DE3836629A1 - Spurnachfuehrregelung fuer den antrieb einer informationsspeicherplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spurnachführregelung für den Antrieb einer Informationsspeicherplatte.

Informationsspeicherplatten mit immer höheren Spurdichtewerten werden entwickelt. Dies erfordert zunehmend genauere Nachführung eines Übertragungsmittels auf Datenspuren. Um dies zu ermöglichen, werden Spurführungs-Servosignale auf der Platte voraufgezeichnet. Im Betrieb wird mit Hilfe der abgespielten Servosignale eine Spurführungsregelung vollzogen. Es handelt sich um eine Feinregelung. Ein grobes Einstellen durch Steuerung wird dagegen vorgenommen, wenn das Übertragungsmittel nur mit der mechanischen Genauigkeit eines Stellmittels verfahren wird. In der Praxis werden die Grobsteuerung und die Feinregelung gemeinsam angewandt, um eine genaue Spurnachführung zu erzielen.

Die Spurnachführung ist jedoch schwierig, wenn die Datenspuren und Servospuren exzentrisch verlaufen, was insbesondere bei Verwendung von Floppy Discs der Fall ist. Diese sind austauschbar auf den Antrieb spannbar, was mechanische Verformung zur Folge hat. Solche Verformungen können auch durch Temperatur- oder Feuchtigkeitsänderungen hervorgerufen sein. Das Problem der Spurnachführung bei exzentrischen Spuren besteht daher bei allen Informationsspeicherplatten, also zum Beispiel auch bei optischen oder magnetooptischen Systemen, insbesondere jedoch bei Floppy Discs.

Aufgrund der Exzentrizität ist die Abweichung zwischen einer idealkonzentrischen Spur und der tatsächlichen Spur recht groß, wodurch es schwierig ist, das Übertragungsmittel der tatsächlichen Spur nachzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spurnachführregelung anzugeben, mit der ein Übertragungsmittel auch exzentrischen Spuren auf einer Informationsspeicherplatte mit hoher Genauigkeit nachgeführt werden kann.

Die Erfindung ist durch die Merkmale des Hauptanspruchs gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Spurnachführregelung zeichnet sich dadurch aus, daß bei einer ersten Umdrehung Spurabweichungen ausgemessen werden. Bei der nächsten Umdrehung wird das Übertragungsmittel mit Hilfe der in der vorigen Umdrehung gemessenen Abweichungen eingestellt. Wiederum werden eventuell noch vorhandene Abweichungen gemessen. Wurden solche festgestellt, werden diese beim Einstellen bei der nächsten Umdrehung berücksichtigt. Dadurch liegt nach einigen Umdrehungen keine Spurabweichung mehr vor. Um die Exzentrizität der Platte zu berücksichtigen, werden die Spurabweichungsdaten für verschiedene Plattensektoren gesondert festgestellt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Spurführungsregelung;

Fig. 2 ein Diagramm, das Datenbereiche auf einem Teil einer Platte und zugehörige Abspielsignale darstellt;

Fig. 3 ein Diagramm zum Erläutern des Grundprinzips der Spurnachführung;

Fig. 4A ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Spurlage und Kopflage bei herkömmlicher Spurführungsregelung darstellt;

Fig. 4B ein Diagramm betreffend den zeitlichen Verlauf einer Spurabweichung bei bekannter Spurführungsregelung;

Fig. 5A und 5B Diagramme entsprechend denen der Fig. 4A bzw. 4B, jedoch für die erfindungsgemäße statt für die bekannte Spurführungsregelung;

Fig. 6 ein Diagramm zum Erläutern der Spureinstellung bei einem Sprung; und

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Informationsspeicherplatte, auf der die Formatierung von Daten dargestellt ist.

Die Erfindung wird ausgehend vom Blockdiagramm gemäß Fig. 1 erläutert. Dabei wird auf eine Datenformatierung Bezug genommen, wie sie in den Fig. 2 und 7 dargestellt ist.

