CN103959378A - 固定可编程有限冲激响应均衡器中的抽头系数 - Google Patents

固定可编程有限冲激响应均衡器中的抽头系数 Download PDF

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Abstract

公开一种用于选择要固定可编程有限冲激响应(FIR)均衡器的哪些抽头系数的方法。在一个实施例中，这样的方法包括执行初始校准以确定用于FIR均衡器的每个抽头系数的初始值。这些初始值可以用来产生第一波形。该方法然后对第一波形执行操作以产生包括多个瓣的第二波形。然后分析第二波形以确定第二波形的具有最大面积的至少一个瓣。该方法然后固定与具有最大面积的一个或者多个瓣最接近的一个或者多个抽头的系数。也公开一种对应装置和计算机程序产品。

Description

固定可编程有限冲激响应均衡器中的抽头系数
技术领域
本发明涉及用于读取存储介质、比如磁带上的数据的装置和方法。
背景技术
随着现代带盒的存储容量被推动地越来越高，变得越来越难以从磁带读取数据。少量制造变化或者温度、湿度或者头到带接口的变化可能引起回读信号的改变，这些改变可能使传统记录通道无法检测数据。现代带驱动能够通过变得可适配来应对这一可变性。基于从带读取的数据，现代带驱动的读取-检测通道可以调整回读信号的均衡以提高信噪比。它也可以补偿头不对称性或者修改数据检测参数以提高检测可靠性。
以上讨论的可适配性的问题之一是读取-检测通道有时未向最优配置收敛。取而代之，它可能从最优配置发散，从而不再能够检测数据。对于原本良好的介质、头和带路径，通道可能以使数据无用的方式适配。这一问题往往随着带存储密度增加而变得更差。
均衡器的发散是读取-检测通道不稳定性的主要原因。在许多情况下，可以通过固定可适配有限冲激响应(FIR)均衡器(也称为FIR滤波器)中的某个数目的抽头系数来控制这一发散。例如在包括十七个抽头的典型FIR均衡器中，可以固定在十七个抽头系数之中的四个抽头系数。如果固定了正确的抽头系数，则FIR均衡器将稳定并且FIR均衡器将向最优配置收敛(假设FIR均衡器的初始配置合理)。如果固定了错误的抽头系数，则FIR均衡器不会收敛并且均衡将最终变得如此之差以致于数据读取不会可用。
在许多当前抽头驱动的FIR均衡器中，固定在十七个抽头系数之中的四个相邻抽头系数。在这样的驱动中，可以使用校准过程来确定均衡器的初始配置(即抽头系数)。然后可以使用十七这一最大抽头系数。可以固定在最大抽头系数的一侧上的两个抽头系数和在最大抽头系数的另一侧上的一个抽头系数。通常选择具有两个固定抽头系数的该侧在十七个系数中的下一最大抽头系数的方向上。这一方法已经在历史上良好地工作。然而随着抽头线性密度已经增加并且存储介质的记录性质已经改变，这一方法越来越造成发散FIR均衡器。
鉴于前文，需要的是一种用于选择要固定可编程FIR均衡器的哪些抽头系数的改进方法。理想地，这样的方法将允许FIR均衡器向提高(而不是恶化)信噪比的最优配置更一致地收敛。
发明内容
已经响应于本领域的当前状态并且具体响应于本领域中的尚未被当前可用装置和方法完全解决的问题和需要而开发本发明。因而，已经开发本发明以提供用于更有效地选择要固定可编程有限冲激响应(FIR)均衡器的哪些抽头系数的装置和方法。本发明的特征和优点将从以下描述和所附权利要求中变得更完全地清楚或者可以通过如下文阐述的本发明的实践来了解。
与前文一致，这里描述一种用于选择要固定可编程有限冲激响应(FIR)均衡器的哪些抽头系数的方法。在一个实施例中，这样的方法包括执行初始校准以确定用于FIR均衡器的每个抽头系数的初始值。这些初始值可以用来产生第一波形。该方法然后对第一波形执行操作以产生包括多个瓣的第二波形。然后分析第二波形以确定第二波形的具有最大面积的一个或者多个瓣。该方法然后固定与具有最大面积的一个或者多个瓣最接近的一个或者多个抽头的系数。
这里也公开和要求保护一种对应装置和计算机程序产品。
附图说明
