CN1156873A - 用于复原磁阻头的热响应信号的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种使用磁阻(MR)元件自磁存储介质读取信息信号、修改该信号以使代表MR元件热响应的信号热分量衰变及改变该修改的信号以产生基本上代表自存储介质读取的信号的热分量复原的热信号的设备和方法。MR元件中感应的信息信号自MR元件送至具有高通滤波性能的臂电子(AE)模块。AE模块使热分量以外的信息信号通过，从而使热分量衰变。用无限脉冲响应((IIR)滤波器实现的倒置滤波器自AE模块中接收高通滤波的信号和产生基本上代表信息信号热分量的复原的热信号。

Description

用于复原磁阻头的热响应信号的方法和设备

本发明一般涉及数据存储系统，更具体地说，涉及用于复原磁阻(MR)头中所感应信号的热分量的方法和设备。

通常的数据存储系统包括一个用于以磁形式存储数据的磁介质和一个用于分别向和从介质写和读磁数据的传感器。例如，一个盘存储设备包括一个或更多个同轴地安装在轴电机毂上的数据存储盘。轴电机以数量级为每分数千转的速度转动盘。数字信息通常以磁转变的形式存储于一系列同心而间隔的道上，这些道组成可磁化的硬实的数据存储盘的表面。这些道通常划分为众多扇区，每个扇区包括若干信息域，例如包括用于存储数据的、存储扇区标识的和存储同步信息的域。

传动器组件通常包括众多向外伸展的臂，带有一个或更多个安装在挠性悬架上的传感器和滑块体。滑块体通常设计成一个空气动力抬升体，当轴电机转速增加时它将传感器头抬离盘面并由于高速盘转速产生的气浮轴承使头悬浮于盘上方。通常数量级为50-100纳米(nm)的头与盘面间的距离一般称为头盘间距。

将数据写至数据存储盘上的操作通常是通过传感器组件的写元件传送一个电流以产生将盘面特定位置磁化的磁通线。自特定盘位置读数据的操作通常由传感器组件的读元件完成，它检测自盘的磁化处辐射的磁场或磁通线。当读元件经过旋转的盘面上方时，读元件与盘面磁化处之间的交互作用的结果是在读元件中产生通常称为回读信号的电信号。

常规数据存储系统通常采用闭环伺服控制系统以将读/写传感器定位于数据存储盘上的特定存储位置。在正常数据存储系统操作中，通常使用伺服传感器在盘上跟随特定道(道跟随)和寻找特定道和数据扇区位置(寻道)，以读取信息，该伺服传感器通常安装在读/写传感器附近或作为另一方案与传感器的读元件装在一起。

根据已知伺服技术，埋嵌的伺服模式信息通常沿着自盘中心向外伸展的段写至盘上。因此埋嵌的伺服模式在每道的数据存储扇区之间形成。注意到伺服扇区通常包含常称为伺服脉冲串模式的数据模式，当将数据读自和写至盘上特定数据扇区时它用于在道的中心线上维持读/写传感器的最佳对准。伺服信息也可以包括用于标识传感器位置的扇区和道的标识代码。

在数据存储系统制造工业中，当前集中不少精力于将MR元件用作读传感器。虽然通常包括一个MR读元件和一个薄膜写元件的MR头看来能比常规薄膜头及类似元件提供若干优点，但熟悉技术的人知道，由于数据存储系统当前没有能力适应MR头的若干不好的特性，因此MR头提供的优点不能全部实现。

尤其是，MR元件传感器在通常代表存放于磁存储盘上的数据或伺服信息的检测到的磁信号中引进失真。磁信号的失真由很多因素造成，包括MR元件中内在的若干个不好特性和当做入MR传感器组件中时MR元件的特定配置和定向。作为例子，已知通常的MR元件在MR元件宽度方向上表现出读灵敏度的波动，这已被证实为具有不同严重性的伺服控制误差的影响因素。决定于由MR元件引入的磁信号失真的幅值，例如，伺服扇区信息可能会被读错或成为不可读，其结果是可能中断或丢失伺服控制或在有些情况下造成盘上所存数据的无法检索的损失。

相当数量的工业注意力和资源已经用于并将继续用于寻找答案以减小或消除与失真的磁回读信号相关的有害影响。迄今为止，由MR传感器获取的回读信号中的这种失真只被整体地看作不好的噪音，而未全面研究MR元件对其运行环境中所遇到的不同影响所作出的响应。因而也就没有找到一个能消除或明显地减小由MR元件引入的磁信号失真的满意答案。

数据存储系统制造集团迫切地需要一种设备和方法用于消除在MR元件中感应的磁回读信号的不好的失真。同时还需要提供这种设备和方法，既适合于装入现有数据存储系统，同时也能做入新的系统设计中。本发明是针对这些和其它需要的。

本发明是一种使用磁阻(MR)元件自磁存储介质读取信息信号的设备和方法，它改变信号以使代表MR元件的热响应的信号的热分量衰变，并变动此改变的信号以产生能基本上代表自存储介质读取的信息信号的热分量的复原的热信号。

在MR元件中感应的信息信号自MR元件送至具有高通滤波特性的臂电子(AE)电路或模块。AE模块传送热分量内容以外的信息信号的内容，因而使信息信号的热分量衰变。一个倒置滤波器自AE模块接收高通滤波的信息信号并产生一个基本上代表信息信号的热分量的复原的热信号。最好由无限脉冲响应(IIR)滤波器实现的倒置滤波器具有的响应基本上是AE模块的有效高通滤波器的响应的倒数。复原的热信号可用于检测盘面缺陷和外形变动，并可用于其它系统的和诊断目的，包括盘面缺陷特性研究、误差纠正和预测故障分析。

根据一个实施例，一个信号相加装置连至AE模块和倒置滤波器以便自倒置滤波器接收复原的热信号和自AE模块接收组合信号。使用MR元件自存储介质读取的组合信号包括一个热分量和一个磁分量。信号相加装置自组合信号中减去复原的热信号以产生复原的磁信号，从而基本上消除组合信号的热分量，否则它将使组合信号失真或调制。在倒置滤波器的一个输出端提供复原的热信号及在信号相加装置的一个输出端提供复原的磁信号。

图1是用于自在MR头中感应的回读信号中提取热信号和磁信号的设备的框图；

图2是其上壳盖移去后的数据存储系统的顶视图；

图3是阐述用于获取和利用回读信号的热信号分量的方法的流程图；

图4显示在MR头中感应的回读信号，它显示了失真的D.C.基线；

图5显示图4的回读信号，它显示在由信号分离/复原模块处理后的复原的D.C.基线；

图6显示自在特定道处在MR元件中感应的回读信号中提取的热信号及在AC擦除磁信息后自同一道处获取的回读信号；

图7是一个显示数据存储盘的不同表面缺陷和特征的夸大侧视图及MR元件对这种缺陷和特征的热响应和磁间距响应；

图8显示标明头盘接触事件的回读信号；

图9是用于自在MR元件中感应的回读信号中提取热信号和磁信号和用于复原磁信号的D.C.基线的信号分离/复原模块的框图；

图10是用于复原磁回读信号的D.C.基线的信号分离/复原模块的框图；

图11是用于选择性地传送回读信号至信号分离/复原模块的系统的框图；

图12阐述在信号分离/复原模块中使用的有限脉冲响应(FIR)滤波器的幅值和相位响应；

图13(a)、13(b)和13(c)分别阐述在MR头中感应的回读信号，回读信号的复原的磁信号分量和回读信号的未复原的磁信号分量；

图14阐述在信号分离/复原模块中使用的窗口FIR滤波器的幅值和相位响应；

图15显示典型AE模块的高通滤波特性的幅值和相位响应；

图16和17分别显示典型AE模块的高通滤波特性与倒置滤波器的幅值和相位响应的比较，该倒置滤波器的传递函数是AE模块的有效高通滤波器的传递函数的倒数。

图18是代表图16和17的倒置滤波器的信号流通图；

图19(a)-19(c)显示盘面三个不同处理点的凹点在信号分离/复原模块中造成的波形；

图20显示在检测到盘面缺陷时磁的和热的头盘间距信号间的紧密对应；

图21是另一个采用无限脉冲响应(IIR)滤波器的信号分离/复原模块的实施例的框图；

图22显示在头盘接触事件中的磁的和热的间距信号；

图23是缺陷分类电路的框图；

图24是一个使用回读信号的热信号的误差纠正过程的流程图。

现参照附图，具体地参照图1，图1阐述了一个用于自磁存储介质读取具有磁信号分量和热信号分量的信息信号和用于将热的和磁的信号分量自信息信号中分离出来的设备70。对磁信号进行处理以自磁信号中去除热信号分量的影响。通常由AE模块74衰变的热信号由信号分离/复原模块76复原。这两个独立的磁的和热的信号即可用于改善数据存储系统的运行、性能和可靠性。

