JP2002133604A

JP2002133604A - 磁気記録再生装置および磁気記録再生信号処理回路

Info

Publication number: JP2002133604A
Application number: JP2000328404A
Authority: JP
Inventors: Hideki Sawaguchi; 秀樹澤口; Yasutaka Nishida; 靖孝西田; Koji Takano; 公史高野; Hiroyuki Tsuchinaga; 浩之土永
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2002-05-10
Anticipated expiration: 2020-10-23
Also published as: US7817367B2; US20020060869A1; JP4324316B2; US20110013306A1; US20090021852A1; US8144415B2; US7502189B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低周波媒体雑音や低周波波形歪の影響を低減
し、高信頼度でのデータ復調を実現するためのＰＲＭＬ
信号処理方式を提供する。【解決手段】媒体雑音や信号歪が集中する低周波領域の
信号を効果的に抑圧し、かつ、同様の信号領域にある再
生信号の検出信号成分を有効利用するため、これらを両
立する規定の量に直流近傍の低周波信号成分を抑圧する
よう垂直記録再生信号に対するパーシャルレスポンス波
形等化処理の目標を設定し、これを介して最尤復号処理
を行う。【効果】データ復調の信頼性がより高まり信号品質が向
上する。その結果、記録媒体からの雑音をより軽減で
き、高密度磁気記録再生装置が構成可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、垂直磁気記録用の
磁気記録再生信号処理回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】高記録密度に適した磁気記録方式として
垂直磁気記録の研究が展開中である。垂直磁気記録方式
においては、記録ヘッドから発生する記録磁界の強力
さ、急峻さという理由から、単磁極ヘッドと軟磁性裏打
ち層・記録磁性層からなる二層膜構造媒体を組み合わせ
た記録方式が多く用いられる。

【０００３】磁化記録された垂直磁気記録媒体から、再
生ヘッドにより磁化情報を再生するとき、ヘッドからの
再生信号は、媒体上の記録磁化分布に対応した矩形波状
の信号波形となる。

【０００４】垂直磁気記録方式の再生信号をデータ復調
するに好適な信号処理方式は、従来、あまり検討されて
いなかったが、垂直磁気記録方式の再生信号は矩形波形
状であり直流信号成分が多く含まれていることから、光
記録再生装置などに使用されるパーシャルレスポンスク
ラスI、及びこの拡張方式（特開平１１−６６７５５）
や積分信号検出に類する技術がいくつか提案されてい
る。

【０００５】パーシャルレスポンス（Ｐａｒｔｉａｌ−
Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）による信号等化処理は、面内磁気記
録方式で広く一般的に用いられている信号処理方式であ
り、最尤（Ｍａｘｉｍｕｍ−Ｌｉｋｌｉｈｏｏｄ）復号
方式と組み合わせて信号処理を行うことにより、再生信
号のＳＮ品質を改善し、信頼性の高いデータ再生を行う
ことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の通り、垂直磁気
記録方式における再生信号波形には直流および低周波成
分が多く含まれている。現実的な再生信号処理回路系に
おいては、その最前段に再生アンプや自動利得制御回路
（ＡＧＣ）が設けられているが、再生アンプやＡＧＣ
は、回路特性上、直流近傍の低周波信号を遮断する特性
を有する。したがって、再生信号波形には直流振幅成分
の歪や信号ベースラインの変動が発生する。

【０００７】一方で、再生信号の直流および直流近傍の
低域周波数には、媒体雑音と呼ばれる再生信号上の雑
音、歪が多く含まれている。この雑音歪みのパワースペ
クトルは、直流および低周波近傍に集中したエネルギー
分布を持っている。したがって、再生信号に対して単純
に低域補償を行っても、雑音成分も増幅されるため信号
品質は低下する。前記パーシャルレスポンスクラスIや
その拡張方式（特開平１１−６６７５５）や積分信号検
出方式は、直流成分をそのまま残す信号処理方式である
ため、直流成分に含まれる雑音については、全く考慮さ
れていない。

【０００８】係る垂直磁気記録方式における再生信号波
形に対して、より好適な信号処理方式を提供するのが、
本発明の課題である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記のように、垂直磁気
記録方式における再生信号には、直流信号成分を多く含
まれているが、一方で、この周波数成分近傍には、記録
媒体からの種々の雑音や、再生系増幅アンプ回路など信
号伝送系の低周波周波数損失による歪など多くの外乱要
因が局在する。

