JP2003016749A - システムの共振周波数除去装置及び方法 - Google Patents
システムの共振周波数除去装置及び方法Info
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Abstract
供する。 【解決手段】 システムの共振周波数除去装置は,シス
テムを加振させるための加振信号を生成してシステムに
印加する周波数生成部と,加振信号に応じてシステムに
おいて応答する信号から共振周波数を検出する共振検出
部と,共振検出部において検出された共振周波数を除去
するプログラマブルフィルタとを含むことを特徴とす
る。さらに,システムの共振周波数除去方法は,システ
ムを加振させるための加振信号を生成する第一のステッ
プと,第一のステップにおいて生成された加振信号をシ
ステムに印加する第二のステップと,加振信号に応じて
システムにおいて応答する信号から共振周波数を検出す
る第三のステップと,第三のステップにおいて検出され
た共振周波数を除去する第四のステップとを含むことを
特徴とする。
Description
数除去装置及び方法に係り,特に,データ貯蔵システム
であるハードディスクドライブにおける共振周波数除去
装置及び方法に関する。
ドディスクドライブ(Hard Disk Driv
e: HDD)は,器具的な部品などを含む,ディスク
ヘッドの機械的機構であるヘッドディスクアセンブリ
(Head Disk Assembly:HDA)及
び電気回路よりなる。
悪影響を及ぼす共振は位置エラー信号(Positio
ning Error Signal:PES)に直接
的に現れて,HDDのサーボトラッキング制御の安定度
を悪化させていたため,HDDに悪影響を及ぼす共振周
波数をヘッドのPESの周波数から解析してフィルタリ
ングし,選別するなどして共振周波数を除去していた。
るために用いられるフィルタは,初期開発段階で一定数
のHDDのPESにおいて識別した共振周波数成分に基
づき設計され,これをあらゆるHDDに共通的に適用し
ていた。
部品そのものの特性や組立て特性等により異なるが,こ
のように相異する特性を有するHSAにおける共振周波
数の変化は,製造されるHDDに共通して適用される固
定のフィルタ係数によるフィルタでは解決できなかっ
た。
ィルタを用いて各々のヘッドスタックアセンブリ(He
ad Stack Assembly: HSA)の共
振周波数を除去する方法が開発された。これは,PES
を離散フーリエ変換(Discrete Fourie
r Transform: DFT),高速フーリエ変
換(Fast Fourier Transform:
FFT),ウェーブレット変換などの周波数変換過程
を経て周波数領域において共振周波数を識別して,プロ
グラマブルフィルタを用いて共振周波数をフィルタリン
グ(除去)する方法である。
れた技術によるハードディスクドライブの共振周波数除
去装置について説明する。図8は,従来の技術にかかる
HDDの共振周波数除去装置を示すブロック図である。
去装置は,ヘッドディスクアセンブリ(HDA)101
と,R/Wチャンネル処理回路102と,コントローラ
103と,共振周波数識別器104と,プログラマブル
フィルタ105及びVCM駆動部106を有する。ここ
で,R/Wチャンネル処理回路102は前置増幅器(図
示せず。)を含む。
るHSAの変換器により読み出された信号は,R/Wチ
ャンネル処理回路102における増幅処理後,増幅され
た信号のうちサーボ情報に該当するバースト信号を分離
してサーボ制御アルゴリズムにより演算処理が行われ
て,PESが生じる。
中にHSAの共振周波数の確認プロセスを実行するため
の命令が入力された場合,共振周波数を解析するための
制御信号CTを共振周波数識別器104に印加する。
サーボ制御アルゴリズムにより解析された速度エラー信
号及び加速度エラー信号に基づきボイスコイルモータを
駆動させるための制御出力信号UKを生じる。共振周波
数識別器104は,制御信号CTが印加されると,PE
Sに対して周波数変換を実行して,周波数領域における
共振周波数frを識別する。
波数識別器104により識別された共振周波数frを除
去するため,フィルタの係数を再設定した後,入力され
る制御出力信号UKをフィルタリングしてVCM駆動部
106に出力することによりボイスコイルモータを駆動
させる。
おける通常のHDDのサーボサンプリング比(Serv
o Sampling Ratio)により,共振周波
数識別器104はPESにおいて識別できる周波数帯域
に制限がある。すなわち,通常のPESの周波数変換処
理を通じて識別できる周波数はサーボサンプリング周波
数の1/2のナイキスト周波数以内に限られていた。な
