DE69028407T2

DE69028407T2 - Plattenantriebssystem mit mehreren eingebetteten quadratur-servo-feldern

Info

Publication number: DE69028407T2
Application number: DE69028407T
Authority: DE
Inventors: Louis Shrinkle; John Squires
Original assignee: Conner Peripherals Inc
Current assignee: Seagate Technology LLC
Priority date: 1989-07-27
Filing date: 1990-07-11
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2010-07-12
Also published as: EP0494869A4; EP0494869A1; DE69028407D1; JPH05501170A; US5381281A; WO1991002354A1; EP0494869B1

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen

Die vorliegende Anmeldung ist mit den folgenden Anmeldungen verwandt, die alle auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung übertragen wurden:
1. PLAUENLAUFWERKSYSTEM-STEUERUNGS-ARCHITEKTUR, Erfinder: John P. Squires, et al., Eingangsnummer der Anmeldung: 057,289, eingereicht am 2. Juni, 1987 (US-A-49 79 056);
2. PLATTENLAUFWERK-SOFTWARESYSTEM-ARCHITEKTUR, Erfinder: John P. Squires, et al., Eingangsnummer der Anmeldung: 057,806, eingereicht am 2. Juni, 1987;
3. PLATTEN LAUFWERKSYSTEM-STEUERUNGSARCHITEKTUR, DIE EINE EINGEBETTETE ECHTZEIT-DIAGNOSEÜBERWACHUNG ANWENDET, Erfinder: John P. Squires, et al., Eingangsnummer der Anmeldung: 058,289, eingereicht am 2. Juni 1987 (US-A-49 79 055)
4. SCHWACHSTROM-FESTPLATTENLAUFWERKSYSTEM-ARCHITEKTUR", Erfinder: John P. Squires und Louis P Shrinkle Eingangsnummer der Anmeldung: 152 069, eingereicht am 4. Februar 1987 (US-A-54 02 200)
5. SCHWINGSPULENAKTIVIERTE PLATTENLAUFWERK-PARKVORRICH- TUNG MIT VORMAGNETISIERUNG, Erfinder: Kurt Michael Anderson, Eingangsnummer der Anmeldung: 269 573, eingereicht am 10. November 1988 (EP-A-44 51146).

Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eingebettete Servo- Plattenlaufwerke mit einer geschlossenen Regeschleife und ihre Steuersysteme, und insbesondere ein Plattenlaufwerk-Steuersystem, das einen nahezu kontinuierlichen Endlosband-Gray-Code und ein Quadratur- Servo-Musterfeld verwendet, das ein- oder mehrmals pro Spursektor vorgesehen ist.

Hintergrund der Erfindung

Die JP-A-1 154 376 betrifft ein Plattenlaufwerk-Steuersystem zum Positionieren des Daten-Lese-/Schreib-Kopfes in Ausrichtung mit den Spuren auf der Platte, das eingebettete Servo-Informationen verwendet. Das beschriebene Servomuster beinhaltet vier Servo-Datenblockfelder, welche zusammen die Mittellinie der Datenspur definieren.
Plattenlaufwerksysteme, die Kopf-Positioniersteuersysteme mit einer geschlossenen Regeischleife verwenden, sind auf Servodaten angewiesen, die auf den sich drehenden Platten als der Ursprung der Datenspurpositionierungs-Rückkopplungsinformationen gespeichert sind. Ein Weg, derartige Servomformationen zu liefern, besteht darin, eine gesamte Plattenoberfläche und einen entsprechenden Servo-Lesedatenkanal für das nahezu kontinuierliche Liefern und Erfassen von Positionierinformationen bereitzustellen. Jedoch führt die Bereitstellung der gesamten Plattenoberfläche und die Notwendigkeit, eine spezielle Servosteuerungs- Leseschaltungsanord nung vorzusehen, zu erheblichen Mehrkosten pro Einheitsdaten des Plattenlaufwerk-Steuersystems und des Plattenlaufwerks insgesamt.
Ein alternativer Weg besteht darin, Servomformationen innerhalb jedes Datensektors auf jeder Datenoberfäche des Plattenlaufwerksystems vorzusehen, das heißt eingebettete Servomformationen. Herkömmlicherweise werden A/B-Servodatenbläcke konstanter Frequenz- und Amplituden Servomformationen als sequentielle Felder innerhalb des Sektoranfangsblocks jedes Datensektors aufgezeichnet. Die Servodatenblockfelder werden mit symmetrischem Versatz von und auf jeweiligen Seiten der Mittellinie der Datenspur um mindestens die Hälfte der Kopfbreite geschrieben. Das heißt, die Servodatenblöcke überlappen die Spurmittellinie nicht. Folglich können die Differenzen zwischen den jeweiligen Spannungsamplituden (VA-VB), die von dem Kopf während der Spurnachführung gelesen werden, als eine direkte Anzeige des Abstandes und der Richtung des Kopfes von der Spurmittellinie aus verwendet werden.
Es gibt jedoch eine Reihe von Nachteilen beim Vorsehen von Servomformationen in jedem Sektor-Anfangsblock. Da die Servomformationen mit den Sektordaten in Reihe liegen, ist der Anteil der zum Speichern von Benutzerdaten verfügbaren Sektorlänge reduziert. Die gesamte Reduzierung an Benutzerdaten-Speicherplatz beträgt oft viele Megabytes, wenn nicht sogar mehrere zehn Megabytes, als eine Folge der Verwendung eingebetteter Servomformationen.
Ein weiteres Problem bei herkömmlichen eingebetteten Servosystemen besteht darin, daß die Servomformationen nur einmal pro Sektor empfangen werden. Jeder Sektor jedoch folgt einem gleichförmigen Kreisbogen proportional zu seinem radialen Abstand vom Plattenmittelpunkt. Es gibt nichtlineare Kräfte die auf den Arm und den Kopf des Steligliedes wirken, was einen aktiven Ausgleich notwendig macht. Diese Kräfte umfassen Stöße und Schwingungen und in geringerem Maß die Luftmitführung des Armes und Kopfes und das Drehmoment der flexiblen Schaltung. Jedoch führen solche Kräfte und jeder Fehler bei der vorangegangenen Positionskorrektur zu einer Drift des Kopfes, die so lange unausgeglichen bleibt, bis der nächste Servodatenblock eines Sektors erreicht und eine neue Korrektur angewendet werden kann.
Eine Drift des Kopfes während einer Sektor-Leseoperation führt zu Datenfehlern, falls die Drift bedeutsam ist. Umgekehrt ist eine außerordentliche Drift während einer Schreiboperation wegen der Kompromißlösung von auf angrenzenden Spuren gespeicherten Daten nicht akzeptabel. Deshalb ist die Spurbeabstandung überwiegend durch die Genauigkeit oder Dichtheit der Servoregelschleife begrenzt, das heißt, wiederum abhängig von der Sektorlänge und der Plattenrotationsrate, das heißt der effektiven Frequenz des Auftretens von Servodaten bezüglich des Lesekopfes.
Eine weitere Beschränkung für A/B-Servodatenblock-Steuersysteme entsteht durch den großen Spurversatzfehler, der eindeutig auf der Grundlage der Servodatenblocktelder bestimmt werden kann. Ob als der Endzustand einer Positionieroperation oder die Folge von Schwingung oder mechanischem Aufprall kann ein Lesekopf beträchtlich von der gewünschten Spurmittellinie versetzt positioniert sein. Über eine Grenze des Bereichs außerhalb der Spur von der Spurmittellinie hinaus kann die Servo-Regelschleife damit keinen Erfolg haben, eine richtige Positionskorrektur durch Lesen von Servo- Datenblockdaten von einer angrenzenden Spur durchzuführen. Die Servo- Regeischleife gibt deshalb eine unrichtige Positionskorrektur aus oder wählt fälschlicherweise die dann am nächsten liegende Spurmittellinie als die gewünschte Spurmittellinie für die Spurnachführung aus. Es wird dann eine zeitaufwendige zusätzliche Positionieroperation benötigt, um die Spuren zu wechseln. Typischerweise ist der Erfassungsbereich des A/B-Datenblock- Servosteuersystems außerhalb der Spur nicht größer als ± 3/8 einer Spurbreite.
Das herkömmliche A/B-Servo-Datenblockmuster selbst kann einen zunehmenden Verlust an Spurnachführungsgenauigkeit als Folge einer falschen Plazierung der Servo-Datenblockfelder bewirken. Spurformatierung oder Servospur-Schreiben wird durchgeführt, um die Servo-Datenblockfelder bei der anfänglichen Laufwerktertigung vorzusehen. Obwohl dies unter elektromechanischer Kontrolle einer Präzisions-Servo-Schreibersteuerung geschieht, führen Unterschiede wegen Schwingungen, nicht rund laufender Achslager und Nichtlinearitäten in der Mechanik des Servoschreibers zu einem oder mehreren Servodatenböcken, die von ihrem idealen Ort versetzt geschrieben sind. Oberflächendefekte können auch die Form und effektive Position der Servodatenblöcke verzerren. Falls sie unkorrigiert bleiben, folgen aufeinanderfolgende Spurnachführungsoperationen einer nichtpassenden Spurmittellinie oder gleiten schließlich von der Spur. Für herkömmliche A/B- Datenblockmuster ist der Spurversatzfehler gleich dem Nettofehler für einen Datenblockfeld-Versatz. Typischer weise werden Datensekto ren mit falsch geschriebenen Servodatenböcken einfach als unbrauchbar gekennzeichnet.
Eine andere Bedeutung, die für die Verwendung von eingebetteten Servomformationen relevant ist, besteht in der Folge einer zunehmenden Spurdichte. Herkömmliche A/B-Datenblockmuster werden durch eine Servomuster-Schreibeinrichtung geschrieben, die eine Folge, typischerweise vier, von Schreibkopfbewegungen verwendet. Dies führt zu einer Folge von Überlappungsauslöschungen der Teilmuster, die während vorheriger Bewegungen geschrieben wurden. Die Löschungen sind eine Folge eines elektromagnetischen Randfeldes, das sich über das Kopfelement hinaus erstreckt, wenn der Kopf für das Schreiben angeregt ist. Da die Spurdichte erhöht ist, besteht das Problem darin, daß indem die Spurdichte erhöht wird, der Anteil der Servodatenblöcke, die durch Randfelder gelöscht sind zunimmt. Das heißt, die totale Breite der Datenblöcke senkrecht zur Spurmittellinie ist vermindert, jedoch ist die Löschungsbreite konstant. Folglich entsteht ein Verlust an Spurnachführungsgenauigkeit wegen dem abnehmenden Vermögen, Spur-Versatzfehler basierend auf der abnehmenden wiederherstellbaren Signastärke der A/B-Servodatenblöcke zu unterscheiden.
Quadraturdatenblock-Servofeld muster sind für die Anwendung in eingebetteten Servosystemen vorgeschlagen worden. Das US-Patent Nr. 4,669,004 beschreibt ein Quadratur-Datenblockmuster, bei dem eines von vier sequentiellen Servofeern symmetrisch zur Spurmittellinie angeordnet ist, zwei weitere symmetrisch von der Spurmitteine versetz sind und ein viertes Feld asymmetrisch oberhalb der Spurmittellinie angeordnet ist. Dieses Datenblockmuster wiederholt identisch alle vier Spuren auf demselben Sektor.
Die einzelnen Datenblock-Offsets hängen als ganzzeilige Vielfache von weniger als oder gleich der Hälfte der Kopfbreite zusammen. Jedes Servofeld ist identisch mit sowohl absoluten Spuridentifikationsinformationen als auch einem Spurmittellinen-Relativdatenblockfeld versehen. Die Bedeutung, vier derartige Servofelder vorzusehen, im Gegensatz zu nur zwei Servodatenblöcken, besteht darin, daß alle Arten von Spurpositionierung bis hin zu einer vorgegebenen maximalen Positionierrate, dazu führen, daß sich der Lesekopf im wesentlichen über mindestens eines der Servofelder bewegt.
Das Quadraturdatenblock-Servomuster, das in dem US-Patent Nr.4,669,004 beschrieben ist, ist jedoch auch empfindlich für Servodatenblock- Versatzfehler. Obwohl vier Servodatenblöcke vorhanden sind, werden nur zwei der Datenblöcke zum Bestimmen des relativen Versatzes und der Richtung von der Spurmittellinie verwendet. Diese zwei Datenblöcke sind funktional und positionsmäßig gleich den A/B-Datenblöcken. Dementsprechend wird dieses Quad raturdatenblock-Servosystem nicht unempfind licher für Servodatenblock-Positionsversatzfehler als die herkömmlichen Servomuster mit zwei Datenblöcken. Weiterhin besteht eine andere Beschränkung der Quadraturdatenblock-Servomuster des US-Patents Nr.4,669,004 darin, daß es dafür bestimmt ist, einen Zwang auf die Spursteigung basierend auf der Breite des Lese-/Schreib-Kopfes auszuüben.

