DE3836629C2 - Spurnachführregelung für den Antrieb einer Informationsspeicherplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spurnachführregelung für den An­ trieb einer Informationsspeicherplatte.

Informationsspeicherplatten mit immer höheren Spurdichtewer­ ten werden entwickelt. Dies erfordert zunehmend genauere Nach­ führung 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 Steue­ rung wird dagegen vorgenommen, wenn das Übertragungsmittel nur mit der mechanischen Genauigkeit eines Stellmittels verfahren wird. In der Praxis werden die Grobsteuerung und die Feinre­ gelung gemeinsam angewandt, um eine genaue Spurnachführung zu erzielen.

Aus der DE 25 14 103 A1 ist ein adaptives, digitales Servosystem bekannt, durch das ein Übertragungsmittel auf einer Datenspur positioniert wer­ den kann. Hier handelt es sich um eine Grobsteuerung, durch die Spuren auf dem Datenträger mittels einer Initialisierung durch ein Spurpositions­ profil definiert werden. Für dieses Spurpositionsprofil werden 64 digitale Werte pro Spur über die gesamte Lebensdauer der rotierenden Platte ge­ speichert, bei einer Platte mit 2.100 Spuren also 134.400 Werte, um jede Spur der Platte wieder zu finden.

Aus der DE 31 01 095 A1 ist eine Spurnachlaufsteuerung für ein magneti­ sches Wiedergabegerät bekannt, bei dem ein umlaufender Magnetkopf von einem Magnetband aufeinanderfolgend Signale abnimmt, die auf dem Magnetband in zueinander parallelen und bezüglich der Längsrichtung des Magnetbandes geneigten Spuren aufgezeichnet sind. Zur Spurnach­ laufsteuerung wird das vom Magnetkopf abgenommene Signal bezüglich seines Maximumpegels ausgewertet, und in Abhängigkeit von der Auswer­ tung wird die Position des Magnetkopfes bezüglich der Spuren auf dem Band nachgestellt. Dieses Verfahren verwendet keine Spurführungs-Ser­ vosignale und es können auch keine Signale spurgenau auf dem Magnet­ band aufgezeichnet werden.

Die Spurnachführung ist jedoch schwierig, wenn die Datenspu­ ren und Servospuren exzentrisch verlaufen, was insbesondere bei Verwendung von Floppy Discs der Fall ist. Diese sind aus­ tauschbar auf den Antrieb spannbar, was mechanische Verfor­ mung zur Folge hat. Solche Verformungen können auch durch Temperatur- oder Feuchtigkeitsänderungen hervorgerufen sein. Das Problem der Spurnachführung bei exzentrischen Spuren be­ steht 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 Spurnachführ­ regelung anzugeben, mit der ein Übertragungsmittel auch exzen­ trischen Spuren auf einer Informationsspeicherplatte mit ho­ her Genauigkeit nachgeführt werden kann.

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

Die erfindungsgemäße Spurnachführregelung zeichnet sich da­ durch aus, daß bei einer ersten Umdrehung Spurabweichungen ausgemessen werden. Bei der nächsten Umdrehung wird das Über­ tragungsmittel mit Hilfe der in der vorigen Umdrehung gemes­ senen Abweichungen eingestellt. Wiederum werden eventuell noch vorhandene Abweichungen gemessen. Wurden solche festge­ stellt, werden diese beim Einstellen bei der nächsten Umdre­ hung berücksichtigt. Dadurch liegt nach einigen Umdrehungen keine Spurabweichung mehr vor. Um die Exzentrizität der Plat­ te zu berücksichtigen, werden die Spurabweichungsdaten für verschiedene Plattensektoren gesondert festgestellt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher ver­ anschaulicht. 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 genom­ men, wie sie in den Fig. 2 und 7 dargestellt ist.

