DE2101906C3

DE2101906C3 -

Info

Publication number: DE2101906C3
Application number: DE2101906A
Authority: DE
Inventors: Robert Paul Saratoga Mcintosh; Marco San Jose Padalino
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-01-21
Filing date: 1971-01-15
Publication date: 1980-11-13
Also published as: GB1277177A; FR2075040A5; US3614756A; DE2101906A1; JPS4920524B1; DE2101906B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Servosystem gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Magnetspeicherplatten mit wahlfreiem Zugriff, bei denen Daten in konzentrischen kreisförmigen Spuren auf die Plattenoberfläche aufgezeichnet werden, ist es das Ziel, den Magnetkopf genau auf die gewünschte Spur auszurichten. Der Grad der Genauigkeit, mit dem der Magnetkopf ausgerichtet werden kann, bestimmt den Abstand, der zwischen zwei benachbarten Spuren nötig ist, und erhöht damit die Speicherkapazität, also die Zahl der pro Flächeneinheil speicherbaren Zeichen.

Aus der US-PS 31 85 972 ist ein Servosystem für die Positionierung des Magnetkopfes eines Magnetplattenspeichers bekannt, bei dem ein gemeinsamer Abtastspalt zur Abtastung sowohl der Daten- als auch der Servoinformation verwendet wird. Die Trennung der .beiden Informationsarten voneinander erfolgt durch Aufzeichnung der Servo- und der Dateninformation in voneinander getrennten Sektoren. Eine gesonderte Markierungsscheibe mit einem gesonderten Abtastkopf zeigt jeweils an, ob ein Servo- oder ein Datensektor

ίο abgetastet wird. Ferner ist noch eine besondere Taktspur mit einem Taktkopf vorgesehen, um anzeigen zu können, ob sich die gerade abgetastete Servoinformation links oder rechts von der Datenspur-Mittellinie befindet Dabei wird ein linkes und ein rechtes Servosignal erhalten, und die Regelung wird so lange fortgesetzt, bis diese beiden Signale die gleiche Amplitude haben. Man erreicht zwar mit einem solchen Servosystem eine gute Trennung von Servo- und Dateninformation voneinander, jedoch nur dadurch, daß auf eine Positionsregelung während des Durchlaufens der eigentlichen Datenspur verzichtet wird und die Positionsregelung nur in den Servosektoren stattfindet. Ferner sind zwei zusätzliche Abtastköpfe erforderlich, nämlich der Abtastkopf zur Ermittlung der jeweiligen Zeh der Servoabtastung und der Abtastkopf zur Abtastung der Taktspur.

Aus der CH-PS 4 15 752 ist ein Servosystem der eingangs angegebenen Art bekannt, das ebenfalls dazu diei.t, einen Magnetkopf auf einer Magnetplatte eines Magnetplattenspeichers in der jeweils gewünschten Datenspur genau zu positionieren. Zu diesem Zweck sind auf der Magnetplatte neben den Datenspuren auch Servospuren aufgezeichnet. Der Magnetkopf dient sowohl zur Abtastung der Datenspuren als auch zur Abtastung der Servospuren. Die Servosignale unterscheiden sich von den Datensignalen lediglich dadurch, daß sie in einem niedrigeren Frequenzbereich als die Datensignale liegen. Dabei befindet sich auf der einen Seite jeder Datenspur ein Servosignal mit einer ersten Frequenz, während das Servosignal auf der anderen Seite der Datenspur eine zweite Frequenz aufweist. Beide Servosignale werden in frequenzselektiven Kanälen verstärkt, und die Einstellvorrichtung für den Magnetkopf wird so lange mit einem Stellsignal beaufschlagt, bis in beiden frequenzselektiven Kanälen gleiche Amplituden auftreten. Dann ist der Magnetkopf exakt auf der Datenspur positioniert. Bei diesem Servosystem dürfen die beiden Frequenzen der Servosignale zueinander nicht in harmonischer Beziehung stehen, und die Daten- und die Servofrequenzen müssen weit voneinander abliegen, um unerwünschte Wechselwirkungen zwischen der Servo- und der Dateninformation zu vermeiden. Drehzahländerungen der sich drehenden Magnetplatte, beispielsweise beim Anlaufen und Anhalten der Platte, werden sich nicht in exakt gleichem Maß auf die beiden Servosignalamplituden der beiden Servosignalfrequenzen auswirken, so daß mindestens in diesen Arbeitsbereichen ein gewisser Positionierungsfehler unvermeidbar sein wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Servosystem der eingangs angegebenen Art verfügbar zu machen, mit dem sich eine verbesserte Trennung der Servo- und der Dateninformation bei Verwendung eines gemeinsamen Magnetkopfes für beide Informationen erreichen läßt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben und in den weiteren Ansprüchen vorteilhaft weitergebildet.