Darstellung der Erfindung

Entsprechend einem Aspekt gibt die vorliegende Erfindung ein Datenspeichermedium an, mit einem Servomuster zum Bereitstellen von Servomformationen für die Positionierung eines Kopfes hinsichtlich Datenspuren, die auf ihrer Oberfläche vorgesehen sind, wobei jede Datenspur eine Folge von Datensektoren umfaßt, das Servomuster vier Servodatenblöcke aufweist, die in jedem Datensektor in einer Folge entlang der Länge jedes Datensektors angeordnet vorgesehen sind, jedes Paar von Servodatenblockfeldern in einem vorbestimmten Datensektor die Datenspur- Mittellinie einer jeweiligen Datenspur als den Mittelpunkt eines gegenseitigen radialen Überlappens des Paares von Servodatenblockfeldern definiert, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Breite W eines Servodatenblocktees zu der radialen Spurbreite T durch 0,5 T< W< =1,0T gegeben ist, wobei die Paare von Servodatenblockfeldern radial um W-(T/2) überlappen.
Entsprechend einem anderen Aspekt gibt die vorliegende Erfindung ein Plattenlaufwerk-Steuersystem an, das anhand eingebetteter Servosteuerinformationen arbeitet und folgendes aufweist:
a) ein Datenspeichermedium entsprechend dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung;
b) eine Stellglied einrichtung, die auf ein Positionssteuersignal anspricht, um einen Kopf hinsichtlich der Datenspuren zu positionieren; und
c) eine Steuereinrichtung, die mit der Stellgedeinrichtung verbunden ist, um die Positionierung des Kopfes hinsichtlich der Datenspuren zu steuern, wobei die Steuereinrichtung folgendes umfaßt: eine Einrichtung, die mit dem Kopfverbunden ist, um einen relativen Positionswert für jedes der Servodatenblockfelder eines Datensektors zu erhalten, eine Einrichtung, um einen Spurmittellinien-Versatzwert als die Differenz der Summen von Paaren der relativen Positionswerte zu bestimmen, und eine Einrichtung, die auf den Spurmittellinien-Versatzwert anspricht, um das Positions-Steuersignal an die Stellgliemrichtung zu liefern.
Deshalb ist es allgemein die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein eingebettetes Hochleistungs-Servo-Plattenlaufwerk-Steuersystem anzugeben, das für die Verwendung in Plattenlaufwerk-Systemen mit hoher Spurdichte geeignet ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Stellglied- Positionierrate nicht durch die Beschaffenheit der Spuridentifikations- Informationen oder ihrer Bereitstellung als Teil der eingebetteten Servomformationen beschränkt ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie einen wesentlich vergrößerten Servosperr- oder Spurnachführungs-Bereich von ungefähr ±5/8 einer Spurbreite gemessen von der Spurmittellinie aus vorsieht.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie einen echten Spurnachführungs-Algorithmus auf Quadraturbasis angibt. Eine Differenz von Summen von Servodatenblockpaar-Lesespannungen gibt einen wesentlich vergrößerten Genauigkeitsgrad bei der Bestimmung sowohl der Position als auch der Richtung zur aktuellen Spurmittelline an. Zusätzlich führt jede falsche Position der Servodatenblockteer relativ zueinander und zur Spurmittellinie zu einem Spurnachführungs-Fehler von nicht mehr als der Hälfte des Netto-Fehlerversatzes der Servodatenböcke.
Noch ein weiter Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Bereitstellung der Quad ratur-Servodatenblockmuster der vorliegenden Erfindung die Spursteigung als Funktion der Kopfbreite aufgrund des Randfeld-Löschungsphänomens nicht beschränkt.
Ein noch weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Vorsehen eines zweiten, in der Mitte des Sektors befindlichen Gray-Codes und von Quadratur-Datenblock-Servomustern die effektive Servoinformationsfrequenz verdoppelt, was zu einer wesentlich verbesserten Spurnachfolgegenauigkeit führt, was wiederum erlaubt, eine wesentlich vergrößerte Spurd ichte zu realisieren.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Quad ratur-Servodatenblockfelder während des Servospurschreibens zuverlässiger sein können, um frühere Servo-Schreibeinrichtungsfehler zu korrigieren, und dadurch die Gesamtempfindlichkeit des Servoschreibprozesses für Fehler und die Zahl von unbrauchbaren Sektoren wesentlich zu reduzieren.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen in der vielseitigen Verwendbarkeit von Datenköpfen mit einer Leseprofilbreite, die wesentlich schmaler als ihre Schreibprofilbreite ist, wie zum Beispiel magneto-resistive Köpfe und Glassubstrat-Platten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Diese und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden klar, wenn sie zusammen mit der vorliegenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung und der Zeichnungen betrachtet wird, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Teile in all ihren Zeichnungen bezeichnen, und wobei:
Figur 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Plattenlaufwerk-Steuersystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 2 eine vereinfachte Darstellung eines Bereichs einer Datenspur mit der Mehrzahl von darauf vorgesehenen Sektoren ist;
Figuren 3a-b die Verteilung der Servosteuerinformation und der Daten in einem einfachen, beispielhaften Sektor darstellen, wie er entsprechend der vorliegenden Erfindung angegeben ist;
Figur 4 die Ablaufstruktur des Task-Verwaltungs-Steuersystems der Mikrosteuerung der vorliegenden Erfindung beim Verarbeiten der Servosteuerinformation des in den Figuren 3a-b gezeigten Sektors darstellt
Figur 5 die detaillierte Darstellung der Servosteuerinformation des in den Figuren 3a-b gezeigten beispielhaften Sektors darstellt, wie hinsichtlich der vorliegenden Erfindung angegeben;
Figur 6 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Servodatenblock-Erfassungsschaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung angibt;
Figur 7 ein Blockschaltbild der Sektormarken-, Gray-Code- und Servodatenblock-Erfassungssteuerschaltungsanordnung der vorliegenden Erfindung angibt;
Figur 8 eine detaillierte Darstellung der Verteilung von Gray-Code- und Servodatenblockfeldern bei einer Anzahl von typischen Datenspuren ist, welche entsprechend der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind;
Figur 9 eine graphische Darstellung des Spurnachfolge- Quadraturergebniswerts der vorliegenden Erfindung als eine Funktion des Bereiches ab der Spurmittellinie angibt;
Figuren 10a-e den sequentiellen Prozeß darstellen, um die Gray-Code- Servodatenblocktelder mit kontinuierlichem Band und Quadratur- Servodatenblocktelder der vorliegenden Erfindung anzugeben;
Figuren 11a-c eine Zahl von typischen Fällen des Reparierens von Servodatenblockinformationen entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Ein mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung übereinstimmendes Plattenlaufwerksystem, das allgemein mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist, ist in Figur 1 gezeigt. Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden ein eingebettetes Mikrosteuerungs-Steuersystem, um alle wesentlichen Funktionen der mechanischen Aspekte des Plattenlaufwerkssystems zu verwalten und zu lenken. Das Laufwerksystem umfaßt eine oder mehrere Platten 12, die in parallelen Ebenen durch einen Drehmotor 14 gedreht werden. Daten sind in einem Datenspurband auf jeder Oberfläche einer Platte 12 gespeichert, das durch einen Außen- (OD) und Innen- (ID) Spurdurchmesser definiert ist. Eine Steigliedanordnung 16 mit einem Arm, einem Lastträger 18 und einem Lese-/Schreib-Kopf 20 wird verwendet, um Daten hinsichtlich konzentrischer Datenspuren 22 innerhalb des Spurbandes zu übertragen. So umfassen die Haupt-Steueraspekte des Systems 10 das Steuern der Drehrate des Drehmotors 14 und das Steuern der Steigliedanordnung 16 beim Positionieren der Lesel Schreib-Köpfe 20 für die Übertragung von Daten in Bezug auf eine ausgewählte Datenspur 22.
