JP4986876B2 - ディスク・ドライブ装置 - Google Patents

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Description

本発明はディスク・ドライブ装置に関し、特に、チャネル回路のパラメータを使用したクリアランス測定における温度補正に関する。
ディスク・ドライブ装置として、光ディスク、光磁気ディスク、あるいはフレキシブル磁気ディスクなどの様々な態様のディスクを使用する装置が知られているが、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・システムあるいは携帯電話など、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データ・トラックとサーボ・トラックとを有している。各サーボ・トラックはアドレス情報を有する複数のサーボ・データから構成される。また、各データ・トラックには、ユーザ・データを含む複数のデータ・セクタが記録されている。円周方向に離間するサーボ・データの間に、データ・セクタが記録されている。揺動するアクチュエータに支持されたヘッド・スライダのヘッド素子部が、サーボ・データのアドレス情報に従って所望のデータ・セクタにアクセスすることによって、データ・セクタへのデータ書き込み及びデータ・セクタからのデータ読み出しを行うことができる。
磁気ディスクの記録密度向上には、磁気ディスク上を浮上するヘッド素子部と磁気ディスクとの間のクリアランス及びその変化を小さくすることが重要である。このため、クリアランスを調整するいくつかの機構が提案されている。そのうちの一つは、ヘッド・スライダにヒータを備え、そのヒータでヘッド素子部を加熱することよってクリアランスを調整する。本明細書において、これをTFC(Thermal Fly height Control)と呼ぶ。TFCは、ヒータに電流を供給して発熱させ、熱膨張によってヘッド素子部を突出させる。これによって、磁気ディスクとヘッド素子部との間のクリアランスを小さくする。
クリアランスは、温度変化に応じて変化するほか、気圧(高度)の変化に応じて変化する。リード/ライトにおけるクリアランス設定値が5nm以上である場合には、高度変化によるクリアランス変化は、クリアランス・マージンにより対応することができる。しかし、リード/ライトにおいて2あるいは3nm以下のクリアランスしか存在しない場合、温度変化に加えて、気圧変化に応じてクリアランスを調整することが要求される。
特開平5−81807号公報
典型的なTFCは、温度の低下に応じてヒータ・パワーを増加して熱膨張によってヘッド素子部を突出させ、温度低下によるクリアランスの増加を補償する。これに対して、高度が上昇して気圧が低下すると、スライダの浮上高が低下する。このため、気圧の低下によりヘッド素子部と磁気ディスクとの間のクリアランスも減少する。従って、温度が一定であれば、TFCは気圧の低下に従って突出量を小さくする。
HDDは、温度に応じて多くのパラメータを設定しており、正確な温度検出はHDDの正常な動作に不可欠なものとなっている。そのため、一般的なHDDは、HDD内の温度を検出するための温度センサを有している。気圧を検出する手段の一つとして、気圧センサ(高度センサ)が知られている。しかし、気圧センサを使用することはHDDの部材点数の増加となり、また、HDDのコストも大きく増加する。また、気圧の変化に応じて設定すべきパラメータは、クリアランス調整のためのパラメータ以外にほとんど存在しないため、気圧センサを使用することなく気圧を特定することが好ましい。
上述のように、気圧の変化に応じてクリアランスは変化する。このため、クリアランスを参照することによって、気圧変化を測定することができる。クリアランスを特定するためのいくつかの手法が知られている。典型的手法は、ヘッド素子部のリード信号の振幅から、クリアランス(クリアランス変化)を特定する。リード信号振幅を使用する正確なクリアランス特定手法の一つは、リード信号振幅の異なる周波数成分の分解能(レゾリューション)からクリアランスを特定する。
気圧センサを使用することなく気圧に応じてクリアランスを調整するためには、上記手法のように、ヘッド・スライダのリード信号を参照してクリアランス変化を特定し、そのクリアランス変化から気圧変化を特定することが必要となる。しかし、クリアランスは温度変化に応じて変化する。従って、クリアランス変化から気圧変化を特定するためには、クリアランス変化の温度変化に起因する成分を補正することが必要となる。
上述のように、レゾリューションから、クリアランスを正確に測定することができる。レゾリューションを測定するいくつかの方法が存在する中で、リード・ライト・チャネル(RWチャネル)内のデジタル信号処理に使用される値から、レゾリューションを特定する方法が知られている(例えば、特許文献1を参照)。HDDのコントローラは、RWチャネルから上記デジタル値を取得し、その値からレゾリューションを特定する。
上述のように、温度に従って変化するクリアランアスに応じて、レゾリューションは変化する。具体的には、クリアランスが小さくなれば、レゾリューションは大きくなる。しかし、上述のようにRWチャネル内の値を使用してレゾリューションを測定する場合、クリアランス変化以外の要因により、レゾリューション測定値が温度により変化することを発明者らは見出した。これは、RWチャネル内の動作が温度により影響を受け、その動作特性変化によりレゾリューションの測定値が変化することを意味する。
図10は、レゾリューションを表すRWチャネル内の所定値(下記最良の形態において、Kgradと呼ばれている値)とHDD内温度との関係を示す測定データである。30℃における所定値を基準とし、HDD内温度とその所定値とを測定した。X軸は温度、Y軸は所定値の変化を示している。所定値はレゾリューションを表す値であり、RWチャネル内のデジタル信号処理に使用される。クリアランスは温度上昇により減少するため、レゾリューションは温度上昇により増加するはずである。しかし、図10に示した測定データは、そのような変化を示していない。RWチャネルの動作特性変化による測定値変化が、クリアランス変化による測定値変化を相殺している。