【００１０】この影響を低減するため、再生信号の直流
信号成分近傍の低域信号成分を最適量だけ透過させた周
波数特性を与える波形等化処理を行う。このような波形
等化処理を実施することで、低周波近傍の媒体雑音や波
形歪の影響を適度に抑制され、直流近傍の低周波数領域
により多く含まれる垂直磁気記録再生信号の検出信号成
分が最適に維持される。同時に、装置、ヘッドや回路素
子から発生する再生信号上の白色雑音の高域雑音成分が
強調されることを抑制するため、等化処理波形にパーシ
ャルレスポンス波形等化を施し、最尤復号器へ入力され
る雑音を白色化して、後段での最尤データ復調を行う。
このように再生信号の波形等化処理を行うことで、復調
データの誤り率特性が改善される。

【００１１】上記のような効用を併せ持つパーシャルレ
スポンス波形等化のための伝達特性は、具体的には、多
項式

【００１２】

【数１】

【００１３】のように１ビット信号遅延演算子Ｄを用い
て記述される。第１項は、等化処理のインパルス応答と
して、ｐ₁、ｐ₂、・・ｐ_nの実数値の符号間干渉応答を
ｎ連続ビット信号値として与えることを意味し、記録再
生系のインパルス応答波形に対して適切に符号間干渉応
答を与えることで、高域雑音成分強調を押さえた雑音白
色化波形等化が実現できる。

【００１４】また、(１−αＤ)（αは０≦α≦１なる実
数値）なる第２項は低域抑制処理に相当し、この処理
は、処理される信号とこの信号の１ビット時刻前のα倍
信号値の差分をとることを意味する。ここで、αを１に
とれば、デジタル微分処理に相当して直流信号を完全に
遮断する周波数特性を与える。

【００１５】本発明では、パラメータαを適切な値にと
ることによって、低域信号成分を意図的に抑制し、この
抑制の比率をパラメータαの選択により任意に調整す
る。本発明では、このような二つの機能を併せもつパー
シャルレスポンス波形等化処理を実施し、低周波領域に
局在する雑音・歪の影響と高域等化雑音の増加を同時に
抑制する波形等化方式とこれに従う最尤データ復調処理
を実施することによって、垂直磁気記録方式の再生信号
に対して良好なデータ復調を実現する。

【００１６】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は、本発明が提
供する磁気記録再生装置の基本的実施構成を示してい
る。本実施例において、記録信号処理回路９ａに入力さ
れた情報符号データ１｛ａ_k｝（ｋ；ビット時刻を示す
整数）は、符号器２により所定の符号変換処理が施され
て、記録符号データ｛ｂ_k｝に変換される。記録符号デ
ータ｛ｂ_k｝は、記録電流変換処理回路３ａ、及び記録
アンプ３ｂを経て、アナログの記録電流信号｛ｃ_k｝に
変換された後、記録垂直磁気記録ヘッド媒体系４に供給
され、情報記録がなされる。

【００１７】垂直磁気記録ヘッド媒体系４においては、
記録媒体６として、記録磁性層６ａと軟磁性裏打ち層６
ｂを基板６ｃ上に有する二層膜垂直磁気記録媒体を用
い、記録ヘッド５には、単磁極ヘッドを使用する。記録
ヘッドの記録磁界は主磁極５ａに巻かれたコイル５ｂを
通る記録電流によって誘起される。記録磁界により媒体
厚さ方向に記録媒体を磁化する。このように記録された
垂直磁気記録媒体から磁気抵抗（ＭＲ：Ｍａｇｎｅｔｏ
Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）効果素子７ａを有する再生ヘッ
ド７を用いて磁化情報を再生するとき、ヘッドからの再
生信号８は、図２の如く、媒体上の記録磁化分布に対応
して、記録磁化方向の遷移位置でステップ状に電圧が変
化する立ち上がりの鈍った矩形波形状となる。符号｛ｄ
_k｝は再生信号系列を示す。

【００１８】再生信号の波形立ち上がりまたは立ち下が
りの幅は、垂直磁気記録ヘッド媒体系４の構造や特性、
記録再生条件などにより決定され、信号の出力電圧とも
に高記録密度化を妨げる要因となる。また、波形上に
は、種々の原因による雑音が重畳する他、ヘッド媒体
系、その他電子部品が有する周波数伝達特性に依存した
波形歪が重畳する。再生信号処理回路９ｂでは、この再
生信号８を再生アンプ１０にて増幅し、自動利得制御ア
ンプ１０ａでその再生信号振幅を所定のレベルに調整、
低域フィルタ１１によって高周波の不要な雑音や信号成
分を除いた後、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１
２によって、記録符号データ｛ｂ_k｝のビットタイミン
グで、デジタル値にサンプリングした離散再生信号列
｛ｅ_k｝に変換する。本発明では、この離散再生信号列
｛ｅ_k｝から、最も効率よく高信頼度なデータ符号の復
調を行うため、後段の等化器１３により再生信号８に適
したパーシャルレスポンス波形等化を施すとともに、こ
の等化器１３からの出力信号を最尤復号器１４によっ
て、最も誤り率の低いと思われる復調データ符号列｛ｇ
_k｝へと変換する。パーシャルレスポンス波形等化にお
いては、出力信号波形上の有限ビット長にわたり、既知
の波形干渉値を付加することによって、波形処理におけ
る高周波信号成分の強調による高域雑音の増加を可能な
限り低減するとともに、再生信号８が有する直流（Ｄ
Ｃ）成分を含めた低域周波数領域での信号歪や雑音の影
響を避けるための波形処理を施す。最尤復号器１４で
は、ビタビ・アルゴリズムを用いてデータ復調処理を行
う。最尤復号器１４で復調された復調データ符号列｛ｇ
_k｝は、復号器１５を介して、逆変換処理され、もとの
情報符号データ１｛ａ_k｝に対応する再生符号データ１
６｛ａ_k‘｝として再生出力される。

