JP2000516378A - 自動利得制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 入力信号を基準値（Vref）と特定の対応関係となるように増幅する自動利得制御回路を開示している。この回路は入力信号を受信する入力端子（２）と、前記入力信号を利得制御信号に応答して増幅する可変利得増幅器ユニット（４）と、前記増幅入力信号のピークを検出するピーク検出器ユニット（１４）とを具える。このピーク検出器ユニット（１４）はアタック時定数（Ta）及び減衰時定数（Td）を有し、前記増幅入力信号のピークの振幅を表すピーク検出器出力信号（Vp）を供給する。更に、ピーク検出器出力信号（Vp）を前記基準値（Vref）と比較して誤差信号（ｅ）を取り出す比較器ユニット（２０）と、誤差信号（ｅ）を積分して前記利得制御信号を得る積分器ユニット（３０）とを具える。ピーク検出器ユニットは前記誤差信号に応答して前記減衰時定数を制御する手段を具え、該減衰時定数制御手段は、少なくともピーク検出器出力信号が前記基準信号より大きい状態において、前記減衰時定数を減少させて誤差信号を増大させる。更に、ピーク検出器ユニットのアタック時定数Taと減衰時定数Tdとの間に次の関係：Td＝ｃ．Ta^p；を維持させる。ここで、ｃは正の定数及びｐは１より大きい定数である。ｐは２に等しくするのが好ましく、ｃは２０≦ｃ≦２００とするのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】 自動利得制御回路 本発明は、入力信号を基準値と特定の対応関係となるように増幅する自動利得 制御回路であって、 入力信号を受信する入力端子と、 前記入力信号を利得制御信号に応答して増幅する可変利得増幅器手段と、 アタック時定数及び減衰時定数を有し、前記増幅入力信号のピークを検出し、 前記増幅入力信号のピークの振幅を表すピーク検出器出力信号を供給するピーク 検出器手段と、 ピーク検出器出力信号を前記基準値と比較して誤差信号を取り出す比較器手段 と、 誤差信号を積分して前記利得制御信号を得る積分手段と、 を具える自動利得制御回路、及び該自動利得制御回路が設けられたハードディス クドライブ装置に関するものである。 頭書に記載した自動利得制御回路は公知であり、例えばハードディスクドライ ブ内のサーボ復調器回路に使用されている。 本発明の目的は改良された自動利得制御回路を提供することにある。本発明は 、頭書に記載した自動利得制御回路において、前記ピーク検出器手段が前記誤差 信号に応答して前記減衰時定数を制御する手段を具え、少なくともピーク検出器 出力信号が前記基準信号より大きい状態において、前記減衰時定数制御手段が前 記減衰時定数を減少させて誤差信号を増大させるとともに、少なくともピーク検 出器出力信号が前記基準信号より大きい前記状態において、ピーク検出器手段の アタック時定数Taと減衰時定数Tdとの間に次の関係： Td＝ｃ．Ta^p ここで、ｃは正の定数及びｐは１より大きい定数 を維持することを特徴とする。 本発明は、次の認識に基づくものである。ハードディスクはディスク上に予め 記録された複数のサーボパターンを具えている。サーボパターンはＡＧＣ制御用 の例えば４０ダイビットのバーストと、タイミングマークを含む例えば８ダイビ ット長のタイミング基準部分と、例えば１３ダイビット長のグレーコードと、各 々複数のダイビットからなる複数のサーボバーストとを順に具える。本発明によ るＡＧＣ回路では、１以上のピーク検出器を用いて入力信号に存在するピークの 振幅を検出する。再生の開始時に、ＨＤＤは最初にサーチモードにスイッチされ 、このモードにおいてタイミングマークを検出する必要がある。検出システムは ロックイン時にハードディスク上に位置するサーボパターンをゲートするタイミ ング窓を有する。しかし、サーチモードでは、タイミング窓はまだイネーブルさ れないため、ＡＧＣ回路は全ての種類の信号、例えばサーボパターンのみならず ハードディスク上に記録された実際のデータも“見る”。既知のＡＧＣ回路はこ の状態においてハードディスクから読み取られた第１サーボパターン内の例えば タイミングマークを検出することができない。ＡＧＣ回路の動作を改善する手段 の一つでは請求項１に記載したピーク検出器のアタック時定数と減衰時定数との 関係を使用する。