图1中所显示的磁阻(MR)元件72十分靠近数据存储盘24的表面。由MR元件72自盘24读取的信息此处一般称为回读信号。MR元件72中产生的回读信号通常由臂电子(AE)模块放大。AE模块74通常具有高通滤波特性，这将使回读信号的热信号分量的相位和幅值失真。此热信号分量的失真很大程度上决定于所使用的具体AE模块74的频率和相位响应。信号分离/复原模块76包括一个倒置滤波器，其响应基本上为AE模块74的有效高通滤波器的响应的倒数。自AE模块74接收的高通滤波的回读信号通过倒置滤波器后即产生复原的热信号。

如AE模块74输出端的曲线所示，模拟回读信号60包含一个相对地高频的磁信号分量61a，显示出由于存在着低频调制信号分量而失真的D.C.基线。熟悉技术的人知道调制的回读信号60，或更具体地说，回读信号60的调制的磁信号分量61a长久以来被认为是一些数据存储系统故障的一个根源，包括伺服控制误差和不精确，降低数据存储和检索的可靠性以及在有些情况下不可检索地丢失数据。

如前面在本发明背景一节所述的，相当数量的工业注意力和资源曾用于全面了解不好的回读信号基线调制的本质和根源。如下面将更详细地讨论的，本发明者已经发现回读信号60是一个包括独立的磁的和热的信号分量的组合信号，同时回读信号中的低频调制实际上是回读信号60的独立热信息信号分量。另如下面也将详细地讨论的，本发明者已经进一步确定，不好的回读信号60调制可以消除或显著地减少幅值，从而提供一个代表数据或伺服信息的基本上纯净的磁信号。

重要的是回读信号的一直困扰的热信号分量(通常在这里称为热信号)还包括可自回读信号60中提取的信息内容，它可用于不同的熟悉技术的人以前所不知道的有用目的。例如，热信号63可用于伺服控制以提供可靠的道跟随和寻道操作，而不必应用根据常规伺服控制方法通常使用的磁信号61a。已经进一步确定热信号63所包含的信息能用于确定MR元件72的相对于盘面24的飞越高度，其精确度可至1纳米的数量级，它还可用于一系列其它目的，例如包括盘面分析和外形绘图，盘缺陷检测和筛选，纠错和预测故障分析(PFA)。

图1中所阐述的设备可装入并成为新一代的数据存储系统的设计的一部分，此新一代系统开发出一个复原的、非调制的磁回读信号61和一个独立的复原的热信号63的实用性，图1中的设备也可装入现有的使用标准MR头的数据存储系统中作为改型工作的一部分。一般而言，如图2中所阐述的，一个采用MR传感器的数据存储系统20通常包括一个或更多个绕轴电机26旋转的数据存储硬盘24。一个传动器组件10通常包括众多交叉安放的传动器臂11和悬架12，每个悬架支撑一个或更多个用于向和自数据存储盘24写和读信息的MR头传感器72。

传动器组件10包括一个与永磁组件16共同工作的线圈组件14，用于对由控制器18产生的控制信号作出响应，作为传动器音圈电机22进行操作。控制器18协调向和自数据存储盘24传送数据，并与传动器音圈电机22一起工作，当向和自盘24写和读数据时将传动器臂/悬架11/12和MR传感器72移至预定道28和扇区25位置。

为了对自回读信号中分离出热的和磁的信号分量的一般过程和若干个用于开发复原的热信息信号的实用性的有用用途提供了解，参照图3，它以流程图形式阐述根据本发明的一个实施例用于获取和利用回读信号的热信号分量的方法。在步30处由MR元件72自磁存储盘读取信息，在MR元件72中感应一个回读信号，该信号看上去带有失真或调制，但实际上包含了一个磁信号分量和一个热信号分量。应该注意，当没有向盘写任何磁信息时磁信号分量的幅值可能为零。然而，由于以前不了解的现象，热信号分量总是存在的，而这些不了解的现象现已被本发明者所理解，特性描述和利用。在步32处自回读信号中分离或提取出热信号分量，并使用此处描述类型的倒置滤波器将它恢复。在步32处所分离的回读信号的磁信号分量通常包括一个D.C.基线调制，后者使磁信号分量的幅值失真。

在步34处消除磁信号中的基线调制，从而复原了磁信号的基线。如在判断步36处确定自回读信号中提取的复原的热信号将供伺服控制使用，则在步38处将复原的热信号传送至伺服控制并相应地进行处理。如磁信号将供伺服控制使用，则在步40处将复原的磁信号传送至伺服控制。如在判断步42处确定希望完成头飞越高度程序，则在步44处将复原的热信号传送至估算飞越高度处理器。如在判断步46处确定希望完成盘面分析或筛选，则在步48处将复原的热信号传送至盘面分析处理器。此外，如在判断步50处确定复原的热信号需用于完成误差纠正或预测故障分析(PFA)，则在步52处将复原的热信号传送至误差纠正处理器。

现参照图4和5，图中分别阐述一个失真的回读信号和一个由图1中所示的信号分离/复原模块76所复原的非失真回读信号。所有低频失真(调制)，不论由热的头盘间距操作或来自AE模块74的不希望有的滤波或两者所造成，都可由信号分离/复原模块76补偿。为便于阐述，假定回读信号60是一个自数据存储盘24上的伺服扇区中读取的信号。在此例中，伺服扇区回读信号包含一系列信息域，即：一个写纠错域62、一个同步域64、一个葛莱码域66和一个脉冲串模式域68。可以知道葛莱码域66通常包括扇区和柱面标识域。

在图4中可看出伺服控制回读信号的基线是严重地失真的，在葛莱码域66内尤其如此。可注意到与葛莱码域66相关的低频失真不是由热头盘间距的改变所造成，而是由AE模块74的高通滤波特点所造成。葛莱码域66通常是检测到的幅值，当存在幅值失真时它提供给扇区和柱面的信息难于可靠地得到译释。决定于失真幅值的大小，这种幅值失真又会经常引入不同严重程度的伺服控制误差。可注意到自数据扇区中获取的回读信号60中的这种幅值失真与伺服扇区回读信号相反，会类似地引入检测和译释误差，从而导致软或硬的读取误差。下面的情况并非不寻常：盘24表面上格式化的扇区中多至15％-20％显示出类似于图4中阐述的相当水平的回读信号失真。

如前所讨论的，在此以前熟悉技术的人对不好的回读信号60调制的根源有错误理解，误以为是MR元件72的噪音或MR元件不稳定性或运行故障的其它根源所造成。然而，本发明者已发现回读信号失真可能另外由于存在着一个独立的回读信号的热信号分量，它对磁信号分量61a进行调制，从而使回读信号60具有时变基线。信号分离/复原模块76对回读信号60进行处理以复原如图5中所示的回读信号基线，同时在提供复原的热信号63之外，提供一个基本上纯净的不受热信号分量干扰的磁信号61b。

磁信号与热信号之间的独立性由图6中所示波形所阐述。图6(a)中所示波形代表使用MR头和配置为低通滤波器的数字滤波器自磁回读信号中提取的热信号。在获取图6(a)所示波形之后，产生该波形所在的道经受了磁AC擦除。同一MR头移至被擦除道的同一位置以获取图6(b)中所示波形。可以看出图6(a)中所示提取的热信号与图6(b)中所示自被擦除道获得的回读信号基本相同。图6中提供的两个波形证实回读信号中存在着两个同时读取的热的和磁的信号以及这些信号是独立的和可分离的。

回读信号可由它的两个独立和可分离的分量所表示这一事实揭示了以前不知道的、使用MR头获取的回读信号中可用的信息内容。尤其是可自热信号中获得有关盘面的信息。图7中阐述了靠近数据存储磁盘24的表面24a的MR滑块67和MR72的夸大侧视图。盘面24a具有一个在显微镜级别上的变化的外形。如阐述的那样，盘面24a可包括不同表面缺陷，例如凹点122、凸起124、或一段没有磁性材料的表面部分126。应该理解，例如槽、凹点、和凸起这样的表面特征可能是有目的地做在盘面24a上以便在盘面24a上将信息编码。

如图7所阐述，MR元件72的热响应电压电平119作为MR元件72与盘面24a之间的间距的函数而变化，该间距以参数Y表示。MR元件72的电阻变化导致磁回读信号的变化。更具体地说，典型MR元件是一个对磁场存在敏感的电阻器，它的元件正、负引线电气上接至一个电流源。通过引线对MR元件加上一个偏移电流。在正常操作中，盘面24a上的磁场转变影响MR元件72的电阻，产生MR元件72两端的电压波动。这些电压以记录在盘面24a上的磁数据转变的频率出现，它们是回读信号的磁信号分量的基础。

