JP3870053B2 - データ記憶装置、位置決め装置および位置決め方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハード・ディスク・ドライブに代表されるデータ記憶装置に関し、特にヘッドを所定の目標位置に位置決めする装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハード・ディスク・ドライブは、磁気ディスクに記憶されているデータを読み出し、または磁気ディスクにデータを書き込むための磁気ヘッドを備えている。この磁気ヘッドは、ＶＣＭ（Voice Coil Motor）によって揺動するアクチュエータ機構に装着されている。
磁気ヘッドがデータの読み出しまたはデータの書き込みを行なう場合、アクチュエータ機構を駆動することにより、磁気ヘッドを所定のトラックに移動かつ位置決めさせる。磁気ヘッドは、磁気ディスク上に記憶されたサーボ・データを手がかりに所定の位置への移動制御がなされる。
【０００３】
ハード・ディスク・ドライブ等の磁気ディスクには、同心円状に複数のデータ・トラックが形成されていると共に、ディスクの直径方向に沿って識別情報及びバースト・パターンが予め記憶されている。識別情報は各データ・トラックのトラック・アドレスを表す情報であり、磁気ヘッドによって読み取られた識別情報に基づいて、磁気ヘッドのおおよその位置、すなわち磁気ヘッドがどのデータ・トラックに対応する位置に位置しているかを判断できる。またバースト・パターンは、各々信号が記憶された領域がディスクの直径方向に沿って一定間隔で配列され互いに信号記憶領域の位相が異なる複数のバースト・パターン列で構成されている。磁気ヘッドからバースト・パターンに応じて出力される信号に基づいて、磁気ヘッドの細かな位置、すなわち磁気ヘッドが対応しているデータ・トラックに対し、磁気ヘッドの位置がどの程度ずれているかの偏差を検出できる。
【０００４】
磁気ディスクに対するデータの読み取り又は書き込みは、磁気ディスクが回転している状態で、磁気ヘッドで読み取られた識別情報に基づいて磁気ヘッドのおおよその位置を判断しながら磁気ヘッドを移動させて磁気ヘッドを特定のデータ・トラックに対応させ、次に磁気ヘッドからバースト・パターンに応じて出力される信号に基づいて磁気ヘッドを特定のデータ・トラックに正確に位置決めした後に行われる。この一連の動作をシーク動作という。また、データの読み取り又は書き込みを行っている間も、磁気ヘッドからバースト・パターンに応じて出力される信号に基づいて、特定のデータ・トラックに対し、磁気ヘッドが一定の位置に位置するようにフィード・バック制御される。この動作をトラック追従動作という。
【０００５】
ところで、ハード・ディスク・ドライブの磁気ディスクは、モータによって回転駆動されるスピンドルの外周に取付けられているが、製造誤差等の原因により、磁気ディスクの中心はスピンドルの回転中心に対して若干偏心していることが殆どである。この偏心は、磁気ヘッドが特定のデータ・トラックに対して一定の位置に位置するようにフィード・バック制御する制御系に対し外乱として作用する。
【０００６】
すなわち、フィード・バック制御系では磁気ヘッドからバースト・パターンに応じて出力される信号をフィード・バック要素とし、この信号から求まるデータ・トラックに対する磁気ヘッドの位置と、磁気ヘッドの目標位置との偏差を表す偏差信号に基づいて、磁気ヘッドの位置を目標位置に一致させる制御信号を生成、出力することにより磁気ヘッドの位置決めを行なっている。しかし、磁気ヘッドの位置を目標位置に一致させることができていたとしても、前述のような偏心により所定周期毎に偏差が大きな値となる外乱（Repeatable Run Out，以下、ＲＲＯと称する）が加わる。したがって、フィード・バック制御系による制御がＲＲＯに追従しきれず、目標位置に対する磁気ヘッドの位置のずれが許容値を越えることがあった。これにより、データ・トラックから読み取った情報が一部欠落し、あるいはデータ・トラックに書き込むべき情報の一部を正常に書き込めない等のエラーが繰り返し発生することがある。
【０００７】
以上に関し、偏差信号に含まれる各周波数の成分のうち比較的低い特定周波数（例えば６０Ｈｚ ）の成分にのみ高い利得、つまり利得が有効となるデジタル・ピーク・フィルタを用い、入力された偏差信号をデジタル・ピーク・フィルタに入力し、デジタル・ピーク・フィルタから出力された信号を加えて制御信号を生成、出力するようにしたハード・ディスク・ドライブが提案されている。このハード・ディスク・ドライブでは、特定周波数をＲＲＯの発生周期に対応する周波数と一致させることにより、制御系の他の部分の構成を変更することなく、トラック追従動作においてヘッドが常にデータ・トラックに追従するように制御することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハード・ディスク・ドライブではスピンドルの回転中心に対する磁気ディスクの中心の偏心以外にも、スピンドルを回転させるモータのベアリングが真円でない等の理由により、高い周波数のＲＲＯが発生する。この高い周波数のＲＲＯは、特に磁気ディスクへの情報の記憶密度を高くするために、磁気ディスク上に形成されるデータ・トラックのピッチを小さく（データ・トラックの幅を狭く）した場合に特に問題となる。これに対し、前述のハード・ディスク・ドライブにおいて、デジタル・ピーク・フィルタの利得が高くなる周波数を単に高くしたとすると、制御系の安定性が損なわれるという問題がある。
また、例えばノートブック型ＰＣの内部では、フロッピ・ディスク・ドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、冷却ファンおよびスピーカなどの振動源がある。さらに、ノートブック型ＰＣの使用環境下によっては、外部からの振動がハード・ディスク・ドライブに付加される。これらのハード・ディスク・ドライブに付加され得る全ての振動に対してその周波数を特定することは困難である。したがって、デジタル・ピーク・フィルタを用いたハード・ディスク・ドライブは、固定された特定の周波数に対しては有効であるものの、ハード・ディスク・ドライブに付加され得る全範囲の周波数の振動を抑制することはできなかった。
そこで本発明は、広範な周波数の振動に対しても、トラック追従動作を行なうことのできるデータ記憶装置の提供を課題とする。また本発明は、そのようなデータ記憶装置に好適な位置決め装置、位置決め方法の提供を課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述したデジタル・フィルタを用いて、トラック追従性をより安定させることを検討した。デジタル・ピーク・フィルタの設定周波数を、発生している振動、衝撃の周波数に追従させることが考えられる。たとえば、ＰＥＳ（Position Error Signal）として知られる磁気ヘッドの偏差信号を解析することにより、その周波数を検知することはできる。そして、検知した周波数を用いてデジタル・ピーク・フィルタの設定周波数を適宜変動させればよい。ところが、ＰＥＳを解析することにより周波数を検知するためには、膨大な計算が必要となる。そのため、現実的な解決手段とはならない。
【００１０】
本発明者は、デジタル・ピーク・フィルタを用いたトラック追従動作において、ＰＥＳの位相とデジタル・ピーク・フィルタの出力信号の位相との間に、興味深い関係が存在することを知見した。その関係とは以下の通りである。すなわち、ＰＥＳの位相とデジタル・ピーク・フィルタの出力信号の位相とが合うとＰＥＳのほうがデジタル・ピーク・フィルタの出力信号よりも周波数が遅く、逆に、位相が１８０°ずれるとＰＥＳのほうがデジタル・ピーク・フィルタの出力信号よりも周波数が速いことを知見した。この知見を図１０〜図１２に基づいて説明する。
【００１１】
一般的なＺ変換のデジタル・ピーク・フィルタからの出力（Ｆout）は、以下の式により表すことができる。
Ｆout＝（ＫａＺ2−ＫｂＺ）／（Ｚ2−２ｃｏｓ（ω・Ｔ）Ｚ＋１）
ここで、Ｚは直前のデジタル・ピーク・フィルタからの出力信号を示し、状態変数と呼ばれている。また、ＫａおよびＫｂはゲイン、ω、Ｔは各々角周波数、設定周波数である。この状態変数ＺおよびＰＥＳの波形を対比して示したのが図１０〜図１２である。
図１０は、ＰＥＳの周波数と状態変数Ｚ、つまりデジタル・ピーク・フィルタの出力信号の周波数が一致している場合を示している。この場合は、デジタル・ピーク・フィルタが効いているために、ＰＥＳが小さく抑え込まれている。
図１１は、ＰＥＳの周波数のほうが、デジタル・ピーク・フィルタの出力信号の周波数よりも遅い場合を示している。この場合、ＰＥＳの位相がデジタル・ピーク・フィルタの出力信号の位相と合っていることがわかる。
図１２は、ＰＥＳの周波数のほうが、デジタル・ピーク・フィルタの出力信号の周波数よりも速い場合を示している。この場合、ＰＥＳの位相とデジタル・ピーク・フィルタの出力信号の位相とは１８０°ずれている。
