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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf eingebettete Servoplattenlaufwerke
und insbesondere auf ein Plattenlaufwerk, in dem eine Phasenverriegelungsschleife
auf eine Synchronität
mit eingebetteten Servofeldern in einer gegebenen Spur in einer Platte
phasenverriegelt ist und in einer Synchronität mit denselben beibehalten
wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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Ein
Plattenlaufwerk ist ein Gerät,
das Daten in konzentrischen Spuren auf einem sich drehenden Medium
speichern kann. In einer Winchester-Platte werden die Daten als
Magnetstrukturen oder magnetische Muster gespeichert. In einer optischen
Platte werden die Daten als Reflexionsvermögen-Strukturen oder -Muster
gespeichert. Die in diesem Patent offenbarte Erfindung ist nicht
spezifisch für
einen bestimmten Typ von Plattenlaufwerk, sondern findet vielmehr
Anwendung bei jeder Vorrichtung, bei der ein Abschnitt der Strukturen
auf dem sich drehenden Medium verwendet wird, um eine Positionsreferenz aufzubauen,
die verwendet wird, um die Ausrichtung der Wandlungsvorrichtung
(im folgenden "Kopf" genannt) zu den
Informationen tragenden Spuren zu beurteilen. Deshalb ist diese
Erfindung, obwohl diese Offenbarung die Terminologie von Winchester-Platten
beim Beschreiben dieser Erfindung verwendet, ebenso auf Disketten,
Bernoulli-Platten, optische Platten, usw. anwendbar.
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Die
Datenkapazität
eines Plattenlaufwerks kann erhöht
werden, wenn die konzentrischen Spuren näher zueinander bewegt werden
können.
Dies wiederum erfordert eine sehr genaue Positionierung des Wandlungskopfs.
Alle Hochleistungsplattenlaufwerke verwenden ein Geschlossene-Schleife-Positionsrückkopplungssystem
zur Steuerung des Orts der Köpfe.
Das Rückkopplungssignal,
das für
diese Servofunktion benötigt
wird, ist die Position des Aktivwandlers bezüglich der Mitte der Servo-Code-Spur. Ein
derartiges Signal kann aus dem Wiedergabesignal des Kopfs demoduliert
(extrahiert) werden, wenn derselbe auf die Servo-Code-Bereiche der
Platte trifft. Natürlich
müssen
diese Servo-Code-Bereiche gemeinsam mit anderen Bereichen vorliegen,
die die Daten des Benutzers halten. Die beiden weit verbreitetsten
Techniken, die es ermöglichen,
daß die
Servobereiche gemeinsam mit den Datenbereichen vorliegen, sind das "eingebettete" Servocode- (auch "Sektorservo" oder "Abtastservo" genannt) und das "zweckgebundene" Servocode-Format.
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Eine
zweckgebundene Servoimplementierung wird oft für ein Produkt ausgewählt, das
mehrere Platten in einem Plattenstapel umfaßt, wobei der Stapel an einer
gemeinsamen Spindel gedreht wird. Die gesamte Oberfläche einer
Platte in diesem Plattenstapel wird dann vollständig einer Servocode-Aufzeichnung übergeben,
d. h. zweckgebunden hierfür. Mit
dieser Anordnung wird ein kontinuierliches Positionssignal entwickelt.
Die erfaßte
Position ist der Ort des Servokopfs bezüglich seiner Spuren auf der zweckgebundenen
Platte und nicht der Ort des gegenwärtig aktiven Datenkopfs bezüglich seiner
Spuren auf einer bestimmten anderen Platte. Üblicherweise gibt es einen
mechanischen Fehler. Dieser mechanische Fehler wird in jeder neuen
Generation von Plattenlaufwerken wesentlicher, da die Spurdichte (Spuren
pro Radialeinheit Verschiebung) zunimmt.
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Diese
Erfindung ist für
zweckgebundene Servoarchitekturen nicht relevant. Es sollte jedoch angemerkt
werden, daß die
meisten zweckgebundenen Servodemodulatoren eine Phasenver riegelungsschleife
verwenden. Da der Servokopf immer ein servospezifisches Signal von
der zweckgebundenen Servooberfläche
empfängt,
empfängt
diese zweckgebundene Servo-Phasenverriegelungsschleife dauerhaft
ihr Servosignal und muß so
niemals "im Leerlauf
fahren". Dies unterscheidet
das zweckgebundene Servosystem von der hierin offenbarten eingebetteten
Servo-Phasenverriegelungsimplementierung.
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Es
gibt frühere
Verwendungen von PLLs in eingebetteten Servodemodulatoren. Diese
PLLs behalten jedoch keine Synchronisierung mit dem Wiedergabesignal
von einem Servofeld zu dem nächsten bei.
Statt dessen beginnt jedes Servofeld mit einem Konstantfrequenz-Sperrbereich,
der es der PLL erlaubt, sich selbst gegenüber dem Wiedergabesignal zu
synchronisieren, bevor mit der Demodulation des Rests des Servofeldes
fortgefahren wird. Dieser Typ früherer
Verwendung einer PLL mit einem eingebetteten Servoformat ist in
dem U.S.-Patent Nr. 5,136,439, übertragen
an Seagate, und in dem U.S.-Patent Nr. 4,669,004, übertragen
an Quantum, beschrieben.
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Ein
eingebetteter Servo verwendet ein Zeitmultiplexen, um sowohl die
Servo- als auch die Datenfunktion auf der gleichen Oberfläche unterzubringen.
Jede Spur ist in abwechselnde Bereiche unterteilt, die für Servo
oder Daten reserviert sind. Ein Schreiben von Informationen in die
Datenbereiche ist erlaubt, wohingegen die Servobereiche niemals überspielt
werden. Sie werden zu dem Zeitpunkt der Herstellung mit aufgezeichneten
Servocodestrukturen vorformatiert, die für die Wiedergewinnung eines Positionssignals
sorgen. Die Bewegung des Betätigungsgliedes
oder Wagens, der die Köpfe
trägt,
kann nun auf dem Positionsfehler des gegenwärtig aktiven Kopfs basieren.
Ein Nachteil an diesem Ansatz ist die Tatsache, daß diese
Positionsinformationen nicht dauerhaft verfügbar sind, sondern nur abgetastet werden
können,
wenn der Kopf jedes Servofeld schneidet. Die meisten gegenwärtigen Plattenlaufwerksimplementierungen
jedoch verwenden Digitalsignal-Verarbeitungschips, die bestenfalls nur
zeitdiskrete Operationen sowieso durchführen können. Deshalb kann, solange
die Abtastrate ausreichend für
die Anwendung ist, das System annehmbar funktionsfähig sein.
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Die
Servofelder sind ein Typ von Mehraufwand, der die Menge eines Plattenraums
reduziert, die zum Speichern der Daten des Benutzers verfügbar ist.
So ist die Effizienz ein grundlegender Gütefaktor jedes eingebetteten
Servosystems.
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Fast
alle eingebetteten Servoschemata (und in dieser Sache zweckgebundenen
Servoschemata), die gegenwärtig
in Verwendung sind, demodulieren ein Positionssignal von der Amplitude
des Wiedergabesignals, das durch den Kopf erzeugt wird, wenn derselbe
auf die vorformatierten Servofelder trifft. Die Magnetisierungsstrukturen
in diesen Servofeldern sind insbesondere entworfen, um diese Abbildung zwischen
Signalamplitude und (radialer) Position außerhalb der Spur zu ermöglichen.
