DE2101906B2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Servosystem gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Magnetspeicherplatten mit wahlfreiem Zugriff, bei denen Daten in konzentrischen kreisförmigen
Spuren auf die Plattenoberfläche aufgezeichnet werden, ist es das Ziel, den Magnetkopf genau auf die
gewünschte Spur auszurichten. Der Grad der Genauigkeit, mit dem der Magnetkopf ausgerichtet werden
kann, bestimmt den Abstand, der zwischen zwei benachbarten Spuren nötig ist, und erhöht damit die
Speicherkapazität, also die Zahl der pro Flächeneinheit speicherbaren Zeichen.
Aus der US-PS 31 85 972 ist ein Servosystem für die Positionierung des Magnetkopfes eines Magnetplattenspeichers
bekannt, bei dem ein gemeinsamer Abtastspalt zur Abtastung sowohl der Daten- als auch der
Servoinformation verwendet wird. Die Trennung der beiden Informationsarten voneinander erfolgt durch
Aufzeichnung der Servo- und der Dateninfonration in voneinander getrennten Sektoren. Eine gesonderte
Markierungsscheibe mit einem gesonderten Abtastkopf zeigt jeweils an, ob ein Servo- oder ein Datensektor
ίο abgetastet wird. Ferner ist noch eine besondere
Taktspur mit einem Taktkopf vorgesehen, um anzeigen zu können, ob sich die gerade abgetastete Servoinformation
links oder rechts von der Datenspur-Mittellinie befindet Dabei wird ein linkes und ein rechtes
Servosignal erhalten, und die Regelung wird so lange fortgesetzt, bis diese beiden Signale die gleiche
Amplitude haben. Man erreicht zwar mit einem solchen Servosystem eine gute Trennung von Servo- und
Dateninformation voneinander, jedoch nur dadurch, daß auf eine Positionsregelung während des Durchlaufens
der eigentlichen Datenspur verzichtet wird und die Positionsregelung nur in den Servosektoren stattfindet.
Ferner sind zwei zusätzliche Abtastköpfe erforderlich, nämlich der Abtastkopf zur Ermittlung der jeweiligen
Zeit der Servoabtastung und der Abtastkopf zur Abtastung der Taktspur.
Aus der CH-PS 4 15 752 ist ein Servosystem der eingangs angegebenen Art bekannt, das ebenfalls dazu
dient, einen Magnetkopf auf einer Magnetplatte eines
it) Magnetplattenspeichers in der jeweils gewünschten
Datenspur genau zu positionieren. Zu diesem Zweck sind auf der Magnetplatte neben den Datenspuren auch
Servospuren aufgezeichnet. Der Magnetkopf dient sowohl zur Abtastung der Datenspuren als auch zur
ir> Abtastung der Servospuren. Die Servosignale unterscheiden
sich von den Datensignalen lediglich dadurch, daß sie in einem niedrigeren Frequenzbereich als die
Datensignale liegen. Dabei befindet sich auf der einen Seite jeder Datenspur ein Servosignal mit einer ersten
•40 Frequenz, während das Servosignal auf der anderen
Seite der Datenspur eine zweite Frequenz aufweist. Beide Servosignale werden in frequenzselektiven
Kanälen verstärkt, und die Einstellvorrichtung für den Magnetkopf wird so lange mit einem Stellsignal
beaufschlagt, bis in beiden frequenzselektiven Kanälen gleiche Amplituden auftreten. Dann ist der Magnetkopf
exakt auf der Datenspur positioniert. Bei diesem Servosystem dürfen die beiden Frequenzen der
Servosignale zueinander nicht in harmonischer Bezie-
r>o hung stehen, und die Daten- und die Servofrequenzen
müssen weit voneinander abliegen, um unerwünschte Wechselwirkungen zwischen der Servo- und der
Dateninformation zu vermeiden. Drehzahländerungen der sich drehenden Magnetplatte, beispielsweise beim
Vi Anlaufen und Anhalten der Platte, werden sich nicht in
exakt gleichem Maß auf die beiden Servosignalamplituden der beiden Servosignalfrequenzen auswirken, so
daß mindestens in diesen Arbeitsbereichen ein gewisser Positionierungsfehler unvermeidbar sein wird.
M) Aufgabe der Erfindung ist es, ein Servosystem der
eingangs angegebenen Art verfügbar zu machen, mit dem sich eine verbesserte Trennung der Servo- und der
Dateninformation bei Verwendung eines gemeinsamen Magnetkopfes für beide Informationen erreichen läßt.
fij Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1
angegeben und in den weiteren Ansprüchen vorteilhaft weitergebildet.