MR元件72的电阻也受头盘间距影响。更具体地说，头盘间距的变化的结果是伴随的从由恒定偏移电流加热的MR元件72传至盘24的热量的变化。热量传送是头盘间距的倒函数。如自MR元件72传出的热量增加(小间距)，则MR元件72的温度及其电阻将减小。如热量传送减小，则MR元件72的温度和电阻将增加(大间距)。因此MR元件72与盘24之间热量传送的变化会导致MR元件72温度的变动。MR元件中的温度变化导致MR元件72的电阻的相应变化，因此由恒定偏移电流提供的MR元件72两端的电压也相应地变化。注意到滑块飞越高度的变动频率大大低于磁转换的频率。因此MR元件72中温度变化的频率显著地低于磁数据转变，此温度变化是回读信号的热分量的基础。

如图7所阐述，在盘24的外形表面变化与热信号119的幅值变化之间存在着倒数关系。当头盘间距(Y)瞬时地增加时，导致MR元件72与盘面24a之间空气间距绝缘层的相应增加，从而促使MR元件72中温度增加。由于通常用于制造MR元件72的MR元件材料具有正温度系数，这种MR元件中的温升导致MR元件72电阻相应地增加。例如，坡莫合金是用于制造MR元件的最佳材料，具有+3×10^-3/℃的温度系数。举例来说，经过盘面24a上凸起124上方的MR元件72与盘面24a之间的热量传送增加，从而使MR元件72冷却。MR元件72的这种冷却导致MR元件电阻的下降，而这又导致在恒定偏移电流作用下MR元件72两端的电压V_TH相应地下降。

可以看出，作为上述MR元件72与盘面24a之间的相互作用的结果，盘面24a上的凹点122使MR元件72两端的热电压信号V_TH119作为增大的头盘分隔距离(Y)的函数在幅值上增加。还可看出，盘面24a上的凸起124使热电压信号V_TH119作为减小的头盘分隔距离的函数在幅值上减小。为便利起见，可能希望将热电压信号V_TH119倒置以使盘面24a外形直接地不是倒数地对应于热电压信号V_TH119的变化。因此MR头电压的负值-V_TH能提供盘面24a外形的定性标志，将“冷区”标志为峰和“热区”标志为谷。

图7中还显示经过处理的对应于盘面24a变化的磁间距信号121。可以看出磁间距信号121不正确地将某些表面特征，例如缺磁区126，的存在标志为盘面24a外形的变化。当与用热信号119提供的盘面图像信息比较时，还可看出磁间距信号121提供有关其它表面特征，例如凸起124，的劣质标志。

应该理解热信号通常包含代表MR元件与盘相互作用时热响应的信号。如盘面的发射性或吸收性变化，则结果的热信号也将相应地变化。从下面的讨论中将能更好地理解到：诸如表面外形或发射性/吸收性等的盘面的变化可以有目的地引入并用回读信号的两个分量的信息内容加以利用。

另一个从盘面影响回读信号特征的MR元件72特性是MR元件72与盘面或其它阻挡物发生物理接触。例如，当在盘面和MR元件72之间发生临时物理接触时出现热粗糙度(TA)。例如，对凸起124的热电压响应的负(冷却)峰随即被一个大而浅的正峰响应所代替，后面又立即随之以连续的如图8所示的负冷却响应。该正峰响应系由MR元件72与盘面24a上的局部粗糙度之间的机械摩擦生热所造成。由于与热粗糙度相关连的机械摩擦的作用，在物理接触的区域内可能刮去磁性层。这将导致磁性缺损126，但这并非这类缺损的唯一根源。

参照图9，图中阐述了以前结合图1讨论的信号分离/复原模块76的实施例。应该理解信号分离/复原模块76可用于完成将磁信号自回读信号中分离出来的单项任务，以便去除对热信号或其它因素有影响的回读信号的低频调制分量。在另一实施例中，信号分离/复原模块76可用于完成双重任务：首先自回读信号60中分离出磁信号分量以去除低频热信号分量，此外是自回读信号中提取热信号，从而有可能随后以基本上独立的形式处理磁信号和热信号两者的信息内容。

如图9中所示，在其位置十分靠近数据存储磁盘24的MR元件72中感应了回读信号。如下面将更详细地讨论的，回读信号调制内容作为热信号分量特性的函数在频率和幅值上都有变化。

在一个实施例中，由AE模块74自MR元件72接收的回读信号被模数转换器84由模拟形式转换为数字形式。另一方案是，AE模块可以是一个包括模数转换器在内的数字装置。根据AE模块74的数字实施例，使用线性相位可编程滤波器能在回读信号的热信号分量中不产生或产生很小相位或幅值失真。

数字化的回读信号接着送至延迟装置86和线性相位可编程滤波器88。可编程滤波器88是一个具有长度N的有限脉冲响应(FIR)滤波器，其中N代表可编程滤波器8的脉冲响应系数或抽头的数量。当加至可编程滤波器88输入端的回读信号通过可编程滤波器88时，它经受对应于可编程滤波器长度N的全部信号延迟。

根据此实施例，可编程滤波器使用合适的抽头系数和加权系数进行编程以便通过回读信号中较低频率的热信号分量而滤掉较高频率磁信号分量。如此一来，可编程滤波器88配置为低通滤波器并编程以通过热信号分量，后者通常认为是中频信号，其大部能量位于大约10仟赫(KHz)至大约100-200KHz的频率范围内。注意到回读信号的磁信号分量具有大约20兆赫(MHz)与100MHz之间的频率范围。可编程滤波器88输出端的热信号80送至信号相加装置90。热信号80也可自可编程滤波器88的输出端送至数据存储系统的其它部件，例如送至伺服控制用于控制道跟随和寻道操作的目的。

延迟装置86自模数转换器84接收回读信号60并按回读信号通过可编程滤波器88所需时间延迟的等效时间长短将回读信号向信号相加装置90的传送加以延迟。如此方式，包含磁的和热的信号分量两者的回读信号与由可编程滤波器88自回读信号中提取的热信号80基本上同一时间抵达信号相加装置90。信号相加装置90对回读信号和热信号80完成解调操作以产生一个复原的回读信号78。因此图9中显示的实施例中阐述的信号分离/复原模块76提供了组合回读信号的磁的和热的信号分量的分离，此外并产生一个非失真的复原的磁回读信号78和一个复原的热信号80。

图10阐述信号分离/复原模块76的另一个实施例，其中通过信号分离/复原模块将调制的回读信号处理后产生一个复原的磁回读信号。根据此实施例，MR元件72自数据存储磁盘检测到含有磁的和热的信号分量的幅值失真的回读信号，并将它送至AE模块74。接着该调制的回读信号由采样器84数字化并传送通过合适地配置的可编程滤波器88以产生非失真的复原的磁回读信号78。可编程滤波器88最好是一个有限脉冲响应(FIR)滤波器，如此编程以使组合回读信号的相对高频的磁信号分量能通过而摒弃组合回读信号中相对低频的热信号分量。虽然FIR滤波器以外的其它滤波器也可用作可编程滤波器88，但重要的是滤波器88具有基本完善的线性相位响应以便达到最佳性能。这容易用数字FIR滤波器达到。在某些应用场合中容许滤波器88具有一定程度的非线性相位特性。

一般说来，当一个信号通过滤波器时，它的幅值和/或相位被改变。信号改变的特点和程度取决于滤波器的幅值和相位特性。滤波器的相位延迟或组合延迟提供一个滤波器如何改变信号的相位特性的有用量度。具有非线性相位特性的滤波器在通过它的信号中产生相位失真。产生相位失真的原因是信号中的每个频率分量的延迟量不和频率成正比，因而改变了它们的谐波关系。已经发现一定种类的FIR滤波器能提供完善的线性相位响应，这对于基本上消除由热信号分量的影响造成的回读信号的不好的调制和产生一个复原的磁回读信号78是必需的。

参照图11中阐述的实施例，其中显示了将信号分离/复原模块76选择性地连至其中通常通过回读信号的记录通道或使它与之脱开的能力。所显示的可编程滤波器88连至其中存放着一批可编程滤波器参数集的只读存储器(ROM)94。在采用FIR滤波器88的实施例中，ROM94中通常存放着一批抽头加权集96，并可能另外存放至少一套复原抽头加权集98。在采用具有高通滤波特性的模拟AE模块74的实施例中，可编程滤波器88可以是一个连至ROM94的IIR滤波器。

只为阐述目的而不加任何限制作用，现假定一个具体数据存储系统的记录通道包括单个10抽头FIR滤波器88。该10抽头FIR滤波器88连至配置为存放64套不同的抽头加权集96的ROM94，这些集中任何一套可装入FIR滤波器88供将其响应重新编程之用。如前所讨论的，当伺服控制器试图处理失真的回读信号时，由伺服扇区中读取的调制的磁回读信号可产生特别有害的结果。例如，伺服扇区的葛莱码域66中所包含的扇区和柱面信息可能被误译释或无法读取。