【００１２】
以上の通りであり、ＰＥＳと状態変数との位相を比較することにより、デジタル・ピーク・フィルタの設定周波数に対してＰＥＳの周波数が速いか遅いかを知ることができる。したがって、２つの信号の位相の関係に基づいてデジタル・ピーク・フィルタの設定周波数をＰＥＳに追従させることができる。
本発明は、以上の思想に基づくものであり、ユーザ・データおよびサーボ・データを記憶する記憶媒体と、記憶媒体の所定のアクセス位置においてユーザ・データの書き込みおよび読み出しを行なうとともにサーボ・データを読み出すヘッドと、ヘッドが読み出したサーボ・データに基づいてヘッドの位置ずれ量を表す位置ずれ信号を出力する信号出力手段と、位置ずれ信号が入力されるとともに、設定した所定周波数に対して利得が有効となるフィルタと、位置ずれ信号の位相とフィルタにより出力された出力信号の位相とを比較する位相比較手段と、位相比較手段による比較結果に基づいて所定周波数を変動させる周波数設定手段と、位置ずれ信号およびフィルタから出力される信号に基づいてヘッドをアクセス位置に位置決めする制御信号を生成しかつ出力する制御手段と、制御信号に基づいてヘッドを駆動するモータと、を備えたことを特徴とするデータ記憶装置である。
【００１３】
本発明のデータ記憶装置によれば、位置ずれ信号の位相とフィルタによる先行する出力信号の位相とを比較することにより、フィルタによる出力信号の周波数の位置ずれ信号の周波数に対する関係を知ることができる。つまり、フィルタによる出力信号の周波数が位置ずれ信号の周波数に対して、速いまたは遅いという比較結果を導き出すことができる。この比較結果に基づいて、フィルタから新たに出力する出力信号の所定周波数を適宜変動させる。もちろん、この変動は、位置ずれ信号に対してフィルタから新たに出力する出力信号の所定周波数を追従させることを目的とする。このフィルタにおける所定周波数の変動、あるいは追従は、幅広い周波数の帯域でヘッドの位置ずれを抑制することになる。
【００１４】
以上の通りであり、本発明のデータ記憶装置おける周波数設定手段は、位置ずれ信号の周波数に所定周波数を追従させるように所定周波数を変動させることが望ましい。
また、本発明のデータ記憶装置における周波数設定手段は、位置ずれ信号の位相とフィルタによる出力信号の位相のずれが実質的に０の場合に、設定される所定周波数を従前の設定周波数に比べて下げることになる。一方、この周波数設定手段は、位置ずれ信号の位相とフィルタによる出力信号の位相が略１８０°ずれている場合に、設定される所定周波数を従前の設定周波数に比べて上げることになる。
【００１５】
デジタル・ピーク・フィルタから出力される信号(以下、フィルタ信号)は、ヘッドの振動を減衰させる機能を有している。この振動減衰能を有するフィルタ信号をフィード・バック制御による制御電流に付加する。本発明では、この振動減衰能を有するフィルタ信号の周波数の設定値を適宜変動させる。したがって、本発明は、複数のトラックが形成されたディスク状媒体と、ディスク状媒体上をシークして目標トラックにアクセスするヘッドと、制御電流の入力を受けてヘッドを目標トラックに移動および位置決めするアクチュエータと、フィード・バック制御によって制御電流を出力するコントローラと、を備えたデータ記憶装置であって、コントローラは、設定した所定の周波数に対して振動減衰能を有する信号が付加された制御電流を出力し、かつ振動減衰能を有する信号は、ヘッドの目標トラックに対する偏差を示す信号と先行する振動減衰能を有する信号との位相の関係に基づいて、所定の周波数が設定されることを特徴とする。
【００１６】
本発明のデータ記憶装置におけるコントローラは、ヘッドが目標トラックに対して所定の偏差を有する場合に、ヘッドの目標トラックに対する偏差を示す信号と先行する振動減衰能を有する信号の位相の関係に基づいて、所定の周波数を設定する。この設定は、二つの位相の関係に基づいて、ヘッドの目標トラックに対する偏差を示す信号の周波数に一致または近似させることを要旨とする。
【００１７】
本発明は、以上のデータ記憶装置に好適な以下の位置決め装置を提供する。つまり本発明は、アクチュエータによってアクセス対象物上の目標位置に位置決め対象物を位置決めする位置決め装置であって、アクセス対象物に対する位置決め対象物の偏差を表す偏差信号を出力する信号出力手段と、この信号出力手段から出力された偏差信号に基づいて位置決め対象物を目標位置に追従させる制御信号をアクチュエータに向けて出力して、位置決め対象物の位置を制御する制御手段と、所定周波数またはこの所定周波数を含む周波数帯域が設定され、かつ入力された偏差信号にフィルタリングを行った結果を出力信号として出力するデジタル・ピーク・フィルタと、を備えた位置決め装置であって、制御手段は、デジタル・ピーク・フィルタからの出力信号を付加して制御信号を出力し、デジタル・ピーク・フィルタは、先行する出力信号の位相と偏差信号の位相との位相差に応じて、先行する出力信号における所定周波数を増減した、新たな所定周波数に基づいてフィルタリングを行なうことを特徴とする位置決め装置である。
【００１８】
本発明の位置決め装置において、デジタル・ピーク・フィルタは、位相差が実質的に０の場合には先行する出力信号における所定周波数を減じ、一方、位相差が実質的に１８０°相違する場合には先行する出力信号における所定周波数を増加して、新たな所定周波数に基づいてフィルタリングを行うことができる。
本発明の位置決め装置は、同心円状に形成されるとともにデータが記憶可能な複数のトラックを有するデータ記憶媒体をアクセス対象物とし、またトラックに記憶されたデータを読み取りまたはトラックにデータを書き込むヘッドを位置決め対象物として、データ記憶装置の位置決め装置に適用することができる。このデータ記憶媒体上にバースト・パターンが形成されている場合には、信号出力手段は、ヘッドが読み取ったバースト・パターンに基づいて、偏差信号を出力する。
【００１９】
本発明は、以上のデータ記憶装置、位置決め装置に対して、以下の位置決め方法を提供する。この位置決め方法は、回転するディスク上の目標位置に対する位置決め対象物の偏差を表す偏差信号に基づいて、位置決め対象物を目標位置に追従させる位置決め方法であって、位置決め対象物と目標位置との偏差を表す偏差信号の位相と、偏差信号に対して所定周波数または所定周波数を含む周波数帯域によるフィルタリングを行ったフィルタリング信号の位相を比較するステップと、偏差信号の位相とフィルタリング信号の位相との関係によって、所定周波数を従前の値よりも増加、または従前の値よりも減少させるステップと、位置決め対象物を目標位置に追従させる偏差信号に基づく制御信号に、増加または減少された所定周波数によるフィルタリング信号を付加するステップと、を備えることを特徴とする位置決め方法である。
【００２０】
本発明の位置決め方法において、偏差信号の位相とフィルタリング信号の位相との一致または不一致によって前記関係が定義される。不一致の場合、位相差は１８０°となる。
本発明において、フィルタリングは、デジタル・ピーク・フィルタにより行なうことができる。また、本発明の位置決め方法は、ハード・ディスク・ドライブに適用することができる。この場合、ディスクは、ハード・ディスク・ドライブの磁気ディスクが本発明のディスクに該当し、磁気ディスクに同心円状に形成してあるトラックに記憶されたデータを読み取る磁気ヘッドが本発明のヘッドに該当する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を、ハード・ディスク・ドライブを例にして詳細に説明する。
図１は、ハード・ディスク・ドライブ１の主要部を示すブロック図である。ハード・ディスク・ドライブ１は、スピンドル・モータ３によって回転駆動される磁気ディスク２上を磁気ヘッド４がシークしかつ所定のトラック（位置）に留まって磁気ディスク２に対してデータを書き込み、または磁気ディスク２に書き込まれたデータを読み出すデータ記憶再生装置である。磁気ディスク２は、必要に応じて単数または複数搭載されるが、本実施の形態においては、単数の例を示している。
【００２２】
磁気ディスク２は、ハード・ディスク・ドライブ１が動作しているとき、スピンドル・モータ３のスピンドル軸を中心にして回転駆動され、ハード・ディスク・ドライブ１が非動作のとき、回転停止（静止）する。磁気ディスク２の各記憶面には、図２に示すように磁気ディスク２の直径方向に沿って複数の位置検出情報記憶領域３０が放射状に形成されており、残りの領域がデータ・トラック領域３２とされている。図３には位置検出情報記憶領域３０及びデータ・トラック領域３２の一部を示す。データ・トラック領域３２には複数のデータ・トラックが同心円状にピッチで形成されており、図２にはその一部であるデータ・トラック３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃおよび３４Ｄを示す。各データ・トラック３４に対しては、後述する磁気ヘッド４によって磁気ディスク２の円周方向（図３矢印Ａ方向）に沿って情報の読み取り、書き込みが行われる。