Servosektoren S und Datensektoren D sind abwechselnd auf kon­ zentrischen Spuren einer Floppy Disc aufgebracht. In den Ser­ vosektoren S sind Servosignale 2 voraufgezeichnet. In den Datensektoren D sind Datensignale 3 aufgezeichnet. Jedes Ser­ vosignal 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 2ID aufgezeichnet, das es ermög­ licht, festzustellen, daß ein Servosektor S folgt. Nach dem Servo-ID-Signal 2ID sind zwei Arten von Spurlagesignalen 2S voraufgezeichnet.

Fig. 2 stellt das Aufzeichnungsformat gemäß Fig. 7 vergrößert dar. Die Spuren sind der Einfachheit halber gestreckt darge­ stellt, obwohl sie eigentlich konzentrisch sind. In jedem Servosektor S sind Servo-ID-Signale 2ID und Spurlagesignale 2S aufgezeichnet, während in jedem Datensektor D Datensignal­ spuren 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 ab­ tastet, überfährt er auch das Paar Servosignale 2S. Spurinfor­ mation wird dadurch erhalten, daß die Hüllkurvenpegel der wie­ dergegebenen Servosignale miteinander verglichen werden. Wie es aus Fig. 1 hervorgeht, werden die vom Magnetkopf 11 er­ zeugten 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 2ID ermittelt. Dieses Pulssignal PSID wird einem Synchronisier­ mittel 16 zugeführt, das auf Grundlage dieses Signales Ab­ tastpulse PS1 und PS2 (Signal SP in Fig. 2) an einen A/D-Wand­ ler 15 und an ein Haltemittel 17 abgibt. Auf die Abtastpulse PS1 und PS2 hin werden die Amplituden der Hüllkurve EN, die durch die Spurlagensignale 2S erzeugt sind, durch das Halte­ mittel 17 gespeichert. In Fig. 2 sind die beiden Amplituden mit L1 und L2 bezeichnet. Sie entsprechen den Spurlagesigna­ len 2S, von denen jeweils eines auf einer der beiden Seiten der Mittellinie einer Datensignalspur 3 angeordnet ist. Die gespeicherten Amplituden L1 und L2 werden in einem Subtrak­ tionsmittel 18 voneinander abgezogen. Die Differenz L1-L2 wird in einem Multipliziermittel 19 mit einem Faktor "a" mul­ tipliziert, der zwischen 0 und 1 liegt. Das Multiplikations­ ergebnis gelangt an ein Additionsmittel 21, wo es zum Kopf­ positionssignal Hpd von einem Kopfpositionsdetektor 20 addiert wird. Das Ausgangssignal a (L1-L2)+Hpd vom Additionsmit­ tel 21 wird von einem Verzögerungsmittel 22 um eine Zeitspan­ ne 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 Spei­ cherzellenanzahl 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 Spurrege­ lungsmittel 25 zugeführt, das ein Stellmittel 26, z. B. einen Schrittmotor oder einen Linearmotor so ansteuert, daß der Mag­ netkopf 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 spä­ teren Umdrehung, vorzugsweise der nächsten Umdrehung, berück­ sichtigt 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 auf­ grund von Exzentrizität oder Verformung der Platte ergibt. Genau gesagt, ist in Fig. 3 nicht die absolute Spurlage dar­ gestellt, 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 Mag­ netkopfes 11 im Sektor i während der der Umdrehung n ist, be­ zogen 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<a1

Die linke Seite von Gleichung (1) stellt die gewünschte Kopf­ lage für den Magnetkopf 11 dar. Sie kann jedoch als tatsäch­ liche Lage des Kopfes 11 verstanden werden, wenn das Spurre­ gelungsmittel 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 erfor­ derlich 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. Glei­ chung (1) kann durch Einführen der Übergangsfunktion des Mul­ tipliziermittels 19 wie folgt umgeschrieben werden:

Da "a" zwischen 0 und 1 liegt, wird der Magnetkopf 11 schließ­ lich 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 Umdre­ hung 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(L1-L2), 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 Sek­ tor 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 ge­ stellt. Wenn der Magnetkopf 11 den Sektor i+1 erreicht, wird das Signal Hpd(i+1, n)+Hpd(i, n) ausgegeben, das der Dif­ ferenz zwischen der gegenwärtigen Lage Hpd(i, n) des Magnet­ kopfes 11 und der nächsten Lage Hpd(i+1, n) entspricht. Die­ ses 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 gewünsch­ te Spur eingestellt.