お,サーボサンプリング周波数は,サーボ信号などのサ
ンプリング周波数である。
ング現象が生じた場合,ナイキスト周波数からサンプリ
ング周波数までの範囲内に存在する共振周波数成分fr
1,fr2がサンプリングされると,図6に示されるよ
うに,ミラーリング現象により,ナイキスト周波数fn
以内に存在する共振周波数fr1’,fr2’として識
別されてしまう。
に対応するようにプログラマブルフィルタ105の係数
が設定されると,プログラマブルフィルタ105はHS
Aにおいて生じる共振を正確に除去できなくなるという
問題点があった。
のであり,本発明の目的は,データ貯蔵システム(Da
ta Storage System)に対して,サン
プリング周波数帯域までの周波数成分を有する加振信号
を印加してシステムに潜在しているナイキスト周波数帯
域以上の共振周波数を時間領域において正確に識別し,
且つ,上記共振周波数をプログラマブルフィルタにより
除去可能な,新規かつ改良された共振周波数除去装置及
び方法を提供することである。
め,本発明の第1の観点によれば,システムの共振周波
数を除去するための装置が提供される。システムの共振
周波数除去装置は,システムを加振させるための加振信
号を生成してシステムに印加する周波数生成部(40
4)と,加振信号に応じてシステムにおいて応答する信
号から共振周波数を検出する共振検出部(405)と,
共振検出部において検出された共振周波数を除去するプ
ログラマブルフィルタ(406)とを含むことを特徴と
する。なお,上記システムは,データ貯蔵システムをは
じめ,他の共振周波数除去の必要性を有するいかなるシ
ステムも含まれる。
の別の観点によれば,システムの共振周波数除去方法が
提供される。システムの共振周波数を除去するための方
法は,システムを加振させるための加振信号を生成する
第一のステップと,第一のステップにおいて生成された
加振信号をシステムに印加する第二のステップと,加振
信号に応じてシステムにおいて応答する信号から共振周
波数を検出する第三のステップと,第三のステップにお
いて検出された共振周波数を除去する第四のステップと
を含むことを特徴とする。なお,上記システムは,デー
タ貯蔵システムをはじめ,他の共振周波数除去の必要性
を有するいかなるシステムも含まれる。
法,装置,またはシステム等として実行可能であるが,
ソフトウェアとして実行する場合,本発明の構成手段は
必然的に必要な作業を実行するコードセグメントであ
る。
U(中央演算処理装置)などから構成されるコンピュー
タによって読取り/書込み可能な媒体に格納又は伝送媒
体もしくは通信網において搬送波と結合されたコンピュ
ータデータ信号により伝送できる。コンピュータによっ
て読取り/書込み可能な媒体は,情報を格納又は伝送す
ることが可能ないかなる媒体も含まれる。
は,電子回路,半導体メモリ素子,ROM,フラッシュ
メモリ,消去可能なROM(EROM),フロッピーデ
ィスク(Floppy Disk,登録商標),光ディ
スク,ハードディスク,光ファイバ媒体,無線周波数
(RF)網などが挙げられる。コンピュータデータ信号
は,電子網チャンネル,光ファイバ,空気,電子系,ま
たはRF網などの伝送媒体上に伝播可能ないかなる信号
も含まれる。
について,添付図面を参照しながら詳細に説明する。な
お,以下の説明及び添付図面において,略同一の機能及
び構成を有する構成要素については,同一符号を付する
ことにより,重複説明を省略する。
かかる共振除去装置及び方法について説明する。図1
は,本実施の形態にかかるHDDを示す平面図である。
であるハードディスクドライブ(Hard Disk
Drive: HDD)は,器具的な部品などを含むハ
ードディスクアセンブリ(Head Disk Asse
mbly: HDA)及び電気回路などから構成され
る。なお,上記データ貯蔵システムが本発明のシステム
に対応している。
ンドルモータ14により回転する少なくとも一枚の磁気
ディスク12が含まれる。またドライブ10は,各ディ
スクの表面18に隣接するように配置される変換器(図
示せず。)をさらに含んでいる。
知し,且つ磁化させることにより回転するディスク12
から情報を読み出し又は書き込み処理する。一般的に,
変換器は各ディスクの表面18に結合されている。な
お,上記変換器は,単一の変換器として説明されている
が,ディスク12を磁化させるための書き込み用変換器
と,ディスク12の磁界を感知するための読込み用変換
器とを別々に有することも実施可能である。読出し処理
を行う変換器は磁気抵抗(Magneto−Resis
tive: MR)素子よりなる。
も実施可能である。ヘッド20は,変換器と各ディスク
の表面18との間にエアベアリング(Air Bear
ing)を生じる構造となっている。ヘッド20は,H
