JP4026989B2 - 磁気ディスク装置および最適オフセット測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリアクチュエータの先端にライトヘッドとリードヘッドをトラック方向に並べて配置した複合ヘッドを使用した磁気ディスク装置及びオフセット測定方法に関し、特に、ライトヘッドとリードヘッドのコアずれに起因したオフセットを装置パラメータのデフォルト状態で正確に測定するための磁気ディスク装置及びそのオフセット測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、磁気ディスク装置で使用されているヘッドは、読出専用のMRヘッドと書込み専用のインダクティブヘッドをトラック方向に並べて配置した複合ヘッドを使用している。また複合ヘッドは、ロータリアクチュエータの先端に支持され、媒体トラックを横切る径方向に移動して位置決めされる。更に、媒体のデータ面には、トラック方向に一定間隔で位置情報を記録したサーボフレームを予め配置したデータ面サーボを採用している。
【0003】
このため、データ書込み時には、MRヘッドの再生信号から復調した位置信号によりトラックセンタにMRヘッドのセンタをオントラックした状態で、インダクティブヘッドにより媒体にデータを書込む。この媒体に書込んだデータを再生する読出し時には、MRヘッドの再生信号から復調した位置信号によりトラックセンタにMRヘッドのセンタをオンラックした状態で、MRヘッドにより媒体からデータを読み出して復調する。
【0004】
このように複合ヘッド上ではライトヘッドとリードヘッドが分離配置されているため、一般にデータ書込み時のライトヘッドのライトセンタ位置とデータ読出し時のリードヘッドのリードセンタ位置にはずれが生ずる。そこで、ライトセンタ位置とリードセンタ位置のずれ量を予め測定しておき、データを読出す際にはずれ量の分だけリードヘッドをオフセットさせてライトセンタに位置決めする制御を行う必要がある。
【0005】
このオフセット量を測定する方法としては、まず、ライトヘッドの位置を示す基準の信号としてランダムなデータを書き込み、その後、リードヘッドを少しずつオフセットさせながらデータを読み出し、エラーレートが最小となるオフセット量、あるいは、エラーの起きなかったオフセット量の範囲の中心をもって最適なオフセット量としている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなライトヘッドとリードヘッドの分離配置に起因したオフセットの測定は、リードチャネルのパラメータがデフォルトの設定であっても、ある程度は正しくデータを読み出すことができなければいけない。この理由は、リードチャネルのパラメータの調整は、媒体に書かれたデータを使用しており、このためパラメータ調整前のデフォルトのパラメータによって媒体に書かれている調整用のパラメータを読み出すことが出来なければならないからである。
【0007】
従来のリードチャネルでは、媒体から読み出したデータによる調整が必要なパラメータは比較的少なかったので、デフォルトの設定状態でもある程度のエラーレートは確保できる。
【0008】
しかし、近年ではリードチャネルの進歩により、低S/N比でも従来と同等のエラーレートを確保できるようになったが、その分、パラメータの設定は細かくなり、パラメータが全く調整されてないデフォルト設定状態では、データが読み出せないという状態になりつつある。
【0009】
また、ライトヘッドとリードヘッドの分離配置に起因したオフセットの測定における評価では、ECCによるデータ訂正機能を利用し、1トラックをリードしてECCによる訂正が不可能なエラーが起きたセクタ数、即ち1シリンダリードしたときのセクタエラーレートが最小となるオフセット量、あるいは、訂正が不可能なエラーが起きなかったオフセットの範囲の中心をもって最適オフセット量とするのが普通である。
【0010】
なぜなら、ECCの訂正の可/不可の判断はハードウェアで行うことができ、また、リードチャネルのパラメータの未調整によるエラーレートの劣化をECCで補うことができるからである。
【0011】
しかし、ECCのエラーレートによる評価は、媒体欠陥に弱いという問題がある。即ち、オフセット測定の際に、測定トラックのどちらか一方の側、例えばディスク動径方向のアウター側に媒体欠陥が局部的に存在したとする。この場合、リードヘッドの位置がアウター寄りのときは、アウター側の媒体欠陥によってバーストエラーが起きてECCによる訂正が不可能となり、エラーレートが悪化する。
【0012】
このため欠陥が存在しないインナー側の領域でECCによる正常なエラーレートの評価が行われ、この場合の最適オフセット量は、媒体欠陥がない場合の本来の最適オフセット量に比べてインナー側にずれてしまい、媒体欠陥に弱い。
【0013】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、測定時のリードチャネルのパラメータ設定が容易で媒体欠陥等があってもデフォルト設定状態で正確に最適なオフセットを求めることのできる磁気ディスク装置及びそのオフセット測定方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
図1は本発明の原理説明図である。
【0015】
まず本発明は、図1(A)のように、アクチュエータ54の先端にリードヘッド52とライトヘッド50を配置した複合ヘッドを備え、リードヘッドの再生信号から復調した媒体の位置信号に基づいて目標トラックにオントラックしながら情報の記録又は再生を行い、更に再生時には、リードヘッドから再生信号を、パーシャルレスポンス応答波形に等化した後に最尤検出して情報を復調する磁気ディスク装置を対象とする。
【0016】
このような磁気ディスク装置において本発明は、測定パターン書込部60と最適オフセット測定部62を設ける。測定パターン書込部60は、図1(B)のように、オフセットを測定する測定トラック80の両側に位置する隣接トラック78に、ランダムパターンを書き込むか又はACイレーズした後に、プリアンブルパターンを書き込む。
【0017】
