JP4708112B2 - メディアにパターンを書き込む方法及びデータ記憶装置 - Google Patents

Description

本発明はメディアにパターンを書き込む方法及びデータ記憶装置に関し、特に、回転するメディアへのパターン書き込みにおける書き込みタイミング制御に関する。

データ記憶装置として、光ディスクや磁気テープなどの様々な態様のメディアを使用する装置が知られている。その中で、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）は、コンピュータの記憶装置として広く普及し、現在のコンピュータ・システムにおいて欠かすことができない記憶装置の一つとなっている。さらに、コンピュータ・システムにとどまらず、動画像記録再生装置、カーナビゲーション・システム、携帯電話、あるいはデジタル・カメラなどで使用されるリムーバブルメモリなど、ＨＤＤの用途は、その優れた特性により益々拡大している。

ＨＤＤで使用される磁気ディスクは、同心円状に形成された複数のトラックを有しており、各トラックにはサーボ・データと、ユーザ・データが記憶される。薄膜素子で形成されたヘッド素子部がサーボ・データに従って所望の領域（アドレス）にアクセスすることによって、データ書き込みあるいはデータ読み出しを行うことができる。データ読み出し処理において、ヘッド素子部が磁気ディスクから読み出した信号は、信号処理回路によって波形整形や復号処理などの所定の信号処理が施され、ホストに送信される。ホストからの転送データは、信号処理回路によって同様に所定処理された後に、磁気ディスクに書き込まれる。

上述のように、各トラックはユーザ・データが記憶されるユーザ・データ領域とサーボ・データが記憶されるサーボ・パターン領域とを備えている。サーボ・パターン（本明細書ではこれをProduct Servo Patternと呼ぶ）は、シリンダＩＤ、セクタ番号、バースト・パターンなどから構成されている。シリンダＩＤはトラックのアドレス、セクタ番号はトラック内のセクタ・アドレスを示す。バースト・パターンはトラックに対する磁気ヘッドの相対位置情報を有している。

Product Servo Patternは各トラックにおいて円周方向に離間して複数セクタ形成されており、全トラックに渡る各セクタのProduct Servo Patternは、円周方向において位置（位相）が揃っている。磁気ディスクに対するデータの読み出しまたは書き込みは、磁気ディスクが回転している状態において、サーボ・データによって磁気ヘッドの位置を確認しながら実行される。

Product Servo Patternは、製品としてのＨＤＤが出荷される前に工場内において磁気ディスクに書き込まれる。従来の典型的なProduct Servo Patternの書き込みは、外部装置としてのサーボ・ライタを使用して行われている。ＨＤＤがサーボ・ライタにセットされ、サーボ・ライタはＨＤＤ内のヘッドをポジショナ（外部位置決め機構）によって位置決めし、Product Servo Pattern生成回路が生成したProduct Servo Patternを磁気ディスクに書き込む。

現在、Product Servo Patternの書き込み工程（Servo Track Write：ＳＴＷ）は、ＨＤＤの製造コストの中で主要な位置を占めている。特に近年、ＨＤＤは高容量化の競争が激化し、これに伴いＴＰＩ（Track Per Inch）の増加が進んでいる。ＴＰＩが増加する事により、トラック数は増え、トラック幅（トラックピッチ）が小さくなる、これらはＳＴＷ時間の増加及びサーボ・ライタの高精密化を進め、ＳＴＷのコスト増加の要因となっている。このコストを削減する為にサーボ・ライタのコスト削減、ＳＴＷ時間の短縮等が進められている。

そこで、新たな手法としてＳＳＷ（Self Servo Write）が提案されている。このＳＳＷはそれまでのＳＴＷとは異なり、ＨＤＤ本体の機械機構部分のみを使い、外部回路からＨＤＤ内のスピンドル・モータ（ＳＰＭ）とボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）をコントロールし、外部回路を用いてProduct Servo Patternを書き込む。これによって、サーボ・ライタのコスト削減を図っている。

ＳＳＷの手法として、ヘッド素子部のリード素子とライト素子の半径方向位置が異なる（これをリード・ライト・オフセットと呼ぶ）ことを利用して、内周側もしくは外周側にすでに書き込まれたパターンをリード素子が読み出しながら位置決めを行い、ライト素子が、リード・ライト・オフセット離れた所望のトラックに新たなパターンを書きこむものが知られている。

ＳＳＷにおいて、隣接サーボ・トラックの各Product Servo Patternは、円周方向の位置が正確に一致していることが必要である。Product Servo Patternが、隣接サーボ・トラック間で一部が重なるように書き込まれるので、隣接トラックのパターン間で円周方向における位相が一致していない場合、書き込まれたパターン間で信号の打ち消しが生じ、そのパターンを読み出したときに振幅の減少等、不都合を生じるからである。また、制御容易性の点から、各パターンは、円周方向に等間隔に書き込むことが好ましい。

従って、ＳＳＷにおいては、Product Servo Patternもしくはそれを書き込むための基礎となる他のパターンの書き込みにおいて、円周方向における位置、つまり書き込みタイミングを正確に制御することが要求される。なお、サーボ・ライトにおけるタイミング・パターンの伝播において、パターンの円周方向における間隔制御のために、すでに書き込まれたパターン間の間隔を使用して書き込みタイミングを修正する技術が知られている（例えば特許文献１を参照）。
特開平８−２１２７３３号公報

複数のパターンを正確にトラック上に書き込むためには、精密なＳＰＭの制御を行ってその回転速度を正確に保つことが必要である。例えば、複数のパターンを等間隔で書き込む場合、ＳＰＭの回転速度を正確に保ちながら、一定のクロック周波数、クロック・カウント数で各パターンを等間隔にかきこんでいけばよい。専用の外部サーボ・ライタは、一般に、このようにＳＰＭの回転を精密に制御することができ、正確にパターンを書き込むことができる。

従来のＳＳＷに対して、ＨＤＤの内部回路を使用して、磁気ディスクにサーボ・パターンを自己書き込みすることが考えられる。ＨＤＤの内部回路が自己完結的にサーボ・パターンの自己書き込みを実行することによって専用のサーボ・ライタが不要となり、多額の設備投資する必要がなくなる。

