比至數位轉換，以產生數位樣本(方塊510)。應注意的是，數位樣本再進一步處理進行之前，可遭受各種處理，包括帶通濾波、溫度補償、及/或相位調整，但不侷限於此。數位樣本被提供到資料偵測器，在其中處理數位樣本以產生受偵測樣本(方塊515)。注意的是，連續重複流程圖500中的處理，使得隨著時間產生一連串數位樣本和一連串受偵測樣本。依據受偵測樣本和先前CBD估計來計算通道響應(方塊520)。通道響應乘上先前計算的增益因數(方塊525)，及從數位樣本減掉乘法的乘積以產生誤差信號(方塊530)。除此之外，更新的CBD估計係依據誤差信號和先前的CBD估計所計算(方塊535)；及除此之外，更新的增益因數係依據誤差信號和先前的增益因數所計算(方塊540)。
可重複流程圖500的處理，使得更新的CBD估計和增益因數被適應性地計算，並且可連續用於一或多個處理。在其他例子中，可週期性重複流程圖500的處理，使得在特別週期期間適應性地計算更新的CBD估計和增益因數，並且可連續用於一或多個處理。在其他例子中，每當偵測到觸發器時，可重複流程圖500的處理，使得在接收觸發器之後的一段週期，適應性地計算更新的CBD估計和增益因數，並且可連續用於一或多個處理。此種觸發器可包括增加的誤差率或信號對雜訊比的減少，但並不侷限於此。依據本文所提供的揭示，精於本技藝之人士將明白，可根據本發明的不同實施例所利用之各種觸發器。
轉向圖7，流程圖600圖示用以提供連續飛行高度調整之根據本發明的一或多個實施例之方法。隨著流程圖600，表示一些處理資料之類比信號被接收(方塊610)。在一些例子中，類比信號係可透過相關於儲存媒體所配置之讀/寫頭組件來提供，及將其通過讀取通道中之類比前端電路。如本文所使用一般，以最廣義使用“處理資料”詞組，以意謂可被用於執行CBD估計的任何資料。如此，處理資料可以是特別設計來執行CBD估計的資料，或具有除了執行CBD估計之外的使用之更一般型資料。在一些特別例子中，如本文上文所定義一般，處理資料是使用者資料。在類比信號上執行類比至數位轉換，以產生數位樣本(方塊620)。應注意的是，數位樣本再進一步處理進行之前，可遭受各種處理，包括帶通濾波、溫度補償、及/或相位調整，但不侷限於此。使用資料偵測器處理數位樣本以產生受偵測樣本(方塊630)。注意的是，連續重複流程圖600中的處理，使得隨著時間產生一連串數位樣本和一連串受偵測樣本。
使用數位樣本和受偵測樣本，計算更新的CBD估計(方塊640)。此根據本文所討論的處理來進行。然後將更新的CBD估計轉換成對應的熱飛行高度控制值(方塊650)，及以對應於熱飛行高度控制值的量將電力供應到讀/寫頭組件(方塊660)。由於技藝中所知的熱加熱或冷卻，此種電力應用產生讀/寫頭組件和儲存媒體之間的距離之修正。
可重複流程圖600的處理，使得在使用相關儲存媒體其間連續調整飛行高度。在其他例子中，可週期性重複流程圖600的處理，使得只週期性調整飛行高度。在其他例子中，每當偵測到觸發器時，可重複流程圖600的處理，使得只在接收觸發器之後調整飛行高度。此種觸發器可包括增加的誤差率或信號對雜訊比的減少，但並不侷限於此。依據本文所提供的揭示，精於本技藝之人士將明白，可根據本發明的不同實施例所利用之各種觸發器。
總而言之，本發明提供新穎系統、裝置、方法、及配置，以執行適應性CBD估計及/或飛行高度調整。儘管上文已詳細說明一或多個本發明的實施例，但是精於本技藝之人士應明白，只要不改變本發明的精神，可有各種變更、修正、或同等物。因此，上面說明不應侷限本發明的範疇，本發明的範疇係由附錄於後的申請專利範圍所定義。
100．．．儲存系統
101．．．寫入資料
103．．．讀取資料
110．．．讀取通道電路
112．．．前置放大器
114．．．適應性通道位元密度為基礎的飛行高度補償電路
120．．．介面控制器
166．．．硬碟控制器
168．．．馬達控制器
172．．．心軸馬達
176．．．讀/寫頭組件
178．．．磁碟盤
195．．．飛行高度
200．．．適應性通道位元密度估計和飛行高度調整系統
210．．．讀取通道電路
213．．．資料圖案
215．．．資料偵測/解碼電路
217．．．類比至數位轉換器
219．．．數位樣本
220．．．適應性通道位元密度估計電路
222．．．通道位元密度值
230．．．轉換電路
232．．．飛行高度偏移值
240．．．飛行高度加熱器電力轉換電路
242．．．電力偏移量
250．．．前置放大器電路