SA22に結合されている。
アクチュエータアーム24に取り付けられている。ボイ
スコイル26は,ボイスコイルモータ(Voice C
oil Motor: VCM)30を特定するマグネ
チックアセンブリ28に隣接するように配置されてい
る。ボイスコイル26に供給される電流は,ベアリング
アセンブリ32に対してアクチュエータアーム24を回
転させるトルクを生じる。上記アクチュエータアーム2
4の回転は,各ディスクの表面18を横切りながら変換
器を移動させる。
環状トラックから構成されるトラック内に格納される。
さらに各トラック34には,一定の間隔に区切られた複
数のセクタが含まれる。各セクタはデータフィールド及
び識別フィールドを有する。
(シリンダ)を識別するグレーコードが記憶される。変
換器は,トラックに記憶された情報を読み出したり,あ
るいは書き込んだりするために各ディスクの表面18を
横切りながら移動する。
かかるハードディスクドライブを制御する電気システム
装置について説明する。図2は,本実施の形態にかかる
ハードディスクドライブを制御する電気システム装置を
示すブロック図である。
は,読出し/書込み(R/W)チャンネル回路44およ
びプレアンプ46を介してヘッド20に接続されるシス
テムコントローラ42を有する。なお,システムコント
ローラ42は,デジタル信号プロセッサ(Digita
l Signal Processor: DSP),
マイクロプロセッサ,またはマイクロコントローラなど
があげられる。
2から情報を読出し又はディスク12に情報を,書込み
処理するためにR/Wチャンネル44に制御信号を供給
する。情報は,通常,R/Wチャンネル44からホスト
インタフェース回路47へと送信される。ホストインタ
フェース回路47は,パーソナルコンピュータ(パソコ
ン)などのシステムとインタフェースするためにディス
クドライブを許容するバッファメモリ及び制御回路を含
んでいる。
ル26に駆動電流を供給するVCM駆動部48にさらに
接続されている。システムコントローラ42は,VCM
の加振及び変換器の処理を制御するためにVCM駆動部
48に制御信号を供給する。
メモリ(Read Only Memory:ROM)
素子50もしくはフラッシュメモリ素子などの不揮発性
メモリ及びランダムアクセスメモリ(Random A
ccess Memory:RAM)素子52に接続さ
れている。
ソフトウェアルーチンを実行させるためにシステムコン
トローラ42によって用いられる命令語及びデータを含
んでいる。ソフトウェアルーチンの一つとして,あるト
ラックから他のトラックへと変換器を移動させるシーク
ルーチンがある。シークルーチンは変換器を正確なトラ
ックに移動させることを保証するためのサーボ制御ルー
チンを含んでいる。一実施形態として,メモリ素子50
は,本発明の加速度,速度及び位置軌跡方程式を含んで
いる。
かかるシステムの共振周波数除去装置について説明す
る。図3は,本実施の形態にかかるシステムの共振周波
数除去装置を示すブロック図である。
施の形態にかかるシステムの共振周波数除去装置が示さ
れており,上記共振周波数除去装置は,HDA401
と,R/Wチャンネル処理回路402と,コントローラ
403と,周波数生成部404と,共振検出部405
と,プログラマブルフィルタ406と,合成部407及
びVCM駆動部408とを具備する。
は,図2に示すプレアンプ46を含むR/Wチャンネル
44を意味し,コントローラ403及びプログラマブル
フィルタ406は,図2に示すシステムコントローラ4
2に組み込まれている。
ら読み出された信号は,R/Wチャンネル処理回路40
2において増幅処理された後,増幅された信号のうちサ
ーボ情報に該当するバースト信号に分離されてサーボア
ルゴリズムにより演算処理を行い,PESが生じる。
にHSAの共振周波数を確認するプロセスを実行させる
ための共振周波数確認モード設定命令が入力される場
合,HSAを加振させる周波数を生成するように制御す
る制御信号CTを周波数生成部404に印加する。
びサーボ制御アルゴリズムにより解析した速度エラー信
号及び加速度エラー信号に基づきVCMを駆動させるた
めの制御出力信号UKを生じる。
に加振させるための加振信号を生成する。ここで,加振
信号はシステムのサンプリング周波数帯域までの周波数
成分を有する。
イン信号,コサイン信号又はこれらの組合わせ信号など
あらゆる形の信号を用いることができる。加振信号の大
きさは,加振時に共振を引き起こせる程度の大きさに設
定される。また,サーボ探索及び追従動作が行えると同
時に,システムの出力信号からPESを正常に獲得でき
る範囲内で決められる。
時に,サンプリング周波数帯域までの周波数成分を有す
