專利名稱：硬盤驅(qū)動器的使用多個匹配濾波器的雙相磁性圖案檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硬盤驅(qū)動器。
背景技術(shù)：
磁盤驅(qū)動器使用伺服圖案來對用于定位讀/寫頭的信息進(jìn)行編碼。通常將這些伺服圖案寫成沿徑向從盤的內(nèi)徑向盤的外徑延伸的楔形(wedge-shaped)扇區(qū)。因?yàn)闉樗欧畔⒈Ａ舻谋P區(qū)域是不能用于存儲用戶數(shù)據(jù)的區(qū)域，所以在使伺服區(qū)域盡可能小的方面存在很大價(jià)值。本發(fā)明解決了如何以適當(dāng)?shù)男旁氡?SNR)對最高的可能密度的伺服信息(即，用于定位的數(shù)字伺服數(shù)據(jù))以及用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和檢測的公共問題。
一種對數(shù)字伺服數(shù)據(jù)編碼的方法被認(rèn)為是雙位(dibit)編碼，其中二進(jìn)制的“1”被編碼為一對磁轉(zhuǎn)變，而二進(jìn)制的“0”被編碼為沒有任何轉(zhuǎn)變。不幸的是，雙位編碼具有與僅由一個符號攜帶能量這一事實(shí)相關(guān)的兩個缺點(diǎn)。首先，因?yàn)樵凇?”符號上沒有定時內(nèi)容，所以該格式通常需要添加“偽雙位”以防止在其期間定時恢復(fù)不可能的長串零(long runs of zeros)，使得減少了圖案的總體空間效率。其次，利用雙位編碼獲得的SNR是次優(yōu)的，這是因?yàn)椤?”符號不包含能量。如這里所理解的，彼此非常不同的符號更容易被檢測器辨別，但是雙位圖案的“1”和“0”符號僅對于檢測單元的一半是不同的。
據(jù)此，為了克服上述缺點(diǎn)，可以使用雙相編碼來對數(shù)據(jù)編碼，其中二進(jìn)制“1”被編碼為一對磁體，而二進(jìn)制“0”被編碼為相反磁性的一對磁體。匹配濾波器可用來確定“1”和“0”符號的相關(guān)性。應(yīng)該理解，與雙位編碼不同，雙相圖案在兩個符號中都攜帶能量，從而導(dǎo)致兩個符號之間的較大差別，即檢測距離。
但是，如這里挑剔地認(rèn)識到的，因?yàn)榉栃蛄胁⒉划a(chǎn)生孤立響應(yīng)，所以并不是所有檢測距離都可以利用簡單的匹配濾波器和閾值方案來實(shí)現(xiàn)。對于一些可能的符號序列，檢測距離從孤立響應(yīng)所實(shí)現(xiàn)的檢測距離顯著下降。如本文進(jìn)一步認(rèn)識到的，檢測器通常并不是連續(xù)時間系統(tǒng)而是采樣系統(tǒng)以得到連續(xù)時間系統(tǒng)中不容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，并且如果回讀信號沒有被同步采樣，則由于采樣相位中的變化而在匹配濾波器輸出中將呈現(xiàn)額外的變化。結(jié)果是，對于雙相匹配濾波器的某些配置，與由孤立響應(yīng)獲得的檢測距離相比，最差情況序列的檢測距離損失可以非常明顯。即使將維特比算法應(yīng)用于回讀信號以求解(resolve)檢測器判決(detector decision)并由此提高性能，本發(fā)明很挑剔地發(fā)現(xiàn)，為了保證準(zhǔn)確的采樣相位，采樣系統(tǒng)在伺服數(shù)據(jù)區(qū)之前通常需要較長的同步區(qū)，并且該同步區(qū)消耗了寶貴的盤區(qū)域。此外，必須使同步采樣系統(tǒng)適當(dāng)?shù)鼐?equalize)以精確地求解檢測器判決。使系統(tǒng)進(jìn)一步變復(fù)雜地，隨著線性密度從盤的內(nèi)徑向盤的外徑變化，必須動態(tài)地調(diào)整該均衡，這導(dǎo)致一個難于建立、由于錯誤均衡而易于出錯、并通常對用戶不友好的系統(tǒng)。在做出上面的挑剔觀察之后，這里提供了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本文描述的發(fā)明利用使用多個匹配濾波器的雙相編碼以獲得增強(qiáng)的檢測距離，而無需同步采樣和均衡化并且無需向回讀信號應(yīng)用維特比算法。因?yàn)殡p相圖案對于所有可能的符號序列僅包含兩個不同的磁體長度，所以可以使用最少兩個匹配濾波器以標(biāo)識不同的符號序列，盡管可以使用不止兩個濾波器。