RWチャネル内の回路構成について検討すると、特に、波形等化フィルタ(ローパス・フィルタ)の温度による特性変化が大きく、その変化がレゾリューションの測定に大きく影響していることがわかった。波形等化フィルタは、RWチャネル内のADコンバータの前段の回路であり、周波数に応じたゲイン特性を有している。このゲイン特性は、RWチャネルの温度により変化する。図11は、波形等化フィルタのゲインの温度変化を示しており、X軸が周波数、Y軸はゲイン、各グラフが異なる温度における測定値を示している。図11に示すように、温度が上昇すると全ての周波数においてフィルタのゲインが低下し、また、高周波側におけるゲインの低下がより大きい。
レゾリューションは、信号の高周波成分と低周波成分の比で表される。従って、上述のような温度上昇によるローパス・フィルタの特性変化により、レゾリューション測定値は減少する。一方、クリアランスは温度上昇により減少し、それに起因するレゾリューション測定値は増加する。従って、温度変化によりクリアランス変化量に比して、レゾリューション測定値の変化量は小さいものとなる。以上のことから、RWチャネル内の値を使用してレゾリューションを測定し、そのレゾリューションからクリアランス変化を正確に測定するためには、温度によるRWチャネルの特性変化によるレゾリューション測定値の変化を、正確に補正することが必要となる。
本発明の一態様に係るディスク・ドライブ装置は、ディスクと、前記ディスクにアクセスするヘッドと、前記ヘッドにより前記ディスクから再生されたリード信号を復号するチャネル回路と、筐体内の温度である第一の温度の検出に利用される第一の回路と、前記チャネル回路近傍の温度である第二の温度の検出に利用される第二の回路と、前記第一の温度と、前記第二の温度とにより、前記チャネル回路の前記リード信号の処理におけるパラメータを補正し、補正した前記パラメータにより前記ヘッドと前記ディスクの間のクリアランスを測定するコントローラとを有するものである。
前記コントローラは、前記パラメータの補正により、前記チャネル回路の周波数特性の温度変化に対応する前記パラメータの変化分を補正する。さらに、前記パラメータの補正に用いられる係数を、少なくとも2つの温度コンディションにおけるテストにより決定する。あるいは、前記パラメータは、前記ヘッドが前記ディスクから再生した信号のレゾリューションを表すパラメータである。
前記パラメータは、前記チャネル回路のデジタル信号処理におけるパラメータである。前記コントローラは、前記第の回路の出力値と設定されている関数とを使用して、前記第の温度を決定する。さらに、前記第二の回路はチャネル発振器を含み、前記第二の回路の前記出力値を前記チャネル発振器の発振周波数とする。
本発明の他の態様に係るディスク・ドライブ装置は、ディスクと、前記ディスクにアクセスするヘッドと、前記ヘッドにより前記ディスクから再生されたリード信号を復号するチャネル回路と、筐体内の温度である第一の温度の検出に利用される第一の回路と、前記チャネル回路近傍の温度である第二の温度の検出に利用される第二の回路と、前記第一の温度と、前記第二の温度とにより、前記チャネル回路の前記リード信号の処理におけるパラメータを補正し、補正した前記パラメータにより気圧を測定するコントローラとを有するものである。
前記コントローラは、前記パラメータの補正により、前記チャネル回路の周波数特性の温度変化に対応する前記パラメータの変化分を補正する。さらに、前記パラメータの補正に用いられる係数を、少なくとも2つの温度コンディションにおけるテストにより決定する。あるいは、前記パラメータは、前記ヘッドが前記ディスクから再生した信号のレゾリューションを表すパラメータである。
前記パラメータは、前記チャネル回路のデジタル信号処理におけるパラメータである。前記コントローラは、前記第の回路の出力値と設定されている関数とを使用して、前記第の温度を決定する。さらに、前記第二の回路はチャネル発振器を含み、前記第二の回路の前記出力値を前記チャネル発振器の発振周波数とする。
本発明の他の態様に係るディスク・ドライブ装置は、ディスクと、前記ディスクにアクセスしヒータを備えるヘッドと、前記ヘッドにより前記ディスクから再生されたリード信号を復号するチャネル回路と、筐体内の温度である第一の温度の検出に利用される第一の回路と、前記チャネル回路近傍の温度である第二の温度の検出に利用される第二の回路と、前記第一の温度と、前記第二の温度とにより、前記チャネル回路の前記リード信号の処理におけるパラメータを補正し、補正した前記パラメータを用いて測定された気圧を考慮して前記ヘッドが前記ディスクにアクセスする際に前記ヒータ供給するヒータ・パワーを決定するコントローラを有するものである。
前記コントローラは、前記パラメータの補正により、前記チャネル回路の周波数特性の温度変化に対応する前記パラメータの変化分を補正する。さらに、前記パラメータの補正に用いられる係数を、少なくとも2つの温度コンディションにおけるテストにより決定する。あるいは、前記パラメータは、前記ヘッドが前記ディスクから再生した信号のレゾリューションを表すパラメータである。
前記パラメータは、前記チャネル回路のデジタル信号処理におけるパラメータである。前記コントローラは、前記第の回路の出力値と設定されている関数とを使用して、前記第の温度を決定する。さらに、前記第二の回路はチャネル発振器を含み、前記第二の回路の前記出力値を前記チャネル発振器の発振周波数とする。
本発明によれば、チャネル回路のパラメータを使用して、クリアランスあるいはそれに対応する値をより正確に測定することができる。
以下に、本発明を適用した実施の形態を説明する。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。又、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。以下においては、ディスク・ドライブ装置の一例であるハードディスク・ドライブ(HDD)を例として、本発明の実施形態を説明する。