また最適オフセット測定部62は、オフセット量を変えながら、プリアンブルパターンの再生信号を等化したパーシャルレスポンス応答波形のサンプル値yと予め定めたノイズなしの場合のサンプル理想値Wとの誤差の2乗の総和Σ(y−W)2 を求め、次に2乗誤差の総和Σ(y−W)2 をサンプル数Nで割って1サンプル当りの平均(以下「平均自乗誤差MSE」という)を算出し、オフセット量の変化に対し平均2乗誤差MSEが最小となるオフセット量94を最適オフセットに決定する。
【0018】
測定パターン書込部60は、パーシャルレスポンス・クラス4・最尤検出(以下「PR4ML」という)の場合、プリアンブルパターンとして、測定トラックに磁化反転をビット1、非磁化反転をビット0とした場合に、0,1で繰り返すプリアンブルパターン「01010101・・・」を書き込む。
【0019】
このため本発明のオフセット測定では、PR4MLの場合、「01010101・・・」で繰り返すプリアンブルパターンを用いることで、ローパスフィルタ以降の波形は正しくパーシャルレスポンス応答波形に等化された波形と同じになり、この結果、評価量としての平均2乗誤差MSEには等化誤差を全く含まず、ノイズのパワーのみを含むものとなる。
【0020】
そして、リードヘッドがトラックからずれると信号は小さくなり、相対的にノイズは大きくなるので、リードヘッドが正しくオントラックしているときに平均2乗誤差MSEの値が最小値となり、そのときのオフセット量が最適なオフセット量となる。
【0021】
また従来のオフセット測定では、1トラック中のセクタ数は数百個程度であるのに対して、本発明のサンプル数となるビット数は、およそ1e6、即ち1×106個程度と極めて多くなり、従来のセクタエラーレートよりも本発明で求めている1サンプル当りの平均2乗誤差MSEの方が、測定誤差ははるかに小さく、最適オフセット量をより正確に求めることができる。
【0022】
最適オフセット測定部62は、パーシャルレスポンス応答波形への等化で使用するローパスフィルタのカットオフ周波数Fcを、サンプリング周波数fsの2分の1となるナイキスト周波数fnと実質的に同一となるように設定する。
【0023】
最適オフセット測定部62は、パーシャルレスポンス応答波形への等化で使用するローパスフィルタのブースト量Fbとして、フィルタゲイン特性のピークとなる周波数を媒体ノイズのピーク周波数に合わせるように設定する。
【0024】
この設定により、プリアンプの出力にはプリアンブルパターンと媒体ノイズ、回路ノイズが合成された信号が出力されるが、回路ノイズはヘッドのオフセット量を変化させたときの平均2乗誤差MSEの変化に寄与しないので、フィルタのゲイン特性のピークを媒体ノイズのパワースペクトラムのピークに合わせてやると、フィルタ出力後の信号における媒体ノイズと回路ノイズの比はフィルタ出力前に比べて大きくなる。よってヘッドをオフセットさせたときの平均2乗誤差MSEの変化量が大きくなり、測定の感度が上がる。
【0025】
最適オフセット測定部62は、PR4の応答波形への等化で使用するトランスバーサルフィルタ、例えばFIRフィルタ(有限インパルス応答フィルタ)の特定のタップ係数を0以外の値に設定し、残りのタップ係数を0に設定して単純なローパスフィルタ特性とし、パラメータ設定が簡単になる。
【0026】
即ち、従来のランダムデータを用いたオフセット測定では、PR4応答波形に等化した信号を元にAGCやPLLのフィードバック制御を行うので、媒体から読み出してきた信号を正しく等化できるように等化器を調整する必要がある。
【0027】
しかし、本発明では、例えば「010101010・・・」というように2ビット毎に1を書き込むプリアンブルパターン(ダイパルスパターン)を用いたことで、等化器の初期設定を単純なローパスフィルタとしても、PR4応答波形と同じ等化波形が出力され、AGCやPLLのフィードバック制御は正しく行われ、パラメータの調整が簡単で済む。
【0028】
最適オフセット測定部62は、1サンプル当り平均2乗誤差MSEの測定に先立ち、パーシャルレスポンス応答波形への等化で使用する可変利得増幅器の自動制御ゲインとリードクロックを抽出するPLL回路(タイミングリカバリ回路)のタイミングを、プリアンブルパターンの再生信号によるトレーニングで自動調整する。
【0029】
最適オフセット測定部62は、1サンプル当り平均2乗誤差MSEの測定に先立ち、測定トラック上でヘッドを一定オフセット量に固定した状態で、トラック上のデータフレーム又はデータセクタ毎に平均2乗誤差MSEを算出し、他のフレーム又はセクタと比較して平均2乗誤差MSEが極端に大きい場合、そのフレーム又はセクタには媒体欠陥があると見做して測定対象から除外する。
【0030】
このように1シリンダ中の全てのビットで平均2乗誤差MSEを計算するのではなく、セクタ毎、あるいはフレーム毎に平均2乗誤差MSEを測定し、平均2乗誤差MSEが著しく大きいセクタあるいはフレームには媒体欠陥があるものとして、その部分を除いた平均を用いることで、媒体欠陥の影響は完全に除去できる。
【0031】
最適オフセット測定部62は、測定シリンダ78を円周方向で均等に分散配置した複数の測定領域を対象に、平均2乗誤差MSEを算出して媒体偏心等の周期性偏心外乱RROの影響を軽減する。
【0032】
最適オフセット測定部62は、1サンプル当り平均2乗誤差MSEの測定に基づく最適オフセット量を、媒体のインナー側とアウター側の少なくとも2つのトラックで測定し、それ以外のトラックについては最適オフセットを直線補間計算により求める。
【0033】
このように測定トラックを必要最小限にすることで、オフセット測定の処理負担を軽減できる。測定トラックとしては、インナートラック、センタートラック、アウタートラックの3トラックが望ましい。またヨー角θyの変化に対しオフセットは正弦関数で変化するが、ロータリアクチュエータのアーム長に対しヨー角の範囲が比較的狭いため、直線補間で十分近似できる。
【0034】
測定パターン書込部60及び最適オフセット測定部62は、複合ヘッドが複数設けられた場合、複合ヘッド毎に、1サンプル当り平均2乗誤差MSEの測定に基づく最適オフセット量を求める。
【0035】
また本発明は、アクチュエータの先端にリードヘッドとライトを配置した複合ヘッドを備え、リードヘッドの再生信号から復調した媒体の位置信号に基づいて目標トラックにオントラックしながら情報の記録又は再生を行い、更に再生時には、リードヘッドから再生信号を、パーシャルレスポンス等化した後に最尤検出して情報を復調する磁気ディスク装置のオフセット測定方法を提供するものであり、
