CN103021426B - 校准热辅助磁记录的激光写入功率的磁盘驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁盘驱动器，其包括在磁盘上方被致动的磁头，其中该磁头包括用于在将数据写入磁盘时加热磁盘的激光器。该磁盘驱动器接收写入命令，并且将激光器的功率增加到用于在将数据写入磁盘时加热磁盘的写入功率。基于随着时间施加到激光器的功率来调整校准间隔，并且以该校准间隔校准写入功率。

Description

校准热辅助磁记录的激光写入功率的磁盘驱动器

背景技术

磁盘驱动器包括磁盘和磁头，该磁头连接到致动器臂的远端，由音圈马达（VCM）绕着枢轴旋转该致动器臂，以便在磁盘上方径向定位磁头。磁盘包括多个径向间隔的同心磁道，用于记录用户数据扇区和嵌入伺服扇区。嵌入伺服扇区包括磁头定位信息（例如，磁道地址），该磁头定位信息由磁头读取并由伺服控制器处理以便当致动器臂从一个磁道到另一个磁道寻道时控制致动器臂的速度。

通常，在被称为饱和记录的过程中通过调制感应线圈中的写入电流将磁跃迁记录到磁盘表面上来将数据写入磁盘。在回读期间，由读取元件（例如，磁阻元件）感应磁跃迁并由合适的读取信道解调所得到的读取信号。热辅助磁记录（HAMR）是最新的发展，其通过在写入操作期间加热磁盘表面来减少磁性介质的矫顽力，由此使得由写入线圈生成的磁场能够更容易地磁化磁盘表面，从而改善写入数据的质量。

附图说明

图1A示出根据本发明的实施例包括在磁盘上方被致动的磁头的磁盘驱动器。

图1B示出根据本发明的实施例包括在将数据写入磁盘时加热磁盘的激光器的磁头。

图1C是根据本发明的实施例的流程图，其中基于随时间变化的激光功率调整激光器的校准间隔。

图2A示出一个实施例，其中根据使用水平，校准间隔随着时间推移以不同速率减少。

图2B示出一个实施例，其中在将数据写入磁盘时，校准间隔以更快速率减少。

图3A示出激光器如何在不同环境温度下以不同速率退化。

图3B示出本发明的一个实施例，其中基于环境温度调整校准间隔。

图4A是根据本发明的实施例的流程图，其中基于在读取操作期间生成的质量度量调整校准间隔。

图4B示出根据本发明的实施例基于质量度量调整的校准间隔。

图5A是根据本发明的实施例的流程图，其中基于为校准间隔定时的校准定时器偏置质量度量。

图5B示出根据本发明的实施例可以如何偏置质量度量的示例。

图6是根据本发明的实施例的流程图，其中当校准激光器的写入功率时，围绕当前设定值来测试设定值的范围。

图7示出本发明的实施例，其中若调整激光器的写入功率不改善性能，则重置写入功率并校准另一个分量。

具体实施方式

图1A示出根据本发明的实施例的磁盘驱动器，其包括在磁盘4上方被致动的磁头2。磁头2（图1B）包括用于在将数据写入磁盘4时加热磁盘4的激光器6。磁盘驱动器进一步包括可操作用于执行图1C的流程图的控制电路8，其中接收写命令（步骤10），并且在将数据写入磁盘时（步骤14），将激光器的功率增加到用于加热磁盘的写入功率（步骤12）。基于随着时间施加到激光器的功率来调整校准间隔（步骤16），并且以该校准间隔校准写入功率（步骤18）。

在本发明的实施例中，可以采用任何合适的激光器6，例如激光二极管。另外，本发明的实施例可以采用任何合适的技术来将激光聚焦到磁盘上，例如合适的波导、放大镜或其他合适的光学器件。同样在图1B的实施例中，磁头2包括写入元件20（W.E.）（例如，感应线圈）和读取元件22（R.E.）（例如，磁阻读取元件）。在写入操作期间，将施加于激光器6的功率增加到写入功率以便加热磁盘，由此减少矫顽力，从而更加可靠地写入数据。写入功率被定期校准以确保在磁盘驱动器的寿命期间最佳地加热，而且由于激光器的输出随着时间而退化，在本发明的实施例中，基于随着时间推移施加于激光器的功率来调整校准间隔。

