专利名称：具有多级别写电流的磁记录系统的制作方法
具有多级别写电流的磁记录系统
背景技术：
诸如硬盘驱动器的各种磁记录系统使用写头来在磁介质上记录数据。要被记录的数据被作为交变电流提供给写头线圈。电流经过围绕写头的金属线圈，产生磁场。通过该磁场来切换写头中极尖(pole tip)的磁化状态。随着磁化的极尖经过磁存储介质(例如，旋转的铁磁盘片)，磁介质中的位于极尖下面的区域的磁化被改变并且随后可以被读回以获取数据。在磁记录中，高速的写(记录)处理是具有挑战性的。就写电流脉冲特性而言，用来驱动写头以在给定的磁道上记录数据的传统写电流波形是固定的。然而，磁系统的切换响应是非线性的。可以将对于一个写脉冲的磁响应看作一个三阶段过程:切换(阶段I)、到饱和的转换(阶段II)以及饱和(阶段III)。当位单元周期(T)少于磁切换时间时，在高密度记录模式(pattern)情况下，第三阶段并且甚至可能第二阶段可能被截除。随着数据速率的增加，激励和响应信号之间的非线性更加明显，并且位序列包括更多的高频转换。该记录过程伴随有以下不利影响:第一，转换的曲率的增加；第二，位到位转换恶化；第三，磁道宽度调制。其结果，整体记录性能降低，并且数据速率和面密度受限。由于磁记录系统在磁录密度和更快的数据速率上持续提升，所以现有技术中存在改进写处理的需要。
发明内容
本发明的多个实施例提供利用多级别写电流进行磁记录的装置、系统和方法。例如，公开了一种利用多级别写电流进行磁记录的装置，其包括:模式检测电路，可操作来检测要由磁性写头写入的数据中的模式并产生模式指示信号；以及写驱动器，可操作来生成用于磁性写头的多级别写电流。多级别写电流的至少一个电特性基于模式检测电路所检测的模式。在某些情况下，模式表示磁性写头的磁饱和级别。在某些实例中，写驱动器可操作来在磁性写头的磁饱和级别在特定饱和级别之上时生成用于要写入的数据中的转换的第一写电流级别，并且在磁性写头的磁饱和级别在该特定饱和级别之下时生成第二写电流级另IJ，其中第一写电流级别比第二写电流级别更强烈。在某些实施例中，多级别写电流波形的电特性可以包括过冲(overshoot)脉冲幅度、过冲脉冲宽度、以及过冲脉冲之后的稳态电流级别中的一个或多个。本发明内容仅仅提供根据本发明的某些实施例的概要描述。根据以下的详细描述、所附权利要求和附图，本发明的许多其它目的、特征、优点和其它实施例将变得更加全
面清楚。
通过参考附图(其在本说明书其余部分中描述)，可以实现对本发明各个实施例的进一步理解。附图中，可以在多幅附图中始终使用相同的附图标记来表示相类同的组件。在某些情况下，将包含小写字母的下标与附图标记相关联，以只是多个相类同组件之一。当对附图标记进行引用而没有说明存在下标时，其意在表示所有这样的多个相类同的组件。图1示出了根据本发明某些实施例的包括写通道电路、前置放大器和写头的磁存储系统；图2示出了根据本发明某些实施例的多级别写电流的示例中已编码的写数据和相关与电流脉冲的波形；图3A和3B示出了根据本发明某些实施例的分别在多级别写电流使能和禁止时的通道数据、前置放大器写电流以及写头磁场响应的波形；图4示出了根据本发明某些实施例的模式检测电路的示意图；图5示出了根据本发明某些实施例的多级别差分信号生成电路；图6示出了根据本发明某些实施例的模式检测电路和多级别差分信号生成电路中各种信号的时序图；图7示出了根据本发明某些实施例的可以在前置放大器中使用的具有多级别差分信号接收器和输出驱动器的多级别写驱动器；图8示出了根据本发明某些实施例的可以在输出驱动器中使用的功率电流源；图9示出了根据本发明某些实施例的可以在功率电流源中使用的开关式电流镜；图10示出了根据本发明某些实施例的包括可以在前置放大器电路中使用的锁相环、模式检测电路和多级别写驱动器的前置放大器；以及图11示出了根据本发明某些实施例的用于利用多级别写电流在磁存储设备中记录数据的方法的流程图。