为了将容易理解本发明的优点，将通过参照附图中所示具体实施例来表现以上简要描述的本发明的更具体描述。理解这些附图仅描绘本发明的典型实施例、因此不会视为限制它的范围，将通过使用附图用附加特点和细节描述和说明本发明，在附图中：
图1是示出用于带驱动的读取-检测通道的一个示例的高级框图；
图2是示出常规可编程有限冲激响应(FIR)均衡器的高级框图；
图3是示出在功能上与图2中所示可编程FIR均衡器等效的可编程FIR均衡器的高级框图；
图4是示出用于选择要固定可编程有限冲激响应(FIR)均衡器的哪些抽头系数的改进方法的一个实施例的流程图；
图5A是示出用于第一示例FIR的初始抽头系数以及使用根据本发明的改进方法而固定的抽头系数的表格；
图5B是示出为第一示例FIR生成的第一波形和代表第一波形的修改版本的第二波形的图形；
图5C是示出图5B中所示第二波形的量值的图形；
图6A是示出用于第二示例FIR的初始抽头系数以及使用根据本发明的改进方法而固定的抽头系数的表格；
图6B是示出为第二示例FIR生成的第一波形和代表第一波形的修改版本的第二波形的图形；
图6C是示出图6B中所示第二波形的量值的图形；
图7A是示出用于第三示例FIR的初始抽头系数以及使用根据本发明的改进方法而固定的抽头系数的表格；
图7B是示出为第三示例FIR生成的第一波形和代表第一波形的修改版本的第二波形的图形；并且
图7C是示出图7B中所示第二波形的量值的图形。
具体实施方式
将容易理解可以在广泛多种不同配置中布置和设计如这里主要描述和各图中图示的本发明的部件。因此，如各图中代表的本发明的实施例的以下更具体描述未旨在于限制如要求保护的本发明的范围、但是仅代表根据本发明的当前设想的实施例的某些示例。将通过参照附图最好地理解当前描述的实施例，其中相似部分全篇由相似标号表示。
如本领域技术人员将理解的那样，可以体现本发明为一种装置、系统、方法或者计算机程序产品。另外，可以实施本发明为一个硬件实施例、被配置用于操作硬件的软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)以及组合软件和硬件单元二者的一个实施例。这些实施例中的每个实施例可以由一个或者多个模块或者块代表。另外，可以在任何有形表达介质中体现的计算机可用存储介质中实施本发明，该有形表达介质具有在其中存储的计算机可用程序代码。
可以利用一个或者多个计算机可用或者计算机可读存储介质的任何组合以存储计算机程序产品。计算机可用或者计算机可读存储介质可以例如是但不限于电子、磁、光、电磁、红外线或者半导体系统、装置或者设备。计算机可读存储介质的更多具体示例(非穷尽列表)可以包括以下各项：具有一个或者多个接线的电连接、便携计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或者闪存)、光纤、便携紧致盘只读存储器(CDROM)、光存储设备或者磁存储设备。在本文的上下文中，计算机可用或者计算机可读存储介质可以是任何可以包含、存储或者传送用于由或者结合指令执行系统、装置或者设备使用的程序的介质。
可以用一个或者多个编程语言的任何组合编写用于实现本发明的操作的计算机程序代码，该一个或者多个编程语言包括面向对象的编程语言、比如Java、Smalltalk、C++等和常规过程编程语言、比如“C”编程语言或者相似编程语言。也可以用低级编程语言、比如汇编语言编写用于实施本发明的计算机程序代码。
以下可以参照根据本发明的实施例的方法、装置、系统和计算机程序产品的流程图图示和/或框图描述本发明。将理解流程图图示和/或框图的每个块以及在流程图图示和/或框图中的块组合可以由计算机程序指令或者代码实施。可以向通用计算机、专用计算机或者其它可编程数据处理装置的处理器提供计算机程序指令以产生机器，从而经由计算机或者其它可编程数据处理装置的处理器执行的指令产生用于实施在流程图和/或框图的一个或者多个块中指定的功能/动作的装置。