本形態のHDDは、TFC(Thermal Fly height Control)により、ヘッド素子部とディスクの一例である磁気ディスクとの間のクリアランスを調整する。TFCは、スライダ上のヒータからの熱によるヘッド素子部の熱膨張によってクリアランスを調整する。本形態のHDDは、気圧変化に応じてクリアランスを調整する。HDDはリード信号を使用してクリアランスを測定する。HDDは、クリアランス変化の温度補正を行い、温度変化によるクリアランス変化分を除去する。これにより、気圧によるクリアランス変化を特定することができる。HDDは、その温度補正したクリアランス変化から気圧変化を特定し、その気圧変化に応じたヒータ・パワーを供給する。
本形態のHDDは、リード信号のレゾリューションを使用してクリアランス変化を測定する。特に、HDDは、リード・ライト・チャネル(RWチャネル)内の信号によりレゾリューションを測定する。このレゾリューション測定値は、二つの要因により、温度に応じた変化を示す。一つは温度に応じたクリアランス変化であり、他の一つは温度に応じたRWチャネル動作特性の変化である。HDDは、この二つの要因によるレゾリューションの温度変化を補正する。これにより、レゾリューションの気圧に応じた変化分を正確に特定することができる。
上記二つの要因によるレゾリューション測定値の変化を正確に補正するため、HDDは、二つの検出温度を使用する。一つは、ヘッド・スライダが存在する筐体内の温度(ドライブ温度)に対応し、もう一つはRWチャネル近傍の温度であり、RWチャネルが実装されているチップ温度(チャネル温度)に対応する。チャネル温度は、環境温度の他、チップ動作による発熱により変化し、ドライブ温度とは異なる変化を示す。このため、HDDは、ドライブ温度を検出するための回路の他に、チャネル温度を検出するための回路を有している。ドライブ温度とチャネル温度を個別に検出することで、クリアランアス変化及びチャネル特性変化によるレゾリューション測定値の変化を正確に補正することができる。
本形態のレゾリューションの温度補正方法について詳細な説明を行う前に、本形態のHDD及びそのヘッド・スライダの説明を行う。図1は、HDD1の全体構成を模式的に示すブロック図である。HDD1は、筐体10内に、データを記憶するディスクである磁気ディスク11を有している。スピンドル・モータ(SPM)14は、磁気ディスク11を所定の角速度で回転する。磁気ディスク11の各記録面に対応して、磁気ディスク11にアクセス(リードあるいはライト)するヘッド・スライダ12が設けられている。各ヘッド・スライダ12は、磁気ディスク上を浮上するスライダと、スライダに固定され磁気信号と電気信号との間の変換を行うヘッド素子部とを備えている。
本形態のヘッド・スライダ12は、熱によってヘッド素子部を膨張・突出させ、磁気ディスク11との間のクリアランスを調整するTFCのためのヒータを備えている。各ヘッド・スライダ12はアクチュエータ16の先端部に固定されている。アクチュエータ16はボイス・コイル・モータ(VCM)15に連結され、回動軸を中心に回動することによって、ヘッド・スライダ12を回転する磁気ディスク11上においてその半径方向に移動する。アクチュエータ16とVCM15とは、ヘッド・スライダ12の移動機構である。
エンクロージャ10の外側に固定された回路基板20上には、回路素子が実装されている。モータ・ドライバ・ユニット22は、HDC/MPU23からの制御データに従って、SPM14及びVCM15を駆動する。RAM24は、リード・データ及びライト・データを一時的に格納するバッファとして機能する。エンクロージャ10内のアーム電子回路(Arm Electronics:AE)13は、複数のヘッド・スライダ12の中から磁気ディスク11へのアクセスを行うヘッド・スライダ12を選択し、その再生信号を増幅してリード・ライト・チャネル(RWチャネル)21に送る。また、RWチャネル21からの記録信号を選択したヘッド・スライダ12に送る。AE13は、さらに、選択したヘッド・スライダ12のヒータへ電力を供給し、その電力量を調節する調節回路として機能する。
RWチャネル21は、リード処理において、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。読み出されるデータは、ユーザ・データとサーボ・データとを含む。デコード処理されたリード・ユーザ・データ及びサーボ・データは、HDC/MPU23に供給される。また、RW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。
コントローラの一例であるHDC/MPU23は、リード/ライト処理制御、コマンド実行順序の管理、サーボ信号を使用したヘッド・スライダ12のポジショニング制御(サーボ制御)、ホスト51との間のインターフェース制御、ディフェクト管理、エラーが発生した場合のエラー対応処理など、データ処理に関する必要な処理及びHDD1の全体制御を実行する。さらに、本形態のHDC/MPU23は、筐体10内に実装されている温度センサ17により筐体内温度を測定し、その測定温度に応じたTFCを行う。さらに、HDC/MPU23は、気圧に応じたTFCを行う。サーミスタなどの温度センサ17は、典型的には、アクチュエータ16の回動軸近傍に、AE13と同一の基板に実装されている。なお、筐体内の温度を測定することができれば、温度センサ17を筐体外に実装してもよい。
図2は、ヘッド・スライダ12の空気流出端面(トレーリング側端面)121近傍の構成を示す断面図である。スライダ123はヘッド素子部122を支持する。ヘッド素子部122は、リード素子32とライト素子31とを有している。ライト素子31は、ライト・コイル311を流れる電流で磁極312間に磁界を生成し、磁気データを磁気ディスク11に書き込む。リード素子32は磁気異方性を有する磁気抵抗素子32aを備え、磁気ディスク11からの磁界によって変化する抵抗値によって磁気データを読み出す。
ヘッド素子部122は、スライダ123を構成するアルチック(AlTiC)基板に薄膜形成プロセスにより形成される。磁気抵抗素子32aは磁気シールド33a、33bによって挟まれており、ライト・コイル311は絶縁膜313で囲まれている。ライト素子31とリード素子32の周囲にアルミナなどの保護膜34が形成されている。ライト素子31及びリード素子32の近傍にはヒータ124が存在する。パーマロイなどを使用した薄膜抵抗体を蛇行させ、間隙をアルミナで埋めてヒータ124を形成することができる。