その結果として、ピーク検出器が入力信号のピークまで直接登 るので、ピーク検出器の最適動作が得られる。 アタック時定数が上述の関係を満足する最適アタック時定数より大きいものと すると、ピーク検出器は入力信号のピークまで登ることができない。アタック時 定数が最適時定数より小さいときは、収斂は正しいが、動作が必要以上にノイジ ーになる。 上記関係式内のパラメータｐはほぼ２に等しい定数とする。定数ｃに対しては 、定数ｃの値はピーク検出器の入力信号内に発生するパルスの形状に依存すると 言うことができる。ピーク検出器の入力が純粋に正弦波状のパルスである場合に は、ｃはほぼ２０に等しいかそれより少し高い値になる。ピーク検出器の入力が もっとローレンツ形のパルスである場合には、ｃはもっと高くなる。一般に、前 記定数ｃには次の関係： ２０≦ｃ≦２００ が当てはまる。 上記のパラメータｃの値範囲に対し、アタック時定数及び減衰時定数はダイビ ットの数で表すか、サーボバースト内の信号のサーボ周波数の周期の数で表す必 要がある。この状態では、アタック時定数及び減衰時定数は無次元パラメータに なるため、パラメータｃも無次元パラメータになる。アタック時定数及び減衰時 定数は“秒”で表すことができること自明である。この状態では、ｃは上記とは 異なる値範囲を有し、１／秒のディメンションで表される。 この自動利得制御回路は、更に、ピーク検出出力信号が前記基準信号より小さ い別の状態において、前記減衰時定数制御手段が前記減衰時定数を減少して誤差 信号を増大させるように構成する。 サーチモードでは、サーボパターンをゲートする時間窓がディセーブルされる ので、タイミングマークの検出が良好に可能にならない。これがＡＧＣ制御機能 を十分にアクティブにする理由である。ＡＧＣ制御領域内のダイビットから得ら れたその利得値をその後もほぼ同一の値に維持することにより、セクタタイミン グマークの検出が可能になる。 ＡＧＣをＡＧＣ制御領域内のダイビットにロックさせるときは最初に述べた状 態であるものとみなせ、利得値をほぼ同一の値に維持すべき状態、例えばドロッ プアウト中、は別の状態であるものとみなせる。 本発明のこれらの特徴及び他の特徴は図面を参照して以下に記載する実施例の 説明から明らかになる。図面において、 図１は本発明の自動利得制御回路の一実施例を示し、 図２は図１の回路内のピーク検出器ユニットの半波整流正弦波入力信号及び出 力信号を示し、 図３はハードディスク上のトラック内に存在するサーボパターンを示し、 図４は自動利得制御回路内のピーク検出器ユニット内のピーク検出器の入力信号 及び出力信号を示す。 図１は自動利得制御回路の一実施例を示し、これには入力信号を受信する入力 端子２が設けられている。この入力信号はハードディスクから読み出された信号 とすることができる。入力端子２を可変利得増幅器４の入力端子６に結合する。 増幅器４の出力端子８を低域通過フィルタ１０を経て(このフィルタは増幅器４ に含まれているものとみなすこともできる)ピーク検出器ユニット１４の入力端 子１２結合する。ピーク検出器ユニット１４の出力端子１６を比較器ユニット２ ０の第１入力端子１８に結合する。比較検出器ユニット２０は基準値Vrefが供給 される端子２４に結合された第２入力端子２２を有する。比較器ユニット２０の 出力端子２６を積分器ユニット３０の入力端子２８に結合する。積分器ユニット ３０の出力端子３６を可変利得増幅器４の制御信号入力端子３８に結合する。 可変利得増幅器４はその入力端子６に供給される信号をその制御信号入力端子 ３８に供給される利得制御信号に応答して増幅し、増幅した信号をその出力端子 ８に供給する。ピーク検出器ユニット１４は前記増幅信号のピークを検出し、そ の出力端子１６に前記増幅信号のピークの振幅と関連する出力信号Vpを供給する 。ピーク検出器ユニット１４の好適実施例では、ユニット１４は２つのピーク検 出器を具え、一方のピーク検出器が正極性のピークを検出し、他方のピーク検出 器が負極性のピークを検出する。得られた２つのピーク振幅値を互いに加算して ピーク検出器ユニット１４の入力端子に供給された信号のピークピーク値を表す 出力信号を得る。この検出は信号の基線変動に影響されない。 比較器ユニット２０はピーク検出器出力信号Vpを基準値Vrefと比較して誤差信 号ｅを取り出す。