信号分离/复原模块76可选择性地使用于只处理来自图11中所示埋嵌于数据扇区中的伺服扇区的回读信号信息。根据此实施例，在数据存储系统的记录通道中采用的单个可编程滤波器88可以分时地工作，一部分时间通过信号分离/复原模块76和伺服通道处理对应于伺服扇区的回读信号及另外一部分时间通过数据通道处理对应于数据扇区的回读信号。当读取数据扇区信息时，回读信号选择性地通过数据通道以便绕过信号分离/复原模块76。

如图11中所描述的，并根据采用埋嵌的伺服结构的数据存储盘24的实施例，当数据存储盘24通常以数千RPM转速旋转时，一个数据扇区和伺服扇区交错相处的信息串通过MR元件72。当MR元件72读取来自数据扇区102的信息时，在MR元件72中产生的回读信号传送至AE模块74、FIR滤波器88和数据通道以便绕过信号分离/复原模块76。可注意到，当处理自数据扇区102中获取的信息时，FIR滤波器使用一套或数套抽头加权集96编程。

当伺服扇区104靠近MR元件72时，存放于ROM94中的复原抽头加权集98装入FIR滤波器88，从而替代以前装入的驻留在FIR滤波器88中的抽头加权集。复原抽头加权集98将FIR滤波器88配置以去除自伺服扇区104中读取的回读信号的热信号分量，并产生一个对应于存放于伺服扇区104中的纯净磁信号的复原的磁回读信号78。复原的磁回读信号78接着送至伺服控制并作相应处理。当与伺服扇区104邻近的数据扇区106靠近MR元件72时，一套选好的抽头加权集96被装入FIR滤波器88以替代原先装入的复原抽头加权集98。自数据扇区106获得的回读信号通过FIR滤波器88和数据通道得到处理以便绕过信号分离/复原模块76。对自伺服扇区获得的回读信号的选择性处理过程以类似方式重复。

应该理解，图11中阐述的实施例特别适用于改进在读/写通道中包括单个可编程滤波器88的数据存储系统。可以理解可能希望包括一个附加的可编程滤波器以便将第一可编程滤波器配置为在伺服通道中运行，而将第二可编程滤波器配置为在数据通道中运行。根据使用两个这类独立可编程滤波器的配置，自数据扇区获得的回读信号的复原操作使数据存储系统的误差率性能得到改进。

可注意到当检测到同步(Sync)域64或其它标志伺服扇区起始的信号时可完成将存放于ROM94中的复原抽头加权集98装入可编程滤波器88的过程。类似地，可对同步域或其它标志伺服扇区起始的信息信号进行检测以确定何时将用于数据扇区的抽头加权集96装入可编程滤波器88以便自数据扇区读取信息。为了解有关适合于在信号分离/复原模块76中使用的FIR滤波器的设计、实施和编程的更多细节，可参阅E.C.Ifeachor和.W.Jervis的“数字信号处理”一书(Addison-WesleyPublishing Company，Inc.1993)。

回至图4和5，图4中所示调制的回读信号代表在被信号分离/复原模块76处理之前回读信号的曲线。图5中回读信号的图形阐述经过信号分离/复原模块76处理后的图4的回读信号。热信号分量对图4中所示回读信号的不良影响通过采用信号分离/复原模块76中的9抽头FIR滤波器得到消除，以产生图5中所示复原的磁回读信号78。图12中显示用于产生图5中所示复原的磁回读信号的9抽头FIR滤波器的幅值和相位特性。

具体说，可在图12(b)中看出在感兴趣的频率范围内9抽头滤波器表现出完善的线性相位响应。图13阐述了9抽头FIR滤波器在消除回读信号的基线偏移或调制中的有效性。图13(a)的回读信号表现出一个不稳定或幅值变化的基线。在图13(b)中，在原失真的回读信号通过恰当地编程的9抽头FIR滤波器后，图13(a)中明显的回读信号的调制基线已被复原。用于复原回读信号基线的9抽头滤波器的抽头加权系数被定义为包括以下：

B(i)＝(1/9)×(-1，-1，-1，-1，8，-1，-1，-1，-1)

或

B(i)＝(-.111，-.111，-.111，-.111，.889，-.111，-.111，-.111，-.111)

注意到图13(c)中所示波形是由于图13(a)中所示调制的回读信号通过常规高通Butterworth滤波器而产生。可以看出，在使回读信号通过常规高通滤波器后，仍然存在回读信号基线的不良调制。

如前所指出的，用于复原回读信号基线至图13(b)所示曲线的9抽头FIR滤波器的幅值和相位特性分别示于图12(a)和12(b)。自图12(a)可看出在滤波器的通带中可能出现某种程度的波纹，这可通过将窗口功能加至9抽头FIR滤波器的抽头加权系数上而使之消除。作为例子，可在9抽头FIR滤波器的抽头加权系数加上Hamming窗口以产生一个具有下列抽头加权系数的带窗口的复原滤波器：

B(i)＝(-.0089，-.0239，-.06，-.0961，.8889，-.0961，-.06，-.0239，-.0089)

在具有上列抽头加权系数的9抽头带窗口的FIR滤波器的输出量中消除了纹波，如图14(a)中所示。图14(b)进一步显示，带窗口的9抽头FIR滤波器保留了它的完善的线性相位响应。应注意，将例如Hamming窗口的窗口功能加至可编程FIR滤波器88后，会得到一个非零的DC增益和使低频响应略有增大。

现转向图15-22，其中阐述了信号分离/复原模块76的另一实施例，它特别适用于对自使用MR元件72的数据存储磁盘中获取的回读信号采用高通滤波的数据存储系统。此实施例既可用于新设计的数据存储系统也可用于改进的系统。在设计例如图1中阐述的AE模块74的模拟AE模块时，经常希望将高通滤波与预放大器一起包括进来，其目的是摒弃回读信号中低于磁信号分量频率范围的信号内容。AE模块74的高通滤波特性使组合回读信号的热信号分量的幅值和相位两者都失真。此热信号失真的严重性取决于所采用的具体AE模的幅值和相位响应。

作为例子，适用于AE模块74的高通滤波器可有约为500KHz的截止频率表现出非线性相位特性。然而与有用的热信号信息相关连的频率通常低于200KHz，位于10KHz至大约100KHz之间。可以知道具有大约500KHz的截止频率的高通滤波器会显著地使回读信号的热信号分量的幅值和相位失真。然而回读信号的磁信号分量却不受高通滤波器的影响，因为磁信号的频率范围通常约为高通滤波器截止频率的20倍至40倍。

在图15(a)和15(b)中分别显示了一个具有高通滤波特性的典型模拟AE模块74的幅值和相位响应的曲线。该高通滤波器的截止频率约为500KHz。在500KHz处具有单极点及具有图15中所示幅值和相位响应的AE模块74的有效高通滤波器的模拟传递函数的数字等效函数可定义如下： $H=\frac{b_h\left(1\right)+b_h\left(2\right)\·Z^{-1}}{l+a_h\left(2\right)\·Z^{-1}}---\left[1\right]$

其中：

b_h(1)＝.9876

b_h(2)=-.9876

a_h(2)＝-.9752

由AE模块74的高通滤波特性引入的热信号的幅值和相位上的失真可使用其传递函数为高通滤波器传递函数的倒数的倒置滤波器来有效地去除。将自AE模块输出的回读信号通过倒置滤波器，即将热信号在幅值和相位两方面都复原至其起源形式。例如，用于将通过一个具有上述式〔1〕的传递函数的高通滤波器的回读信号改善的倒置滤波器的传递函数由下式给出： $H^{-1}=\frac{l+a_h\left(2\right)\·Z^{-1}}{b_h\left(1\right)+b_h\left(2\right)\·Z^{-1}}---\left[2\right]$

AE模块74的有效高通滤波器及以上式〔2〕中描述的倒置滤波器的幅值和相位响应分别绘于图16和17中。具体地说，倒置滤波器及AE模块74的有效高通滤波器的幅值响应分别示如图16中的170和172。倒置滤波器及有效高通滤波器的相位响应分别示如图17中的曲线176和174。

在一个实施例中，一个无限脉冲响应(IIR)滤波器用作信号分离/复原模块76中的倒置滤波器，使用目的是复原高通滤波后回读信号中的热信号内容。IIR滤波器的脉冲响应具有无限持续时间，与此相反，FIR滤波器的脉冲响应具有有限持续时间。不像FIR滤波器那样显示出完善的线性相位响应，IIR滤波器的相位响应是非线性的，在频带边缘尤其如此。虽然模拟滤波器可作为另一种方案，但IIR滤波器提供一系列优点，能适合于用作倒置滤波器以便复原由于模拟AE模块74的高通滤波特性而失真的热信号幅值和相位。