Servosektoren S und Datensektoren D sind abwechselnd auf konzentrischen Spuren einer Floppy Disc aufgebracht. In den Servosektoren S sind Servosignale 2 voraufgezeichnet. In den Datensektoren D sind Datensignale 3 aufgezeichnet. Jedes Servosignal 2 ist so voraufgezeichnet, daß seine Spur gegenüber der Spur eines Datensignales 3 um einen halben Spurabstand versetzt ist. Zu Beginn eines jeden Servosektors S ist ein ID (Identifikations)-Signal 2 ID aufgezeichnet, das es ermöglicht, festzustellen, daß ein Servosektor S folgt. Nach dem Servo-ID-Signal 2 ID sind zwei Arten von Spurlagesignalen 2 S voraufgezeichnet.

Fig. 2 stellt das Aufzeichnungsformat gemäß Fig. 7 vergrößert dar. Die Spuren sind der Einfachheit halber gestreckt dargestellt, obwohl sie eigentlich konzentrisch sind. In jedem Servosektor S sind Servo-ID-Signale 2 ID und Spurlagesignale 2 S aufgezeichnet, während in jedem Datensektor D Datensignalspuren 3 und Datensektor-ID-Signale 4 aufgezeichnet sind. Diese Muster wiederholen sich, was aus Fig. 7 gut erkennbar ist.

Wenn der Kopf eines Übertragungsmittels eine Datenspur 3 abtastet, überfährt er auch das Paar Servosignale 2 S. Spurinformation wird dadurch erhalten, daß die Hüllkurvenpegel der wiedergegebenen Servosignale miteinander verglichen werden. Wie es aus Fig. 1 hervorgeht, werden die vom Magnetkopf 11 erzeugten Signale von einem Aufzeichnungs/Abspiel-Verstärker 12 verstärkt und gefiltert und dann einem Hüllkurvendetektor 13 und einem Servo-ID-Detektor 14 zugeführt. Das Abtastsignal vom Hüllkurvendetektor 13 ist in Fig. 2 unter der Bezeichnung EN dargestellt. Das Hüllkurvensignal EN wird erzeugt, wenn der Magnetkopf 11 den Servosektor S überstreicht. Am Ausgang des Servo-ID-Detektors 14 wird ein Pulssignal PSID (Signal SID in Fig. 2) erzeugt, wenn der Detektor 14 das Servo-ID-Signal 2 ID ermittelt. Dieses Pulssignal PSID wird einem Synchronisiermittel 16 zugeführt, das auf Grundlage dieses Signales Abtastpulse PS 1 und PS 2 (Signal SP in Fig. 2) an einen A/D-Wandler 15 und an ein Haltemittel 17 abgibt. Auf die Abtastpulse PS 1 und PS 2 hin werden die Amplituden der Hüllkurven EN, die durch die Spurlagensignale 2 S erzeugt sind, durch das Haltemittel 17 gespeichert. In Fig. 2 sind die beiden Amplituden mit L 1 und L 2 bezeichnet. Sie entsprechen den Spurlagesignalen 2 S, von denen jeweils eines auf einer der beiden Seiten der Mittellinie einer Datensignalspur 3 angeordnet ist. Die gespeicherten Amplituden L 1 und L 2 werden in einem Subtraktionsmittel 18 voneinander abgezogen. Die Differenz L 1-L 2 wird in einem Multipliziermittel 19 mit einem Faktor "a" multipliziert, der zwischen 0 und 1 liegt. Das Multiplikationsergebnis gelangt an ein Additionsmittel 21, wo es zum Kopfpositionssignal Hpd von einem Kopfpositionsdetektor 20 addiert wird. Das Ausgangssignal a(L 1-L 2) + Hpd vom Additionsmittel 21 wird von einem Verzögerungsmittel 22 um eine Zeitspanne verzögert, die für eine Umdrehung der Floppy Disc benötigt wird. Wenn die Platte in mehrere Datensektoren D mit jeweils einem Servosektor S unterteilt ist, wird das Ausgangssignal vom Additionsmittel 21 für jeden Sektor auf den neuesten Stand gebracht. Dazu dient z. B. ein Schieberegister, dessen Speicherzellenanzahl der Anzahl von Sektoren entspricht. Ein FIFO- Speicher kann als Teil des Verzögerungsmittels 22 verwendet werden.

