技术领域
[0001] 本
发明一般地涉及数据存储领域，更具体地涉及一种使用相位调制进行
硬盘驱动器磁缺陷分类的方法、设备和系统。
背景技术
[0002] 在硬盘驱动器（HDD）中，磁阻（MR）
传感器通常被用来感测记录在可写磁盘表面上的数据的
磁性模式。MR传感器检测
磁传感器经过磁写入在旋转的磁盘介质上的比特时经历的
磁场强度变化（DH），并将检测到的DH直接转换为随时间变化的
电压电平（DV）电
信号，该信号可以通过读取通道
电子转换成数据比特。
[0003] 两种类型的磁盘介质缺陷包括凸起或热粗糙（TA，thermal asperity）缺陷和凹坑或孔缺陷。对凸起或热粗糙（TA）缺陷和凹坑或孔缺陷进行分类是有效使用磁盘介质所必需的。
[0004] 凸起或热粗糙（TA）缺陷具有超过介质顶部表平面的高度，载有MR传感器的滑
块可能撞击或碰击这些缺陷。滑块必须给予凸起更宽的安全距离（berth），因为滑块和凸起之间的任何碰击都可能使涂层材料松动从而导致在HDD机壳内出现碎片，还可能导致在回读信号中出现热粗糙现象。这常常会导致出现更多无法使用的物理数据块地址，而这些地址在其它情况下具有良好的磁学性质。
[0005] 凹坑或孔缺陷陷于介质平面之下。凹坑用来存储数据是不可靠的，例如由于磁性介质受到损害，并且离读写元件更远。然而，滑块可以经过凹坑而不导致TA现象，并且周围的磁性介质可以被用来存储数据。例如，滑块并不需要给予凹坑特别是有严格缺陷容差的商用介质要求的不那么稀疏以及更好收益的宽的安全距离。
[0006] 2011年4月19日颁发给Meier等人的美国
专利第7,929,235号公开了一种区分垂直介质上空间或凹坑缺陷和凸起或热缺陷的方法和系统。垂直介质的
磁畴被取向以具有第一极性，使用读取头进行扫描，被取向以具有第二极性，然后再次扫描。组合来自读取头的若干信号以产生具有改进的信号噪声比的
输出信号，根据该输出信号可以识别和区分空间和热缺陷的
位置。图2A和2B分别示出了凹坑缺陷和经过凹坑读取时的幅度调制（AM）回读信号。图8A-8D比较了凹坑和凸起缺陷的AM回读信号。
[0007] 2000年7月11日颁发给Smith等人的美国专利第6,088,176号公开了一种使用磁阻（MR）头从磁存储介质中读取信息信号并从信息信号中分离热信号分量和磁信号分量（如果存在）的从MR信号中分离磁和热分量的设备和方法。使用热信号改变头-盘间距以检测磁盘表面缺陷、形貌变化和伺服控制面的变化。图7示出了具有热响应电压电平的凹坑和凸起实例。图19A-C示出了具有由于磁盘表面凹坑造成的更小的回读信号幅度的
波形。图20提供了TA现象中具有磁和热响应电压电平响应的凸起实例。图23示出了使用热响应信号差或幅度调制（AM）的分类
电路/
滤波器。
[0008] 对于实现磁缺陷分类的有效机制的需要是存在的。期望提供这样一种机制以允许在基本没有负面效果的情况下提供增强的数据存储性能的高效且有效的磁性介质使用。
发明内容
[0009] 本发明的若干方面提供了一种使用相位调制进行硬盘驱动器磁缺陷分类的方法、设备和系统。本发明其它的重要方面提供了一种基本没有负面效果的方法、设备和系统，并克服
现有技术布置的一些缺陷。
[0010] 简而言之，提供了一种使用相位调制进行硬盘驱动器磁缺陷分类的方法、设备和系统。对硬盘驱动器的磁性介质回读信号进行处理以识别预定义的相位调制（PM）特性，来实现磁性介质凸起和凹坑缺陷的磁缺陷分类。
附图说明
[0011] 通过下面详细地描述图中示出的本发明的优选
实施例可以最好地理解本发明及其上述和其它的目的和优点，在附图中：
[0012] 图1是示出根据本发明实施例的使用相位调制进行硬盘驱动器（HDD）磁缺陷分类的系统的
