激光器跳模检测的制作方法

本公开涉及一种用于检测热辅助磁记录中的激光二极管或其他光学能量源的跳模的方法和装置。根据一些实施方式，一种方法包括测量激光二极管或者其他能量源的输出功率，并随时间对输出功率进行差分计算以确定变化率。接下来，确定变化率是否超出阈值，以及当确定变化率超出阈值水平时，发出指示潜在的跳模事件的故障信号。

根据另外的实施方式，存储设备配置为测量读/写头的光学加热元件中能量源的输出功率，所述读/写头被配置为用于在向存储设备的记录介质上进行数据的写操作期间的热辅助磁记录(“HAMR”)。确定输出功率随时间的变化率，以及如果输出功率的变化率超出阈值，就会向存储设备的控制器发出指示潜在的写故障的故障信号。

根据另外的实施方式，硬盘驱动器(“HDD”)的执行热辅助磁记录(“HAMR”)的前置放大器包括配置为从光检测器接收信号并产生差分信号的差分器电路，该光检测器光学耦合至HDD中的读/写头中的激光二极管。该前置放大器还包括配置为确定差分信号是否超出阈值电压电平的阈值检测器，以及当确定差分信号超出阈值电压电平时，该前置放大器就会向HDD的控制器发出故障信号。

在阅读下面的具体实施方式以及审阅附图之后，各种实施方式的这些以及其他特征和方面将会变得显而易见。

附图说明

在下面的具体实施方式中，参考了形成说明书的一部分的附图，并且通过说明的方式示出特定的实施方式或例子。本文的图不是按比例绘制的。多个图中的相同的数字表示相同的元件。

图1是示出根据本文所描述的实施方式的一种用于检测热辅助磁记录中的激光二极管或者其他光学能量源的跳模的方法的流程图。

图2是示出根据本文所描述的实施方式的用于跳模检测的说明性环境的框图。

图3是示出根据本文所描述的实施方式的用于跳模检测的说明性环境的附加细节的框图。

图4是示出根据本文所描述的实施方式的用于检测激光二极管中跳模的说明性故障逻辑的细节的框图。

图5是示出根据本文所描述的实施方式的用于检测激光二极管中跳模的故障逻辑故障的细节的框图，包括信号校正。

图6是示出根据本文所描述的实施方式的用于检测激光二极管中跳模的故障逻辑故障的一个实现的电路图。

具体实施方式

下面的具体描述涉及用于检测利用热辅助磁记录(“HAMR”)的诸如硬盘驱动器(“HDD”)设备的存储设备中的激光二极管或其他光学能量源的跳模的方法、装置和系统。启用HAMR的HDD设备使用位于读/写头上的热能量源对数据目前正被写在其上的磁记录表面区域进行暂时加热。热量改变该表面上的磁颗粒或者岛(islands)的磁矫顽性，减少或消除传统设备中限制记录介质的区域密度的超-顺磁性效应。因此，使用HAMR技术可允许增加HDD设备中的数据容量。

根据实施例，热能量源可包括光学能量源，诸如激光二极管或者其他激光设备。读/写头可进一步包括诸如波导的光学元件，在写的过程中将来自激光二极管的光能量引导和集中至记录表面上的目标区域。集中的光能量对目标区域进行点加热以将该区域的温度提高到居里温度以上，而磁记录头则应用磁场以对该区域进行极化。因为记录表面的被加热区域非常小，所以激光二极管所施加的能量的量是最小的。但是，必须控制激光二极管的能量输出以确保达到可操作的温度，从而数据能被成功地写到记录表面上。

读/写头的光学元件可进一步包括用于测量激光二极管的光输出的传感器，该激光二极管被用作调整激光器的输出功率的反馈机制。传感器可包括感测光输出的任何元件，诸如光电二极管、光电晶体管、热辐射仪以及诸如此类。通常传感器将来自激光二极管的光输出转变成能被激光器的控制电路测量的电压或者电流。