Die orthogonale Beziehung der Magnetisierungsrich-

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tungen der Datenspuren und der Servospuren zueinander gewährleistet eine gute Trennung der Servo- und der Dateninformation. Ferner ergibt sich der Vorteil, daß die Abtastung der Servoinformation praktisch von der Drehzahl der Magnetplatte unabhängig ist, da der Wert des Magnetflusses selbst gemessen wird. Das Servosystem mit den Merkmalen der Erfindung arbeitet somit auch während der Beschleunigungs- und Bremsphasen einwandfrei. Daß man für die Erfassung der Daten- und der Servoinformation dennoch mit einem einzigen Magnetkopf auskommt, hilft die Kosten des Magnetplattenspeichers niedrig zu halten.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung erläutert. In den Figuren zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm des Servosystems für einen Magnetplattenspeicher;

Fig.2a bis 2d den beim Servosystem verwendeten Magnetkopf mit einem Datenabtastspalt und einem Servoabtastspalt;

F i g. 3 einen Querschnitt durch die Magnetplatte mit zwei übereinanderliegenden Schichten unterschiedlicher Koerzitivkraft;

Fig.4 die relative Lage von Datenspuren und Servospuren auf der oberen bzw. unteren Schicht der Magnetplatte nach Fig.3 sowie ein mit dem Magnetkopf nach F i g. 2 erhaltenes Fehlersignal;

F i g. 5 die Magnetplatte mit Servo- und Datenbereichen, die abwechselnd um das Zentrum der Magnetplatte angeordnet sind; und

F i g. 6 das Verhältnis der Datenspuren zu den Servospuren in den Daten- und Servobereichen auf der Magnetplatte gemäß F i g. 5.

Im allgemeinsten Sinn bezieht sich die Erfindung auf ein Servopositionierungssystem, das bei Magnetplattenspeicherung mit wahlfreiem Zugriff verwendet wird und das eine Magnetplatte mit Servospuren aufweist, in welchen die Magnetbereiche vom Zentrum der Magnetplatte aus radial orientiert sind, und Datenspuren, in denen die Magnetbereiche konzentrisch um das Zentrum der Platte orientiert sind; es umfaßt ferner einen Magnetkopf, der ein von der Änderungsgeschwindigkeit des Magnetflusses in den Datenspuren abhängendes Datensignal liefert, und eine Einrichtung, die ein Servosignal als Funktion der absoluten Größe des Magnetflusses, der sich dem Magnetkopf durch die Magnetbereiche in den Servospuren darbietet.

Fig. 1 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Magnetplattenspeichers mit wahlfreiem Zugriff mit einer Magnetplatte 1 und einem Magnetkopf 2. Eine Datenausgangsleitung 6 des Magnetkopfes 2 ist verbunden mit einer Schreibe-/Leseschaltung, bei der es sich um eine üblicherweise benutzte Standardlese-Schreibschaltung handelt, bei der zum Lesen und Schreiben von Dateninformation von der bzw. auf die Magnetplatte die Änderungsgeschwindigkeit des Magnetflusses ausgenutzt wird. Das Prinzip der Ausnutzung der Änderungsgeschwindigkeit des Magnetflusses ist seit vielen Jahren in dem Bereich der Magnetaufzeichnung bekannt und ist beispielsweise in dem Buch »Magnetic Recording Techniques« von W. E. Stewart, McGraw-Hill Book Comi,-. . 1958, beschrieben. Eine weitere Ausgangsleitung 7 führt eine Spannung, die dem absoluten Wert des am Magnetkopf 2 auftretenden Magnetflusses entspricht. Wie nachfolgend erklärt wird, ist diese Sprtnnung ein Maß für die Position des Magnetkopfes 2 bezüglich der gewünschten Spur auf der Magnetplatte 1. Die Ausgangsleitung 7 des Magnetkopfes 2 ist mit einer Servoschaltung 4 verbunden, um eine Information darüber zu erhalten, ob der Magnetkopf 2 auf die gewünschte Datenspur der Magnetplatte 1 zentriert ist oder nicht Die Servoschaltung 4 ist mit einer Einstellvorrichtung 5 verbunden, mit welcher der Magnetkopf 2 in die gewünschte Position gegenüber einer Datenspur auf der Magnetplatte 1 gebracht wird. Die Einstellvorrichtung 5 kann von einer bei bekannten Servopositionierungsanordnungen verwendeten Art sein. Unabhängig davon, ob sich die Magnetplatte 1 dreht oder nicht, erscheint auf der Ausgangsleitung 7 eine Ausgangsspannung. Drehzahlschwankungen bei der Drehung der Magnetplatte 1 beeinflussen somit nicht die Genauigkeit der Positionierung des Magnetkopfes 2 in bezug auf die Magnetplatte 1.

