专利名称：用于硬盘缺陷区域检测和分类的基于频率的方法
技术领域：
本发明涉及硬盘驱动器，并且更具体地，涉及用于检测硬盘驱动器内的缺陷区域， 并且对缺陷区域相应于热粗糙(thermal asperity)缺陷还是介质缺陷进行分类的技术。
背景技术：
本节介绍可以帮助便于更好地理解本发明的方面。因此，可以据此阅读本节的叙述，并且不应被理解为关于什么是现有技术以及什么不是现有技术的承认。硬盘驱动器的理想硬盘具有极其平整的数据存储表面，并且具有极其均勻的材料组成。然而实际上硬盘不是极其平整的，并且具有变动的材料组成。作为这种情况的结果， 以及出于制造原因，硬盘上可能存在不同类型的缺陷。恢复从缺陷区域读取的数据可能是困难的，并且困难程度取决于缺陷类型。在下降(drop-out)类型的缺陷区域中，模拟读取头输出信号的振幅显著低于相对平整并且具有相对均勻的材料组成的正常区域的读取头输出信号振幅。如果由处理读取头输出信号的电子设备适当放大并且调节读取头输出信号，则写在这种缺陷区域上的数据可能被恢复。在本文档内，将这种下降类型的缺陷称为 “介质缺陷”(MD)。希望确定硬盘上MD区域的位置，从而可以正确处理从这些MD区域读取的信号，以便正确恢复数据。硬盘区域的表面状况有时是如此不同，从而由于盘上存在的微观粗糙度，当读取头被放置在旋转硬盘的一些区域上时，读取头与这些区域形成物理接触。由于读取头和变动的硬盘之间的物理接触所产生的摩擦热，这些区域被称为热粗糙(TA)区域。希望确定硬盘上的TA区域的位置，从而在数据写和数据读操作期间可以避开这些区域，以便防止读取头的损坏。当前和老式硬盘驱动器使用MR(磁阻)读取头或GMR(巨磁阻)读取头。对于这些读取头，相应于MD区域的读取头输出信号具有显著小于正常区域的信号振幅的振幅，而由于TA效应导致的基线偏移，相应于TA区域的读取头输出信号具有显著大于正常区域的信号振幅的振幅。由此，可以通过寻找低于正常信号振幅的区域，在采用MR/GMR读取头的硬盘驱动器的硬盘上定位MD区域；而可以通过寻找与正常信号振幅相比信号基线显著增加的区域，定位硬盘上的TA区域。较新的硬盘驱动器采用TMR(隧穿MR)读取头。对于TMR读取头，TA区域可能被误认为是MD区域，这是由于相应于MD区域和TA区域两者的读取头输出信号具有显著小于正常区域的信号振幅的振幅。由此，不能为采用TMR读取头的硬盘驱动器使用用于检测和分类采用MR/GMR读取头的硬盘驱动器的MD区域和TA区域的传统信号处理技术。
发明内容
在一个实施例中，本发明是一种用于检测或分类硬盘上的缺陷区域的以机器实现的方法。接收与存储在硬盘上的具有第一数据频率的数据模式的数据相对应的信号值。产生与第一数据频率相对应的第一测量，并且产生与不同于第一数据频率的第二数据频率相对应的第二测量。基于第一测量和第二测量，检测或分类缺陷区域。在另一个实施例中，本发明是一种用于硬盘的读取通道。该读取通道包括(1)被配置为产生相应于存储在硬盘上的数据的模拟信号的模拟电路，( 被配置为将模拟信号转换为数字信号的模数转换器(ADC)，和( 被配置为从数字信号产生恢复数据的数字电路。该数字电路包括处理器，被配置为(a)接收与存储在硬盘上的具有第一数据频率的数据模式的数据相对应的信号值，(b)产生与第一数据频率相对应的第一测量，(c)产生与不同于第一数据频率的第二数据频率相对应的第二测量，和(d)基于第一测量和第二测量， 检测或分类硬盘上的缺陷区域。
根据下面的详细描述、所附的权利要求和附图，可以更全面地明了本发明的其它方面、特征和优点，在附图中类似的附图标记指示类似或相同的元件。图1示出了根据本发明的一个实施例的采用隧穿磁阻(TMR)读取头的硬盘驱动器的读取通道的高阶方框图；图2示出了根据本发明的一种可能实现的图1的MD/TA检测和分类(D&C)子系统的高阶方框图；图3示出了图1和2的MD/TA D&C子系统的更详细的方框图；禾口图4示出了图3的DFT块的一种可能硬件实现。