计算机程序指令也可以存储于计算机可读存储介质中，该计算机可读存储介质可以指引计算机或者其它可编程数据处理装置以特定方式工作，从而在计算机可读存储介质中存储的指令产生包括指令装置的制造品，这些指令装置实施在流程图和/或框图的一个或者多个块中指定的功能/动作。也可以向计算机或者其它可编程数据处理装置上加载计算机程序指令以使系列操作步骤在计算机或者其它可编程装置上执行以产生计算机实施的过程，从而在计算机或者其它可编程装置上执行的指令提供用于实施在流程图和/或框图的一个或者多个块中指定的功能/动作的过程。
参照图1，图示高级框图，该高级框图示出用于带驱动的读取-检测通道电路100的一个示例。每带驱动通常有十六个或者三十二个读取检测通道100，但是其它数目的通道是可能的。在读取操作期间，带头102通常在磁带104上记录的数据之上通过以便将记录的数据转换成模拟信号。具体而言，在磁带驱动中，磁阻读取头102在先前已经作为通量反转在磁带104上写入的数据之上通过。在头102在带104之上通过时，头102将通量反转转换成代表原先存储于磁带104上的数据的电模拟信号。
模数转换器106(“ADC”)对模拟信号定期地采样并且将采样的模拟信号转换成数字输入信号并且创建数字波形。然后可以向有限冲激响应(FIR)均衡器108发送模数转换器106的输出以对数字波形进行成形。然后可以通过检测器接口110向检测器112发送数字波形。检测器112可以将数字波形转换成一和零的二进制流，该二进制流理想地反映原先向磁带104写入的数据。
在产生二进制数据时，检测器112产生误差信号，该误差信号指示在均衡器输出与希望的检测器输入之间的误差。可以向最小均方(LMS)引擎116发送这一误差信号，该LMS引擎使用误差信号以调整FIR均衡器108的选择的抽头系数。输入缓冲器114可以用来在时间上对准误差信号与从模数转换器106接收的输出。在实践中，如下文将更具体说明的那样，可以固定FIR均衡器108的某些相邻抽头系数而可以允许其它抽头系数响应于误差信号而适配(即将它们的值调整成最优值)。这理想地允许FIR均衡器108保持稳定而仍然允许它适应误差信号。在图2和图3中图示FIR均衡器电路108的两个示例。
参照图2，图示高级框图，该高级框图示出常规可编程有限冲激响应(FIR)均衡器108的示例。如图所示，通过将FIR均衡器108的输入信号与FIR均衡器的冲激响应卷积来生成它的输出。FIR均衡器108的输出是输入的当前和有限数目的先前值的加权和。(例如可以使用寄存器而实施的)延迟单元200可以输出该输入的先前值。值(H0，H1，H2，…，Hn)是控制冲激响应的抽头系数。
在所示实施例中，FIR均衡器108包括十七个抽头和关联抽头系数。这样的FIR均衡器108主要提供在成本与稳定性之间的最优平衡、并因此使用于许多当前带驱动的当前-检测通道100中。更多抽头可以增加FIR均衡器108的成本而在信噪比(SNR)方面提供很少附加益处。更少抽头可以减少FIR均衡器108的成本、但是不合需要地减少SNR。
然而公开的FIR均衡器108不限于十七个抽头、而是可以根据需要包括更多或者更少抽头。另外，这里公开的方法不限于具有十七个抽头的FIR均衡器108、而是可以与具有任何数目的抽头的FIR均衡器108使用。在图3中示出在物理上不同于、但是在功能上等效于图2中所示FIR均衡器108的FIR均衡器108。
为了解决制造、温度、湿度和/或头到带接口的变化所引起的对回读信号的改变，可以允许FIR均衡器108的某些抽头系数变化。基于从磁带104读取的信号，读取-检测通道100可以通过修改抽头系数来调整回读信号的均衡。这一方式的一个缺点是如果允许错误抽头系数变化，则抽头系数可能以实际上恶化信噪比的方式变化。在一些情况下，抽头系数可以用不再能够检测磁带104上的数据这样的方式变化。
因此，需要一种改进方法以正确选择固定FIR均衡器108的哪些抽头系数、由此也选择FIR均衡器108的允许变化的抽头系数。理想地，这样的方法将使FIR均衡器108能够向最优配置更一致地收敛，该最优配置提高正在读取的数据的信噪比。将结合图4描述这样的方法的一个实施例。