もっと詳しく言うと、比較器ユニット２０はVpからVrefを減算 して前記誤差信号ｅを得る。誤差信号ｅを積分器ユニット３０において積分する 。得られた制御信号を制御信号入力端子３８に供給して可変利得増幅器４を制御 する。増幅器４の利得は誤差信号ｅが小さな値(零)になるように制御される。 ピーク検出器ユニット１４はアタック時定数Ta及び減衰時定数Tdを有する。入 力信号の振幅の急上昇が発生するときアタック時定数Taがピーク検出器ユニット １４の動作を支配し、入力信号の振幅の急減少が発生するとき減衰時定数Tdがピ ーク検出器ユニット１４の動作を支配する。 ピーク検出器ユニット１４においてピークを最適に検出をするためには、アタ ック時定数Taと減衰時定数Tdとの間に特定の関係が存在し、この関係を以下に説 明する。 図２はピーク検出器ユニット１４に入力信号として供給される半波整流正弦波 を時間の関数として示す。この半波整流正弦波は、ＡＧＣ部分Ｐ₁又はサーボバ ースト部分Ｐ₄に存在する連続するダイビットの系列(図３参照)から得ることが でき、この点については後述する。図２は更にピーク検出器ユニット１４の出力 信号Vpを時間の関数として示す。ピーク検出器ユニット１４は瞬時t0−t1間及び 瞬時t2−t3間の時間インターバル中アタックし、瞬時t0前、瞬時t1−t2間及び瞬 時t3後の時間インターバル中減衰する。最適なピーク検出のためには、ピーク検 出器ユニット１４はいつも半波整流正弦波の最大値に向って精密にアタックする ようにする必要がある。 計算により、この要件はTaとTdとの間に次の関係： Td＝ｃ．Ta^p を有する必要があることが判明した。ここで、ｃは正の定数及びｐは１より大き い定数である。 もっと詳しく言うと、ｐはほぼ２に等しい定数である。定数ｃには次の関係： ２０≦ｃ≦２００ が当てはまる。 半波整流正弦波の例に対しては、ｃは５０より小さい値になる。もっと現実的 な状態、例えば低域通過フィルタ１０のフィルタ特性に依存する状態では、ピー ク検出器ユニット１４への入力信号が理想的な正弦波にならない。このような状 態ではｃは５０から２００の間のもっと大きな値になる。 ここで、ピーク検出器ユニット１４のアタック時定数とは、零振幅から一定の ステップ振幅に向う正方向ステップ状入力信号がピーク検出器ユニット１４に供 給された瞬時から出発してピーク検出器の出力信号が前記一定のステップ振幅に 到達するまでの時間インターバルとして定義される点に注意されたい。更に、ピ ーク検出器ユニット１４の減衰時定数とは、一定のステップ振幅から零振幅に向 う負方向ステップ状入力信号がピーク検出器ユニット１４の入力端子に供給され た瞬時から出発してピーク検出器の出力信号が前記零振幅に到達するまでの時間 インターバルとして定義される。 従って、アタック時定数及び減衰時定数が固定されている自動利得制御回路の 一実施例では、最適動作のためにこれらの時定数は上記の関係を満足するものと する必要がある。 この点に関し、ピーク検出器ユニットのアタック時定数と減衰時定数との関係 はアタック時定数に対し非線形であり、特にｐ＝２の場合には２次の関係を有す る。後者の場合、このことは、アタック時定数及び減衰時定数を“秒”で表現す ると、ｃは１／秒のディメンションになることを意味する。この状態では上記の ｃの値範囲は有効でない。 アタック時間及び減衰時間をサーボ周波数の周期数又は後述するダイビットの 数で表すことによりアタック時定数及び減衰時定数を無次元数で表すことができ る。サーボ周波数の周期は１ダイビットの長さに等しい１／(t3−t1)に実際上等 しい(図２参照)。アタック時定数及び減衰時定数を無次元数で表すと、定数ｃも 無次元数になり、上記の値範囲を満足する。 上述した実施例のもっと精巧な例では、アタック時定数及び減衰時定数の値を 制御可能にする。この目的のために、本例回路は、更に、比較器ユニット２０の 出力端子２６に結合された入力端子及びピーク検出器ユニット１４の制御信号入 力端子４４及び４６にそれぞれ結合された２つの出力端子４０及び４２を有する 制御信号発生器３４を具える。 もっと詳しく言うと、２つの時定数の１つを誤差信号ｅに応答して制御し、２ つの時定数の他の１つを最初の１つから上記の関係を用いて導出する。