图18中阐述的信号流动图代表一个配置为倒置滤波器的一阶IIR滤波器。具有由以上式〔2〕表示的传递函数的一阶IIR倒置滤波器的图18中信号流动图的有关系数如下：

a₁＝.9876

a₂＝-.9876

b₁＝.1

b₂＝-.9752为了解在信号分离/复原模块76中适用作倒置滤波器的IIR滤波器的设计，实施和编程方面的更多细节，可参阅E.C.Ifeachor和B.W.Jervis的“数字信号处理”一书(Addison-Wesley Publishing Company，Inc.1993)。

图19阐释的三条波形显示用于复原曾通过高通滤波器的回读信号的热信号分量初始幅值和相位的倒置滤波器的有效性。图19(a)显示用MR头在数据存储盘面的凹点上扫描而检测到的回读信号。图19(a)中所示磁回读信号是从曾以20MHz写频率写入的道中检测而得。该磁回读信号以8位分辨率和100MHz频率进行采样。图19(b)中所示信号代表图19(a)的回读信号的计算的峰峰幅值。此外，图19(b)中所示信号代表图19(a)中所示回读信号的磁信号分量，它清楚地显示出，由于MR读元件经过凹点上方而使幅值显著地减小。图19(c)阐述图19(a)的回读信号通过AE模块74的有效高通滤波器后的热信号分量。将图19(b)和图19(c)的波形进行比较可看出回读信号的磁的和热的信号分量之间彼此并不完全对应。这个热的与磁的信号之间的不好的相关性是模拟AE模块74的有效高通滤波特性明显地将热信号偏移而造成热信号失真的结果。

如图20所阐述的，信号分离/复原模块76的倒置滤波器复原热信号162的幅值和相位。注意到图20中阐述的热的和磁的信号被描绘为头盘间距信号，这将在下面详细讨论。可以看出，当高通滤波后的热信号通过倒置滤波器后，磁信号与复原的热信号彼此之间表现出紧密的对应。

如前面结合图7讨论的，在MR头中感应的热信号作为头盘间距的函数而变化。因此热信号所含信息可用于检测盘的表面外形的变化。不同的表面特征，例如凹点、槽孔、凸起、热粗糙度、颗粒污染和类似情况，都可利用热信号加以检测。应理解可能有目的地将这些表面特征放入盘面以使用热信号获得不同类型的信息。

例如，可能在盘面中包括同心的和径向的细长凹纹，其目的是使用热信号确定道和扇区位置。另外，可使用热信号完成盘面的详细外形绘图。可以理解自回读信号中提取的热信号的可用性能够有利地应用于广泛的不同用途。作为进一步的例子，一个或更多个有一定深度的细纹可在盘面中制出，供MR头的热响应定标之用，以便使用热信号获得头盘间距测量。

熟悉技术的人知道可使用由读/写传感器产生的磁回读信号确定盘面与传感器之间间距的变化。这种使用磁回读信号确定头盘间距的方法称为谐波比飞越(HRF)间隙测试。HRF测试是一种已知的使用磁头盘间距信号测量支撑传感器的滑块飞越高度的方法，此方法可就地完成，也可在数据存储系统外壳内完成。HRF方法描述于美国专利号4,777,544中，它已转让给本发明的受让人并在这里引用以供参考。HRF测量方法是一种连续、瞬时的测量回读信号的频谱中两条谱线比例的方法。两条瞬时谱线值涉及直接处于MR传感器下面的记录媒体的同一体积元件。HRF测量方法利用磁回读信号确定相对于盘面的瞬时头间隙。

根据一个实施例，在MR头中感应的回读信号的热信号分量用于定性地确定头盘间距的变化。在又一个实施例中，利用磁信号将热信号定标以便定量地确定头盘间距。参照图21，其中以框图形式显示了用于处理回读信号以获取磁的和热的头盘间距信息。由MR元件72自盘面24检测到回读信号。为便于阐述，假定回读信号是一个包含磁的和热的信号分量的组合信号，并认为不含磁信号分量的回读信号包含一个能用于确定头盘间隙的热信号。由MR元件72检测的回读信号送至AE模块74并接着送至高通滤波器150。高通滤波器150被示为AE模块74之外的一个部件，但被提供为通常代表AE模块74的高通滤波特性。有效的高通滤波器150的传递函数以H₀表示。来自高通滤波器150的输出信号由模数转换器151采样以产生高通滤波的回读信号的数字采样信号。

如图21中所阐述的，在热信号提取滤波器157的输出端处159标示的热信号可使用以上讨论过的任何方法产生。例如，数字化的回读信号可送至倒置滤波器156，后者纠正由AE模块74的高通滤波器150所引入的失真。该倒置滤波器156的传递函数标以H₀ ^-1。然后由可以是FIR滤波器的热信号提取滤波器157提取热信号。可以理解，倒置滤波器156和热信号提取滤波器157可包埋在一个信号IIR滤波器内以恢复由于高通滤波器150的作用而失真的热信号。另一方案是，回读信号可在高通滤波器150之前的地点抽头出来并输入至热信号提取滤波器157，后者可以是上面详细讨论过的FIR滤波器。由热信号提取滤波器157提取的热信号送至平均值滤波器158，后者又产生一个与头盘间距线性地相关的热间距信号162。平均值滤波器158是一个数字移动平滑求平均值滤波器。

在模数转换器151输出端提供的回读信号也可送至幅值检测器152，例如FIR滤波器，后者检测回读信号的峰峰值并自回读信号中提取磁信号分量。使磁信号通过对数装置154可获取磁信号的对数值，对数装置154产生的磁信号与头盘间距有线性关系。分别提取磁的和热的间距信号160和162两者之后，由于磁信号定标是已知的并只决定于信号的记录的波长，因此可对热信号定标。重要的是应知道磁间距信号160和提取的热信号162两者的负值(或倒数)与头盘间距(Y)成线性比例。

在图20中一同阐述了由热信号提取滤波器157和平均值滤波器处理所得的热问题信号162及由幅值检测器152和对数装置154处理所得的磁间距信号160。注意到通常取峰峰信号的对数值并乘以根据有名的Wallace公式得出的输出电压变化对磁间距变化的已知灵敏度，从而计算出线性化的磁间距信号160。自图20中可看出，除信号高度不同和热间距信号162的时间常数较长以外，磁间距信号160和热间距信号162都描述一个盘面凹点。可以使用线性化磁间距信号160对热间距信号162定标以准确地反映真实头盘间距，这将在下面更详细地进行讨论。

本发明的重要优点涉及使用MR元件72的热响应就地或在数据存储系统外壳内检测头盘间距变化的能力。使用MR元件72的热响应的就地头盘间距测量对于盘制造业的测试和筛选是有用的，并可在数据存储系统的服务期间在现场完成预测故障分析(PFA)。热间距信号162可进一步用于检测数据存储系统的头与盘面的接触。

现参照图22，其中显示出头盘接触事件，例如MR头与局部热粗糙度(TA)的接触的磁的和热的间距信号160和162两者。磁间距信号160已通过取磁信号的对数而被线性化。热间距信号162系使用以前描述的倒置滤波方法所确定。可以看出，当盘粗糙度使MR元件72在自盘面向上的方向内位移时，MR元件至盘的间距在增加。磁的和热的间距信号160和162两者都标示出在0至约25微秒期间头盘间距的这类逐步增大。在MR元件72经过粗糙度后，在MR元件72回至稳态飞越高度之前出现某种程度的气浮轴承(头盘间距)调制。图22中可看出气浮轴承调制在大约35微秒处开始并持续至70微秒。

磁的和热的间距信号160和162间的波形特征的相似性表明热间距信号162可用于就地检测头盘接触，而不必求助于测试台设备或外部测试器。注意到具体数据存储系统所需倒置滤波器的特性决定于AE模块74的高通滤波器的极点位置。对于采用IIR滤波器或FIR滤波器的实施例而言，只需修改系数或抽头加权系数。在采用IIR滤波器的实施例中，当高通滤波器150的极点频率发生变化时，可以自适应地或动态地进行这种修改。例如，极点频率通常随温度变化。应该理解此处描述的倒置滤波器150不限于一阶IIR结构。

在MR头中感应的热信号幅值通常为用于MR头中的具体MR元件的函数。例如，制造过程和材料的变动会导致MR元件响应的变动。因此，为精确地使用MR头的热响应以确定头盘间距变化，希望使用磁响应就地对热响应定标。例如，可使用有名的Wallace间距损失公式获取精确的磁间距信息。可在停靠带中制做一个例如径向槽或凹点的定标凹陷并用它产生热的和磁的信号调制其供就地完成热间距定标之用。能为该槽精确地确定磁间距，而这又能用于为MR元件的热电压响应定标。