Eine Mikrosteuerung 24 und eine minimale Zahl von dedizierten Steuer- Unterstützungsschaltungen implementiert direkt alle Hauptfunktionen des Laufwerksystems 10. Die elektronische Architektur der vorliegenden Erfindung ist detailliert in den vorstehend erwähnten anhängigen verwandten Anmeldungen beschrieben. Zu Zwecken der Vervollständigung jedoch werden die relevanten Teile der Beschreibungen nachfolgend dargelegt:
In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Mikrosteuerung 24 eine HCMOS-Einzelchip-Mikrosteuerung vom Typ MC6BHC11 von Motorola mit einer Taktrate von drei Megahertz wie im MC6BHC11A8 HCMOS Single Chip Microcomputer Technical Data Book (ADI 1207), erhältlich von Motorola, Inc., Motorola Literature Distribution, P.O. Box 20912, Phoenix, AZ, 85036, beschrieben.
Ein Festwertspeicher (ROM) 26 ist mit der Mikrosteuerung 24 mittels eines allgemeinen Daten-, Adress- und Steuerbus 40 verbunden. Der ROM 26 wird verwendet, um ein Mikrosteuerungs-Steuerprogramm zum Unterstützen von fünf Grundsatz-Tasks zu speichern, die notwendig sind, um die gesamte Funktionalität des Plattenlaufwerksystems 10 zu implementieren. Diese Tasks umfassen die Schnittstelle, das Stellglied, den Drehmotor, Lesen/Schreiben und die Überwachung.
Eine Schnittstellen-Steuerschaltung 28 ist vorgesehen, um die Mikrosteuerung 24 bei der Ausführung des Schnittstellen-Tasks zu unterstützen. Die Schnittstellensteuerung 28 ist in einer bevorzugten asynchronen SCSI- Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als eine integrierte SCSI- Plattensteuerung vom Typ Cirrus Logic CL-SH250 implementiert, der von der Cirrus Logic, Inc., hergestellt und vertrieben wird und in ihrem CL-SH250 Technical Data Sheet beschrieben wird, das von Cirrus Logic, Inc., 1463 Centre Pointe Drive, Milpitas, CA 95035 erhältlich ist. Eine vergleichbare synchrone SCSI-Schnittstellensteuerung, die AIC-6110, ist von Adaptec, Inc., 691 South Milpitas Boulevard, Milpitas, California 95035 erhältlich. Eine funktionsmäßig gleichwertige Schnittstellensteuerung, die für das Anpassen an den Peripherie-Bus des IBM Personal Computers Modell "AT" geeignet ist, ist auch von Cirrus Logic, Inc., erhältlich.
Die Schnittstellensteuerung 28 schafft im allgemeinen über einen SCSI- Kommunikationsbus 60 eine Hardware-Schnittstelle zwischen dem Plattenlaufwerksystem 10 und einem Host-Computersystem, typischerweise einem Datenverarbeitungssystem. Somit arbeitet die Schnittstellensteuerung 28, um bidirektionale Datenströme zwischen dem Kommunikationsbus 42 und dem Bus 40 zu verwalten.
Eine Stellglied-Steuerung 32 ist als eine interne Schnittstelle zwischen der Mikrosteuerung 24 und der Steigliedanordnung 16 vorgesehen. Die Stellgliedsteuerung 32 sorgt für eine Digital/Analog-Umwandlung eines digitalen Positionsteuerwortes und für die momentane Pufferung der sich ergebenden analogen Spannung, die auf Leitung 46 an den Schwingspulenmotor der Steigliedanordnung geliefert wird. Das digitale Wort, das über den Bus 40 von der Mikrosteuerung 24 geliefert wird, bezeichnet die gewünschte Stellgliedposition. Das Freigeben der Stellgliedsteuerung 32 wird allgemein über die Steuer-Unterstützungsschaltung 30 über Steuerleitungen 44 bewirkt. Die Steuer-Unterstützungsschaltung 30 dient als ein paralleler Anschluß-Expander zum Aufschalten eines Steuerdatenworts, das auch über den Bus durch die Mikrosteuerung 24 geliefert wird.
Eine Lese-/Schreib-Steuerung 36 arbeitet auf ähnliche Weise über die Rohdatenleitungen 56 als eine interne Schnittstelle zwischen dem Bus 40 und den Lese-/Schreib-Köpfen der Steigliedanordnung 16. Die Lese-/Schreib- Steuerung 36 dient dazu, für die gepufferte Serialisation/Deserialisation und die Datentakt-Codierung/-Decodierung von Daten zu sorgen. Die Konfiguration und die Initialisierung der Lese-/Schreib-Steuerung 36 werden unter der direkten Kontrolle der Mikrosteuerung 24 durch die Übertragung von Steuer- und Datenworten über den Bus 40 an die Lese-/Schreib-Steuerung 36 ausgeführt.
Schließlich ist eine Drehmotorsteuerung 34 vorgesehen, um die Kommutierung des Drehmotors 14 über die Kommutierungsstromleitungen 50 zu unterstützen. Die Kommutierungszustand-Auswahl wird durch Bereitstellung eines digitalen Worts von der Mikrosteuerung 24 an die Steuerunterstützungsschaltung 30 bewirkt. Dieses digitale Wort wird aufgeschaitet und auf den Kommutierungsauswahlleitungen 48 an die Drehmotorsteuerung 34 geliefert. Ein Kommutierungsstrom wird durch die Drehmotorsteuerung 34 über die Kommutierungsstromleitungen 50 auf ein entsprechendes Feldwicklungs-Phasenpaar des Drehmotors 14 geschaltet. Eine Spannung, die proportional zu der Spannung ist, die durch das ausgewählte Feldwicklungs-Phasenpaar des Drehmotors 14 geleitet wird, wird über die Rückkopplungsleitung 52 an den Analog-/Digital-Wandlereingang der Mikrosteuerung 24 geliefert.
Der mechanische Aufbau eines Plattenlaufwerks, der eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verkörpert, ist in der vorstehend angegebenen Anmeldung SCHWINGSPULENAKTIVIERTE PLATTENLAUF- WERK-PARKVORRICHTUNG MIT VORMAGNETISIERUNG beschrieben. Die Aspekte der für die vorliegende Erfindung relevanten mechanischen Struktur sind nachfolgend in Tabelle 1 und Tabelle 2 dargelegt. Tabelle 1 Tabelle 2
Wie allgemein in Fig.2 dargestellt, ist jede Spur der konzentrischen Datenspuren 22, die auf der Oberfläche einer Platte 12 vorgesehen sind, weiterhin in Sektoren N0-n unterteilt. Entsprechend der vorliegenden Erfindung und wie allgemein in Fig. 3a gezeigt, besteht jeder Sektor aus einem Servo-1- Feld, einem Daten-1-Feld, einem ersten Fehlerkorrektur(ECC)-Feid, einem Mittensektor-Lücken-Feld, einem Servo-2-Feld, einem Daten-2-Feld, einem zweiten ECC-Feld und einem Abschluß-Lücken-Feld. Wie in Fig. 3b gezeigt besteht das Servo-1-Feld weiterhin aus einem Servomarken-Feld, einem Gray- Code-Feld, einem Servodatenblock-Feld, einem ID-Synchronisierungsfeld, einem ID-Feld und einem Datensynchronisierungsfeld. Ebenso beteht das Servo-2-Feld aus einem zweiten Sektormarkenfeld, einem zweiten Gray-Code- Feld, einem zweiten Servodatenblockfeld und schließlich einem Datensynchronisierungsfeld. Die Ordnung und Größe dieser Felder wird in der Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3
Die Sektormarkenfelder sind vorgesehen, um die Mikrosteuerung mit der Steuerinformation zu synchronisieren, die in den übrigen Bereichen der Servo- 1- und 2-Feldern sowie in den Daten-1- und 2-Feldern vorhanden sind. Die Gray-Code-Felder liefern eine eindeutig kodierte Spurenzahl. Die eindeutige Kodierung der Gray-Code-Werte ist weiterhin dadurch bedingt, daß sich die Gray-Code-Werte gleicher Sektoren auf angrenzenden Spuren in einem einzelnen Bit unterscheiden, und daß nicht mehr als zwei aufeinanderfolgende Null-Bits in einem gültigen Gray-Code-Wert erlaubt sind.
Die Servodatenblocktelder entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind sequentiell in einem vordefinierten Muster von der Mittellinie des Datensektors aus angeordnete Datenblockfelder konstanter Amplitude und konstantem Frequenz-Offset.
Das ID-Synchronisierungsfeld des Servo-1-Felds wird auch mit einer konstanten Frequenz und Spannung beschrieben, obwohl es sich in der Spurmittellinie befindet. Das ID-Synchronisierungsfeld ermöglicht es der Lese- /Schreibsteuerung, das erste Bit des ID-Felds zu unterscheiden. Das ID-Feld wird dazu benutzt, den Zylinder, den Sektor und die Kopfzahlen zu speichern.
Schließlich sind die Datensynchronisierungsfeld er Feld er konstanter Frequenz und Amplitude, die vorgesehen sind, die ersten Bits der jeweiligen Datenfelder 1 und 2 zu definieren. Die Lese-/Schreib-Steuerung synchronisiert entsprechend der Frequenz des Datensynchronisierungsfelds. Die erste Unregelmäßigkeit in der Synchronisierungsfrequenz wird deshalb als Übergang genommen, der den ersten Dateneintrag darstellt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird die Task-Ausführung, wie sie von der Mikrosteuerung 24 durchgeführt wird, gezeigt, die gegenüber dem Echtzeitauftreten der Servo-1- und 2-Felder hinsichtlich eines Lese-/Schreib- Kopfes 20 speicherkonform ist. Die grundlegenden Echtzeitbeziehungen, die für die vorliegende Erfindung relevant sind, sind in Tabelle 4 dargelegt. Tabelle 4