当激光器处于操作中时，激光二极管的温度会增加，其会造成激光器的振荡波长从一个纵向模式向另一个纵向模式发生快速、不连续的改变。这种现象被称之为“跳模”，并且造成来自激光二极管的输出功率的大小突然偏移。激光二极管的输出能量中的这种快速改变会引起记录噪声，可能引起不被检测到的写错误，或者“旧数据故障比较”。这降低HDD设备的数据完整性和可靠性。

利用本文所描述的实施方式，利用激光二极管或者其他光学能量源的HDD设备或者其他存储设备可被配置为检测写操作期间的激光器跳模，并发出故障信号以防止不被检测到的写错误。根据一些实施方式，HDD设备的前置放大器可配置为检测来自激光器的激光传输的突然变化，该变化指示激光二极管的状态变化或者跳模。图1示出根据一些实施方式的一种执行激光二极管或者其他光学能量源中的跳模检测的方法。例如，例程100可在实施HAMR技术的HDD设备中的写操作期间执行。根据一些实施方式，例程100可通过HDD设备的前置放大器中的逻辑和/或电路执行。在其他实施方式中，流程100可通过HDD设备的控制器中的故障电路或者逻辑模块执行。

例程100包括步骤102，在该步骤测量光学能量源的输出功率。例如，激光二极管的输出功率可通过位于具有激光二极管的设备的读/写头中的诸如光电二极管、光敏电阻、光电晶体管、热辐射仪以及诸如此类的传感器进行测量。在具有激光二极管的写/读头中实现的波导可分配一部分光能量到传感器以便于测量。传感器可提供表示激光二极管随时间变化的输出功率的电压信号，或称P(t)。

例程100从步骤102进行到步骤104，在该步骤对来自功率传感器的信号P(t)随时间进行差分以确定光学加热元件的输出功率的变化率。根据一些实施方式，来自功率传感器的信号可使用高通滤波器，以及交流耦合的差分电路(differentiator)或诸如此类进行差分(differentiate)。差分电路的输出信号表示在任何给定的时间激光二极管的输出功率的变化率，或者dP/dt。因为激光二极管在跳模中发生的输出功率的变化会非常小(例如，1％或更小)，因此在进行分析之前可对来自差分电路的变化率信号dP/dt进行进一步放大，如下面将会更详细地描述的。

例程100从步骤104进行到步骤106，在该步骤确定来自激光二极管或者其他光学能量源的输出功率的变化率是否超过阈值。例如，阈值检测器可接收来自差分电路的信号dP/dt，和被确定用于指示激光二极管或者激光器设备中的可能的跳模的可配置的阈值进行比对。根据一些实施方式，阈值可基于使用的激光二极管或者其他光学能量源的特性预设在所实现的逻辑和/或电路中，或者它可通过测试特定的存储设备或者存储设备的模型来确定。

如果来自激光二极管的输出功率的变化率超出最大阈值，那么例程100从步骤106进行到步骤108，在该步骤故障信号被发送到HDD设备的控制器。故障信号可代表因为在写期间发生跳模所产生的潜在的写错误。然后控制器会重试写操作和/或将故障报告给主机设备以避免数据丢失。步骤108后流程100结束。

图2和下面的描述意于提供对本文所描述的实施方式可在其中被实施的适当的环境的大体描述。特别地，图2示出示例性的存储设备200，诸如HDD设备，根据本文所提供的实施方式，其具有用于检测设备的读/写头中的激光二极管或者其他光学能量源中的跳模的硬件、软件和元件。存储设备200可包括可旋转的存储介质，其包括至少一个通过纺锤型发动机可旋转的底板或者磁盘202，每个磁盘具有至少一个磁记录表面或者涂层。

存储设备200可进一步包括至少一个与磁盘202的每个记录表面邻接的读/写头206。读/写头206可通过感测形成在记录表面的一部分上的磁场来从磁盘202读取信息，以及可通过对表面的一部分进行磁化向磁盘写信息。读/写头206可位于臂208的远端，所述臂进一步连接到致动器210，诸如音圈马达(“VCM”)，其重新定位读/写头206。