Ein Ansatz verwendet z. B. einen "Zweiphasen"- (A-Phase, B-Phase) Servocode, bei
dem eine Konstantfrequenzstruktur mit "A" Übergängen (oder
Flußumkehrungen)
dauerhaft nur nach links von einer Datenspurmitte aufgezeichnet
wird. Unmittelbar folgend auf den A-Stoß (A burst) entlang der Spur
ist ein zweiter Stoß,
der B-Stoß (B
burst), von Übergängen. Dieser
B-Stoß ist identisch
zu dem A-Stoß,
mit der Ausnahme, daß er nur
nach rechts von der Spurmitte aufgezeichnet wird. Deshalb wird,
wenn der Wiedergabekopf durch dieses Servofeld gelangt, er zuerst
die A-Stoß-Struktur
und dann die B-Stoß-Struktur
aufgreifen. Wenn sich der Kopf genau auf der Spur befindet, weisen
die beiden Stöße identische
Amplituden auf, da der Kopf einen gleichen Abschnitt beider Strukturen
schneidet (überlagert).
Allgemeiner ist die Differenz zwischen den Amplituden der zwei Stöße eine
analoge Darstellung der Radialposition des Kopfs bezüglich der Spurmitte,
zumindest über
einer Radialspanne von etwa +/– einer
halben Spur.
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1 zeigt ein typisches eingebettetes
Servoformat des Stands der Technik, das diesen Typ von "Zweiphasen"-Servo format verwendet.
Dieses Servoformat ist der Gegenstand des U.S.-Patents Nr. 4,823,212
von Knowles u. a. Bei dieser bestimmten Implementierung des amplitudencodierten
eingebetteten Zweiphasen-Servoformats des Stands der Technik enthält jede
Wiederholung des Servofeldes ein AGC-Feld, eine Synchronisierungsmarkierung, eine
Gray-codierte Absolutspurzahl und dann das "A"-
und das "B"-Servofeld (die anderen
Felder aus 1 sind hier
nicht von Interesse). Der Zweck des A- und des B-Servofeldes besteht
darin, den Aufbau eines Feinpositionsfehlersignals zu erleichtern,
das die Verschiebung des Kopfs von der nächsten Spurmitte in Bruchteilen
einer Spur anzeigt. Der Zweck des Graycodierten Spurzahlfeldes ist
der Aufbau eines groben PES-Signals,
das eine absolute Verschiebung über
die gesamte Plattenoberfläche
in ganzzahligen Spuren anzeigt. Das grobe und das feine PES-Signal
können
kombiniert werden, um ein absolutes Positionssignal zu erzeugen,
das eine Bruchteilspurauflösung
aufweist, wobei ein dynamischer Bereich den gesamten Takt des Wagens
umfaßt.
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Der
Zweck der Synchronisierungsmarkierung besteht darin, es dem Demodulierungsschaltungsaufbau
zu ermöglichen,
die Servobereiche von den Datenbereichen zu unterscheiden. Die Erfassung
dieser Synchronisierungsmarkierung bewirkt, daß der Servodemodulierungsschaltungsaufbau
kurz eingeschaltet wird und die folgende Spurzahl von A- und B-Feld
erfaßt,
um das gegenwärtige
ganzzahlige und Bruchteils-PES-Signal zu erzeugen, die den Ort des
Kopfs darstellen. Eine zuverlässige
Erfassung dieser Synchronisierungsmarkierung ist deshalb sehr wichtig.
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Idealerweise
wäre die
Synchronisierungsmarkierung anders als jede andere Struktur, die
an anderer Stelle auf der Platte vorliegen könnte. Dies impliziert im allgemeinen,
daß die
Synchronisierungsmarkierung einen weiten Zwischenraum enthalten
sollte, da die Datenbereiche einen lauflängeneingeschränkten Code
verwenden, der die maximale Zwischenraumlänge einschränkt, die dort vorliegen kann
(es wird angemerkt, daß ein "Zwischenraum" als jeder Bereich
mit konstanter Magnetisierung definiert ist, der deshalb keinen
Rücklesepuls
in einem Induktivkopf erzeugt). Leider enthält die Peripherie jeder Spur
unvorhersehbare Magnetisierungsstrukturen aufgrund eines unvollständigen Löschens alter Daten
und aufgrund der Tatsache, daß benachbarte Spuren
nicht kohärent
beschrieben sind (zumindest nicht in den Datenbereichen). Dies bedeutet,
daß es tatsächlich keine
Struktur gibt, die für
die Servosynchronisierungsmarkierung ausgewählt werden kann, die ausschließt, daß diese
Struktur unbeabsichtigt in einem Datenbereich erfaßt wird.
Dies verkompliziert die Aufgabe dessen, in der Lage zu sein, zuverlässig die
Synchronisierungsmarkierung mit dem Kopf bei jeder beliebigen radialen
Position zu erfassen.
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Deshalb
ist es Standardpraxis bei eingebetteten Servodemodulatoren des Stands
der Technik, die Suche nach der Synchronisierungsmarkierung auf
die allgemeine Umgebung einzuschränken, in der dieselbe zu finden
sein sollte. Dies wird im allgemeinen durch ein Initialisieren eines
Zählers
nach der erfolgreichen Erfassung jeder Synchronisierungsmarkierung
implementiert. Ein vorbestimmter Zählwert dieses Zählers markiert
dann die bevorstehende Ankunft der nächsten Synchronisierungsmarkierung. Dieser
Zähler
wird von einer Quelle getaktet, wie z. B. einer Frequenzreferenz
auf Kristallbasis, die nicht synchron zu der Platte ist. Es wird
angemerkt, daß die
Plattengeschwindigkeit, obwohl sie üblicherweise auf innerhalb
+/–0,5%
geregelt wird, ein bestimmtes Umherwandern aufweist. Da die synchron
getaktete Zählerschaltung
sich dieses Umherwanderns nicht bewußt ist, kann sie nur einen "Allgemeine-Umgebung"-Typ von Anzeige
für die
Ankunft der nächsten Synchronisierungsmarkierung
bereitstellen. Wenn dieses Allgemeine-Umgebung-Signal abgefeuert wird,
beginnt eine weitere Logik mit einem Analysieren des Rücklesesignals
und sieht nach dem spezifischen Merkmal, das als die Synchronisierungsmarkierung
fungiert. Wenn diese Synchronisierungsmarkierung innerhalb des Zählwertsensors
erfaßt
wird, werden verschiedene Torsteuerungs signale als nächstes erzeugt,
um das Gray-codierte Spurzahlfeld und das A- und das B-Typ-Servofeld
zu demodulieren.
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Es
wird angemerkt, daß diese
Architektur die Genauigkeit aller Fenster (Torsteuerungssignale)
auf einen Zählwert
der asynchronen Referenzfrequenz einschränkt. Dies bedeutet, daß, selbst
nachdem die Synchronisierungsmarkierung erfaßt wurde, ihr wahrer Ort nur
innerhalb eines Zählwerts
des Kristalltaktzählers
bekannt ist. Folglich können
die Fenster für den
Spurzahldecodierer und den Fein-PES-Demodulator nicht besser als
einen Zählwert
des Kristalltaktes mit dem Rücklesesignal
ausgerichtet sein. Dies bedeutet, daß die Magnetisierungsdichte
(Flußumkehrungen
pro Zoll), die für
diese Felder ausgewählt ist,
oft durch diesen asynchronen Taktzähler eingeschränkt wird.
Diese Bereiche könnten
einfach durch ein Beschreiben derselben mit einer höheren Dichte, wenn
ein synchroner (und phasenausgerichteter) Takt verfügbar wäre, um dieselben
zu demodulieren, verkleinert werden.