252．．．類比輸入信號
260．．．讀/寫頭組件
300．．．適應性通道位元密度估計電路
305．．．數位樣本
310．．．受偵測位元
320．．．帶通濾波器
322．．．通道位元密度估計
325．．．輸出
330．．．通道模型電路
335．．．估計
340．．．帶通濾波器
345．．．輸出
350．．．乘法電路
355．．．輸出
360．．．總和電路
365．．．誤差信號
370．．．適應性通道位元密度和增益計算電路
380．．．增益因數
400．．．適應性通道位元密度和增益計算電路
410．．．通道位元響應模型電路
420．．．通道寬度響應電路
425．．．總和電路
430．．．總和電路
435．．．總和電路
450．．．延遲緩衝器電路
460．．．延遲緩衝器電路
475．．．乘法電路
480．．．乘法電路
485．．．數位樣本
490．．．受偵測樣本
495．．．更新的通道位元密度估計
499．．．更新的增益因數
700．．．適應性通道位元密度估計電路
705．．．數位樣本
710．．．受偵測位元
720．．．帶通濾波器
722．．．通道位元密度估計
725．．．輸出
730．．．通道模型電路
735．．．通道模型輸出
740．．．帶通濾波器
745．．．輸出
750．．．乘法電路
755．．．輸出
760．．．總和電路
765．．．誤差信號
770．．．適應性通道位元密度和增益計算電路
780．．．增益因數
790．．．溫度補償濾波器電路
792．．．輸出
795．．．相位調整電路
797．．．輸出
藉由參考在說明書的其他部分所說明之圖式將可更進一步瞭解本發明的各種實施例。在圖式中，用於全部幾個圖式的相同參考號碼意指類似組件。在一些實例中，由小寫字母所組成的次標與參考號碼相關連，以指出多個類似組件的其中之一。當對參考號碼進行參考而未詳述現存的子標時，欲意指所有此種多個類似組件。
圖1A為根據本發明的各種實施例之包括適應性CBD為基礎的飛行高度補償電路之儲存系統圖；
圖1B為當作用圖顯示飛行高度之方式的相關於儲存媒體所配置之讀/寫頭組件圖；
圖2為根據本發明的各種實施例之適應性CBD估計和飛行高度調整系統200的方塊圖；
圖3為根據本發明的一或多個實施例之適應性CBD估計電路的詳細方塊圖；
圖4為根據本發明的各種實施例之適應性CBD和增益計算電路的實施圖；
圖5為根據本發明的其他實施例之適應性CBD估計電路的詳細方塊圖；
圖6為用以提供連續CBD估計之根據本發明的各種實施例之方法的流程圖；及
圖7為用以提供連續飛行高度調整之根據本發明的各種實施例之方法的流程圖。
700．．．適應性通道位元密度估計電路
705．．．數位樣本
710．．．受偵測位元
720．．．帶通濾波器
722．．．通道位元密度估計
725．．．輸出
730．．．通道模型電路
735．．．通道模型輸出
740．．．帶通濾波器
745．．．輸出
750．．．乘法電路
755．．．輸出
760．．．總和電路
765．．．誤差信號
770．．．適應性通道位元密度和增益計算電路
780．．．增益因數
790．．．溫度補償濾波器電路
792．．．輸出
795．．．相位調整電路
797．．．輸出

Claims (18)

  1. 一種儲存裝置，該儲存裝置包含：一儲存媒體，其中該儲存媒體係操作以保持對應於一處理資料組的資訊；一讀/寫頭組件，相關於該儲存媒體來配置；以及一適應性通道位元密度(CBD)估計電路，其中該適應性通道位元密度估計電路透過該讀/寫頭組件來操作以接收該處理資料組，其中該適應性通道位元密度估計電路至少部分依據該處理資料組的一第一部位來操作以計算該儲存媒體之位元密度之一第一通道位元密度估計，及其中該適應性通道位元密度估計電路至少部分依據該處理資料組的該第一部位、該處理資料組的一第二部位、及該第一通道位元密度估計來操作以計算該儲存媒體之位元密度之一第二通道位元密度估計，其中該處理資料組包括該連串數位樣本和該連串受偵測樣本，其中該適應性通道位元密度估計電路包括一通道模型計算電路，其中該通道模型計算電路係操作以接收該連串受偵測樣本和該第一通道位元密度估計，及其中該通道模型計算電路至少部分依據該連串受偵測樣本和該第一通道位元密度估計來操作以提供一通道模型輸出。
  2. 根據申請專利範圍第1項之儲存裝置，其中該儲存裝置另外包括一讀取通道電路，其中該讀取通道電路包括一類比至數位轉換器，及其中該類比至數位轉換器係操作 以接收對應於該處理資料組的一類比信號，及提供對應於該類比信號的一連串數位樣本。
