DE19803252C2

DE19803252C2 - Kopfpositionserkennungsverfahren eines Festplattenlaufwerks

Info

Publication number: DE19803252C2
Application number: DE1998103252
Authority: DE
Inventors: Gwan-Il Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1997-02-11
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2018-01-29
Also published as: JP3061774B2; KR19980067707A; KR100273750B1; JPH10228738A; DE19803252A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Servosteu erung eines Festplattenlaufwerks, und besonders auf ein Verfah ren zur Erkennung der gegenwärtigen Position eines Kopfes durch Erkennung eines Analog-zu-Digital-Wandlerwertes, der an einem einzigen Versatzpunkt erkannt wird.

Ein Festplattenlaufwerk, das ein Aufzeichnungsapparat mit Plattenantrieb ist, wird verbreitet als eine Hilfsspeichervor richtung eines Computersystems benutzt, weil es mit hoher Geschwindigkeit auf große Datenmengen zugreifen kann. Eine in dem Festplattenlaufwerk weit verbreitet genutzte Aufzeichnungs form basiert auf einer konstanten Spurkapazität. Bei dieser Aufzeichnungsform dreht sich ein Spindelmotor des Festplatten laufwerks mit konstanter Geschwindigkeit, und die Informations kapazität pro Spur in den inneren und äußeren Spuren der Magnet platte ist zu einander identisch. Die Informationsaufzeichnungs dichte der äußeren Spuren ist jedoch niedriger als die der inneren Spuren. Deshalb ist die Speichereffizienz der Magnet platte verschlechtert.

Um solch ein Problem zu überwinden, wurde eine Aufzeichnungs form mit konstanter Dichte oder eine Zonenbit-Aufzeichnungsform vorgeschlagen. Bei der Aufzeichnungsform mit konstanter Dichte haben alle Spuren einschließlich der inneren und äußeren Spuren dieselbe Informationsdichte, um die Informationskapazität der Magnetplatte zu verbessern, speziell in Aufzeichnungsapparaten mit Plattenantrieben kleiner Abmessungen. Ferner ist der Auf zeichnungsbereich auf der Magnetplatte in eine Vielzahl von Zonen unterteilt, um so eine konstante Aufzeichnungsdichte in radialer Richtung vom Mittelpunkt der Magnetplatte zu bekommen. Die Anzahl der Datensektoren wird den Spuren jeder unterteilten Zone unterschiedlich zugewiesen. D. h., die Spuren einer äußeren Zone haben eine größere Anzahl von Datensektoren als die Spuren einer inneren Zone. Ein Datensektor bezeichnet einen Einheits bereich, mit dem das Festplattenlaufwerk auf Daten auf der Magnetplatte zugreift, und hat dieselbe Größe, z. B. 512 Byte, unabhängig von der Position auf der Magnetplatte. Falls ein integriertes Sektorservosystem benutzt wird, kann ein Daten sektor entsprechend jedem Bereich auf der Magnetplatte in zwei Segmente aufgeteilt werden. Das integrierte Sektorservosystem ist eines der Systeme zur Bereitstellung von Kopfpositions information in dem Aufzeichnungsapparat mit Plattenantrieb. In dem integrierten Sektorservosystem wird jede Spur in einen Servoinformationsbereich und einen Dateninformationsbereich aufgeteilt, die abwechselnd in Umfangsrichtung vorgesehen werden. Der Servoinformationsbereich ist ein Bereich zum Schreiben von integrierten Servoinformationen und sieht einen Servosektor vor. Der Dateninformationsbereich ist ein Bereich zum Schreiben aktueller Dateninformation und sieht einen Datensektor vor.

Da die oben skizzierte Aufzeichnungsform mit konstanter Dichte dafür sorgt, daß alle Spuren im wesentlichen dieselbe Informationsdichte haben, und mehr Information pro Spureinheit als die konventionelle Aufzeichnungsform mit konstanter Spur kapazität aufzeichnen kann, ist sie verbreitet bei Festplatten laufwerken benutzt worden.