这在图2A中示出，其中在磁盘驱动器的寿命期间，校准激光器的写入功率的校准间隔减少以解决激光器随着时间的退化。校准间隔减少的速度取决于在磁盘驱动器的寿命期间的使用水平（写操作的频率），其中当使用水平增加时，校准间隔减少更快。也就是说，增加的写操作频率导致更快的激光器退化，并且因此以更快的速率减少校准间隔以确保维持最佳写入功率。在一个实施例中，校准间隔被减少到最小值而不是图2A中所示的零。图2A的示例假设随着时间推移的恒定使用水平，并且因此校准间隔随着时间线性减少，但由于使用水平是随着时间改变的，所以实际减少速率可能随着时间而改变。

图2B示出本发明的一个实施例，其中在激光器功率为高的写入时间期间，校准间隔减少更快，而在激光器功率较低或关闭的空闲时间期间，校准间隔减少更慢。在一个实施例中，在空闲时间期间可以关闭激光器功率，而在另一个实施例中，在空闲时间期间可以将激光器功率减少到待命水平。在又一个实施例中，在将数据写入磁盘之前的预热间隔期间可以增加激光器功率，其中预热功率可以与写入功率相同或小于写入功率。在本发明的实施例中，随着时间跟踪施加于激光器的功率，并相应地调整校准间隔。

图3A和图3B示出本发明的一个实施例，其中基于环境温度，激光器输出随着时间推移以不同速率退化。在图3A所示的示例中，当环境温度（TEMP）增加时，激光器输出更快地退化，其中图3A示出的每个曲线假设随着时间推移的恒定激光器功率和恒定环境温度。为了解决变化的退化速度，在图3B所示的实施例中，基于校准间隔内的环境温度调整对校准间隔定时的校准定时器（CAL）。实际上，基于环境温度来调整校准间隔，其中在图3B的示例中，由于在不同间隔内环境温度增加，因此校准间隔减少。图3B的示例显示出基于环境温度的当前校准间隔的明显减少，但实际上由于环境温度的起伏，校准间隔可能改变更小的量。

图4A示出根据本发明的实施例的流程图，其在图1C的流程图上扩展，其中当接收到读取命令时（步骤24），从磁盘读取数据并生成相应的质量度量（步骤26）。然后基于该质量度量调整激光器写入功率的校准间隔。在图4B所示的示例中，可以随着质量度量（QM）改变，在校准间隔期间调整校准定时器，由此调整校准间隔。例如，如果质量度量指示所记录的数据的质量退化时，则减少校准间隔，以便尽快重新校准激光器写入功率。可以在从磁盘读取数据时生成任何合适的质量度量，例如比特错误率或任何合适的读取信道质量（例如，读取信号幅度、增益控制设定值、定时恢复度量、序列检测器度量等）。

图5A是根据本发明的实施例的流程图，其在图4A的流程图上扩展，其中，基于对校准间隔定时的校准定时器，偏置在读取操作期间（步骤26）生成的质量度量（步骤30）。然后基于所偏置的质量度量调整校准间隔（步骤32）。例如，如果质量度量指示在校准激光器写入功率后记录质量很快退化，则更有可能是由于其他问题而不是激光器写入功率的问题。因此，控制电路可以尝试重新校准不同的分量（例如，写入电流幅度或读取信道分量）而不是尝试再次校准激光器写入功率。但是，如果质量度量在校准间隔的末端附近退化时，更有可能是由不正确的激光器写入功率导致的。因此，校准间隔被减少，以便尽快校准激光器写入功率。可以利用任何合适的算法偏置质量度量（B_QM），其中图5B示出一个示例，其中质量度量（QM）乘以标量K与随时间递减的校准定时器相除之商。

图6是根据本发明的实施例的流程图，其用于在参考图7所述的校准间隔的末端处重新校准激光器写入功率。在校准第一写入功率（步骤34）并利用第一写入功率执行多个写入操作之后，在校准间隔的末端处重新校准写入功率（步骤38）。以第一写入功率测量质量度量（步骤40），例如通过向磁盘写入和从磁盘读取测试模式来进行测量。然后将写入功率增加到高于第一写入功率（步骤42），并且以增加的写入功率测量质量度量（步骤44）。如果基于质量度量在增加的写入功率下改善了记录质量（步骤46），则逐渐增加写入功率直至质量度量达到目标值（步骤48）。