Insbesondere ein Sektortask wird als Antwort auf eine Rückzähl-Zeitgeber- Unterbrechung gerade vor dem Auftreten des Servo-1-Felds eingeleitet. Aufgrund dieser Unterbrechung gibt die Mikrosteuerung 24 die Unterstützungsschaltung 30 frei, um das Sektormarkenfeld zu bestimmen und zu verarbeiten. Ein Steuerwert wird dann an die Drehmotor-Steuerung 34 geliefert, um den Drehmotor 14 zu kommutieren.
Wie in Figur 5 gezeigt, wird das Sektormarkenfeld durch das hintere Ende des mit "Servosynchronisierung" gefüllten Lücken-Felds und der Sektormarke definiert. Das Lücken-Feld ist ein weiters Feld mit konstanter Amplitude und konstanter Frequenz. Die Sektormarke ist als der erste Lesedatenübergang definiert, der dem Nichtvorhandensein sämtlicher Servo- Synchronisierungsübergänge für drei Bytes der Servo- Synchronisierungstaktzyklen folgt. Der Zeitpunkt des Auftretens der Sektormarke wird durch einen Hardware-Zeitgeber innerhalb der Mikrosteuerung 24 aufgezeichnet, sowohl zur Verwendung in nachfolgenden Tasks, als auch als Ablaufsteuerung der Rückzähl-Zeitgeber-Unterbrechung, die zum Verarbeiten des Servo-2-Felds nötig ist.
Während des Sektor-Tasks wird der Gray-Code und die Sektordatenblöcke durch die Lese-/Schreib-Unterstützungsschaltung 30 über die Rohdatenübertragungsleitung der Leitungen 54 erfaßt, die mit der Lese- /Schreib-Kanalsteuerung 36 verbunden sind. Eine automatische Verstärkungssteuerschaltung (AGC) ist vorgesehen, um die Amplitude des Rohdatensignals einzustellen. In Erwartung der Gray-Code- und Servodatenblocktelder wird die Lese-/Schreib-Steuerung durch die Mikrosteuerung 24 freigegeben, um die Verstärkung der AGC zum Ersetzen der reduzierten Signalamplituden zu erhöhen. Obwohl die AGC ihre Verstärkung automatisch einstellen würde, wird die Antwortzeit der AGC durch direkte Einstellung ihrer Verstärkung verbessert, kurz vor oder zu Beginn des Gray-Code-Felds.
Das Erfassen des Gray-Codes wird, obwohl durch die Mikrosteuerung 24 auch früher während des der Servosynchronisation entsprechenden Bereichs des Sektor-Tasks ausgelöst, durch das Sektormarkensignal, das bei Detektion einer Sektormarke erzeugt wird, getriggert. Ebenso wird die Erfassung der vier Servodatenblocktelder nachfolgend auf eine vordefinierte Verzögerung getriggert, gleich der Gray-Code-Länge, die der Detektion der Servomarke folgt. Die tatsächliche Erfassung der analogen Leseamplituden entsprechend jedem der Servodatenblockfelder wird durch vier Abtast-Halte-Schaltungen, die individuell verknüpft sind, um dem Echtzeitauftreten der jeweiligen Servodatenblockfeld er zu entsprechen, durchgeführt.
Währenddessen beendet die Mikrosteuerung 24 das Sektortask und geht zu einem Drehmotor-Steuertask über. Die Hauptfunktion des Drehmotor- Steuertasks ist, jeden Rotationsgeschwindigkeitsfehler des Drehmotors 14 basierend auf der vorhergehenden tatsächlichen und erwarteten Auftrittszeit der Sektormarke zu ermitteln. Ein Drehraten-Einsteliwert kann dann für die Verwendung in dem nächsten Servo-1-Feld-Sektortask ermittelt werden.
Als nächstes wird ein Stellglied-Task durch die Mikrosteuerung 24 ausgeführt. Dieses Task wird vor der A/D-Umwandlung des D-Servodatenblockfelds initialisiert. Die erste übernommene Aktion von der Mikrosteuerung 24 bei der Ausführung des Stellglied-Tasks ist, zu bestimmen, ob eine Steligliedpositionierungsoperation ansteht oder ein Spurversatzfehler vorher ermittelt wurde. In jedem Fall setzt sich die Ausführung mit einem Rücksetzen der Installation einer entsprechenden Positionierungsoperation für die nachfolgende Ausführung fort. Falls jedoch Spurnachführen ausgeführt werden soll, werden die vier dem Servodatenblock entsprechenden digitalen Werte durch die Mikrosteuerung 24 verarbeitet, um einen Quadratur- Servodatenblock-Spurnachführen-Fehlerwert (TERR) abzuleiten. Vorausgesetzt, daß die B- und C-Servodatenblockfelder, die in Figur 5 gezeigt sind, die Mittellinie des aktuellen Datensektors (bei Kenntnis, ob die aktuelle Spurzahl ungerade oder gerade ist) überlappen, wird die Quadratur-Verarbeitung der Servodatenblockfeldwerte entsprechend der Gleichung 1 durchgeführt:
TERR=(A+B)-(C+D) Gl. 1
Wobei die A- und D-Sektordatenblöcke die Mittellinie des aktuellen Datensektors überlappen, d.h. jede andere Spur, wird die Quad raturverarbeitung entsprechend Gleichung 2 ausgeführt:
TERR=(C+D)-(A+B) Gl. 2
Ein positives Spurnachführungsfehler-Ergebnis wird übersetzt, um anzuzeigen, daß der Lese-/Schreib-Kopf zum inneren Durchmesser der Platte 12 bewegt werden muß. Der Wert des Ergebnisses gibt einen Hinweis auf die Entfernung zur Spurmittellinie. So kann die Mikrosteuerung 24 leicht einen Fehlereinstelwert basierend auf der Polarität und dem Wert des abgeleiteten Quad ratur-Spurnachführungsfehlers errechnen. Der Fehlereinstelwert wird mit dem aktuellen Stellglied-Positionssteuerwert verknüpft und in den Digital- /Analog-Wandler der Motor- und Stellgliedsteuerung 32 geschrieben. Das eingestellte analoge Stellgliedpositionssteuersignal, das dadurch von der Stellgliedsteuerung 32 erzeugt wird, führt zu einer korrigierenden Änderung der Position der Steigliedanordnung 16 und des Kopfes 20 relativ zur aktuellen Datenspur.
Die Mikrosteuerung 24 geht dann zu einem Lese-/Schreib-Task über. Die Ausfiihrung des Lese-/Schreib-Tasks sorgt für die Installation, Dauer und Beendigung der Datenübertragung in Bezug auf den aktuellen Datensektor.
Schließlich wird jede anstehende Positionierungsoperation durch die Mikrosteuerung 24 noch vor der Beendigung des Lese-/Schreib-Tasks ausgeführt. Allgemein bestimmt die Positionierungsoperation, die während des Stellglied-Tasks ausgewählt wird, einen Stellglied-Positionswert, um eine Positionierungsoperation der Steigliedanordnung 16 einzuleiten, fortzuführen oder zu beenden. Dieser Positionswert wird nun an den D/A-Wandler der Stellgliedsteuerung 32 geliefert Das Lese-/Schreib-Task beendet dann einen Rücksprung vom Unterbrechungsbefehl.
Das Sektortask des Servo-2-Felds wird als Reaktion auf die Rückzählzeitgeber-Unterbrechung eingeleitet, wie im Servo-1-Sektortask geplant. Die Mikrosteuerung 24 führt dann Sektor-, Stellglied-, Lese-/Schreib- und Zugriff-Tasks aus, die im wesentlichen mit ihren Gegenstücken identisch sind, die unter Bezug auf das Servo-1-Feld ausgeführt werden, einschließlich der Rückzählzeitgeber-Unterbrechung für den Start des Servo-1-Tasks des Sektors.
Die Symmetrie der nicht anderweitig gebrauchten Sektorperiode, die die Servo-1- und Servo-2-Felder verarbeitet, wird verwendet, um das Schnittstellentask auszuführen, und, falls aktiv, das Überwachungstask. So arbeitet die Mikrosteuerung 24 im wesentlichen als ein Mehrprogrammprozessor bei der Steuerung und Verwaltung des Plattenlaufwerksystems 10.
Figur 6 zeigt im Detail die Servodatenblock-Erfassungsschaltungsanordnung die in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Eine automatische Verstärkungsregelung (AGC) 71 der Lese- /Schreib-Steuerung 36 verarbeitet die Rohdaten, die vom Lese-/Schreib-Kopf 20 über die Rohdatenleitung 56 eingegeben sind. Obwohl sie als Teil einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) implementiert ist, ist die AGC 71 funktional gleich zu herkömmlichen AGCs, wie zum Beispiel der 8464 AGC von National Semiconductor, Inc.. Die Verstärkung des AGCs 71 ist umgekehrt proportional zur Spannung am Kondensator 73, der zwischen Masse und der Eingangsleitung des AGCs 71 verbunden ist. Die Spannung am Kondensator 73 wird durch die AGC 71 als Teil ihrer Verstärkungs-Steuerrückkopplungsschleife betrieben. Entsprechend den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist auch ein Widerstand mit kleinem Widerstandswert mit der Kondensatoreingangsleitung des AGC 71 verbunden. Während der Widerstand normal in Leerlauf geschaltet ist, schafft er einen Strompfad, um mindestens eine teilweise Entladung der Spannung am Kondensator 73 und eine entsprechende unmittelbare Verstärkung in der Verstärkungsfunktion des AGCs 71 zu erlauben. Die Rohdatenamplitude auf der AGC-Ausgangsleitung 56' beträgt nominal 500 mV, Spitze-Spitze, Eintakt, in den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Jedoch können wegen der Überlappungslöschung in den Gray-Code-Feldern und der reduzierten Breite der Datenblocktelder die vergleichbaren Rohdatenamplituden für diese Felder typischerweise 350 mV betragen. Durch Verbinden des Widerstands 75 mit Masse, vorzugsweise über einen Transistor mit offenem Drain-Anschluß, für eine kurze Zeitdauer, die im Hinblick auf die RC-Zeitkonstante des Kondensators 73 und des Widerstands 75 gewählt worden sind, kann die Spannung am Kondensator 73 auf kontrollierte Weise reduziert werden, die geeignet ist, die Gray-Code- und Servodatenblock- Rohdatenamplitude sofort auf die gewünschten 500 mV zu verstärken. Die Widerstands- und Kondensatorwerte können so gewählt werden, daß die Entladezeit des Kondensators 73 wesentlich schneller als die eigene Regelschleifen-Antwortzeit des AGCs 71 ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Widerstand 75 mit 1000 Ω und ein Kondensator 73 mit 0,01 µF verwendet. Ein Erdungspuls von ungefähr 500 ns sorgt für die gewünschte AGC-Verstärkungseinstellung.