據(jù)此，硬盤驅(qū)動器(HDD)包括使用雙相圖案存儲數(shù)據(jù)的至少一個盤。提供了多個匹配濾波器，可用于檢測由雙相圖案表示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)而無需同步采樣或均衡化。
在非限制性實(shí)施例中，該圖案建立多個檢測單元，其中每個檢測單元包括“n”個樣本。以作為檢測單元的周期“n”倍的速率對匹配濾波器進(jìn)行采樣，其中“n”是整數(shù)。該雙相圖案可以表示伺服數(shù)據(jù)，并且不需要向回讀信號應(yīng)用維特比算法。
在說明性實(shí)現(xiàn)中，所述匹配濾波器是電路的一部分，該電路基于哪個匹配濾波器為雙相磁信號的輸入序列產(chǎn)生最大的檢測距離而從一個且僅一個匹配濾波器輸出信號。一個匹配濾波器可以是長為4(4-length，4L)的匹配濾波器而另一個匹配濾波器是長為8(8-length，8L)的匹配濾波器。所述4L匹配濾波器可被配置為用于優(yōu)化雙相序列1，1和0，0的輸出，而所述8L匹配濾波器可被配置以用于優(yōu)化雙相序列0，1和1，0的輸出。在更復(fù)雜的電路中，所述4L匹配濾波器可以被配置為優(yōu)化雙相序列111、110、000和001的輸出，而所述8L匹配濾波器可以被配置為優(yōu)化雙相序列011、010、100和101的輸出。
另一方面，一種被配置放在具有至少一個盤的硬盤驅(qū)動器(HDD)中的芯片包括用于對于來自HDD中的讀頭的期望雙相信號的第一序列產(chǎn)生匹配信號的部件、以及用于對于來自HDD中的讀頭的期望雙相信號的第二序列產(chǎn)生匹配信號的部件。該芯片還包括用于選擇該產(chǎn)生部件的一個且僅一個的輸出的部件。
另一方面，一種方法包括接收盤上代表雙相圖案的回讀信號，以及通過彼此不同配置的至少第一和第二匹配濾波器處理該信號。這些濾波器輸出各自的第一和第二值。該方法包括選擇所述第一和第二值的最大值而無需同步采樣并且無需均衡化。


通過參考附圖可以極好地理解關(guān)于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和操作方面的細(xì)節(jié)，附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分，并且其中圖1是示例非限制性硬盤驅(qū)動器(HDD)的方框圖；圖2是本多匹配(multi-matched)濾波器電路的一種實(shí)現(xiàn)的方框圖；圖3是示例性的一對匹配濾波器的示意圖；以及圖4是示例性的另一對匹配濾波器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
首先參考圖1，示出了一般以10標(biāo)示的說明性非限制性硬盤驅(qū)動器(HDD)，其具有外殼11，該外殼11保持可以包括微控制器和/或由微控制器實(shí)現(xiàn)的硬盤驅(qū)動器控制器12。該控制器12可以訪問計(jì)算機(jī)程序設(shè)備或者產(chǎn)品中的電子數(shù)據(jù)存儲器，例如但不限于可以用固態(tài)存儲設(shè)備實(shí)現(xiàn)的微碼存儲器14。微碼存儲器14可以存儲包含邏輯的微碼。
HDD控制器12控制包括用于將數(shù)據(jù)寫到一個或多個盤18上的一個或多個頭的讀/寫機(jī)構(gòu)16。HDD 10的非限制性的實(shí)現(xiàn)包括多個頭和多個盤18，并且每個頭與其中用于讀取盤18上的數(shù)據(jù)的相應(yīng)讀元件和用于將數(shù)據(jù)寫到盤18上的相應(yīng)寫元件相關(guān)聯(lián)。下面描述的匹配濾波器可以被包括在或以邏輯包含在控制器12中，或者它們可以被包括在讀/寫機(jī)構(gòu)16中，或者它們可以在適當(dāng)?shù)臅r候在HDD 10的其它方面中實(shí)現(xiàn)。