每个读/写头206可包括一个或多个磁写入器元件212。根据实施方式，读/写头206进一步包括光学加热元件214，其与磁写入器元件212一起被用来利用HAMR技术向磁盘202的磁记录表面写数据。光学加热元件214包括光学能量源216，诸如激光二极管或者其他激光器设备。光学加热元件214还可包括光波导，近场换能器(“NFT”)，以及引导、集中和转换来自光能量源的光能量至记录表面上的点以提高介质的温度以及通过写入器元件212使得介质发生磁极化以用于数据存储。

根据另一些实施方式，读/写头206还包括至少一个用于测量激光二极管或者其他光学能量源216的光能量输出的光电检测器218。光电检测器218包括感测光输出的任何元件，诸如光电二极管、光敏电阻、光电晶体管、热辐射仪或者诸如此类。波导可将来自光学能量源216的一部分光能量分配到光电检测器218以便于测量。光电检测器218可将来自光学能量源216的光输出转变成可用在用于调节激光二极管的输出功率的反馈机制中的电压或者电流。本领域普通技术人员将会理解的是，每个读/写头206可包括其他元件，包括一个或多个磁阻(“MR”)或者隧道MR读取器元件、微致动器、头加热器、滑动块以及诸如此类。

存储设备200可进一步包括控制存储设备的操作的控制器220。控制器220可包括处理器222以监视和控制存储设备200的操作。控制器可进一步包括主机接口224，其允许存储设备200与主机设备或者其他元件进行通讯，其他元件诸如是服务器计算机、个人计算机(“PC”)、膝上型计算机、平板计算机、游戏控制台、机顶盒或者能够与存储设备200通讯地耦合以存储数据以及从存储设备检索数据的其他任何电子设备。控制器220可通过格式化相关联的数据来处理来自主机设备的写命令，以及通过读/写头206经由读/写通道226将格式化的数据传送至磁盘202的记录表面上的目标位置。控制器220可从而进一步通过确定记录表面上的包含所需数据的目标位置，将读/写头206移动到所确定的位置上方，经由读/写通道226读取来自记录表面的数据，校正任何错误并对数据进行格式化以传送至主机设备来处理来自主机设备的读命令。

读/写通道226可在由主机接口224接收的和/或通过处理器222处理的数字信号与通过读/写头206传导的用于将数据读和写至磁盘202的记录表面的模拟信号之间转换数据。读/写通道226可进一步将从磁盘202读取的伺服数据提供至驱动致动器210的伺服控制器228以定位读/写头206。通过利用致动器210跨越磁盘径向地移动读/写头206，同时纺锤型发动机204则旋转磁盘以将目标位置带到读/写头下方，读/写头206可被定位以从或向磁盘202的记录表面上的目标位置读或写数据。

通过读/写通道226对读/写头206读或写的的模拟信号可进一步通过前置放大器230进行处理。前置放大器230调节和分布从读/写通道226到各读/写头206的模拟信号并允许控制读/写头上的其他元件，诸如，飞行高度加热器，光学加热元件214以及诸如此类。前置放大器230可紧邻读/写头206，诸如附接到致动器臂208。根据实施方式，前置放大器230进一步配置为在写操作期间检测读/写头206的元件中的异常以及向处理器222发送写故障，如下面将要更详细描述的。

控制器220可进一步包括用于存储处理器可执行指令、数据结构和其他信息的计算机可读存储介质或者“存储器”228。存储器232可包括诸如只读存储器(“ROM”)和/或闪存的非易失性存储器，以及诸如动态随机存取存储器(“DRAM”)或者同步动态随机存取存储器(“SDRAM”)的随机存取存储器(“RAM”)。存储器232可进一步包括存储设备200的存储介质的一部分，诸如磁盘202的维护柱(“M/C”)。例如，存储器232可存储包括执行存储设备200的操作所必需的命令和数据的固件。根据一些实施方式，存储器232可存储用于来自光学能量源216的输出功率的变化率的最大阈值，其指示激光二极管或者激光器设备中可能的跳模，如本文中所描述的。