Ein Datenbegrenzer 70 der Lese-/Schreib-Steuerung 36 empfängt die von der AGC verarbeiteten Rohdaten über die Rohdatenleitung 56'. Basierend auf einem schwingquarzgesteuerten Taktreferenzsignal, das auf einer Taktreferenzleitung 72 an den Datenbegrenzer 70 geliefert wird, werden begrenzte Daten und das früher kodierte Datentaktsignal auf einer Leitung 74 bzw. einer Oszillatoreitung 76 geliefert. Ein gepuffertes Rohdatensignal wird auch auf einer Leitung 78 vom Datenbegrenzer ausgegeben. Diese Leitungen 74, 76 und 78 sind eine Untermenge 54' der Steuerleitungen 54, die die Lese- /Schreib-Steuerung 36 und die Steuer-Unterstützungsschaltung 30, wie in Figur 1 gezeigt, miteinander verbinden.
Die Daten- und Oszilator-Leitungen 74 und 76 sind mit einem Zeitgeber- Logikblock 80 innerhalb der Steuer-Unterstützungsschaltung 30 verbunden. Der Zeitgeber-Logikblock 80 umfaßt eine Sektormarken-Ermittlungsschaltung, einen seriellen Gray-Code-Schieberegister und eine dedizierte Zeitgeberlogik, um die Erfassung von Servo-Datenblockfeldern freizugeben. Die Funktion des Zeitgeber-Logikblocks 80 wird als Reaktion auf ein Steuerwort freigegeben, das durch die Mikrosteuerung 24 am Anfang seines Sektor-Tasks geschrieben wird. Wenn ein AGC-Rücksetzsignal erst einmal freigegeben ist, wird es über die Leitung 77 an den Widerstand 75 geliefert, um die AGC- Verstärkungseinstellung zu initialisieren. Der Zeitgeber-Logikblock 80 entfernt das rückgesetzte AGC-Signal, wenn die Einstellung beendet ist. Bei Ermittlung einer Sektormarkierung liefert der Zeitgeber-Logikblock 80 ein Sektormarkensignal über die Leitung 122 an die Mikrosteuerung 24. Gleichzeitig wird das serielle Gray-Code-Schieberegister freigegeben, um die acht Gray-Code-Datenbytes sequentiell einzuschieben. Da die Taktgebung der Gray-Code-Bits synchron mit dem Datentakt ausgeführt wird, wird die Registrierung der Lesedaten über das Lesen des Gray-Codes und über alle nachfolgenden Operationen des Zeitgeber-Logikblocks 80 hinaus aufrechterhalten. Bei Beendigung wird ein Gate-A(GA)-Signal an einen als Ganzwellengleichrichter konfigurierten Operationsverstärker 82 über die Freigabeleitung 90 geliefert. Der Eingang des Operationsverstärkers 82 ist mit der Rohdatenleitung 78 verbunden. Wenn der Operationsverstärker 82 freigegeben ist, liefert er an der Ausgangsleitung 98 eine Spannung entsprechend seiner Eingangsspannung. Ein Widerstand RA und ein Kondensator CA sind in einer Einzelpol-, Tiefpaßkonfiguration mit einer Ausgangsleitung 98 verbunden. Vorzugsweise haben die Widerstände RA-D und die Kondensatoren CA-D Werte von 150 Ω bzw. 0,001 µF. Wenn der Operationsverstärker 82 nachfolgend durch das Zurücknehmen des GA- Signals freigegeben wird, schaltet er in einen Ausgangszustand mit hoher lmpedanz, wodurch eine analoge Spannung am Kondensator CA proportional zur Leseamplitude des A-Sektordatenblockfelds effektiv erfaßt wird. Die Spannung am Kondensator CA ist mit einem Operationsverstärker 114 mit positiver Verstärkung und einem Eingang hoher lmpedanz verbunden. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Verstärkung auf 2,5:1 festgelegt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 114 ist wiederum mit einem ersten gemultiplexten Eingang (PA) eines Analog- /Digital-Wandlers verbunden, der innerhalb der Mikrosteuerung 24 vorgesehen ist.
Der Zeitgeber-Logikblock 80 entfernt das Gate-A-Freigabesignal vom Operationsverstärker 82 nach ungefähr 2.665 µs; dies ist die Zeitdauer, in der sich der Lese-/Schreib-Kopf 20 über dem A-Servodatenblockfeld befindet. Zur gleichen Zeit wird über eine Freigabeleitung 92 ein Gate-B(GB)-Freigabesignal an einen Operationsverstärker 84 geliefert. Das Gate-B-Freigabesignal wird für die Dauer des B-Servodatenblockfeldes aufrecht erhalten und dann zurückgenommen. Somit wird eine analoge Spannung ensprechend dem B- Servodatenblock durch den Kondensator CB erfaßt. Diese Spannung wird separat über einen Operationsverstärker 116 zu einem zweite gemultiplexten Eingang (PB) der Mikrosteuerung 24 an den Analog-/Digital-Wandler geliefert.
Auf ähnliche Weise werden Gate-C(GC)- und Gate-D(GD)- Freigabesteuersignale an die Operationsverstärker 86 und 88 geliefert, um sequentiell die C- und D-Servodatenblockfeld-Lesespannungen an den Kondensatoren CC und CD zu erfassen. Diese Spannungen werden über die Operationsverstärker 118 und 120 an die gemultiplexten Eingänge PC und PD des Analog-/Digital-Wandlers der Mikrosteuerung 24 geliefert. Folglich schafft die Schaltungsanord nung der Steuer-Unterstützungsschaltung 30 eine effiziente aber dennoch einfache Schaltung zum Erfassen des Quadratur- Servodatenblocks, der entsprechend der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist.
Obwohl die analogen Spannungen erfaßt sind, müssen sie entsprechend den Quadratur-Servodatenblöcken in digitale Werte konvertiert werden. Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist eine blitzartige Konvertierung der analogen Werte nicht notwendig. Vielmehr ist der auf der Karte befindliche Analog-/Digital-Wandler mit gemultiplextem Eingang der Mikrosteuerung 24 geeignet, die analogen Werte rechtzeitig sequentiell für die Mikrosteuerung 24 zu konvertieren, um eine Stellglied positionseinstellung vor jeglichem Verlust wichtiger Servodatenblock-Informationen zu bewirken.
Wenn die Mikrosteuerung 24 die konvertierten digitalen Servodatenblockwerte erst einmal verarbeitet hat, müssen die Kondensatoren CA-D in Vorbereitung auf die Erfassung der nächsten Sequenz von Servodatenblockfeldern gelöscht werden. Dies wird entsprechend der vorliegenden Erfindung durch den Zeitgeber-Logikblock 80 realisiert, der die Verbindung der Rücksetzleitungen RA-D 106, 108, 110 und 112 mit Masse realisiert, nachdem die Servodatenblöcke in digitale Werte konvertiert worden sind. Da die Rücksetzleitungen 106, 108, 110 und 112 mit den Eingängen der Puffer- Operationsverstärker 114, 116, 118, bzw. 120 verbunden sind, werden die Kondensatoren CKD effektiv verkürzt und dadurch gelöscht. Der Zeitgeber- Logikblock 80 führt die Kondensatoren CA-D in einen Leerlaufzustand mit einem Potential von 0 V an den Kondensatoren CA-D zurück.
Figur 7 zeigt im Detail den Bereich des Zeitgeberlogikblocks 80, der für die vorliegende Erfindung bedeutend ist. Ein Dekodierer 124 empfängt über den Bus 40 ein Steuerwort von der Mikrosteuerung 24, und zwar am Anfang des Sektortasks, um den Betrieb eines Sektormarken-Detektors 126 und des Gray-Code-Schieberegisters 128 freizugeben. Der Sektormarken-Detektor 126 empfängt fortlaufend Rohdaten von der Rohdatenleitung 78 und den Datentakt von der Oszillatorleitung 76. Das Sektormarken-Detektor- Freigabesignal wird vom Dekodierer 124 über die Kontrollleitung 136 als Antwort auf das Steuerwort, das durch den Mikroprozessor 24 in den Dekodierer 124 geschrieben wurde, geliefert. Wenn der Sektormarken- Detektor 126 erst einmal freigegeben ist, gibt er bei Ermittlung dreier Bytes von Servosynchronisations-Taktzyklen ohne eine Rohdaten-Zustandsänderung ein Sektormarkensignal auf seine Ausgangsleitung 122.