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Um
das Gray-codierte Spurzahl- und das A- und das B-Fein-Servofeld ordnungsgemäß zu demodulieren,
ist es üblicherweise
erforderlich, daß die Wiedergabesignalamplitude
innerhalb bestimmter Grenzen ist. Dies wird durch eine herkömmliche
automatische Gewinnsteuerungs- (AGC-) Schaltung erzielt, die in
einem RGC-Feld aktiviert wird. Dieses AGC-Feld hält üblicherweise eine Konstantfrequenzstruktur.
Es ist bei 1 anzufügen, daß das AGC-Feld
so lange wie die Summe des Grob-PES-Feldes (der Gray-codierten Spurzahl)
und des Fein-PES-Feldes (des A- und des B-Typ-Feldes) ist. Diese
Größe wird
oftmals durch die Dynamik der AGC-Schaltung selbst (d. h. durch
die Zeit, die für
die AGC-Schaltung benötigt
wird, um zu einem neuen Betriebspunkt zu schwenken und sich bei
demselben einzustellen) nicht benötigt, sondern vielmehr durch den
Bedarf, die Synchronisierungsmarkierungen in einer ausreichenden
Entfernung von den Datenbereichen des Benutzers zu halten. Dies
ist nötig,
um zu garantieren, daß die
Synchronisierungsmarkierung niemals unbeabsichtigt innerhalb des
Datenbereichs erfaßt
wird. Bis zu der Zeit, zu der der asynchrone Zähler die "allgemeine Umgebung" der nächsten Synchronisierungsmarkierung
anzeigt, ist der Kopf sicher innerhalb dieses großen AGC-Feldes,
das nicht als die Synchronisierungsmarkierung fehlinterpretiert
werden kann. Dies ist so, da im Gegensatz zu den Datenbereichen
das AGC-Feld kohärent über alle
Spuren beschrieben wird; dies bedeutet, daß benachbarte Übergänge von
angrenzenden Spuren als ein überlegtes
Ergebnis des Servoschreibprozesses, der bei der Herstellung angewendet
wird, miteinander abgeglichen blieben. Den benachbarten Übergängen in
Datenbereichen kann nicht vertraut werden, jeden Typ von Kohärentstruktur
beizubehalten, da die relative Zeitgebung zwischen angrenzenden Spuren
zufällig
ist.
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Als
Zusammenfassung des herkömmlichen eingebetteten
Servos des Stands der Technik gilt: Die Verwendung einer asynchronen
Taktquelle zum Markieren der bevorstehenden Ankunft der nächsten Synchronisierungsmarkierung
und zur Erzeugung der verschiedenen Fenster, die die Komponenten des
Servofeldes trennen, hat zu einem unnötig großen Servofeld geführt. Die
Dichte einer Aufzeichnung pro Zoll Spur ist geringer, als zur Unterstützung des Kopfs
notwendig ist und das AGC-Feld ist länger, als durch die AGC-Schaltung
erforderlich ist. Eine wünschenswertere
Architektur würde
es schaffen, das Fein- und das Grob-PES-Signal aus einer kleineren Menge
nutzbarer Plattenfläche
wiederzugewinnen. Ferner kann in eingebetteten Servoimplementierungen
des Stands der Technik das Übersprechsignal von
einer angrenzenden Spur jede relative Phase bezüglich des Signals auf der Spur
in den Datenbereichen anzeigen.
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Die
US-A-5,146,183 beschreibt eine Phasenverriegelungsschleife für ein Sektorservosystem. Ein
Servo-Phasenverriegelungsschleife-Oszillator liefert die Steuerungszeitgebungsfunktion
des Servos. Zu Beginn ist der Phasenverriegelungsschleife-Oszillator
frequenzmäßig auf
eine Frequenzre ferenz verriegelt, die von einem Zähler/Zeitgeber
in einem Digitalsignalprozessor erhalten wird, der zur Steuerung
des Servosystems verwendet wird. Nach der Erfassung der nominellen
Betriebsfrequenz wird bewirkt, daß der Phasenverriegelungsschleife-Oszillator
wiederum verriegelt, um Zeichenmarkierungen abzugrenzen und einzurahmen,
die aus den Digitalinformationen hergeleitet werden, die in den
Servostoß codiert
sind.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes
Plattenlaufwerk zu schaffen, das ein neues eingebettetes Servosystem aufweist,
das den der Servofunktion zugeordneten Mehraufwand minimiert.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Plattenlaufwerk gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Diese
Erfindung offenbart ein neues eingebettetes Servosystem, das eine
Technik ausführt,
die den der Servofunktion zugeordneten Mehraufwand minimiert. Durch
ein Minimieren des Mehraufwandes wird die Nutzkapazität der Speichervorrichtung
maximiert. Dies wird durch eine neue Servodemodulationsarchitektur
und -implementierung erzielt, die eine neuartige abgetastete PLL
verwenden, die eine Reduzierung der Größe der Servobereiche erlaubt
und so die Größe der Datenbereiche
erhöht.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Mehraufwand
eines eingebetteten Servoformats zu reduzieren; d. h. den Bereich
der Felder zu reduzieren, aus denen das Servosignal hergeleitet
wird. Es ist klar, daß eine
Phasenverriegelungsschleife, die im Leerlauf durch alle Datenbereiche
fährt und
dennoch eine korrekte Synchronisierung mit den Servobereichen beibehält, eine
Reduzierung der Größe, d. h.
der Länge,
dieser Servobereiche ermöglicht.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Fähigkeit
zu schaffen, Drehstörungen
zu erfas sen, die die scheinbare Spindelgeschwindigkeit unterbrechen,
und die bewirken können,
daß sich
der Kopf radial außerhalb
der Spur bewegt. Diese Erfassungsfähigkeit wird durch das Vorliegen
einer Servo-Phasenverriegelungsschleife erleichtert, die die meiste
Zeit damit verbringt, im Leerlauf zu fahren, die dennoch synchron
zu den Sektoren der sich drehenden Platte bleibt.
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Das
Wiedergabesignal von dem Kopf in dem Lesekanal eines Plattenlaufwerks
weist einen wichtigen Unterschied von anderen Typen von Kommunikationskanälen auf:
das empfangene Signal ist tatsächlich
periodisch zu einer Periode einer Plattenumdrehung (unter der Annahme
keiner störenden Schreibvorgänge oder
Radialbewegung durch den Kopf). Dies folgt aus der Tatsache, daß die Magnetflußstrukturen
auf das sich drehende Medium geschrieben (in dasselbe verriegelt)
werden. Nun werden die verschiedenen Mechanismen betrachtet, die die
perfekte Periodizität
dieses Wiedergabesignals stören
können.
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Der
erste derartige Mechanismus ist eine Störung der Spindelgeschwindigkeit.
Solange das Laufwerksgehäuse
feststehend gehalten wird, ist die Spindelgeschwindigkeit gut zu
regeln, da sie durch sowohl eine elektronische Spindelgeschwindigkeitssteuerung
als auch durch die Physik einer sich drehenden Trägheit, d.
h. die Trägheit
einer sich derhenden Masse (des Plattenstapels) eingeschränkt ist. Wenn
das Gehäuse
einen Stoß oder
eine Vibration erfährt,
der/die zu einer Gehäusedrehung
führt,
wird die Zeitgebung des Wiedergabesignals von dem Kopf mit einer
Dynamik gestört,
die derjenigen bei dem ausgeübten
Stoß oder
der Schwingung ähnelt. Zum
Glück treten
diese Störungen
bei niedrigen Frequenzen im allgemeinen in der Umgebung der Spindel-Einmal-Herum-Frequenz auf.