除了存储器232，环境可包括存储程序模块、数据结构以及本文所描述的其他数据的其他计算机可读介质。对于本领域技术人员来说可以理解的是，计算机可读介质可以是可由控制器220或者其他计算系统存取的任何可用介质，包括计算机可读存储介质和通讯介质。通讯介质包括暂时信号。计算机可读存储介质包括以任何方法或技术实现的用于信号的非暂时性存储的易失性和非易失性的、可移动和不可移动的存储介质。例如，计算机可读存储介质包括，但不限于，RAM、ROM、可擦可编程ROM(“EPROM”)、电可擦可编程ROM(“EEPROM”)、闪存或者其他固态存储技术、紧致盘ROM(“CD-ROM”)、数字多功能盘(“DVD”)、高清晰度DVD(“HD-DVD”)、蓝光或者其他光学存储、盒式磁带、磁带、磁盘存储或者其他磁存储设备以及诸如此类。

可以理解的是，存储设备200的结构可能会与图2中所示和本文所描述的结构不同。例如，处理器222、读/写通道226、前置放大器230、存储器232、和存储设备220的其他元件和电路可集成在公共的集成电路封装内，诸如芯片上系统(“SoC’)，或者它们可分布在多个集成电路封装中。类似地，所示的连接路径是为了说明的目的而不作为限制，并且为了清楚的目的，可能省去一些元件和/或互连。还可以理解的是，存储设备200可不包括图2中所示的所有元件，可包括图2中没有明示的其他元件，或者可利用与图2中所示的完全不同的结构。

图3示出根据一些实施方式的说明性存储设备200中的故障检测系统的细节。为了防止不被检测到的写错误，基于本文所描述的实施方式的HDD或者其他存储设备200可实现多种反馈回路以用于检测各种类型的故障，尤其用于检测与HAMR有关的故障。在一些实施方式中，这种故障检测电路的部分或全部可位于前置放大器230中。如上所描述的，前置放大器230可包括写入器驱动器302，其用于接收来自读/写通道226的写信号、调节该信号以及将写电流驱动到目标读/写头206上的写入器元件212上以将数据写入介质。此外，前置放大器230可包括激光器驱动器304，其接收来自读/写通道226的激光脉冲信号并将电流驱动至HAMR使能的读/写头206的光学加热元件214的激光二极管或者其它光学能量源216。

根据实施方式，前置放大器230进一步包括故障逻辑电路310以检测写操作期间可能会发生的故障。故障逻辑电路310可在写操作期间接收来自写入器驱动器302和激光器驱动器304中的故障检测器312、314，光学加热元件214中的光电检测器218，光学加热元件214中的NFT温度传感器316，以及读/写头216中的其他传感器或检测器或者其他元件的故障反馈信号，并利用故障反馈信号检测可能已导致写错误的故障。例如，可通过处理来自故障检测器312，314以及传感器218，316的反馈信号来检测下面的故障模式的一些或全部：

●写入器故障(开路或者短路，电流或电压超范围等)

●激光二极管故障(电流或电压超范围等)

●激光二极管互连故障(开路，短路，对地短路等)

●脉冲控制信号故障(没有激光器的写)

●前置放大输出驱动器电路故障

●前置放大互连故障(输入和输出)

●光波导故障

●激光二极管跳模

如果在写操作期间检测到故障，故障逻辑电路310向存储设备200的控制器220发回故障信号320，该故障信号指示存在写错误的可能。例如，故障逻辑电路310可向处理器222发送故障信号320，且处理器可执行错误修复以避免数据丢失。错误修复可包括利用读验证重试写操作，向主机设备报告故障等。此外，故障逻辑电路310可通过存储故障代码以及前置放大器230中的一个或多个寄存器中的其他信息来指示故障的性质。发送故障信号320后，控制器220可随后询问寄存器值以确定要采取的适当的行动(重试写，通知主机，禁用读写头，关掉设备等)。