AE13がヒータ124に電流を流すと、ヒータ124の熱によってヘッド素子部122の近傍が突出変形する。例えば、非加熱時において、ヘッド・スライダ12のABS面35はS1で示される形状であり、ヘッド素子部122と磁気ディスクとの間の距離であるクリアランスはC1で示されている。ヒータ124加熱時における突出形状S2を破線で示す。ヘッド素子部122が磁気ディスク11に近づき、このときのクリアランスC2はクリアランスC1よりも小さい。ヘッド素子部122の突出量やクリアランスは、ヒータ124に供給するヒータ・パワー値に従って変化する。
上述のように、本形態のHDC/MPU23は、温度及び気圧に応じたTFCを行う。ヒータ124に加えられるヒータ・パワーPは、温度に依存するヒータ・パワーP(t)と、気圧に依存するヒータ・パワーP(p)の和(P(t)+P(p))で表される。なお、定数項はいずれかの数式内に組み込まれ、また、各数式の係数は、温度や気圧などの環境条件、ヘッド・スライダ12あるいはその半径位置に応じて変化しうる。
HDC/MPU23は、温度センサ17の検出温度に応じてヒータ・パワーPを制御する。具体的には、HDD1には検出温度とヒータ・パワーとの間の関係を示すデータが設定されており、HDC/MPU23は、そのデータと検出温度に従って温度に依存するヒータ・パワーを決定する。温度とヒータ・パワーとの関係は、ヘッド・スライダ12、磁気ディスク11の半径位置(あるいはゾーン)、気圧に依存する。
本形態のHDD1は気圧センサを有していないため、気圧を直接に測定することはできない。そのため、HDC/MPU23は、クリアランスを測定することによって、気圧に応じたTFCを行う。クリアランスは、気圧に応じて変化する。そのため、HDC/MPU23はクリアランスを測定し、そのクリアランス変化から気圧変化dpを特定する。
クリアランスは温度によっても変化するため、HDC/MPU23は、測定したクリアランスから温度変化によるクリアランス変化を補正することで、気圧変化によるクリアランス変化を特定することができる。規定の基準温度及び気圧を有する基準条件と、その基準条件における基準・クリアランスを規定することで、各値の変化と現在値とが対応付けられる。
温度補正したクリアランス変化は、気圧変化を表している。HDC/MPU23は、クリアランス変化による特定されている気圧(気圧変化)に応じて、ヒータ・パワーPを制御する。具体的には、HDD1にはクリアランス変化で表される気圧変化とヒータ・パワーとの間の関係を表すデータが設定されており、HDC/MPU23は、そのデータと測定した気圧とに従って、気圧に応じたヒータ・パワーを決定する。
本形態のHDD1は、クリアランス、あるいは基準クリアランスからの変化を、ヘッド・スライダ12のリード信号から特定する。より具体的には、リード信号のレゾリューション(周波数成分の分解能)から、クリアランスを特定する。例えば、レゾリューションは、リード信号における特定の低周波信号と高周波信号の比で表すことができる。
気圧変化あるいは気圧変化によるクリアランス変化に対応するクリアランス対応値として、いくつかの動作パラメータがあるが、その中において、レゾリューションを使用したクリアランス変化の特定が、最も正確な方法の一つであるからである。クリアランスが小さくなると、リード信号の高周波成分の振幅が大きくなり、信号解像度、つまりレゾリューションが高くなる。典型的には、レゾリューションとクリアランスとを結びつける関数は、個々のヘッド・スライダ12毎に異なる。
HDC/MPU23は、リード信号を解析し、高周波信号の大きさと低周波信号の大きさの比を算出することで、レゾリューションを特定することができる。しかし、その処理をHDC/MPU23が行うためには、通常動作に必要な機能の他に付加的な機能を必要とする。また、MPUがその処理を行うには多くの処理時間を必要とする。従って、HDD1に実装されている機能を利用してレゾリューションの測定を行うことが好ましい。RWチャネル21は、リード信号から正確にデータを抽出するために、リード信号の再生波形を調整する機能を有している。RWチャネル21は、デジタルフィルタを使用してこの波形整形を行う。
図3は、RWチャネル21内の回路構成を模式的に示すブロック図である。RWチャネル21は、可変ゲイン・アンプ(VGA)211、波形等化フィルタ212、ADコンバータ213、デジタルフィルタ214、ビタビ復号器215、復調器216を有している。ヘッド・スライダ12からの出力は、AE13及びVGA211を介して、波形等化フィルタ212に入力される。波形等化フィルタ21は、入力アナログ信号の波形等化処理を行う。具体的には、波形等化フィルタ21はローパス・フィルタとしての機能を有している。波形等化フィルタ21は、後の信号処理のため、入力信号からのノイズ除去、及び、信号波形をスリミングする波形等化処理を行う。波形等化フィルタ21は、HDC/MPU23からの制御データに従って、高域ゲイン及びカットオフ周波数等の読み出しパラメータを変更することができる。
波形等化フィルタ21からの出力は、ADコンバータ21によるサンプリング及び量子化によってデジタル信号に変換され、デジタルフィルタ214に入力される。デジタルフィルタ214は、正確にデータを復元するために入力波形を整形し、入力波形を目標波形に等化する(デジタル信号のトランスバーサル等化処理)。デジタルフィルタ214の出力信号は、ビタビ復号器215に入力される。ビタビ復号器215は、入力されたデータの復号処理を行う。具体的には、デジタルフィルタ214で等化された波形をPRML(Partial Response Maximum Likelihood)処理回路で処理し、RLL(Run Length Limited)信号を出力する。ビタビ復号器215は、所定のアルゴリズムに従って、入力されたデータ列における前後関係から、最も確からしいデータ列を決定することができる。復調器216は、符号化されたRLL信号を元信号に復調する。
RWチャネル21に実装されるデジタルフィルタ214において、再生信号の周波数成分を補正するデジタルフィルタが知られている。デジタルフィルタ214は、トランスバーサル・フィルタであるFIRフィルタと、アダプティブコサイン・フィルタとを有している。RWチャネル21は、アダプティブコサイン・フィルタの係数を、デジタルフィルタ214の出力とビタビ復号器215の出力とを使用して補正する。この補正値はクリアランス(レゾリューション)と一次関数で関係付けられ、レゾリューションを表す値である。なお、このデジタルフィルタは、特開平5−81807や米国特許5168413に開示されているように既存の技術であり、詳細な説明を省略する。以下において、この補正値をKgradと呼ぶ。
