自适应hamr功率数据存储设备的制造方法
【专利摘要】数据存储设备可至少配置有一个热辅助磁记录头，该热辅助磁记录头具有激光器且连接至控制器。热辅助磁记录头可被设置为接近储存在相邻数据存储介质上的第一和第二数据位。响应于该第一数据位与该第二数据位的磁极性不同，激光器应用第一激光功率，响应于该第一数据位和该第二数据位具有共同的磁极性，激光器应用不同的第二激光功率。
【专利说明】
自适应HAMR功率数据存储设备
【发明内容】
[0001]根据多种实施例，数据存储设备具有热辅助磁记录头，该热辅助磁记录头具有激光器，连接至控制器，并且靠近储存在邻近数据存储介质上的第一数据位和第二数据位。响应于第一数据位与第二数据位的磁极性不同，激光器应用第一激光功率，响应于第一数据位和第二数据位具有共同的磁极性，激光器应用不同的第二激光功率。
【附图说明】
[0002]图1是根据一些实施例配置和操作的示例数据存储系统的一部分的线图。
[0003]图2A和2B分别示出根据多种实施例设置的示例数据存储设备的各部分的线图。
[0004]图3A和3B分别示出根据多种实施例构造的和操作的数据存储设备的示例前置放大器部分。
[0005]图4示出根据一些实施例的示例数据存储设备的结构部分与操作部分的线图。
[0006]图5示出根据多种实施例设置的示例数据存储设备的结构部分与操作部分。
[0007]图6提供根据多种实施例配置的示例数据存储设备的结构部分与操作部分。
[0008]图7绘出根据一些实施例执行的示例劣化减缓例程。
【具体实施方式】
[0009]由于移动计算设备的使用增加产生的、传输的和储存的数据量，数据存储设备上的数据密度提升以在一般形状因子(诸如2.5〃&3.5”)盘驱动器中提供较大数据存储容量。诸如热辅助磁记录(HAMR)之类的写入辅助技术的出现增加旋转数据存储介质上的面数据密度以提供大的数据存储设备容量。然而，例如与恒定施加的功率相比较，HAMR数据存储设备中的热量的施加的适当控制可提供附加的存储面密度或记录的信号质量。因此，在更好地控制对数据存储介质的施加热量的HAMR数据存储实施例中存在持续的兴趣。
[0010]因此，在多种实施例中，数据存储设备具有热辅助磁记录头，该热辅助磁记录头配置有激光器，连接至控制器，并且靠近储存在邻近数据存储介质上的第一数据位和第二数据位。响应于作为第一数据位与第二数据位的磁极性不同，激光器应用第一激光功率，响应于第一数据位和第二数据位具有共同的磁极性，激光器应用不同的第二激光功率。控制提供热量的激光器的激光功率和波形的能力允许数据存储设备改进HAMR介质上的记录信号的质量。
[0011]图1示出可实施多种实施例的数据存储系统100的一部分的框图。尽管不要求或限制，但数据存储系统100可具有一个或多个数据存储设备102，一个或多个数据存储设备102具有相似的或不相似的配置，诸如数据类型、容量、速度和物理尺寸。如图1所示，旋转硬盘驱动器数据存储设备102连接至本地处理器104(诸如微处理器或专用集成电路(ASIC))且由该本地处理器104控制。注意到，至少一个固态数据存储设备或缓冲器可同时连接至处理器104以提供临时的和/或永久的数据存储容量。
[0012]数据存储设备102可配置有任意数量的数据存储介质106，数据存储介质106经由中心轴108旋转以创建空气承载110，换能头112在空气承载110上飞行以进行数据存取操作。换能头112可纳入任意数量的部件，诸如数据写入器114和读取器116，这些部件通常经由悬挂件120(诸如万向架)附连到致动器118。构想到，换能头112和组件可包括其他部件，像微致动器、加热器、接触检测传感器、滑动体和电互连，这些部件有助于数据写入器114和读取器116元件在数据存储介质106上的数据位和数据轨道上的定位以单独地且共同地读取和储存数据位122。
[0013]为了在较小的数据轨道124中使数据位122更加接近地靠在一起以提供较大的数据容量和面数据密度，换能头122可采用HAMR组件126，与非热辅助记录环境相比较，HAMR组件126加热数据存储介质106的多个部分以允许数据写入器114更加有效地记录高密度磁信号。
[0014]HAMR组件126可部分地或完全地合并到换能头112的悬挂部分上以在写入时临时地加热数据存储介质106的多个部分以降低所选择的数据位122的磁矫顽性以允许预定极性的磁通量写入预定的磁状态。
[0015]可经由任意数量的热量产生装置来加热数据存储介质106，诸如激光二极管128使光能量束穿过近场换能器130以使数据位122经历数据存储介质的居里(Curie)温度并且实现来自数据写入器114的磁通量使数据位122磁化。由HAMR组件126产生的热量的控制可对应于记录的磁信号的质量。例如，过低的热能会导致差的记录信号质量而过高的热能会导致擦除邻近的数据和/或记录的信号变差。