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Ein
zweiter Mechanismus, der die Zeitgebung eines Wiedergabesignals
stören
kann, ist eine Umfangsbewegung (entlang der Spur) durch den Kopf
relativ zu dem Laufwerksgehäuse.
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Das
Servosystem hält
den Betätigungsgliedarm
in einem radialen Sinn (über
die Spur) feststehend. Die Primärquelle
einer Umfangsbewegung ist ein mechanisches Flattern bei der Kopfaufhängung. Dieses
Flattern tritt bei der Resonanzfrequenz der Aufhängung (üblicherweise in dem kHz-Bereich)
auf, jedoch zum Glück
mit niedriger Amplitude. Dies gilt insbesondere, wenn der Kopf die
Industriestandard-"Reihen"-Aufhängung
beinhaltet, die die "starke" Achse der Kopfaufhängung in
die Entlang-der-Spur-Richtung gibt. Das Wiedergabesignal ist periodisch,
wenn auch möglicherweise
mit Niederfrequenzstörungen.
Im Gegensatz zu Servoimplementierungen des Stands der Technik, bei
denen der Digitalzähler
asynchron getaktet ist und in jedem erfaßten eingebetteten Servofeld
initialisiert werden muß,
liefert eine Phasenverriegelungsschleife eine kontinuierlich variable
Frequenz, die exakt mit der Zeit zwischen zwei Servofeldern übereinstimmt.
Solange diese PLL dem Zeitgebungszittern und – umherwandern des Wiedergabesignals
folgt, sagt sie so die Ankunft des nächsten Servofeldes auf innerhalb eines
kleinen Bruchteils eines Zyklus ihres spannungsgesteuerten Oszillators
(VCO) vorher. Eine PLL, die eine Synchronität mit der sich drehenden Platte
beibehält,
sagt präzise
die Grenze zwischen dem Datenbereich und dem Servofeld voraus. Neben einem
Voraussagen der Ankunft des nächsten
Servofeldes liefert diese PLL außerdem einen Takt, der während des
Servofeldes synchron zu dem Wiedergabesignal ist. Dieses Synchrontaktmerkmal
ermöglicht
eine Reduzierung der Größe vieler
der Komponenten des eingebetteten Servofeldes.
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Bei
dieser Erfindung fährt
die Servo-PLL im Leerlauf durch Datenfelder zwischen Servofeldern und
ist bereits zu Beginn jedes eingebetteten Servofeldes korrekt synchronisiert.
So muß nicht
jedes Servofeld ein PLL-Sperr-Feld wie bei dem Stand der Technik
umfassen. Ein Sperrfeld ist unerwünscht, da es noch mehr Mehraufwand
darstellt. Dieser neue Typ von im Leerlauf fahrender PLL wird zu
Beginn in einem Sperrfeld synchronisiert, das nur einmal pro Umdrehung
pro Spur in jeder Spur vorliegt. Ihre Synchronisierung wird während des Rests
der Plattenumdrehung durch eine Rückkopplungsschleife beibehalten,
die nur während
der eingebetteten Servofelder aktiv ist. Wie dies zu sehen ist,
wird die notwendige Zeitgebungskorrektur aus den vorher vorliegenden
Komponenten des Servofeldes hergeleitet, wobei so keine neue "Zeitgebungsreferenz"-Komponente hinzugefügt werden
muß. Jedes
einzelne Servofeld weist ausreichend Zeitgebungsreferenz"Material" auf, um die Synchronisierung
der PLL in ihrer Einmal-Herum-Initialisierung beizubehalten, jedoch nicht
ausreichend viel, um die Synchronisierung der PLL zu initialisieren.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn dieselbe in Verbindung
mit den Zeichnungen und den angefügten Ansprüchen gelesen wird, ersichtlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 stellt ein amplitudencodiertes,
eingebettetes Zweiphasen-Servoformat des U.S.-Patents Nr. 4,823,212
von Knowles u. a. dar.
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2 zeigt ein Plattenlaufwerk,
das ein Plattenformat aufweist, das das Einmal-Herum-Phasenverriegelungsschleife-Sperrfeld
gemäß dieser
Erfindung ausführt.
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3 stellt schematisch ein
Plattenlaufwerksystem dar, das eine Servo- und eine Datenverarbeitungsfunktion
gemäß dieser
Erfindung ausführt.
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4 gibt Details über eine
Phasenverriegelungsschleife des in 3 verwendeten
Typs.
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5A stellt die Beziehung
der Platte 7 zu dem Zähler
C1 dar.
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5B zeigt die Beziehung des
Leerlaufsignals zu dem Zähler
C1.
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6 zeigt die "phasencodierten" Winkelmustertypen
eines Formats, das in dem U.S.-Patent Nr. 4,549,232 offenbart ist.
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7 zeigt, wie ein Fein-PES-Signal
aus dem Beschleunigungs- und einem Verlangsamungssignal der PLL
demoduliert werden kann, die ansprechend auf ein phasencodiertes,
eingebettetes Winkelmustertyp-Servofeld
erzeugt werden.
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8 zeigt den gleichen Demodulationsprozeß wie in 7, wobei nun jedoch angenommen wird,
daß die
PLL einen leichten Synchronisierungsfehler während des bestimmten dargestellten
Servofeldes aufwies.
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9 zeigt eine andere Implementierung
eines phasencodierten Winkelmusterformats, das hierin anwendbar
ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Während diese
Erfindung mit einem eingebetteten Zweiphasenservo des Typs aus 1 praktiziert werden kann,
ist eine bevorzugte Implementierung des neuen eingebetteten Servo-Vorformats in 2 gezeigt. Es wird das Vorliegen
eines speziellen Initialisierungs-Konstantfrequenzfeldes 7c,
das sich ein einziges Mal auf jeder Datenspur befindet, angemerkt.
Im Gegensatz dazu wird das Servofeld 7s viele Male auf
jeder Datenspur wiederholt. Das "Einmal-Herum"-Konstantfrequenzfeld 7c wird
verwendet, um die Servo-PLL auf die korrekte Frequenz zu verriegeln.
Bis zu der Zeit, zu der der Magnetkopf 5b2 dieses Feld 7c verläßt, läuft die PLL
bei einem bestimmten genauen Vielfachen der Platten-Einmal-Herum-Frequenz.
Zwischen den anderen Servofeldern 7s befinden sich die
Datenbereiche 7d. Das Wiedergabesignal von dem Kopf, der
sich über
einen Datenbereich bewegt, könnte
vorstellbar verwendet werden, um die Servo-PLL in Verriegelung mit
der Platte zu halten. Während
einer Schreiboperation jedoch muß die Servo-PLL in der Lage
sein, eine Verriegelung ohne derartige Hilfe von den Datenbereichen 7d beizubehalten.
Deshalb wird bei dieser Implementierung der Erfindung das Wiedergabesignal
in allen Datenbereichen ignoriert. Statt dessen fährt die Servo-PLL
einfach im Leerlauf durch alle Datenbereiche. Dies bedeutet, daß die Servo-PLL
eine zeitdiskrete Rückkopplungsschleife
mit einer Abtastrate ist, die gleich der Ankunftsrate der Servofelder 7s ist. Diese
Servo-PLL erhält
eine einzelne schnelle Frequenzaktualisierung, wenn sie durch jedes
Servofeld 7s läuft.