Ein Sektorformat und genaue Formate jedes Sektors auf der Magnetplatte in einer Aufzeichnungsform mit konstanter Dichte sind in den Fig. 1A bis 1E veranschaulicht. Fig. 1A bis 1E, die nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet sind, zeigen ein Beispiel eines Sektorformats in einem Bereich mit zwei vollständigen Datensektoren zwischen Servosektoren auf der Magnetplatte, d. h. mit Datensektoren, die nicht in benachbarten Dateninformationsbereichen aufgeteilt sind. Mit Bezug auf Fig. 1A sind zwei Datensektoren jeweils in ein Identifikations-(ID- )feld und ein Datenfeld aufgeteilt. Kopfinformation zur Identifizierung eines korrespondierenden Datensektors wurde in das ID-Feld geschrieben. Aktuelle Daten werden in das Datenfeld geschrieben, dem das ID-Feld vorangeht.

Wie in Fig. 1B gezeigt, besteht das ID-Feld aus einem ID- Vorspann, einer ID-Adreßmarke, einer Identifikation (ID), einem Zyklischen Redundanzcode (CRC) und einem ID-Nachspann. Der ID- Vorspann sieht Taktsynchronisierung für das ID-Feld während des Lesens vor und sieht gleichzeitig eine Lücke vor dem ID-Feld vor. Die ID-Adreßmarke teilt mit, daß die ID begonnen hat und sieht Synchronisation zum Lesen der ID vor. Die ID ist die Kopf information, wie etwa eine Sektornummer, eine Kopfnummer, eine Zylindernummer, u. s. w. zum Identifizieren des Sektors, auf den der Kopf gegenwärtig positioniert ist. Der CRC ist ein fehler korrigierender Code zur Erkennung und Korrektur eines Fehlers der ID-Adreßmarke und der ID. Allgemein wird der CRC unter Benutzung eines CRC-CCITT-Erzeugungspolynom erzeugt. Der ID- Nachspann sieht Zeitspielraum nach dem Lesen der ID vor.

Wie in Fig. 1C gezeigt, besteht das Datenfeld aus einem Datenvorpann, einer Datenadreßmarke, den Daten, einem fehler korrigierenden Code (ECC) und einem Datennachspann. Dazu ist das Datenfeld der Magnetplatte, das ein Servoschreibsystem ohne Vorspann benutzt, aufgebaut, wie in Fig. 1D veranschaulicht. Der zwischen dem ID-Nachspann und einem Datensynchronisationsbit gelegene Datenvorspann sieht Taktsynchronisation für das Datenfeld während des Lesens vor und sieht zugleich eine Lücke zwischen dem ID-Feld und dem Datenfeld vor. Die Datenadreßmarke teilt mit, daß die Daten begonnen haben und sieht Synchronisierung beim Lesen der Daten für den Magnetplattenantriebsapparat vor. Die Daten sind die aktuelle digitale Information, die auf der Magnetplatte gespeichert ist. Der ECC ist der Fehlererkennungscode zur Erkennung und Korrektur eines Fehlers der Datenadreßmarke und der Daten. Der Datennachspann sieht einen Zeitspielraum nach dem Lesen der Daten vor. Da der ID-Nachspann und der Datenvorspann benachbart sind und der Datennachspann und der ID-Vorspann benachbart sind, können sie allgemein austauschbar verwendet werden.

Wie in Fig. 1E veranschaulicht, besteht der Servosektor zum Schreiben der Servoinformation für die Servosteuerung des Kopfes aus einem Vorspann zur Einstellung der Synchronisation mit einem Servotakt, einer Servoadreßmarke (SAM) zum Schreiben eines Bezugsmusters für die Erzeugung des Servozeittaktes, einem Indexbit (IDX) zum Vorsehen der Information über eine Platten umdrehung, einem Gray-Codebereich zum Schreiben von Spurinfor mation und Servobündelbereichen für die Steuerung der Kopfposi tionierung auf der Spur.

Fig. 2 zeigt ein Schreibmuster von in den Servobündelbereich geschriebenen Servobündelsignalen (im folgenden als Bündelsig nale bezeichnet) und die Analog-zu-Digital-(A/D-)Wandlerwerte der Bündelsignale. Die Bündelsignale A und B werden mit einem halben Wert in benachbarte Spuren geschrieben und werden zur Erkennung von Positionsfehlern der Köpfe während des Spurnach laufs benutzt. Die Bündelsignale C und D werden in geradzahlige bzw. ungeradzahlige Spuren geschrieben und werden für die Unter scheidung geradzahliger bzw. ungeradzahliger Spuren benutzt.

