专利名称：具有改进的定时标记的盘驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于数据存储的盘驱动器，并且特别涉及在盘轨道上具有用于伺服头控制或用于数据同步的时间标记的盘驱动器。
背景技术：
数据记录在磁盘驱动器上在一个或更多旋转盘的表面上的沿径向间隔开的轨道中。通常，单独的记录头，其可以是感应性的读取/写入头，或与磁阻读取头相结合的感应性写入头，与每个盘的对应磁记录表面相关。致动器将每个记录头沿一般为朝向或离开盘的旋转中心的径向移动，以便将该头对准所期望的轨道。
有必要知道记录头相对于其相关的盘表面的精确的径向和切向位置。对于传统的固定块结构的盘驱动器来说，位置信息通常作为散布在数据扇区中的角向间隔开的伺服扇区中的伺服信息记录在盘上。
每个伺服扇区包含伺服定时标记(STM)，其为定义的位组合。在本领域中，伺服定时标记也通称为伺服标识(SID)或伺服地址标记(SAM)。当在读取盘中辨识STM时，开始随后的伺服信息(例如，轨道辨识和位置错误信号段(burst))检测。伺服电子装置使用此伺服信息来确定头的径向位置，并将反馈提供给致动器以确保头保持定位在所期望的轨道的中心线上方。在一些情况中，还使用STM以帮助定位将要读取或写入用户数据的特定数据扇区(例如，如在美国专利5500848中所描述的)。
由于需要这样的检测以正确地识别随后的伺服信息，所以，对于适当的盘驱动器操作来说，STM的精确检测是至关重要的。如果由于没能检测出STM而导致没有识别出伺服扇区，则伺服电子装置将依赖于不很新的伺服信息(例如，从最近识别的伺服扇区)，并且将降低伺服寻道(tracking)和定时精确性。此外，如果在错误的位置不正确地检测出STM，则随后的伺服信息将被遗漏，并且/或者被不正确地解释并按其动作。相比于没能识别出STM，不正确地识别STM并因此不正确地动作往往更成问题。
对伺服扇区内STM组合的检测可重新表述为对嵌在发生错误的输入流(即从盘读取的位的序列)中的已知位组合(即STM位组合)的检测。用于定位输入流中的STM位组合的已知方法是，将n位的STM位组合与由输入流中的n个连续位组成的窗相比较，并连续移动该窗，每次一位，直到在该窗和STM位组合之间发现匹配为止。
利用汉明(Hamming)距离来方便地描述相等长度的两个位序列彼此匹配得如何好，汉明距离是在两个序列中不同的位的数目。完全匹配对应于零汉明距离。将上面的移动定义为前移位(pre-shift)也是方便的，其中前移位1对应于在输入流中的STM组合的开始之前1位开始的窗位置，前移位2对应于在STM组合之前2位开始的窗，等等。因此，上面的过程可表示为对于适当选择的整数k，对前移位k、k-1、k-2、……、2、1、0连续地计算汉明距离，并且当发现汉明距离为0时，辨识前移位0(即STM)。
在没有出现错误的情况下，当将窗对准输入流中的STM组合时，在STM组合和窗之间将出现完全匹配，并且，假如没有其它对输入流中的该STM组合的完全匹配，则此完全匹配指出了盘上的STM检测。自然地，由于用户数据可能恰好包含与STM位组合相同的位组合，所以有必要将对STM的搜索限定到基本没有用户数据的盘的区域。
在出现错误的情况下，即使当窗对准输入流中的STM组合时，也不会出现完全匹配。然而，本领域公知的是选择这样的STM组合，其为对于n位的STM组合的前移位1到n提供通常大的汉明距离。这样的STM组合基于STM组合和前移位的窗位置之间的低汉明距离使错误辨识STM组合的概率减到最小。由于前移位的窗包括来自STM组合之前的输入流的位，所以通常将具有至少n位的前导(preamble)位序列预先考虑为盘上的STM组合。前导的含入固定了前移位的位组合，并使其独立于盘上的任意数据或其它信息。常用的前导组合均为1，但是也可使用任意其它的位组合。如果STM组合和前移位1到n之间的最小汉明距离为d1，那么将d1称为前移位滑动距离。