框图表示；
[0013] 图2是示出根据本发明实施例的图1中使用相位调制进行硬盘驱动器（HDD）磁缺陷分类的系统的示例性2T模式前端
信号处理电路的框图表示；
[0014] 图3A是根据本发明实施例的图1中使用相位调制进行硬盘驱动器（HDD）磁缺陷分类的系统的示例性2T模式前端信号处理电路的示例性2T
带通滤波器的框图表示；
[0015] 图3B和图3C是示出根据本发明若干实施例的2T带通滤波器示例性工作的波形图；
[0016] 图4A和图4B是根据本发明实施例的图1中使用相位调制进行硬盘驱动器（HDD）磁缺陷分类的系统的2T模式前端信号处理电路的示例性复数德尔塔向量函数单元（complex delta vector function）的示意图和方框图表示；
[0017] 图5A和图5B是根据本发明实施例的图1中使用相位调制进行硬盘驱动器（HDD）磁缺陷分类的系统的2T模式前端信号处理电路的示例性使用CORDIC的三
角计算函数单元(trigonometric calculation function)的示意图和方框图表示；
[0018] 图6是根据本发明实施例的图1中使用相位调制进行硬盘驱动器（HDD）磁缺陷分类的系统的2T模式前端信号处理电路的示例性缺陷检测函数单元的方框图表示；
[0019] 图7是示出根据本发明实施例的图1中使用相位调制进行硬盘驱动器（HDD）磁缺陷分类的系统的2T模式前端信号处理电路的示例性抖动监测函数单元的示例性操作的波形；
[0020] 图8是示出根据本发明实施例的图1中使用相位调制进行硬盘驱动器（HDD）磁缺陷分类的系统的示例性运行的
流程图；
[0021] 图9示出了根据本发明实施例使用相位调制信号的硬盘驱动器（HDD）的示例性[L1,L2]缺陷分类结果；
[0022] 图10示出了根据本发明实施例使用相位调制和幅度调制信号的硬盘驱动器（HDD）的示例性[L1,L3]缺陷分类结果；
[0023] 图11示出了根据本发明实施例使用相位和幅度调制平面的用于硬盘驱动器（HDD）的示例性平均相位调制和幅度调制信号；
[0024] 图12A至图12E示出了根据本发明实施例的使用相位调制和幅度调制信号对硬盘驱动器（HDD）进行的具有示例性的31个缺陷轨道和150纳米×31或4650纳米缺陷尺寸的凹坑或分层（DLM）缺陷的分类。
[0025] 图13A至图13E示出了根据本发明实施例的使用相位调制和幅度调制信号对硬盘驱动器（HDD）进行的具有示例性的5个缺陷轨道和150纳米×5或740纳米缺陷尺寸的热粗糙（TA）或TADLM缺陷的分类。
具体实施方式
[0026] 在下面对本发明实施例的详细描述中，引用了若干附图，这些附图示出了可以按照其实践本发明的示例性实施例。应当理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以使用其它实施例，并可以做出结构改变。
[0027] 本
说明书中使用的术语的目的仅是为了描述特定的实施例，并不是为了限制本发明。如在本说明书中使用的，单数形式“一”、“一个”、“该”也旨在包括复数形式，除非上下文明确地表明是除此之外的情形。还应该了解到的是，当在说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，具体规定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或加入一个或者多个另外的特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组。