具体实施例方式本发明的多个实施例提供了利用多级别写电流进行磁记录的装置、系统和方法。可以控制用来迫使写头中的极尖的磁化切换的写电流波形的各种特性以提高记录性能，包括但不限于:过冲幅度、过冲持续时间、稳态电流Iw、电流上升时间等。在某些实施例中，写电流的自适应或者变化基于极尖的初始磁性状态(饱和或者未饱和)和要记录的恒定数据序列的长度(短或者长)。在某些实施例中，通过在前数据序列长度确定极尖的初始磁性状态。如果刚刚写入特定状态的长数据序列，则极尖将具有足够的时间来变为磁饱和。如果数据信号最近改变了状态，则极尖将不具有足够的时间来在最后状态中变为磁饱和。使用强烈的写电流脉冲设定来快速和有效地将极尖从一个饱和状态切换到相反的饱和状态。使用较不强烈的设定来将极尖从未饱和状态切换。另一个因素是要记录的转换之间的数据序列的长度。在单个位或者非常短的后续数据序列或者给定状态的情况下，使用强烈设定以用于更快的磁切换。在给定状态的较长的未来序列的情况下，使用较不强烈的设定。在此所公开的多级别写电流提供明显的极尖切换以保证数据被以基本恒定的磁道宽度和较好的位到位(bit-to-bit)转换适当地写入到磁介质，而不管写头的非线性磁切换行为如何。尽管在此所公开的利用多级别写电流的磁记录不限于任何特定应用，但一个示例性应用是诸如图1所示的硬盘驱动器的磁存储系统100。存储系统100包括接口控制器102、通道电路104、前置放大器106、硬盘控制器110、马达控制器112、主轴马达114、盘片116、和读/写头组件120。接口控制器102控制到/来自盘片116的数据的寻址和时序。接口控制器102可以包括诸如处理器、缓冲存储器、格式控制、错误校正电路和接口电路的设备。盘片116上的数据包括当读/写头组件适当地位于盘片116上时可以由读/写头组件120写入和检测的磁信号的组。在一个实施例中，盘片116包括依据或者纵向或者垂直的记录方案来记录的磁信号。在典型的写操作中，接口控制器102接收要存储在盘片116上的数字数据122，并将相应的数字写数据124提供给通道电路104中的写通道126。可以在诸如串行高级技术附接(SATA)接口的标准设备接口上串行地接收数字数据122。在写操作期间，在本地缓冲存储器中存储数字数据122，并且利用错误校正码对数字数据122进行格式化和扩增。写通道126可采用以多种方式来处理数字写数据124，诸如将数据串行化、对数据进行调制编码并添加奇偶校验位、以期望的位速率将数据串行化、以及执行写预补偿。写通道126将已编码的写数据130提供给前置放大器106中的写驱动器132。在某些实施例中，前置放大器106安装在致动器臂134上，并且已编码的写数据130由发送器从通道电路104驱动，并且经过挠性电缆以差分正射极耦合逻辑(PECL)格式传递到臂上安装的前置放大器106中的写驱动器132。前置放大器106将已编码的写数据130转换为模拟信号，执行波整形，添加过冲脉冲以辅助记录处理，以及在读/写头组件120的写头部分中加以具有由PECL输入所确定的极性的双极性可编程写电流136。基于读/写头组件120中极尖的初始磁性状态控制过冲脉冲的特性(包括过冲脉冲之后的稳态电流的级别)。在典型的读操作中，通过马达控制器112将读/写头组件120准确地定位于盘片116的期望的数据磁道上。马达控制器112不仅相对于盘片116定位读/写头组件120，并且还在硬盘控制器110的指导下通过将读/写头组件120移动到盘片116上的适当数据磁道来驱动主轴马达114。主轴马达114使盘片116以确定的旋转速率(RPM)旋转。前置放大器106中的读电路140建立读/写头组件120上磁阻写头中的偏置电流。一旦将读/写头组件120放置邻近于适当的数据磁道，则随着通过主轴马达114使盘片116旋转，读/写头组件120感测表示盘片116上的数据的磁信号。