参照图4，图示用于选择固定FIR均衡器108的哪些抽头系数的改进方法400的一个实施例。如图所示，方法400通过执行402初始校准过程以确定用于FIR的抽头系数的初始值来开始。在某些实施例中，通过读取磁带104上的校准数据并且设置抽头系数以最大化校准数据的信噪比来执行402初始校准。在其它实施例中，通过将抽头系数简单地设置成从磁带104或者另一位置读取的值来执行402初始校准。
一旦确定用于抽头系数的初始值，按照某个数目x、比如八对抽头系数进行上采样404。例如在具有十七个抽头的FIR均衡器108的情况下，按照八的上采样将提供(8×17＝136)个系数。可以通过在每个FIR系数值之间插入(x-1)个零(而x/2个零在H0之前并且(x/2)-1个零在H16之后)来执行上采样。为了用十七个抽头FIR均衡器108按照八的上采样，可以在每个FIR抽头系数之间插入七个零而四个零在H0之前并且三个零在H16之后。这些系数可以用来产生第一波形。第一波形然后可以与正弦函数卷积406以提供第二波形，该第二波形是第一波形的修改版本。然后可以通过标识第二波形的过零点来标识408第二波形的一个或者多个瓣。在某些实施例中，确定第二波形的绝对值(即量值)以有助于计算每个瓣的功率。
方法400然后可以跨每个瓣积分410以确定每个瓣的功率(即面积)。在某些实施例中，通过取得在每个瓣内的每个采样的量值并且将它们一起求和来确定瓣的功率。然后可以选择412具有最大功率的一个或者多个相邻瓣。在一个实施例中，例如可以选择412具有最大功率的两个相邻瓣。方法400然后可以确定414哪一个或者多个抽头与具有最大功率的瓣最接近。例如在将方法400应用于具有十七个瓣的FIR均衡器108时，方法400可以确定414与具有最大功率的瓣最接近的三个或者四个相邻抽头。方法400然后可以固定416这些抽头的系数而允许其它抽头的系数变化。
本发明人已经发现以上描述的方法400提供一种用于标识将产生稳定(即收敛)FIR均衡器108的固定抽头系数的更一致方式，这些抽头系数。结合图5A至7C描述将方法400应用于实际现实FIR均衡器108的若干具体示例。更具体而言，图5A至5C示出将方法400应用于第一现实FIR均衡器108；图6A至6C示出将方法400应用于第二现实FIR均衡器108；并且图7A至7C示出将方法400应用于第三现实FIR均衡器108。在这些示例中的每个示例中，方法400成功地标识产生稳定FIR均衡器108的固定抽头系数。
参照图5A，图示表格510，该表格示出用于第一示例FIR均衡器108的初始抽头系数。沿着表格510的左手侧竖直地列举初始抽头系数。使用图4的方法400，按照八对初始十七个抽头系数进行上采样以产生136个系数。这些136个系数然后用来产生如图5B中所示第一波形500。第一波形500的尖峰的量值代表图5A中列举的系数的量值。波形500在尖峰之间的部分代表在上采样步骤404期间生成的附加采样(即零)。
如方法400进一步具体说明的那样，第一波形与正弦函数卷积406以生成代表第一波形的修改版本的第二波形502。如所示出的，第二波形502包括多个“瓣”。出于本说明书的目的，定义“瓣”为波形在过零点之间的部分。图5C示出第二波形502的瓣的量值。
如先前讨论的那样，方法400对每个瓣进行积分以确定它的功率。应当认识可以对图5B中所示第二波形502或者如图5C中所示代表第二波形502的量值的波形执行积分(出于本说明书的目的，图5B和5C中所示波形中的每个波形视为“第二波形502”的不同变化)。然后可以选择412具有最大功率的一个或者多个瓣。在这一示例中，选择两个最大瓣504a、504b。方法400然后确定哪一个或者多个抽头与具有最大功率的瓣最接近。在这一示例中，与瓣504a、504b最接近的四个抽头包括抽头7、8、9和10。因此，如图5A中所示，将如粗体所指示的那样，使用图4中描述的方法400来固定系数H7、H8、H9和H10。
本发明人测试第一现实FIR均衡器108并且发现FIR均衡器108对于四个固定抽头系数的三个集合收敛(即稳定)。在图5A的表格510中示出三个系数集合。更具体而言，发现每个集合[H7，H8，H9，H10]、[H8，H9，H10，H11]和[H9，H10，H11，H12]在固定时产生稳定FIR均衡器108。如图所示，集合之一([H7，H8，H9，H10])与方法400确定的集合相同。因此，测试确认以上描述的方法400有能力选择用于第一FIR均衡器108的正确固定抽头系数集合。