オフセットを測定する測定トラックの両側に位置する隣接トラックにランダムパターンを書き込むか又はACイレーズした後に、プリアンブルパターンを書き込む測定パターン書込過程と、
複合ヘッドのオフセット量を変えながら、プリアンブルパターンの再生信号を等化したパーシャルレスポンス波形のサンプル値と予め定めたノイズなしの場合のサンプル理想値との誤差の2乗の総和を求め、次に2乗誤差の総和をサンプル数で割って1サンプル当りの平均2乗誤差MSEを算出し、オフセット量の変化に対し平均2乗誤差MSEが最小となるオフセット量を最適オフセットに決定する最適オフセット測定過程と、
を備えたことを特徴とする。
【0036】
このオフセット測定方法の詳細は、装置の場合と同じになる。
【0037】
【発明の実施の形態】
図2は、本発明が適用されるハードディスクドライブのブロック図である。図2において、ハードディスクドライブはSCSIコントローラ10、ドライブコントロール12、ディスクエンクロージャ14で構成される。
【0038】
SCSIコントローラ10には、MCU16、制御記憶で使用されるフラッシュメモリ18、制御プログラムを格納したプログラムメモリ20、ハードディスクコントローラ22及びデータバッファ24が設けられる。ドライブコントロール12には、ドライブインタフェースロジック26、DSP28、リード/ライトLSI30、サーボ復調部32及びサーボドライバ34が設けられる。
【0039】
ディスクエンクロージャ14には、ヘッドIC36が設けられ、これに対しライトヘッドとリードヘッドを備えた複合ヘッド38−1〜38−6を接続している。
【0040】
複合ヘッド38−1〜38−6は磁気ディスク40−1〜40−3の各記録面に対して設けられ、VCM44によるロータリアクチュエータ54の駆動で磁気ディスク40−1〜40−3の任意のトラック位置に移動される。磁気ディスク40−1〜40−3はスピンドルモータ42により一定速度で回転する。
【0041】
この様なハードディスクドライブの動作は、次のようになる。例えばホストから書込みコマンドが発行された場合を例にとると、この書込みコマンドはハードディスクコントローラ22を介してフラッシュメモリ18のコマンドキューに格納される。
【0042】
MCU16はフラッシュメモリ18のコマンドキューの先頭位置から書込みコマンドを取出し、ハードディスクコントローラ22を使用してホストに対し書込みデータの転送を要求する。ホストから転送された書込みデータはデータバッファ24に格納される。データバッファ24に書込みデータの格納が終了するとMCU16はハードディスクコントローラ22を起動して磁気ディスク40−1〜40−3側に対する書込みを行う。
【0043】
この書込みはデータバッファ24に格納されていた書込みデータをハードディスクコントローラ22、ドライブインタフェースロジック26、リード/ライトLSI30のライト系、ヘッドIC36を通り、例えば複合ヘッド38−1に設けているライトヘッドにより書込みコマンドで指定されたトラックのセクタ位置に書込まれる。
【0044】
同時にDSP28は書込みコマンドで与えられたトラック位置に対するVCM44によるヘッドの位置付けをサーボ復調部32を介して得られたサーボ復調信号によりサーボドライバ34で制御し、複合ヘッド38−1が書込みコマンドで指定された目的セクタに位置付けられたときに、書込みデータのディスク書込みを実行する。
【0045】
このような書込みが完了するとMCU16はハードディスクコントローラ22を介してホストに書込みデータが正常終了したことを示すステータスを報告する。
【0046】
またホストから読出コマンドが発行された場合は、MPU16が読出しコマンドを取り出し、ハードディスクコントローラ22、ドライブインタフェースロジック26、リード/ライトLSI30のライト系、ヘッドIC36を通り、例えば複合ヘッド38−1に設けているリードヘッドにより読出コマンドで指定されたトラックのセクタ位置に書込まれているデータを再生し、ホストに対し読出データを転送する。
図3は、図2のハードディスクドライブに適用される本発明のオフセット測定処理機能のブロック図である。
【0047】
図3において、ライトチャネル回路48及びリードチャネル回路56は、図2のリード/ライトLSI30に内蔵されており、1枚を例にとった磁気ディスク40に対しロータリアクチュエータ54の先端に設けている複合ヘッドのライトヘッド50とリードヘッド52によりデータの書込みまたは読出しを行う。
【0048】
ここでライトヘッド50はインダクティブヘッドが使用されており、またリードヘッド52としては通常MRヘッドが使用されている。
【0049】
ライトチャネル回路48、リードチャネル回路56に対しては、本発明によるオフセット測定のためオフセット測定ユニット46が設けられている。オフセット測定ユニット46は、測定制御部58、測定パターン書込部60、最適オフセット測定部62及び測定結果を格納するオフセットテーブル64で構成される。
【0050】
また、測定制御部58はオフセット測定のため磁気ディスク40の特定のトラックを測定トラックとすることから、サーボ復調部32及びサーボドライバ34との連携により複合ヘッドを目的とする測定トラックに位置付けできるようにしている。
【0051】
図4は、図3のオフセット測定機能をライトチャネル回路48及びリードチャネル回路56の詳細と共に示している。このライトチャネル回路48及びリードチャネル回路56は、PR4MLを例にとっている。
【0052】
ライトチャネル回路48には、エンコーダ70、プリコーダ72、書込補償回路74、ライトドライバ76が設けられる。リードチャネル回路56には、可変利得アンプ78、ローパスフィルタ80、サンプラとして機能するADコンバータ82、イコライザとして機能するFIRフィルタ84、PR4を対象とした最尤検出器86、デコーダ88、AGC回路90及びPLL回路92が設けられる。
【0053】
このライトチャネル回路48及びリードチャネル回路56におけるPR4MLによる信号処理を簡単に説明すると次のようになる。エンコーダ70は、書込データを例えば8/9RLL符号に変換する。プリコーダ72はエンコーダ70からの8/9RLL符号を入力して1/(1+D)のプリコードを行う。
【0054】