しかしながら、このように通常のＨＤＤが、それ自身の機構・回路でＳＳＷを行う場合、専用の外部サーボ・ライタのようにＳＰＭの回転を精密に制御することは困難であり、磁気ディスクの回転速度のふらつき（回転ジッタ）が存在する。そのため、一定のクロックに従ってパターンを磁気ディスクに書き込むと、パターン間隔にばらつきが発生し、同一トラックにおいて等間隔にパターンを書き込むことができない、あるいは、パターン間隔の等・不等にかかわらず、隣接トラックのパターン間において位相ずれが発生してしまう。

本発明は上述のような事情を背景としてなされたものであって、自己パターン書き込みにおいてメディアの回転ジッタの影響を抑制し、より正確なタイミングで新たなパターンを書き込むことを目的とする。

本発明の第１の態様は、回転するメディア上において、リード素子でパターンを読み出しながら、半径位置の異なるライト素子で新たなパターンを書き込む方法であって、回転するメディアの第１トラックに複数の基準パターンを書き込み、前記複数の基準パターンのそれぞれの読み出し時刻値を複数回測定し、各基準パターンの読み出し時刻値に対するターゲット値を決定し、前記複数の基準パターンを読み出しながらクロック周波数を各基準パターンの読み出し時刻値とその決定されたターゲット値との差分を使用して変化させ、前記各基準パターンを読み出してから、変調されたクロック周波数における予め得たセクタ毎の遅延時間後に、第２トラックに新たなパターンを書き込むものである。複数の基準パターンのそれぞれの読み出し時刻値の測定を複数回実行して平均化することによって、測定時のメディア回転ジッタの影響を補償し、それに従って決定されたターゲット値により新たなパターン書き込み時のクロック周波数を変化させることによって、パターン書き込み時の回転ジッタを抑制することができる。これらにより、より正確なタイミングでのパターン書き込みを実現することができる。なお、周波数を制御されたクロックを用いた時間測定及び遅延時間の設定においては、個々のクロック時間をアナログ的又はデジタル的な手法でさらに細かく補間した精度の高い時間を用いることを含む。この点は、課題を解決するための手段における以下に記載において同様である。

本発明の第２の態様は、上記第１の態様において、前記クロック周波数を、前記各基準パターンの読み出し時刻値とそのターゲット値との差分を使用したＰＩＤ制御によって変化させるものである。ＰＩＤ制御によって、より正確な制御を実現する。

本発明の第３の態様は、上記第１の態様において、各前記基準パターンについて、その測定された複数の読み出し時刻値から、前記メディアの回転ジッタ成分を補償したその基準パターンの読み出し時刻値を算出し、その時刻値をその基準パターンのターゲット値と決定するものである。メディアの回転ジッタ成分を補償した各基準パターンの読み出し時刻値をその基準パターンのターゲット値とすることで、効率的な制御でメディアの回転ジッタをより効果的に抑制することができる。

本発明の第４の態様は、上記第３の態様において、各前記基準パターンについて、その測定された複数の読み出し時刻値の単純平均値を前記ターゲット値と決定するものである。これより、容易に正確なターゲット値を得ることができる。

本発明の第５の態様は、上記第１の態様において、前記複数の基準パターンの読み出し測定を行う測定クロック周波数の値は、その周波数におけるトラック１周分のクロック・カウント数が、前記第２トラックに書き込むパターンの数で等分できる値である。これによって、等間隔のパターンを第２トラックに正確に書き込むことができる。

本発明の第６の態様は、上記第５の態様において、前記測定クロック周波数を、基準クロック周波数における第１トラック１周分のクロック・カウント数の複数測定値と、前記第２トラックに書き込むパターン間のクロック・カウント数とから決定するものである。これによって、メディアに回転ジッタによらず、正確な測定クロック周波数を決定することができる。

本発明の第７の態様は、上記第６の態様において、前記基準クロック周波数は、前記複数の基準パターンを書き込むときのクロック周波数である。これによって、基準パターンの書き込みから、新たなパターンの書き込みまでのシーケンスにおけるクロック周波数の変化を小さくすることができる。

本発明の第８の態様に係るデータ記憶装置は、回転するメディアの第１トラックに書き込まれている複数の基準パターンのそれぞれを、複数回読み出すリード素子と、前記複数の基準パターンのそれぞれについて、前記リード素子が読み出した複数の読み出し時刻値を使用して、その読み出し時刻値に対するターゲット値を決定するコントローラと、前記各基準パターンの読み出し時刻値とそのターゲット値との差分を使用して制御されたクロック周波数のクロックを生成するクロック生成回路と、前記各基準パターンを前記リード素子が読み出してから、制御されたクロック周波数における予め得たセクタ毎の遅延時間後に、第２トラックに新たなパターンを書き込むライト素子を備えるものである。これにより、より正確なタイミングでのパターン書き込みを実現することができる。

本発明の第９の態様において、上記第８の態様のクロック生成回路は、そのクロック周波数を前記各基準パターンの読み出し時刻値とそのターゲット値との差分を使用したＰＩＤ制御に従って変化させる。このＰＩＤ制御により、より正確なタイミングでのパターン書き込みを実現することができる。

本発明の第１０の態様において、上記第８の態様のコントローラは、各前記基準パターンについて、前記リード素子が読み出した複数の読み出し時刻値から、前記メディアの回転ジッタ成分を補償したその基準パターンの読み出し時刻値を算出し、その時刻値をその基準パターンのターゲット値と決定する。これにより、効率的な制御でメディアの回転ジッタをより効果的に抑制することができる。

本発明の第１１の態様において、上記第８の態様のコントローラは、各前記基準パターンについて、前記リード素子が読み出した複数の読み出し時刻値の単純平均値を前記ターゲット値と決定する。これより、容易に正確なターゲット値を得ることができる。

本発明の第１２の態様は、上記第１０の態様において、前記リード素子が前記複数の基準パターンの読み出しを行う測定クロック周波数の値は、その周波数におけるトラック１周分のクロック・カウント数が、前記第２トラックに書き込むパターンの数で等分できる値である。これによって、第２トラックに等間隔のパターンを正確に書き込むことができる。