Die orthogonale Beziehung der Magnetisierungsrich-
21 Ol
tungen der Datenspuren und der Servospuren zueinander
gewährleistet eine gute Trennung der Servo- und der Dateninformation. Ferner ergibt sich der Vorteil,
daß die Abtastung der Servoinformation praktisch von der Drehzahl der Magnetplatte unabhängig ist, da der
Wert des Magnetflusses selbst gemessen wird. Das Servosystem mit den Merkmalen der Erfindung arbeitet
somit auch während der Beschleunigungs- und Bremsphasen einwandfrei. Daß man für die Erfassung der
Daten- ui;J der Servoinformation dennoch mit einem einzigen Magnetkopf auskommt, hilft d>e Kosten des
Magnetplattenspeichers niedrig zu halten.
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Ir. den Figuren zeigt
Fig. 1 ein Blockdiagramm des Servosystems für is
einen Magnetplattenspeicher;
Fig.2a bis 2d den beim Servosystem verwendeten
Magnetkopf mit einem Datenabtastspalt und einem Servoabtastspalt;
Fig.3 einen Querschnitt durch die Magnetplatte mit .'<)
zwei übereinanderliegenden Schichten unterschiedlicher Koerzitivkraft:
Fig.4 die relative Lage von Datenspuren und
Servospuren auf der oberen bzw. unteren Schicht der Magnetplatte nach Fig.3 sowie ein mit dem Magnet- Jj
kopf nach F i g. 2 erhaltenes Fehlersignal;
Fig. 5 die Magnetplatte mit Servo- und Da -nbereichen,
die abwechselnd um das Zentrum der Magnetplatte angeordnet sind; und
Fig.6 das Verhältnis der Datenspuren zu den in
Servospuren in den Daten- und Servobereichcn auf der Magnetplatte gemäß F i g. 5.
Im allgemeinsten Sinn bezieht sich die Erfindung auf ein Servopositionierungssystem, das bei Magnetplattenspeicherung
mit wahlfreiem Zugriff verwendet wird und s'j
das eine Magnetplatte mit Servospuren aufweist, in welchen die Magnetbereiche vom Zentrum der
Magnetplatte eus radial orientiert sind, und Datenspuren,
in denen die Magnetbereiche konzentrisch um das Zentrum der Platte orientiert sind; es umfaßt ferner -in
einen Magnetkopf, der ein von der Änderungsgeschwindigkeit des Magnetflusses in den Datenspuren abhängendes
Datensignal liefert, und eine Einrichtung, die ein Servosignal als Funktion der absoluten Größe des
Magnetflusses, der sich dem Magnetkopf durch die ·»■)
Magnetbereiche in den Servospuren darbietet.
Fig. 1 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Magnetplattenspeichers
mit wahlfreiem Zugriff mit einer Magnetplatte 1 und einem Magnetkopf 2. Eine Datenausgangsleitung 6 des Magnetkopfes 2 ist >
<> verbunden mit einer Schreibe-ZLeseschaltung, bei der es sich um eine üblicherweise benutzte Standardlese-Schreibschaltung
handelt, bei der zum Lesen und Schreiben von Dateninformation von der bzw. auf die
Magnetplatte die Änderungsgeschwindigkeit des Ma- v> gnetflusses ausgenutzt wird. Das Prinzip der Ausnutzung
der Änderungsgeschwindigkeit des Magnetflusses ist seit vielen Jahren in dem Bereich der Magnetaufzeichnung
bekannt und ist beispielsweise in dem Buch »Magnetic Recording Techniques« von W. E. Stewart, w)
McGraw-Hill Book Company, 1958, beschrieben. Eine weitere Ausgangsleitung 7 führt eine Spannung, die dem
absoluten Wert des am Magnetkopf 2 auftretenden Magnetflusses entspricht. Wie nachfolgend erklärt wird,
ist diese Spannung ein Maß für die Position des to
Magnetkopfes 2 bezüglich der gewünschten Spur auf der Magnetplatte 1. Die Ausgangsleitung 7 des
Magnetkopfes 2 ist mit einer Servoschaltung 4 verbunden, um eine Information darüber zu erhalten, ob
der Magnetkopf 2 auf die gewünschte Datenspur der Magnetplatte 1 zentriert ist oder nicht. Die Servoschaltung
4 ist mit einer Einstellvorrichtung 5 verbunden, mit weicher der Magnetkopf 2 in die gewünschte Position
gegenüber einer Datenspur auf der Magnetplatte 1 gebracht wird. Die Einstellvorrichtung 5 kann von einer
bei bekannten Servopositionierungsanordnungen verwendeten
Art sein. Unabhängig davon, ob sich die Magnetplatte 1 dreht oder nicht, erscheint auf der
Ausgangsleitung 7 eine Ausgangsspannung. Drehzahlschwankungen bei der Drehung der Magnetplatte 1
beeinflussen somit nicht die Genauigkeit der Positionierung des Magnetkopfes 2 in bezug auf die Magnetplatte
1.