[0016]构想到，在前置放大器中设置寄存器可控制HAMR组件126所提供的热能的量。前置放大器可包括数模转换器(DAC)和跨导放大器以在写入使能信号被断言时将编程的计算器值转换为施加的电流。当在前置放大器中激活激光器128，但写入使能信号未被断言时，前置放大器可配置为向激光器128提供过低的偏置电流以致于不造成擦除条件，但最小化激光器128转变到活动状态涉及的时间量。
[0017]在一些实施例中，HAMR组件126的加热装置，可被表征为激光二极管128和近场换能器130，可产生具有变化的磁尺寸和形状的记录图案。图2A和2B分别示出根据一些实施例的采用至少一个HAMR数据写入器的示例数据存储设备130的磁介质状态的多个部分的俯视线图。在图2A中，数据存储设备140被显示有数据轨道142，数据轨道142储存多个磁极性，换能头将多个磁极性读取为磁化区域编码数据位144。
[0018]HAMR数据写入器可实现在数据轨道142上增加数据密度，但会产生形状不均匀的磁性区域144，如图所示。即，储存数据位的磁性区域144的跨轨道宽度146可根据区域的向下轨道长度(down-track length) 148而变化(S卩，随着相同值的连续位的数量而变化)。与来自写入器的施加的磁场耦合的来自HAMR组件的能量可在具有不同磁长度的区域中创建变化的前缘150曲率与后缘152曲率的程度以及宽度。注意到短的磁区域(诸如短的一位区域154)比储存多位相同极性的区域(诸如区域156)具有更小的宽度。
[0019]图2B根据数据轨道142的线性数据密度显示了可储存在图2A的数据轨道142上的多个不同的数据位144。如图所示，小的线性数据位密度使得HAMR组件在数据存储介质的特定部分上提供形状和尺寸相似的HAMR数据位144的时间更长，而不管先前写入的位的磁极性或数据模式。使数据位154和156更靠近在一起以提供增加的线性数据密度可减少HAMR组件需要切换磁极性并写入数据的时间，可导致HAMR数据位154和156具有不同的跨轨道宽度146、向下轨道长度148、前缘形状150以及后缘形状152。
[0020]可从图2A和2B中认识到，对于数据流，增加的线性数据密度和磁极性的转变可导致不同尺寸和不同形状的磁区域，这些磁区域难以读取和区分。因此，多种实施例使HAMR数据写入器和系统配置有适应于线性数据密度和数据模式的能力以提供格外均匀的HAMR数据位形状和尺寸。换而言之，多种实施例适于响应于连续数据位的经编程的磁极性在不同的加热功率之间转变来写入数据位的间距和数据模式以提供具有更加一致形状和尺寸的磁区域。
[0021]图3A和3B分别是根据多种实施例设置的数据存储系统160的示例前置放大器部分的框图，与图2A的磁区域相比较，该数据存储系统160调节施加的能量以记录具有更加均匀的宽度的HAMR数据位。数据存储系统160具有比较器162，比较器162从控制器接收有区别的写入数据信号并向写入延迟电路164和脉冲发生器166输出双极数字信号。写入延迟电路164可具有可编程单元，实现预设多个增量(诸如1%和10%)的写入信号时间延迟，可实现脉冲和磁相位调节。脉冲发生器166可以是双边可再触发的(re-triggerable)脉冲发生器，可提供多种不同的脉冲形状，例如由对称的168和非对称的170脉冲波形所示。注意到，根据多种实施例可应用除了图3所示以外的脉冲形状。
[0022]来自延迟电路164的输出信号连同来自写入DAC 174的电流控制信号一起进入可操作的跨导放大器172以控制换能头178的数据写入器176部分的写入电流。尽管未示出，放大器172可具有实现信号均衡化的控制器，诸如转变预增强(transit1n pre-emphasis)。来自脉冲发生器166的信号连同来自激光DACl82的激光电流控制一起馈送到写入驱动器180。写入器驱动器180可以是可操作的跨导放大器，向换能头178的HAMR组件184输出具有所生成波形的激光电流。数据存储系统160的配置允许WDATA信号的转变以触发脉冲发生器166输出增加到基线激光电流的脉冲。
[0023 ]如果附加的磁转变发生而脉冲已发送过，则脉冲发生器166可开始新的脉冲，该新的脉冲可结合写入延迟电路164来实现。通过图3A和3B的前置放大器的操作，激光电流可以连续模式或者以脉冲模式提供到HAMR组件184。在连续模式中，激光功率在写入时通常保持恒定，显著的例外是在写入操作的开始时的升压电流。在脉冲模式期间，HAMR组件184每位单元脉冲一次(IT)，这减少目标数据存储介质的平均热量且增加位单元之间的转变锐度。通过从数据读取通道向前置放大器增加有差别的一对控制信号可提供脉冲调制操作的控制，这实现信号的转变以触发前置放大器向激光二极管发送激光电流的脉冲串，激光电流的脉冲串是由前置放大器控制寄存器中设定的波形和持续时间来限定的。