る信号を生成するためにサーボサンプル数の2倍以上の
信号サンプリングが必要であるが,本実施の形態ではマ
ルチレート方式により生成する。
動信号がサーボサンプリング周期により同期されて出力
される信号及びサーボサンプリング周期の1/2周期で
出力される信号を合成させた形で出力される信号生成方
式である。
加振信号がシステムに入力されるのであれば,周波数生
成部404が生成し得る最大の加振周波数はナイキスト
周波数になるはずである。
ーボサンプリングの1/2周期(T/2)でシステムに
入力されると,サンプリング周波数帯域まで加振信号を
生成できる。そして,周波数生成部404は,加振信号
は共振が起こりうる範囲内において一定間隔にて周波数
を高める。
振信号は,合成部407に入力され,プログラマブルフ
ィルタ406を経由したコントローラ403の制御出力
信号UKと合成される。
印加される。VCM駆動部408において電流信号に変
換されたVCMの駆動電流は,HDA401のVCMに
印加される。これにより,アクチュエータはVCMに印
加された電流により駆動されて周波数生成部404にお
いて生成された周波数で振動することになる。
Sの3倍以上の大きさを有し,加振源として作用する加
振信号の大きさに比例して大きくなる。
振信号は,PESに取り込まれて出力される。加振信号
により共振が起こる場合,図5に示すように,PESは
急激に増える。
A401において共振が発生するか否かをPESの大き
さをもって判断する。すなわち,加振信号により共振が
発生した場合にPESの大きさは,図5に示されるよう
に,最大482mV(トラックピッチの94.1%)と
なり,共振が発生しない場合は,最大31mV(トラッ
クピッチの6%)となる。
した場合または共振が発生しない場合におけるPESの
大きさが格段に相違している。従って,共振検出部40
5は,PESの大きさが共振検出のための基準値(臨界
値)以上である場合に共振が発生したと判断し,この
時,周波数生成部404において生成された加振信号の
周波数fr情報をHSAの共振周波数として識別してプ
ログラマブルフィルタ406に出力する。共振検出部4
05において共振周波数を判断する基準値は,実験的な
方法により決められる。
Sの大きさを示した説明図であり,図7に示すように,
8.3KHz及び9.3KHzの周波数において共振が
発生していることが分かる。
タ係数に設定されている共振周波数を除去するが,共振
周波数frを検出すると,デフォルト値(初期設定値)
が設定されているフィルタ係数を,上記検出された共振
周波数frにアップデート(更新)する。
のゲインマージン(Gain Margin)及び位相
マージン(Phase Margin)を考慮して,フ
ィルタリング可能な帯域幅を周波数生成部404の分解
能力以上に設計する。
にかかるシステムの共振周波数除去方法について詳細に
説明する。
タフェースを介してHSAの共振周波数確認モードを設
定する命令が入力されるか否かを判断する(ステップ5
01)。共振周波数確認モードの設定は一般的にHDD
の製造工程にてなされ,場合によっては,直接,ユーザ
などにより設定することも実施可能である。
ド設定命令が入力された場合,共振周波数確認を実行さ
せるための加振信号を生成するように制御する。ここ
で,加振信号はマルチレート方式により生成する。
動信号がサーボサンプリング周期により同期されて出力
される信号及びサーボサンプリング周期の1/2周期で
出力される信号が合成された形で出力される方式であ
る。すなわち,サーボサンプリング周期T毎に生成され
る加振信号の最大周波数はナイキスト周波数となり,サ
ーボサンプリングの1/2周期(T/2)毎に生成され
る加振信号の最大周波数はサンプリング周波数帯域を含
むことになる。
しうる範囲内において一定間隔にて周波数を高める(ス
テップ502)。
号は,HDA401に印加される(ステップ503)。
加振信号をHDA401に印加する方法の一実施形態と
して,VCM駆動電流に加振信号を合成する方法があ
る。
VCMに印加された電流により駆動されて周波数生成部
404において生成された周波数で振動する。
01から検出するが,応答信号としてはPESが用いら
れる。これにより,PESが加振信号により共振が発生
しているか否かを判断し,共振の発生時点における加振
信号の周波数を共振周波数として検出する(ステップ5
04)。
グするために,HDDのプログラマブルフィルタ406
のフィルタ係数をアップデートする(ステップ50
5)。
適な実施形態について説明したが,本発明はかかる例に
限定されない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載
された技術的思想の範疇内において各種の変更例または