另一个方法涉及使用HRF方法或其它类似方法进行的磁头盘间距测量与热间隙测量的组合。根据此组合测试，完成一个同时的热的和磁的“减速”，其中将两个盘速之间的热电压变化与两个盘速之间的有名的(HRF)间距变化进行比较。由于AE模块74的高通截止频率通常比盘转速频率大数个数量级，因此难于在采用具有高通滤波特性的AE模块74中在盘转速下完成热信号的复原。

AE模块74的高通频率滤波特性使MR头的热响应的头盘间距定标更为复杂。具有高通滤波特性的AE模块74的传递函数HAE(S)通常由下列一次近似式代表： $H_{\mathrm{AE}}\left(S\right)=K_{\mathrm{AE}}\frac{s}{s+a}---\left[3\right]$

其中K_AE是记录频率时AE模块74的增益，及“ a”是装入AE模块74的有效高通滤波器的截止频率。增益的典型值为K_AE＝170，但AE模块74的增益一般波动较大。典型的截止频率“a”约为325Khz，而通常伴随着大的容差值+/-125Khz。

在表面分析筛选中需检测的凸起似的表面缺陷的频率通常在10KHz与100KHz之间的范围内。MR头的热响应可直接译释这些频率，而由于磁记录载波频率的存在磁响应将在20MHz的范围内将这些频率向上偏移。AE模块74的高通特性将使频率在400KHz以下的热响应中所有凸起扰动幅值在不同数量上衰减，而磁响应则不受影响。为复原热响应的衰减量，必须使用一定积分方式。采用其传递函数H_1NV(S)为AE模块74的传递函数H_AE(S)的倒数(也即H_1NV(S)＝1/H_AE(S))的倒置滤波器即可完成此复原过程。例如自一个转速为7200RPM的盘中读取数据的MR头中存在的最低频率为120Hz，而用于检测盘面凸起的最低频率约为10KHz。由此看出，一个伪倒置滤波器，例如一个其零点(“a”)位于400KHz处和极点(“b”)位于5KHz处的超前一滞后滤波器可能更适合于此种用途。

伪倒置滤波器具有如下形式的传递函数： $H_{P-\mathrm{INV}}\left(S\right)=\frac{s+a}{s+b}---\left[4\right]$ 以及该伪倒置滤波器与AE模块串到以后的总传递函数成为： $H\left(s\right)=H_{\mathrm{AE}}\left(s\right)H_{P-\mathrm{INV}}\left(s\right)=K_{\mathrm{AE}}\left(\frac{s}{s+a}\right)\left(\frac{s+a}{s+b}\right)=K_{\mathrm{AE}}\frac{s}{s+b}---\left[5\right]$

因此，以上补偿的传递函数H(S)成为一个具有5KHz截止频率的高通滤波器，它适用于以非失真的形式允许与盘面凸起有关连的频率通过。

高通截止频率“a”的大的波动能导致复原的热响应的大波动。每个MR头的高通截止频率“a”、增益KAE和灵敏度[nm/mv]的精确估计对于可靠定标是重要的。由于缺少AE模块74的低频(也即≤120Hz)响应，可用另一种方法作为参考标准支持热定标过程。此支持方法在此处称为磁回读信号调制(RSM)法，它是已知的根据Wallace间距损失方法用于确定头盘磁间距的自定标方法。一个有效的热定标过程部分地以RSM方法为依据并当传动器靠在停靠带中的碰撞挡块上时初始地完成，以检验包含定标凹陷的道的回读信号的热的和磁的分量两者。

定标凹陷做在空白盘的两面并经受抛光和溅射处理以允许自所做的凹陷处获得磁的和热的数据两者。应注意到做在停靠带中的凹陷也可另外做成制造出的凸起。然而凸起更易导致头/盘于扰(HDI)并可能由于头盘碰撞而导致头或盘的永久性损害。凸起还可能导致头的抬起和气浮轴承调制，因此看来它不适合于用作永久性定标点。相反地，一个“纯净”凹点不会导致头的抬起，也不会导致任何气浮轴承调制、盘衬底表面上的定标槽制造时也不贵。

在讨论定标过程的实施例之前，对若干个与定标过程有关连的变量下定义可能是有帮助的。注意到LF(低频)一词系指盘转速频率(RPM/60)的数量级，例如7200RPM转速时的120Hz。参照式6和7，V_TH(LF)一词代表停靠带中除自定标凹点处获取的数据以外的AE模块的恢复的热电压(基线)响应的每转平均值，并通常以毫伏(mv)表示。V_TH(Pit)一词是自停靠带中定标凹点中产生的在若干转内求平均AE模块的恢复的平均热电压峰值，并通常以毫伏(mv)表示。δ_HRF(LF)代表停靠带中除自定标凹点获取的数据以外的RSM头盘隔离距离的每转平均估算值，并通常以纳米(nm)表示。最后，δ_HRF(Pit)一词是自停靠带中定标凹点中产生的在若干转内求平均的HRF头/盘间距的平均峰值，并通常以纳米(nm)表示。

所建议的热定标过程使用低频(LF)SM头盘间距的每转平均估算值δ_HRF(LF)以及相应的当传动器靠在停靠带中碰撞挡块上时及除自定标凹点获取的数据以外所获取的平均热基线电压V_TH(LF)进行预测。被排除在外的热的和磁的凹点数据的平均峰值为V_TH(Pit)和δ_HRF(Pit)。

第i个头所用“AC”定标系数C(i)可如下确定： $C\left(i\right)=\frac{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{HRF}}\left(\mathrm{LF}\right)-{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{HRF}}\left(\mathrm{Pit}\right)}{V_{\mathrm{TH}}\left(\mathrm{Pit}\right)-V_{\mathrm{TH}}\left(\mathrm{LF}\right)}[\mathrm{nm}/\mathrm{mv}]---\left[6\right]$ 应注意到对于凹点而言，下列情况成立：

δ_HRF(LF)＞δ_HRF(Pit)及V_TH(LF)＞V_TH(Pit)。第I个热头盘间距的近似式成为：

δ_TH(i)＝δ_HRF(LF)+C(i)·ΔV_TH    〔7〕其中ΔV_TH＝V_TH(defect)-V_TH(LF)。在凸起的情况下，假定不存在头与MR元件的接触，只有冷却，因此ΔV_TH＜0。在凹点的情况下，由于头盘间隔增大，将使MR元件加热，因此ΔV_TH＞0。由于近似的热头盘间距公式是在定标凹点的位置处定标的(也即此情况下的内径停靠带，但对装载/卸除驱动器而言也可在外径处)，可以在缺陷出现的道半径处更新平均RSM头盘间距δ_HRF(LF)，从而改进精确度。为在制造筛选中完成这点，会在缺陷半径处写一条磁道。

即使没有MR头热响应的定标，回读信号的热信号分量也可用于提供一个定性的而非定量的盘面特性的分析。因此，可以完成盘面分析筛选以便使用一个内在规范化方法来检测盘的缺陷。一个这种方法立足于将盘道上的内在“背景”热信号信息用作参考。自它导得截断水平(即故障阈值)。重要的是注意到可以在没有磁层涂到盘面的情况下完成对盘面外形的定量和定性估价这两项。因此不论是有意提供的还是无意提供的空白盘，在将空白盘进一步加工之前，这种不带磁层的空白盘可用于彻底地分析盘缺陷和特征的存在情况。由于此，可避免对有缺陷的空白盘的昂贵的加工。

一个典型的数据存储磁盘所用热背景可看作由五个基本频率组所组成。第一组包括占支配地位和通常处于2.5MHz与10MHz之间的范围内的伺服模式频率。第二组包括自每个伺服脉冲串的起始至结尾都定义的和通常处于60KHz与70KHz之间的范围内的伺服长度频率。第三组包括约为10KHz的伺服间频率或伺服脉冲串之间时间间隔的倒数。第四组频率是超过10Mhz的数据模式频率。如道被擦除则磁数据模式可取消。

第五组频率是宽带的并涉及盘外形，其中头盘间距随着盘面的波动而变化。第五组的上限由通常约为1微秒的MR响应的热时间常数所限制。经过适当滤波，这五个“噪音”源对回读信号幅值调制的影响可选择性地加以抑制。注意到头盘接触事件的信噪比通常超过10∶1(20分贝)，因此可以容易地检测到。