[0024]注意到，通过利用(leverage)前置放大器脉冲调制电路以提供适于改变环境和数据模式的电流/功率，数据写入器差分对可进入数据写入器输入和HAMR脉冲输入中。根据一些实施例，前置放大器定时参数和电流值被调节为提供连续的波形，使用数据写入器磁极性的转变来升高激光电流。
[0025]图3B是根据多种实施例设置的数据存储系统190的示例前置放大器部分的一部分的框图，与图2A的磁区域相比较，该数据存储系统190调节施加的能量以记录具有更均匀的宽度的HAMR数据位。数据存储系统190具有比较器192，比较器192从控制器接收有区别的写入数据信号(WDATA)并向延迟电路194、D触发器206和XOR门208输出双极数字信号。写入延迟电路194可具有可编程单元，实现预设多个增量(诸如I %和10%)的写入信号时间延迟，这可实现激光和磁相位调节。
[0026]来自延迟电路194的输出信号连同来自写入DAC 198的电流控制信号一起进入可操作的跨导放大器196以控制换能头200的数据写入器220部分的写入电流。尽管未示出，放大器196可具有实现信号均衡化的控制器，诸如转变预增强。
[0027]数据存储系统190进一步包括从控制器ASIC接收2T时钟信号的比较器202。单稳态多谐振荡器204被用于从来自比较器202的时钟的转变中生成IT时钟。可选地，通过提供来自控制器ASIC的IT可消除单稳态，尽管这具有使从控制器传输到前置放大器的时钟频率加倍的缺点。来自单稳态204的IT时钟信号被提供到D触发器206和计数器210。
[0028]D触发器206与XOR门208的结合产生用于重置计数器210的磁转变检测。注意到，为了此电路的适当操作，必须稍微在WDATA转变之后就接收时钟转变。可在控制器或在前置放大器中执行时钟的这种延迟。比较器电路的作用是使得无论何时检测到磁转变，计数器就重置为状态O。如果依据时钟没有检测到磁转变，则计数器增加。来自计数器210的输出馈送到多路复用器电路214。多路复用器214从一组激光电流寄存器212中选择激光电流值。多路复用器电路214的输出馈送到数模转换器电路216，数模转换器电路216馈送到跨导放大器218，跨导放大器218产生馈送到记录头200的激光二极管222的电流。
[0029]数据存储系统190的电路的这种布置允许激光电流对转变宽度的可编程控制，有助于图2A的均匀宽度控制。
[0030]图4示出不管环境和数据模式条件，根据多种实施例的可由图3的前置放大器生成以提供均匀的位单元形状和尺寸的示例激光波形230。波形230符合连续激光操作模式，其中当在位于共同数据轨道236上的连续数据位234上进行磁转变(I)时保持基线激光电流水平232。换而言之，当连续数据位194具有不同的磁极性时保持基线连续激光电流。
[0031]响应于连续数据位234具有共同的磁极性(O)，在区域238所示的阶梯中突然或者逐渐减小基线激光电流水平232。激光电流可减少任意量或百分比，诸如I %、5%或25%，以优化低线性数据密度数据位234的写入宽度，这些低线性数据密度数据位234被写入共同的磁极性。多种实施例根据不同的换能头特性和介质特性(诸如温度、飞行高度和写入线圈活性)调谐激光电流水平和波形，以优化基线激光电流水平232和降低的激光电流区域238并获得最高的面数据容量。
[0032]波形230示出如何可基于写入相应数据存储介质的数据模式来优化激光功率。注意到，也可响应于数据模式来优化数据写入电流。通过区域238处激光功率的减小，进入数据写入器HAMR组件的近场换能器部分的功率减小以增加HAMR组件可靠性并且降低总体的功率消耗。然而，优化的激光功率不限于连续激光操作模式。
[0033]图5示出根据一些实施例的可由图3的前置放大器生成的示例波形240，优化脉冲激光操作模式中的HAMR数据写入。脉冲波形240示出前置放大器如何可在经历数据位244之间的转变时提供提升的脉冲激光电流值242且在储存在共同数据轨道250上的连续数据位246中存在共同磁极性时提供一个或多个降低的脉冲激光电流值246和248。注意到，图5中示出的对称激光电流脉冲不被要求或限制为任意对称的或非对称的波形，可响应于数据位244模式选择性地应用任意对称的或非对称的波形。
[0034]激光电流波形的脉冲调制允许前置放大器施加相似的或不相似连续脉冲，可适应多种数据模式和环境条件以提供接近均匀的HAMR数据位244物理尺寸。如图所示，具有不相似的磁极性的连续数据位244对应于发送升高的激光电流值242的前置放大器。尽管响应于具有共同磁极性的连续数据位244可应用单个减小的激光电流值246，一些实施例将激光电流从第一减小值206逐步减小到第二减小值248。够想到，前置放大器可进一步减小激光电流以低于第二值248。