Fig.2a zeigt den Magnetkopf 2, der sowohl zur Erzeugung des Datensignals auf die Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses in einer Datenspur als auch zur Lieferung des Servosignals auf die absolute Größe des durch die Magnetbereiche der Servospur erzeugten Magnetflusses anspricht Der Magnetkopf 2 weist vier Ferritpole 16,17,18 und 19 auf. Eine Spule 20 ist um die Pole 16 und 17 gewickelt und mit der Schreibe-/Leseschaltung 3 zum Lesen und Schreiben von Daten nach dem Prinzip der Änderungsgeschwindigkeit des Magnetflusses verbunden. Ein Spalt 21 ist zwischen einer ersten Hälfte des Magnetkopfes, die durch die Ferritpole 16 und 17 definiert ist, und einer zweiten Hälfte des Magnetkopfes, die durch die Pole 18 und 19 definien ist, gebildet. Der Spalt 21 kann mit Material, wie etwa Glas, gefüllt werden. Für die Datenübertragung (Schreiben und Lesen) sind Kernaufbau, Material, Spule und Spaltbreite in der bei herkömmlichen induktiven Magnetköpfen üblichen Art ausgebildet Zwischen dem einen Teil des Magnetkopfes 2, der durch die Ferritpoie 17 und 18 definiert ist, und dem zweiten, durch die Ferritpole 16 und 19 definierten Teil des Magnetkopfes ist eine Halbleiterschicht aus einem den Hall-Effekt aufweisenden Material angeordnet, so daß der gesamte die Ferritpole 16, 17, 18 und 19 durchdringende Servomagnetfluß wirksam verwendet wird. Das den Hall-Effekt aufweisende Halbleitermaterial ist in seiner Art bekannt und wird insbesondere in Magnetköpfen der Flußabtastart verwendet.

F i g. 2b zeigt eine Draufsicht auf den Magnetkopf gemäß F i g. 2a. Die Breite des flußabtastenden Teils des Magnetkopfes 2 ist mit Ws und die Breite des die Änderungsgeschwindigkeit ermittelnden Teils des Magnetkopfes 2 mit Wo bezeichnet In dem Servosystem gemäß der Erfindung muß VKs mindestens gleich Wo sein. Wird eine hohe Spurdichte auf der Magnetplatte 1 gewünscht, dann muß in dem Magnetkopf 2 Ws gleich Wd sein, und die Breite der Datenspuren wird gleich Wd und die Breite der Servospuren gleich Ws. Wird eine derart hohe Dichte nicht gewünscht, dann können die Datenspuren auf der Magnetplatte 1 von geringerer Breite sein als die Servospuren, denn es besteht dann keine Notwendigkeit dafür, daß die Datenspuren einander benachbart sind. Es ist jedoch immer nötig, daß die Servospuren auf der Magnetplatte 1 einander benachbart sind; deshalb ist das Verhältnis von VKs zu Wd abhängig von der jeweiligen Breite der Servospur •jnd der Datenspur auf der Magnetplatte 1. Es kann selten realisiert werden, daß bei der Forderung nach hoher Datenspurdichte das Verhältnis zwischen W₅ und Wd gleich eins wird.

Die Breite des Halbleitermaterials, das den flußabta-

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stenden Spalt definiert, ist mit ys und die Breite des nichtmagnetischen Spaltes für das Abtasten der Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses in der Datenspur ist mit yo bezeichnet.