然而，这一现有技术方法有一些缺点。基本上，在盘上的STM搜索窗内对STM的存在进行搜索，这是因为此搜索不能无限地继续下去。如果在搜索窗内没有发现STM，则采取某些替代的校正动作。如果STM搜索窗没有延伸经过STM，那么，遗漏STM的概率将不期望地增大(例如，如果将STM窗不正确地设置为仅仅1位，使得它不包括整个STM，那么在搜索中将遗漏STM)。然而，如果STM搜索窗延伸经过了STM，那么，有可能错误识别STM，这是因为现有技术的STM组合仅对前移位进行了优化。相比于没有发现STM组合，STM组合的错误识别通常是严重得多的问题，这是因为错误识别可能导致盘驱动器做出更加错误的决定(例如，错误辨识轨道)。
因此，在本领域中，提供延伸经过盘上的STM的STM搜索窗同时避免上面说明的错误识别问题将是一个进步。提供与此STM搜索窗兼容的STM组合也将是一个进步。
发明内容
在本发明的一个方面，本发明提供了一种盘驱动器，其在盘轨道的定时区内具有定时标记(TM)，并具有减小的在操作中遗漏或错误辨识TM的概率。更具体地说，该盘驱动器在延伸经过盘上的TM的TM搜索窗内搜索盘上的TM，减小了由于TM搜索窗相对于该TM的错误对准而导致的遗漏TM的概率。
优选地选择用于本发明的实施例的TM组合，以在出现读取错误时，减小错误辨识TM的概率。更具体地说，优选地选择n位的TM，以便为与输入流相关的TM组合的m个后移位保持最大的后移位滑动距离d2，其中，选择m以对应于TM搜索窗的标称边界。这样，可减小由具有到TM组合的小汉明距离的后移位造成的TM的错误辨识的概率。此外，TM组合为与输入流相关的TM组合的n个前移位保持所选择的前移位滑动距离d1。
在优选实施例中，定时标记为伺服定时标记(STM)，并由伺服位置信息跟随。STM的识别使伺服位置信息能被用来在盘操作期间控制头位置。在替换的优选实施例中，定时标记为数据定时标记(DTM)，并由数据跟随。DTM的识别方便了数据的字节同步。
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的盘驱动器。
图2a示意性地示出了根据本发明的实施例，示出了伺服扇区和数据扇区的来自盘驱动器的轨道的一部分。
图2b示意性地示出了图2a的伺服扇区的细节。
图3为根据本发明的实施例，示出了使用均为1的前导组合的、从组合u1＝{0，0，0，1，0，0，1}到u1的前移位和后移位的实例的汉明距离的表。
图4为根据本发明的实施例，示出了使用均为1的前导组合的、从组合u2＝{0，0，1，1，1，0，1}到u2的前移位和后移位的实例的汉明距离的表。
具体实施例方式
图1示意性地示出了盘驱动器10，其代表根据本发明的一个实施例的盘驱动器的类型。盘驱动器10包括盘12、读取/写入头16(也称为数据记录变换器)、致动器18、TM解码器20、以及伺服电子装置22。盘12具有一组径向间隔开的轨道，所述轨道之一在14示出。马达(未示出)使盘12围绕其中心13旋转。读取/写入头16将信息写入到轨道14和/或从轨道14读取信息。读取/写入头16连接到致动器18，其将头16沿径向定位在所选轨道上方。例如，致动器马达(未示出)可以使致动器18围绕轴19旋转。
图2a示意性地示出了轨道14的一部分。轨道14包括夹杂着数据扇区(DS)的伺服扇区(SS)。在图2a中伺服扇区示出为30，并且在图2a中数据扇区示出为32。图2b示出了图2a的伺服扇区30的更详细的视图。伺服扇区30包括示出为34的前导位组合(P)、示出为36的伺服定时标记位组合(STM)、以及示出为38的伺服信息(SI)。在图2b中，头依次遇到区域34、36和38(也就是说，从左到右读取图2a和2b中示出的轨道)。
现在回到图1，读取/写入头16可操作地连接到TM解码器20，如线24所示。当轨道14经过头16下方时，头将遇到伺服扇区30和数据扇区32。TM解码器20接收对应于轨道14上的位流的位流，并且当伺服扇区30经过头下方时，运行以检测伺服扇区30内的STM位组合36。一旦辨识出STM位组合36，TM解码器20便将“发现STM”信号传送到伺服电子装置22，其在图1中由线26示意性地示出。伺服电子装置22还从TM解码器20接收伺服信息38，并利用由“发现STM”信号门控的伺服信息38，来执行对致动器18的闭环控制(其由线28示意性地示出)，使得头16位于所期望的轨道(即此示例中的轨道14)上方的中央。美国专利5903410中给出了响应于伺服定时标记36和伺服信息38而控制头的进一步的细节，其全部内容通过引用而被合并。