【００２３】
一方、位置検出情報記憶領域３０にはトラック識別情報記憶領域３０Ａ及びバースト・パターン記憶領域３０Ｂが設けられている。トラック識別情報記憶領域３０Ａには、各データ・トラック３４に対応して、各データ・トラック３４のトラック・アドレスをグレイコード（巡回２進符号）で表したトラック識別情報が記憶されている。また、バースト・パターン記憶領域３０Ｂにはバースト・パターンが形成されている。図３に示すように、バースト・パターンは各々信号が記憶された領域（図３にハッチングで示す部分）が各データ・トラック３４の配列方向、すなわち磁気ディスク２の直径方向に沿って配列された４本のバースト・パターン列（バースト・パターン列Ａ乃至Ｄ）から成る。各バースト・パターン列を構成する各信号記憶領域は、磁気ディスク２の直径方向に沿った寸法及び隣り合う領域との間隔が各々データ・トラック３４のピッチＰに等しい長さとされている。
バースト・パターン列Ａの信号記憶領域３０ａ及びバースト・パターン列Ｂの信号記憶領域３０ｂは、磁気ディスク２の直径方向に沿って千鳥状に配置され、かつ各領域のディスクの直径方向に沿った両端部の辺が各データ・トラック３４の幅方向中心部に対応しており、各領域に信号が記憶されることによってバースト・パターン列Ａ及びＢが形成されている。また、バースト・パターン列Ｃの信号記憶領域３０ｃ及びバースト・パターン列Ｄの信号記憶領域３０ｄは、磁気ディスク２の直径方向に沿って千鳥状に配置され、かつ各領域のディスクの直径方向に沿った両端部の辺が隣接する各データ・トラック３４間の境界に対応しており、各領域に信号が記憶されることによってバースト・パターン列Ｃ及びＤが形成されている。
【００２４】
磁気ヘッド４は、アクチュエータ５の先端部に磁気ディスク２の表裏面に対応して２つ保持されている。磁気ヘッド４は、磁気ディスク２に対してデータの書き込みおよび読み出しを実行する。また、磁気ディスク２に記憶されているサーボ・データを読み取る。磁気ヘッド４は、アクチュエータ５と一体となって磁気ディスク２の半径方向に移動する。磁気ヘッド４が駆動しない場合に退避するためのランプ（図示せず）が、磁気ディスク２よりも外方に配置されている。
リード／ライト回路１１は、データの読み／書き処理を実行する。つまり、ＭＰＵ／ＨＤＣ１２を介してホスト・コンピュータから転送された書き込みデータを書き込み信号（電流）に変換して磁気ヘッド４に供給する。磁気ヘッド４は、この書き込み電流に基づいて磁気ディスク２に対してデータの書き込みを実行する。一方、磁気ディスク２から読み出した読み出し信号（電流）をデジタル・データに変換してＭＰＵ／ＨＤＣ１２を介してホスト・コンピュータに出力する。このデジタル・データには、サーボ・データも含まれている。
【００２５】
アクチュエータ５は、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）６によって駆動される。したがって、ＶＣＭ６が磁気ヘッド４を駆動するということもできる。ＶＣＭ６は、コイルを要素とする可動子と永久磁石を要素とする固定子とから構成されており、このコイルに所定の電流をＶＣＭドライバ８から供給することにより、可動子を駆動させ、磁気ヘッド４を磁気ディスク２上の所定位置に移動あるいは停止させる。
【００２６】
ＭＰＵ／ＨＤＣ１２は、リード／ライト回路１１から入力された信号に基づいて磁気ヘッド４の位置を判断し、判断した磁気ヘッド４の位置と磁気ヘッド４の目標位置との偏差に応じて、後述するようにして磁気ヘッド４の位置を制御するための制御信号を生成し、ＭＰＵ／ＨＤＣ１２に接続されたＤＡＣ７へ出力する。具体的には、ＶＣＭ６のボイス・コイルを流れる電流を制御するためのモータ電流制御信号である。ＭＰＵ／ＨＤＣ１２のより詳しい内容は後述する。
ＤＡＣ７は、ＭＰＵ／ＨＤＣ１２から出力された位置決め制御電流をアナログ信号（電圧信号）に変換するとともに、ＶＣＭドライバ８に出力する。
ＶＣＭドライバ８は、ＤＡＣ７から受けた電圧信号を駆動電流に変換してＶＣＭ６に供給する。
ハード・ディスク・ドライブ１には、ＲＯＭ１３およびＲＡＭ１４が設けてある。
【００２７】
ところで、本実施の形態によるハード・ディスク・ドライブ１の磁気ヘッド４の位置決め制御は、シーク・モード（Seek mode）、セトリング・モード（Settling mode）およびトラック追従モード（Following mode）の３つのモードを備えている。本実施の形態は、このトラック追従モードにおいて、新規な磁気ヘッド４の位置決め制御を実施する。
シーク・モード時にフィード・バック制御の構成を図５に示す。図５に示すように、シーク・モードは、目標速度（Target velocity）に対して磁気ヘッド４の現在速度（Current velocity）を追従するようにフィード・バックをかける速度制御である。図５に示すｕ（ｎ）が、シーク・モードにおいてＤＡＣ７に向けて出力される位置決め制御電流（DAC out）である。
【００２８】
セトリング・モードにおけるフィード・バック制御の構成を図６に示す。図６に示すように、セトリング・モードは、磁気ヘッド４の現在位置（Current Position）からターゲット位置（Target Position）までの距離およびそのときの速度をフィード・バックする位置−速度制御である。図６に示すｕ（ｎ）が、セトリング・モードにおいてＤＡＣ７に向けて出力されるDAC outである。
【００２９】
次に、トラック追従モードにおけるフィード・バック制御について説明する。図４は、ＭＰＵ／ＨＤＣ１２が備えている各種機能のうち、磁気ヘッド４により情報の読み取り又は書き込みを行っている最中に、磁気ヘッド４の位置が所定の各データ・トラック３４に対応する位置を追従（トラック追従動作）するように磁気ヘッド４の位置を制御する機能を実現するための制御系を、機能毎にブロックに別けて示したものである。
リード／ライト回路１１から出力された信号はヘッド現在位置演算部１２２及びバースト・パターン検出部１２３に入力される。バースト・パターン検出部１２３では入力された信号に基づいて、磁気ヘッド４がバースト・パターン記憶領域３０Ｂに対応しているか否かを判定し、判定結果をヘッド現在位置演算部１２２に出力する。ヘッド現在位置演算部１２２では、バースト・パターン検出部１２３により磁気ヘッド４がバースト・パターン記憶領域３０Ｂに対応していると判定されているときに、リード／ライト回路１１からから出力された信号を取り込み、該信号に基づいて磁気ヘッド４が現在対応している磁気ディスク２の直径方向に沿った位置（磁気ヘッド４の現在位置）を演算し、出力する。従って、ヘッド現在位置演算部１２２からはヘッド現在位置が所定周期に出力される。
【００３０】
また、ヘッド目標位置設定部１２５は、磁気ディスク２の直径方向に沿った位置で表した磁気ヘッド４の目標位置を設定、出力する。なお、磁気ヘッド４のリードエレメントに対応するギャップと、ライトエレメントに対応するギャップの各々の長手方向に沿った中心位置（センタ）にずれ（オフセット）がある場合には、ヘッド目標位置設定部１２５は、磁気ヘッド４の目標位置として各データ・トラック３４からの情報の読み取り時と書き込み時とで異なる値（例えば読み取り時はリードエレメントのギャップのセンタが各データ・トラック３４のセンタに一致する値、書き込み時はライトエレメントのギャップのセンタが各データ・トラック３４のセンタに一致する値）を設定、出力する。
ヘッド現在位置演算部１２２から出力されたヘッド現在位置、及びヘッド目標位置設定部１２５から出力されたヘッド目標位置はヘッド位置信号生成部１２４に各々入力される。ヘッド位置信号生成部１２４は入力されたヘッド現在位置とヘッド目標位置とを比較し、ヘッド目標位置に対するヘッド現在位置の偏差の大きさ及び偏差の方向（ヘッド目標位置に対しヘッド現在位置が磁気ディスク２の内周側にずれているか外周側にずれているか）を表すヘッド位置信号ｙ（ｎ）を出力する。ヘッド位置信号ｙ（ｎ）はＰＥＳを意味する。
【００３１】
ヘッド位置信号ｙ（ｎ）は、主制御部１２１に入力される。主制御部１２１で行われる処理を、この処理により実現される入力と出力との関係に着目してブロック線図により概念的に示すと、図７の通りである。図７に示すように、トラック追従モードは、セトリング・モードに積分器を加えた制御である。図７に示すｕ（ｎ）が、トラック追従モードにおいてＤＡＣ７に向けて出力されるDAC outである。ここで、トラック追従モードでは、図７に示すように、デジタル・ピーク・フィルタ２０が設けてある。このデジタル・ピーク・フィルタ２０の出力（Ｆout）は、以下の式により表すことができる。
Ｆout＝（ＫａＺ2−ＫｂＺ）／（Ｚ2−２ｃｏｓ（ω・Ｔ）Ｚ＋１）