本発明の第１３の態様において、上記第１２の態様のコントローラは、前記測定クロック周波数を、基準クロック周波数における第１トラック１周分のクロック・カウント数の複数測定値と、前記第２トラックに書き込むパターン間のクロック・カウント数とから決定する。これによって、メディアに回転ジッタによらず、正確な測定クロック周波数を決定することができる。

本発明の第１４の態様において、上記１３の態様の基準クロック周波数は、前記複数の基準パターンを書き込むときのクロック周波数である。これによって、基準パターンの書き込みから、新たなパターンの書き込みまでのシーケンスにおけるクロック周波数の変化を小さくすることができる。
ここで、前記の態様における、周波数を制御されたクロックを用いた時間測定及び遅延時間の設定においては、個々のクロック時間をアナログ的又はデジタル的な手法でさらに細かく補間した精度の高い時間を用いることを含む。

本発明によれば、回転するメディアへのパターン自己書き込みにおいて、その回転ジッタの影響を抑制し、より正確なタイミングでパターンを書き込むことができる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。

本実施形態は、データ記憶装置におけるメディアへの自己パターン書き込み、つまり、自らメディアに書き込んだパターンを基準として新たなパターンを書き進む処理に関する。特に、自己パターン書き込みにおける書き込みタイミング制御に関する。本形態においては、データ記憶装置の一例であるハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）における、サーボ・パターンの自己書き込み処理を例として、本発明を説明する。

ＨＤＤにおいて、その内部機構を使用してサーボ・パターンを書き込む自己サーボ書き込み（Self Servo Write（ＳＳＷ））が知られている。好ましい実施形態のＨＤＤにおいて、従来のＳＳＷにおいて外部回路が行っていた機能が、製品カード（完成品としてのＨＤＤの各ＩＣが実装されている基板）上の内部回路自体に組み込まれている。これによって、ＨＤＤは、外部装置としてのサーボ・ライタ装置に直接的に依存することなく、実質的に内部構成のみによって磁気ディスクへのサーボ・パターン書き込み処理を実行することができる。ＨＤＤは、外部の制御装置からのスタート信号に応答して内部回路に実装された機能によってサーボ・パターンを磁気ディスクに書き込む。

そこで、本形態におけるＳＳＷの処理について説明する前に、本形態のＳＳＷを実行するＨＤＤの全体構成について、その概略を説明する。図１は、ＨＤＤ１の概略構成を示すブロック図である。ＨＤＤ１は、密閉されたエンクロージャ１０内に、メディア（記録媒体）の一例である磁気ディスク１１、ヘッド素子部１２、アーム電子回路（アームエレクトロニクス：ＡＥ）１３、スピンドル・モータ（ＳＰＭ）１４、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）１５、そしてアクチュエータ１６を備えている。

ＨＤＤ１は、エンクロージャ１０の外側に固定された回路基板２０を備えている。回路基板２０上には、リード・ライト・チャネル（Ｒ／Ｗチャネル）２１、モータ・ドライバ・ユニット２２、ハードディスク・コントローラ（ＨＤＣ）とＭＰＵの集積回路（以下、ＨＤＣ／ＭＰＵ）２３及びＲＡＭ２４などの各ＩＣを備えている。尚、各回路構成は一つのＩＣに集積すること、あるいは、複数のＩＣに分けて実装することができる。

外部ホスト５１からのライト・データは、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３によって受信され、Ｒ／Ｗチャネル２１、ＡＥ１３を介して、ヘッド素子部１２によって、不揮発性の記録媒体である磁気ディスク１１に書き込まれる。また、磁気ディスク１１に記憶されているリード・データはヘッド素子部１２によって読み出され、そのリード・データは、ＡＥ１３、Ｒ／Ｗチャネル２１を介して、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３から外部ホスト５１に出力される。

磁気ディスク１１は、ＳＰＭ１４に固定されている。ＳＰＭ１４は所定の速度で磁気ディスク１１を回転する。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３からの制御データに従って、モータ・ドライバ・ユニット２２がＳＰＭ１４を駆動する。本例の磁気ディスク１１は、データを記録する記録面を両面に備え、各記録面に対応するヘッド素子部１２が設けられている。

各ヘッド素子部１２はスライダ（不図示）に固定されている。また、スライダはアクチュエータ１６に固定されている。アクチュエータ１６はＶＣＭ１５に連結され、回動軸を中心に揺動することによって、ヘッド素子部１２（及びスライダ）を磁気ディスク１１上において半径方向に移動する。モータ・ドライバ・ユニット２２は、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３からの制御データ（ＤＡＣＯＵＴ）に従ってＶＣＭ１５を駆動する。

ヘッド素子部１２には、磁気ディスク１１への記録データに応じて電気信号を磁界に変換するライト素子、及び磁気ディスク１１からの磁界を電気信号に変換するリード素子を備えている。この点については後述する。なお、磁気ディスク１１は、１枚以上あればよく、記録面は磁気ディスク１１の片面あるいは両面に形成することができる。

ＡＥ１３は、複数のヘッド素子部１２の中からデータ・アクセスが行われる１つのヘッド素子部１２を選択し、選択されたヘッド素子部１２により再生される再生信号を一定のゲインで増幅し、Ｒ／Ｗチャネル２１に送る。また、Ｒ／Ｗチャネル２１からの記録信号を選択されたヘッド素子部１２に送る。ＳＳＷにおいては、ＡＥ１３は選択したヘッド素子部１２が読み出したサーボ信号をＲ／Ｗチャネル２１に転送し、全てのヘッド素子部１２に対してＲ／Ｗチャネル２１からのライト・データ（例えばサーボ・データ）を転送する。