F i g. 2c zeigt die magnetischen Feldkomponenten in dem im Spalt 22 befindlichen Halbleiter als Folge des Lesens und Schreibens von Daten durch den induktiven Kopfteil des Magnetkopfes 2. Die Feldkomponente H\ verläuft vom Ferritteil 16 durch den nicht magnetischen Spalt yD zum Ferritteil 19, und die Magnetfeldkomponente Hi verläuft von den Ferritteilen 17 und 18 über den nicht magnetischen Spalt γα wobei sie das Halbleitermaterial 22 durchdringt. F i g. 2d zeigt die vektorielle Analyse der Magnetfeldkomponenten H\ und Hi. Man sieht, daß die vektorieüe Addition der Komponenten, die den Hall-Effekt des im Spalt 22 befindlichen Halbleiters bewirken können, sich gegenseitig aufheben; daher besteht zwischen dem Schreiben oder Lesen der Daten mit Hilfe des die Änderungsgeschwindigkeit ermittelnden Teils des Magnetkopfes und dem flußabtastenden Teil des Magnetkopfes 2 keine Wechselwirkung.

Aus den F i g. 2a bis 2d ist zu erkennen, daß der hier beschriebene Magnetkopf in der Lage ist, entweder getrennt oder gleichzeitig auf die Änderungsgeschwindigkeit des Magnetflusses in einer ersten Richtung und auf die absolute Größe des Magnetflusses in einer zweiten Richtung anzusprechen.

Die Magnetplatte 1 kann viele Formen annehmen. Zwei Arten von Magnetplatten 1 sollen hier beschrieben werden.

F i g. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine dual-koerzitive zweischichtige Magnetplatte. Eine obere Schicht 32 besteht aus niedrigkoerzitivem Magnetmaterial und eine untere Schicht 31 aus hochkoerzitivem Material. Eine Schicht 30 ist ein die Schichten 31 und 32 tragendes Grundmaterial. Eine derartige Magnetplatte ist beispielsweise aus der US-PS 32 19 354 bekannt.

Dieser erste Plattentyp wird in Zusammenhang mit einer hohen Spurdichte beschrieben. Konzentrische Servospuren sind in der hochkoerzitiven unteren Schicht 31 der Platte aufgezeichnet. Bei jeder Servospur sind die in ihr enthaltenen Magnetbereiche radial vom Zentrum der Platte aus orientiert, und die Orientierung der Magnetbereiche benachbarter Servospuren weicht um 180° voneinander ab. Das wird deutlich bei Betrachtung der Servospuren 33 und 34 in der hochkoerzitiven unteren Schicht 31. Die Grenze zwischen je zwei Servospuren definiert die Mitte der Datenspur auf der niedrigkoerzitiven oberen Schicht 32. Mit der benötigten hohen Spurdichte ist die Breite der Datenspur Wd gleich der Breite der Servospuren Ws. Wird der Magnetkopf 2 radial vom Zentrum der Platte aus bewegt, dann wird ein Fehlersignal der in Fig.4 gezeigten Art erzeugt Wie sichtbar ist, ist der Fiußanteii von den beiden benachbarten Servospuren, wenn der Magnetkopf 2 auf einer Datenspur zentriert ist, gleich und entgegengesetzt und erzeugt ein Null-Fehlersignal am flußabtastenden Teil des Magnetkopfes 2. Es besteht ein voraussagbares Verhältnis zwischen dem durch den flußabtastenden Teil des Magnetkopfes 2 erzeugten Signal und dessen Position bezüglich der Datenspur auf der Magnetplatte 1. Bei einem solchen gegebenen Fehlersignal kann in bekannter Weise sowohl die Grobpositionierung als auch die Fetnpositionierung des Magnetkopfes 2 durchgeführt werden. Zählt man die Nulldurchgänge, während der Magnetkopf 2 radial vom

ίο Zentrum der Platte aus bewegt wird, kann die Adresse einer gewünschten Spur abgeleitet werden. Und nach der Positionierung auf einer gewünschten Spur kann die Feinpositionierung durch Positionierung des Magnetkopfes als in Abhängigkeit von der Größe und Polarität des Fshlersi^nals erreicht werden ö&s durch den flußabtastenden Teil des Magnetkopfes 2 erzeugt wird.