ここで、Ｚはデジタル・ピーク・フィルタ２０からの直前の出力信号を意味し、状態変数と呼ばれている。また、ＫａおよびＫｂはゲイン、ω、Ｔは各々角周波数、設定周波数である。この出力Ｆoutが、フィード・バック制御における制御信号であるDACoutに付加された形で出力される。
また、トラック追従モードにおけるフィード・バック制御においては、比較器２１が設けられる。比較器２１には、デジタル・ピーク・フィルタ２０の直前の出力信号が入力される。また、比較器２１には、偏差信号であるＰＥＳ（ｙ（ｎ））が入力される。そして、この２つの信号の位相を比較する。そして、ＰＥＳの位相がデジタル・ピーク・フィルタ２０の出力信号の位相と合っている場合には、デジタル・ピーク・フィルタ２０に対して、設定周波数Ｔを遅くするように指示する。一方、ＰＥＳの位相とデジタル・ピーク・フィルタ２０の出力信号の位相とが１８０°ずれている場合には、デジタル・ピーク・フィルタ２０に対して、設定周波数Ｔを速くするように指示する。
【００３２】
次に、以上の構成にかかるハード・ディスク・ドライブ１において、トラック追従モード実行時の動作手順を図８に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
トラック追従モードにおいては、ＰＥＳが所定の値Ａを超えているか否かの判断を行なう（図８ステップＳ１０１）。揺れが大きい場合に限り、本実施の形態によるデジタル・ピーク・フィルタ２０の周波数追従手法を適用するためである。
ＰＥＳが所定値Ａを超える場合には、デジタル・ピーク・フィルタ２０の直前の出力信号の位相とＰＥＳの位相とが一致するか否かを比較器２１にて判断する（図８ステップＳ１０３）。もし、デジタル・ピーク・フィルタ２０の直前の出力信号の位相とＰＥＳの位相とが一致している場合、デジタル・ピーク・フィルタ２０の直前の出力信号の周波数がＰＥＳの周波数よりも速い。したがって、デジタル・ピーク・フィルタ２０の設定周波数Ｔを下げる（図８ステップＳ１０７）。一方、デジタル・ピーク・フィルタ２０の直前の出力信号の位相とＰＥＳの位相とが一致しない場合、デジタル・ピーク・フィルタ２０の直前の出力信号の周波数がＰＥＳの周波数よりも遅い。したがって、デジタル・ピーク・フィルタ２０の設定周波数Ｔを上げる（図８ステップＳ１０５）。ここで、デジタル・ピーク・フィルタ２０の先行する出力信号の位相とＰＥＳの位相とが一致しない場合、両者の位相は１８０°ずれている。
以上の動作手順を繰り返すことにより、ＰＥＳは所定値Ａ以下に収まるように制御される。
【００３３】
図９は、ハード・ディスク・ドライブ１に与えた振動の周波数（横軸）と各周波数におけるターゲット・ポジションへの追従精度（縦軸）の関係を示すグラフである。なお、数値が小さいほど、追従精度は良好である。また、比較例は、４つの固定された設定周波数Ｔを備えたデジタル・ピーク・フィルタ２０を用いた場合を示している。
図９に示すように、本実施の形態によれば、測定した周波数の全範囲において振動減衰能が発揮され、良好な追従精度を示していることがわかる。これに対して比較例は、各々の設定周波数Ｔにおいては、追従精度が向上しているが、他の周波数帯域では、追従精度が明らかに劣っている。
【００３４】
以上説明したように、本誌実施の形態によるハード・ディスク・ドライブ１は、デジタル・ピーク・フィルタ２０の設定周波数ＴをＰＥＳに追従するようにしたので、広範な周波数の帯域における振動に対して振動減衰能を得ることができる。特に本実施の形態は、デジタル・ピーク・フィルタ２０の先行する出力信号の位相とＰＥＳの位相とを比較することで、デジタル・ピーク・フィルタ２０の設定周波数Ｔを変動させることができる。これは、ＰＥＳ自身を解析することによる周波数の検出よりも簡便な方法である。
以上の本実施の形態では、データ記憶装置としてハード・ディスク・ドライブ１を例にしたが、本発明は他のデータ記憶装置に対して適用することを妨げない。また、本実施の形態による位置決め装置、あるいは位置決め方法は、データ記憶装置以外の用途に適用することを妨げない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、広範な周波数の振動に対して、トラック追従動作においてヘッドが常にデータ・トラックに追従するように制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態によるハード・ディスク・ドライブの主要構成を示すブロック図である。
【図２】 本実施の形態による磁気ディスクの記憶内容を概念的に示す図である。
【図３】 本実施の形態による磁気ディスクの記憶内容を概念的に示す図である。
【図４】 本実施の形態によるＭＰＵ／ＨＤＣの構成を示す図である。
【図５】 シーク・モードにおけるフィード・バック制御の構成を示す図である。
【図６】 セトリング・モードにおけるフィード・バック制御の構成を示す図である。
【図７】 トラック追従モードにおけるフィード・バック制御の構成を示す図である。
【図８】 トラック追従モードにおける、デジタル・ピーク・フィルタの周波数の設定手順を示すフローチャートである。
【図９】 ハード・ディスク・ドライブに与えた振動の周波数と各周波数におけるターゲット・ポジションへの追従精度の関係を示すグラフである。
【図１０】 フィード・バック制御における状態変数ＺおよびＰＥＳの波形を対比して示したグラフである。
【図１１】 フィード・バック制御における状態変数ＺおよびＰＥＳの波形を対比して示したグラフである。
【図１２】 フィード・バック制御における状態変数ＺおよびＰＥＳの波形を対比して示したグラフである。
【符号の説明】
１…ハード・ディスク・ドライブ、２…磁気ディスク、３…スピンドル・モータ、４…磁気ヘッド、５…アクチュエータ、６…ＶＣＭ（ボイス・コイル・モータ）、７…ＤＡＣ、１１…リード／ライト回路、１２…ＭＰＵ／ＨＤＣ、２０…デジタル・ピーク・フィルタ、２１…比較器
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハード・ディスク・ドライブに代表されるデータ記憶装置に関し、特にヘッドを所定の目標位置に位置決めする装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハード・ディスク・ドライブは、磁気ディスクに記憶されているデータを読み出し、または磁気ディスクにデータを書き込むための磁気ヘッドを備えている。この磁気ヘッドは、ＶＣＭ（Voice Coil Motor）によって揺動するアクチュエータ機構に装着されている。
磁気ヘッドがデータの読み出しまたはデータの書き込みを行なう場合、アクチュエータ機構を駆動することにより、磁気ヘッドを所定のトラックに移動かつ位置決めさせる。磁気ヘッドは、磁気ディスク上に記憶されたサーボ・データを手がかりに所定の位置への移動制御がなされる。
【０００３】
ハード・ディスク・ドライブ等の磁気ディスクには、同心円状に複数のデータ・トラックが形成されていると共に、ディスクの直径方向に沿って識別情報及びバースト・パターンが予め記憶されている。識別情報は各データ・トラックのトラック・アドレスを表す情報であり、磁気ヘッドによって読み取られた識別情報に基づいて、磁気ヘッドのおおよその位置、すなわち磁気ヘッドがどのデータ・トラックに対応する位置に位置しているかを判断できる。またバースト・パターンは、各々信号が記憶された領域がディスクの直径方向に沿って一定間隔で配列され互いに信号記憶領域の位相が異なる複数のバースト・パターン列で構成されている。磁気ヘッドからバースト・パターンに応じて出力される信号に基づいて、磁気ヘッドの細かな位置、すなわち磁気ヘッドが対応しているデータ・トラックに対し、磁気ヘッドの位置がどの程度ずれているかの偏差を検出できる。
【０００４】
磁気ディスクに対するデータの読み取り又は書き込みは、磁気ディスクが回転している状態で、磁気ヘッドで読み取られた識別情報に基づいて磁気ヘッドのおおよその位置を判断しながら磁気ヘッドを移動させて磁気ヘッドを特定のデータ・トラックに対応させ、次に磁気ヘッドからバースト・パターンに応じて出力される信号に基づいて磁気ヘッドを特定のデータ・トラックに正確に位置決めした後に行われる。この一連の動作をシーク動作という。また、データの読み取り又は書き込みを行っている間も、磁気ヘッドからバースト・パターンに応じて出力される信号に基づいて、特定のデータ・トラックに対し、磁気ヘッドが一定の位置に位置するようにフィード・バック制御される。この動作をトラック追従動作という。
【０００５】
ところで、ハード・ディスク・ドライブの磁気ディスクは、モータによって回転駆動されるスピンドルの外周に取付けられているが、製造誤差等の原因により、磁気ディスクの中心はスピンドルの回転中心に対して若干偏心していることが殆どである。この偏心は、磁気ヘッドが特定のデータ・トラックに対して一定の位置に位置するようにフィード・バック制御する制御系に対し外乱として作用する。
【０００６】