Diese Aktualisierung (oder Abtastung) muß ausreichend sein, um die
PLL korrekt auf die tatsächliche
Plattengeschwindigkeit verriegelt zu halten (noch geeigneter auf
das Wiedergabesignal, das durch den Aktivkopf 5b2 in den
Servofeldern erzeugt wird).
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Nach
jedem befohlenen Schalten zu einem neuen Kopf 5b2 auf einer
neuen Plattenoberfläche
ist es notwendig zu warten, bis das Einmal-Herum-PLL-Sperrfeld durch
den Kopf 5b2 erfaßt
wird, bevor die Servo-PLL ordnungsgemäß synchronisiert werden kann,
um eine Demodulation zu ermöglichen. Dieser
Zeitnachteil kann jedoch minimiert werden, indem das Spurformat
derart angeordnet wird, daß diese
Einmal-Herum-Sperrfelder 7c sich
an dem wahrscheinlichsten Punkt für ein derartiges Kopfschalten befinden;
d. h. an dem Punkt, an dem die Daten des Kopfs (n) erschöpft sind
und das Schalten zu einem Kopf (n + 1) normalerweise auftreten würde.
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Um
den durch das eingebettete Servoformat dargestellten Mehraufwand
zu minimieren, ist es notwendig, die Anzahl von Servofeldern auf
dem Minimum zu halten, das gerade ausreichend ist, um die tatsächliche
Dynamik der relativen mecha nischen Bewegung zwischen dem Kopf 5b2 und
seiner Spur zu erfassen. Dies bedeutet, daß die Servo-PLL mit der minimalen
Anzahl von Abtastungen pro Umdrehung überleben (eine Verriegelung
beibehalten) muß.
Unter einer bestimmten minimalen Anzahl von Abtastungen pro Umdrehung
verliert die Servo-PLL eine Verriegelung mit der Platte. Diese erforderliche Anzahl
hängt von
der Qualität
des Spindelgeschwindigkeitsreglers, dem Vorliegen äußerer Störungen, wie
z. B. Stoß und
Schwingung, der VCO-Frequenz, dem Zeitgebungszittern, das aus der
Kopfaufhängung
entsteht, der Qualität
des Servoschreibprozesses und dem Zittern und Driften, die der PLL
selbst inhärent
sind, ab.
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Ein
weiterer neuartiger Aspekt dieser Erfindung ist das Konzept, einzelne
Felder innerhalb der vollständigen
Servomarkierung zu mehreren Zwecken zu verwenden. Durch "Verdopplungs"-Aufgaben ist es
möglich,
die Größe des Servofeldes
weiter zu verkleinern und so den Mehraufwand, den dasselbe darstellt,
zu reduzieren. Ein erstes Beispiel dessen, wie das Vorliegen einer
PLL in dem Servodemodulator diesen Typ von Raumeinsparung ermöglicht, ist
Bezug nehmend auf ein amplitudencodiertes Zweiphasenformat dargestellt,
wie in 1 zu sehen ist.
Die Implementierung des Stands der Technik erforderte eine unterschiedliche
Synchronisierungsmarkierung zur Markierung des Beginns des Servofeldes
und zur Initialisierung einer Zeitgebung, um die Ankunft des nächsten Servofeldes
vorherzusagen. Durch Hinzufügen
einer PLL zu dem Servodemodulator kann diese Synchronisierungsmarkierung
beseitigt werden. Eine eindeutige Zeitgebungsmarkierung wird nicht
mehr benötigt,
da der Beginn des nächsten
Servofeldes nun einfach durch ein Zählen ganzzahliger Zyklen des
VCO-Taktes, der durch die Servco-PLL erzeugt wird, identifiziert
werden kann. Eine Verifizierung, daß die PLL noch korrekt verriegelt
(und so korrekt mit dem Servofeld ausgerichtet) ist, wird durch
ein Prüfen
nach einer bestimmten Code- oder Formatbeschränkung innerhalb entweder des
Gray-codierten Spurzahlfelds oder der Fein-PES-Felder erzielt.
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Eine
Implementierung des Stands der Technik des Graycodierten harten
Spurzahlfeldes z. B. kommt aus dem IBM Technical Disclosure Bulletin von
Pennington mit dem Titel "Dicell
Gray Coding of Disk File Track Addresses" (Zweizellen-Gray-Codierung von Plattendateispuradressen)
(Band 25, Nr. 2, 7/82, S. 776–777).
Bei dieser Implementierung wird jedes Bit der Spurzahl in einer
Zelle dargestellt, die drei Teile enthält. Das erste Drittel jeder
Zelle hält
einen Rücklesepuls
zu Zeitgebungszwecken (dies wird der "Takt"-Puls genannt). Wenn
das entsprechende Spurzahlbit eine 1 ist, tritt der nächste Rücklesepuls in
dem mittleren Drittel der gleichen Zelle auf. Wenn das Spurzahlbit
eine 0 ist, tritt der nächste
Rücklesepuls
in dem letzten Drittel der Zelle auf. Um das neue Servo-PLL-Konzept
mit diesem Gray-Codierungsschema des Stands der Technik zu verwenden,
wird der VCO der Servo-PLL als "immer
da" verriegelt, wobei
Taktpulse mit der erwarteten Ausrichtung mit dem VCO auftreten.
Falls dies der Fall ist, ist die PLL seit dem vorherigen Servofeld
verriegelt geblieben und hat so das neue Servofeld ordnungsgemäß abgegrenzt.
Es wird angemerkt, daß bei
dieser Implementierung ein Verlust einer Verriegelung nicht erfaßbar ist,
wenn der VCO um 3, 6, 9, usw. Zyklen in einer Richtung gerutscht
ist. Glücklicherweise bräuchte es
eine sehr energiegeladene Störung,
um eine Zeitgebungsverschiebung dieser Größe während der Zeitspanne zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Servofeldern zu erzeugen. Wenn dieser
Typ von Störung
möglich
wäre, könnten weitere
Codebeschränkungen
auf das Gray-codierte Spurzahlfeld (oder Fein-PES-Felder) auferlegt
werden, um selbst größere Zyklusgleiterscheinungen
zu erfassen. Dies stellt dar, wie die Servo-PLL zuverlässig das
Servofeld selbst ohne Vorliegen einer klaren Synchronisierungsmarkierung
abgrenzen kann.
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Ein
weiteres Beispiel des "Dualverwendungs"-Konzepts ist die
Tatsache, daß es
die Servo-PLL nicht erforderlich macht, ein neues Merkmal (oder
eine Zone) zu den eingebet teten Servofeldern zu dem Zweck eines
Bereitstellens seiner Zeitreferenz hinzuzufügen. Die Zeitgebungsaktualisierung für die Servo-PLL
(d. h. die "Beschleunigungs"- oder "Verlangsamungs"-Korrektur) kann
aus den Komponenten hergeleitet werden, die bereits in dem Servofeld
vorliegen. Bei dem Gray-codierten Pennington-Spurzahl-Schema z.
B. kann ein Vertrauen auf der Tatsache basieren, daß der Pulsdetektor
(der die Spitzen des analogen Rücklesesignalverlaufs
erfaßt) immer
zwei Pulse pro Bit der Spurzahl erfaßt. So kann dieses Spurzahlfeld
ein ausreichendes Referenzsignal bereitstellen, das nützlich zur
Erzeugung der Beschleunigungs- oder Verlangsamungs-Zeitgebungskorrektur
der PLL ist. Mit dieser Implementierung könnte der Servo-PLL an jeder
Stelle außer während des
Gray-codierten Spurzahlfeldes befohlen werden, im Leerlauf zu fahren
(d. h. das Rücklesesignal
zu ignorieren).