[0028] 根据本发明实施例的特征，提供了一种使用相位调制进行硬盘驱动器（HDD）磁缺陷分类的方法、设备和系统。该系统使用相位调制进行磁缺陷分类，为数据存储介质提供增强的容量收益。
[0029] 现在参照附图，在图1中，示出了根据本发明实施例的用参考符号100总地标出的使用相位调制进行硬盘驱动器（HDD）磁缺陷分类方法的系统。系统100使用相位调制（PM）分类检测并区分包括凸起或热粗糙（TA）缺陷和凹坑或孔缺陷的介质缺陷。可选地，可以结合PM缺陷分类使用信号幅度调制（AM）。
[0030] 如图1所示，系统100包括：模拟-数字转换器（ADC）101、接收ADC回读并生成表示为Cos(ΔΦ(k))、Sin(ΔΦ(k))和m(k)的相位调制（PM）和幅度调制（AM）信号的2T模式前端信号处理电路102，其耦合到识别表面分析测试（SAT）缺陷窗口W（k）的缺陷检测函数单元104、识别提供性能和
质量监测器的最初2个矩（moment）m1，m2的抖动监测器106以及提供SAT缺陷分类以区分缺陷是凹坑或孔缺陷或分层（DLM）缺陷或介质凸起或热粗糙（TA）缺陷或混合TADLM缺陷的矩和累积量计算块108的每个。
[0031] 根据本发明实施例的特征，凹坑或DLM缺陷是指读取传感器下面的磁性介质的移除或缺失引起的读取包络中的漏失（drop-out）识别标记（signature）。凹坑或DLM缺陷表明磁性介质可能已从磁盘中移除，而在特征工作（characterization work）中检测到的DLM缺陷通常是基片凹坑或磁性层下面的空隙，具有下述特性：在头和空隙中心的磁盘磁性层之间存在显著的深度或磁性分离。作为空隙或DLM缺陷具有导致有效写入间距增加的深度的的结果，头的拖尾边缘（trailing edge）处的写入梯度在相对于写入头向下追踪的方向上移动并导致写入到空隙入口和出口处的介质中的
相移。回读信号中的相移被用于确定写入分离增加的情况。TMR头的TA识别标记也在读取信号的包络中产生漏失，但在这种情况下，由于这是传感器输出减少所致，因此不存在相位变化。TA现象是由一些材料由于嵌入到磁盘表面的硬质粒子、空隙处的碎片堆积或磁盘表面上的分层从磁盘表面突起引起的，或者是由预溅
镀污染引起的。对凹坑或孔或DLM缺陷以及TA或TADLM缺陷的分类表明写入分离增加。
[0032] 根据本发明实施例的特征，2T模式前端信号处理电路102产生PM不敏感的高质量幅度调制（AM）信号，产生AM不敏感的高质量相位调制（PM）信号，其中识别的Cos(ΔΦ(k))提供了相位运动的容差指标符（tolerantindicator），识别的Sin(ΔΦ(k))提供了相位运动的敏感指标符。2T模式前端信号处理电路102可以减少产生的AM和PM信号由于噪声源诸如过渡位置抖动、其它介质噪声和电子噪声产生的测量可变性。
[0033] 根据本发明实施例的特征，缺陷检测函数单元104通过例如使用产生的AM和PM二者信号信息、用于缺陷分类的矩和累积量计算块108通过例如使用产生的AM和PM二者信号信息、使用抖动监测器106的信号分析工具通过使用生成的PM信号信息，来使用2T模式前端信号处理电路102。
[0034] 根据本发明实施例的特征，2T模式前端信号处理电路102将信号处理元件转换成实际电路，诸如简单地实施为片上系统（SOC）。
[0035] 参考图1和图2，2T模式回读信号被读取头捕获并被施加到模拟-数字转换器（ADC）101上，其中1/T是
采样率。通常使用图2中的参考符号202总地标出2T模式回读信号的ADC样本输出，其中来自ADC 101的2T模式采样信号采用峰值和零点处的通道采样。来自ADC 101的2T模式采样信号被施加到本发明的2T模式前端信号处理电路102的2T带通滤波器112上。2T带通滤波器112提供以2T