具体实施例方式图1示出了根据本发明的一个实施例的采用隧穿磁阻(TMR)读取头的硬盘驱动器的读取通道100的高阶方框图。读取通道100的(常规)主信号处理路径从TMR读取头 (未示出)接收模拟读取头输出信号105，并且输出二值(硬判决)输出数据信号145。如图1所示，读取通道100包括前置放大器110、模拟前端(AFE) 120、模数转换器 (ADC) 130和数字后端(DBE) 140。前置放大器110放大并且调节读取头输出信号105，以便确保信号振幅和频率分量在AFE 120的指定处理范围内，AFE 120进一步放大和调节来自前置放大器110的预放大信号115。ADC 130数字化AFE输出信号129，以便产生多比特数字信号X (由ADC输出样本χ [η]构成)，来由产生二进制输出数据信号145的DBE 140进行数字信号处理。如图1所示，AFE 120包括高通滤波器122、可变增益放大器124、磁阻不对称 (MRA)补偿模块126和连续时间低通滤波器128，而DBE 140包括部分响应(PR)均衡器142 和软(例如，维特比(Viterbi))检测器144。本发明特别关注，I3R均衡器142从ADC130接收数字化ADC输出信号X，并且产生多比特均衡信号Y (由均衡器输出样本y [η]构成)，软检测器144处理该信号以便产生二进制输出数据信号145。I3R均衡器142可以但不必需被实现为数字有限脉冲响应(DFIR)滤波器。另外，TMR读取通道100包括介质缺陷(MD)/热粗糙(TA)检测和分类子系统150， 其接收和处理来自DBE140的信号147，以便检测硬盘上缺陷区域的位置，并且将每个检测到的缺陷区域分类为MD区域或TA区域，在信号155中表示这种信息。在一种实现中，信号 147是由ADC130产生的ADC输出信号X。在另一种实现中，信号147是由I3R均衡器142产生的均衡信号Y。图2示出了根据本发明的一种可能实现的图1的MD/TA检测和分类(D&C)子系统 150的高阶方框图。在这种特定实现中，D&C子系统150处理图1的信号X的ADC输出样本 χ [η]，以便检测和分类硬盘上的缺陷区域。具体地，D&C子系统150包括缺陷检测器202和缺陷分类器204，缺陷检测器202处理ADC输出样本χ [η]，以便检测缺陷区域的位置和持续时间(duration)，缺陷分类器204处理由缺陷检测器202产生的统计信息，以便将每个检测到的缺陷区域分类为MD区域或TA区域。图3示出了图1和2的MD/TA D&C子系统150的更详细的方框图。如图3所示， 图2的缺陷检测器202包括离散傅立叶变换(DFT)块302、移动平均(MA)滤波器304、均值产生器308和310、标量乘法器312和314、以及检测块306，而图2的缺陷分类器204包括均值产生器316、标量乘法器318和分类块320。为了执行MD/TA检测和分类，使用具有2MT周期的固定MT数据模式将数据写至硬盘，其中M是整数，并且T是1比特的持续时间。例如，在一种实现中，M = 2并且具有4T 周期的相应2T数据模式(例如，[11001100...])被写到硬盘。在其它实现中，M可以是2 之外的值。DFT块302对ADC输出样本χ [η]并行执行两个不同DFT函数，以便产生两个不同的DFT输出样本W[η]和Z [η]，其中DFT输出样本W[η]相应于MT数据频率，并且DFT输出样本Ζ[η]相应于不同于MT数据频率的数据频率。例如，在硬盘驱动器数据具有2Τ数据模式的一种可能实现中，如下面等式(1)和( 给出的，DFT输出样本W[n]基于2T数据频率，并且DFT输出样本Z[η]基于DC(即，0)数据频率。W[n] = sqrt{|x[n-4]-x[n-2]+x[n]_x[n+2] I ~2+|χ[η-3]-χ[η-1]+χ[η+1]_χ[ η+3]|"2} (1)Z [η] = |χ[η-4]+χ[η-3]+χ[η-2]+χ[η-1]+χ[η]+χ[η+1]+χ[η+2]+χ[η+3] (2)为了简化硬件实现，在一种可能实现中，2Τ频率的DFT样本W[n]的计算可被简化为以下面的等式(3)给出的形式W[η] = |χ[η-4]-χ[η-2]+χ[η]-χ[η+2] | + |χ[η-3]-χ[η-1]+χ[η+1]-χ[η+3] (3)本领域的技术人员将理解，可以替换地使用等式(1)和( 所示的8个样本集合之外的ADC输出样本x[n]集合产生DFT输出样本W[n]和Z[n]，并且可以使用少于或多于 8个样本计算这些DFT样本。另外，DFT输出样本Z[n]可以基于DC数据频率之外的数据频率。图4示出了图3的DFT块302的一种可能硬件实现。注意，由于等式(1)和(2) 使用样本x[n]之前和之后的ADC输出样本x[i]，相应于输入样本x[n]的图4所示的DFT 输出样本是W[n-3]和Z[n-3]。
再次参考图3，移动平均(MA)滤波器304分别根据下面的等式(4)和(5)产生DFT 输出样本W[n]和Z[n]的局部平均Wm[n] ^P Zm[η]