Ｒ／Ｗチャネル２１は、ライト処理において、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３から供給されたライト・データをコード変調し、更にコード変調されたライト・データをライト信号に変換してＡＥ１３に供給する。また、リード処理において、Ｒ／Ｗチャネル２１はＡＥ１３から供給されたリード信号を一定の振幅となるように増幅し、取得したリード信号からデータを抽出し、デコード処理を行う。リード・データは、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３に供給される。Ｒ／Ｗチャネル２１はクロック生成回路２１１を備え、ＳＳＷのタイミング制御は、Ｒ／Ｗチャネル２１のクロック生成回路２１１が生成するクロック信号に従って実行される。さらに、本形態のＲ／Ｗチャネル２１は、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３からの要求に従って、クロック生成回路２１１はクロック周波数を変更（周波数変調）することができる。この点については後述する。

ＨＤＣ／ＭＰＵ２３において、ＭＰＵはＲＡＭ２４にロードされたマイクロコードに従って動作する。ＨＤＤ１の起動に伴い、ＲＡＭ２４には、ＭＰＵ上で動作するマイクロコードの他、制御及びデータ処理に必要とされるデータが磁気ディスク１１あるいはＲＯＭ（不図示）からロードされる。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、サーボ・データを使用したヘッド素子部１２のポジショニング制御、インターフェース制御などのデータ処理に関する必要な処理の他、ＨＤＤ１の全体制御を実行する。ＳＳＷは、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３の制御の下において実行される。

図２は、ＳＳＷの手法を概略的に示している。ＳＳＷは、内周（ＩＤ）側もしくは外周（ＯＤ）側サーボ・トラック（ＴＯ）に書き込まれているパターン（ＰＯ）をヘッド素子部１２内のリード素子１２１で読み出しながら、外周側もしくは内周側サーボ・トラック（ＴＮ）に配置されたヘッド素子部１２内のライト素子１２２で新たなパターン（ＰＮ）を書き込む。つまり、リード素子１２１が基準トラックＴＯの各セクタのサーボ・パターンをフォロしながら、各セクタの検出から所定タイミング後にライト素子１２２がトラックＴＮに新たなサーボ・パターンＰＮを書きこむ。ヘッド素子部１２を外周側もしくは内周側に順次移動させながらパターンを書き進めることによって、磁気ディスク１１全面にサーボ・パターンを書き込むことができる。

さらに、図２はリード素子１２１とライト素子１２２の位置関係を示している。リード・ライト・オフセット（RW_Offset）は、リード素子１２１とライト素子１２２との間の半径方向における距離である。具体的には、リード素子１２１とライト素子１２２の各センター間の、磁気ディスク１１の半径方向における距離である。リード・ライト・オフセットはヘッド素子部１２の半径方向の位置によって変化する。ヘッド素子部１２において、ＩＤ側からＯＤ側まで全てのトラック位置においてリード・ライト・オフセットが存在するように設計することが可能である。これによって、内周側に書き込んだパターンを読み出してヘッド素子部１２の位置合わせを行い、最もＯＤ側のトラックまでパターンを書き込むことができる。

このように、ＳＳＷでは、自分で書いたパターンを参照し、その信号から得られる時間的、空間的情報を使用して、時間的（周方向におけるタイミング制御）、空間的（半径方向における位置制御）な制御を行いながら、リード・ライト・オフセットだけ半径方向にずれた位置に、次のパターンを書き込む方法である。

以降の説明において、リード素子１２１がライト素子１２２よりも磁気ディスク１１の内周（ＩＤ）側に配置されているものとする。内周側からパターンを書き込むことによって、ライト素子１２２により先に書き込まれたパターンをリード素子１２１が読み取ることができる。これによって、リード素子１２１が読み取ったパターンによってヘッド素子部１２の位置合わせを行いながら、ライト素子１２２が新たなパターンの書き込みを行うことができる。尚、リード／ライト素子１２１、１２２の位置を変更することによって、磁気ディスク１１の外側からＳＳＷを開始することも可能である。

ＳＳＷは、いつかのシーケンスから構成されている。磁気ディスク１１上には、最終的にユーザ・データのリード／ライトのための最終的なサーボ・パターン（Product Servo Pattern）が全面に書きこまれる。その書き込みのために、磁気ディスク１１上のProduct Servo Patternを使用してProduct Servo Patternを書き進めるシーケンス（Product Servo Patternの自己伝播）の他に、初期シーケンスにおいて、他のタイプ（Timing専用のパターンと位置決めのためのパターンを分離したもの、もしくはProduct Servo Patternの一部変形パターンなど）のパターンを使用してProduct Servo Patternを書き込む例もありうる。以下の例では、初期シーケンスにおいて、不等間隔の基準パターンを使用して、等間隔の新たなパターンを書き込む処理について説明する。

ＳＳＷプロセスの初期シーケンスにおいて、アクチュエータ１６をクラッシュ・ストップ（Crash Stop）（不図示）に突き当ててヘッド素子部１２の半径方向の位置を安定に保ち、初期パターンを確立する。クラッシュ・ストップとは、アクチュエータ１６と衝突することによってその回動方向における移動を制限する部材であって、アクチュエータ１６に対して内周側と外周側の双方に配置されている。典型的に、クラッシュ・ストップは樹脂によって形成する。アクチュエータ１６をクラッシュ・ストップにつきあてた状態でヘッド素子部１２の位置を変えるには、ＶＣＭ１５電流の値を調整する。

また、自己パターン書き込みにおけるタイミング制御においてもＨＤＤ１が本来的に備えている機能を使用する。ＨＤＤ１は、Product Servo Patternにおけるサーボ・アドレス・マーク（ＳＡＭ）あるいは、ユーザ・データ・セクタにおけるデータ・アドレス・マーク（ＤＡＭ）をタイミング信号として使用することができる。具体的には、Ｒ／Ｗチャネル２１は、ＳＡＭもしくはＤＡＭを検出すると、その時刻を計時する。または、前のＳＡＭもしくはＤＡＭからの時間を測定する。この測定値は通常ＨＤＣ／ＭＰＵ２３に転送され、これをもとにしたクロック周波数制御のための計算が行われる。あるいはＳＡＭ検出信号もしくはＤＡＭ検出信号をＨＤＣ／ＭＰＵ２３に出力し、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３はその信号によってパターンのタイミング測定及びそれを使用したクロック周波数制御のための計算を実行してもよい。計算されたクロック周波数制御量はＲ／Ｗチャネル２１にもどされクロック周波数の制御が行われる。