将所感测的磁信号被提供作为表示盘片116上的磁数据的连续、微小的模拟信号142。将该微小模拟信号142从读/写头组件120传输到前置放大器106中的读电路140，在这里，对该微小模拟信号进行放大并且将其作为模拟读数据146传送到通道电路104中的读通道144。读通道144又将所接收的模拟信号解码和数字化，以重现原始写入盘片116的用户数据，以及提取伺服信息。作为对模拟读数据146的处理的一部分，读通道电路802可以执行诸如模拟滤波、可变增益放大、模数转换、均衡化、时序恢复、数据检测、解码、去串行化(deserialization)、和伺服解调的一个或多个操作，以获得用户数据和伺服信息。通过读通道144将用户数据作为数字读数据150提供给接口控制器102，在这里对数字读数据进行错误校正，剥离特殊格式化字段，并在缓冲存储器中进行重组装，以作为数字数据122传输到用户设备。读通道144还将伺服数据152提供给接口控制器102，以供在驱动硬盘控制器110和马达控制器112中使用。在读和写操作两者期间，接口控制器102中的微代码控制旋转速度并且调节头位置，以保持准确的磁道跟随以及在磁道之间进行查找。通过读通道144由预先记录在盘片116上在数据记录之间的间隔处的专用字段解调用于这些功能的伺服位置信息。应当注意，存储系统100可以集成到诸如例如基于RAID (廉价磁盘冗余阵列或者独立磁盘冗余阵列)的存储系统的较大存储系统中。还应当注意，可以以软件或者固件来实现存储系统100的各种功能或者模块，而以硬件来实现其它功能或者模块。在此所公开的各种模块可以与其它功能一同以集成电路来实现。这样的集成电路可以包括给定的模块、系统或者电路的全部功能，或者可以仅仅包括所述模块、系统或电路的子集。此外，可以跨多个集成电路来实现模块、系统或者电路的元件。这样的集成电路可以是现有技术中已知的任何类型的集成电路，包括但不限于:单片集成电路、倒装芯片集成电路、多芯片模块集成电路、和/或混合信号集成电路。还应当注意，可以以软件或者固件来实现在此所述的模块、系统或者电路的各种功能。在某些这样的情况下，整个系统、模块或者电路可以使用其软件或者固件等效来实现。在其它情况下，可以以软件或者固件来实现给定的系统、模块或者电路的一个部分，而以硬件来实现其它部分。现在转到图2，示出了根据本发明某些实施例的针对各种输入数据模式而生成的写电流特性。再次，通过使写电流特性适合极尖的初始磁性状态，来控制极尖的磁化切换来提高记录性能。在某些实施例中，通过最近写入数据序列来确定极尖的初始磁性状态。在左边的列202中，示出了四个数据序列204、206、210和212。在右边的列220，示出了四个所生成的写电流波形222、224、226和230。换言之，当要接收数据序列204以用于写入时，将使用写电流波形222来磁化极尖。在这些示例中，示出了数据204、206、210和212以及所生成的写电流波形222、224、226和230中的正转换232。然而，还会使用相应的负转换来生成具有如图2所示的受控特性的写电流波形，而极性相反。第一数据序列204包括短在前的序列240 (其可以包括就在转换232之前已经被写入的一个或多个“0”)，以及在转换232之后要写入的长跟随序列242。长跟随序列242可以要在转换232开始写入的一连串“I”。短和长序列中的位数不限于任何特定值，因为他们可以基于数据速率、影响到磁饱和的时间的极尖磁特性等而改变。在在此所公开的某些实施例中，短和长序列被称为具有IT和2T的持续时间，其中持续时间2T是IT长度的两倍。在某些实施例中，IT持续时间被定义成一个位单元(bit cell)，而在其它实施例中，IT持续时间可以被定义成包含多于一个的数据位。