すなわち、フィード・バック制御系では磁気ヘッドからバースト・パターンに応じて出力される信号をフィード・バック要素とし、この信号から求まるデータ・トラックに対する磁気ヘッドの位置と、磁気ヘッドの目標位置との偏差を表す偏差信号に基づいて、磁気ヘッドの位置を目標位置に一致させる制御信号を生成、出力することにより磁気ヘッドの位置決めを行なっている。しかし、磁気ヘッドの位置を目標位置に一致させることができていたとしても、前述のような偏心により所定周期毎に偏差が大きな値となる外乱（Repeatable Run Out，以下、ＲＲＯと称する）が加わる。したがって、フィード・バック制御系による制御がＲＲＯに追従しきれず、目標位置に対する磁気ヘッドの位置のずれが許容値を越えることがあった。これにより、データ・トラックから読み取った情報が一部欠落し、あるいはデータ・トラックに書き込むべき情報の一部を正常に書き込めない等のエラーが繰り返し発生することがある。
【０００７】
以上に関し、偏差信号に含まれる各周波数の成分のうち比較的低い特定周波数（例えば６０Ｈｚ ）の成分にのみ高い利得、つまり利得が有効となるデジタル・ピーク・フィルタを用い、入力された偏差信号をデジタル・ピーク・フィルタに入力し、デジタル・ピーク・フィルタから出力された信号を加えて制御信号を生成、出力するようにしたハード・ディスク・ドライブが提案されている。このハード・ディスク・ドライブでは、特定周波数をＲＲＯの発生周期に対応する周波数と一致させることにより、制御系の他の部分の構成を変更することなく、トラック追従動作においてヘッドが常にデータ・トラックに追従するように制御することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハード・ディスク・ドライブではスピンドルの回転中心に対する磁気ディスクの中心の偏心以外にも、スピンドルを回転させるモータのベアリングが真円でない等の理由により、高い周波数のＲＲＯが発生する。この高い周波数のＲＲＯは、特に磁気ディスクへの情報の記憶密度を高くするために、磁気ディスク上に形成されるデータ・トラックのピッチを小さく（データ・トラックの幅を狭く）した場合に特に問題となる。これに対し、前述のハード・ディスク・ドライブにおいて、デジタル・ピーク・フィルタの利得が高くなる周波数を単に高くしたとすると、制御系の安定性が損なわれるという問題がある。
また、例えばノートブック型ＰＣの内部では、フロッピ・ディスク・ドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、冷却ファンおよびスピーカなどの振動源がある。さらに、ノートブック型ＰＣの使用環境下によっては、外部からの振動がハード・ディスク・ドライブに付加される。これらのハード・ディスク・ドライブに付加され得る全ての振動に対してその周波数を特定することは困難である。したがって、デジタル・ピーク・フィルタを用いたハード・ディスク・ドライブは、固定された特定の周波数に対しては有効であるものの、ハード・ディスク・ドライブに付加され得る全範囲の周波数の振動を抑制することはできなかった。
そこで本発明は、広範な周波数の振動に対しても、トラック追従動作を行なうことのできるデータ記憶装置の提供を課題とする。また本発明は、そのようなデータ記憶装置に好適な位置決め装置、位置決め方法の提供を課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述したデジタル・フィルタを用いて、トラック追従性をより安定させることを検討した。デジタル・ピーク・フィルタの設定周波数を、発生している振動、衝撃の周波数に追従させることが考えられる。たとえば、ＰＥＳ（Position Error Signal）として知られる磁気ヘッドの偏差信号を解析することにより、その周波数を検知することはできる。そして、検知した周波数を用いてデジタル・ピーク・フィルタの設定周波数を適宜変動させればよい。ところが、ＰＥＳを解析することにより周波数を検知するためには、膨大な計算が必要となる。そのため、現実的な解決手段とはならない。
【００１０】
本発明者は、デジタル・ピーク・フィルタを用いたトラック追従動作において、ＰＥＳの位相とデジタル・ピーク・フィルタの出力信号の位相との間に、興味深い関係が存在することを知見した。その関係とは以下の通りである。すなわち、ＰＥＳの位相とデジタル・ピーク・フィルタの出力信号の位相とが合うとＰＥＳのほうがデジタル・ピーク・フィルタの出力信号よりも周波数が遅く、逆に、位相が１８０°ずれるとＰＥＳのほうがデジタル・ピーク・フィルタの出力信号よりも周波数が速いことを知見した。この知見を図１０〜図１２に基づいて説明する。
【００１１】
一般的なＺ変換のデジタル・ピーク・フィルタからの出力（Ｆout）は、以下の式により表すことができる。
Ｆout＝（ＫａＺ2−ＫｂＺ）／（Ｚ2−２ｃｏｓ（ω・Ｔ）Ｚ＋１）
ここで、Ｚは直前のデジタル・ピーク・フィルタからの出力信号を示し、状態変数と呼ばれている。また、ＫａおよびＫｂはゲイン、ω、Ｔは各々角周波数、設定周波数である。この状態変数ＺおよびＰＥＳの波形を対比して示したのが図１０〜図１２である。
図１０は、ＰＥＳの周波数と状態変数Ｚ、つまりデジタル・ピーク・フィルタの出力信号の周波数が一致している場合を示している。この場合は、デジタル・ピーク・フィルタが効いているために、ＰＥＳが小さく抑え込まれている。
図１１は、ＰＥＳの周波数のほうが、デジタル・ピーク・フィルタの出力信号の周波数よりも遅い場合を示している。この場合、ＰＥＳの位相がデジタル・ピーク・フィルタの出力信号の位相と合っていることがわかる。
図１２は、ＰＥＳの周波数のほうが、デジタル・ピーク・フィルタの出力信号の周波数よりも速い場合を示している。この場合、ＰＥＳの位相とデジタル・ピーク・フィルタの出力信号の位相とは１８０°ずれている。
【００１２】
以上の通りであり、ＰＥＳと状態変数との位相を比較することにより、デジタル・ピーク・フィルタの設定周波数に対してＰＥＳの周波数が速いか遅いかを知ることができる。したがって、２つの信号の位相の関係に基づいてデジタル・ピーク・フィルタの設定周波数をＰＥＳに追従させることができる。
本発明は、以上の思想に基づくものであり、ユーザ・データおよびサーボ・データを記憶する記憶媒体と、記憶媒体の所定のアクセス位置においてユーザ・データの書き込みおよび読み出しを行なうとともにサーボ・データを読み出すヘッドと、ヘッドが読み出したサーボ・データに基づいてヘッドの位置ずれ量を表す位置ずれ信号を出力する信号出力手段と、位置ずれ信号が入力されるとともに、設定した所定周波数に対して利得が有効となるフィルタと、位置ずれ信号の位相とフィルタにより出力された出力信号の位相とを比較する位相比較手段と、位相比較手段による比較結果に基づいて所定周波数を変動させる周波数設定手段と、位置ずれ信号およびフィルタから出力される信号に基づいてヘッドをアクセス位置に位置決めする制御信号を生成しかつ出力する制御手段と、制御信号に基づいてヘッドを駆動するモータと、を備えたことを特徴とするデータ記憶装置である。
【００１３】
本発明のデータ記憶装置によれば、位置ずれ信号の位相とフィルタによる先行する出力信号の位相とを比較することにより、フィルタによる出力信号の周波数の位置ずれ信号の周波数に対する関係を知ることができる。つまり、フィルタによる出力信号の周波数が位置ずれ信号の周波数に対して、速いまたは遅いという比較結果を導き出すことができる。この比較結果に基づいて、フィルタから新たに出力する出力信号の所定周波数を適宜変動させる。もちろん、この変動は、位置ずれ信号に対してフィルタから新たに出力する出力信号の所定周波数を追従させることを目的とする。このフィルタにおける所定周波数の変動、あるいは追従は、幅広い周波数の帯域でヘッドの位置ずれを抑制することになる。
【００１４】
以上の通りであり、本発明のデータ記憶装置おける周波数設定手段は、位置ずれ信号の周波数に所定周波数を追従させるように所定周波数を変動させることが望ましい。
また、本発明のデータ記憶装置における周波数設定手段は、位置ずれ信号の位相とフィルタによる出力信号の位相のずれが実質的に０の場合に、設定される所定周波数を従前の設定周波数に比べて下げることになる。一方、この周波数設定手段は、位置ずれ信号の位相とフィルタによる出力信号の位相が略１８０°ずれている場合に、設定される所定周波数を従前の設定周波数に比べて上げることになる。
【００１５】
デジタル・ピーク・フィルタから出力される信号(以下、フィルタ信号)は、ヘッドの振動を減衰させる機能を有している。この振動減衰能を有するフィルタ信号をフィード・バック制御による制御電流に付加する。本発明では、この振動減衰能を有するフィルタ信号の周波数の設定値を適宜変動させる。したがって、本発明は、複数のトラックが形成されたディスク状媒体と、ディスク状媒体上をシークして目標トラックにアクセスするヘッドと、制御電流の入力を受けてヘッドを目標トラックに移動および位置決めするアクチュエータと、フィード・バック制御によって制御電流を出力するコントローラと、を備えたデータ記憶装置であって、コントローラは、設定した所定の周波数に対して振動減衰能を有する信号が付加された制御電流を出力し、かつ振動減衰能を有する信号は、ヘッドの目標トラックに対する偏差を示す信号と先行する振動減衰能を有する信号との位相の関係に基づいて、所定の周波数が設定されることを特徴とする。