【００１９】図３は、図１の実施例において、等化器１
３におけるパーシャルレスポンス波形処理の詳細を説明
したものである。図３において、再生波形１９は、記録
媒体６上のダイビット記録磁化パターン１８（最短ビッ
ト間隔で記録された２つの隣接記録磁化反転の対１８
ａ）を再生したときの再生ヘッド７からの出力波形であ
る。前述のように、２つの磁化遷移のタイミングで、ヘ
ッド媒体系の周波数特性に依存して立ち上がりの鈍った
ステップ応答信号１９ａが重なりあうことで、孤立した
パルス状波形が出力される。上記のヘッド媒体系を有す
る一般的な垂直磁気記録再生系において、各々のステッ
プ応答信号１９ａは、ｔａｎｈ型の関数で近似できるこ
とが知られており、上記のダイビット再生波形１９は、
信号振幅Ｖｐｐと立ち上がり幅を決めるパラメータＫに
より、

【００２０】

【数２】

【００２１】なる式で近似される。ここで、Ｋは、記録
媒体６上の孤立記録磁化反転を再生したときに得られる
ステップ応答信号波形立ち上り、または立ち下がりにお
いて、最大振幅の２５％から７５％までの変化に要する
時間幅をビット時間間隔Ｔｂで規格化した値である。こ
れは、該ヘッド媒体系に対するインパルス応答出力波
形、すなわち記録符号データ｛ｂ_k｝上の孤立ビット
“１”に対する信号応答であり、記録符号データの個々
のビットｂ_kに対する検出応答と見なすことができ、こ
のダイビット再生波形１９の周波数領域でのパワースペ
クトル２０（点線曲線）は、図４に示すように、直流成
分を中心に、より低域にビット検出のための信号エネル
ギーが集中したものとなる。

【００２２】しかしながら、再生ヘッド７からの再生信
号８は、再生アンプ１０などの電子部品・信号伝送路特
性を経てデータ再生されるので、これら周波数特性の劣
化による波形歪の影響を受ける。特に再生アンプ１０で
は、高密度・高周波記録再生に対する広帯域増幅回路の
実現上、直流成分を含む低域遮断特性を許容せざるを得
ず、その結果、出力信号上において、この低周波信号成
分の損失による波形歪が、顕著なものとなる。即ち、上
述のダイビット再生波形１９のパワースペクトル２０
は、再生アンプを通過することにより、２０ｂに示され
るように直流近傍の周波数成分が欠落した周波数特性を
持つように歪んでデータ復調されることになる。この低
周波波形歪の補償を波形処理の上で行うためには過大な
補償回路が必要であり、重畳する雑音成分の過度の強調
を招き弊害を生む。

【００２３】更に、記録媒体６から再生ヘッド７により
センスされる媒体雑音のスペクトルは、図４の２０ａに
示されるように、直流成分を中心とした低周波領域に局
在した周波数組成を有する。このように、検出されるべ
きダイビット再生波形１９のパワースペクトル２０と媒
体雑音のスペクトル２０ａとは、直流成分近傍にピーク
をもつ同様の周波数組成を有するため、これと再生信号
の低域成分とを分離し検出することが極めて困難であ
る。

【００２４】この信号組成に対して、本発明では、等化
器１３により、上記のダイビット再生波形１９を、図４
における等化波形パワースペクトラム２１形状を有する
ような等化波形２２へと波形処理する。

【００２５】再生アンプを通過してきた再生波形（図４
の２０ｂのパワースペクトルを時間領域で見た波形）に
対して、直流成分が適度な大きさを持つように低域補償
を行う。等化処理での適度な低域抑圧を加えることによ
り、２０ａの如く低域に集中した媒体雑音成分を適度に
抑圧・遮断し、また、実際に観測される再生信号波形の
パワースペクトル２１に見られる低域の信号成分を有効
にデータ復調に利用して、より好適な信号対雑音比率で
のデータ復調を実現できる最適な信号状態を設定するこ
とができる。