有不少滤波方案可用于将以上提到的五个噪音源滤波。这些滤波方案包括使用椭圆滤波器以将回读信号滤波。带阻椭圆滤波器较Butterworth或Chebyshev滤波器更能提供大衰减系数和较小相位失真。一个有用的滤波方案使用两个带阻滤波器。每个四阶数字椭圆带阻滤波器具有两个由位于Z平面单位圆上的传递函数的两对复数零点所形成的缺口。一个“低缺口”四阶椭圆滤波器能消除约15KHz以下的频率。实际上伺服间模式频率的问题最大，因为它接近与盘面缺陷有关的所需检测的带宽。低缺口椭圆滤波器可设计为能提供在120Hz和10.8KHz处的缺口以便在此频率范围内产生大的衰减系数(例如20-60分贝)。第二个四阶椭圆缺口滤波器配置为高缺口滤波器，能使其频率约为5MHz及其三次谐波约为15MHz的伺服模式频率衰减。这两个频率是主导的。一个四阶椭圆缺口滤波器能在此频率范围内提供大的衰减。由于常用数据存储系统的轴速度是精确的，所以这些频率是固定的。

如上所描述的，回读信号的磁的和热的分量两者都包含有关自其中读取回读信号的盘面的表面特性的信息。下面表1中列出对不同类型盘面缺陷和永久地写下的伺服扇区的磁的和热的间距信号响应之间的比较。通过将组合回读信号分离为独立的磁的和热的信号分量，即有机会使用两个独立的、同时的MR头响应以检测同一“未知现象”或表面缺陷。在盘面分析中使用两个独立的热的和磁的信号能明显地提高缺陷检测的分辨率和可靠性。可使用两维(2D)检测方法而不是一维(1D)方法实现增强型缺陷检测。一维检测方法被认为是或使用磁信号或使用热信号而不同时使用两种信号的一种方法。同时使用于同一瞬间自同一MR元件获取的两个独立的磁的和热的信号能提供有力工具，用于检测未知盘面缺陷并将它们分类。

下面表1提供了对于图7中所示简单盘面缺陷和永久性地记录的磁的和热的MR头盘间距响应的差别的归纳。应该理解许多盘面缺陷，例如抓痕和槽孔，是典型的若干简单缺陷的复杂组合，因此会产生更为复杂的MR头响应。

                               表1

	对于表面缺陷和伺服扇区的峰值响应
			缺陷类型	热间距信号	磁间距信号
凹点	正值	正值

凸起	负值	正值
			热粗糙度	大正值	负值
缺陷磁区	无	正值
			伺服扇区	无	负与正值

参照以上表1，可如下完成用于盘面缺陷分析的方法。首先，在数据存储系统中提供的每个盘的每个面上完成热扫描。将超过预定正与负阈值的热电压的热响应结果显示出来。由于热响应对缺磁区和预先写入的伺服扇区不灵敏，因此该过程将伺服扇区和缺磁区看作有效表面缺陷而在它们中间消除磁模式。注意到只使用磁信号的缺陷分析过程会错误地将缺磁区或放错位置的永久性记录标示为表面缺陷。在热扫描时对热阈值检测器的触发可归结为三种基本的表面缺陷类型，也即凹点，凸起和热粗糙度(TAs)，或这种缺陷类型的组合。

接着可在触发热阈值处的盘面位置处写入磁信息以便完成磁缺陷验证过程，例如将上面表1中提供的磁响应特性用在HRF或RSM方法中。由于只有凸起的热粗糙度应标示为有效的故障情况，因此在将缺陷盘或装有缺陷盘的数据存储系统摒弃之前必须同时出现热检测器和HRF/RSM检测器两者的触发操作。

因此，响应于头盘间距变化而产生的MR元件的加热和冷却可用于检测和鉴别对盘24的机械损伤和其它非致命性盘缺陷，如凹点和缺磁区，其中机械损伤提供摒弃盘的足够理由，而非致命性缺陷提供的摒弃盘的理由并不充分。此种盘面缺陷分析可就地完成，也可在发运之前在完全可以运行的数据存储系统内完成。此外，可在数据存储系统的现场服务周期内就地完成分析，及按预定时刻完成，以便完成对数据存储系统的预测故障分析。另一方案是可对不涂磁层的空白盘进行盘面缺陷分析以便避免对有缺陷的空白盘作进一步处理。

一种用于将盘缺陷分类的方法可使用自MR头中提取的热信号的负的和正的峰值。缺陷分类方法的一个实施例由下列关系导出：对于盘槽纹(例如凹点)而言，当由于头盘间距增加而使MR元件加热时，热信号的幅值也增大。对于这一类盘缺陷，很少会发生任何冷却，而冷却会使MR头产生一个负极性热信号。

对于近于头盘接触的情况而言，MR元件冷却。MR元件的冷却导致产生负向变化热电压信号V_TH。用于测试盘的机械损伤的准则如下：

              (V+)+|V-|＞T      〔8〕其中

V+是V_TH的正峰值；

V-是V_TH的负峰值；以及

T是热电压阈值，如被超过，则标示存在着盘的机械损伤。

本发明者已经确定式〔8〕的测试准则可用于精确地标识已有的或即将发生的盘机械损伤的存在。将式〔8〕应用于确定盘机械损伤的存在是合适的，因为这种损伤总是伴随着加热和冷却两者，加热由离开头的盘缺陷所造成而冷却由MR元件靠近盘面所造成。对于其它不伴随盘面的向上隆起的盘缺陷而言，例如涂覆凹点，因为不会出现显著的MR元件冷却量，在热电压信号中不会出现足够引起关注的足够大的负峰值，此外，完全影响磁信号的盘缺陷，例如缺磁区，不会导致产生可觉察的热响应。由于常规筛选过程无法可靠地验证是否存在伴随缺磁区或其它缺陷的盘机械损伤，因此以前数据存储磁盘制造商的通常做法是将可疑的表现出非灾难性缺磁特点的盘摒弃。

一般说来，可用曲线鉴别通过和不合格的筛选准则。一条筛选曲线的例子由下式给出：

                   V_- ⁿ+C₁V₊ ^m＝C₂    [9]

其中V_-是最小热电压，V₊是最大热电压，及n、m、C₁和C₂是常数。例如，如取n＝m＝2和C₁＝1，则“通过-不合格”曲线是半径为

的圆的一段。

可采用盘面缺陷检测电路建立对特定类型的表面缺陷的标识。在图23中阐述的实施例中，使用模拟电路实现一个缺陷标识电路91，当然知道，作为另一方案可将缺陷标识电路91实现为数字电路或通过数字信号处理操作来实施。缺陷检测标识电路91测量负热“冷却”峰值V_TH(cool)与热粗糙度“加热”尖峰的正峰值V_TH(warm)之间的总热电压信号差Δ_TH(TA)以检测热粗糙度(TA)，由下式给出：

ΔV_TH(TA)＝V_TH(warm)-V_TH(cool)    〔10〕

由信号分离/复原模块76自回读信号中提取热电压信号V_TH，并将它送至一个正峰值保持电路71和一个负峰值保持电路73。正峰值保持电路71存储热信号的正峰值电压V_TH(warm)，而负峰值保持电路73则存储热信号的负峰值电压V_TH(cool)。一个用比较器配置中存在的运算放大器实现的凹点检测器75被定标以便将合适的输入阈值电压T_(PIT)和正峰值电压V_TH(warm)进行比较，从而检测表面凹点。

一个类似地实现的凸起检测器79被定标以便将合适的输入阈值电压T_(BUMP)和负峰值电压V_TH(cool)进行比较，从而检测表面凸起。一个类似地实现的热粗糙度检测器77被定标以便将合适的输入阈值电压T_(TA)和由相加电路81产生的热信号差值(V_TH(warm)-V_TH(cool))进行比较，从而检测热粗糙度。在不采用正的和负的峰值保持电路71和73的实施例中，可以连续地监视相对于预先设置的用于标识缺陷的阈值的热响应电压V_TH的最大正峰值和最小负峰值。

三个比较器75、77和79的逻辑电平可配置为形成与下面表2中所示通过/不合格判定表连用的一个三位字(TA、BUMP、PIT)。如前所讨论的，可以将磁道写至盘上并完成HRF和/或RSM检验测试。以便在出现盘故障的情况下连续地完成检验过程。

                        表2

比较器逻辑电平			通过/不合格准则
				TA	BUMP	PIT
0	0	0	通过
				0	0	1	通过
0	1	0	不合格(凸起)
				0	1	1	不合格(槽孔)
1	0	0	不合格(TA)
				1	0	1	不合格(TA)
1	1	0	不合格(高凸起)
				1	1	1	不合格(带TA的凸起)

参照图24，其中阐述了用于完成利用回读信号的热信号分量的误差纠正程序的不同步骤。图24中以流程图形式描述的误差纠正程序适用于纠正严重误差造成的数据误差，一般是执行若干标准误差纠正程序后完成的。在步530处标识包含丢失的或无法读取的信息的缺陷扇区。在步532处将缺陷的扇区或盘区的回读信号采样。在步534处存储采样的回读信号。所存储的对应于缺陷扇区的回读信号标示如RS(DEFECT)＝M(DEFECT)+T(DEFECT)，其中RS(DEFECT)代表自缺陷扇区获取的总回读信号，M(DEFECT)代表自缺陷扇区获取的回读信号的磁信号分量，及T(DEFECT)代表自缺陷扇区获取的回读信号的热信号分量。