【００１６】
本発明のデータ記憶装置におけるコントローラは、ヘッドが目標トラックに対して所定の偏差を有する場合に、ヘッドの目標トラックに対する偏差を示す信号と先行する振動減衰能を有する信号の位相の関係に基づいて、所定の周波数を設定する。この設定は、二つの位相の関係に基づいて、ヘッドの目標トラックに対する偏差を示す信号の周波数に一致または近似させることを要旨とする。
【００１７】
本発明は、以上のデータ記憶装置に好適な以下の位置決め装置を提供する。つまり本発明は、アクチュエータによってアクセス対象物上の目標位置に位置決め対象物を位置決めする位置決め装置であって、アクセス対象物に対する位置決め対象物の偏差を表す偏差信号を出力する信号出力手段と、この信号出力手段から出力された偏差信号に基づいて位置決め対象物を目標位置に追従させる制御信号をアクチュエータに向けて出力して、位置決め対象物の位置を制御する制御手段と、所定周波数またはこの所定周波数を含む周波数帯域が設定され、かつ入力された偏差信号にフィルタリングを行った結果を出力信号として出力するデジタル・ピーク・フィルタと、を備えた位置決め装置であって、制御手段は、デジタル・ピーク・フィルタからの出力信号を付加して制御信号を出力し、デジタル・ピーク・フィルタは、先行する出力信号の位相と偏差信号の位相との位相差に応じて、先行する出力信号における所定周波数を増減した、新たな所定周波数に基づいてフィルタリングを行なうことを特徴とする位置決め装置である。
【００１８】
本発明の位置決め装置において、デジタル・ピーク・フィルタは、位相差が実質的に０の場合には先行する出力信号における所定周波数を減じ、一方、位相差が実質的に１８０°相違する場合には先行する出力信号における所定周波数を増加して、新たな所定周波数に基づいてフィルタリングを行うことができる。
本発明の位置決め装置は、同心円状に形成されるとともにデータが記憶可能な複数のトラックを有するデータ記憶媒体をアクセス対象物とし、またトラックに記憶されたデータを読み取りまたはトラックにデータを書き込むヘッドを位置決め対象物として、データ記憶装置の位置決め装置に適用することができる。このデータ記憶媒体上にバースト・パターンが形成されている場合には、信号出力手段は、ヘッドが読み取ったバースト・パターンに基づいて、偏差信号を出力する。
【００１９】
本発明は、以上のデータ記憶装置、位置決め装置に対して、以下の位置決め方法を提供する。この位置決め方法は、回転するディスク上の目標位置に対する位置決め対象物の偏差を表す偏差信号に基づいて、位置決め対象物を目標位置に追従させる位置決め方法であって、位置決め対象物と目標位置との偏差を表す偏差信号の位相と、偏差信号に対して所定周波数または所定周波数を含む周波数帯域によるフィルタリングを行ったフィルタリング信号の位相を比較するステップと、偏差信号の位相とフィルタリング信号の位相との関係によって、所定周波数を従前の値よりも増加、または従前の値よりも減少させるステップと、位置決め対象物を目標位置に追従させる偏差信号に基づく制御信号に、増加または減少された所定周波数によるフィルタリング信号を付加するステップと、を備えることを特徴とする位置決め方法である。
【００２０】
本発明の位置決め方法において、偏差信号の位相とフィルタリング信号の位相との一致または不一致によって前記関係が定義される。不一致の場合、位相差は１８０°となる。
本発明において、フィルタリングは、デジタル・ピーク・フィルタにより行なうことができる。また、本発明の位置決め方法は、ハード・ディスク・ドライブに適用することができる。この場合、ディスクは、ハード・ディスク・ドライブの磁気ディスクが本発明のディスクに該当し、磁気ディスクに同心円状に形成してあるトラックに記憶されたデータを読み取る磁気ヘッドが本発明のヘッドに該当する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を、ハード・ディスク・ドライブを例にして詳細に説明する。
図１は、ハード・ディスク・ドライブ１の主要部を示すブロック図である。ハード・ディスク・ドライブ１は、スピンドル・モータ３によって回転駆動される磁気ディスク２上を磁気ヘッド４がシークしかつ所定のトラック（位置）に留まって磁気ディスク２に対してデータを書き込み、または磁気ディスク２に書き込まれたデータを読み出すデータ記憶再生装置である。磁気ディスク２は、必要に応じて単数または複数搭載されるが、本実施の形態においては、単数の例を示している。
【００２２】
磁気ディスク２は、ハード・ディスク・ドライブ１が動作しているとき、スピンドル・モータ３のスピンドル軸を中心にして回転駆動され、ハード・ディスク・ドライブ１が非動作のとき、回転停止（静止）する。磁気ディスク２の各記憶面には、図２に示すように磁気ディスク２の直径方向に沿って複数の位置検出情報記憶領域３０が放射状に形成されており、残りの領域がデータ・トラック領域３２とされている。図３には位置検出情報記憶領域３０及びデータ・トラック領域３２の一部を示す。データ・トラック領域３２には複数のデータ・トラックが同心円状にピッチで形成されており、図２にはその一部であるデータ・トラック３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃおよび３４Ｄを示す。各データ・トラック３４に対しては、後述する磁気ヘッド４によって磁気ディスク２の円周方向（図３矢印Ａ方向）に沿って情報の読み取り、書き込みが行われる。
【００２３】
一方、位置検出情報記憶領域３０にはトラック識別情報記憶領域３０Ａ及びバースト・パターン記憶領域３０Ｂが設けられている。トラック識別情報記憶領域３０Ａには、各データ・トラック３４に対応して、各データ・トラック３４のトラック・アドレスをグレイコード（巡回２進符号）で表したトラック識別情報が記憶されている。また、バースト・パターン記憶領域３０Ｂにはバースト・パターンが形成されている。図３に示すように、バースト・パターンは各々信号が記憶された領域（図３にハッチングで示す部分）が各データ・トラック３４の配列方向、すなわち磁気ディスク２の直径方向に沿って配列された４本のバースト・パターン列（バースト・パターン列Ａ乃至Ｄ）から成る。各バースト・パターン列を構成する各信号記憶領域は、磁気ディスク２の直径方向に沿った寸法及び隣り合う領域との間隔が各々データ・トラック３４のピッチＰに等しい長さとされている。
バースト・パターン列Ａの信号記憶領域３０ａ及びバースト・パターン列Ｂの信号記憶領域３０ｂは、磁気ディスク２の直径方向に沿って千鳥状に配置され、かつ各領域のディスクの直径方向に沿った両端部の辺が各データ・トラック３４の幅方向中心部に対応しており、各領域に信号が記憶されることによってバースト・パターン列Ａ及びＢが形成されている。また、バースト・パターン列Ｃの信号記憶領域３０ｃ及びバースト・パターン列Ｄの信号記憶領域３０ｄは、磁気ディスク２の直径方向に沿って千鳥状に配置され、かつ各領域のディスクの直径方向に沿った両端部の辺が隣接する各データ・トラック３４間の境界に対応しており、各領域に信号が記憶されることによってバースト・パターン列Ｃ及びＤが形成されている。
【００２４】
磁気ヘッド４は、アクチュエータ５の先端部に磁気ディスク２の表裏面に対応して２つ保持されている。磁気ヘッド４は、磁気ディスク２に対してデータの書き込みおよび読み出しを実行する。また、磁気ディスク２に記憶されているサーボ・データを読み取る。磁気ヘッド４は、アクチュエータ５と一体となって磁気ディスク２の半径方向に移動する。磁気ヘッド４が駆動しない場合に退避するためのランプ（図示せず）が、磁気ディスク２よりも外方に配置されている。
リード／ライト回路１１は、データの読み／書き処理を実行する。つまり、ＭＰＵ／ＨＤＣ１２を介してホスト・コンピュータから転送された書き込みデータを書き込み信号（電流）に変換して磁気ヘッド４に供給する。磁気ヘッド４は、この書き込み電流に基づいて磁気ディスク２に対してデータの書き込みを実行する。一方、磁気ディスク２から読み出した読み出し信号（電流）をデジタル・データに変換してＭＰＵ／ＨＤＣ１２を介してホスト・コンピュータに出力する。このデジタル・データには、サーボ・データも含まれている。
【００２５】
アクチュエータ５は、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）６によって駆動される。したがって、ＶＣＭ６が磁気ヘッド４を駆動するということもできる。ＶＣＭ６は、コイルを要素とする可動子と永久磁石を要素とする固定子とから構成されており、このコイルに所定の電流をＶＣＭドライバ８から供給することにより、可動子を駆動させ、磁気ヘッド４を磁気ディスク２上の所定位置に移動あるいは停止させる。