Das Sektormarkensignal wird auch an das Gray-Code-Schieberegister geliefert, um die Gray-Code-Erfassungsoperation am Anfang des Gray-Code- Feldes zu synchronisieren. Wie in Figur 5 gezeigt, folgt das Gray-Code-Feld unmittelbar auf die Sektormarkierung. Das Gray-Code-Erfassungs- Freigabesignal, das von dem Dekodierer 124 auf der Freigabeleitung 138 geliefert wird, wird gleichzeitig mit dem Sektormarken-Detektor-Freigabesignal auf der Steuerleitung 136 geliefert. Jedoch beginnt das Gray-Code- Schieberegister 128 den Betrieb so lange nicht, bis es auch das Sektormarkensignal vom Sektormarkendetektor 126 empfängt. Eine Zähleinrichtung 130 die von dem Datentaktsignal auf Leitung 76 betrieben wird, liefert ein Gray-Code-Zählsignal auf der Steuerleitung 142 an das Gray- Code-Schieberegister 128, um den Beginn jedes Bits des Gray-Code-Felds zu registrieren. Die Zähleinrichtung 130 stoppt die Lieferung von Zählsignalen auf der Steuerleitung 142 bis die gesamten acht Bytes des Gray-Code-Feldes seriell eingeschoben sind. Die Zähleinrichtung 130 beginnt dann Zählsignale auf den Servo-Datenblock-Zählleitungen 144 an einen Gate-Schalter 132 zu liefern. Die Funktion des Gate-Schalters 132 auf der Grundlage der Zählsignale, die auf den Servo-Datenblock-Zählleitungen 144 geliefert werden, besteht darin, die Gate-A-D-Freigabesignale zu liefern und dann in Folge zurückzunehmen und zwar auf den Gate-Steuerleitungen 90, 92, 94 und 96. Jedes Gate-Freigabesignal wird für die Dauer von vier Bytes geliefert. Da diese Dauer von vier Bytes auf dem Datentaktsignal basiert, das durch die Zähleinrichtung 130 auf der Oszillatorleitung 76 empfangen wird, werden die Gate-Freigabesignale eng mit dem Echtzeitauftreten der Servo- Datenblockfelder hinsichtlich des Lese-/Schreib-Kopfes 20 in Korrelation gebracht. Wenn erst einmal alle Gate-Freigabesignale freigegeben und dann unwirksam gemacht worden sind, hört die Zähleinrichtung 130 damit auf, Zählsignale an den Gate-Schalter 132 zu liefern. Folglich ist der Gray-Code des aktuellen Sektors durch das Gray-Code-Schieberegister 128 erfaßt worden, und die analogen Lesedaten-Werte entsprechend jedem der Servo- Datenblocktelder sind durch die Kondensatoren CA-D erfaßt worden.
Der Gray-Code kann aus dem Gray-Code-Schieberegister 128 als Reaktion darauf gelesen werden, daß die Mikrosteuerung 24 von acht aufeinanderfolgenden Speicherplätzen liest, die vom Dekodierer 124 auf die acht vom Gray-Code-Schieberegister 128 parallel gespeicherten Bytes abgebildet werden.
Der Rücksetzschalter 134 dient allgemein dazu, die Rücksetzleitungen 106, 108, 110, 112 für die Dauer zu erden, die ausreicht, die Kondensatoren CA-D zu entladen. Der Betrieb des Rücksetzschalters 134 wird durch die Zählereinrichtung 130 initialisiert, während die Zählsignale an den Rücksetzschalter über die Zählleitung 146 geliefert werden. Dieses Zählsignal wird durch das Auftreten des Sektormarkensignals für eine Zeitdauer verzögert, die größer ist, als die Gray-Code- und die Servodatenblock- Erfassungszeit und die nachfolgende maximale A/D-Wandelzeit zusammen. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt diese Verzögerung zwischen 80 und 400 µs, und vorzugsweise ungefähr 200 µs. Das zweite Zählsignal, das von der Zähleinrichtung 130 geliefert wird, definiert die Entladezeitdauer. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Entladezeitdauer von mindestens 10 µs verwendet, um die Kondensatoren CA-D zu entladen.
Das Gray-Code- und das Quadratur-Servodatenblock-Muster der vorliegenden Erfindung sind in Figur 8 dargestellt. Es ist ein Bereich der Servofelder von Sektoren auf angrenzenden Spuren gezeigt. Das kontinuierliche Band des Gray-Codes ist in den Feldern N-1 bis N+2 gezeigt. Die einzelnen Gray-Code- Felder sind durch Lücken aufgrund eines Phänomens getrennt, das als Überlappungslöschung bekannt ist. Dieses Phänomen ist eine Folge des überlappenden Schreibens der Felder auf die Plattenfläche. Ein Rahmenfeld, das an den Grenzen des Lese-/Schreib-Kopfes gebildet ist, wenn er Daten auf die Plattenfläche schreibt, löscht jegliche vorher existierenden Daten auf der Breite des Rahmenfelds. Für herkömmliche Lese-/Schreib-Kopf-Spannungen während des Schreibens beträgt die Überlappungslöschungsbreite zwischen 2540 und 4064 µm (100 und 160 µ Inches). Während es deshalb einen Verlust im aufgezeichneten Oberflächenbereich gibt, der Gray-Code- Informationen trägt, werden die Gray-Code-Felder der vorliegenden Erfindung über die gesamte Spurbreite geschrieben, um ein effektiv kontinunierliches Gray-Code-Feid-Band zu bilden. Darüber hinaus wird, wie vorstehend erwähnt, der Gray-Code selbst ausgewählt, um die notwendigen Informationen zu kodieren, während er sich von demselben Sektor auf angrenzenden Spuren um nur ein einziges Bit unterscheidet. Selbst während folglich beim Positionieren bei hoher Geschwindigkeit über die Datenspuren hinweg, erhält ein gelesenes deutliches Gray-Code-Feid, das einen ersten Teil des Gray-Codes erfaßt, der einer Spur und dem Rest des Gray-Code-Felds von einer angrenzenden Spur zugeordnet ist, allgemein eine Identifikation der richtigen Spurnummer. Eine Ausnahme tritt auf, wo das einzelne differenzierende Bit der zwei angrenzenden Spuren-Gray-Codes an dem Punkt falsch gelesen wird, an dem sich der Lese-/Schreib-Kopf gleichsam über angrenzenden Gray-Code-Feldern befindet. Bei diesem außerordentlich einzigartigen Umstand besteht gleiche Wahrscheinlichkeit für das Lesen des differenzierenden Bits als entweder eine Eins oder eine Null. Obwohl dies zum Dekodieren einer falschen Spurnummer führt, ist der Fehler schwach, d. h. sich nicht wiederholend, und im Umfang des möglichen Fehlers begrenzt. Als Folge der vorliegenden Erfindung gibt es keine praktische Begrenzung weder der Positionierrate noch der Positionierbahn des Kopfes hinsichtlich der Gray- Code-Feldüberquerungen oder der Servodatenblockfelder.
Auch ist in Figur 8 das Quadratur-Servodatenblockmuster dargestellt, das für die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung charakteristisch ist. Jeder Servodatenblock wird unabhängig mit einem radialen Versatz einer halben Spurbreite von dem vorherigen Datenblock entfernt geschrieben. Die Lese-/Schreib-Kopfbreite entsprechend den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist größer als oder gleich sechzig Prozent aber kleiner als hundert Prozent der Spurbreite. Folglich überlappt jedes Servodatenmuster seine zwei radial am nächsten gelegenen Servodatenmuster um weniger als die Hälfte einer Kopfbreite. Der Datenblocküberlapp ist, was die Spurbreite angeht, folgendermaßen gegeben:
Datenblock-Überlapp = H - T/2, Gl. 5
wobei H die Kopfbreite und T die Spurbreite ist.
Wie in Figur 8 dargestellt, ist ein einzigartiges Kennzeichen der vorliegenden Erfindung, daß keines der Servodatenblöcke symmetrisch über die Spurmittellinie der Datenspur angeordnet sind. Die Servodatenblöcke werden mit halben Spur-Offsets auf die Servo-Spur geschrieben. Die Spuren jedoch, auf die Servo-Spuren geschrieben sind, sind nicht auf die Datenspuren ausgerichtet, die anschließend verwendet werden, um Benutzerdaten zu speichern. Vielmehr überlappen, wie in Figur 8 gezeigt, Servodatenblockpaare, wie zum Beispiel A und D in Bezug auf Spur T&sub0; (und T&sbplus;&sub2;) und Datenblöcke B und C in Bezug auf Spur T&submin;&sub1; (und T&sbplus;&sub1;), eine Spurmittellinie. Der Überlapp ist hinsichtlich der einzelnen Servodatenböcke asymmetrisch, aber in Bezug auf das Paar zeigt er einen symmetrischen Versatz zu jeder Seite der Datenspur-Mittellinie. Die anderen zwei Servodatenblöcke eines Satzes von Quad ratur-Servodatenblockfeldern sind ebenso in Spiegelsymmetrie von derselben Datenspur-Mittellinie mit einem Versatz versehen. Das Muster der Servodatenblöcke wiederholt jede andere Datenspur. Jedoch ist der Informationsgehalt des Quadratur- Servodatenblockfelds und der Gray-Code-Felder für jede Datenspur derselbe.