Ein Vergleichsmittel 23 vergleicht das Ausgangssignal vom Kopfpositionsdetektor 20 mit dem verzögerten Ausgangssignal vom Additionsmittel 21. Das Vergleichsergebnis wird einer Phasensteuerung 24 zugeführt, die eine Phasenkorrektur am Signal vornimmt. Das korrigierte Signal wird einem Spurregelungsmittel 25 zugeführt, das ein Stellmittel 26, z. B. einen Schrittmotor oder einen Linearmotor so ansteuert, daß der Magnetkopf 11 entlang der Mittellinie einer Datensignalspur 3 positioniert wird.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Signalverarbeitung gemäß Fig. 1 näher erläutert.

Das Grundprinzip besteht darin, daß Spurabweichungen, die bei der aktuellen Umdrehung ermittelt wurden, bei einer späteren Umdrehung, vorzugsweise der nächsten Umdrehung, berücksichtigt werden. In Fig. 3 ist ein Indexpuls IXP dargestellt, der mit jeder abgeschlossenen Umdrehung der Platte abgegeben wird. Ebenfalls dargestellt ist die Spurlage, die sich aufgrund von Exzentrizität oder Verformung der Platte ergibt. Genau gesagt, ist in Fig. 3 nicht die absolute Spurlage dargestellt, sondern die Spurabweichung bezogen auf die radiale Mittellinie einer idealen Datenspur. Es wird angenommen, daß die Abweichung mit der Winkelstellung fest verknüpft ist. Dann ist die Spurabweichung bei der Umdrehung n + 1 dieselbe wie bei der Umdrehung N. Die Differenz zwischen der Position des Magnetkopfes 11 und einer Spur, d. h. die Spurabweichung wird für jeden Sektor festgestellt. Die Spurabweichung im Sektor i während der Umdrehung n ist trp(i) - Hpd(i, n), wobei trp(i) die jeweilige Spurposition und Hpd(i, n) die Position des Magnetkopfes 11 im Sektor i während der der Umdrehung n ist, bezogen auf die Mittellinie einer idealen Spur. Mit Hilfe des Spurfehlers vom Sektor i während der Umdrehung n, wird die Kopflage Hpd(i, n + 1) im Sektor i während der Umdrehung n + 1 eingestellt. Die Beziehung zwischen Hpd(i, n + 1) und Hpd(i, n) ist die folgende:

Hpd(i, n + 1) = Hpd(i, n) + a(trp(i) - Hpd(i, n)) (1)

wobei 0 < a 1

Die linke Seite von Gleichung (1) stellt die gewünschte Kopflage für den Magnetkopf 11 dar. Sie kann jedoch als tatsächliche Lage des Kopfes 11 verstanden werden, wenn das Spurregelungsmittel 25 und das Stellmittel 26 ausreichend schnell und linear arbeiten.

Wenn "a" 1 ist, weist Hpd(i, n + 1) keine Spurabweichung mehr auf. In der Praxis werden jedoch mehrere Umdrehungen erforderlich sein, um genaues Positionieren des Magnetkopfes 11 zu erzielen. Beim Ausführungsbeispiel wird daher nur eine teilweise Korrektur mit einem Faktor "a" < 1 ausgeführt, um ein Überschwingen oder einen Hystereseeffekt zu vermeiden. Gleichung (1) kann durch Einführung der Übergangsfunktion des Multipliziermittels 19 wie folgt umgeschrieben werden:

Hpd(i, n + 1) = 1 - a)Hpd(i, n) + a × trp(i)
= (1 - a)² Hpd(i, n - 1) + a(1 + (1 - a))trp(i)
= (1 - a)³ Hpd(i, n - 2) + a(1 + (1 - a) + (1 - a ²)trp(i)
= (1 - a) ⁿ⁺¹ Hpd(i, 0) + a(1 + (1 - a) + (1 - a)² + . . . + (1 - a) ⁿ )trp(i) (2)
-

Wenn n

weil 0 < a 1

Da "a" zwischen 0 und 1 liegt, wird der Magnetkopf 11 schließlich gemäß Gleichung (1) mit seiner Lage Hpd auf die Spurlage trp eingestellt. In Gleichung (1) stellt der erste Term auf der rechten Seite die Magnetkopflage vor einer Umdrehung und der zweite Term die Spurabweichung vor einer Umdrehung dar. Die Magnetkopflage Hpd(i, n) im Sektor i während der Umdrehung n geht aus der folgenden Gleichung hervor:

Hpd(i, n) = Hpd(i, n - 1) + a(trp(i) - Hpd(i, n - 1)) (4)

Es wird nun die Funktion der Spurnachführregelung für den Fall erläutert, daß der Magnetkopf 11 über dem Sektor i während der Umdrehung n läuft. Die Spurabweichung a(L 1 - L 2), wie sie vom Multipliziermittel 19 bereitgestellt wird, entspricht a(trp(i) - Hpd(i, n)). Da der Kopfpositionsdetektor 20 das Kopflagesignal Hpd(i, n) an das Additionsmittel 21 liefert, gibt dieses das Signal Hpd(i, n) + a(trp(i) - Hpd(i, n)) aus, das die Kopflage Hpd(i, n + 1) ausgibt, die der Magnetkopf 11 einnimmt, wenn er während der Umdrehung n + 1 über dem Sektor i steht. Gleichzeitig stellt das Verzögerungsmittel 22 das Ausgangssignal Hpd(i + 1, n - 1) + a(trp(i + 1) - Hpd(i + 1, n - 1)) als Kopflagesignal Hpd(i + 1), n) zur Verfügung. Auf diese Lage wird der Magnetkopf 11 bei der Umdrehung n im Sektor i + 1 gestellt. Wenn der Magnetkopf 11 den Sektor i + 1 erreicht, wird das Signal Hpd(i + 1, n) + Hpd(i, n) ausgegeben, das der Differenz zwischen der gegenwärtigen Lage Hpd(i, n) des Magnetkopfes 11 und der nächsten Lage Hpd(i + 1, n) entspricht. Dieses vom Vergleichsmittel 23 ausgegebene Signal gelangt an die Phasensteuerung 24 und von dort an das Spurregelungsmittel 25. Dadurch wird der Magnetkopf 11 im Sektor i + 1 auf die gewünschte Spur eingestellt.

Die laufende Lage des Magnetkopfes 11 wird auf Grundlage der Distanz und der Bewegungsrichtung des Magnetkopfes 11 ermittelt.

Wenn mit dem Regeln der Spurnachführung begonnen wird und noch keine Spurabweichungsdaten gespeichert sind, wird eine herkömmliche Spurführungsregelung vorgenommen, z. B. eine Feinregelung auf Grundlage des Servosignales, ohne daß eine Spurabweichung gespeichert wird. Erst wenn die Spurabweichungsdaten in einen vorgegebenen Wertebereich absinken, werden sie gespeichert und verzögert, um den Kopf bei der nächsten Umdrehung der Platte zu positionieren. Es wird also aufgrund des ermittelten Spurfehlers sofort eingestellt, ohne den Ablauf einer Umdrehung abzuwarten.

Der Vorteil des mit der erfindungsgemäßen Regelung ausführbaren Verfahrens geht durch Vergleich der Signale gemäß den Fig. 4A und 4B mit denen der Fig. 5A bzw. 5B hervor. In Fig. 4A sind der zeitliche Verlauf der Kopflage und der Spurlage für eine Regelung gemäß dem Stand der Technik dargestellt und Fig. 4B zeigt den zugehörigen zeitlichen Verlauf der Spurabweichung. Die Fig. 5A bzw. 5B zeigen entsprechende Verläufe für die erfindungsgemäße Regelung. In den Fig. 5A und 5B entspricht die gestrichelte Linie der jeweiligen Spurlage bezogen auf eine Idealspur ohne Exzentrizität. Die durchgezogene Linie zeigt jeweils die Lage des durch Regelung eingestellten Kopfes.

Durch Vergleich der Kurven geht hervor, daß jeweils mit einer schlechten Lage des Kopfes begonnen wird. Beim Stand der Technik wird die Lage auch nach mehreren Umdrehungen der Platte nicht verbessert. Dagegen wird mit der erfindungsgemäßen Regelung die Spurabweichung bereits bei der zweiten Umdrehung gering und verbessert sich noch weiter.