書込補償回路74は磁化反転が連続した場合に後方の磁化反転の再生信号が前方にシフトするのを防ぐため、後方の磁化反転の記録位置を遅延させる。ライトドライバ76は、例えばビット1で磁化反転とすると、ビット1が得られるごとにライトヘッド50に流す書込電流の方向を反転して、磁気ディスク40に磁気的に記録する。
【0055】
次にリードチャネル回路56を説明する。リードヘッド52からはライトヘッド50による磁気ディスク40に記録したステップ状の記録電流による記憶信号の微分波形となるインパルス波形を持つ再生信号が出力され、可変利得アンプ78で増幅された後、ローパスフィルタ80で高域ノイズ成分が除去され、ADコンバータ82でサンプリング周波数でサンプリングされた後、FIRフィルタ84でPR4等化信号に波形等化される。
【0056】
ここで、FIRフィルタ84はPR4波形等化としてナイキスト等化と(1+D)の波形操作を行うように等化する。PR4等化信号は、最尤検出器86に入力され、+1,0,−1の3値をレベル検出した信号のエラー訂正をビタビアルゴリズムに従って行う。最尤検出器86で検出されたデータはデコーダ88で元のデータに復調され、再生データとして出力される。
【0057】
この様なPR4MLを対象としたライトチャネル回路48及びリードチャネル回路56に対し、オフセット測定のため、まずライトチャネル回路48に対し測定パターン書込部60が設けられている。この測定パターン書込部60には、ランダムパターン発生器66とプリアンブルパターン発生器68が設けられる。
【0058】
ランダムパターン発生器66は、測定トラックの両側に位置する隣接トラックにランダムパターンを書込む。ランダムパターンの変わりにACイレーズを行っても良い。プリアンブルパターン発生器68は、測定トラックにプリアンブルパターンを書込む。このプリアンブルパターンは磁化反転をビット1とすると「010101・・・」と2ビットごとに磁化反転するビット位置を書込むパターン(ダイパルスパターン)を用いる。
【0059】
一方、オフセット測定のためリードチャネル回路56側には、MSE測定回路94と最適オフセット測定部62が設けられる。MSE測定回路94は、弁別器96、減算器98、2乗器100及び加算器102を備える。MSE測定回路94にはFIRフィルタ84からのPR4等化信号が入力され、弁別器96でPR等化後のノイズ無しの場合の理想的なサンプル値(W=+1,0,−1)を判別する。
【0060】
減算器98は、PR4等化信号yと弁別器96からの理想サンプル値Wとの差(y−W)を求める。2乗器100は減算器98の出力の2乗(y−W)2を求める。加算器102は2乗器100の出力を累積加算する。
【0061】
MSE測定回路94から出力される累積値Σ(y−W)2は、最適オフセット測定部62に与えられ、1サンプル当たりの平均値、即ちPR4等化後のサンプル値yと等化目標値Wの差の2乗値の1サンプル当たりの平均値である平均2乗誤差MSEを、最適オフセットの評価量として算出する。
【0062】
図3に示した測定制御部58は、プリアンブルパターンを記録した測定トラックにおいて、オントラック状態からオフセットを少しずつ変化させながら、各オフセットごとに最適オフセット測定部62で平均2乗誤差MSEを求めており、この平均2乗誤差MSEが最小となるオフセットを最適オフセットに決定する。
【0063】
図5は、本発明で測定するオフセットの説明図であり、磁気ディスク40のトラックに対する複合ヘッドの位置決めを表わしている。図5において、複合ヘッド38は、回転中心104を持つロータリアクチュエータ54の先端に支持されている。
【0064】
この状態で複合ヘッド38に配置されているライトヘッド50とリードヘッド52は、磁気ディスク40のトラック方向に並んでいる。ロータリアクチュエータ54は、磁気ディスク40の最インナーに位置するインナートラック105と最アウターに位置するアウタートラック107の間で複合ヘッド38をトラックを横切る径方向に移動する。
【0065】
ここでセンタートラック106に対する複合ヘッド38の位置決め状態を基準とすると、インナートラック105及びアウタートラック107に、複合ヘッド38A,38Bのようにロータリーアクチュエータ54で位置合わせしたときの角度をヨー角といい、例えばインナー側をヨー角(−θy)、アウター側をヨー角(+θy)とする。
【0066】
このような複合ヘッド38のヨー角の変化に対し、もしライトヘッド50とリードヘッド52のコア中心が一致していたとしてもヨー角オフセットを生ずる。このヨー角オフセットは、図6の特性108のようになる。
【0067】
尚、特性108は直線で示しているが、実際には正弦曲線となる。しかしながら、図5のようにヨー角±θyが比較的小さく、またロータリアクチュエータ54の長さが十分あることから、図6の特性108のように直線で近似することができる。
【0068】
この様なヨー角オフセットに加え、複合ヘッド38に分離配置しているライトヘッド50とリードヘッド52の間には、コア中心に通常ずれを生じており、このコアずれによるオフセットが固定的にヨー角オフセットに加わる。例えばセンタートラック106に複合ヘッド38を位置決めした状態のヨー角を0度とすると、この時図6のようにコアずれオフセット72のみが現れることになる。
【0069】
従って、全体的なオフセット特性は、ヨー角オフセット特性108に固定成分としてのコアずれオフセット分だけシフトしたオフセット特性110となる。
【0070】
本発明のオフセット測定にあっては、例えば、図5のようにインナートラック105,センタートラック106及びアウタートラック107の3つを測定トラックに指定して、図6のインナーオフセット110−1、センターオフセット110−2、更にアウターオフセット110−3のそれぞれを最適オフセットとして求め、それ以外の信頼値については隣接する2つのオフセット点の直線近似による補間計算で求めるようにする。
【0071】
また測定点をインナー、センター、アウターの3点ではなく、例えば磁気ディスク40は径方向に複数ゾーンに分割されていることから、各ゾーン毎に測定トラックを指定して最適オフセットを測定し、測定トラック以外については隣接する測定オフセットとの直線近似による補間計算で求めるようにしても良い。
【0072】