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Eine
weitere Alternative besteht darin, das A- und das B-Fein-PES-Feld zu
verwenden, um die Synchronisierung der Servo-PLL zu aktualisieren.
Es wird angemerkt, daß,
wenn der Kopf in der Spurmitte ist, sowohl das A- als auch das B-Feld
erfaßt
werden und die PLL ihre Frequenz basierend auf einem Vergleich mit
beiden Feldern korrigieren kann. Für jede radiale Verschiebung
durch den Kopf wird zumindest eines dieser beiden Felder erfaßt und kann
dennoch als die Referenz der PLL fungieren. Dieser Ansatz funktioniert
mit den "Vierphasen"-Amplitudencodierungs-Formaten
des Stands der Technik noch besser, die ein A-, ein B-, ein C- und
ein D-Feld aufweisen. Mit einem Vierphasenformat werden zumindest zwei
und üblicherweise
drei der vier Felder durch den Kopf bei jedem Radialversatz erfaßt. Wenn
die Anzahl von Rücklesepulsen,
die die PLL beobachten darf, variiert, variiert der Schleifengewinn
der PLL; innerhalb von Grenzen stört dies jedoch nicht die Synchronisierung
der PLL. Eine PLL weist eine nette Freilauf- oder "Trägheits"-Eigenschaft auf,
die es derselben erlaubt, die geeignete Frequenz unabhängig von
exakt dem Zeitpunkt beizubehalten, zu dem sie einen Stoß des Referenzsignals
empfängt,
oder davon, wie viele Pulse sich in diesem Stoß befinden.
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So
wurde gezeigt, daß das
Vorliegen einer PLL in dem Servodemodulator eine Reduzierung der Größe vieler
der Komponenten des eingebetteten Servofeldes erlaubt und dennoch
keine neuen eigenen Komponenten erfordert. Dies liefert die Effizienz dieser
neuen Technik. Insbesondere besteht eine nette symbiotische Beziehung
zwischen den Anforderungen nach dem groben und dem feinen PES-Signal
und den Anforderungen für
die abgetastete PLL: die gleichen magnetisierten Strukturen können beide Funktionen
erfüllen.
Diese "Dualverwendungs"-Technik funktioniert noch besser mit
einem phasencodierten Servoformat. Soweit wurden nur amplitudencodierte
Formate betrachtet, bei denen das Fein-PES-Signal aus der Amplitude
des Wiedergabesignals in dem A- und dem B-Feld hergeleitet wird (unter
Annahme eines Zweiphasenformats). IBM hat jedoch einen interessanten
phasencodierten Ansatz in dem U.S.-Patent Nr. 4,549,232, erteilt
an Axmear & Collins,
Axmear u. a. und IBM zugewiesen, ausgetestet. Axmear u. a. offenbaren
eine Technik, die ein Positionssignal von der Phase des Wiedergabesignals
anstelle von dessen Amplitude demoduliert. Der Schlüssel für diese
Technik besteht darin, winkelmusterförmige Magnetisierungsstrukturen
als das voraufgezeichnete Servoformat zu verwenden. Dies ist hierin
in 6 dargestellt, die
aus 4 von Axmear u.
a. übernommen
ist. Bei dieser Darstellung wird eine Polarität einer Magnetisierung durch
die Schattierung dargestellt und die andere Polarität einer
Magnetisierung durch das Fehlen einer Schattierung. Es wird angemerkt,
daß unabhängig von
der Radialverschiebung des Kopfes immer auf eine konsistente Breite
jedes magnetisierten Bereichs getroffen wird. So ist die Wiedergabesignalamplitude
keine Funktion der Radialposition des Kopf. Die Zeitgebung der Rücklesegröße hängt jedoch
von der Radialposition des Kopfs ab. So kann jede Demodulationstechnik,
die diesen Typ von Zeitbeziehung (oder "Phase") erfassen kann, die Position des Kopfs
dann nahelegen.
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Da
die Signalamplitude in diesen Winkelmuster-Feldern unabhängig von
der Radialverschiebung des Kopfs ist, können diese Felder auch die
Referenz für
die AGC-Funktion liefern. Dies ist ein weiteres Beispiel des "Dualverwendungs"-Prinzips.
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Axmear
u. a. offenbaren, daß die
geneigten Übergänge, die
für dieses
Schema notwendig sind, durch ein Verwenden einer "Stufe-und-Verzögerung"-Technik formatiert
werden können.
Es wird der Prozeß eines
Schreibens eines einzelnen geneigten Übergangs betrachtet. Eine einzelne
Flußumkehrung wird
zuerst zu einer bestimmten zufälligen
Zeit mit dem Kopf bei einer bestimmten Radialposition geschrieben.
Dann wird der Kopf radial um einen Bruchteil einer Spur gestuft
und dieser gleiche Übergang wird
dann während
einer nachfolgenden Plattenumdrehung erneut geschrieben, jedoch
mit einer sehr kleinen Zeitverzögerung.
Der zweite Schreibschritt löscht
einen Teil der Magnetisierungsstruktur, die in dem vorherigen Schritt
gebildet wurde. Wenn dieser Prozeß fortgeführt wird, wird ein Treppenstufentyp von
Magnetisierungsstruktur erzeugt. Die physischen Abmessungen des
Kopfs vermeiden, daß er
die feinkörnige
Natur der Treppenstufe unterscheidet. Statt dessen integriert der
Kopf einige der Stufen miteinander und erzeugt so einen einzelnen
Puls, der sich in der Zeit (oder Phase) basierend auf der Radialposition
des Kopfs bewegt. Diese Treppenstufen sind in 6 gezeigt, jedoch in den verbleibenden
Figuren weggelassen (ausgeglättet).
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Axmear
u. a. betonen, daß ihr
Demodulationsprozeß keinen
synchronen Takt verwendet. Dies bedeutet, daß das Positionssignal aus dem
Rücklesesignal
wiedergewonnen wird, das durch die geneigten Übergänge erzeugt wird, und zwar
ohne die Verwendung eines Taktes, der synchron zu diesen geneigten Übergängen ist.
Die Demodulationstechnik, die Axmear u. a. offenbaren, verwendet
ein asynchrones Taktsignal, ein "Referenztaktsignal", das durch einen
Kristalloszillator erzeugt wird. Indem die Frequenz dieses "Referenztakts" gleich der nominellen
Frequenz des Rücklesesignalverlaufs
ist, können bestimmte
Demodulationsfehler minimiert werden. Dieser Referenztakt besitzt
jedoch keine bestimmte Phasenbeziehung zu dem Rücklesesignalverlauf. Die willkürliche Phase
dieses Referenztaktes kürzt sich
aus der Messung heraus, da das Positionssignal aus der folgenden
Differenzberechnung demoduliert wird: (Positionsfehler)
= (bestimmte Konstante)*[(Phase des A-Feldes bezüglich des Referenztaktes) – (Phase
des B-Feldes bezüglich
des Referenztaktes)]wobei sich "A-Feld" auf die linke Hälfte einer Winkelmusterstruktur
bezieht und "B-Feld" auf die entsprechende
rechte Hälfte.
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Während Axmear
u. a. insbesondere die Verwendung einer PLL in dem Demodulator zurückweisen,
wird hierin gelehrt, daß das
Vorliegen einer PLL zahlreiche Vorteile gegenüber der Technik von Axmear
u. a. und weiteren Techniken des Stands der Technik liefert. Hauptsächlich erlaubt
das Vorliegen des synchronen Taktes aus der Servo-PLL, daß die Servofelder
verkleinert werden können,
was dann eine zusätzliche
Datenkapazität
ermöglicht.