[0035]可认识到，图5的波形240随着激光电流循环为每个脉冲应用一波形而图4的波形230应用保持升高的激光电流232的连续波形。图6示出根据多种实施例的可由图3的前置放大器生成以提供均匀的位单元形状和尺寸的示例激光波形260。波形260通过保持基线激光电流262而不管数据轨道266上的数据位264的数据模式将波形230与240的样子结合。
[0036]波形260通过将激光电流栗浦(bump)到升高的电流值268来响应于HAMR数据写入器磁极性的转变以及不相似的连续数据位264。栗浦的激光电流可具有波形270，波形270是对称的或非对称的且独立于总体波形220。如此，栗浦的激光电流值268可由从基线激光电流262的增加272来限定。基线激光电流262的保持与栗浦的电流值268的结合减小高线性数据密度环境中擦除条件的风险，这增加每英尺数据存储介质的数据轨道密度。在一些实施例中，由每次数据位转变(I)发生时改变方向的数据写入电流来触发栗浦的波形270。
[0037]图7示出根据各种实施例执行的示例自适应HAMR功率例程280。例程280起始于步骤282中的采用HAMR组件的至少一个换能头被设置接近数据存储介质。够想到，空气承载表面可将多个单独的换能头与单个数据存储介质分开，多个单独的换能头同时在储存在数据存储介质的不同表面上的数据位上进行数据存取操作。
[0038]在判定284中评估在数据存储介质表面上的数据位磁极性的模式以确定极性转变是否存在。不相似的连续数据位极性触发286以利用激光功率过冲(overshoot)来增加激光电流(或功率)以对一个或多个数据位写入。如果判定284确定转变不存在，那么步骤288在返回到判定284之前利用较低的激光电流(或功率)值对至少一个数据位写入。注意到，可以以连续波形的形式进行步骤286和288，如图4所示，以脉冲波形的形式，如图5所示，或者以栗浦波形的形式，如图6所示。
[0039]接着，步骤290调节激光功率波形形状以补偿步骤286和/或288中选择的激光功率波形尺寸。激光功率值和波形的调节符合在前置放大器中延迟数据写入信号的步骤292以实现激光功率和波形补偿。注意到，可以以前瞻性的(proactive)方式实施激光功率和波形调节从而省略步骤292的写入信号延迟。延迟的写入信号和适合的激光波形在步骤294结合以对至少一个数据位写入。利用步骤286、288和290，步骤294中写入的数据位可适应于先前写入的数据模式、要被写入的数据模式以及进行HAMR数据写入的环境，诸如设备温度和换能头斜角。
[0040]注意到例程280不是必需的或限制性的，如可改变和移除多种方面，正如可增加步骤和判定。例如，多种实施例可响应于多个共同的数据位磁极性而进行逐渐下降的激光电流(或功率)值。通过在HAMR数据写入操作期间与要被写入的数据模式有关的激光功率(或电流)的变化，HAMR数据位可具有更均匀的形状和尺寸，提供增加的线性数据密度。响应于转变磁极性，额外激光电流或功率的应用可确保充足的功率以对数据位写入而具有接近均匀形状和尺寸。同时，响应于相似的磁极性，应用的激光电流的减小降低擦除条件的风险。
[0041]使用根据每个磁转变所发送的预定脉冲波形来修改激光功率或电流的能力允许对称的和/或非对称的波形为HAMR数据位提供接近均匀的形状和尺寸。在一些实施例中，响应于环境条件(诸如换能头的飞行高度、数据写入速率、设备温度和加热器位置)来调谐激光电流波形宽度和/或幅度。与写入延迟电路的合并，前置放大器可补偿激光电流幅度和波形形状而不改变前置放大器电路。即，前置放大器可利用其出口脉冲电路产生调谐的激光电流输出。例如，数据写入器差分对可连接至数据写入器和HAMR脉冲输入。作为另一个非限制性示例，前置放大器定时参数和电流值可被调节成提供连续的激光电流波形并使用数据写入器磁转变来升高激光电流。
[0042]将理解，尽管在先前描述中连同各实施例的结构和功能的细节一起阐述了本公开的各实施例的许多特性，但是此详细描述仅仅是示例性的，并且可以在细节上作出修改，尤其在由表达所附权利要求的术语的宽泛的一般含义所指示的尽可能范围内在本技术的原理内对部件的结构和布置的诸方面作出修改。例如，特定要素可以根据特定应用而变化而不偏离本公开的精神和范围。
【主权项】