频率为中心的带通滤波，该频率对于抖动σ测量禁用，带通滤波过的采样信号被施加到与三角计算CORDIC
算法解调器116耦合的由相邻ADC采样对形成的ΔV复数向量函数单元114上。三角计算CORDIC算法解调器
116采用CORDIC算法以进行产生AM和PM信号的三角计算。如图所示，三角计算CORDIC算法解调器116产生相位调制（PM）回读信号Cos(ΔΦ(k))、Sin(ΔΦ(k))和幅度调制（AM）回读信号m(k)。
[0036] 再参照图3A、3B和3C，示出了根据本发明实施例的使用相位调制进行硬盘驱动器（HDD）磁缺陷分类的系统100的2T模式前端信号处理电路102的示例性2T带通滤波器112以及例示2T带通滤波器112示例性工作的波形。
[0037] 在图3A中，根据本发明的2T带通滤波器112被表示为具有在2T频率处的单位增益和线性相位的[-0.2500.50-0.25]。2T带通滤波器112可以被看作是移位和加法计算，具有通常用图3B和3C中参考符号310、312标出的提供各自的响应的多个或四个阶段300，302，304，306。
[0038] 图4A和图4B示出根据本发明实施例的使用相位调制进行硬盘驱动器（HDD）磁缺陷分类的系统100的2T模式前端信号处理电路102的示例性复数德尔塔向量函数单元114。ΔV复数向量114被实施为简单地赋值（assignment）来自2T带通滤波器112的ADC采样输入402以形成复数德尔塔向量，其中，ΔV向量114是在预期采样相位的正实数向量，如图4所示，包括ΔV=+B+jA，ΔV=-C+jB，ΔV=-D-jC，ΔV=+A-jD，通常定义如下：
[0039] (n%4)==0→ΔVn=+xn+1+jxn(xn是0,xn+1是+峰值)
[0040] (n%4)==1→ΔVn=+xn-jxn+1(xn是+峰值,xn+1是0)
[0041] (n%4)==2→ΔVn=-xn+1-jxn(xn是0,xn+1是-峰值)
[0042] (n%4)==3→ΔVn=-xn+jxn+1(xn是-峰值,xn+1是0)
[0043] 参照图5A和图5B，示出了用于根据本发明实施例的使用相位调制进行硬盘驱动器（HDD）磁缺陷分类的系统100的2T模式前端信号处理电路102的使用坐标旋转数字计算方法（CORDIC）算法的示例性三角计算函数116。CORDIC算法是一个
迭代的移位和加法算法，为了执行速度采用流
水线。目前在HDD通道中使用优选地用于三角计算的CORDIC算法进行伺服PES计算。
[0044] 图5A示出了用参考符号500总地标出的第一输入ΔV向量。通常用参考符号510标出的第二ΔV向量被显示成遵循将ΔV向量主从CORDIC（master-slave CORDIC）旋转Δφ以使得其为正实数唯一的向量，从CORDIC（slave CORDIC）的目标是将R（参考）向量旋转与从到主相同的Δφ。CORDIC的输出包括：
[0045] real(ΔV)→mag(ΔV)
[0046] imag(ΔV)→0
[0047] real(R)→cos(atan(ΔV))
[0048] imag(R)→sin(atan(ΔV))
[0049] 在图5B中，三角计算函数116包括使用一对分别用于主旋转器和从旋转器（表示为511）的旋转器中的每一个的共同方向（di）
控制信号进行旋转矩阵计算，例如，按照如下：
[0050] for i=0to 5
[0051] if(m_imagi<0)then di=+1else di=-1
[0052] m_reali+1=m_reali-m_imagi*di*2-i