従って、 制御信号発生器３４は誤差信号ｅから第１の制御信号を発生し、その出力端子４ ２からピーク検出器ユニット１４の制御信号入力端子４６に供給し、２つの時定 数の１つ(減衰時定数であるものとする)を制御するとともに、誤差信号から又は 第１の制御信号から第２の制御信号を発生し、その出力端子４０からピーク検出 器ユニット１４の制御信号入力端子４４に供給し、２つの時定数の他の１つ、即 ちアタック時定数を制御して両時定数の間に上記の関係を維持させる。 本発明による自動利得制御回路の使用をハードディスク上に予め記録されたサ ーボパターンを復調する復調器回路に使用する場合について以下に説明する。 図３はサーボパターンの内容を模式的に示す。ハードディスク上のトラック内 のサーボパターンは、自動利得制御回路の時定数を設定するのに使用するＡＧＣ 部分Ｐ₁と、データ検出回路(図示せず)をトラックから読み取られる情報と正し いタイミング関係にするタイミング基準部分Ｐ₂と、トラックをディスクの中心 から縁へ向うにつれて増大する数で識別するグレーコード部分Ｐ₃と、トラック サーボ制御を可能にして読取りへッドをトラックに直交する方向においてトラッ ク上に正しく位置させるのに使用するサーボバースト部分Ｐ₄とを具える。ＡＧ Ｃ部分Ｐ₁は複数のダイビット、例えば４０のダイビットを具える。タイミング 基準部分Ｐ₂は例えば８ダイビット長であるが、１以上のダイビットからなるタ イミングマークを具える。グレーコード部分Ｐ₃は例えば１３ダイビット長であ り、サーボバースト部分Ｐ₄は例えば各１１ダイビットの複数のサーボバースト を具える。 最初に、制御信号発生器ユニット34の機能を、誤差信号ｅ（ｅ＝Vp−Vref）が 正である状態について説明する。この状態では、制御信号発生器ユニット３４は アタック時定数Ta及び減衰時定数Tdを、誤差信号振幅が増大するにつれて、両時 定数間の上記の関係を維持しながら両時定数を減少するよう制御する制御信号を 発生する。ピーク検出器ユニット１４のアタック時定数及び減衰時定数の減少は ピーク検出器１４の内部キャパシタ（図示せず）をそれぞれ充電及び放電するア タック電流及び減衰電流を増大させることにより実現することができる。 次に、制御信号発生器ユニット34の機能を、誤差信号ｅ（ｅ＝Vp−Vref）が負 である状態について説明する。この状態はドロップアウトの発生時に起こり、ま たサーボパターンＰ₂にダイビットが存在しない時に起こる。この状態では、制 御信号発生器ユニット３４はアタック時定数Ta及び減衰時定数Tdを、誤差信号振 幅が（負に）増大するにつれて、減衰時定数を一定に維持したままアタック時定 数を減少するよう制御する制御信号を発生する。その結果として、例えばタイミ ング基準ダイビットが現れるとき、このダイビットを適正に増幅し、従って適正 に検出することができる。この動作は更にグレーコードの検出を改善する。 正しいタイミングを得るために、タイミングマーク領域Ｐ₂内のタイミングマ ークを図１に線図的に示すパルス検出ユニット４８において検出することができ る。パルス検出ユニット４８は更にグレーコードの検出に使用される。 サーボバーストの振幅の検出は図１に線図的に示すサーボバースト検出器ユニ ット５０により実現することができる。部分Ｐ₄内の種々のバーストの振幅は読 取りヘッド（図示せず）がトラックからどのくらい離れているかを示す。ヘッド が誤った位置に位置するとき、この情報に従ってこのヘッド位置を補正すること ができる。 自動利得制御回路を正しく機能させるためには、ピーク検出器ユニット１４が 遅延を有しない（即ち時定数が零である）ものと仮定したときの自動利得制御回 路の時定数とピーク検出器１４の時定数との間に他の要件が存在する点に注意す る必要がある。この他の要件は、自動利得制御回路の時定数をピーク検出器１４ の時定数にほぼ等しくすることにある。 図４は、ＡＧＣ回路がサーチモードのときに入力信号の正ピークを検出するピ ーク検出器ユニット１４内のピーク検出器の入力信号Vi及び出力信号Voの一例を 時間の関数として示す。もっと正確には、図４はハードディスクから読み出され たサーボパターンの部分Ｐ₁及びＰ₂を示す。図４から、妨害がＡＧＣ部分に存在 すること、及び出力信号がＡＧＣ部分においてピークまで比較的速く昇るように ピーク検出器のアタック時定数が制御されることが明かである。更に、ピーク検 出器の減衰時定数が、ピーク振幅の減少時に、ピーク検出器が容易にピークに追 従するように制御される。