在步536处，盘面区的缺陷扇区被擦除。在完成缺陷盘面位置的擦除操作后，在步538处将擦除的缺陷扇区的回读信号进行采样。自擦除的缺陷扇区获取的回读信号的采样值表示为RS(ERASE)＝T(ERASE)，其中RS(ERASE)代表自擦除的缺陷扇区获取的总回读信号采样值，及T(ERASE)代表自擦除的缺陷扇区获取的回读信号RS(ERASE)的热信号分量。注意到由于擦除过程基本上消除了所有来自缺陷扇区的磁信号分量，所以回读信号RS(ERASE)的磁信号分量并不包括在内。

然而，注意到虽经过擦除过程，但盘面上的微小裂缝仍会保留小量磁通。由于此点，如步540处所示，希望从自擦除的缺陷扇区中获得的回读信号中提取热信号T(ERASE)并将它存储起来。注意到，上面结合图6(a)和6(b)所讨论的热信号波形证实T(DEFECT)与T(ERASE)基本相同。在步542处，自在步532处由缺陷扇区获得的回读信号中减去在步538处为擦除的缺陷扇区获取的回读信号。如步542所示，此减法运算产生缺陷扇区的复原的磁信号分量M(RECOVERED)。复原的磁信号M(RECOVERED)接着存储于存储器中或数据存储盘上其它地方。在最后一步546中，将复原的磁信号M(RECOVERED)自存储器中传送通过正常的数据记录通道，在通道中信息被编码为二进制字。

当然，应该知道可在不背离本发明的范围或实质的情况下对上面讨论的实施例进行不同修改或补充。相应地，本发明的范围不应只限于上面讨论的具体实施例，而只应由下面提出的权利要求书的完全和明确的范围所规定。

Claims (30)

1.一种用于处理使用磁阻(MR)元件自存储介质获取的信号的方法，其特征在于包括以下步骤：

使用MR元件自存储介质读取信号；

修改信号以使代表MR元件热响应的信号热分量衰变；以及

改变该修改的信号以产生一个基本上能代表自存储介质读取的信号的热分量的复原的热信号。

2.权利要求1的方法，其特征在于：

自存储介质中读取的信号的热分量与第一频率范围相关连；

修改步骤包括将信号进行高通滤波，以便使第一频率范围以上的信号内容通过及使信号热分量衰变的步骤；以及

改变步骤包括将修改的信号滤波以产生复原的热信号的步骤。

3.权利要求2的方法，其特征在于：

将修改的信号滤波的步骤包括使修改的信号通过一个倒置滤波器的步骤，其中倒置滤波器的响应基本上是与高通滤波步骤相关连的响应的倒数。

4.权利要求1的方法，其特征在于：

修改步骤包括使信号通过一个具有高通滤波特性的电路以便使热分量以外的信号内容通过和使信号热分量衰变的步骤；以及

改变步骤包括使修改的信号通地一个倒置滤波器的步骤，其中倒置滤波器的响应基本上是与电路的高通滤波特性相关连的响应的倒数。

5.权利要求1的方法，其特征在于：

自存储介质读取的信号包括一个磁分量和热分量；

修改步骤包括将信号滤波以便使信号磁分量通过和使信号热分量衰变的步骤，以及

改变步骤包括将修改的信号滤波以产生复原的热信号的步骤。

6.权利要求1的方法，其特征在于：使修改的信号通过一个无限脉冲响应(IIR)滤波器以产生复原的热信号的步骤。

7.权利要求1的方法，其特征在于：

自存储介质中读取的信号包括一个与第一频率范围相关连的磁分量；

修改步骤包括使自存储介质读取的与第一频率范围相关连的信号内容通过的步骤；以及

改变步骤包括使低于第一频率范围的修改的信号内容通过的步骤。

8.权利要求1的方法，其特征在于：

修改步骤包括使自存储介质读取的大约500仟赫以上的信号内容通过的步骤；以及

改变步骤包括摒弃大约500仟赫以上的修改的信号内容的步骤。

9.权利要求1的方法，其特征在于复原的热信号代表MR元件与存储介质之间的一个隔离距离。

10.权利要求9的方法，其特征在于复原的热信号按比例地随着MR元件与存储介质之间的隔离距离的变化而变化。

11.权利要求1的方法，其特征在于复原的热信号代表存储介质的表面外形。

12.权利要求1的方法，其特征在于自存储介质读取的信号包括伺服信息及复原的热信号代表伺服信息。

13.权利要求1的方法，其特征在于自存储介质读取的信号包括代表伺服信息的磁分量。

14.权利要求1的方法，其特征在于包括进一步自信号中提取磁分量的步骤。

15.权利要求1的方法，其特征在于自存储媒体读取的信号包括热分量和一个磁分量，该方法包括如下的进一步的步骤：

将复原的热信号自信号中减去以便自信号中提取磁分量。

16.一种供包括信息存储介质在内的信息存储装置用的信号处理设备，包括：

一个包括磁阻(MR)元件在内的传感器；

一个连至该传感器、用于修改使用MR元件自存储介质读取的信号的电路，修改信号的目的是使代表MR元件热响应的信号热分量衰变；以及

一个连至该电路、使用自电路接收的修改的信号以产生一个基本上代表自存储介质读取的信号的热分量的复原的热信号的滤波器。

17.权利要求16的设备，其特征在于该滤波器具有基本上是电路的滤波响应的倒数的响应。

18.权利要求16的设备，其特征在于该滤波器包括一个无限脉冲响应(IIR)滤波器。

19.权利要求18的设备，其特征在于该IIR滤波器被编程以具有基本上是电路的滤波响应的倒数的响应。

20.权利要求16的设备，其特征在于：

自存储介质读取的信号的热分量与第一频率范围相关连；

该电路使第一频率范围以上的信号内容通过及使信号热分量衰变；以及

该滤波器使与第一频率范围相关连的修改的信号内容通过以产生复原的热信号。

21.权利要求16的设备，其特征在于：

该电路使自存储介质读取的、大约500仟赫以上的信号内容通过；以及

该滤波器摒弃自该电路接收的大约500仟赫以上的修改的信号内容。

22.权利要求16的设备，其特征在于：

自存储介质中读取的信号包括一个与第一频率范围相关连的磁信号分量；

该电路使自存储介质读取的、与第一频率范围相关连的信号内容通过及使信号的热分量衰变；以及

该滤波器使自该电路接收的低于第一频率范围的修改的信号内容通过。

23.权利要求16的设备，其特征在于包括一个连至该电路、用于使自存储介质读取的信号的磁信号分量通过的磁信号滤波器。

24.权利要求16的设备，其特征在于包括：

一个连至该电路和该滤波器、用于自滤波器接收复原的热信号和自电路接收组合信号的信号相加装置，其中该组合信号系使用MR元件自存储介质读取并包括热分量和一个磁分量；

其中该信号相加装置通过将复原的热信号自组合信号中减去以产生复原的磁信号，从而基本上消除组合信号的热分量。

25.权利要求24的设备，其特征在于在该滤波器输出端提供复原的热信号和在该信号相加装置输出端提供复原的磁信号。

26.一种信息存储装置，包括：

一个包括磁阻(MR)元件的传感器；

一个存储介质；

用于移动传感器和介质中的至少一个以便在传感器与介质之间产生相对运动的装置；

一个连至传感器用于修改使用MR元件自存储介质读取的信号以使代表MR元件热响应的信号热分量衰变的电路；以及

一个连至该电路，使用自该电路接收的修改的信号产生一个基本上代表自存储介质读取的信号热分量的复原的热信号的滤波器。

27.权利要求26的设备，其特征在于该滤波器具有一个基本上是该电路的主滤波响应的倒数的响应。

28.权利要求26的设备，其特征在于该滤波器包括一个被编程以便具有一个基本上是该电路的滤波响应的倒数的响应的无限脉冲响应(IIR)滤波器。

29.权利要求26的设备，其特征在于：

自存储介质中读取的信号的热分量与第一频率范围相关连；

该电路使第一频率范围以上的信号内容通过并使信号热分量衰变；以及

该滤波器使与第一频率范围相关连的修改的信号内容通过以产生复原的热信号。

30.权利要求26的设备，其特征在于包括：

一个连至该电路和该滤波器、用于自滤波器接收复原的热信号和自电路接收组合信号的信号相加装置，其中该组合信号系使用MR元件自存储介质读取并包括热分量和一个磁分量，其中：

该信号相加装置将复原的热信号自组合信号中减去以产生一个复原的磁信号，从而基本上消除组合信号的热分量；以及

在该滤波器输出端提供复原的热信号及在信号相加装置输出端提供复原的磁信号。

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