図7は、本発明による測定トラック及び記録トラックの書込みパターンの説明図である。図7において、測定トラック112の両側の隣接トラック114,116には、ランダムパターン118−1,118−2が記録される。ここで、図示のパターンは再生信号をトラック上に表わしている。ランダムパターン118−1,118−2を記録した隣接トラック114,116の間の測定トラック112には、磁化反転を1とすると、「010101・・・」を繰り返すプリアンブルパターン120が記録されている。
【0073】
図8は、図7のようなランダムパターン及びプリアンブルパターンが記録される記録トラック及びその隣接トラックに対するヘッド位置決めとヘッド再生信号から求められる平均2乗誤差MSEのオフセットの変化に対する特性を表わしている。
【0074】
図8において、本発明の磁気ディスクの各トラックは、データ面サーボ方式を取ることから、トラック方向に見ると一定間隔でサーボフレームが円周方向に分散して配置され、サーボフレームの間がデータフレームとなっている。
【0075】
図8はサーボフレームとデータフレームの境界部分を図8(A)に示している。隣接トラック118−1,118−2に対するランダムパターンの書込み及び測定トラック112に対するプリアンブルパターンの書込みは、複合ヘッド38のリードヘッド52でサーボフレームから再生したヘッド位置情報に基づき、リードヘッド52のコアセンタが測定トラックサーボフレーム122で決まるリードセンタ126に一致するようにオントラック制御する。
【0076】
即ち、書込み時にはリードヘッド52によるサーボフレーム122からの位置信号の復調で、リードセンタ126にリードヘッド52のコアセンタがオントラックするようにヘッド位置決めが行なわれ、この状態でライトヘッド50を使用して、例えば図示のように測定トラック112のプリアンブルパターンが書込まれる。
【0077】
ここでリードヘッドがオントラックするリードセンタ126対し、ライトヘッド50はコアずれ125だけ左側にずれたライトセンタ128を持っている。このため測定トラック112に対するプリアンブルパターンの書込みは、リードヘッド52のリードセンタ126に対し、コアずれ125だけ右側にずれたライトセンタ128をもつプリアンブルパターンを書込むことになる。
【0078】
このようにライトヘッド50で測定トラック112として書込んだプリアンブルパターンをリードヘッド52で読み出す場合、同じくリードヘッド52を測定トラックサーボフレーム122のリードセンタ126にオントラックした状態で読み出す。
【0079】
しかしながら、この時の測定トラック112の中心は、コアずれ125だけ右側にシフトしたライトセンタ128にあり、これがリードヘッド52をオントラックするべき本来のトラックセンタである。
【0080】
本発明の測定処理にあっては、リードヘッド52を測定トラックサーボフレーム122の位置信号で決まるリードセンター126にオントラックした状態で、オフセット量をインナー側及びアウター側に所定量ずつ増加させながら再生信号から平均2乗誤差MSEを求める。
【0081】
図8(B)は、リードヘッド52をオフセットさせながら求めた平均2乗誤差MSEの測定特性130である。このMSE測定特性130は、リードヘッド52がライトトラックセンタに近づくにつれて減少し、ライトセンタ128にオントラックするようにオフセットした状態でMSE最小値132が得られる。
【0082】
このため本発明にあっては、リードヘッド52をオフセットしながら求めた平均2乗誤差MSEについて、その最小値を与えるオフセット134を最適オフセットに決定する。
【0083】
図9は、図4のMSE測定回路94に設けた減算器98でPR4等化後のサンプル値yとノイズの無い理想サンプル値Wとの差を求める場合の等化パターンとサンプル値の説明図である。
【0084】
図9において、PR4等化波形136に対し理想サンプル値Wとして、+1,0,−1の3値が設定されている。このような理想サンプル値W=+1,0,−1に対し、実際のPR4等化波形136は、各サンプル点でサンプル値y1〜y8のようになる。
【0085】
この内サンプル値y1,y3,y4,y5,y6の5つについては、理想サンプル値W=+1または−1に対し誤差を生じており、この誤差が累積され最終的にサンプル数で割る事で1サンプル当たりの平均2乗誤差MSEが算出される。
【0086】
図10は、本発明による磁気ディスク上の測定トラックにおける測定領域の説明図である。図10において、磁気ディスク40上に、例えば測定トラック138が指定された場合、磁気ディスク40の偏心などによる周期性外乱による測定中のオフセット変動を低減するため、測定トラック40の円周方向の例えば、8箇所に分散して測定領域140−1〜140−8を割当てる。
【0087】
また測定トラック138の特定位置に欠陥が存在する事も予想される事から、この欠陥部分を測定対象から除外する必要がある。測定トラックの欠陥部分の除外は、図4のMSE測定回路94による平均2乗均誤差MSEの測定を、ある一定のオフセットに固定した状態でフレーム単位、またはセクター単位に行なう。
【0088】
このフレーム単位、またはセクタ単位のオフセットを固定した状態での平均2乗誤差MSEの測定で、もし欠陥のあるフレームまたはセクターであった場合には、欠陥による誤差が極端に大きくなり、その結果他の正常なフレームまたはセクターに比べ欠陥が存在するフレームやセクタの平均2乗誤差MSEは極端な値を示す。
【0089】
従って、この測定で平均2乗誤差MSEが極端に大きな値を示したフレームまたはセクタは、欠陥が存在するものとして最適オフセットを測定するための測定対象から除外する。
【0090】
次に本発明によるオフセット測定処理を、図11,図12のフローチャートを参照して説明する。このオフセット測定処理は、ハードディスクドライブの製造工程の最終段階における調整工程で、調整設備や試験設備を使用して行われる。
【0091】
図11において、まずステップS1でパラメータの初期設定を行う。このパラメータの初期設定は、図4のリードチャネル回路56に設けているローパスフィルタ80のカットオフ周波数Fcとブースト量Fbの設定、及びFIRフィルタ84のタップ係数の設定を行う。
【0092】
ローパスフィルタ80のカットオフ周波数Fcは、ナイキスト周波数fn、即ちサンプリング周波数fsの半分となるように設定する。この場合、カットオフ周波数Fcをナイキスト周波数fnより小さくするように設定することが望ましい。これによって、リードヘッドとしてMRヘッドを使用した場合の上下非対称性による高調波歪みを抑えることができる。もちろん、カットオフ周波数Fcはナイキスト周波数fnより多少大きくても構わない。