図３（ａ）に示すように、サーボ・パターンは、プリアンブル（PREAMBLE）、ＳＡＭ、グレイ・コードからなるトラックＩＤ（GRAY）、サーボ・セクタ・ナンバ（PHYS）（オプショナル）及びバースト・パターン（BURST）から構成されている。ＳＡＭは、トラックＩＤ等の実際の情報が始まることを示す部分で、通常ＳＡＭが見つかったときに出てくるタイミング信号であるＳＡＭ信号が磁気ディスク１１上に書き込まれた位置と正確な相関をもっている。また、バースト・パターン（BURST）はトラックＩＤで示されるトラックの更に精密な位置を示す信号で、この例ではトラックごとに周回上に位置を少し違えたところに千鳥上に書かれたＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの4つの振幅信号を備える。これらの各バーストはプリアンブル（PREAMBLE）と同じ周期の単一周波数信号である。

あるいは図３（ｂ）に示すように、ユーザ・データ・セクタ・フォーマットは、典型的には、プリアンブル（PREAMBLE）、ＤＡＭ、ユーザ・データ（USER DATA）及びＥＣＣ（Error Correction Code）を備えている。ＤＡＭはユーザ・データの始まりを示すデータであり、ＳＡＭと同様に、磁気ディスク１１上に書き込まれた位置と正確な相関をもっている。

Product Servo Patternのセクタ間隔は、トラック上において等間隔であることが望ましい。上述のように、ＳＳＷではすでに書かれたパターンにしたがって、その後のパターンを書き込む。したがって、初期のシーケンスで書き込んだパターンの間隔がそのまま最後まで継承されていく。そこで初期のシーケンスにおいて、周上で等間隔のパターンを書き込むことが必要である。

ここで、複数のパターンを正確に周上に等間隔に書き込むためには、ＳＰＭ１４の精密制御により回転速度を正確に保ち、この状態で一定のクロックでパターンを等間隔に書き込んでいけばよい。専用のサーボ・ライタではＳＰＭ１４の回転を精密に制御することができる。しかしながら、ＨＤＤ１が自身の機構・回路でＳＳＷを行う場合に、そのような制御は困難であり、ある程度の回転速度のふらつきが存在する。

本実施形態では、クロック周波数を調整することができるＲ／Ｗチャネル２１を用いて、ＳＳＷにおける初期パターンを等間隔に書く方法を開示する。具体的には、図６に示すように、不等間隔で書き込まれた内周側トラックの複数セクタ・パターンPOを基準として、外周側に各間隔が規定値（目標値）に合致した、等間隔のパターンＰＥを書き込む。

外側トラックにおける各パターンＰＥは、内周側トラックの各基準パターンPOを検出してから、所定のタイミング後に書き込まれる。より詳細に述べれば、外周側パターンPEは、各基準パターンPOを検出してからセクタ毎に決定される遅延時間（Delay[k]）後に書き込まれる。このとき、ＳＰＭ１４の回転ジッタに同期してクロック周波数（ｆ[k]）を各セクタにおいて変化させる。クロック周波数の変調方法は、内周側トラックの各基準パターンPOの実際の読み出しタイミングとターゲット値との間の差分を使用したＰＩＤ制御で行う。

具体的処理について説明する。なお、以下における各処理は、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３が他の各要素を利用しながら実行する。最初に、処理の全体について、図４のフロー・チャートを参照して説明する。まず、内周側トラックに、Ｎセクタの各パターンをデフォルト・クロック周波数、デフォルト・クロック数（各パターン間の書き込み間隔クロック数）で基準パターンを書き込む（Ｓ１１）。

その後、リード素子１２１を内周側トラックに合わせ各基準パターンを複数回読み出してその間隔を測定し、各セクタ間の間隔の平均値を決定する（Ｓ１２）。この値を使用して、外周側に等間隔の新たなパターンを書き込むときの、各セクタにおけるターゲット値を算出する。

次に、内周側トラックの各基準パターンを読み出しながら、外周側に新しいパターンを書き込む（Ｓ１３）。各外周側パターンは、内周側トラックの各基準パターンを検出したタイミングから、変調されたクロック周波数で、セクタ毎に算出された遅延時間後に書き込む。このクロック周波数の変化は、上述のように、ターゲット値と実際の基準パターンの読み出しタイミングとの差分を使用したＰＩＤ制御に従う。

各処理について、詳細に説明する。Ｓ１１において、内周側トラックに、Ｎセクタのパターンを書き込む。図５に示すように、各パターンは、インデックス（Index）信号を基準として、任意に選択されたデフォルト・クロック周波数ｆ0において、デフォルト・クロック数間隔で書き込まれる。ここでIndexは、スピンドル・モータ１４を駆動するモータ・ドライバ・ユニット２２がＳＰＭ１４の逆起電力に応じて生成する信号であって、ＳＰＭ１４の回転周期によって規定される。各パターンのセクタ番号は、Indexを基準として順に付されている。各パターンは同一フォーマットであって、ＳＡＭもしくはＤＡＭに相当するデータ・エリアを備えている。これによって、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、各パターンの検出タイミングを決定することができる。

ここで、最後に書いたSector[N-1]と、最初に書いたSector[0]との間の間隔は、他のセクタ間隔と大きく異なる値となりうる。これは、ＳＰＭ１４の回転速度が、Ｎ個のセクタ・パターンを書き込んでいる最中に変化しうる（ジッタ）ことに起因する。セクタ間隔は、他の（Ｎ−１）のセクタ間隔毎にわずかずつ異なりうるが、そのずれの総和が最後のセクタ間隔に現れるため、（Sector[N-1]−Sector[0]）間隔は大きく変化しうる。以下のステップによって、このセクタ間隔の変化する複数の基準パターンから、各セクタ間隔が等間隔の新たな複数パターン（Ｎ個のパターン）を外周側トラックに書き込む。