修正例を想定し得ることは明らかであり,それらについ
ても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解され
る。
システムを人為的に加振させて実際にシステムが有する
潜在された共振周波数を識別し,識別された共振周波数
をフィルタリングするように設計することにより,シス
テムのナイキスト周波数帯域以上の共振周波数成分をも
識別できる。
な計算過程を経ることなく極めて簡単に時間領域におい
て共振周波数を識別できる。加えて,識別された共振周
波数に従いプログラマブルフィルタの係数をアップデー
トして共振による機械的な損傷を防止できると共にサー
ボトラッキング性能及びデータ信頼性を向上できる。
示す平面図である。
ステムのブロック図である。
去装置を示すブロック図である。
去方法を示すフローチャートである。
ESの発生を示す説明図である。
説明図である。
PESの変化を示す説明図である。
すブロック図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 システム内の共振周波数を除去する共振
周波数除去装置において:前記システムに加振させるた
めの加振信号を生成して前記システムに印加する周波数
生成部と,前記加振信号に応じた前記システムからの応
答信号に基づき共振周波数を検出する共振検出部と,検
出された前記共振周波数を除去するためのプログラマブ
ルフィルタとを含むことを特徴とする,システムの共振
周波数除去装置。 - 【請求項2】 前記加振信号は,前記システムのサーボ
サンプリング周波数帯域までの周波数成分を有すること
を特徴とする,請求項1に記載のシステムの共振周波数
除去装置。 - 【請求項3】 前記周波数生成部は,前記加振信号を,
前記システムのサーボサンプリング周期を有する加振信
号及びサーボサンプリング周期の1/2周期を有する加
振信号のマルチレート方式により生成することを特徴と
する,請求項1に記載のシステムの共振周波数除去装
置。 - 【請求項4】 前記周波数生成部は,前記システムのナ
イキスト周波数帯域内からサンプリング周波数帯域まで
加振信号の周波数を一定間隔で高めることを特徴とす
る,請求項1に記載のシステムの共振周波数除去装置。 - 【請求項5】 前記システムでの前記加振信号に対して
応答する信号は,ハードディスクドライブの位置エラー
信号であることを特徴とする,請求項1に記載のシステ
ムの共振周波数除去装置。 - 【請求項6】 前記共振検出部は,周波数変換無しに時
間領域において前記システムの応答信号の大きさが臨界
値を超える時点の前記加振信号の周波数を共振周波数と
して判断することを特徴とする請求項1に記載のシステ
ムの共振周波数除去装置。 - 【請求項7】 システム内の共振周波数を除去する共振
周波数除去方法において:前記システムを加振させるた
めの加振信号を生成する第一のステップと,前記生成さ
れた加振信号を前記システムに印加する第二のステップ
と,前記加振信号に応じて応答する信号から共振周波数
を検出する第三のステップと,検出された前記共振周波
数を除去する第四のステップとを含むことを特徴とす
る,システムの共振周波数除去方法。 - 【請求項8】 前記第四のステップは,前記検出された
共振周波数を除去するために設計されたプログラマブル
フィルタにより実行されることを特徴とする,請求項7
に記載のシステムの共振周波数除去方法。 - 【請求項9】 前記加振信号は,前記システムのサーボ
サンプリング周波数帯域までの周波数成分を有すること
を特徴とする,請求項7に記載のシステムの共振周波数
除去方法。 - 【請求項10】 前記加振信号は,前記システムのサー
ボサンプリング周期を有する加振信号及びサーボサンプ
リング周期の1/2周期を有する加振信号のマルチレー
ト方式により生成されることを特徴とする,請求項7に
記載のシステムの共振周波数除去装置。 - 【請求項11】 前記システムにおける前記加振信号に
対して応答する信号は,ハードディスクドライブの位置
エラー信号であることを特徴とする,請求項7に記載の
システムの共振周波数除去方法。 - 【請求項12】 前記第三のステップは,周波数の変換
せずに時間領域における前記応答する信号の大きさが所
定の臨界値を超えるとき,前記加振信号の周波数を共振
周波数として判断することを特徴とする,請求項7に記
載のシステムの共振周波数除去方法。 - 【請求項13】 前記加振信号は,前記システムのナイ
キスト周波数帯域内からサンプリング周波数帯域まで一
定間隔にて周波数が高まることを特徴とする,請求項7
に記載のシステムの共振周波数除去装置。
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