【００２６】
ＭＰＵ／ＨＤＣ１２は、リード／ライト回路１１から入力された信号に基づいて磁気ヘッド４の位置を判断し、判断した磁気ヘッド４の位置と磁気ヘッド４の目標位置との偏差に応じて、後述するようにして磁気ヘッド４の位置を制御するための制御信号を生成し、ＭＰＵ／ＨＤＣ１２に接続されたＤＡＣ７へ出力する。具体的には、ＶＣＭ６のボイス・コイルを流れる電流を制御するためのモータ電流制御信号である。ＭＰＵ／ＨＤＣ１２のより詳しい内容は後述する。
ＤＡＣ７は、ＭＰＵ／ＨＤＣ１２から出力された位置決め制御電流をアナログ信号（電圧信号）に変換するとともに、ＶＣＭドライバ８に出力する。
ＶＣＭドライバ８は、ＤＡＣ７から受けた電圧信号を駆動電流に変換してＶＣＭ６に供給する。
ハード・ディスク・ドライブ１には、ＲＯＭ１３およびＲＡＭ１４が設けてある。
【００２７】
ところで、本実施の形態によるハード・ディスク・ドライブ１の磁気ヘッド４の位置決め制御は、シーク・モード（Seek mode）、セトリング・モード（Settling mode）およびトラック追従モード（Following mode）の３つのモードを備えている。本実施の形態は、このトラック追従モードにおいて、新規な磁気ヘッド４の位置決め制御を実施する。
シーク・モード時にフィード・バック制御の構成を図５に示す。図５に示すように、シーク・モードは、目標速度（Target velocity）に対して磁気ヘッド４の現在速度（Current velocity）を追従するようにフィード・バックをかける速度制御である。図５に示すｕ（ｎ）が、シーク・モードにおいてＤＡＣ７に向けて出力される位置決め制御電流（DAC out）である。
【００２８】
セトリング・モードにおけるフィード・バック制御の構成を図６に示す。図６に示すように、セトリング・モードは、磁気ヘッド４の現在位置（Current Position）からターゲット位置（Target Position）までの距離およびそのときの速度をフィード・バックする位置−速度制御である。図６に示すｕ（ｎ）が、セトリング・モードにおいてＤＡＣ７に向けて出力されるDAC outである。
【００２９】
次に、トラック追従モードにおけるフィード・バック制御について説明する。図４は、ＭＰＵ／ＨＤＣ１２が備えている各種機能のうち、磁気ヘッド４により情報の読み取り又は書き込みを行っている最中に、磁気ヘッド４の位置が所定の各データ・トラック３４に対応する位置を追従（トラック追従動作）するように磁気ヘッド４の位置を制御する機能を実現するための制御系を、機能毎にブロックに別けて示したものである。
リード／ライト回路１１から出力された信号はヘッド現在位置演算部１２２及びバースト・パターン検出部１２３に入力される。バースト・パターン検出部１２３では入力された信号に基づいて、磁気ヘッド４がバースト・パターン記憶領域３０Ｂに対応しているか否かを判定し、判定結果をヘッド現在位置演算部１２２に出力する。ヘッド現在位置演算部１２２では、バースト・パターン検出部１２３により磁気ヘッド４がバースト・パターン記憶領域３０Ｂに対応していると判定されているときに、リード／ライト回路１１からから出力された信号を取り込み、該信号に基づいて磁気ヘッド４が現在対応している磁気ディスク２の直径方向に沿った位置（磁気ヘッド４の現在位置）を演算し、出力する。従って、ヘッド現在位置演算部１２２からはヘッド現在位置が所定周期に出力される。
【００３０】
また、ヘッド目標位置設定部１２５は、磁気ディスク２の直径方向に沿った位置で表した磁気ヘッド４の目標位置を設定、出力する。なお、磁気ヘッド４のリードエレメントに対応するギャップと、ライトエレメントに対応するギャップの各々の長手方向に沿った中心位置（センタ）にずれ（オフセット）がある場合には、ヘッド目標位置設定部１２５は、磁気ヘッド４の目標位置として各データ・トラック３４からの情報の読み取り時と書き込み時とで異なる値（例えば読み取り時はリードエレメントのギャップのセンタが各データ・トラック３４のセンタに一致する値、書き込み時はライトエレメントのギャップのセンタが各データ・トラック３４のセンタに一致する値）を設定、出力する。
ヘッド現在位置演算部１２２から出力されたヘッド現在位置、及びヘッド目標位置設定部１２５から出力されたヘッド目標位置はヘッド位置信号生成部１２４に各々入力される。ヘッド位置信号生成部１２４は入力されたヘッド現在位置とヘッド目標位置とを比較し、ヘッド目標位置に対するヘッド現在位置の偏差の大きさ及び偏差の方向（ヘッド目標位置に対しヘッド現在位置が磁気ディスク２の内周側にずれているか外周側にずれているか）を表すヘッド位置信号ｙ（ｎ）を出力する。ヘッド位置信号ｙ（ｎ）はＰＥＳを意味する。
【００３１】
ヘッド位置信号ｙ（ｎ）は、主制御部１２１に入力される。主制御部１２１で行われる処理を、この処理により実現される入力と出力との関係に着目してブロック線図により概念的に示すと、図７の通りである。図７に示すように、トラック追従モードは、セトリング・モードに積分器を加えた制御である。図７に示すｕ（ｎ）が、トラック追従モードにおいてＤＡＣ７に向けて出力されるDAC outである。ここで、トラック追従モードでは、図７に示すように、デジタル・ピーク・フィルタ２０が設けてある。このデジタル・ピーク・フィルタ２０の出力（Ｆout）は、以下の式により表すことができる。
Ｆout＝（ＫａＺ2−ＫｂＺ）／（Ｚ2−２ｃｏｓ（ω・Ｔ）Ｚ＋１）
ここで、Ｚはデジタル・ピーク・フィルタ２０からの直前の出力信号を意味し、状態変数と呼ばれている。また、ＫａおよびＫｂはゲイン、ω、Ｔは各々角周波数、設定周波数である。この出力Ｆoutが、フィード・バック制御における制御信号であるDACoutに付加された形で出力される。
また、トラック追従モードにおけるフィード・バック制御においては、比較器２１が設けられる。比較器２１には、デジタル・ピーク・フィルタ２０の直前の出力信号が入力される。また、比較器２１には、偏差信号であるＰＥＳ（ｙ（ｎ））が入力される。そして、この２つの信号の位相を比較する。そして、ＰＥＳの位相がデジタル・ピーク・フィルタ２０の出力信号の位相と合っている場合には、デジタル・ピーク・フィルタ２０に対して、設定周波数Ｔを遅くするように指示する。一方、ＰＥＳの位相とデジタル・ピーク・フィルタ２０の出力信号の位相とが１８０°ずれている場合には、デジタル・ピーク・フィルタ２０に対して、設定周波数Ｔを速くするように指示する。
【００３２】
次に、以上の構成にかかるハード・ディスク・ドライブ１において、トラック追従モード実行時の動作手順を図８に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
トラック追従モードにおいては、ＰＥＳが所定の値Ａを超えているか否かの判断を行なう（図８ステップＳ１０１）。揺れが大きい場合に限り、本実施の形態によるデジタル・ピーク・フィルタ２０の周波数追従手法を適用するためである。
ＰＥＳが所定値Ａを超える場合には、デジタル・ピーク・フィルタ２０の直前の出力信号の位相とＰＥＳの位相とが一致するか否かを比較器２１にて判断する（図８ステップＳ１０３）。もし、デジタル・ピーク・フィルタ２０の直前の出力信号の位相とＰＥＳの位相とが一致している場合、デジタル・ピーク・フィルタ２０の直前の出力信号の周波数がＰＥＳの周波数よりも速い。したがって、デジタル・ピーク・フィルタ２０の設定周波数Ｔを下げる（図８ステップＳ１０７）。一方、デジタル・ピーク・フィルタ２０の直前の出力信号の位相とＰＥＳの位相とが一致しない場合、デジタル・ピーク・フィルタ２０の直前の出力信号の周波数がＰＥＳの周波数よりも遅い。したがって、デジタル・ピーク・フィルタ２０の設定周波数Ｔを上げる（図８ステップＳ１０５）。ここで、デジタル・ピーク・フィルタ２０の先行する出力信号の位相とＰＥＳの位相とが一致しない場合、両者の位相は１８０°ずれている。
以上の動作手順を繰り返すことにより、ＰＥＳは所定値Ａ以下に収まるように制御される。
【００３３】
図９は、ハード・ディスク・ドライブ１に与えた振動の周波数（横軸）と各周波数におけるターゲット・ポジションへの追従精度（縦軸）の関係を示すグラフである。なお、数値が小さいほど、追従精度は良好である。また、比較例は、４つの固定された設定周波数Ｔを備えたデジタル・ピーク・フィルタ２０を用いた場合を示している。
図９に示すように、本実施の形態によれば、測定した周波数の全範囲において振動減衰能が発揮され、良好な追従精度を示していることがわかる。これに対して比較例は、各々の設定周波数Ｔにおいては、追従精度が向上しているが、他の周波数帯域では、追従精度が明らかに劣っている。
【００３４】