Das Vorliegen einer PLL in dem Servodemodulator erlaubt es z. B.,
daß dieser
Typ von Winkelmuster-Magnetisierungsstruktur zwei sehr unterschiedlichen
Zwecken dient: als Zeitgebungsreferenz für die PLL und als Positionsreferenz
für den
Kopf. Der Mehraufwand des eingebetteten Servoformates kann durch
ein Verwenden des gleichen magnetisierten Bereichs für beide
Funktionen minimiert werden. Diese Dualanwendung des geneigten Übergangs
wird durch Axmear u. a. nicht gelehrt. Tatsächlich zeigen die Zeichnungen
für jedes
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
von Axmear u. a. ein "Takt"-Feld, das verwendet
wird, um eine Zeitgebungsreferenz bereitzustellen, wobei angegeben
wird, daß "A useful system for sector
(embedded) servo would also include a clock field for recognizing
the start of the servo fields ..." (ein nützliches System für einen
(eingebetteten) Sektorservo ebenso ein Taktfeld zum Erkennen des
Beginns der Servofelder umfassen würde ...). Die neuartige Anwendung
hierin einer PLL für
die Aufgabe eines Demodulierens geneigter Übergänge beseitigt dieses unnötige Taktfeld
und den Mehraufwand, den dasselbe darstellt.
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Die
Erfindung bezüglich
der Verwendung einer Servo-PLL mit einem phasencodierten, eingebetteten
Servoformat ist Bezug nehmend auf 6 beschrieben,
die eine einfache Winkelmusterstruktur zeigt. In diesem Diagramm
gezeigt sind die Magnetisierungsregionen und die entsprechenden
Signale, die in dem Demodulator verwendet werden. Das Diagramm stellt
drei Fälle
von Zuständen
außerhalb
der Spur des Kopfs dar:
-
Fall
1: der Kopf befindet sich links von der Spurmitte
-
Fall
2: der Kopf befindet sich exakt in der Spurmitte
-
Fall
3: der Kopf befindet sich rechts von der Spurmitte
wobei in
allen drei Fällen
angenommen wurde, daß sich
die Servo-PLL in perfekter Synchronisierung mit dem Wiedergabesignal
befindet, das resultieren würde,
wenn der Kopf die Winkelmusterstruktur exakt auf der Spur schneidet.
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8 ähnelt 7 mit der Ausnahme, daß hier angenommen
wurde, daß die
PLL zu dem Zeitpunkt der Ankunft des Kopfes an dem dargestellten eingebetteten
Servofeld leicht dem Wiedergabesignal auf der Spur (d. h. Fall 2)
vorauseilt. Die folgende bevorzugte Implementierung ermöglicht es
außerdem,
daß der
gleiche Schaltungsaufbau aus einem einzelnen Winkelmuster sowohl
eine Zeitgebungsaktualisierung für
die PLL als auch eine Positionsaktualisierung für das Betätigungsglied demoduliert. Die Zeitgebungsaktualisierung
wird verwendet, um die PLL-Frequenz zu korrigieren, so daß diese
dennoch korrekt mit dem nächsten
Servofeld synchronisiert ist. Die Positionsaktualisierung wird verwendet,
um die Radialausrichtung des Kopfs so zu korrigieren, daß er bis
zu dem nächsten
Servofeld auf der Spur bleibt.
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In
den 7 und 8 ist das Signal mit der
Bezeichnung "VCO" die Ausgabe der
Servo-PLL. Die Rückkopplungsschleife 21b4 der
Servo-PLL zwingt die ansteigenden Flanken des VCO-Signals in eine Ausrichtung
mit den Spitzen der Pulse in dem analogen Wiedergabesignal, das
durch den Kopf erzeugt wird. Es wird angemerkt, daß die Spitzen
beider Polaritäten
eingebettet sind, wie dies Standard beim Stand der Technik ist.
Das Signal mit der Bezeichnung "Coast-L" (Leerlauf-L) ist
das Signal, das der Servo-PLL befiehlt, die Datenbereiche und alle
unerwünschten
Regionen in den Servobereichen zu ignorieren. Das Anlegen dieses
Signals bewirkt, daß VCO frei
bei seiner gegenwärtigen
Frequenz läuft.
Herkömmliche
Zeitgebungskorrektursignale "SpeedUp" und "SlowDown" ("Beschleunigen" und "Verlangsamen") werden durch einen
Phasendetektor in der PLL erzeugt. Diese beiden digitalen Signale
steuern dann die Ladungspumpe, die einen Integrator treibt, dessen
Ausgabe die analoge Steuerspannung zu VCO ist (mit der Bezeichnung "VCO-Eingang" in den 4 und 5B). Die Leerlauffunktion kann ohne weiteres
implementiert werden, indem man das Signal Coast-L die Ladungspumpe
dreizustandsmäßig betreiben
läßt. Wenn
kein Strom in den Integrator fließt, bleiben die VCO-Steuerungsspannung
und -frequenz konstant.
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Ein
Schlüsselaspekt
der vorliegenden Erfindung ist die Realisierung, daß, wenn
ein Kopf auf ein Winkelmusterformat trifft, sowohl das Fein-PES-Signal
als auch das Zeitgebungskorrektursignal für die PLL von der Pulsbreite
der Signale SpeedUp-H und SlowDown-H hergeleitet werden können. Obwohl diese
beiden Signale digital sind, ist ihre Pulsbreite eine kontinuierlich
variable Menge, die ohne weiteres durch eine Pulsbreite-zu-Spannung-Schaltung
in eine analoge Spannung umgewandelt werden kann. Dies ist genau
das, was bei standardmäßigen Implementierungen
von Ladungspumpen-PLLs geschieht: die Breite jedes Signals SpeedUp-H und
SlowDown-H wird integriert, um die Steuerungsspannung zu VCO zu
erzeugen. Diese Erfindung integriert einfach eine unterschiedliche
Reihenfolge der gleichen beiden Signale, um ein Fein-PES-Signal
zu erzeugen. Dies ist in den 7 und 8 gezeigt. Es wird angemerkt,
daß SpeedUp-H
immer wirkt, um die VCO-Steuerspannung zu erhöhen. SpeedUp-H aktiv in der
ersten Hälfte
des Winkelmusters jedoch wirkt, um das Fein-PES-Signal zu erhöhen, während SpeedUp-H
aktiv in der zweiten Hälfte
des Winkelmusters wirkt, um das Fein-PES-Signal zu senken. Es wird angemerkt,
daß durch
die Schlußfolgerung
des Winkelmusters die VCO-Steuerungsspannung und das Fein-PES-Signal
beide die erwünschten
Pegel unabhängig
von der Qualität
(innerhalb von Grenzen) der Synchronisierung von VCO mit dem Wiedergabesignal
erzielt haben.