【0093】
ローパスフィルタ80のブーストFbの設定は、フィルタのゲイン特性のピーク周波数が媒体ノイズのパワースペクトラムのピーク周波数と一致するように行う。このためパラメータ初期設定に先立ち、ディスク媒体のノイズのパワースペクトラムは媒体の材質ごとにほぼ決まるので、同種の材質を持つ他の磁気ディスクで予め測定しておいた媒体ノイズのパワースペクトラムを利用し、パワースペクトラムのピーク周波数にローパスフィルタ80のフィルタゲイン特性のピーク周波数が一致するようにブーストFbを設定する。
【0094】
次にFIRフィルタ84のタップ係数の設定は、このフィルタが再生信号をPR4等化するために用いられるもので、本発明のオフセット測定処理とは無関係であることから、ゲイン特性がフラットとなるように設定する。
【0095】
即ち、FIRフィルタ84のタップ係数のどれか1つのみを0以外の値に設定し、残りのタップ係数を0に設定する。この場合にもFIRフィルタ84のゲイン特性のピーク周波数をローパスフィルタ80の場合と同様、媒体ノイズのパワースペクトラムのピーク周波数と一致するように設定しても良い。尚、これ以外のパラメータはデフォルト設定値を使用する。
【0096】
次にステップS2で、オフセットを測定する最初のヘッド番号HHを設定する。次にステップS3で、測定トラック例えば図5のインナートラックについて、中央の測定トラックの両側に位置する隣接トラックに順次ヘッドを位置決めしてランダムパターンを書き込む。この隣接トラックへの書込みは、ランダムパターンの代わりにACイレーズを行っても良い。
【0097】
この隣接トラックに対するランダムパターンの書込みまたはACイレーズは、測定トラックにおけるシークで測定している平均2乗誤差MSEをステップ的に増加させることで、オフセットを測定する測定トラックの範囲を示す境界情報を与える。
【0098】
これに対しDCイレーズは媒体ノイズが最も小さくなるので、測定トラックでオフセットしながら行う平均2乗・誤差MSEの増加に寄与する成分がプリアンブルパターンの振幅現象のみとなり、感度が悪くなるので望ましくないが、DCイレーズとしても本発明が実施できないわけではない。
【0099】
次にステップS4で測定トラックにプリアンブルパターンを書き込む。これによって測定パターンの書込処理が終了する。次にステップS5でリードゲートを一定時間開いてリードヘッドからの再生信号を読み込み、AGC回路90による可変利得アンプ78に対するゲインとPLL回路92によるADコンバータ82に対するサンプルタイミングの自動調整を行う。
【0100】
この場合のリードゲートを開く間隔は、磁気ディスクが一周する時間の整数倍が望ましい。またAGC回路90及びPLL回路92による自動調整によってサンプル値が±1になるように、可変利得アンプ78のゲインとADコンバータ82に対するサンプルタイミングの自動調整が行われる。
【0101】
このときMSE測定回路94に設けている弁別器96にあっては、PR4等化信号としてFIRフィルタ84から出力されるサンプル値が0以上のときは理想サンプル値W=1を出力し、PR4等化信号のサンプル値が0未満のときは理想サンプル値W=−1を出力する。
【0102】
即ち、弁別器96の出力がPR4等化後の理想値となり、これを減算器で実際のPR4等化信号のサンプル値yとの差を求め、2乗器100及び加算器102を閉じて累積値を最適オフセット測定部62に出力することができる。
【0103】
次にステップS6で測定トラック内の欠陥フレームまたは欠陥セクタの除外処理を行う。この欠陥除外処理は、ヘッドに一定のオフセットを与えた状態でリードゲートを開いて、リードヘッド52からの再生信号をリードチャネル回路56に読み込み、そのPR4等化信号からMSE測定回路94及び最適オフセット測定部62でフレーム単位またはセクタ単位に平均2乗誤差MSEを算出する。
【0104】
もし欠陥が存在するフレームまたはセクタがあった場合には、極端に平均2乗誤差MSEの値が増大することから、これを欠陥フレームまたは欠陥セクタと見做し、オフセット測定対象から除外する。
【0105】
ここで最適オフセット測定部62にあっては、MSE測定回路94から測定されたPR4等化後のサンプル値とサンプル理想値との差の2乗の総和をサンプル数で割って1サンプル当たりの平均2乗誤差MSEを算出しているが、この場合のサンプル数はリードゲートを開いている時間にサンプリング周波数を掛け合わせて求めることができる。
【0106】
次にステップS7で、測定トラックでオフセットシークしながら、欠陥フレームを除く有効フレームまたは有効セクタを対象に、MSE測定回路94でサンプル値サンプル理想値の2乗誤差の総和(Σy−W)2とサンプル数N、即ち(サンプル数N)=(リードゲート間隔)×(サンプリング周波数)
を測定する。
【0107】
そしてステップS8で等化誤差の1サンプル当たりの平均値MSEを算出する。次にステップS9で測定トラックにおける全てのオフセットシークによる測定が終了したか否かチェックし、全てのオフセット位置での測定が済むまでステップS7,S8の処理を繰り返す。このオフセットの間隔は、サーボフレームから復調されるヘッド位置信号の分解能に対応した適宜のオフセットシークの変化ピッチで決定される。
【0108】
ステップS9で全てのオフセットシークによる測定が終了したならば、ステップS10に進み、複数の平均2乗誤差MSEの中の最小のもののオフセットを最適オフセットに設定する。
【0109】
続いて図12のステップS11に進み、全測定トラック、例えばインナートラック、センタートラック、アウタートラックについて測定処理を終了したか否かチェックし、測定処理が終了していなければ図11のステップS3に戻り、次の測定トラックについて同様な処理を繰り返す。
【0110】
ステップS11で全測定トラックの処理が終了している場合には、ステップS12に進み、全ヘッドについての測定が終了したか否かチェックし、終了していなければ図11のステップS2に戻り、次のヘッド番号を設定して同様な処理を繰り返す。
【0111】