为了减小错误辨识STM的概率，TM解码器20通常仅在STM搜索窗内寻找STM，该STM搜索窗标称地扩展到盘上的STM之后一些位以及盘上的STM之前至少n位。在正常的盘驱动器操作中，从先前遇到的伺服扇区获得的信息将使STM搜索窗能被设置得足够精确，以定义其关于所期望的下一个STM的标称边界，如上面所指明的一样。诸如轨道改变、错误恢复以及盘驱动器启动的不寻常的事件使用其它方法来约束对STM的搜索，该方法在本领域中是公知的。
通常，TM解码器20将STM组合36与从伺服扇区30读取的连续位的窗相比较，并且此窗连续地步进通过从伺服扇区30读取的位流。例如，从伺服扇区30将位流读取到移位寄存器是提供此步进开窗的一种方法。
因此，可通过计算u1和u1的移位型式之间的汉明距离来评估STM组合u1的性能，对u1＝{0，0，0，1，0，0，1}如图3所示。图3最上面一行示出了盘上的位序列，也称为输入流。在此示例中，均为1的前导组合位于STM组合u1之前。图3中由“前k”表示的前移位k指明了被移位到输入流中STM组合之前k位的窗位置。类似地，图3中由“后k”表示的后移位k指明了被移位到输入流中STM组合之后k位的窗的位置。
由于图3的示例中前导组合的出现，可以直接计算u1和每个前移位之间的汉明距离，并在图3的“距离”列中给出该汉明距离。在此示例中，u1和前移位1到前移位n的任意一个之间的最小汉明距离(也将其通称为前移位滑动距离)为4。这里，n为STM组合中的位的数目。当窗对准STM组合时，图3中由“对准”表示，u1和该窗之间的汉明距离为0，如图3所示。
图3还示出了最先的几个后移位。对于后移位，窗延伸经过STM组合的末尾，并覆盖了并非STM位组合的部分的位。有可能在STM之后增加后缀(postscript)位组合，类似于STM之前的前导位组合，以使汉明距离计算对于后移位是确定的。可替换地，还有可能将对后移位的距离计算作为“最坏情况”计算来进行，其中，假定延伸经过盘上的STM组合的窗的所有位与STM组合匹配。该最坏情况方法具有以下优势与如果使用后缀组合的情况(其增加了专用于用户数据的盘区域的片段)相比，STM检测需要盘上较少的位，尽管使用后缀组合将提供提高的耐错性。示例3中给出的后移位距离是使用上面的最坏情况假设来计算的。
图3的STM组合提供了值为4的前移位滑动距离、以及对于越过对准位置的两个后移位的值为3的后移位滑动距离。由于感兴趣的越过对准位置的后移位数目是可变的参数，所以用符号(d2；m)来表示后移位滑动距离，其意味着对于越过对准位置的前m个后移位获得不小于d2的距离。利用此符号，当k从1变化到m时，最坏情况后移位滑动距离为STM位组合的最先的n-k位和STM位组合的最后n-k位之间的最小距离。我们已经发现，可权衡使用前移位滑动距离和后移动滑动距离。例如，通过减小对前移位滑动距离的需要，对于后移位滑动距离(d2，m)中的固定d2来说，增加m通常是有可能的。
图4提供了这样的权衡的示范。图4中的STM序列为u2＝{0，0，1，1，1，0，1}。如在图4中看出的，此序列提供了值为3的前移位滑动距离(比图3的u1提供的小1)，并且提供了值为(3；3)的后移位滑动距离，其与图3的u1提供的值为(3；2)的后移位滑动距离相对照。
可以使用系统的计算机辅助搜索来确定具有所期望的前移位和后移位距离的STM组合。对于16位的STM组合来说，这种搜索的结果表示在下表中
表1耐错的16位STM组合表1中，在最左边的列中给出了STM组合。在如表1所示的组合中插入空格只是为了易于阅读。这些STM组合在盘上占用16个连续位的位置。对于每种情况(即表1的行)，在中间列中给出了前移位滑动距离d1，并且在右列中给出了后移位滑动距离(d2；m)。表1中，后移位滑动距离是基于上面讨论的最坏情况计算的。给定n、d1和d2，选择表1中的组合以具有最大的m。通常，减小d1和/或d2允许此最大的m增大到更大的值，如表1所示，并且如从图3和4的示例所期望的。使用均为1的前导组合来获得表1的结果。如果使用不同的前导组合，那么将获得等价的性能(即每行中的m将不会改变)，但是，为了达到此性能，将通过计算机搜索来确定不同的STM组合。