Fig.2a zeigt den Magnetkopf 2, der sowohl zur Erzeugung des Datensignals auf die Änderungsgeschwindigkeit
des magnetischen Flusses in einer Datenspur als auch zur Lieferung des Servosignals auf
die absolute Größe des durch die Magnetbereiche der Servospur erzeugten Magnetflusses anspricht. Der
Magnetkopf 2 weist vier Ferritpole 16,17,18 und 19 auf.
Eine Spule 20 ist um die Pole 16 und 17 gewickelt und mit der Schreibe-/Leseschaltung 3 zum Lesen und
Schreiben von Daten nach dem Prinzip der Änderungsgeschwindigkeit des Magnetflusses verbunden. Ein
Spalt 21 ist zwischen einer ersten Hälfte des Magnetkopfes, die durch die Ferritpole 16 und 17
definiert ist, und einer zweiten Hälfte des Magnetkopfes, die durch die Pole 18 und 19 definiert ist, gebildet.
Der Spalt 21 kann mit Material, wie etwa Glas, gefüllt werden. Für die Datenübertragung (Schreiben und
Lesen) sind Kernaufbau, Material, Spule und Spaltbreite in der bei herkömmlichen induktiven Magnetköpfen
üblichen Art ausgebildet. Zwischen dem einen Teil des Magnetkopfes 2, der durch die Ferritpole 17 und 18
definiert ist, und dem zweiten, durch die Ferritpole 16 und 19 definierten Teil des Iviagnetkopfes ist eine
Halbleiterschicht aus einem den Hall-Effekt aufweisenden Material angeordnet, so daß der gesamte die
Ferritpole 16, 17, 18 und 19 durchdringende Servomagnetfluß wirksam verwendet wird. Das den Hall-Effekt
aufweisende Halbleitermaterial ist in seiner Art bekannt und wird insbesondere in Magnetköpfen der Flußabtastart
verwendet.
Fig. 2b zeigt eine Draufsicht auf den Magnetkopf gemäß F i g. 2a. Die Breite des flu ßabtastenden Teils des
Magnetkopfes 2 ist mit Ws und die Breite des die Änderungsgeschwindigkeit ermittelnden Teils des Magnetkopfes
2 mit Wo bezeichnet. In dem Servosystem
gemäß der Erfindung muß Ws mindestens gleich Wo
sein. Wird eine hohe Spurdichte auf der Magnetplatte 1 gewünscht, dann muß in dem Magnetkopf 2 Ws gleich
Wo sein, und die Breite der Datenspuren wird gleich Wp
und die Breite der Servospuren gleich Ws. Wird eine derart hohe Dichte nicht gewünscht, dann können die
Datenspuren auf der Magnetplatte 1 von geringerer Breite sein als die Servospuren, denn es besteht dann
keine Notwendigkeit dafür, daß die Datenspuren einander benachbart sind. Es ist jedoch immer nötig, daß
die Servospuren auf der Magnetplatte 1 einander benachbart sind; deshalb ist das Verhältnis von Ws zu
Wp abhängig von der jeweiligen Breite der Servospur
und der Datenspur auf der Magnetplatte 1. Es kann selten realisiert werden, daß bei der Forderung nach
hoher Datenspurdichte das Verhältnis zwischen IVs und
Wogleich eins wird.
Die Breite des Halbleitermaterials, das den flußabta-
21 Ol 906
stenden Spalt definiert, ist mit y.v und die Breite des
nichtmagnetischen Spaltes für das Abtasten der Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses in
der Datenspur ist mit γ ο bezeichnet.