Im vorstehenden ist zum Vereinfachen der Erläuterungen davon ausgegangen, daß der Magnetkopf dauernd dieselbe Spur abtastet. Es ist jedoch so, daß die Spurabweichungen auch für unterschiedliche radiale Lagen für jeweils gleiche Winkellage im wesentlichen gleich sind. Wenn von einer Spur weggesprungen wird, kann die Spurabweichung für verschiedene Spuren verwendet werden. In Fig. 6 ist eine Abweichung D für den Sektor i dargestellt, die dadurch hervorgerufen ist, daß bei einem Sprung nur eine grobe Steuerung vorgenommen wird. Das Einstellen auf korrekte Spurführung kann dadurch verringert werden, daß die Differenz D als Vorhalt für die folgenden Sektoren verwendet wird.

Die Erfindung wurde ausgehend von der Formatierung einer Floppy Disc erläutert. Sie ist jedoch für alle Informationspeicherplatten, auch optische und magnetooptische verwendbar.

Claims (6)

1. Spurnachführregelung für den Antrieb einer Informationsspeicherplatte, auf der Datenspuren und Servospuren vorhanden sind, wobei die Datenspuren zum Aufzeichnen von Daten dienen und wobei auf den Servospuren Servosignale aufgezeichnet sind, welche Spurnachführregelung folgende Funktionsgruppen aufweist:

• - ein Übertragungsmittel (10) zum Aufzeichnen und Wiedergeben von Datensignalen und zum Wiedergeben der Servosignale,
• - ein Stellmittel (26) zum Bewegen des Übertragungsmittels in radialer Richtung bezogen auf eine zu bearbeitende Informationsspeicherplatte,
• - ein erster Detektormittel (13-18) zum Feststellen einer Spurabweichung auf Grundlage der Servosignale, wobei die Spurabweichung der Differenz zwischen dem Ort des Übertragungsmittels und derjenigen Datenspur entspricht, über der das Übertragungsmittel positioniert sein sollte,
• - ein zweites Detektormittel (20) zum Feststellen des jeweiligen Ortes des Übertragungsmittels, und
• - ein Additionsmittel (21) zum Addieren der Spurabweichung zum jeweiligen Ort des Übertragungsmittels,

gekennzeichnet durch

• - ein Verzögerungsmittel (22), das die Additionsdaten vom Additionsmittel (21) für eine Zeitspanne verzögert, die mindestens einer Umdrehungsdauer der Platte entspricht,
• - ein Vergleichsmittel (23) zum Vergleichen des jeweiligen Ortes des Übertragungsmittels mit dem verzögerten Signal, und
• - ein Spurregelungsmittel (25) zum Einstellen des Stellmittels (26) auf Grundlage des Ausgangssignals vom Vergleichsmittel so, daß das Übertragungsmittel (11) auf die gewünschte Spur ausgerichtet ist.

2. Spurnachführregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Detektormittel folgende Funktionsgruppen aufweist:

• - ein Hüllkurvendetektormittel (13) zum Ermitteln der Hüllkurvenamplituden eines ersten und eines zweiten Servosignales, die vom Übertragungsmittel (11) erzeugt werden, wenn dieses Servospuren abtastet, die gegenüber den Datenspuren in radialer Richtung der Platte um jeweils einen halben Datenspurabstand versetzt sind, und
• - ein zweites Vergleichsmittel (18) zum Vergleichen der Hüllkurvenamplituden der beiden Servosignale miteinander.

3. Spurnachführregelung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Multiplikationsmittel (19), das das Spurabweichungssignal vom ersten Detektormittel (13-18) mit einem Koeffizienten "a" zwischen 0 und 1 multipliziert und das Multiplikationsergebnis dem Addiermittel (21) zuführt.

4. Spurnachführregelung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsmittel (22) die Additionsdaten vom Addiermittel (21) um eine Zeitspanne verzögert, die mehreren Umdrehungen der Platte entspricht.

5. Spurnachführregelung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsmittel (22) die Additionsdaten vom Additionsmittel (21) um eine Zeitspanne verzögert, die einer einzigen Umdrehung der Platte entspricht.