如果质量度量指示记录质量在较高写入功率下退化（步骤46），则写入功率被减少到低于第一写入功率（步骤50），并且在减少的写入功率下测量质量度量（步骤52）。如果基于质量度量在减少的写入功率下改善了记录质量（步骤54），则逐渐减少写入功率直至质量度量达到目标值（步骤56）。

如果质量度量指示记录质量在较低写入功率下退化（步骤54），假设写入功率不需要重新校准，则将写入功率重置到第一写入功率（步骤58）。如果质量度量低于阀值，即指示差的记录质量，则可以校准不同的分量（步骤58）。例如，在一个实施例中，差的质量度量可以触发激光器写入功率的重新校准，但是如果校准程序指示当前的写入功率已经是最佳的，则控制电路可以尝试校准可能是差记录质量的原因的不同分量（例如，写入电流幅度或读取信道分量）。

在图6和图7的实施例中，在重新校准期间写入功率起初从当前设定值增加，因为假设激光器输出在校准间隔内是退化的。以此方式，执行重新校准程序的时间通常被最小化，因为多数时间激光器写入功率将需要从当前设定值增加一些设定值。但是，当这一假设不正确时，正确的写入功率通常小幅递减到低于当前设定值。因此，通过仅测试围绕当前设定值的一些设定值而不是测试全范围的设定值（例如，通过开始于低功率设定值并逐渐增加直至质量度量达到目标）来最小化重新校准时间。

在一个实施例中，预先确定激光器的额定性能特征，例如，通过评估激光器制造商提供的性能数据。作为替换，可以通过执行若干激光器的基准测试来确定其额定性能特征，而在另一个实施例中，当在现场部署时，性能特征可以由每个单独磁盘驱动器保存并传输给磁盘驱动器制造商（例如经由互联网或者当返回维修时）。然后激光器的性能特征可以被用于优化一系列磁盘驱动器的校准间隔轮廓/曲线（profile）。也就是说，在制造每个新磁盘驱动器时，可以基于激光器的额定性能特征为其配置校准间隔轮廓。

在一个实施例中，可以基于在现场部署时为激光器测量的实际性能特征，在每个磁盘驱动器内调整校准间隔轮廓。例如，控制电路可以测量激光器的性能特征并基于随着时间的总体退化、环境温度和/或上述质量度量来修改用于偏置对校准间隔的调整的算法。在一个实施例中，在重新校准程序期间，基于写入功率需要的调整量确定激光器的性能特征。如果在重新校准时写入功率需要大的调整，则可以修改用于调整校准间隔的算法，以便更快地减少校准间隔（从而尽快校准写入功率）。相反，如果在当前校准间隔的末端重新校准时写入功率仅需要轻微的调整，则可以修改算法以更慢地减少校准间隔。

可以采用任何合适的控制电路来实施本发明实施例中的流程图，例如任何合适的一个或多个集成电路。例如，可以在读取信道集成电路内或在与读取信道独立的组件例如磁盘控制器中实施该控制电路，或者上述某些步骤可以由读取信道执行，而其他的步骤由磁盘控制器执行。在一个实施例中，读取信道和磁盘控制器被实施为单独的集成电路，而在可替换的实施例中，它们被构造成单个集成电路或片上系统（SOC）。此外，控制电路可以包括实施为单独的集成电路、集成到读取信道或磁盘控制器电路内或集成到SOC内的前置放大器电路。

在一个实施例中，控制电路包括执行指令的微处理器，这些指令可操作用于促使微处理器执行本文所述的流程图的步骤。指令可以被存储在任何计算机可读介质中。在一个实施例中，它们可以被存储在微处理器外面的或与微处理器集成在SOC中的非易失性半导体存储器上。在另一个实施例中，当磁盘驱动器被加电时，指令被存储在磁盘上并被读取到易失性半导体存储器中。在又一个实施例中，控制电路包括合适的逻辑电路，例如状态机电路。

Claims (20)