以下の説明において、HDC/MPU23は、レゾリューションを表す対応値として、チャネル・パラメータの一つであるKgradを使用する。HDC/MPU23は、レゾリューションを表す他のチャネル・パラメータを使用してもよい。例えば、RWチャネル21が、特定パターンの再生信号を基準パターンに復元するためのデジタルフィルタを有している場合、HDC/MPU23は、そのデジタルフィルタのタップの補正係数におけるレゾリューション成分の補正値を使用することができる。
図3に示すように、RWチャネル21は、その内部にチップ温度を検出する回路217を有している。HDC/MPU23は、回路217によりチップ温度を測定する。例えば、RWチャネル21は、温度を直接感知する温度センサを温度検出回路217として有している。RWチャネル21は、一つの半導体チップ内に実装されている。RWチャネル21は、他の機能ブロック(例えば、HDC/MPU23)と、同一の半導体チップに実装される、あるいは、他の機能ブロックとは異なる半導体チップに実装される。RWチャネル21が実装されているチップは、単独でパッケージされる、あるいは他のチップと共にパッケージされる。
気圧変化を測定するため、HDC/MPU23は、特定のヘッド・スライダ12を選択し、そのヘッド・スライダ12を使用してKgradを測定する。さらに、筐体内の温度センサ17と、チップ温度(チャネル温度)の検出回路217とを使用して、Kgrad測定値の温度補正を行う。HDC/MPU23は、この処理を、例えば起動時に行う。以下において、直接に温度を測定することができる温度センサ17により測定された温度をドライブ温度と呼ぶ。
二つの測定温度を使用することにより、クリアランス変化とチャネル特性(特に、波形等化フィルタ21の周波数特性)変化による変化分をKgrad測定値から正確に除去し、気圧変化によるKgrad変化(クリアランス変化)を正確に測定することができる。以下において、このKgradの温度補正について具体的な方法を説明する。Kgradの温度補正に必要な係数は、磁気ディスク11の管理領域、あるいは不揮発性半導体メモリ(不図示)に保存されている。また、HDC/MPU23は温度補正の履歴を保存する。
図4は、Kgradと、クリアランス、ヒータ・パワーそして気圧(高度)との関係を模式的に示している。Kgradは、温度補正された後の値である。図4に示すように、上記の各値は、互いに線形の関係にある。従って、HDC/MPU23は、上記いずれかの値から他の値を直接に特定することができ、一つの値が他の値を表すことができる。
HDC/MPU23は、下記数式1に従ってKgrad測定値を温度により補正する。
Kgrad_comp=Kgrad+term1+term2 (数式1)
Kgrad_compが温度補正されたKgrad測定値であり、Kgradは測定値、term1、term2は測定温度による補正項である。term1はドライブ温度の関数であり、term2は、チャネル温度の測定値とドライブ温度の測定値との間の差分の関数である。HDC/MPU23は、HDD1の常温(NT)におけるテスト(基準状態におけるテスト)において測定されたKgrad(Kgrad_iniNT)と、Kgrad_compの差分から、気圧によるKgrad変化を特定する。
具体的には、補正項term1は、下記数式2により表される。
term1=(Tdrive−Tdrive_iniNT) (数式2)
×((Kgrad_iniHT)'−Kgrad_iniNT)/(Tdrive_iniHT−Tdrive_iniNT))
Tdriveはドライブ温度の測定値であり、温度センサ17が検出した温度である。Tdrive_iniNTはHDD1の常温でのテスト工程におけるドライブ温度である。(Kgrad_iniHT)´はHDD1の高温(HT)でのテスト工程におけるKgrad測定値を、term2を使用して補正した値である。Kgrad_iniNTは、HDD1の常温でのテスト工程におけるKgrad測定値である。Tdrive_iniHTはHDD1の高温でのテスト工程におけるドライブ温度である。
term1は、ドライブ温度の変化によるクリアランス変化とチャネル特性変化の双方を補正する。ドライブ温度とチャネル温度との間の差が、HDD1の常温テストにおける値と同一である場合、HDC/MPU23はterm1によりKgrad測定値の温度補正を行い、term2を使用しない。
補正項term2は、下記数式3により表される。
term2=((Tch−Tdrive)−(Tch_ iniNT−Tdrive_ iniNT))×Slope_kg (数式3)
Tchはチャネル温度の測定値、Tch_iniNTはHDD1の常温でのテスト工程におけるチャネル温度の測定値、Slope_kgは補正係数である。以下の説明において、チャネル温度とドライブ温度との間の差をdTで表し、常温テストにおけるdTと気圧測定におけるdTとの差分をδTとする。つまり、数式3は、下記数式4のように変形される。
term2=δT×Slope_kg (数式4)
term2は、δTが有限である場合(気圧測定のためのKgrad測定時におけるdTが、常温テストにおけるdTと異なる場合)の補正項である。この補正項は、δTの一次関数で表されている。クリアランス変化の補正はterm1により行われており、term2はチャネル特性変化によりKgrad変化の内、δTによる成分を補正する。数式2において(Kgrad_iniHT)´が使用されているのは、高温テストと常温テストの間におけるdTの差(δT)を補正するためである。
図5は、RWチャネル21のチップ・パッケージ表面温度と、30℃(常温)におけるKgradを基準としたKgradの変化の測定データを示している。ドライブ温度は、30℃に維持した。測定は、同一設計の3台のHDDに対して行った。この測定データは、チャネル温度とドライブ温度の差dTとKgradとの関係が、一次関数で近似することができることを示している。