次に、Ｓ１２において、デフォルトの決まったクロック周波数で、POの時間間隔を多数周回読んで平均する。このとき、デフォルト・クロック周波数は特に限定されないが、処理の効率化などの点から、最初に不等分に書かれたパターンPOを書いたときのクロック周波数ｆ0を使用する。つまり、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、図６に示すようにリード素子１２１を内周側トラックTOに位置決めし、各パターンPOを読み出す。さらに、各パターンPOの読み出しタイミングを測定し、各パターンPO間の間隔を決定する。

ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、パターン間隔の測定を複数回繰り返し、各パターン間隔の単純平均値を算出する。例えば、６４周回の測定を繰り返す。POの時間間隔の測定においても、ＳＰＭ１４の回転ジッタが存在するために、測定回毎に測定値は異なるものとなる。複数の測定を行い、その測定値を平均化することによって、PO時間間隔測定におけるＳＰＭ１４の回転ジッタの影響を抑制することができる。ここで、パターンPO[k]からパターンPO[k+1]までの平均の時間をTavg[k]とする。Tavg[N-1]はパターンPO[N-1]からパターンPO[0]までの平均時間である。平均時間の一周分の時間Ttotalは、
Ttotal = Tavg[0] + Tavg[1] + ．．． + Tavg[N-1]
と表すことができる。これは、デフォルトのクロック周波数ｆ0で測定した時間（クロック・カウント数）である。

次に、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、ある整数Ｍに対して、Ｎ×ＭがTtotalに最も近くなるような整数を求める。このＭに対して、
(N x M)/Ttotal = 1+ C_factor
と定義する。なお、クロック周波数変更の度合いを小さくするため、整数Ｍは、このように決定することが好ましいが、クロック生成回路２１１のクロック周波数変更可能範囲にあれば、上記数値に限定されない。

ここで、クロック生成回路２１１は、上述のように、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３からの指示に従って精密にクロック周波数を変えることができる。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、クロック生成回路２１１のクロック周波数を、C_factor分だけ変更するように指示する。つまり、デフォルト周波数がf0であるので、あらたな周波数ｆ1は、（1+C_factor）*f0と表すことができる。このC_factorは、０近辺の正負の数となる。

整数Ｍと周波数ｆ1を使用することによって、トラック１周をＮ個に等分割することができる。つまり、外周側に新たに書き込むパターンPEの等しいパターン間隔（ターゲットとなるパターン間隔）を決定することができる。デオフォルト周波数ｆ0では、１周のカウント数がNの倍数でない場合に、端数の存在によって全てのパターン間隔と等しく決定することができない。そのため、ＳＰＭ１４の回転ジッタを排除したTtotalを使用して、トラック１周を等しくＮ分割するクロック周波数ｆ1及び各間隔のカウント数Ｍを決定する。

さらに、C_factorだけ周波数を変更した状態で、つまり、クロック周波数ｆ1のクロックを使用して、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は再度Ｎ個のパターンPOの時間間隔（セクタ・パターン間のクロック・カウント数）を測定する。同様に、ＳＰＭ１４の回転ジッタの影響を避けるため、多数周回測定した値の単純平均値を計算する。パターンPO[k]からパターンPO[k+1]までの平均の時間（クロック・カウント数）をDavg[k]と表す。

Davg[N-1]はパターンPO[N-1]からパターンPO[0]までの平均クロック・カウント数とする。ここで、十分な回数の平均をとれば、
N x M = Davg[0] + Davg[1] + ．．． + Davg[N-1]
となる。

この状況で、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、セクタｋ（Sector[k]）のターゲット時刻値Dtarget[k]として、
Dtarget[k]=Davg[0]+Davg[1]+．．．+Davg[k-1]
を算出する。

つまり、ターゲット時刻値Dtargetは、外周側にパターンPEを書き込む処理における、内周側の各パターンPOの読み出し時刻のターゲット値である。例えば、外周側のパターンPE[k]は、内周側パターンPO[k]を読み出した後の所定タイミングで書き込むが、そのパターンPO[k]の読み出し時刻のターゲット値が、Dtarget[k]となる。Dtarget[k]は、セクタ０のパターンから、そのセクタｋまでの各パターン間の時間間隔の平均値の和であることから、ＳＰＭ１４の回転ジッタがない場合（ジッタの影響を排除した場合）におけるパターンPO[k]の検出時刻値に相当する。もちろん、検出時刻値の基準はパターンPO[0]の検出タイミングである。

続いて、Ｓ１３に示すように、内周側パターンPOを基準として、外周側パターンPEを書き込む。内周側パターンPO[k]を読み出したタイミングから遅延時間（Delay[k]）後に、外周側パターンPE[k]を書き込む。内周側パターンPOの間隔は等しくないため、外周側パターンＰＥを等間隔（クロック周波数ｆ1におけるカウント数Ｍ：Ｍ＠ｆ1）で書き込むため、Delay[k]はセクタ毎に決定され、次の式で表される、
Delay[k] = Delay[0] + k*M − Dtarget[k]
Delay [0]は設計によって決定される値である。

ＳＰＭ１４の回転ジッタが存在しなければ、クロック周波数をｆ1に固定し、各パターンPO[k]を検出したタイミングから、Delay[k]の遅延時間後に外周側パターンPE[k]を書き込むことによって、外周側トラックTEに等間隔で複数パターンPEを書き込むことができる。しかし、内周側基準パターンPOのパターン間隔測定のときと同様に、外周側に新たなパターンPEを書き込むときにも、ＳＰＭ１４の回転ジッタが存在する。このジッタの影響を補償するため、クロック周波数をＳＰＭ１４の回転ジッタに合わせて変更する。

具体的に説明する。クロック生成回路２１１は、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３の制御の下、周波数ｆ[k]をセクタ毎に変化させる。各内周側パターンPOの実際の検出時刻をDstampで表す。例えば、セクタｋのパターンPO[k]の実際の検出時刻はDstamp[k]である。Dstamp[k]がDtarget[k]になるような周波数調整C_factor[k]をクロック周波数ｆ[k]において行う。