以上説明したように、本誌実施の形態によるハード・ディスク・ドライブ１は、デジタル・ピーク・フィルタ２０の設定周波数ＴをＰＥＳに追従するようにしたので、広範な周波数の帯域における振動に対して振動減衰能を得ることができる。特に本実施の形態は、デジタル・ピーク・フィルタ２０の先行する出力信号の位相とＰＥＳの位相とを比較することで、デジタル・ピーク・フィルタ２０の設定周波数Ｔを変動させることができる。これは、ＰＥＳ自身を解析することによる周波数の検出よりも簡便な方法である。
以上の本実施の形態では、データ記憶装置としてハード・ディスク・ドライブ１を例にしたが、本発明は他のデータ記憶装置に対して適用することを妨げない。また、本実施の形態による位置決め装置、あるいは位置決め方法は、データ記憶装置以外の用途に適用することを妨げない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、広範な周波数の振動に対して、トラック追従動作においてヘッドが常にデータ・トラックに追従するように制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態によるハード・ディスク・ドライブの主要構成を示すブロック図である。
【図２】 本実施の形態による磁気ディスクの記憶内容を概念的に示す図である。
【図３】 本実施の形態による磁気ディスクの記憶内容を概念的に示す図である。
【図４】 本実施の形態によるＭＰＵ／ＨＤＣの構成を示す図である。
【図５】 シーク・モードにおけるフィード・バック制御の構成を示す図である。
【図６】 セトリング・モードにおけるフィード・バック制御の構成を示す図である。
【図７】 トラック追従モードにおけるフィード・バック制御の構成を示す図である。
【図８】 トラック追従モードにおける、デジタル・ピーク・フィルタの周波数の設定手順を示すフローチャートである。
【図９】 ハード・ディスク・ドライブに与えた振動の周波数と各周波数におけるターゲット・ポジションへの追従精度の関係を示すグラフである。
【図１０】 フィード・バック制御における状態変数ＺおよびＰＥＳの波形を対比して示したグラフである。
【図１１】 フィード・バック制御における状態変数ＺおよびＰＥＳの波形を対比して示したグラフである。
【図１２】 フィード・バック制御における状態変数ＺおよびＰＥＳの波形を対比して示したグラフである。
【符号の説明】
１…ハード・ディスク・ドライブ、２…磁気ディスク、３…スピンドル・モータ、４…磁気ヘッド、５…アクチュエータ、６…ＶＣＭ（ボイス・コイル・モータ）、７…ＤＡＣ、１１…リード／ライト回路、１２…ＭＰＵ／ＨＤＣ、２０…デジタル・ピーク・フィルタ、２１…比較器
Claims (15)
- ユーザ・データおよびサーボ・データを記憶する記憶媒体と、
前記記憶媒体の所定のアクセス位置においてユーザ・データの書き込みおよび読み出しを行なうとともに前記サーボ・データを読み出すヘッドと、
前記ヘッドが読み出した前記サーボ・データに基づいて前記ヘッドの位置ずれ量を表す位置ずれ信号を出力する信号出力手段と、
前記位置ずれ信号が入力されるとともに、設定した所定周波数に対して利得が有効となるフィルタと、
前記位置ずれ信号の位相と前記フィルタにより出力された出力信号の位相とを比較する位相比較手段と、
前記位相比較手段による比較結果に基づいて前記所定周波数を変動させる周波数設定手段と、
前記位置ずれ信号および前記フィルタから出力される信号に基づいて前記ヘッドを前記アクセス位置に位置決めする制御信号を生成しかつ出力する制御手段と、
前記制御信号に基づいて前記ヘッドを駆動するモータと、
を備えたことを特徴とするデータ記憶装置。 - 前記周波数設定手段は、前記位置ずれ信号の周波数に前記所定周波数を追従させるように前記所定周波数を変動させることを特徴とする請求項１に記載のデータ記憶装置。
- 前記周波数設定手段は、前記位置ずれ信号の位相と前記フィルタにより出力された出力信号の位相のずれが実質的に０の場合に、前記設定される所定周波数を下げることを特徴とする請求項１に記載のデータ記憶装置。
- 前記周波数設定手段は、前記位置ずれ信号の位相と前記フィルタにより出力された出力信号の位相が略１８０°ずれている場合に、前記設定される所定周波数を上げることを特徴とする請求項１に記載のデータ記憶装置。
- 複数のトラックが形成されたディスク状媒体と、
前記ディスク状媒体上をシークして目標トラックにアクセスするヘッドと、
制御電流の入力を受けて前記ヘッドを前記目標トラックに移動および位置決めするアクチュエータと、
フィード・バック制御によって前記制御電流を出力するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
設定した所定の周波数に対して振動減衰能を有する信号が付加された前記制御電流を出力し、
かつ前記振動減衰能を有する信号は、前記ヘッドの前記目標トラックに対する偏差を示す信号と先行する前記振動減衰能を有する信号との位相の関係に基づいて、前記所定の周波数が設定されることを特徴とするデータ記憶装置。 - 前記コントローラは、
前記ヘッドが前記目標トラックに対して所定の偏差を有する場合に、前記ヘッドの前記目標トラックに対する偏差を示す信号と先行する前記振動減衰能を有する信号との位相の関係に基づいて、前記所定の周波数を設定することを特徴とする請求項５に記載のデータ記憶装置。 - 前記コントローラは、
前記位相の関係に基づいて、前記ヘッドの前記目標トラックに対する偏差を示す信号の周波数に一致または近似するように、前記所定の周波数を設定することを特徴とする請求項５に記載のデータ記憶装置。 - アクチュエータによってアクセス対象物上の目標位置に位置決め対象物を位置決めする位置決め装置であって、
前記アクセス対象物に対する前記位置決め対象物の偏差を表す偏差信号を出力する信号出力手段と、
前記信号出力手段から出力された前記偏差信号に基づいて前記位置決め対象物を前記目標位置に追従させる制御信号を前記アクチュエータに向けて出力して、前記位置決め対象物の位置を制御する制御手段と、
所定周波数または前記所定周波数を含む周波数帯域が設定され、かつ入力された前記偏差信号にフィルタリングを行った結果を出力信号として出力するデジタル・ピーク・フィルタと、
を備えた位置決め装置であって、
前記制御手段は、前記デジタル・ピーク・フィルタからの前記出力信号を付加して前記制御信号を出力し、
前記デジタル・ピーク・フィルタは、先行する前記出力信号の位相と前記偏差信号の位相との位相差に応じて、前記先行する出力信号における前記所定周波数を増減した、新たな所定周波数に基づいてフィルタリングを行なうことを特徴とする位置決め装置。 - 前記デジタル・ピーク・フィルタは、
前記位相差が実質的に０の場合に、前記先行する出力信号における前記所定周波数を減じ、
前記位相差が実質的に１８０°相違する場合に、前記先行する出力信号における前記所定周波数を増加して、新たな所定周波数に基づいてフィルタリングを行うことを特徴とする請求項８に記載の位置決め装置。 - 前記アクセス対象物は、ユーザ・データが記憶可能な複数の同心円状のトラックを有するデータ記憶媒体であり、
前記位置決め対象物は、前記トラックに記憶されたユーザ・データを読み取りまたは前記トラックにユーザ・データを書き込むヘッドであることを特徴とする請求項８に記載の位置決め装置。 - 前記データ記憶媒体上にはバースト・パターンが形成され、
前記信号出力手段は、前記ヘッドが前記バースト・パターンを読み取った結果に基づいて、前記偏差信号を出力することを特徴とする請求項８に記載の位置決め装置。 - 回転するディスク上の目標位置に対する位置決め対象物の偏差を表す偏差信号に基づいて、前記位置決め対象物を前記目標位置に追従させる位置決め方法であって、
前記位置決め対象物と前記目標位置との偏差を表す偏差信号の位相と、前記偏差信号に対して所定周波数または前記所定周波数を含む周波数帯域によるフィルタリングを行ったフィルタリング信号の位相を比較するステップと、
前記偏差信号の位相と前記フィルタリング信号の位相との関係に基づいて、前記所定周波数を従前の値よりも増加、または従前の値よりも減少させるステップと、
前記位置決め対象物を前記目標位置に追従させる前記偏差信号に基づく制御信号に、増加または減少された前記所定周波数または前記所定周波数を含む周波数帯域によるフィルタリング信号を付加するステップと、
を備えることを特徴とする位置決め方法。 - 前記偏差信号の位相と前記フィルタリング信号の位相との一致または不一致によって前記関係が定義されることを特徴とする請求項１２に記載の位置決め方法。
- 前記フィルタリングは、デジタル・ピーク・フィルタにより行なわれることを特徴とする請求項１２に記載の位置決め方法。
- 前記ディスクは、ハード・ディスク・ドライブの磁気ディスクであり、
前記位置決め対象物は、前記磁気ディスクに同心円状に形成してあるトラックに記憶されたデータを読み取る磁気ヘッドであることを特徴とする請求項１２に記載の位置決め方法。
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