Beim Festplattenlaufwerk wird das Servoschreibmuster jeder Spur vom analogen Wert in einen digitalen Wert gewandelt, um die Positionsinformation des Kopfes zu erhalten. Um die Positions information des Kopfes genau zu erhalten, sollte der A/D-Wand lerwert verarbeitet werden, um so mit der Position des Kopfes zu korrespondieren. Dafür wird die gegenwärtige Kopfposition durch die folgende Gleichung (1) berechnet:

wobei Bündel A bzw. Bündel B die A/D-Wandlerwerte der Bündel signale A bzw. B sind, T_max ein Zählwert ist, wenn eine Spur als Positionsinformation bezeichnet wird, und P1' und P2' die A/D- Wandlerwerte an den Kreuzungspunkten P1 und P2 der Bündelsignale A bzw. C sind. Die Punkte P1 und P2 liegen allgemein an einem Punkt, der um 25% von der Mittellinie der Spur versetzt ist. Um die Position des Kopfes durch die obige Gleichung (1) zu berech nen, werden die A/D-Wandlerwerte an den Kreuzungspunkten P1 und P2 der Bündelsignale A bzw. C benötigt. Beim konventionellen Festplattenlaufwerk erhält man die A/D-Wandlerwerte an den Kreu zungspunkten P1 und P2 über einen Kalibrierungsprozeß, der aus geführt wird, wenn die Versorgungsspannung eingeschaltet wird.

D. h. die Servosteuerungseinrichtung (typisch ein Mikropro zessor) Verschiebt den Kopf zum Punkt P1 (an einem 25%-Versatz punkt) und liest wiederholt die in den Bündelintervallen geschriebenen Bündelsignale, während die Platte eine spezifi zierte Anzahl von Umdrehungen ausführt. Danach wird ein Mittel wert der erkannten A/D-Wandlerwerte der Bündelsignale berechnet und gespeichert. Der Kopf wird wieder zum Punkt P2 verschoben. Die oben beschriebenen Vorgänge werden am Punkt P2 wiederholt, um den A/D-Wandlerwert am Punkt P2 zu ermitteln. Die Kopfposi tion wird berechnet durch Einsetzen der A/D-Wandlerwerte an den Punkten P1 und P2 in die obige Gleichung (1). Da nämlich die A/D-Wandlerwerte an den Kreuzungspunkten P1 und P2 der Bündel signale A bzw. C ermittelt werden sollten, wird der Kalibrie rungsprozeß verzögert.

US 5,444,589 beschreibt ein solches Kalibrierverfahren für ein Festplattenlaufwerk, bei welchem mehrere Positionsfehlersignale verwendet werden, die bei einem Kopfversatz von +25% und -25% der Spurbreite ermittelt werden.

Es ist deshalb das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Kopf positionserkennungsverfahren vorzusehen, das die Ausführungszeit für die Kalibrierung durch Erkennen der für die Berechnung der gegenwärtigen Kopfposition benötigten Information an einem einzigen Versatzpunkt verringern kann.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Verfahren zur Erkennung der Kopfposition in einem Festplatten laufwerk einschließlich mindestens eines Servosektors mit einer Vielzahl von Spuren, in denen Servobündelsignale aufgezeichnet sind, die Schritte: Verschieben des Kopfes auf eine Spur, innerhalb der ein Kreuzungspunkt eines von einem ersten und einem zweiten Servobündelsignal, das oberhalb und unterhalb bezüglich der Spurmittellinie aufgezeichnet ist, und eines dritten Bündelsignals, das symmetrisch zur Spurmittellinie aufgezeichnet ist, liegt; Erkennen des Analog-zu-Digital- Wandlerwertes an dem Kreuzungspunkt; und Berechnen der Kopf position mittels der folgenden Gleichung:

wobei Bündel A bzw. Bündel B die A/D-Wandlerwerte des ersten und des zweiten Bündelsignals sind, T_max ein Zählwert ist, wenn eine Spur als Positionsinformation bezeichnet wird, und P2' der A/D- Wandlerwert an dem Kreuzungspunkten ist.

Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vor liegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlicher werden, in denen:

Fig. 1A bis 1E ein Sektorformat und detaillierte Formate für jeden Sektor der Magnetplatte mit einer Aufzeichnungsform kon stanter Dichte veranschaulichen;

Fig. 2 ein Schreibmuster von Servobündelsignalen und A/D- Wandlerwerte der Bündelsignale veranschaulicht;

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines üblichen Festplattenlaufwerks ist; und

Fig. 4 ein Flußdiagramm ist, das einen A/D-Wandlerwert- Erkennungsprozeß an einem einzigen Versatzpunkt nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veran schaulicht.

Mit Bezug auf Fig. 3 wird ein übliches Festplattenlaufwerk eines Mehrplattentyps mit zwei Platten 30 und vier Köpfen 32 gezeigt. Die Platten 30 des den Mehrplattentyp nutzenden Fest plattenlaufwerks haben eine Stapelform und sind auf einem Spin delmotor 54 montiert. Jede Oberfläche 30 korrespondiert mit einer Spur. Die Köpfe 32 sind auf den Oberflächen der Platten 30 positioniert und sind an vertikal ausladenden Armen 34 eines Armaufbaus eines drehbaren Schwingspulenmotors (VCM, voice coil motor) 48 installiert. Ein Vorverstärker 36 verstärkt während des Datenlesens ein von einem der Köpfe 32 aufgenommenes Lese signal vor und führt das verstärkte Signal einem Lese/Schreib kanalschaltkreis 38 zu. Während des Datenschreibens schreibt der Vorverstärker 36 von dem Lese/Schreibkanalschaltkreis 38 über tragene, codierte Schreibdaten unter Aktivierung eines der Köpfe 32 auf die Platte 30. In diesem Fall wählt der Vorverstärker 36 einen der Köpfe 32 unter Steuerung der Plattendatensteuerung (DDC) 56 aus.

Der Lese/Schreibkanalschaltkreis 38 erkennt und decodiert einen Datenpuls des von dem Vorverstärker 36 übertragenen Lese signals, um die Lesedaten RDATA zu erzeugen, und codiert die von der DDC 56 übertragenen Schreibdaten WDATA, um die codierten Daten dem Vorverstärker 36 zuzuführen. Der Lese/Schreibkanal schaltkreis 38 demoduliert auch die Kopfpositionsinformation, die ein Teil der auf die Platte 30 geschriebenen Servoinforma tion ist, um ein Positionsfehlersignal zu erzeugen. Das von dem Lese/Schreibkanalschaltkreis 38 erzeugte Positionsfehlersignal wird einem Analog-zu-Digital-(A/D-)Wandler 40 zugeführt. Der A/D-Wandler 40 wandelt das Positionsfehlersignal in einen kor respondierenden digitalen Stufenwert um und führt den digitalen Wert einer Mikrosteuerung 42 zu. Die DDC 56 schreibt die von einem Hostrechner empfangenen Daten über den Lese/Schreibkanal schaltkreis 38 und den Vorverstärker 36 auf die Platte 30 oder liest die Daten von der Platte 30, um die gelesenen Daten dem Hostrechner zuzuführen. Die DDC 56 bildet auch eine Kommuni kationsschnittstelle zwischen dem Hostrechner und der Mikro steuerung 42.

Die Mikrosteuerung 42 hat einen Speicher zum Speichern eines Steuerungsprogramms nach der vorliegenden Erfindung und steuert den Gesamtbetrieb des Festplattenlaufwerks als Reaktion auf ein von dem Hostrechner empfangenes Lese-/Schreibkommando. Ein Digi tal-zu-Analog-(D/A-)Wandler 44 wandelt einen von der Mikrosteu erung 42 erzeugten Positionssteuerungswert der Köpfe 32 in ein analoges Signal um. Ein VCM-Treiber 46 liefert einen Treiber strom I(t) an den VCM 48 zum Ansteuern eines Stellglieds durch ein von dem D/A-Wandler 44 übertragenes Signal. Der VCM 48 ver schiebt die Köpfe 32 der Platte 30 horizontal als Reaktion auf Richtung und Größe des von dem VCM-Treiber 46 erzeugten Treiber stroms I(t). Eine Motorsteuerung 50 steuert einen Spindelmotor treiber 52 entsprechend einem von der Mikrosteuerung 42 erzeug ten Plattendrehsteuerungswert. Der Spindelmotortreiber 52 dreht die Platten 30 durch Antreiben des Spindelmotors 54 unter Steu erung der Motorsteuerung 50. Ein Pufferspeicher 58 speichert vorübergehend Daten, die von dem Hostrechner und den Platten 30 unter Steuerung der DDC 56 übertragen werden.

Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm für eine A/D- Wandlerwerterkennung an einem einzigen Versatzpunkt. Falls die Versorgungsspannung angelegt ist, erkennt die Mikrosteuerung 42 den A/D-Wandlerwert, der für die Berechnung der Position des Kopfes 32 während der Servosteuerung benötigt wird, über den folgenden Kalibrierungsprozeß. Die Mikrosteuerung 42 verschiebt nämlich in Schritt 60 den Kopf 32 auf eine Einstellspur. Die Einstellspur ist eine der Spuren, die auf den Kreuzungspunkten P1 und P2 der Bündelsignale A und C liegen, wie in Fig. 2 gezeigt. In der folgenden Beschreibung wird ein auf der (n + 1)- ten Spur gelegener Punkt P2 als die Einstellspur definiert. In den Schritten 62 und 64 speichert die Mikrosteuerung 42 die an dem Punkt P2 erkannten A/D-Wandlerwerte in einem internen Speicher, während die Platte 30 eine vorgeschriebene Anzahl R von Umdrehungen ausführt. In Schritt 66 wird der Mittelwert der A/D-Wandlerwerte berechnet und in dem internen Speicher gespeichert.

Die gegenwärtige Position des Kopfes 32 kann durch Einsetzen der an dem einzigen Versatzpunkt P2 im Kalibrierungsprozeß erkannten A/D-Wandlerwerte in die folgend angeführte Gleichung (2) berechnet werden:

wobei Bündel A bzw. Bündel B die A/D-Wandlerwerte der Bündel signale A und B bezeichnen, T_max ein Zählwert ist, wenn eine Spur als Positionsinformation bezeichnet wird, und P2' den A/D-Wand lerwert an dem Kreuzungspunkt P2 der Bündelsignale A und C ist.

D. h. die gegenwärtige Position des Kopfes kann unter Benut zung nur des an dem Versatzpunkt P2 erkannten A/D-Wandlerwertes berechnet werden, und dadurch wird die Ausführungszeit für die Kalibrierung verringert.

Wie oben beschrieben, wird im Gegensatz zu einem konventio nellen Verfahren zur Berechnung der Kopfposition unter Benutzung der an zwei Versatzpunkten erkannten A/D-Wandlerwerte die Kopf position unter Benutzung eines A/D-Wandlerwertes an einem Ver satzpunkt berechnet. Deshalb kann die Ausführungszeit für die Kalibrierung und die Berechnungszeit für die Kopfposition ver ringert werden.

Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine bestimmte, bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben wurde, ist von den in der Technik Geübten zu verstehen, daß verschiedene Veränderungen in der Form und in Einzelheiten gemacht werden können, ohne vom Geist und Umfang der vorlie genden Erfindung abzuweichen, wie sie durch die angehängten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Verfahren zur Erkennung der Kopfposition in einem Festplat tenlaufwerk einschließlich mindestens eines Servosektors mit einer Vielzahl von Spuren, in denen Servobündelsignale aufge zeichnet sind, enthält die Schritte:
Verschieben des Kopfes auf eine Spur, innerhalb der ein Kreuzungspunkt eines von einem ersten und einem zweiten Servo bündelsignal, die oberhalb und unterhalb bezüglich der Spur mittellinie aufgezeichnet sind, und eines dritten Bündelsignals, das symmetrisch zur Spurmittellinie aufgezeichnet ist, gelegen ist;
Erkennen des Analog-zu-Digital-Wandlerwertes an dem Kreu zungspunkt; und
Berechnen der Kopfposition mittels der folgenden Gleichung:
wobei Bündel A bzw. Bündel B die A/D-Wandlerwerte des ersten bzw. des zweiten Bündelsignals sind, T_max ein Zählwert ist, wenn eine Spur als Positionsinformation bezeichnet wird, und P2' der A/D-Wandlerwert an dem Kreuzungspunkt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der A/D-Wandlerwert an dem Kreuzungspunkt durch Ermitteln des Durchschnittswertes der Analog-zu-Digital-Wandlerwerte bestimmt wird, während die Platte eine vorgeschriebene Anzahl von Umdrehungen ausführt.