尽管所执行的用来生成表1的特定优化是给定d1、d2和n的m的最大化，但是也可从表1确定其它优化的结果。两个示例如下对于n＝16、d1＝9、m＝2，最大的d2为7；对于n＝16、d2＝7、m＝5，最大的d1为8。可替换地，可以容易地改变用来生成表1的系统的计算机搜索，以便给定其它参数将d1最大化，或给定其它参数将d2最大化，或给定其它参数将n最小化，其与给定其它参数而将m最大化相对照。根据本发明的传授，所有四个方法为基本上等价的生成STM组合的方式。为了方便，将由上面说明的优化方法的任意一个所生成的STM组合称为(n，d1，d2，m)组合。
在实践中，所期望的是，最典型的优化将是给定n、d1和m对d2的最大化。此原因在于，n通常是由高级设计考虑(例如，专用于STM组合多少盘区域)确定的，选择d1以提供所期望的对前移位的耐错水平，一起选择m和STM搜索窗的边界，以将搜索窗边界落入STM内的概率减小到设计值，并且，随后将d2最大化，以在给定其它约束的情况下，提供尽可能多的后移位耐错性。提供前移位的耐错性往往比提供后移位耐错性更重要。一个原因是，后移位耐错性仅和是否遗漏STM有关，而遗漏STM本身为低概率事件。因此，设计通常将以d1＞d2结束，尽管实践本发明并不要求这样。
在一些情况中，对最优的STM组合的计算机搜索将提供多个满足同样约束的组合。在这些情况中，可根据不同的标准，从一组具有相同n、d1、d2和m的(n，d1，d2，m)组合中选择STM组合。这样的标准包括(但不限于)最大化1的数目、将最长的0串的长度最小化、以及将距离采用其用于前移位和/或后移位的最小值的次数最小化。
图3和4的示例以及表1的结果均基于至少n位的前导序列的使用，其中所有前导位均为1。任意其它至少n位的固定前导位序列也适合于实施本发明。在实践中，可使用其它标准来选择前导位组合，例如对自动增益控制的适宜性。
在图3和4的示例以及表1的结果中，所有汉明距离都是逐位计算的。计算距离的这个方法适合位错误趋向独立的情况。然而，在一些情况中，位错误不是独立的(例如，如果错误趋向于在影响一定数量的连续位的段中发生)。在这种情况中，使用段汉明距离(而不是逐位汉明距离)来选择并使用根据本发明的STM组合是合适的。根据下面的过程，通过每次比较两个序列的j位而计算两个位序列之间的j位段汉明距离如果两个j位序列相同，则该距离加0。如果两个j位序列不同，则该距离加1。在两个序列中，对每个j位序列进行重复。如果有少于j位的最后的序列，则以和所有其它序列相同的方式处理它。
因此，两个位序列之间的j位段汉明距离为两个位序列之间的差异的数目，其中通过比较j位的块而不是单独的位来计算差异。根据此定义，1位段汉明距离等于逐位汉明距离。可以使用逐位汉明距离或j位的段汉明距离通过系统的计算机搜索生成根据本发明的STM组合。
尽管上面讨论的实施例是在具有特定结构的磁盘驱动器的上下文中提出的，但本发明可应用于具有依赖于对盘上的已知位组合的识别的其它结构和/或其它伺服技术的磁盘或光盘。
此外，尽管上面详细讨论的实施例涉及定位伺服定时标记以发信号通知盘上出现伺服信息，但本发明可应用于定位由盘上的位组合表示的任何标记。例如，在从盘读取数据前需要字节同步，并因此已知数据定时标记位组合通常在数据之前。本发明的设备和方法可具有优势地应用于定位这样的数据定时标记，并减小错误概率。对于两种应用(伺服和数据)来说，在盘轨道内的定时区内定位定时标记是必要的。对于伺服应用，定时区为上面指明的伺服扇区，而对于数据应用，定时扇区在数据之前。
相关申请交叉引用本发明涉及共同未决的和共同转让的申请编号HSJ9-2003-0240US1，题目为“用于操作具有改进的时间标记的盘驱动器的方法”，其与此同时提交，并因此通过引用而被合并。
权利要求
1.一种盘驱动器，包括a)可旋转盘，其具有多个轨道，每个轨道具有多个定时区，包括i)被表示为至少n位的前导组合的前导；以及ii)跟随在所述前导之后的定时标记(TM)，所述TM被表示为n位的TM组合，其中，所述TM组合具有到所述前导组合与所述TM组合的级联的前移位滑动距离d1，并且具有到所述TM组合的后移位滑动距离(d2；m)，所述TM组合称为(n，d1，d2，m)组合，其中，所述TM组合满足从由下列元素所组成的组中选择的优化条件m是给定了n、d1和d2的最大值；d1是给定了n、d2和m的最大值；d2是给定了n、d1和m的最大值；以及n是给定了d1、d2和m的最小值；b)读取/写入头，用于从所述盘读取信息和/或将信息写入到所述盘；以及c)TM解码器，其响应由所述头从所述盘读取的信息，用于检测所述读取的信息中的TM组合，以由此发送信号通知定时区出现，其中，所述TM解码器在TM搜索窗内搜索所述TM组合，所述TM搜索窗标称地延伸到盘上的TM的最后位之后的m位和在盘上的TM的第一位之前的至少n位。