更に、部分Ｐ₂において、減衰時定数が、ピーク検出 器の出力信号をほぼ一定レベルに維持するように増大するため、タイミングパル ス及びこれに続くグレーコードを正しく検出することができる。 本発明をその好適実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定 されるものではない。従って、請求の範囲により限定された本発明の範囲を逸脱 することなく種々の変更が当業者に明かである。本発明をハードディスク用の自 動利得制御回路について説明したが、本発明の自動利得制御回路は他の磁気記録 システムのような他の再生システムに使用することができる。 更に、本発明の特徴は種々の新規な構成要件の各々及びすべて又はそれらの新 規な組合せにある。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 維持させる。ここで、ｃは正の定数及びｐは１より大き い定数である。ｐは２に等しくするのが好ましく、ｃは ２０≦ｃ≦２００とするのが好ましい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 入力信号を基準値と特定の対応関係となるように増幅する自動利得制御回路 であって、 入力信号を受信する入力端子と、 前記入力信号を利得制御信号に応答して増幅する可変利得増幅器手段と、 アタック時定数及び減衰時定数を有し、前記増幅入力信号のピークを検出し、 前記増幅入力信号のピークの振幅を表すピーク検出器出力信号を供給するピーク 検出器手段と、 ピーク検出器出力信号を前記基準値と比較して誤差信号を取り出す比較器手段 と、 誤差信号を積分して前記利得制御信号を得る積分手段と、 を具える自動利得制御回路において、 前記ピーク検出器手段が前記誤差信号に応答して前記減衰時定数を制御する手 段を具え、少なくともピーク検出器出力信号が前記基準信号より大きい状態にお いて、前記減衰時定数制御手段が前記減衰時定数を減少させて誤差信号を増大さ せるとともに、少なくともピーク検出器出力信号が前記基準信号より大きい前記 状態において、ピーク検出器手段のアタック時定数Taと減衰時定数Tdとの間に次 の関係： Td＝ｃ．Ta^p ここで、ｃは正の定数及びｐは１より大きい定数 を維持することを特徴とする自動利得制御回路。 2. ｐがほぼ２に等しい定数であることを特徴とする請求項１記載の自動利得制 御回路。 3. 前記定数ｃが次の関係： ２０≦ｃ≦２００ を満足することを特徴とする請求項１記載の自動利得制御回路。 4. 前記ピーク検出器手段は前記アタック時定数を制御する手段を具え、該アタ ック時定数制御手段が前記アタック時定数を前記減衰時定数から前記関係式を用 いて導出するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の自動利得制御 回路。 5. ピーク検出出力信号が前記基準信号より小さい別の状態において、前記減衰 時定数制御手段が前記減衰時定数をほぼ一定値に維持するように構成されている ことを特徴とする請求項１又は４記載の自動利得制御回路。 6. 前記別の状態において、前記減衰時定数制御手段が前記減衰時定数を減少し て誤差信号を増大させるように構成されていることを特徴とする請求項５記載の 自動利得制御回路。 7. 前記ピーク検出器手段が正極性及び負極性のピークをそれぞれ検出する第１ 及び第２ピーク検出器を具え、前記増幅入力信号のピークピーク値を表すピーク 検出器出力信号を発生するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の 自動利得制御回路。 8. ハードディスクと、 前記ハードディスクを駆動するドライブ手段と、 前記ハードディスクから情報を読み取る読取り手段とを具えたハードディスク から情報を読み取るハードディスクドライブ装置において、 当該装置には、更に、請求項１〜７の何れかに記載された自動利得制御回路が 設けられていることを特徴とするハードディスクドライブ装置。 9. 前記装置はハードディスク上に収容されているサーボパターンに含まれるタ イミングパルス及びサーボバーストを検出するサーボ復調器手段を具え、該サー ボ復調器手段が前記自動利得制御回路を具えていることを特徴とする請求項８記 載のハードディスクドライブ装置。