Fig.5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Magnetplatte 1 mit abwechselnd auftretenden Servosektoren 54 und Datensektoren 53. In die Servosektoren 54 werden Servodaten als konzentrische Spuren in derselben Weise wie die Servodaten in der zuvor beschriebenen Magnetplattenart geschrieben. Die notwendige Steuerschaltung zur Ermittlung, wann sich der Magnetkopf 2 in einem Servo- oder Datensektor befindet, ist bekannt und kann beispielsweise der US-PS 31 85 972 entnommen werden.

F i g. 6 zeigt das Verhältnis zwischen Datenspuren in Datensektoren 53 und Servospuren in Servosektoren 54. Es wird wieder angenommen, daß eine hohe Spurdichte benötigt wird. Man sieht, daß die Servospuren in der gleichen Weise wie vorher in der hochkoerzitiven unteren Schicht 31 der zuerst beschriebenen Magnetplattenart aufgezeichnet werden. Wieder bestimmt die Grenze zwischen zwei benachbarten Servospuren in Servosektoren 54 die Mitte einer Datenspur in den Datensektoren 53. Die Länge der Servospur ist mit L_s und die Länge der Datenspuren ist mit Lo bezeichnet. Die Abtastdatenservotheorie bestimmte die richtige Wahl von L₅ zu L₀, um das richtige Abtasten durch den Magnetkopf von einer gewünschten Datenspur im Datensektor 53 sicherzustellen.

Es ist also die Kombination des beschriebenen Magnetkopfes und der Magnetplatte der ersten beschriebenen Art die ein Magnetkopfpositionierungssystem ergibt, das dem Magnetplattenspeichersystem mit wahlfreiem Zugriff gleichzeitig und kontinuierlich sowohl Daten- als auch Servoinformation liefert. Diese Kombination von Magnetplatte und Magnetkopf eliminiert den Positionierungsfehler, der bisher aufgrund von Drehzahländerungen der sich drehenden Magnetplatte auftrat und erlaubt die genaue Positionierung des Magnetkopfes unabhängig von der Drehzahl der Magnetplatte. Die Kombination des Magnetkopfes und der Magnetplatte der zweiten beschriebenen Art kann ebenfalls für die genaue Positionierung des Magnetkopfes unabhängig von Drehzahländerungen der Magnetplatte verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 21 Ol 906

1. Servosystem zur Positionierung eines Magnetkopfes auf einer Magnetplatte eines Magnetplattenspeichers, wobei die Magnetplatte konzentrisch verlaufende Daten- und Servospuren aufweist und durch Abtasten der Daten- und Servospuren durch den Magnetkopf entsprechende Datensignale und Servosignale getrennt voneinander erhalten werden und die Servosignale einem Regelkreis zugeführt werden, der aufgrund der Amplitude der Servosignale den Magnetkopf genau auf der jeweiligen Datenspur positioniert, dadurch gekennzeichnet,

daß die Magnetisierungsrichtungen der Informationen der Datenspuren in an sich bekannter Weise in Spurrichtung verlaufen,

daß die Magnetisierungsrichtungen der Informationen der Servospuren (33, 34) in Radialrichtung verlaufen, und

daß der Magnetkopf (2) einen zum Abtasten des jeweiligen Werts des Magnetflusses der Servospuren (33, 34) dienenden weiteren Spalt (22) aufweist, der um 90° gegen den die Flußänderungen in den Datenspuren (η, η + 1, ...) abtastenden Spalt (21) versetzt ist.

2. Servosystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einander benachbarte Servospuren (Si, 34) einander entgegengesetzte Magnetisierungen aufweisen und entlang der Mittenlinie einer Datenspur (z. B. η + 2) aneinandergrenzen.

3. Servosystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Servospur (33, 34) mindestens die Breite einer Datenspur (η, η + 1,...) hat.

4. Servosystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetplatte übereinanderliegend eine hochkoerzitive Magnetschicht und eine niedrigkoerzitive Magnetschicht, in der die Datensignale aufgezeichnet sind, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Magnetplatte (1) die Informationen in zwei Arten von abwechselnd aufeinanderfolgenden Sektoren (53, 54) aufgezeichnet sind, wobei in den einen Sektoren (53) die Datensignale und in den anderen Sektoren (54) die Servosignale aufgezeichnet sind.

5. Servosystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den jeweiligen Wert des Magnetflusses abtastenden Spalt (22) ein Hall-Element angeordnet ist.