1.一种磁盘驱动器，其包括：

磁盘；

在所述磁盘上方被致动的磁头，其中所述磁头包括用于在将数据写入所述磁盘时加热所述磁盘的激光器；以及

控制电路，其可操作用于：

接收写入命令；

将施加到所述激光器的功率增加到用于在将数据写入所述磁盘时加热所述磁盘的写入功率；

测量将所述功率施加到所述激光器的持续时间；

基于所述持续时间调整校准间隔；以及

以所述校准间隔校准所述写入功率。

2.根据权利要求1所述的磁盘驱动器，其中所述控制电路进一步可操作用于随着时间减少所述校准间隔以补偿激光器退化。

3.根据权利要求1所述的磁盘驱动器，其中所述控制电路进一步可操作用于基于随着时间施加到所述激光器的功率和环境温度来调整所述校准间隔。

4.根据权利要求3所述的磁盘驱动器，其中所述控制电路可操作用于随着所述环境温度增加而减少所述校准间隔。

5.根据权利要求1所述的磁盘驱动器，其中所述控制电路进一步可操作用于基于质量度量来调整所述校准间隔。

6.根据权利要求5所述的磁盘驱动器，其中所述质量度量包括从所述磁盘读取的数据的错误率。

7.根据权利要求5所述的磁盘驱动器，其中所述质量度量包括读取信道质量度量。

8.根据权利要求5所述的磁盘驱动器，其中所述控制电路进一步可操作用于基于对所述校准间隔定时的校准定时器来偏置所述质量度量。

9.一种磁盘驱动器，其包括：

磁盘；

在所述磁盘上方被致动的磁头，其中所述磁头包括用于在将数据写入所述磁盘时加热所述磁盘的激光器；以及

控制电路，其可操作用于：

将所述激光器的写入功率校准到第一写入功率；

利用所述第一写入功率执行多个写入操作；以及

在执行所述多个写入操作后，至少通过以下方式重新校准所述激光器的写入功率：

将所述写入功率增加到高于所述第一写入功率并测量质量度量；

当所述质量度量指示在较高写入功率下的退化性能时，将所述写入功率减少到低于所述第一写入功率；以及

当所述质量度量指示在较低写入功率下的退化性能时，将所述写入功率重置到所述第一写入功率，并且校准写入电流幅度。

10.根据权利要求9所述的磁盘驱动器，其中所述控制电路进一步可操作用于通过以下方式校准所述激光器的写入功率：

将测试模式写入所述磁盘；以及

通过从所述磁盘读取所述测试模式来测量所述质量度量。

11.一种操作磁盘驱动器的方法，其中所述磁盘驱动器包括在磁盘上方被致动的磁头，其中所述磁头包括用于在将数据写入所述磁盘时加热所述磁盘的激光器，所述方法包括：

接收写入命令；

将施加到所述激光器的功率增加到用于在将数据写入所述磁盘时加热所述磁盘的写入功率；

测量将所述功率施加到所述激光器的持续时间；

基于所述持续时间调整校准间隔；以及

以所述校准间隔校准所述写入功率。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括随着时间减少所述校准间隔以补偿激光退化。

13.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括基于随着时间施加到所述激光器的功率和环境温度来调整所述校准间隔。

14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括随着所述环境温度增加而减少所述校准间隔。

15.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括基于质量度量来调整所述校准间隔。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述质量度量包括从所述磁盘读取的数据的错误率。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述质量度量包括读取信道质量度量。

18.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括基于对所述校准间隔定时的校准定时器来偏置所述质量度量。

19.一种操作磁盘驱动器的方法，其中所述磁盘驱动器包括在磁盘上方被致动的磁头，其中所述磁头包括用于在将数据写入所述磁盘时加热所述磁盘的激光器，所述方法包括：

将所述激光器的写入功率校准到第一写入功率；

利用所述第一写入功率执行多个写入操作；以及

在执行所述多个写入操作后，至少通过以下方式重新校准所述激光器的写入功率：

将所述写入功率增加到高于所述第一写入功率并测量质量度量；

当所述质量度量指示在较高写入功率下的退化性能时，将所述写入功率减少到低于所述第一写入功率；以及

当所述质量度量指示在较低写入功率下的退化性能时，将所述写入功率重置到所述第一写入功率，并且校准写入电流幅度。

20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括通过以下方式校准所述激光器的写入功率：

将测试模式写入所述磁盘；以及

通过从所述磁盘读取所述测试模式来测量所述质量度量。