图4示出根据一些实施方式的，包含用于检测光学加热元件214中的激光二极管或者其他光学能量源216的跳模的元件的故障逻辑电路310的一个实现。故障逻辑电路310接收来自光学加热元件214中的光电检测器218的信号，该信号指示激光器(光学能量源216)随时间的输出功率，图中称作P(t)。在一些实施方式中，故障逻辑电路可传递功率信号P(t)通过可编程的带通滤波器402。可编程的带通滤波器402可配置为实现低通滤波器(“LPF”)以移除存在于功率信号中的任何高频噪声以及实现高通滤波器(“HPF”)以差分该信号，从而产生表示激光二极管在任何给定的时间的输出功率的变化率的差分信号，图4中称作dP/dt。在其他实施方式中，功率信号P(t)可使用本领域中任何公知的差分电路进行差分，包括交流耦合差分电路，无源差分电路，有源差分电路以及诸如此类。根据另一些实施方式，LPF可在差分电路之后实现，因为典型的差分电路具有固有的噪声。

因为激光二极管在发生跳模时的输出功率的突然移位可以是非常小的(例如，1％或更小)，故障逻辑电路310接下来可将差分信号dP/dt发送至放大器，在进一步分析之前在该放大器处对差分信号dP/dt进行放大。接下来，放大的差分信号G*dP/dt被送至阈值检测器406。阈值检测器406被配置为当差分信号超过可配置的阈值时向控制器发送数字故障信号320。根据实施方式，阈值对应于指示可能的跳模的激光二极管的输出功率的变化率。在一些实施方式中，阈值在存储设备200中是可配置的。例如，阈值可在存储设备200的配置测试期间或者“烧录(burn-in)”阶段被确定并存储在控制器的存储器232中。在其他的实施方式中，基于用在光学加热元件214中的激光二极管或者其他光学能量源216的类型和特性，对于前置放大器在其中实现的存储设备的型号或者类别，可在前置放大器230中对阈值进行预设。

根据一些实施方式，阈值检测器406可包括比较器和数字逻辑电路。阈值可表示通过故障逻辑电路310送至阈值检测器406的阈值电压电平408故障。阈值电压电平408可直接从控制器220接收，或者存储设备200的处理器222可设置前置放大器230中的寄存器值，通过故障逻辑电路310根据该寄存器值生成阈值电压电平。阈值电压电平408可通过比较器与放大的差分信号G*dP/dt进行比较，并且当该阈值电平被超出时，阈值检测器可向控制器220发送数字故障信号320。如图4中所示，故障信号320在对应于放大的差分信号G*dP/dt和阈值电压电平408的交叉点的时点处被发出。根据另一些实施方式，故障信号320可始终保持被宣告，例如直到由控制器220重置或者在下一个写操作开始时。

可以理解的是，指示激光二极管中的跳模的激光功率的突然变化可以是正的或者负的，即，差分信号dP/dt可指示示输出功率中的快速正变化或者输出功率中的快速负变化。根据一些实施方式，故障逻辑电路310可利用正的和负的阈值电压电平408来实现，该正的和负的阈值电压电平被阈值检测器406使用以检测跳模。在进一步的实施方式中，在将信号发送至阈值检测器406之前，故障逻辑电路310可传递差分信号dP/dt通过整流器502，如图5中所示。以这种方式，可以利用单一的阈值电压电平408来检测激光二极管的输出功率中的正的和负的突然变化。如图5中进一步示出的，根据一些实施方式，故障逻辑电路310也可提供差分信号dP/dt的模拟输出504。这种被差分(和整流)的信号的模拟输出504可允许控制器220独立于前置放大器230中的故障逻辑电路310根据该信号执行它自身的故障检测或者根据该信号执行故障其他信号分析。

图6是示出根据进一步的实施方式的，包括用于检测光学加热元件214中的激光二极管或者其他光学能量源216的跳模的元件的故障逻辑电路310的另一个说明性实现的电路图。图中示出的实现采用光电二极管用于光电检测器218，其连接至交流耦合差分电路602。用于差分电路602的电容器和反馈电阻器值可基于，例如，表示所期望的激光器输出功率的变化率的频率范围进行选择。在一些实施方式中，滤波器电路，诸如LPF，可在差分电路602后实现以滤出信号中的高频噪声，因为典型的差分电路具有固有的噪声。差分电路602的输出被信号放大器604放大并馈送至比较器606。