参照图6A，图示表格610，该表格示出用于第二示例FIR均衡器108的初始抽头系数。沿着表格610的左手侧竖直地列举初始抽头系数。使用图4的方法400，按照八对初始十七个抽头系数进行上采样以产生136个系数。136个系数然后用来产生如图6B中所示第一波形600。第一波形600然后与正弦函数卷积406以生成包括多个瓣的第二波形602。然后对每个瓣进行积分以确定它的功率(即面积)。选择两个最大瓣604a、604b，并且确定与瓣604a、604b最接近的四个抽头。在这一示例中，与瓣604a、604b最近的四个抽头是抽头4、5、6和7。因此，如图6A中所示，如粗体所指示的那样，使用方法400来固定系数H4、H5、H6和H7。
本发明人测试第二现实FIR均衡器108并且发现FIR均衡器108对于四个固定抽头系数的三个不同集合收敛(即稳定)。在图6A的表格610中示出三个抽头系数集合。更具体而言，发现每个集合[H4，H5，H6，H7]、[H5，H6，H7，H8]和[H6，H7，H8，H9]产生稳定FIR均衡器108。如图所示，集合之一([H4，H5，H6，H7])与方法400确定的集合相同。因此，这一测试确认以上描述的方法400有能力选择用于第二FIR均衡器108的正确固定抽头系数集合。
参照图7A，图示表格710，该表格示出用于第三示例FIR均衡器108的初始抽头系数。沿着表格710的左手侧竖直地列举初始抽头系数。使用图4的方法400，按照八对初始十七个抽头系数进行上采样以产生136个系数。136个系数然后用来产生如图7B中所示第一波形700。第一波形700然后与正弦函数卷积406以生成包括多个瓣的第二波形702。然后对每个瓣进行积分以确定它的功率(即面积)。选择两个最大瓣704a、704b，并且确定与瓣704a、704b最接近的四个抽头。在这一示例中，与瓣704a、704b最接近的四个抽头是抽头2、3、4和5。因此，如图7A中所示，如粗体所指示的那样，使用方法400来固定系数H2、H3、H4和H5。
本发明人测试第三现实FIR均衡器108并且发现FIR均衡器108对于四个固定抽头系数的三个不同集合收敛(即稳定)。在图7A的表格710中示出三个抽头系数集合。更具体而言，发现每个集合[H2，H3，H4，H5]、[H3，H4，H5，H6]和[H4，H5，H6，H7]稳定FIR均衡器108。如图所示，集合之一([H2，H3，H4，H5])与方法400确定的集合相同。因此，这一测试也确认以上描述的方法400有能力选择用于第三FIR均衡器108的正确估计抽头系数集合。
应当认识方法400的如它涉及图5A至7C的不同变化是可能的。例如选择的瓣数目和为瓣选择的固定抽头系数数目可以在方法400的不同实施例中变化。例如在一个备选实施例中，方法400确定单个最大瓣并且固定相对于单个最大瓣的最接近三个或者四个抽头的系数。在另一实施例中，确定多于两个相邻最大瓣，并且固定与该组最大瓣最接近的抽头或者抽头组的系数。其它变化在本发明的范围内是可能的。
各图中的流程图和/或框图图示根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机可用存储介质的可能实现方式的架构、功能和操作。就这一点而言，在流程图和/或框图中的每个块可以代表代码模块、段或者部分，该代码模块、段或者部分包括用于实施指定的逻辑功能的一个或者多个指令。也应当注意，在一些备选实现方式中，在块中指出的功能可以按照与各图中所示顺序不同的顺序出现。例如事实上可以根据涉及到的功能按照相反顺序实施接连示出的两个块。也将注意框图和/或流程图图示的每个块以及在框图和/或流程图中的块组合可以由执行指定的功能或者动作的基于专用硬件的系统实施或者由专用硬件和计算机指令的组合实施。

Claims (20)

1.一种用于选择要固定可编程有限冲激响应(FIR)均衡器的哪些抽头系数的方法，所述方法包括：