2.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，所述定时标记由所述轨道上的数据跟随。
3.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，所述定时标记由所述轨道上的伺服位置信息跟随。
4.如权利要求3所述的盘驱动器，还包括d)连接到所述头的致动器，用于将所述头定位到所述轨道之一，并将所述头保持在所述轨道之一上；以及e)耦接到所述TM解码器的伺服电子设备，用于在所述TM解码器检测所述TM之后，响应于由所述头读取的所述伺服位置信息而控制致动器。
5.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，滑动距离d1和(d2；m)是逐位汉明距离。
6.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，滑动距离d1和(d2；m)是j位段汉明距离。
7.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，所述TM组合是一组(n，d1，d2，m)组合的成员，其中，所述组的所有成员具有相同的n、相同的d1、相同的d2和相同的m，所述组具有至少两个成员。
8.如权利要求7所述的盘驱动器，其特征在于，所述组的每个成员j具有长度为L(j)的最长的0串，并且所述TM组合是具有最小L(j)的所述组的成员。
9.如权利要求7所述的盘驱动器，其特征在于，所述TM组合为具有最大数目的1的所述组的成员。
10.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，当整数k从1变化到m，包括1和m时，所述后移位滑动距离(d2；m)是所述TM位组合的最前n-k位和所述TM位组合的最后n-k位之间的最小距离。
11.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，每个轨道还包括与每个所述伺服扇区中的TM相邻并且位于其后的后缀，该后缀被表示为至少具有n位的后缀位组合。
12.如权利要求11所述的盘驱动器，其特征在于，当整数k从1变化到m，包括1和m时，所述后移位滑动距离(d2；m)是所述TM组合和由所述后缀位组合跟随的所述TM位组合的级联的k+1到n+k位之间的最小距离。
13.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，d2大于2。
14.如权利要求13所述的盘驱动器，其特征在于，m大于2。
15.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，m大于2。
16.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，所述盘包括磁盘。
17.如权利要求1所述的盘驱动器，其特征在于，所述盘包括光盘。
全文摘要
一种在盘上具有定时标记(TM)的盘驱动器，其被选择用来在出现读取错误时减小错误辨识TM的概率。盘驱动器在延伸经过盘上的TM的固定的TM搜索窗内搜索TM。TM优选地使TM组合的m个后移位的后移位滑动距离最大化，其中m对应于TM搜索窗边界。这样，减小了由具有到TM组合的小距离的后移位造成的错误辨识TM的概率。TM组合还提供前移位耐错性。
文档编号G11B20/18GK1604191SQ20041001181
公开日2005年4月6日 申请日期2004年9月23日 优先权日2003年9月30日
发明者马里奥·布劳姆, 曼特尔·M·尤 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司