比较器606将来自于差分电路602的电压电平与阈值电压电平408比较并输出指示哪个电压电平更大的数字信号。比较器606的输出被馈送至数字锁存电路608。如果来自差分电路的电压超过阈值电压电平408，那么，数字锁存电路608被设置成在前置放大器230的适当的输出(FLT)上发出故障信号320。根据进一步的实施方式，故障信号可始终保持，例如直到由控制器220重置或者在下一个写操作开始时。

在进一步的实施方式中，从源信号而不是来自光学加热元件214中的光电检测器218的信号中检测激光二极管或者其他光学能量源216中的输出功率的快速变化的方法和机制可在故障逻辑电路310中替换地或附加地实现。例如，因为激光二极管中的电压或电流的突然变化可相似地以信号表示跳模事件，所以故障逻辑电路310可利用与图4-6中所示相同或相似的电路以及上面所描述的内容对表示通过激光器驱动器304供应至激光二极管的电压或电流的量的信号进行差分，并将该差分信号与阈值测量进行比较以检测跳模。在其他的实施方式中，产生与激光二极管或者其他光学能量源216的输出功率相关的时变信号的不同类型的多个传感器可同时通过故障逻辑电路310以本文中所描述的方式被分析，从而检测激光器中的跳模。

基于前述内容，可以理解的是，用于检测热辅助磁记录中的激光二极管或者其他光学能量源中的跳模的方法和装置在本文中被提出。可以理解的是，前置放大器230和故障逻辑电路310的元件的结构和/或组织可以与图3-6中所示以及本文中所描述的不同。例如，故障逻辑电路310的可编程带通滤波器402，放大器404、604，阈值检测器406，差分电路602，比较器606，数字锁存电路608，和/或其他元件和电路故障可以以数字逻辑电路、模拟电路、软件或者它们的任意组合来实现，并且可集成在公共的集成电路封装中，或者这些元件可分布在多个集成电路封装中。

相似地，所示的连接路径是为了说明的目的，并非限制，并且为了清楚的目的，省去了一些元件和/或互连。可进一步理解的是，故障逻辑电路310可不包括图中所示的所有元件，或者可包括其他没有在图中明确示出的元件。此外，虽然本文中所呈现的实施方式被描述与实现HAMR技术的HDD设备相关，但是可以进一步理解的是，本文所描述的方法和装置可用于包括激光二极管或者其他激光器设备的任何存储设备中，包括固态混合驱动器(“SSHD”)设备、光盘驱动器设备以及诸如此类。

本文所描述的作为方法，过程或者例程的一部分的逻辑步骤，功能或者操作可(1)作为互连的数字电路或者元件和/或(2)作为在控制器或者计算系统上运行的处理器实现的动作序列、软件模块或者代码的部分来实现。该实现是取决于系统的性能和其他需求的选择的问题。对于那些对本公开的技术领域熟悉的合理技术人员来说可以理解的是，取决于所涉及的功能，可包括替换实现，其中可根本不包括或者执行这些操作、功能或者步骤，可能不按照所示或所讨论的顺序、包括基本上同时发生或者以相反的顺序执行。

进一步理解的是，条件语言，诸如“能够”、“能”、“可能”、或者“可”等，除非另有特别说明，或者所使用的上下文中有其它理解，则通常意于表达特定的实施方式包括，而其他实施方式不包括，特定的特征，元件和/或步骤。因此，这样的条件语言通常不在于暗示一个或多个特定实施方式以任何方式需要特征、元件和/或步骤，或者一个或多个特定实施方式必须包括用于在有或没有用户输入或者提示的情况下决定的逻辑电路，，这些特征、元件和/或步骤是否被包括或者是否在任何特定的实施方式中执行。

在大体上没有偏离本公开的精神和原则的情况下，可以对上面所描述的实施方式进行诸多改变和修改。而且，本公开的范围意于覆盖上面所讨论的所有元件，特征和方面的任意和所有组合以及次组合。所有这样的修改和改变意于被包括在本公开的范围内，并且对个体方面或者元件或步骤的组合的所有可能权利要求都意于受到本公开的支持。