Wie Figur 9 zeigt, verändert sich der Positionswert, der entweder durch Gleichung 1 oder Gleichung 2 bestimmt wird, nicht linear abhängig vom Lese- /Schreib-Kopf-Versatz von der Spurmittellinie. Beispielsweise für eine Datenspur T&sbplus;&sub1;, liest ein Lesekopf H&sbplus;&sub1;, der dieser Spurmittellinie folgt, gleiche Spannungsamplituden aus den B- und C-Servodatenblöcken. Gleiche oder kleinere Werte werden aus den A- und D-Datenblöcken gelesen. Folglich wird der Spurfehler TERR gleich Null. Jedoch führt die Kopfdrift in Richtung auf die Spur T&sub0; hin zu einer Abnahme auf Null des durch Gleichung 1 berechneten Wertes. Während sich die Mitte des Kopfes radial über einen Punkt H-3/4T von der Spurmittellinie hinaus bewegt, trägt das D-Servodatenblockfeld, das mit T&sbplus;&sub1; verbunden ist, nicht mehr zu dem Wert bei, der durch Gleichung 1 bestimmt ist. Jedoch nimmt der Beitrag der A- und B-Servodatenblockfelder immer weiter mit einer Rate größer als der abnehmende Beitrag durch das Servodatenblockfeld C zu, bis sich der Mittelpunkt des Kopfes radial über einen Punkt 1/4T von der Spurmittellinie hinweg bewegt. Während sich der Kopf weiterhin von der Spurmittellinie weg bewegt, nimmt nach diesem Punkt der Beitrag wegen des Servodatenblockfelds B ab. Jedoch gibt Gleichung 1 weiterhin einen sich vergrößernden Ergebniswert an, bis sich der Mittelpunkt des Kopfes über eine Entfernung von 5/4T-H von der Spurmittellinie bewegt. An diesem Punkt beginnt die obere oder äußere Kante des Lesekopfes damit, den D-Servodatenblock, der der Spur T&sub0; zugeordnet ist, zu lesen. Wie Figur 9 zeigt, beginnt sich der Ergebniswert von Gleichung 1 danach zu verkleinern und ist nicht mehr ein direkt proportionaler Indikator für die Entfernung des Kopfes von der richtigen Spurmittellinie. Folglich bietet die vorliegende Erfindung einen einer Servospur folgenden Sperrbereich von ±5/4T-H.
Da die Kopfbreite H mindestens die Hälfte der Spurbreite T betragen muß, ist der maximale Sperrbereich der vorliegenden Erfindung gleich ±6/8T. Entsprechend der praktischen Implementierung der vorliegenden Erfindung jedoch kann ein einer Servodatenspur folgender Sperrbereich von ungefähr ±5/8T realisiert werden, der eine Kopfbreite von ungefähr 70% der Spurbreite oder größer verwendet.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sich die Begrenzung des Kopfes zur Spurbreite nur auf die effektive Schreib- Profubreite des Kopfes auswirkt. Folglich kann ein magnetoresistiver Kopf mit einer Leseprofubreite verwendet werden, die wesentlich geringer als die Schreibprofilbreite ist. Die Lesekopfprofilbreite sollte mindestens gleich dem Datenblocküberlapp H-T/2 sein.
Insofern als der Servospur-Nachführungsalgorithmus der vorliegenden Erfindung in Firmware implementiert ist, die durch die Mikrosteuerung 24 ausgeführt wird, kann die Änderungsrate des Ergebniswerts entweder der Gleichung 1 oder der Gleichung 2 abhängig von der nachgefolgten speziellen Spur verwendet werden, um zu bestimmen, ob der Kopf über die Schwellenentfernung von 5/4T-H hinaus gedriftet ist. D.h., die Mikrosteuerung 24 ist gut angepaßt und kann leicht die Nichtlinearitäten im Ergebniswert der Gleichungen 1 und 2 einstellen.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 10a-e ist der Erzeugungsprozeß des kontinuierlichen Gray-Code-Bandes und des Quadratur- Servodatenblockmusters entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie Figur 10a zeigt, werden ein Gray- Code-Feld N&submin;&sub1; und ein Servodatenblock A beim ersten Passieren des Kopfes in Richtung einer Servo-Spurschreiber-Steuerung geschrieben. Der Lese- /Schreib-Kopf wird dann um 1/2 einer Spurbreite in Richtung auf den lnnendurchmesser der Platte versetzt, und ein Gray-Code-Feld N und ein Servodatenblockfeld B werden geschrieben. Das Gray-Code-Feld überschreibt einen Bereich des N&submin;&sub1;-Gray-Code-Feldes. Die Überlappungslöschung, die mit dem Schreiben des Gray-Code-Feldes N zusammenhängt, führt zu einer Lücke zwischen den N&submin;&sub1;- und N-Gray-Code-Feldern.
Wie Figur 10c zeigt, wird ein zweites Gray-Code-Feld N geschrieben, und zwar wieder um die Hälfte einer Spurbreite in Richtung des lnnendurchmessers der Platte versetzt. Das Servodatenblockfeld C wird, wie gezeigt, auch geschrieben. Das Servodatenblockmuster wird, wie in Figur 10d gezeigt, durch das Schreiben eines Gray-Code-Feldes in N&sbplus;&sub1; und das Servodatenblockteld D vervollständigt.
Das nächste Passieren des Kopfes liefert, wie Figur 10e zeigt, ein zweites N&sbplus;&sub1; Gray-Code-Feld, das teilweise das N&sbplus;&sub1; überlappt, das in Figur 10d vorgesehen ist. Dasselbe Passieren des Kopfes wird angewendet, um das nächste Servodatenblockteld A auch um eine halbe Spur von den in Figur 10d vorgesehenen Feldern versetzt zu liefern. Folglich kann das Vorsehen eines kontinuierlichen Gray-Code-Band es und von Quadratur- Servodatenblockfeldern der vorliegenden Erfindung durch ein fertiges Wiederholungsmuster für alle Sektoren und Spuren geschaffen werden.
Unter Bezugnahme auf Figur 11 ist dargestellt, wie leicht die vorliegende Erfindung für die Korrektur der Servospur-Schreiberfehler sorgt. Wie Figur 11a zeigt, sind die Servodatenblocktelder, die der Datenspurmittellinie T&sub0; zugeordnet sind, falsch geschrieben und zwar mit einem Versatz von der Spurmittellinie entfernt. Das Servodatenblockfeld B, das der Datenspurmittellinie T&sub2; zugeordnet ist, ist wegen des Auftretens eines Oberflächenfehlers an seiner Position falsch geschrieben worden.
Unter Bezugnahme auf Figur 11b kann das falsche Servodatenblockfeld C der Spur T&sub0; durch Spurnachführung ausschließlich auf den B- und D- Servodatenblockfedern der T&sub0;-Datenspur gelöscht werden, obwohl sie bei zwei aufeinanderfolgenden Durchgängen um eine Viertelspur in komplementären Richtungen versetz sind, um nur den Servodatenblock C komplett zu löschen. Auf ähnliche Weise kann das falsch geschriebene Servodatenblockfeld, das der T&sub2;-Datenspur zugeordnet ist, gelöscht werden. Da jedoch der physikalische Defekt eine direkte Korrektur des Servodatenblockfeldes B verhindert, werden zwei zusätzliche Löschdurchgänge durchgeführt, um das Servodatenblockfeld C zu löschen das der T&sub2;-Datenspur zugeordnet ist.
Bei einem einzigen Durchgang kann das Ersetzungs-Servodatenblockfeld C' an seinen geeigneten Ort hinsichtlich der Datenspur T&sub0; geschrieben werden, wie Figur 11c zeigt. Dementsprechend wäre dies andererseits eine permanente Quelle für Spurversatzfehler, die durch das Vorsehen des Servodatenblockes C' komplett korrigiert worden sind.
Der Servodatenblocktehler, der der Datenspur T&sub2; zugeordnet ist, kann jedoch nicht komplett korrigiert werden, obwohl das Vorhandensein eines beigeordneten Servodatenblockdefekts nicht verlangt, daß der gesamte Sektor als defekt bezeichnet wird. Vielmehr kann durch Entfernen des fehlerhaften Servodatenblocks B und seines Paar-Servodatenblocks C die vorliegende Erfindung einen geeigneten Grad an Spurnachfolgegenauigkeit aufrechterhalten, die einzig auf das Vorhandensein von Servodatenblöcken A und D gestützt ist. Der Verlust der B- und C-Servodatenblockfelder jedoch resultiert in einem Verlust des Spurnachfolgebereichs bei der betreffenden Spur und dem betreffenden Sektor.
Es wurde ein System und ein Verfahren zum Anwenden eines Quadratur- Servodatenblockmusters für ein eingebettetes Servospur-Nachführen und einen Quadratur-Algorithmus mit einer außerordentlich erhöhten einer Servospur nachfolgenden Sperrbereich beschrieben. Weiterhin erlaubt die Verwendung des Quadratur-Servodatenblockmusters in Verbindung mit einem kontinuierlichen Gray-Code-Band, das weiterhin in Verbindung mit einem zweiten Gray-Code-Band und einem Quad ratur-Servodatenblockmuster an einem Mittelsektor-Ort innerhalb jedes Datensektors verwendet wird, Plattenlaufwerksysteme mit einer sehr hohen Spurdichte für die Verwirklichung eines Hochleistungs-Plattenlaufwerksystems und eines Plattenlaufwerksystems mit hoher Kapazität zu betreiben.