[0053] m_imagi+1=m_imagi+m_reali*di*2-i
[0054] s_reali+1=s_reali-s_imagi*di*2-i
[0055] s_imagi+1=s_imagi+s_reali*di*2-i
[0056] end
[0057] 三角计算函数116是为了执行速度有利地流水进行的迭代算法，并且是一个移位和加法算法，这使得它方便执行。如图5B进一步所示，如图5B所示，三角计算函数116包括多个流水线CORDIC迭代512，514，516，518，520，522，其中，约5-7次迭代可获得精确的结果。
[0058] 参照图6，示出了与根据本发明实施例的使用相位调制进行硬盘驱动器（HDD）磁缺陷分类的系统100的2T模式前端信号处理电路102一起使用的示例性缺陷检测函数单元104。如图所示，该缺陷检测函数单元104包括接收信号的N个样本/周期或2T模式下接收4个样本/周期的第一处理块m(k)*Cos(ΔΦ(k))602。第一处理块m(k)*Cos(ΔΦ(k))602将输入施加到与第一决定块606和第二决定块608耦合的移动平均N处理块604上，第一决定块606比较1减去移动的平均AM信号的绝对值是小于0.5，ABS（1-AM）<0.5，这识别例如尖锐且深而窄的回读信号波形，第二决定块608比较1减去移动的平均AM信号的绝对值是小于0.2，或ABS（1-AM）<0.2，这识别浅而长的回读信号波形。当第一决定块606识别了尖锐且深而窄的缺陷读回信号波形时，第一缺陷窗口函数608提供第一窗口输出缺陷信号。当第二决定块608识别了浅而长的回读信号波形时，第二缺陷窗口函数610提供第二窗口输出缺陷信号，该信号被施加到比较第二窗口输出信号长度是否大于8N长度的决定块612。第一缺陷窗口函数608的第一窗口输出信号被施加到两输入的或
门614的第一输入端。当长度大于8N时，决定块612的输出被施加到或门614的第二输入端，或门614提供识别的缺陷的标记为“缺陷窗口”的已进行或的输出信号。
[0059] 根据本发明实施例的特征，在相位测量的情形下使用第一缺陷窗口函数608和第二缺陷窗口函数610处识别的缺陷的窗口化，以确定在用于缺陷分类的信号的区域内是否存在如存在凹坑或DLM缺陷时具有深度和具有相位变化的间距变化，或替代性地，如果不存在，那么是由突起或凸起或TA或TADLM缺陷引起的。
[0060] 根据本发明实施例的特征，抖动监测器函数106测量所测量的抖动或σ，当它与整体
密度的实际抖动相比时是非常准确的。抖动监测器函数106已经被测试改变的头不对称、电子噪音和过渡密度变化（transition densityvariation），并观察到对抖动噪声同样精确的测量。
[0061] 参照图7，示出了与根据本发明实施例的使用相位调制进行硬盘驱动器（HDD）磁缺陷分类的系统100的2T模式前端信号处理电路102耦合的抖动监测器函数106的示例性操作，其中T50/T=1.1，T50/T=1.2和T50/T=1.3。
[0062] 如图7所示，抖动监测器函数106表示为：
[0063]
[0064]
[0065] 参照图8，示出了根据本发明实施例的使用相位调制进行硬盘驱动器（HDD）磁缺陷分类的系统100的示例性操作。如方框800所示，计算AM和PM统计参数，其中，L1平均值的计算如方框802所示，L2方差的计算如方框804所示，L3偏度（skew）的计算如方框806所示。
[0066] 如方框808所示，映射缺陷AM和PM信号。如方框810所示，缺陷AM和PM信号被可选择地映射到PM信号的[L1，L2]上和AM信号的[L1，L3]上。例如，图10示出了使用PM和AM信号的[L1，L3]缺陷分类。