このときのクロック周波数のフィードバックは、以下の式で表される、
Derror[k] = Dstamp[k] − Dtarget[k]
Sumerror = Sumerror ＋ Derror[k]
C_factor[k] = kp * Derror[k] + ki * Sumerror + kd * (Derror[k]-Derror[k-1])
さらに、セクタｋにおけるクロック周波数f[k]は、
f[k] = (1 + C_factor[k])*ｆ1
である。

この数式からわかるように、周波数の調整ファクタC_factor[k]を、内周側基準パターンPOのターゲット時刻Dtargetと、その測定時刻Dstampとの間の差分によるＰＩＤ制御によって決定する。つまり、パターンPO[k]の実際の検出時刻Dstamp[k]とターゲット時刻Dtarget[k]との差分Derror[k]（比例成分）、現在までのDerrorの和（積分成分）、そしてｋセクタと（ｋ−１）セクタとの間のDerrorの差（微分成分）を変数とする関数として、周波数変更ファクタC_factor[k]が表される。各変数に係る係数kp、ki及びkdは、製品毎に適切な値が設計によって設定される。このように、各セクタにおいてクロック周波数をＰＩＤ制御によって修正することによってＳＰＭ１４の回転ジッタが補償され、実際の内周側パターンPOは、各セクタでDtarget[k]に近い値を示す。

高速なＰＩＤ制御が可能である場合、図６に示すように、外周側トラックTEの各パターンPE[k]の書き込みタイミングは、クロック周波数f[k]のクロックを使用して決定される（Delay[k]@f[k]）。一方、ＰＩＤ制御にある程度の時間が必要とされる場合、クロック周波数f[k]は、PE[k]より後ろのパターンでの書き込み時のクロック周波数となるが、制御としてはそれで問題はない。また、外周側パターンPEの書き込みは、ＰＩＤ制御による内周側基準パターンPOの読み出し開始から複数セクタ、もしくは複数周回後に実行することが好ましい。つまり、ＰＩＤ制御を行いながら内周側トラックTOを複数回読み出した後に、外側トラックのパターン・セットを書き始める。読み出し始めてしばらくは制御が安定していないため、実際の値がターゲット値からずれてしまうからである。

図７は、上述のＰＩＤ制御に従って１６８セクタのパターンを書き込む例を示している。ＰＩＤ制御を行いながら同一トラックのパターンを複数周回読み出した場合の、検出時刻とターゲット時刻との関係を示している。図７のグラフにおいて、Ｘ軸はセクタ・カウント数であり、１６８セクタで１周である。つまり、図においては約２．５周分の測定結果が示されている。Ｙ軸は時刻値を示している。図７に示すように、最初は通常の制御に見られるようにターゲット時刻値からのずれが見られるが、１０セクタ程度経過したところで収束して、パターン検出時刻値がターゲット時刻値をなぞるようにクロック周波数が制御されていることがわかる。このように、ＰＩＤ制御で、セクタごとにC_factor[k]分の調整をクロック周波数にかけることによって、ＳＰＭ１４の回転ジッタが存在してもPOの各セクタでは同じ時刻を刻む制御ができる。

クロック周波数の変更は、上述のようにＰＩＤ制御に従うことが好ましいが、ＰＩ制御あるいは他の制御を使用してクロック周波数を変更することができる。例えば、以下の数式で表す調整成分C_factor[k]を使用して、クロック周波数を調整する。
C_factor[k] = kl*(Dstamp[k] − Dstamp[k-L]) / (Dtarget[k] - Dtarget[k-L])
Lは、設計によって決められる自然数であって、例えば１０もしくは２０などを選択することができる。また、上述の例においては、磁気ディスク１１の回転ジッタを取り除くため、複数測定値の単純平均を使用しているが、特定の測定値に重みをかけるなど、他の演算方法を使用することも可能である。

あるいは、上述の例は、不等間隔の基準パターン・セットを使用して、等間隔のパターン・セットを新たに書き込むが、上述のクロック周波数制御によって、等間隔の基準パターン・セットをから、等間隔のパターン・セットを書き込むことも可能である。例えば、Product Servo Patternの自己伝播シーケンス（Product Servo Patternを基準にProduct Servo Patternを書き込む処理）において、上述の制御方法を使用することができる。この場合、基準パターンを読み出した後に新たなパターンを書き込むまでの遅延時間は、全てのセクタで同一となる。

セクタの間隔をR／Wチャネル２１のクロックで測定し、その期待値とのずれを調整するようにクロック周波数を調整することで、クロックを常にＳＰＭ１４の回転ジッタに同期させる。クロックがＳＰＭ１４の回転に同期した状態でこのクロックをもとに次のパターンを書き込むことで位相のそろったProduct Servo Patternを書き込むことができる。

以上、本発明を好ましい実施形態を例として説明したが、本発明が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。例えば、本発明は磁気ディスク装置に限らず、他のタイプのメディアを使用するデータ記憶装置に適用することができる。あるいは、本発明はサーボ・パターンの自己書き込みに特に有用であるが、他のパターンの自己書き込みに適用することを妨げるものではない。

本実施形態にかかるＨＤＤの全体構成を模式的に示すブロック図である。 本実施形態にＳＳＷの手法を概略的に示す図である。 一般的なサーボ・データ及びユーザ・データ・セクタのデータ・フォーマットを示す図である。 本実施形態にかかる自己パターン書き込みの全体工程を示すフロー・チャートである。 本実施形態において、内周側トラックに書き込まれた不等間隔の基準パターン・セットを示す図である。 本実施形態において、ＰＩＤ制御によるクロック周波数調整を行い、読み出した内周側基準パターンを基準として、外周側に新たな等間隔パターン・セットを書き込む様子を示す図である。 本実施形態のＰＩＤ制御に従ってパターンを書き込む例を示している。ＰＩＤ制御を行いながら同一トラックのパターンを複数周回読み出した場合の、検出時刻とターゲット時刻との関係を示している。

符号の説明

１ ハードディスク・ドライブ、１０ エンクロージャ、１１ 磁気ディスク
１２ ヘッド素子部、１４ スピンドル・モータ、１５ ボイス・コイル・モータ
１６ アクチュエータ、２０ 回路基板、２１ リード・ライト・チャネル
２２ モータ・ドライバ・ユニット、５１ ホスト、１２１ リード素子
１２２ ライト素子、２１１ クロック生成回路