Fig. 2c zeigt die magnetischen Feldkomponenten in
dem im Spalt 22 befindlichen Halbleiter als Folge des Lesens und Schreibens von Daten durch den induktiven
Kopfteil des Magnetkopfes 2. Die Feldkomponente H\ verläuft vom Ferritteil 16 durch den nicht magnetischen
Spalt fo zum Ferritteil 19, und die Magnetfeldkomponente H2 verläuft von den Ferritteilen 17 und 18 über
den nicht magnetischen Spalt γο, wobei sie das
Halbleitermaterial 22 durchdringt. F i g 2d zeigt die
vektorielle Analyse der Magnetfeldkomponenten H1
und Η-·- Man sieht, daß die vektorieüe Addition der
Komponenten, die den Hall-Effekt des im Spalt 22 befindlichen Halbleiters bewirken können, sich gegenseitig
aufheben; daher besteht zwischen dem Schreiben oder Lesen der Daten mit Hilfe des die Änderungsgeschwindigkeit
ermittelnden Teils des Magnetkopfes und dem flußabtastenden Teil des Magnetkopfes 2 keine
Wechselwirkung.
Aus den Fig. 2a bis 2d ist zu erkennen, daß der hier
beschriebene Magnetkopf in der Lage ist, entweder getrennt oder gleichzeitig auf die Änderungsgeschwindigkeit
des Magnetflusses in einer ersten Richtung und auf die absolute Größe des Magnetflusses in einer
zweiten Richtung anzusprechen.
Die Magnetplatte 1 kann viele Formen annehmen. Zwei Arten von Magnetplatten 1 sollen hier beschrieben
werden.
F i g. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine dual-koerzitive
zweischichtige Magnetplatte. Eine obere Schicht 32 besteht aus niedrigkoerzitivem Magnetmaierial und
eine untere Schicht 31 aus hochkoerzitivem Material. Eine Schicht 30 ist ein die Schichten 31 und 32 tragendes
Grundmaterial. Eine derartige Magnetplatte ist beispielsweise aus der US-PS 32 19 354 bekannt.
Dieser erste Plattentyp wird in Zusammenhang mit einer hohen Spurdichte beschrieben. Konzentrische
Servospuren sind in der hochkoerzitiven unteren Schicht 31 der Platte aufgezeichnet. Bei jeder Servospur
sind die in ihr enthaltenen Magi.etbereiche radial vom
Zentrum der Platte aus orientiert, und die Orientierung der Magnetbereiche benachbarter Servospuren weicht
um 180° voneinander ab. Das wird deutlich bei Betrachtung der Servospuren 33 und 34 in der
hochkoerzitiven unteren Schicht 31. Die Grenze zwischen je zwei Servospuren definiert die Mitte der
Datenspur auf der niedrigkoerzitiven oberen Schicht 32. Mit der benötigten hohen Spurdichte ist die Breite der
Datenspur Wp gleich der Breite der Servospuren Wx.
Wird der Magnetkopf 2 radial vom Zentrum der Platte aus bewegt, dann wird ein Fehlersignal der in F i g. 4
gezeigten Art erzeugt. Wie sichtbar ist, ist der Flußanteil
von den beiden benachbarten Servospuren, wenn der Magnetkopf 2 auf einer Datenspur zentriert ist gleich
und entgegengesetzt und erzeugt ein Null-Fehlersignal am flußabtastenden ι eil des Magnelkopfes 2. Es besteh
ein voraussagbares Verhältnis zwischen dem durch dei flußabtastenden Teil des Magnetkopfes 2 erzeugtet
Signal und dessen Position bezüglich der Daienspur au der Magnetplatte 1. Bei einem solchen gegebener
Fehlersignal kann in bekannter Weise sowohl di< Grobpositionierung als auch die Feinpositionierung de:
Magnetkopfes 2 durchgeführt werden. Zählt man die Nulldurchgänge, während der Magnetkopf 2 radial von
K) Zentrum der Platte aus bewegt wird, kann die Adresse einer gewünschten Spur abgeleitet werden. Und nacl
der Positionierung auf einer gewünschten Spur kann die Feinpositioniemng durch Positionierung des Magnet
kopfes als in Abhängigkeit von der Größe und Polaritü
!■> des Fehlersignals erreicht werden, das durch der
flußabtastenden Teil des Magnetkopfes 2 erzeugt wird.
Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform dei
Magnetplatte 1 mit abwechselnd auftretenden Servo Sektoren 54 und Datensektoren 53. In die Servosektorer
54 werden Servodaten als konzentrische Spuren ir derselben Weise wie die Servodaten in der zuvoi
beschriebenen Magnetplattenart geschrieben. Die not wendige Steuerschaltung zur Ermittlung, wann sich dei
Magnetkopf 2 in einem Servo- oder Datensektoi
2) befindet, ist bekannt und kann beispielsweise der US-P5
31 85 972 entnommen werden.
F i g. 6 zeigt das Verhältnis zwischen Datenspuren ir Datensektoren 53 und Servospuren in Servosektorer
54. Es wird wieder angenommen, daß eine hohe
jo Spurdichte benötigt wird. Man sieht, daß die Servospu
ren in der gleichen Weise wie vorher in dei hochkoerzitiven unteren Schicht 31 der zuerst beschrie
benen Magnetplattenart aufgezeichnet werden. Wiedei bestimmt die Grenze zwischen zwei benachbarter
Servospuren in Servosektoren 54 die Mitte einei Datenspur in den Datensektoren 53. Die Länge dei
Servospur ist mi; Ls und die Länge der Datenspuren is
mit Lo bezeichnet. Die Abtastdatenservotheorie be
stimmte die richtige Wahl von Ls zu L0, um das richtige
Abtasten durch den Magnetkopf von einer gewünschter Datenspur im Datensektor 53 sicherzustellen.
Es ist also die Kombination des beschriebener Magnetkopfes und der Magnetplatte der erster
beschriebenen Art. die ein Magneikopfpositionierungssystem ergibt, das dem Magnetpiattenspeichersysterr
mit wahlfreiem Zugriff gleichzeitig und kontinuierlicrsowohl Daten- als auch Servoinformation liefert. Diese
Kombination von Magnetplatte und Magnetkopl eliminiert den Positionierungsfehler, der bisher aufgrund
von Drehzahländerungen der sich drehender Magnetplatte auftrat, und erlaubt die genaue Positionierung
des Magnetkopfes unabhängig von der Drehzahl der Magnetplatte. Die Kombination des Magnetkopfes
und der Magnetplatte der zweiten beschriebenen An kann ebenfalls für die genaue Positionierung des
Magnetkopfes unabhängig von Drehzahländerungen der Magnetplatte verwendet werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Servosystem zur Positionierung eines Magnetkopfes auf einer Magnetplatte eines Magnetplattenspeichers,
wobei die Magnetplatte konzentrisch verlaufende Daten- und Servospuren aufweist und
durch Abtasten der Daten- und Servospuren durch den Magnetkopf entsprechende Datensignale und
Servosignale getrennt voneinander erhalten werden und die Servosignale einem Regelkreis zugeführt
werden, der aufgrund der Amplitude der Servosignale den Magnetkopf genau auf der jeweiligen
Datenspur positioniert, dadurch gekennzeichnet,
daß die Magnetisierungsrichtungen der Informationen der Datenspuren in an sich bekannter Weise in
Spurrichtung verlaufen,
ciaß die Magnetisierungsrichtungen der Informationen
der Servospuren (33, 34) in Radialrichtung verlaufen, und
daß der Magnetkopf (2) einen zum Abtasten des jeweiligen Werts des Magnetflusses der Servospuren
(33, 34) dienenden weiteren Spalt (22) aufweist, der um 90° gegen den die Flußänderungen in den
Datenspuren (η. η + 1, ...) abtastenden Spalt (21)
versetzt ist.
2. Servosystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einander benachbarte
Servospuren (33, 34) einander entgegengesetzte Magnetisierungen aufweisen und entlang der Mittenlinie
einer Datenspur (z. B. η + 2) aneinandergrenzen.
3. Servosystem nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß jede Servospur (33, 34)
mindestens die Breite einer Datenspur (η, η + 1 )
hat.
4. Servosystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetplatte übereinanderliegend
eine hochkoerzitive Magnetschicht und eine niedrigkoerzitive Magnetschicht, in der die Datensignale
aufgezeichnet sind, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Magnetplatte (1) die
Informationen in zwei Arten von abwechselnd aufeinanderfolgenden Sektoren (53, 54) aufgezeichnet
sind, wobei in den einen Sektoren (53) die Datensignale und in den anderen Sektoren (54) die
Servosignale aufgezeichnet sind.
5. Servosystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den
jeweiligen Wert des Magnetflusses abtastenden Spalt (22) ein Hall-Element angeordnet ist.
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