図6(a)、(b)は、本発明のチップ温度による補正の効果を示している。図6(a)は、チップ温度による補正を行わなかったときのクリアランス測定値を示し、図6(b)は、チップ温度による補正を行ったときのクリアランス測定値を示している。測定は、複数の高度(気圧)において、起動後、シーケンシャルリード後、ランダム・リード・ライト後のそれぞれのタイミングで行った。また、測定は複数の同一設計の複数のHDDにおいて行った。
図6(a)に示すように、本発明のチップ温度による補正を行わない場合、各タイミングにおけるクリアランス測定値が大きく変化している。これに対して、補正を行った場合は、図6(b)に示すように、クリアランス測定値の変化が小さい。図6(a)は、ドライブ温度及び高度が一定であっても、各タイミングにおけるチップ温度(チップ温度とドライブ温度の温度差)の違いにより、測定値が変化していることを示している。図6(b)は、チップ温度(チップ温度とドライブ温度の温度差)の変化による測定誤差が、本発明の補正方法により、しっかりと補正されていることを示している。
上記数式3及び数式4におけるSlope_kgは、HDD1のテスト工程において決定される。HDD1のテスト工程は、ヒータ・パワーとクリアランスとの関係、温度とクリアランスとの関係、温度補正したKgradとクリアランスとの関係を特定し、それらを表すデータをHDD1に設定登録する。HDD1のテストは、HDD1自身が行う。具体的には、テスト・コンピュータからダウンロードされたテスト・プログラムに従って、HDC/MPU23がテスト工程の各処理を実行する。典型的なテストは、上述のように、常温及び高温におけるテストを行い、必要な測定及び係数の算出を行う。
好ましい例において、HDD1は、常温におけるテストにおいて、2つのコンディションにおけるチャネル温度Tch、ドライブ温度Tdrive、そしてKgradを測定し、それらの値からSlope_kgを算出する。Slope_kgは、下記数式5により表される。
Slope_kg=(Kgrad_1−Kgrad_2)/((Tch_1−Tdrive_1)−(Tch_2−Tdrive_2))
=(Kgrad_1−Kgrad_2)/(dT_1−dT_2)
=(Kgrad_1−Kgrad_2)/δT_(1−2) (数式5)
数式5におけるサフィックスの1は第1状態における値を示し、サフィックスの2は第2状態における値を示している。第1状態と第2状態の好ましい例は、それぞれ、ヘッド・スライダ12によって磁気ディスク11にデータのライトもしくはリードを行った直後と、HDD1の起動直後(起動時)である。起動直後のチャネル温度Tchは低く、リード/ライト直後のチャネル温度Tcは高い。HDC/MPU23は、この二つの状態のチャネル温度の差により、補正係数Slope_kgを決定することができる。
補正係数Slope_kgは、HDD1あるいはヘッド・スライダ12毎に異なる。各HDD1は、上述のように、その製造におけるテスト工程において補正係数Slope_kgを測定することが好ましい。しかし、HDD1の製造効率を上げるために、同一設計のHDD1に対して、同一の補正係数Slope_kgを設定することができる。例えば、HDD1の設計開発において複数のHDD1についてSlope_kgの測定を行い、その平均値を製造工程において全てのHDD1に設定する。
HDC/MPU23は、チャネル温度を測定するための回路217として、いくつかの好ましい回路が考えられる。その内の一つは、MOSトランジスタのベース・エミッタ間の電圧を測定する。この電圧の温度特性から、チップ温度を特定することができる。RWチャネル21は、ベース・エミッタ間の電圧、あるいは、その電圧から算出された温度をレジスタに格納し、HDC/MPU23はそのレジスタに格納されている値からチップ温度を特定する。
チャネル温度検出のための好ましい他の回路の一つは、リング発振器である。リング発振器の出力周波数(リング・スピード)は温度によって変化する。具体的には、チップ温度の上昇により、出力周波数は減少する。RWチャネル21は、リング発振器の出力周波数をそのレジスタに格納する。HDC/MPU23は、上記レジスタからリング発振器の出力周波数を取得し、その値からチャネル温度を算出することで、チャネル温度を測定する。回路構成を効率化するためには、他の用途に使用される回路を、チップ温度を測定するための温度検出回路として使用することが好ましい。例えば、リング発振器の出力周波数は消費電力やエラー・レートなどのパフォーマンスを表す指標となるため、RWチャネル21の検査に使用することができる。
以下において、HDC/MPU23が、リング発振器を使用してチャネル温度を測定する例を説明する。リング発振器の出力周波数Rsとチャネル温度Tchとの間には、下記数式6の関係が成立する。
Tch=(Rs−Rs_iniNT)×Slope_Tch+Tch_iniNT (数式6)
Rs_iniNTは、常温におけるHDD1のテストで測定されたリング発振器周波数である。Slope_Tchは、係数である。
チャネル温度とリング発振器周波数との間の関係は、数式6のように、一次関数で近似される。図7は、リング発振器の出力周波数とRWチャネル21のパッケージ表面温度との関係を示す測定データである。X軸はパッケージ表面温度を表し、Y軸はリング発振器の出力周波数を表している。測定は、同一設計の複数のHDDにおいて行った。図7の測定データは、リング発振器の出力周波数Rsとチャネル温度Tchとの間の関係は、一次関数で近似することができることを示している。
ここで、数式4で使用されているδTは、数式6から下記数式7で表すことができる。
δT=(Tch−Tdrive)−(Tch_ iniNT−Tdrive_ iniNT)
=((Rs−Rs_iniNT)×Slope_Tch+Tch_iniNT−Tdrive)
−(Tch_ iniNT−Tdrive_ iniNT)
=((Rs−Rs_iniNT)×Slope_Tch+Tdrive_ iniNT)−Tdrive (数式7)
また、数式7及び数式4から、下記数式8が成立する。
term2=δT×Slope_kg (数式8)
=(((Rs−Rs_iniNT)×Slope_Tch+Tdrive_ iniNT)−Tdrive)×Slope_kg