如果需要，HDD控制器12可以通過內(nèi)部HDD總線24與一個或多個固態(tài)存儲器諸如動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)設(shè)備20和閃存設(shè)備22通信。HDD控制器12還可以根據(jù)本領(lǐng)域公知的HDD原理通過主機(jī)接口模塊26與外部主機(jī)25通信。
現(xiàn)在參考圖2，示出了示例性濾波器電路的方框圖。來自盤18的回讀信號在被模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字化之后可以代表伺服數(shù)據(jù)或信息(非伺服)數(shù)據(jù)。以例如檢測單元的周期的八倍的采樣速率對回讀信號采樣，并將其傳遞到4L匹配濾波器30和8L匹配濾波器32中。即，每個檢測單元包括8個樣本，而匹配濾波器30、32各自代表相應(yīng)期望的樣本幅度。
簡要參考圖3，4L濾波器30在單個檢測單元38中包括一對正濾波器抽頭34和一對負(fù)濾波器抽頭36。如圖所示，負(fù)抽頭36具有與正抽頭34的振幅相同幅度的振幅，但是具有相反的極性。即，4L濾波器期望在單個檢測單元中的回讀信號中找到兩個具有相同幅度但是不同極性的非零脈沖。這樣，圖3中所示的示例性4L濾波器30如圖所示被配置成優(yōu)化對于雙相序列1，1(對應(yīng)于二進(jìn)制“1”)和0，0(對應(yīng)于二進(jìn)制“0”)的輸出。據(jù)此，正匹配濾波器輸出指示二進(jìn)制“1”，而負(fù)匹配濾波器輸出指示二進(jìn)制“0”。
相反，8L濾波器32在單個檢測單元38中只有一對具有特定振幅的濾波器抽頭40，雖然如下面參考圖4進(jìn)一步討論的，8L濾波器可以具有第二對抽頭，但是第二對抽頭與第一對具有不同的振幅。在任何情況下，8L匹配濾波器期望在一個檢測單元中僅找到單個特定幅度的非零脈沖，即，找到跨越兩個單元的兩個非零脈沖。據(jù)此，圖3中所示出的非限制性的8L匹配濾波器32被配置成如圖優(yōu)化對于雙相序列0，1(對應(yīng)于二進(jìn)制“1”)和1，0(對應(yīng)于二進(jìn)制“0”)的輸出。
參考圖2，在絕對值計(jì)算器42、44處分別確定匹配濾波器30、32的輸出的絕對值，并且將其發(fā)送到第一最大值比較器46以進(jìn)行比較。第一最大值比較器46確定哪個匹配濾波器輸出具有最大幅度，并且將該值發(fā)送到第二最大比較器48。此外，如果4L匹配濾波器30的輸出具有最大幅度，則從第一比較器46發(fā)送選擇信號到多路復(fù)用器50，該多路復(fù)用器50接收濾波器30、32的輸出信號的正負(fù)號并且傳播4L匹配濾波器的正負(fù)號。否則，在沒有選擇信號的情況下，多路復(fù)用器50傳播8L匹配濾波器32的正負(fù)號。
第二最大值比較器48通過將當(dāng)前檢測單元中的當(dāng)前樣本的最大幅度與先前樣本的最大幅度進(jìn)行比較、并然后使得結(jié)果存儲在最大值保持寄存器52中(該值可以返回到第二最大值比較器48用于隨后的比較)，而執(zhí)行最大值保持功能。每次當(dāng)前樣本的幅度大于所存儲的值時，就更新寄存器52中的值。此外，當(dāng)找到新的最大值時，將對應(yīng)匹配濾波器的正負(fù)號及其值都存儲在檢測器輸出寄存器54中。寄存器54的輸出(既關(guān)于正負(fù)號也關(guān)于值)代表信號的值，并且因而被發(fā)送到可以被包含在伺服處理器上或者在控制器12的微碼上的例如伺服控制環(huán)。
檢測單元的邊界由幀計(jì)數(shù)器56來建立，該幀計(jì)數(shù)器接收第二最大值比較器48的輸出作為輸入，并且在新檢測單元的開始發(fā)送復(fù)位信號到寄存器52以復(fù)位寄存器52中的值。根據(jù)所示的示例性電路，檢測到的數(shù)據(jù)被幀計(jì)數(shù)器56在檢測單元中心成幀，這實(shí)現(xiàn)了簡單的定時環(huán)。理想地，給定檢測單元的最大值應(yīng)該出現(xiàn)在單元的中心。當(dāng)最大值并不出現(xiàn)在單元的中心時，這代表定時誤差。幀計(jì)數(shù)器56積累這些誤差直到它們變得相對大為止，在該點(diǎn)幀計(jì)數(shù)器56將幀同步(framing)調(diào)整一個樣本。即使在存在定時誤差時，圖2中所示的電路也基于超出單元中樣本的范圍的最大值匹配濾波器輸出來輸出其值。該檢測和數(shù)據(jù)幀同步的方法在存在定時誤差和符號間干擾的情況下提供了良好性能。因?yàn)檫@個原因，圖2中所示的電路并不需要通常用在同步采樣系統(tǒng)中的復(fù)雜均衡化。