根据数据序列204产生的经过极尖的写电流222将具有弱过冲设定，这意味着将会生成小的过冲脉冲244，随后是稳态写电流级别246。由于短在前的序列240，极尖将不会在转换232之前饱和，并且由于长跟随序列242，将不需要迫使极尖快速进入磁饱和。因为这两种因素的组合，所以将弱过冲设定用于写电流222。再次，可以控制写电流的各种特性，包括但不限于:过冲幅度、过冲持续时间、稳态电流Iw、电流上升时间等。在此，总的来说，依据过冲强度来称呼这些特性，诸如写电流222的弱过冲设定。数据序列206包括长在前的序列250和长跟随序列252。在此情况下，在转换232之前，极尖将已经饱和，但长跟随序列252对此进行均衡。在所产生的写电流224中使用常规的过冲设定。数据序列210包括短在前的序列254和短跟随序列256。在此情况下，在转换232之前，极尖将未饱和，但短跟随序列252对此进行均衡。在所产生的写电流226中使用强烈过冲设定。数据序列212包括长在前的序列260和短跟随序列262。在此情况下，在转换232之前，极尖将已经饱和，并且跟随序列252短。由于这两种因素的组合，所以在所产生的写电流230中使用超强烈过冲设定。在下面的表I中概述了某些实施例的写电流特性对数据序列特性:
表I
权利要求
1.一种利用多级别写电流波形进行磁记录的装置，包括: 磁性写头； 模式检测电路，能操作来检测要由所述磁性写头写入的数据中的模式以及产生模式指示信号；以及 写驱动器，能操作来生成用于所述磁性写头的多级别写电流波形，其中所述多级别写电流波形的至少一个电特性基于所述模式检测电路所检测的模式。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述要由所述磁性写头写入的数据中的模式表示所述磁性写头的磁饱和级别。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述写驱动器能操作来:在所述磁性写头的所述磁饱和级别在特定饱和级别之上时生成用于所述要写入的数据中的转换的第一写电流级别，以及在所述磁性写头的所述磁饱和级别在所述特定饱和级别之下时生成第二写电流级别，其中所述第一写电流级别比第二写电流级别更强烈。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述模式检测电路能操作来检测所述要由所述磁性写头写入的数据中的至少第一游程长度和第二游程长度。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述模式检测电路能操作来检测转换之前的数据是否在比第一持续时间更长的时间保持不变，以及所述转换之后的数据是否将会在比第二持续时间更长的时间保持不变。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述第一持续时间和所述第二持续时间包括所述要由所述磁性写头写入的数据中的位 周期。
7.如权利要求5所述的装置，其中所述写驱动器能操作来在所述转换之前的数据没有在比所述第一持续时间更长的时间保持不变并且所述转换之后的数据在比所述第二持续时间更长的时间保持不变时生成具有第一特性的所述多级别写电流波形； 其中所述写驱动器能操作来在所述转换之前的数据在比所述第一持续时间更长的时间保持不变并且所述转换之后的数据在比所述第二持续时间更长的时间保持不变时生成具有第二特性的所述多级别写电流波形； 其中所述写驱动器能操作来在所述转换之前的数据没有在比所述第一持续时间更长的时间保持不变并且所述转换之后的数据没有在比所述第二持续时间更长的时间保持不变时生成具有第三特性的所述多级别写电流波形； 其中所述写驱动器能操作来在所述转换之前的数据在比所述第一持续时间更长的时间保持不变并且所述转换之后的数据没有在比所述第二持续时间更长的时间保持不变时生成具有第四特性的所述多级别写电流波形；以及 其中所述第二特性比所述第一特性更强烈，并且所述第三特性比所述第二特性更强烈，并且所述第四特性比所述第三特性更强烈。