δTによる補正のため、テスト工程において、HDC/MPU23は、リング発振器周波数Rs_iniNTとドライブ温度Tdrive_iniNTとを測定する。また、HDC/MPU23は、数式5を参照して説明したように係数Slope_kgを測定により決定し、さらに、Slope_Tchを測定により決定する。気圧変化を測定するためのKgrad測定において、HDC/MPU23は、リング発振器周波数Rs、ドライブ温度Tdriveを測定し、テスト工程で測定した上記測定値及び係数を使用して、δTによるKgrad測定値の補正を行う。
係数Slope_Tchの好ましい決定方法は、常温テストと高温テストにおけるドライブ温度とチャネル温度の測定値を使用する。係数Slope_Tchは、下記数式9により表される。
Slope_Tch=(Tch_iniHT−Tch_iniNT)/(Rs_iniHT−Rs_iniNT) (数式9)
Rs_iniHTは、高温テストにおけるリング発振器周波数である。
ここで、常温テスト及び高温テストにおいて、ドライブ温度とチャネル温度との差が同一であるとする。これは、HDD1を、十分に長い時間、各温度で維持することで実現することができる。この条件が満足する場合、数式9は、下記数式10に書き換えることができる。
Slope_Tch=(Tdrive_iniHT−Tdrive_iniNT)/(Rs_iniHT−Rs_iniNT) (数式10)
従って、HDC/MPU23は、常温テスト及び高温テストにおいて、温度センサ17を使用してドライブ温度を測定し、さらに、RWチャネル21のリング発振器の周波数を測定することで、係数Slope_Tchを決定することができる。
係数Slope_Tchは、HDD1毎に異なる値であるため、上述のように、HDD1が測定によりその値を決定することが好ましい。しかし、HDD1の製造効率を上げるために、同一設計のHDD1に対して同一の係数Slope_Tchを適用してもより。例えば、HDD1の設計開発において複数のHDD1についてSlope_Tchの測定を行い、その平均値を製造工程において全てのHDD1に設定する。
HDD1の製造効率を上げながら、Kgrad測定値の温度補正精度を上げる好ましい方法は、係数Slope_kgとリング発振器周波数Rs_iniNTとの間の相関を利用して、係数Slope_kgを決定する。図8は、リング発振器周波数とKgradとの間の関係を示す測定データである。X軸は、30℃(常温)の状態からのリング発振器周波数の変化を表し、Y軸は、30℃(常温)の状態からのKgrad測定値の変化を表している。測定時のドライブ温度は一定である。また、図9は、30℃(常温)におけるリング発振器周波数と、Kgrad/リング発振器周波数との間の関係を示す測定データである。図9の測定データから理解されるように、上記二つの値の関係は、一次関数で近似することができる。このように、係数Slope_kgとリング発振器周波数Rs_iniNTとの間の相関が存在する。
好ましい例において、HDC/MPU23は、常温テストにおけるリング発振器周波数Rs_iniNTと予め設定されている関数とを使用して、係数Slope_kgを算出する。好ましくは、係数Slope_kgは、リング発振器周波数測定値Rs_iniNTの一次関数で表される。例えば、Slope_kgは(A×Rs_iniNT)で表される。HDD1には設計で決定された関数が予め登録されており、HDC/MPU23は、常温テストにおいて測定したリング発振器周波数Rs_iniNTの値をその関数に代入することで、実際の値に近い係数Slope_kgを得ることができる。
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。本発明は、ドライブ温度とチャネル温度とを使用してRWチャネルの特性変化によるクリアランス測定値の誤差を補正するものであり、それらの測定温度による具体的な補正方法は、上記好ましい態様に限定されない。本発明は、リード素子のみを備えるヘッド・スライダを実装するHDDに、あるいは、HDD以外のディスク・ドライブ装置に適用してもよい。本発明は、TFCと異なるクリアランス調整機構を有するHDDに適用することができる。本発明の補正のための基準状態の温度は、常温に限定されない。
HDDは、クリアランス測定値の温度補正に使用する係数を、出荷後であっても、起動時やアイドル時などに測定により決定してもよい。本発明は、Kgradのように、レゾリューションを表すチャネル・パラメータの補正に好適だが、他のチャネル・パラメータの測定値の補正に適用してもよい。また、本発明は、RWチャネル内で波形等化フィルタより後段のデジタル値の補正に好適だが、RWチャネル内の他の値の補正に使用してもよい。RWチャネル近傍の温度を測定するための回路は、RWチャネルのチップ内に実装されていることが好ましいが、チップ外に実装することもできる。このような場合も、チップ温度(RWチャネル近傍の温度)を測定するための温度検出回路は、ドライブ温度を測定するための温度検出回路よりもRWチャネル回路の近くに実装される。
本実施形態において、HDDの全体構成を模式的に示すブロック図である。 本実施形態において、TFCのためのヒータを備えたヘッド・スライダの構成を模式的示す断面図である。 本実施形態において、RWチャネル内の回路構成を模式的に示すブロック図である。 本実施形態において、Kgradと他の値との関係を模式的に示す図である。 本実施形態において、RWチャネルのチップ・パッケージ表面温度と、30℃(常温)におけるKgradを基準としたKgradの変化の測定データを示している。 本実施形態において、チップ温度による補正を行わなかったときのクリアランス測定値と、チップ温度による補正を行ったときのクリアランス測定値とを示している。 本実施形態において、リング発振器の出力周波数とRWチャネルのパッケージ表面温度との関係を示す測定データである。 本実施形態において、リング発振器周波数とKgradとの間の関係を示す測定データである。 本実施形態において、30℃(常温)におけるリング発振器周波数と、Kgrad/リング発振器周波数との間の関係を示す測定データである。 従来の技術において、KgradとHDD内温度との関係を示す測定データである。 従来の技術において、波形等化フィルタのゲインの温度変化を示している。
符号の説明