[0067] 替代性地，如方框812所示，缺陷AM和PM信号被可选择地映射到PM信号的[L1]上和AM信号的[L1]上。如方框814中所示，在凹坑或DLM区域和凸起或TA或TADLM区域之间绘制分离线。
[0068] 再参照图9，示出了根据本发明实施例的使用相位调制信号的硬盘驱动器（HDD）的示例性[L1，L2]缺陷分类的结果。相对垂直轴展示了L2方差，相对水平轴展示了L1平均值，对于凸起由TA/TADLM表示。
[0069] 再参照图10，示出了根据本发明实施例的使用相位调制和幅度调制信号的硬盘驱动器（HDD）的示例性[L1，L3]缺陷分类的结果。相对垂直轴展示了AM信号的L3偏度，相对水平轴展示了L1平均值，对于凸起由TA/TADLM表示，对于凹坑由DLM表示。
[0070] 再参照图11，示出了根据本发明实施例的使用相位和幅度调制平面用于硬盘驱动器（HDD）的示例性平均相位调制和幅度调制信号，对于凸起由TA和TADLM表示，对于凹坑由DLM表示。
[0071] 再参照图12A-12E，示出了根据本发明实施例的使用相位调制和幅度调制信号对硬盘驱动器（HDD）进行的具有示例性的31个缺陷轨道和150纳米×31或4650纳米缺陷尺寸的凹坑或分层（DLM）缺陷的分类。
[0072] 在图12A中，示出了对于示例性31个凹坑或DLM缺陷轨道的具有相对于垂直轴示出的径向方向和相对于水平轴示出的圆周方向的示例性回读波形。图12B示出了对于示例性31个凹坑或DLM缺陷轨道的具有相对于垂直轴示出的径向方向和相对于水平轴示出的圆周方向的示例性幅度调制信号M(t)Cos(dp)。图12C示出了对于示例性31个凹坑或DLM缺陷轨道的具有相对于垂直轴示出的径向方向和相对于水平轴示出的圆周方向的示例性相位调制信号Sin(dp)。图12D示出了对于示例性31个凹坑或DLM缺陷轨道的具有相对于垂直轴示出的累积量L1和L2和相对于水平轴示出的轨道的相位调制（PM）信号的示例性L1平均值和L2方差平面（×1000）。图12E示出了对于例性31个凹坑或DLM缺陷轨道的具有相对于垂直轴示出的累积量L3和L4和相对于水平轴示出的轨道的相位调制（PM）信号的示例性L3偏度和L4方差平面（×1000）。
[0073] 再参照图13A-13E，示出了根据本发明实施例的使用相位调制和幅度调制信号对硬盘驱动器（HDD）进行的具有示例性的5个缺陷轨道和150纳米×5或740纳米缺陷尺寸的热粗糙（TA）或TADLM缺陷的分类。
[0074] 在图13A中，示出了对于示例性的5个TA或TADLM缺陷轨道的具有相对于垂直轴示出的径向方向和相对于水平轴示出的圆周方向的示例性回读波形。图13B示出了对于示例性的5个TA或TADLM缺陷轨道的具有相对于垂直轴示出的径向方向和相对于水平轴示出的圆周方向的示例性幅度调制信号M(t)Cos(dp)。图13C示出了对于示例性的5个TA或TADLM缺陷轨道的具有相对于垂直轴示出的径向方向和相对于水平轴示出的圆周方向的示例性相位调制信号Sin(dp)。图13D示出了对于示例性5个TA或TADLM缺陷轨道的具有相对于垂直轴示出的累积量L1和L2和相对于水平轴示出的轨道的相位调制（PM）信号的示例性L1平均值和L2方差平面（×1000）。图13E示出了对于示例性5个TA或TADLM缺陷轨道的具有相对于垂直轴示出的累积量L3和L4和相对于水平轴示出的轨道的相位调制（PM）信号的示例性L3偏度和L4方差平面（×1000）。
[0075] 虽然参照附图所示的本发明的实施例的细节描述了本发明，但是这些细节并非意在限制所附
权利要求主张的本发明的范围。