尚、上記の実施形態はPR4MLを使用した磁気ディスク装置を例にとるものであったが、これ以外にEPR4MLやEEPR4ML等を使用した磁気ディスク装置についても、同様にして測定トラックでオフセットシークしながら1サンプル当たりの平均2乗誤差MSEを算出し、この値が最小となるオフセット量を最適オフセットに決定するオフセット測定処理を行うようにしても良い。
【0112】
また本発明は、その目的と利点を損なわない範囲の変形を全て含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
【0113】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、PR等化後のサンプル値と理想サンプル値の差の2乗の総和をサンプル数を割った1サンプル当たりの平均2乗誤差MSEを評価量として、測定トラックでオフセットシークをしながら最小となる平均2乗誤差MSEのオフセットを最適オフセットとしたことで、1トラック中のサンプル数を与えるビット数はおよそ1×106 程度と極めて大きく、この平均をとることで測定誤差を大幅に低減し、リードチャネルの各パラメータがディフォルトの設定状態であっても、比較的簡単なパラメータの設定によってコアずれ及びヨー角に依存したオフセットを正確に測定することができる。
【0114】
また測定トラックでオフセットを固定した状態でフレームまたはセクタ単位に平均2乗誤差MSEを求め、極端に大きな値であった場合には欠陥と見做して測定対象から除外することで、媒体欠陥等による測定誤差を起こすことなくオフセット量を正確に測定することができる。これによって媒体欠陥のオフセット測定に対する影響はほぼ完全に除去できる。
【0115】
更に、リードチャネルのパラメータ設定としてカットオフ周波数をサンプリング周波数の半分のナイキスト周波数に設定し、併せてローパスフィルタのゲイン特性のピークを媒体ノイズのパワースペクトラムのピークに合わせるブーストの設定を行うことで、プリアンプで増幅したヘッドからの再生信号には測定トラックのプリアンブルパターンと媒体ノイズ、回路ノイズが合成された信号となっているが、回路ノイズはヘッドのオフセット量を変化させたときの平均2乗誤差MSEの変化に寄与せず、その結果、ローパスフィルタからの出力信号における媒体ノイズと回路ノイズの比はフィルタ入力信号に比べ十分に大きくでき、これによって測定トラックでヘッドをオフセットさせたときの算出される平均2乗誤差MSEを大きして測定感度を高めることができる。
【0116】
尚、本発明の特徴を更に列挙すると次のようになる。
【0117】
(1)磁気ディスク装置に於いて、最適オフセット測定部は、パーシャルレスポンス応答波形への等化で使用するローパスフィルタのカットオフ周波数を、サンプリング周波数の2分の1となるナイキスト周波数と実質的に同一となるように設定したことを特徴とする。
【0118】
(2)前記(1)の磁気ディスク装置に於いて、最適オフセット測定部は、パーシャルレスポンス応答波形への等化で使用するローパスフィルタのブースト量を、フィルタゲイン特性のピークとなる周波数を媒体ノイズのピーク周波数に合わせるように設定したことを特徴とする。
【0119】
(3)前記(1)の磁気ディスク装置に於いて、最適オフセット測定部は、パーシャルレスポンス応答波形への等化で使用するトランスバーサルフィルタの特定のタップ係数を0以外の値に設定し、残りのタップ係数を0に設定して単純なローパスフィルタ特性としたことを特徴とする。
【0120】
(4)前記(1)の磁気ディスク装置に於いて、最適オフセット測定部は、1サンプル当り平均2乗誤差MSEの測定に先立ち、パーシャルレスポンス応答波形への等化で使用する可変利得増幅器の自動制御ゲインとリードクロックを抽出するPLL回路のタイミングを、前記プリアンブルパターンの再生信号によるトレーニングで自動調整することを特徴とする。
【0121】
(5)前記(1)の磁気ディスク装置に於いて、最適オフセット測定部は、前記1サンプル当り平均2乗誤差MSEの測定に先立ち、測定トラック上でヘッドを一定オフセット量に固定した状態で、データフレーム又はデータセクタ毎に平均2乗誤差MSEを算出し、他のフレーム又はセクタと比較して平均2乗誤差MSEが極端に大きい場合、そのフレーム又はセクタには媒体欠陥があると見做して測定対象から除外することを特徴とする。
【0122】
(6)前記(1)の磁気ディスク装置に於いて、最適オフセット測定部は、測定シリンダを円周方向で均等に分散配置した複数の測定領域を対象に、前記平均2乗誤差MSEを算出して周期性偏心外乱RROの影響を軽減したことを特徴とする。
【0123】
(7)前記(1)の磁気ディスク装置に於いて、最適オフセット測定部は、1サンプル当り平均2乗誤差MSEの測定に基づく最適オフセット量を、媒体のインナー側とアウター側の少なくとも2つのトラックで測定し、それ以外のトラックについては最適オフセットを直線補間計算により求めたことを特徴とする。
【0124】
(8)前記(1)又は(7)の磁気ディスク装置に於いて、測定パターン書込部及び最適オフセット測定部は、前記複合ヘッドが複数設けられた場合、複合ヘッド毎に、1サンプル当り平均2乗誤差MSEの測定に基づく最適オフセット量を求めることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理説明図
【図2】本発明が適用されるハードディスクドライブのブロック図
【図3】本発明によるオフセット測定機能のブロック図
【図4】図3のオフセット測定機能をライトチャネル及びリードチャネルの詳細と共に示したブロック図
【図5】本発明で測定するオフセットの説明図
【図6】図5におけるコアずれオフセットとヨー角オフセットの説明図
【図7】図3の測定処理におけるトラック記録パターンの説明図
【図8】測定トラックでオフセットしながら再生信号の平均2乗誤差MSEを算出する測定内容の説明図
【図9】パーシャルレンポンス・クラス4の等化波形と理想値のサンプル誤差の説明図
【図10】偏心等の周期性外乱RROの影響を提言する測定トラックに均等に分散した測定領域の説明図
【図11】本発明によるオフセット測定処理のフローチャート
【図12】図11に続くオフセット測定処理のフローチャート
【符号の説明】
10:SCSIコントローラ
12:ドライブコントロール
14:ディスクエンクロージャ
16:MCU
18:フラッシュメモリ
20:プログラムメモリ