1 ハードディスク・ドライブ、10 筐体、11 磁気ディスク
12 ヘッド・スライダ、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、23 ハードディスク・コントローラ/MPU
24 RAM、31 ライト素子、32 リード素子、32a 磁気抵抗素子
33a、b シールド、34 保護膜、51 ホスト、121 トレーリング側端面
122 ヘッド素子部、123 スライダ、124 ヒータ
211 可変ゲイン・アンプ、212 波形等化フィルタ、213 ADコンバータ
214 デジタルフィルタ、215 ビタビ復号器、216 復調器
311 ライト・コイル、312 磁極、313 絶縁膜

Claims (21)

  1. ディスクと、
    前記ディスクにアクセスするヘッドと、
    前記ヘッドにより前記ディスクから再生されたリード信号を復号するチャネル回路と、
    筐体内の温度である第一の温度の検出に利用される第一の回路と、
    前記チャネル回路近傍の温度である第二の温度の検出に利用される第二の回路と、
    前記第一の温度と、前記第二の温度とにより、前記チャネル回路の前記リード信号の処理におけるパラメータを補正し、補正した前記パラメータにより前記ヘッドと前記ディスクの間のクリアランスを測定するコントローラと、
    を有するディスク・ドライブ装置。
  2. 前記コントローラは、前記パラメータの補正により、前記チャネル回路の周波数特性の温度変化に対応する前記パラメータの変化分を補正する、
    請求項1に記載のディスク・ドライブ装置。
  3. 前記パラメータの補正に用いられる係数を、少なくとも2つの温度コンディションにおけるテストにより決定する、
    請求項2に記載のディスク・ドライブ装置。
  4. 前記パラメータは、前記チャネル回路のデジタル信号処理におけるパラメータである、
    請求項1に記載のディスク・ドライブ装置。
  5. 前記パラメータは、前記ヘッドが前記ディスクから再生した信号のレゾリューションを表すパラメータである、
    請求項2に記載のディスク・ドライブ装置。
  6. 前記コントローラは、前記第の回路の出力値と設定されている関数とを使用して、前記第の温度を決定する、
    請求項1に記載のディスク・ドライブ装置。
  7. 前記第二の回路はチャネル発振器を含み、
    前記第二の回路の前記出力値を前記チャネル発振器の発振周波数とする、
    請求項6に記載のディスク・ドライブ装置。
  8. ディスクと、
    前記ディスクにアクセスするヘッドと、
    前記ヘッドにより前記ディスクから再生されたリード信号を復号するチャネル回路と、
    筐体内の温度である第一の温度の検出に利用される第一の回路と、
    前記チャネル回路近傍の温度である第二の温度の検出に利用される第二の回路と、
    前記第一の温度と、前記第二の温度とにより、前記チャネル回路の前記リード信号の処理におけるパラメータを補正し、補正した前記パラメータにより気圧を測定するコントローラと、
    を有するディスク・ドライブ装置。
  9. 前記コントローラは、前記パラメータの補正により、前記チャネル回路の周波数特性の温度変化に対応する前記パラメータの変化分を補正する、
    請求項8に記載のディスク・ドライブ装置。
  10. 前記パラメータの補正に用いられる係数を、少なくとも2つの温度コンディションにおけるテストにより決定する、
    請求項9に記載のディスク・ドライブ装置。
  11. 前記パラメータは、前記チャネル回路のデジタル信号処理におけるパラメータである、
    請求項8に記載のディスク・ドライブ装置。
  12. 前記パラメータは、前記ヘッドが前記ディスクから再生した信号のレゾリューションを表すパラメータである、
    請求項9に記載のディスク・ドライブ装置。
  13. 前記コントローラは、前記第の回路の出力値と設定されている関数とを使用して、前記第の温度を決定する、
    請求項8に記載のディスク・ドライブ装置。
  14. 前記第二の回路はチャネル発振器を含み、
    前記第二の回路の前記出力値を前記チャネル発振器の発振周波数とする、
    請求項13に記載のディスク・ドライブ装置。
  15. ディスクと、
    前記ディスクにアクセスしヒータを備えるヘッドと、
    前記ヘッドにより前記ディスクから再生されたリード信号を復号するチャネル回路と、
    筐体内の温度である第一の温度の検出に利用される第一の回路と、
    前記チャネル回路近傍の温度である第二の温度の検出に利用される第二の回路と、
    前記第一の温度と、前記第二の温度とにより、前記チャネル回路の前記リード信号の処理におけるパラメータを補正し、補正した前記パラメータを用いて測定された気圧を考慮して前記ヘッドが前記ディスクにアクセスする際に前記ヒータ供給するヒータ・パワーを決定する、コントローラと、
    を有するディスク・ドライブ装置。
  16. 前記コントローラは、前記パラメータの補正により、前記チャネル回路の周波数特性の温度変化に対応する前記パラメータの変化分を補正する、
    請求項15に記載のディスク・ドライブ装置。
  17. 前記パラメータの補正に用いられる係数を、少なくとも2つの温度コンディションにおけるテストにより決定する、
    請求項16に記載のディスク・ドライブ装置。
  18. 前記パラメータは、前記チャネル回路のデジタル信号処理におけるパラメータである、
    請求項15に記載のディスク・ドライブ装置。
  19. 前記パラメータは、前記ヘッドが前記ディスクから再生した信号のレゾリューションを表すパラメータである、
    請求項16に記載のディスク・ドライブ装置。
  20. 前記コントローラは、前記第の回路の出力値と設定されている関数とを使用して、前記第の温度を決定する、
    請求項15に記載のディスク・ドライブ装置。
  21. 前記第二の回路はチャネル発振器を含み、
    前記第二の回路の前記出力値を前記チャネル発振器の発振周波数とする、
    請求項20に記載のディスク・ドライブ装置。
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