如先前所提到的，圖3圖示了兩個非限制性匹配濾波器30、32以及各自優(yōu)化的對應(yīng)的雙相圖案類型。如圖所示，每個檢測單元38可以包括8個樣本，從而匹配濾波器30、32以八倍于檢測單元的周期的速率被過采樣。
圖4圖示了具有被配置成在雙相序列111、110、000和001中尋找中間位的4L匹配濾波器60和被配置成在雙相序列011、010、100和101中尋找中間位的8L匹配濾波器62的另一非限制性實(shí)施例。圖4中所示的濾波器60、62是比圖2中所示匹配濾波器更復(fù)雜的匹配濾波器，并且它們在所有可能的符號序列集合上與更多的雙相圖案相關(guān)。如圖所示，4L濾波器60在單個檢測單元64中具有兩對濾波器抽頭，其中一對抽頭具有與另一對抽頭相等的振幅但是相反的極性。此外，圖4中所示的4L濾波器60具有限制檢測單元64的每側(cè)的界限的一對較小(但非零)振幅的抽頭。另一方面，如圖所示，8L濾波器62在檢測單元中具有一對高振幅的抽頭和一對中等振幅的抽頭(其可以但非必須是與4L濾波器的“較小抽頭”相同的振幅)，每個抽頭具有第一極性，而該檢測單元被相反極性的高和中抽頭限制界限。
總之，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了雙相圖案的優(yōu)點(diǎn)而不需要同步采樣和均衡化。因?yàn)閮蓚€雙相符號都攜帶能量，所以存在更多的定時內(nèi)容和較大的檢測距離以得到更好的SNR。匹配濾波器具有在DC的凹口(notch)并且圖案本身免除了DC。因?yàn)榕袥Q閾值是零，所以檢測器對于增益變化也不敏感。這些優(yōu)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為一種運(yùn)行更好、格式更加有效、并提供了使用異步采樣系統(tǒng)的便利的檢測器。
盡管這里詳細(xì)示出并描述的特定的硬盤驅(qū)動器的使用多個匹配濾波器的雙相磁性圖案檢測器完全能夠達(dá)到本發(fā)明的上述目的，但是應(yīng)該理解，其是本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例并從而代表本發(fā)明廣泛預(yù)期的主題，本發(fā)明的范圍完全包括可能對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的其它實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍據(jù)此只由所附權(quán)利要求來限定，在權(quán)利要求中以單數(shù)引用元件除非明確說明否則并不意欲表示“一個且只有一個”，而是“一個或多個”。一種設(shè)備或方法不必要說明由本發(fā)明尋求解決的每個問題，因?yàn)樵诒緳?quán)利要求書中囊括了這些。此外，本公開中沒有任何元件、組件或方法步驟意欲獻(xiàn)給公眾，不管該元件、組件或方法步驟是否在權(quán)利要求中精確細(xì)述。所有權(quán)利要求中的元件都不應(yīng)按照35U.S.Cξ112第六段的規(guī)定解釋，除非該元件使用短語“裝置用于”來明確表述，或者在方法權(quán)利要求的情況下，該元件被陳述為“步驟”而不是“動作”。在沒有明確定義的情況下，權(quán)利要求的術(shù)語應(yīng)被賦予不與本說明書和文件歷史抵觸的所有普通和習(xí)慣的含義。
權(quán)利要求
1.一種硬盤驅(qū)動器(HDD)，包括至少一個盤，使用雙相圖案存儲數(shù)據(jù)；以及多個匹配濾波器，用于檢測雙相圖案所代表的二進(jìn)制數(shù)據(jù)而無需同步采樣或均衡化。