  3. 根據申請專利範圍第2項之儲存裝置，其中該讀取通道電路另外包括一資料偵測器，其中該資料偵測器係操作以接收該連串數位樣本，及依據該連串資料樣本提供一連串受偵測樣本。
  4. 根據申請專利範圍第1項之儲存裝置，其中該適應性CBD估計電路包括一總和電路，及其中該總和電路可操作成從該連串數位樣本減掉衍生自該通道模型計算電路的一輸出，以產生一誤差信號。
  5. 根據申請專利範圍第4項之儲存裝置，其中該第二通道位元密度估計係至少部分依據該誤差信號、該連串受偵測樣本、該連串數位樣本、及該第一通道位元密度估計所計算。
  6. 根據申請專利範圍第1項之儲存裝置，其中該處理資料組是使用者資料。
  7. 一種用於適應性估計通道位元密度之方法，該方法包含：提供一儲存媒體，其中該儲存媒體包括對應於一處理資料組的資訊；從該儲存媒體存取該處理資料組；至少部分依據該處理資料組的一第一部位來計算該儲存媒體之位元密度之一第一通道位元密度估計；以及至少部分依據該處理資料組的該第一部位、該處理資 料組的一第二部位、及該第一通道位元密度估計來計算該儲存媒體之位元密度之一第二通道位元密度估計，其中從該儲存媒體存取該處理資料組包括在衍生自該儲存媒體的資訊上執行一類比至數位轉換，以提供一第一組數位樣本，及在該第一組數位樣本上執行一資料偵測，以產生一第二組數位樣本；及其中該處理資料組包括該第一組數位樣本和該第二組數位樣本，其中計算該第二通道位元密度估計包括使用一通道模型計算電路，及至少部分依據該第二組數位樣本和該第一通道位元密度估計，來執行一通道模型計算。
  8. 根據申請專利範圍第7項之方法，其中該方法另外包含：從該第一組數位樣本減掉衍生自該通道模型計算電路的一輸出，以產生一誤差信號。
  9. 根據申請專利範圍第8項之方法，其中該第二通道位元密度估計係至少部分依據該誤差信號、該處理資料組的該第一部位、該處理資料組的該第二部位、及該第一通道位元密度估計所計算。
  10. 根據申請專利範圍第8項之方法，其中衍生自該通道模型計算電路的該輸出是衍生自該通道模型計算電路的一第一輸出，及其中該方法另外包含：計算一增益因數，其中衍生自該通道模型計算電路的該第一輸出是衍生自該通道模型計算電路的一第二輸出乘以該增益因數。
  11. 根據申請專利範圍第10項之方法，其中該增益因數是一隨後的增益因數，及其中該隨後的增益因數係至少部分依據一先前的增益因數和該誤差信號所計算。
  12. 根據申請專利範圍第7項之方法，其中該處理資料組是使用者資料。
  13. 根據申請專利範圍第7項之方法，其中該第一通道位元密度估計和該第二通道位元密度估計被用於特徵化相關於該儲存媒體來配置之一讀/寫頭組件。
  14. 根據申請專利範圍第7項之方法，其中該第一通道位元密度估計和該第二通道位元密度估計被用於最佳化從該儲存媒體接收資料之一讀取通道。
  15. 一種連續輸出通道位元密度估計電路，該電路包含：一讀取通道電路，其中該讀取通道電路包括一類比至數位轉換器和一資料偵測器，其中該類比至數位轉換器係操作以接收對應於維持在一儲存媒體上的一處理資料組之一類比信號，及提供對應於該類比信號的一連串數位樣本，及其中該資料偵測器係操作以接收該連串數位樣本，和依據該連串資料樣本來提供一連串受偵測樣本；一通道模型計算電路，其中該通道模型計算電路係操作以接收該連串受偵測樣本和該儲存媒體之位元密度之一第一通道位元密度估計，及其中該通道模型計算電路至少部分依據該連串受偵測樣本和該第一通道位元密度估計來操作以提供一通道模型輸出； 一總和電路，及其中該總和電路可操作成從該連串數位樣本減掉衍生自該通道模型計算電路的一輸出，以產生一誤差信號；以及一適應性通道位元密度計算電路，其中該適應性通道位元密度計算電路至少部分依據衍生自該通道模型輸出的一輸出、該誤差信號、及該連串受偵測樣本來操作以計算該儲存媒體之位元密度之一第二通道位元密度估計。
  16. 根據申請專利範圍第15項之電路，其中該處理資料組是使用者資料，及其中在該儲存媒體的一使用者讀取期間，該類比至數位轉換器操作以接收該類比信號。
  17. 根據申請專利範圍第15項之電路，其中該電路更包含：相關於該儲存媒體來配置之讀/寫頭組件。
  18. 根據申請專利範圍第15項之電路，其中該處理資料為使用者資料。
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