Claims (20)

1. 回転するメディア上において、リード素子でパターンを読み出しながら、半径位置の異なるライト素子で新たなパターンを書き込む方法であって、
   回転するメディアの第１トラックに複数の基準パターンを書き込み、
   前記複数の基準パターンのそれぞれの読み出し時刻値を複数回測定し、各基準パターンの読み出し時刻値に対するターゲット値を決定し、
   前記複数の基準パターンを読み出しながらクロック周波数を各基準パターンの読み出し時刻値とその決定されたターゲット値との差分を使用して変化させ、
   前記各基準パターンを読み出してから、変調されたクロック周波数における予め得たセクタ毎の遅延時間後に、第２トラックに新たなパターンを書き込む方法。
2. 前記クロック周波数を、前記各基準パターンの読み出し時刻値とそのターゲット値との差分を使用したＰＩＤ制御によって変化させる、請求項１に記載の方法。
3. 各前記基準パターンについて、その測定された複数の読み出し時刻値から、前記メディアの回転ジッタ成分を補償したその基準パターンの読み出し時刻値を算出し、その時刻値をその基準パターンのターゲット値と決定する、請求項１に記載の方法。
4. 各前記基準パターンについて、その測定された複数の読み出し時刻値の単純平均値を前記ターゲット値と決定する、請求項３に記載の方法。
5. 前記複数の基準パターンの読み出し測定を行う測定クロック周波数の値は、その周波数におけるトラック１周分のクロック・カウント数が、前記第２トラックに書き込むパターンの数で等分できる値である、請求項１に記載の方法。
6. 前記測定クロック周波数を、基準クロック周波数における第１トラック１周分のクロック・カウント数の複数測定値と、前記第２トラックに書き込むパターン間のクロック・カウント数とから決定する、請求項５に記載の方法。
7. 前記基準クロック周波数は、前記複数の基準パターンを書き込むときのクロック周波数である、請求項６に記載の方法。
8. 回転するメディアの第１トラックに書き込まれている複数の基準パターンのそれぞれを、複数回読み出すリード素子と、
   前記複数の基準パターンのそれぞれについて、前記リード素子が読み出した複数の読み出し時刻値を使用して、その読み出し時刻値に対するターゲット値を決定するコントローラと、
   前記各基準パターンの読み出し時刻値とそのターゲット値との差分を使用して制御されたクロック周波数のクロックを生成するクロック生成回路と、
   前記各基準パターンを前記リード素子が読み出してから、制御されたクロック周波数における予め得たセクタ毎の遅延時間後に、第２トラックに新たなパターンを書き込むライト素子と、
   を備えるデータ記憶装置。
9. 前記クロック生成回路は、そのクロック周波数を前記各基準パターンの読み出し時刻値とそのターゲット値との差分を使用したＰＩＤ制御に従って変化させる、請求項８に記載のデータ記憶装置。
10. 前記コントローラは、各前記基準パターンについて、前記リード素子が読み出した複数の読み出し時刻値から、前記メディアの回転ジッタ成分を補償したその基準パターンの読み出し時刻値を算出し、その時刻値をその基準パターンのターゲット値と決定する、請求項８に記載のデータ記憶装置。
11. 前記リード素子が前記複数の基準パターンの読み出しを行う測定クロック周波数の値は、その周波数におけるトラック１周分のクロック・カウント数が、前記第２トラックに書き込むパターンの数で等分できる値である、請求項１０に記載のデータ記憶装置。
12. 前記コントローラは、前記測定クロック周波数を、基準クロック周波数における第１トラック１周分のクロック・カウント数の複数測定値と、前記第２トラックに書き込むパターン間のクロック・カウント数とから決定する、請求項１１に記載のデータ記憶装置。
13. 前記基準クロック周波数は、前記複数の基準パターンを書き込むときのクロック周波数である、請求項１２に記載のデータ記憶装置。
14. 前記コントローラは、各前記基準パターンについて、前記リード素子が読み出した複数の読み出し時刻値の単純平均値を前記ターゲット値と決定する、請求項８に記載のデータ記憶装置。
15. 回転するメディア上において、リード素子でパターンを読み出しながら、半径位置の異なるライト素子で新たなパターンを書き込み、前記回転するメディア上の第１トラックに複数の基準パターンを書き込む、装置であって、
    前記複数の基準パターンのそれぞれの読み出し時刻値を複数回測定し、各基準パターンの読み出し時刻値に対するターゲット値を決定する手段と、
    前記複数の基準パターンを読み出しながらクロック周波数を各基準パターンの読み出し時刻値とその決定されたターゲット値との差分を使用して変化させる手段と、
    前記各基準パターンを読み出してから、変調されたクロック周波数における予め得たセクタ毎の遅延時間後に、第２トラックに新たなパターンを書き込む手段と、
    を備える装置。
16. 各前記基準パターンについて、その測定された複数の読み出し時刻値から、前記メディアの回転ジッタ成分を補償したその基準パターンの読み出し時刻値を算出する手段と、
    その時刻値をその基準パターンのターゲット値と決定する手段と、
    をさらに備える、請求項１５に記載の装置。
17. 各前記基準パターンについて、その測定された複数の読み出し時刻値の単純平均値を前記ターゲット値と決定する手段と、
    をさらに備える、請求項１６に記載の装置。
18. 前記複数の基準パターンの読み出し測定を行う測定クロック周波数の値は、その周波数におけるトラック１周分のクロック・カウント数が、前記第２トラックに書き込むパターンの数で等分できる値である、請求項１５に記載の装置。
19. 前記測定クロック周波数を、基準クロック周波数における第１トラック１周分のクロック・カウント数の複数測定値と、前記第２トラックに書き込むパターン間のクロック・カウント数とから決定する手段と、
    をさらに備える、請求項１８に記載の装置。
20. 前記基準クロック周波数は、前記複数の基準パターンを書き込むときのクロック周波数である、請求項１９に記載の装置。

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