2.如權(quán)利要求1所述的硬盤驅(qū)動器，其中，所述圖案建立多個檢測單元，其中每個檢測單元包括“n”個樣本，匹配濾波器以檢測單元的周期的“n”倍的速率被采樣，其中“n”是整數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的硬盤驅(qū)動器，其中，所述雙相圖案代表伺服數(shù)據(jù)，并且不向代表該圖案的回讀信號應(yīng)用維特比算法。
4.如權(quán)利要求1所述的硬盤驅(qū)動器，其中，所述匹配濾波器是電路的一部分，該電路基于哪個匹配濾波器為雙相磁信號的輸入序列產(chǎn)生最大的檢測距離而從一個且僅一個匹配濾波器輸出信號。
5.如權(quán)利要求4所述的硬盤驅(qū)動器，其中，一個匹配濾波器是4L匹配濾波器而另一個匹配濾波器是8L匹配濾波器。
6.如權(quán)利要求5所述的硬盤驅(qū)動器，其中，所述4L匹配濾波器被配置為用于優(yōu)化對于雙相序列1，1和0，0的輸出。
7.如權(quán)利要求5所述的硬盤驅(qū)動器，其中，所述4L匹配濾波器被配置為用于優(yōu)化對于雙相序列111、110、000和001的輸出。
8.如權(quán)利要求5所述的硬盤驅(qū)動器，其中，所述8L匹配濾波器被配置為用于優(yōu)化對于雙相序列0，1和1，0的輸出。
9.如權(quán)利要求5所述的硬盤驅(qū)動器，其中，所述8L匹配濾波器被配置為用于優(yōu)化對于雙相序列011、010、100和101的輸出。
10.一種被配置為放在具有至少一個盤的硬盤驅(qū)動器(HDD)中的芯片，所述芯片包括用于對于來自HDD中的讀頭的期望雙相信號的第一序列產(chǎn)生匹配信號的部件；用于對于來自HDD中的讀頭的期望雙相信號的第二序列產(chǎn)生匹配信號的部件；以及用于選擇所述產(chǎn)生部件的一個且僅一個的輸出的部件。
11.如權(quán)利要求10所述的芯片，其中，所述用于對于第一序列產(chǎn)生匹配信號的部件是第一匹配濾波器，用于對于第二序列產(chǎn)生匹配信號的部件是第二匹配濾波器，以及用于選擇的部件包括第一最大值比較器。
12.如權(quán)利要求11所述的芯片，還包括相應(yīng)的絕對值計(jì)算器，從匹配濾波器接收信號，并且將輸出發(fā)送到第一最大值比較器以對其進(jìn)行比較，由此確定哪個匹配濾波器輸出具有最大幅度。
13.如權(quán)利要求12所述的芯片，還包括從第一最大值比較器接收輸出的第二最大值比較器和從第一最大值比較器接收選擇信號的多路復(fù)用器，該多路復(fù)用器傳播具有最大幅度的匹配濾波器輸出的正負(fù)號。
14.如權(quán)利要求13所述的芯片，其中，所述第二最大值比較器將從第一最大值比較器接收的最大值與第一寄存器中的當(dāng)前樣本進(jìn)行比較，并且輸出信號到該第一寄存器。
15.如權(quán)利要求14所述的芯片，還包括保持要輸出的正負(fù)號和值的第二寄存器。
16.如權(quán)利要求15所述的芯片，還包括定義檢測單元的幀計(jì)數(shù)器。
17.一種方法，包括接收盤上代表雙相圖案的回讀信號；通過彼此不同配置的至少第一和第二匹配濾波器處理該信號，這些濾波器輸出各自的第一和第二值；以及選擇所述第一和第二值的最大值而無需同步采樣并且無需均衡化。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述圖案代表盤伺服數(shù)據(jù)，并且不使用維特比算法來處理回讀信號。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，包括輸出檢測單元中的最大值。
全文摘要
一種硬盤驅(qū)動器(HDD)使用雙相方案保持?jǐn)?shù)據(jù)。多個匹配濾波器用于檢測雙相圖案所代表的二進(jìn)制數(shù)據(jù)而無需同步采樣或均衡化。
文檔編號G11B5/09GK1770297SQ200510106930
公開日2006年5月10日 申請日期2005年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月27日
發(fā)明者戴維·T·弗林, 理查德·加爾布雷思, 特拉維斯·R·奧寧 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司