权利要求
1.一种用于检测或分类硬盘上的缺陷区域的以机器实现的方法，该方法包括(a)接收与存储在硬盘上的具有第一数据频率的数据模式的数据相对应的信号值(例如，x[n], y[n])；(b)产生与所述第一数据频率相对应的第一测量(例如W[n])；(c)产生与不同于所述第一数据频率的第二数据频率相对应的第二测量(例如Z[n])；和(d)基于所述第一测量和所述第二测量，检测或分类缺陷区域。
2.如权利要求1所述的发明，其中所述信号值是(1)由与所述硬盘相关联的读取通道的模数转换器产生的模数转换器(ADC)输出信号值，或O)由与所述硬盘相关联的读取通道的均衡器产生的均衡器输出信号值。
3.如权利要求1所述的发明，其中所述第一测量是所述第一数据频率的第一离散傅立叶变换(DFT)测量；和所述第二测量是所述第二数据频率的第二 DFT测量；
4.如权利要求1所述的发明，其中 所述第一数据频率是2T数据频率；和所述第二数据频率是DC数据频率。
5.如权利要求1所述的发明，其中步骤(b)包括产生(i)与所述缺陷区域相对应的所述信号值的第一数据频率分量的第一平均强度值(例如，Xm[n])，和(ii)与所述硬盘上的一个或更多个无缺陷区域相对应的所述第一数据频率分量的第二平均强度值(例如，Xffl,d)，步骤(c)包括产生(i)与缺陷区域相对应的所述信号值的第二数据频率分量的第一平均强度值(例如，Zm[n])，和(ii)与硬盘上的一个或更多个无缺陷区域相对应的所述第二数据频率分量的第二平均强度值(例如，Zm,d)；和步骤(d)包括(dl)对所述第一数据频率分量的所述第一平均强度值和所述第二平均强度值进行比较；(d2)对所述第二数据频率分量的所述第一平均强度值和所述第二平均强度值进行比较；和(d3)基于步骤(dl)和(业)的比较，检测所述硬盘上的所述缺陷区域的位置。
6.如权利要求5所述的发明，其中步骤(d3)包括如果步骤(dl)的比较或步骤(d2) 的比较为真，则检测到所述硬盘上的所述缺陷区域的位置。
7.如权利要求5所述的发明，其中步骤(dl)包括确定所述第一数据频率分量的所述第一平均强度值是否小于所述第一数据频率分量的所述第二平均强度值的第一指定小数部分(例如，h)，其中所述第一指定小数部分小于1 ；和步骤(业)包括确定所述第二数据频率分量的所述第一平均强度值是否大于所述第二数据频率分量的所述第二平均强度值的第二指定小数部分(例如，α 3)，其中所述第二指定小数部分小于1。
8.如权利要求1所述的发明，其中步骤(b)包括产生与所述缺陷区域相对应的所述信号值的第一数据频率分量的平均强度值(例如，xm,。)；步骤(C)包括产生与所述缺陷区域相对应的所述信号值的第二数据频率分量的平均强度值(例如，Zm,。)；和步骤(d)包括(dl)对所述第一数据频率分量的平均强度值和所述第二数据频率分量的平均强度值进行比较；和(d2)基于步骤(dl)的比较，将所述硬盘上的所述缺陷区域分类为与热粗糙(TA)或下降介质缺陷(MD)相关联。
9.如权利要求8所述的发明，其中步骤(dl)包括确定所述第一数据频率分量的平均强度值是否小于所述第二数据频率分量的平均强度值的指定小数部分(例如，α 2)，其中所述指定小数部分小于1。
10.一种用于检测或分类硬盘上的缺陷区域的装置，该装置包括用于接收与存储在硬盘上的具有第一数据频率的数据模式的数据相对应的信号值 (例如，X[n]，y[n])的装置；(b)用于产生与所述第一数据频率相对应的第一测量的装置；(c)用于产生与不同于所述第一数据频率的第二数据频率相对应的第二测量的装置；和(d)用于基于所述第一测量和所述第二测量，检测或分类所述缺陷区域的装置。
全文摘要
本公开涉及用于硬盘缺陷区域检测和分类的基于频率的方法。在硬盘驱动器读取通道中，通过对相应于例如存储在硬盘上的2T数据模式的信号值(诸如ADC或均衡器输出值)应用变换，诸如离散傅立叶变换(DFT)，产生两个不同数据频率(例如，2T和DC)的基于频率的测量。使用基于频率的测量检测硬盘上的缺陷区域和/或将缺陷区域分类为是由热粗糙(TA)或下降介质缺陷(MD)产生的。
文档编号G11C29/08GK102163460SQ20111004091
公开日2011年8月24日 申请日期2011年2月17日 优先权日2010年2月18日
发明者G·马修, 李元兴, 李宗旺, 杨少华, 韩洋 申请人:Lsi公司