执行初始校准以确定用于FIR均衡器的每个抽头系数的初始值；
使用所述初始值来产生第一波形；
对所述第一波形执行操作以产生代表所述第一波形的修改版本的第二波形，所述第二波形包括多个瓣；
分析所述第二波形以确定所述第二波形的具有最大面积的至少一个瓣；以及
固定与所述至少一个瓣最接近的至少一个抽头的系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中执行所述操作包括将函数与所述第一波形卷积以产生所述第二波形。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述函数是正弦函数。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个瓣是单瓣。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个瓣是一组若干相邻瓣。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个抽头是单抽头。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个抽头是一组若干相邻抽头。
8.根据权利要求1所述的方法，其中产生所述第一波形包括对所述初始值进行上采样以产生所述第一波形。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括通过找到所述第二波形的过零点来确定所述多个瓣。
10.一种用于选择要固定可编程有限冲激响应(FIR)均衡器的哪些抽头系数的装置，所述装置包括：
带驱动，被配置用于执行以下操作：
执行初始校准以确定用于FIR均衡器的每个抽头系数的初始值；
使用所述初始值来产生第一波形；
对所述第一波形执行操作以产生代表所述第一波形的修改版本的第二波形，所述第二波形包括多个瓣；
分析所述第二波形以确定所述第二波形的具有最大面积的至少一个瓣；以及
固定与所述至少一个瓣最接近的至少一个抽头的系数。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述带驱动还被配置用于通过将函数与所述第一波形卷积以产生所述第二波形来执行所述操作。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述函数是正弦函数。
13.根据权利要求10所述的装置，其中所述至少一个瓣是单瓣。
14.根据权利要求10所述的装置，其中所述至少一个瓣是一组若干相邻瓣。
15.根据权利要求10所述的装置，其中所述至少一个抽头是单抽头。
16.根据权利要求10所述的装置，其中所述至少一个抽头是一组若干相邻抽头。
17.根据权利要求10所述的装置，其中所述带驱动被配置用于通过对所述初始值进行上采样来产生所述第一波形。
18.根据权利要求10所述的装置，其中所述带驱动还被配置用于通过找到所述第二波形的过零点来确定所述多个瓣。
19.一种用于选择要固定可编程有限冲激响应(FIR)均衡器的哪些抽头系数的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括非瞬态计算机可读存储介质，所述非瞬态计算机可读存储介质具有在其中具体化的计算机可用程序代码，所述计算机可用程序代码包括：
用于执行初始校准以确定用于FIR均衡器的每个抽头系数的初始值的计算机可用程序代码；
用于使用所述初始值来产生第一波形的计算机可用程序代码；
用于对所述第一波形执行操作以产生代表所述第一波形的修改版本的第二波形的计算机可用程序代码，所述第二波形包括多个瓣；
用于分析所述第二波形以确定所述第二波形的具有最大面积的至少一个瓣的计算机可用程序代码；以及
用于固定与所述至少一个瓣最接近的至少一个抽头的系数的计算机可用程序代码。
20.根据权利要求19所述的计算机程序产品，其中执行所述操作包括将函数与所述第一波形卷积以产生所述第二波形。
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