1.一种方法，包括: 设置热辅助磁记录(HAMR)头接近储存在数据存储介质中的第一数据位和第二数据位，所述HAMR头包括激光器且连接至控制器； 响应于所述第一数据位与所述第二数据位不同，使所述激光器应用第一激光功率；以及 响应于所述第一数据位与所述第二数据位相同，使所述激光器应用第二激光功率，所述第一激光功率与所述第二激光功率不同。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一数据位和所述第二数据位因具有相反的磁极性而不同。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二激光功率大于所述第一激光功率。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器为了所述第一激光功率与第二激光功率的脉冲应用对所述激光器提供第一波形和第二波形。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制器用所述HAMR头延迟写入数据，直到实现所述第一波形为止。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一波形具有第一脉冲形状且所述第二波长具有第二脉冲形状，所述第一脉冲形状与所述第二脉冲形状不同。7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一波形与所述第二波形因具有不同的宽度和幅度而不同。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，响应于经测量的HAMR头飞行高度和数据速率，由所述控制器选择所述不同的宽度和幅度。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用所述第一激光功率和所述第二激光功率对所述数据存储介质加热，所述第一激光功率和所述第二激光功率中的每一个是利用穿过经由近场换能器耦合的激光二极管的不同电流来产生的。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述HAMR头从所述第一数据位飞到所述第二数据位时，所述激光器保持活动状态。11.一种包括热辅助磁记录(HAMR)头的装置，所述HAMR头设置为接近储存在数据存储介质中的第一数据位和第二数据位，所述HAMR头包括激光器且连接至控制器，所述控制器适用于提供响应于所述第一数据位与所述第二数据位不同的第一激光功率以及响应于所述第一数据位与所述第二数据位相同的第二激光功率，所述第一激光功率与所述第二激光功率不同。12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述控制器包括连接至所述HAMR头的写入极的写入驱动器和比较器，所述比较器和激光驱动器连接至所述激光器。13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述控制器包括脉冲发生器和写入延迟电路。14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述写入延迟电路可编程有多个不同的延迟时间。15.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述写入驱动器和所述激光驱动器分别连接至单独的激光器和写入电流源。16.一种方法，包括: 设置热辅助磁记录(HAMR)头接近储存在数据存储介质中的第一数据位和第二数据位，所述HAMR头包括激光器和写入极且连接至控制器； 响应于所述第一数据位与所述第二数据位的磁极性不同，使所述激光器应用第一激光功率； 用所述写入极对所述第一数据位写入第一极性； 响应于所述第一数据位与所述第二数据位具有共同的磁极性，使所述激光器应用第二激光功率，所述第一激光功率与所述第二激光功率不同；以及 用所述写入极对所述第二数据位写入第二极性。17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，连接至所述HAMR头和控制器的前置放大器在每个写入步骤对所述激光器提供至少一个连续的波形。18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，第一连续波形是非对称的。19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，第一连续波形是对称的且第二连续波形是非对称的。20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，当所述HAMR头对所述第一数据位进行写入时向所述激光器提供所述第一连续波形，且当所述HAMR头对所述第二数据位进行写入时向所述激光器提供所述第二连续波形。
【文档编号】G11B5/02GK105931653SQ201610107771
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年2月26日
【发明人】高凯中, 朱文忠, E·盖奇, J·麦克格兰纳, J·全萨姆
【申请人】希捷科技有限公司