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

Wenn mit dem Regeln der Spurnachführung begonnen wird und noch keine Spurabweichungsdaten gespeichert sind, wird eine her­ kömmliche Spurführungsregelung vorgenommen, z. B. eine Fein­ regelung auf Grundlage des Servosignales, ohne daß eine Spur­ abweichung gespeichert wird. Erst wenn die Spurabweichungs­ daten 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 Ab­ lauf einer Umdrehung abzuwarten.

Der Vorteil des mit der erfindungsgemäßen Regelung ausführ­ baren 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 Spurab­ weichung. Die Fig. 5A bzw. 5B zeigen entsprechende Verläufe für die erfindungsgemäße Regelung. In den Fig. 5A und 5B ent­ spricht die gestrichelte Linie der jeweiligen Spurlage be­ zogen auf eine Idealspur ohne Exzentrizität. Die durchgezo­ gene Linie zeigt jeweils die Lage des durch Regelung einge­ stellten Kopfes.

Durch Vergleich der Kurven geht hervor, daß jeweils mit einer schlechten Lage des Kopfes begonnen wird. Beim Stand der Tech­ nik wird die Lage auch nach mehreren Umdrehungen der Platte nicht verbessert. Dagegen wird mit der erfindungsgemäßen Re­ gelung 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 ab­ tastet. Es ist jedoch so, daß die Spurabweichungen auch für unterschiedliche radiale Lagen für jeweils gleiche Winkellage im wesentlichen gleich sind. Wenn von einer Spur weggesprun­ gen 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 Sek­ toren verwendet wird.

Die Erfindung wurde ausgehend von der Formatierung einer Floppy Disc erläutert. Sie ist jedoch für alle Informations­ speicherplatten, auch optische und magnetooptische verwend­ bar.

Claims (6)

1. Spurnachführregelung für den Antrieb einer Informations­ speicherplatte, auf der Datenspuren und Servospuren vorhan­ den sind, wobei die Datenspuren zum Aufzeichnen von Daten dienen und wobei auf den Servospuren Servosignale aufge­ zeichnet sind, welche Spurnachführregelung folgende Funk­ tionsgruppen aufweist:

• - ein Übertragungsmittel (10) zum Aufzeichnen und Wieder­ geben von Datensignalen und zum Wiedergeben der Servo­ signale,
• - ein Stellmittel (26) zum Bewegen des Übertragungsmittels in radialer Richtung bezogen auf eine zu bearbeitende Informationsspeicherplatte,
• - ein erstes Detektormittel (13-18) zum Feststellen einer Spurabweichung auf Grundlage der Servosignale, wobei die Spurabweichung der Differenz zwischen dem Ort des Über­ tragungsmittels und derjenigen Datenspur entspricht, über der das Übertragungsmittel positioniert sein sollte,
• - ein zweites Detektormittel (20) zum Feststellen des je­ weiligen 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 Sig­ nal, und
• - ein Spurregelungsmittel (25) zum Einstellen des Stellmit­ tels (26) auf Grundlage des Ausgangssignals vom Ver­ gleichsmittel so, daß das Übertragungsmittel (11) auf die gewünschte Spur ausgerichtet ist.

2. Spurnachführregelung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das erste Detektormittel folgen­ de Funktionsgruppen aufweist:

• - ein Hüllkurvendetektormittel (13) zum Ermitteln der Hüll­ kurvenamplituden eines ersten und eines zweiten Servosig­ nales, die vom Übertragungsmittel (11) erzeugt werden, wenn dieses Servospuren abtastet, die gegenüber den Da­ tenspuren 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 Multiplikationsmit­ tel (19), das das Spurabweichungssignal vom ersten Detek­ tormittel (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, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verzögerungsmit­ tel (22) die Additionsdaten vom Addiermittel (21) um eine Zeitspanne verzögert, die mehreren Umdrehungen der Platte entspricht.

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