Claims

1. Datenspeichermedium (12), mit einem Servomuster zum Bereitstellen von Servomformationen für die Positionierung eines Kopfes (20) hinsichtlich Datenspuren (22), die auf ihrer Oberfläche vorgesehen sind, wobei jede Datenspur (22) eine Folge von Datensektoren umfaßt, das Servomuster vier Servodatenblockfelder (A, B, C, D) aufweist, die in jedem Datensektor in einer Folge entlang der Länge jedes Datensektors angeordnet vorgesehen sind, jedes Paar von Servodatenblockfeldern in einem vorbestimmten Datensektor die Datenspur-Mittellinie (TCL) einer jeweiligen Datenspur als den Mittelpunkt eines gegenseitigen radialen Überlappens des Paares von Servodatenblockfeldern definiert, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Breite W eines Servodatenblockteldes zu der radialen Spurbreite T durch 0,5 T< W< =1,0T gegeben ist, wobei die Paare von Servodatenblockfeldern radial um W-(T/2) überlappen.

2. Datenspeichermedium nach Anspruch 1, wobei jedes der Servodatenblockfelder seine zwei radial am nächsten liegenden Servodatenblocktelder radial gleichförmig überlappt

3. Datenspeichermedium nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mittelpunkte jedes der vier Servodatenblockfelder (A, B, C, D) von den radial am nächsten gelegenen der vier Servodatenblockfelder um die Hälfte einer Datenspurbreite versetzt sind, und wobei die Mittellinie des zugeordneten Datensektors als eine Linie mit einem radialen Nettoversatz von Null von den Mittelpunkten der Servodatenblöcke definiert ist.

4. Plattenlaufwerk-Steuersystem, das anhand eingebetteter Servosteuerinformationen arbeitet und folgend es aufweist:

a) ein Datenspeichermedium (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3;

b) eine Stegliedeinrichtung (18), die auf ein Positionssteuersignal anspricht, um einen Kopf (20) hinsichtlich der Datenspuren (22) zu positionieren; und

c) eine Steuereinrichtung, die mit der Steligliedeinrichtung (18) verbunden ist, um die Positionierung des Kopfes (20) hinsichtlich der Datenspuren (22) zu steuern, wobei die Steuereinrichtung folgendes umfaßt: eine Einrichtung, die mit dem Kopf verbunden ist, um einen relativen Positionswert für jedes der Servodatenblocktelder eines Datensektors zu erhalten, eine Einrichtung, um einen Spurmittellinien-Versatz als die Differenz der Summen von Paaren der relativen Positionswerte zu bestimmen, und eine Einrichtung, die auf den Spurmittellinien- Versatzwert anspricht, um das Positions-Steuersignal an die Steigliedeinrichtung zu liefern.

5. System nach Anspruch 4, wobei der Kopf (20) eine Lesespannungsamplitude (V) erhält, die dem Gesamtanteil eines Servodatenblockfeldes entspricht, das er überquert, wobei die vier Servodatenblocktelder mit A, B, C bzw. D bezeichnet sind, und wobei der Kopf auf die vorbestimmte Datenspur-Mittellinie ausgerichtet ist, wenn (VA + VB) - (VC + VD) = 0 ist.