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In
einem Sinn liefert das Winkelmusterformat eine Zeitgebungskorrektur
in der "Gleichtakt"-Antwort einer PLL
und eine Positionskorrektur in der "Differenzmodus"-Antwort der gleichen PLL. Diese Antworten
sind im wesentlichen orthogonal, was es ist, das es ermöglicht,
daß eine
einzelne Magnetisierungsstruktur zwei unterschiedliche Signale codiert. Anders
ausgedrückt
ermöglicht
es ein Winkelmusterformat, daß ein
Gleichsignal- (oder Basisband-) Fein-PES-Signal aus einer Wechselsignal-Störung zu
der Zeitgebungskorrektur der PLL wiedergewonnen werden kann. Die
Bandbreite der PLL erlaubt es derselben nicht, auf einen Beschleunigungsbefehl anzusprechen,
der durch die erste Hälfte
des Winkelmusters erzeugt wird, bevor die zweite Hälfte des Winkelmusters
diesen Befehl gelöscht
hat. Die Netto-PLL-Geschwindigkeitskorrektur
kann selbst dann Null sein, während
ein Nicht-Null-Fein-PES-Signal erfaßt wird. Allgemeiner können zwei
unabhängige Signale
aus einer PLL demoduliert werden, die das Wiedergabesignal, das
durch die Interaktion des Kopfs mit der winkelmusterförmigen Magnetisierungsstruktur
erzeugt wird, verfolgt.
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Es
wird angemerkt, daß der
Synchronisierungsfehler in der PLL, der in 8 angenommen wird, die Erfassung des
Positionssignals (innerhalb Grenzen) nicht behindert. Alles, was
benötigt
wird, ist, daß die
Servo-PLL nicht in einem kumulativen Sinn von dem Wiedergabesignal
wegläuft.
Eine perfekte Synchronisierung wird nicht benötigt.
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Andere
Typen phasencodierter Magnetisierungsformate unterstützen ebenso
die gleichzeitige Erzeugung einer Zeitgebungskorrektur und einer
Positionskorrektur. 9 z.
B. zeigt einen weiteren Typ eines Winkelmustermagnetisierungsformats,
der durch Axmear u. a. nicht dargestellt wurde, jedoch mit einem
Servo-PLL-Demodulator gut funktioniert. Ein neuer in 9 dargestellter Aspekt ist
die Zugabe eines Quadraturfeldes. Viele der amplitudencodierten
Servoformate des Stands der Technik unterstützen die Erzeugung von sowohl
einem Normal- als auch einem Quadratur-Fein-PES-Signal. Diese beiden Signale sind derartig
in Quadratur, daß,
wenn eines seine maximale mögliche
Nichtlinearität
(oder ein weiteres nichtideales Verhalten) zeigt, das andere Signal
sich am besten verhält.
Die Positionskorrektur an dem Betätigungsglied basiert dann auf
dem Signal, das näher
an seinem optimalen Betriebspunkt ist. Axmear u. a. beschreiben
die Erzeugung eines Quadratursignals aus einem phasencodierten Format
nicht. 9 zeigt jedoch,
daß das
Normal-Fein-PES-Feld verwendet werden würde, wenn der Kopf nahe an
den Spuren wäre,
die mit n – 2,
n + 2, usw. bezeichnet sind, während
das Quadratur-Fein-PES-Feld nahe an den Spuren verwendet würde, die
mit n – 1,
n + 1, n + 3, usw. bezeichnet sind. Die Quadratur-Magnetisierungstruktur
ist die gleiche wie die Normal-Magnetisierungsstruktur, mit der
Ausnahme, daß sie
in der Radialrichtung verschoben wurde.
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Soweit
wurde nur beschrieben, wie das Vorliegen einer PLL in dem Servodemodulator
ein Senken der Servofelder eines eingebetteten Servoansatzes verkleinern
helfen kann. Diese gleiche Vorrichtung ermöglicht jedoch ebenso ein Verkleinern
der Datenbereiche. In eingebetteten Servoplattenlauf werken des Stands
der Technik wurde der Schreibtakt, der zur Zeitgebung des Schreibens
von Daten des Benutzers verwendet wurde, aus einer asynchronen Frequenzreferenz,
wie z. B. einem Kristall, hergeleitet. Deshalb ist die Schreibfrequenz
nicht mit der momentanen Spindelgeschwindigkeit verbunden. Folglich
führt dies
dazu, daß eine
variable Menge einer Plattendrehung durch das Schreiben einer festen Datenmenge
verbraucht wird. Damit diese Variation nicht zu der Überschreibung
des nächsten
eingebetteten Servofeldes führt,
muß das
Plattenformat mit Zwischenräumen
entworfen sein, die die Datenbereiche von den eingebetteten Servobereichen
trennen. Diese Zwischenräume
liefern einen Puffer für
Spindelgeschwindigkeitsvariationen.
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Eine
Servo-PLL jedoch, die immer auf die eingebetteten Servofelder verriegelt
ist, liefert einen synchronen Takt. Deshalb verbraucht, wenn der Schreibtakt
auf der Servo-PLL-Frequenz
basiert (z. B. auf dieselbe verriegelt ist), jeder Schreibvorgang eine
sehr wiederholbare Menge an Plattendrehung. Folglich können die
Spindelgeschwindigkeitstoleranzzwischenräume aus dem Plattenformat beseitigt werden,
wobei so die Datenkapazität
des Produktes erhöht
wird.
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Neben
der Beseitigung der Spindelgeschwindigkeitstoleranzzwischenräume ermöglicht dieser
Ansatz auch einen Anstieg der Spurdichte (Spuren pro Radial-Zoll)
darüber
hinaus, was im Stand der Technik erzielt werden konnte. Dies ist so,
da die Datenübergänge nur
kohärent
auf benachbarte Spuren geschrieben werden können. Eine Phasenverzögerungsaufzeichnung
der Übergänge auf allen
ungeradzahligen Spuren um 180° bezüglich der Übergänge aller
geradzahligen Spuren hält
die Spitze des Übersprechsignals
entfernt von der Spitze des Signals auf der Spur und verbessert
so die Fehlerrate des Datendecodierers. Eine verbesserte Fehlerrate ermöglicht einen
Anstieg der Spurdichte und folglich der Kapazität des Laufwerks.
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Ein
letzter Vorteil, der durch eine abgetastete PLL bereitgestellt wird,
ist der, daß sie
als ein Drehsensor fungieren kann. Es wird in sehr kleinen Plattenlaufwerken
immer mehr zur Standardpraxis, Beschleunigungsmesser einzuschließen, um
die äußeren Kräfte zu erfassen,
die auf das Produkt wirken. Während
ein perfekt ausgeglichenes Drehbetätigungsglied nicht durch eine
Translationsbeschleunigung gestört
wird, wird es durch eine Drehbeschleunigung gestört. Wenn diese Drehstörung erfaßt werden
kann, kann sie durch eine Anzahl existierender Strategien ausgeglichen
werden. Kleineren Störungen
kann durch die Erzeugung eines Gegenausgleichssignals entgegengewirkt
werden. Wenn die Störung übermäßig ist,
kann das Produkt auswählen, ein
Schreiben zu verhindern, bis die Störung zu Ende ist. All diese
Strategien hängen
davon ab, daß man
in der Lage ist, Drehstörungen
zu erfassen. Das Konzept der abgetasteten PLL liefert diesen Typ
Sensor. Die VCO-Frequenz in der im Leerlauf fahrenden PLL zeigt
das Trägheitsverhalten
an, was es derselben ermöglicht,
eine konstante Spindelgeschwindigkeit zu verfolgen. Eine äußere Drehung
an dem Plattenlaufwerksrahmen führt
zu einer Spindelgeschwindigkeitsvariation, was zu einem Synchronisierungsfehler zwischen
der Servo-PLL und dem Wiedergabesignal aus den eingebetteten Servofeldern
führt.
Dieser Synchronisierungsfehler kann sehr genau erfaßt werden
und ist so ein empfindlicher Anzeiger der Spindelgeschwindigkeitsstörung. So
kann das Vorliegen einer abgetasteten PLL die Anforderung nach einem Dreh-Beschleunigungsmesser
verbessern oder verhindern.