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述多级别写电流波形的所述至少一个电特性选自:过冲脉冲幅度、过冲脉冲宽度、和过冲脉冲之后的稳态电流级别。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述模式指示信号包括指示所述要由所述磁性写头写入的数据具有第一脉冲持续时间的第一信号和指示要写入的所述数据具有第二脉冲持续时间的第二信号， 所述装置还包括多级别差分信号生成电路，其能操作来基于所述模式指示信号生成三兀信号。
10.如权利要求9所述的装置，还包括接收器，其能操作来确定所述三元信号的状态以及基于所述三元信号的状态控制所述写驱动器。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述接收器包括过零检测器和多个限制器。
12.如权利要求10所述的装置，其中所述模式检测电路和所述多级别差分信号生成电路位于通道电路中，并且其中所述接收器和所述写驱动器位于前置放大器电路中。
13.如权利要求1所述的装置，其中所述写驱动器包括过冲脉冲生成器，其能操作来在所述要写入的数据的转换处在所述多级别写电流波形中提供过冲脉冲。
14.如权利要求1所述的装置，其中所述写驱动器包括输出驱动器桥和连接到所述输出驱动器桥的多个参考电流源。
15.如权利要求14所述的装置，其中所述输出驱动器桥包括多个功率电流源，其能操作来切换经过所述磁性写头的所述多级别写电流波形。
16.如权利要求15所述的装置，其中所述多个功率电流源中的每一个包括多个电流镜，所述多个电流镜中的每一个将来自所述参考电流源中的一个的电流贡献到所述多级别写电流波形。
17.如权利要求1所述的装置，其中所述模式检测电路和所述写驱动器位于前置放大器电路中， 所述装置还包括在所述前置放大器电路中的锁相环，其能操作来从所述要由所述磁性写头写入的数据恢复时钟信号。
18.如权利要求1所述的装置，其中所述磁性写头、所述模式检测电路和所述写驱动器被整合在存储设备中。
19.一种利用多级别写电流波形在磁存储设备中记录数据的方法，包括: 基于与数据转换相邻的数据序列的游程长度确定写头中极尖的磁化状态； 生成表示所述极尖的所述磁化状态的至少一个信号；以及 基于所述至少一个信号生成所述多级别写电流波形以用于所述写头，其中当所述磁化状态为饱和时所述多级别写电流波形对于所述数据转换而言更强烈，并且当所述磁化状态为不饱和时对于所述数据转换而言更不强烈。
20.—种存储系统，包括: 存储介质，其保持数据集； 写头，其能操作来将所述数据集磁性地记录到所述存储介质； 模式检测电路，其能操作来检测与转换相邻的所述数据集中的游程长度；以及 写驱动器，其能操作来生成用于所述写头中的线圈的多级别写电流波形，其中所述多级别写电流波形的 至少一个电特性基于所述模式检测电路所检测的游程长度。
全文摘要
本发明涉及具有多级别写电流的磁记录系统。本发明的多个实施例提供了利用多级别写电流波形进行磁记录的装置、系统和方法。例如，公开了一种利用多级别写电流波形进行磁记录的装置，其包括模式检测电路，能操作来检测要由磁性写头写入的数据中的模式并产生模式指示信号；以及写驱动器，能操作来生成用于磁性写头的多级别写电流波形。所述多级别写电流波形的至少一个电特性基于模式检测电路所检测的模式。
文档编号G11B5/02GK103137142SQ20121035654
公开日2013年6月5日 申请日期2012年9月21日 优先权日2011年11月22日
发明者B·利维彻兹, R·S·威尔森, J·S·高登博格 申请人:Lsi公司