22:ハードディスクコントローラ(HDC)
24:データバッファ
26:ドライブインタフェースロジック
28:DSP
30:リード/ライトLSI
32:サーボ復調部
34:サーボドライバ
36:ヘッドIC
38,38−1〜38−6:複合ヘッド
40,40−1〜40−3:磁気ディスク
42:スピンドルモータ
44:ボイスコイルモータ
46:オフセット測定ユニット
48:ライトチャネル回路
50:ライトヘッド(インダクティブヘッド)
52:リードヘッド(MRヘッド)
54:ロータリアクチュエータ
56:リードチャネル回路
58:測定制御部
60:測定パターン書込部
62:最適オフセット測定部
64:オフセットテーブル
66:ランダムパターン発生器
68:プリアンブルパターン発生器
70:エンコーダ
72:プリコーダ
74:書込補償回路(ライト・プリ・コンペンセーション回路)
76:ライトドライバ
78:可変利得アンプ(VGA)
80:ローパスフィルタ(LPF)
82:ADC(サンプラ)
84:FIRフィルタ(有限インパルス応答フィルタ)
86:PR4最尤検出器
88:デコーダ
90:AGC回路
92:PLL回路(タイミング・リカバリ回路)
94:MSE測定回路
96:弁別器
98:減算器
100:2乗器
102:加算器
104:回転中心
105:インナートラック
106:センタートラック
107:アウタートラック
112:測定トラック
114,116:隣接トラック
118−1,118−2:ランダムパターン
120:プリアンブルパターン
122:測定トラックサーボフレーム
124−1,2:隣接トラックサーボフレーム
126:リードセンタ
128:ライトセンタ(トラックセンタ)
130:MSE特性曲線
132:MSE最小値
136:PR4等化波形
138:測定トラック
140−1〜14−8:測定領域
Claims (8)
- アクチュエータの先端にリードヘッドとライトを配置した複合ヘッドを備え、前記リードヘッドの再生信号から復調した媒体の位置信号に基づいて目標トラックにオントラックしながら情報の記録又は再生を行い、更に再生時には、前記リードヘッドから再生信号を、パーシャルレスポンスの応答波形に等化した後に最尤検出して情報を復調する磁気ディスク装置に於いて、
オフセットを測定する測定トラックの両側に位置する隣接トラックにランダムパターンを書き込むか又はACイレーズした後に、プリアンブルパターンを前記測定トラックに書き込む測定パターン書込部と、
前記複合ヘッドのオフセット量を変えながら、前記プリアンブルパターンの再生信号を等化したパーシャルレスポンス応答波形のサンプル値と予め定めたノイズなしの場合のサンプル理想値との誤差の2乗の総和を求め、次に前記2乗誤差の総和をサンプル数で割って1サンプル当りの平均を算出し、前記オフセット量の変化に対し前記平均が最小となるオフセット量を最適オフセットに決定する最適オフセット測定部と、
を備えたことを特徴とする磁気ディスク装置。 - 請求項1記載の磁気ディスク装置に於いて、前記測定パターン書込部は、パーシャルレスポンスクラス4最尤検出(PR4ML)の場合、前記プリアンブルパターンとして、前記測定トラックに磁化反転をビット1、非磁化反転をビット0とした場合に、0,1で繰り返すプリアンブルパターンを書き込むことを特徴とする磁気ディスク装置。
- 請求項1記載の磁気ディスク装置に於いて、前記最適オフセット測定部は、前記パーシャルレスポンス応答波形への等化で使用するローパスフィルタのカットオフ周波数を、サンプリング周波数の2分の1となるナイキスト周波数と実質的に同一となるように設定したことを特徴とする磁気ディスク装置。
- 請求項3記載の磁気ディスク装置に於いて、前記最適オフセット測定部は、前記パーシャルレスポンス応答波形への等化で使用するローパスフィルタのブースト量を、フィルタゲイン特性のピークとなる周波数を媒体ノイズのピーク周波数に合わせるように設定したことを特徴とする磁気ディスク装置。
- アクチュエータの先端にリードヘッドとライトを配置した複合ヘッドを備え、前記リードヘッドの再生信号から復調した媒体の位置信号に基づいて目標トラックにオントラックしながら情報の記録又は再生を行い、更に再生時には、前記リードヘッドから再生信号を、パーシャルレスポンスの応答波形に等化した後に最尤検出して情報を復調する磁気ディスク装置のオフセット測定方法に於いて、オフセットを測定する測定トラックの両側に位置する隣接トラックにランダムパターンを書き込むか又はACイレーズした後に、プリアンブルパターンを前記測定トラックに書き込む測定パターン書込過程と、
前記複合ヘッドのオフセット量を変えながら、前記プリアンブルパターンの再生信号を等化したパーシャルレスポンス応答波形のサンプル値と予め定めたノイズなしの場合のサンプル理想値との誤差の2乗の総和を求め、次に前記2乗誤差の総和をサンプル数で割って1サンプル当りの平均を算出し、前記オフセット量の変化に対し前記平均が最小となるオフセット量を最適オフセットに決定する最適オフセット測定過程と、
を備えたことを特徴とする磁気ディクスク装置のオフセット測定方法。 - 請求項5記載の磁気ディクスク装置のオフセット測定方法に於いて、前記測定パターン書込過程は、パーシャルレスポンスクラス4最尤検出(PR4ML)の場合、前記プリアンブルパターンとして、前記測定トラックに磁化反転をビット1、非磁化反転をビット0とした場合に、0,1で繰り返すプリアンブルパターンを書き込むことを特徴とする磁気ディクスク装置のオフセット測定方法。
- 請求項5記載の磁気ディクスク装置のオフセット測定方法に於いて、前記最適オフセット測定過程は、前記パーシャルレスポンス応答波形への等化で使用するローパスフィルタのカットオフ周波数を、サンプリング周波数の2分の1となるナイキスト周波数と実質的に同一となるように設定したことを特徴とする磁気ディクスク装置のオフセット測定方法。
- 請求項7記載の磁気ディクスク装置のオフセット測定方法に於いて、前記最適オフセット測定過程は、前記パーシャルレスポンス応答波形への等化で使用するローパスフィルタのブースト量を、フィルタゲイン特性のピークとなる周波数を媒体ノイズのピーク周波数に合わせるように設定したことを特徴とする磁気ディクスク装置のオフセット測定方法。
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