【００２６】ナイキスト周波数近傍での高周波領域にお
いては、従来のパーシャルレスポンス等化と同様、再生
波形１９の本来持つパワースペクトル２０のスペクトル
強度と等化波形のスペクトル強度とが整合（理想的には
一致）するように波形等化処理を行うことで等化処理で
の高域雑音強調を抑える。低域を適度に抑圧し残留させ
る等化処理では、直流を完全に遮断する等化処理に比
べ、ナイキスト周波数近傍で再生波形１９が本来持つパ
ワースペクトル２０のスペクトル強度と等化波形２１の
パワースペクトラムのスペクトル強度をより近づけるこ
とができるので、等化処理での高域雑音強調がより抑制
できる。更に、後段でのデータ復号処理の劣化を防ぐた
めに、再生信号波形に含まれる雑音成分を白色化する。
以上のように、図４の２１のような周波数特性を有する
信号を等化目標として、再生信号の等化処理を行うこと
により、より雑音や歪の少ない状況でのデータ復調が可
能となる。

【００２７】従来のパーシャルレスポンス等化処理で
は、波形干渉量（ａ₁、ａ₂、ａ₃、・・・ａ_n）（各干渉
値ａ_kは実数値、ｋは、ビット時刻を示す整数、ａ₁、ａ
_nは、非ゼロ）を、再生波形１９、すなわちパワースペ
クトラム２０の周波数組成（直流信号成分をピークとす
る周波数組成）に忠実に整合するよう適切に選ぶことに
より高域等化雑音の強調を低減している。この場合、す
べての干渉値は同符号の値であることが条件である。本
発明では、再生波形１９に対し直流信号成分を適度に補
償するため、ａ₁から始まる先頭からの同極性（同符
号）干渉量と、a_nで終わる末尾の同極性（同符号）干渉
量が異なる極性となるように等化目標の波形干渉量を計
算する。この時のダイビット再生波形１９に対する等化
波形２２の形状は、非対称な逆極性振幅をもつダイパル
ス信号波形として観測され、図３にしめされる如く、主
信号応答（図４の２２では、ａ₁、ａ₂、ａ₃の部分）に
対し、その後尾部分に逆極性のアンダーシュート波形
（図４の２２では、a₄、ａ₅の部分）を付加したような
波形形状となる。

【００２８】一方、このような等化目標の干渉量に対し
て直流成分を完全に遮断する場合には、（ａ₁、ａ₂、ａ
₃、・・・ａ_n）に対し式（２）のような拘束条件を設定
する。

【００２９】

【数３】

【００３０】式（２）の拘束条件は、等化波形２２の周
波数表現Ｈ（ｆ）（ｆは周波数）

【００３１】

【数４】

【００３２】が、ｆ＝０で０となる条件より容易に導か
れる。

【００３３】また、

【００３４】

【数５】

【００３５】のとき、|Ｈ（０）|＝｜ａ₁＋ａ₂＋ａ₃＋
・・・ａ_n｜≠０であるから、絶対値｜ａ₁＋ａ₂＋ａ₃＋
・・・ａ_n｜の大小を拘束することで、等化波形パワー
スペクトラム２１の直流成分を所望の値に規定すること
ができる。

【００３６】拘束条件（４）のもとで、再生波形１９に
対して、等化器１３からの出力雑音エネルギーが最小化
されるような雑音白色化フィルタ特性を決定する方法
は、多くの古典的フィルタ理論によって与えられてお
り、線形予測フィルタの学習アルゴリズムなど、開示さ
れる多くのアルゴリズムを用いることにより、現実の再
生波形に対して容易に実施することができる。

【００３７】このような直流成分を意図的に抑制するパ
ーシャルレスポンス等化波形（干渉量）目標値は、

【００３８】

【数６】

【００３９】なる伝達多項式Ｆ（Ｄ）で一般的に規定す
ることができる。ここで、ｐ₁、ｐ₂、・・・、ｐ_k、・
・・ｐ_nは、付加干渉量比率を示す実数であり、伝達多
項式（４）を、前述のようなパーシャルレスポンス干渉
量として表記すると

【００４０】

【数７】

【００４１】となる。すなわち

【００４２】

【数８】

【００４３】である。

【００４４】伝達多項式Ｆ（Ｄ）の第一項（ｐ₁＋ｐ₂Ｄ
＋ｐ₃Ｄ²＋・・・ｐ_nＤ^n-1）は、再生波形１９のパワー
スペクトル２０に等化波形パワースペクトラム２１を整
合させるための波形干渉であり、雑音白色化整合フィル
タの設計に基づいて決定することができる。一般に、パ
ワースペクトル２０のような直流成分をピークとする周
波数組成の信号に整合する付加干渉量比率は、全て同符
号をとる。

【００４５】Ｆ（Ｄ）の第一項（１−αＤ）は、本発明
の特徴である低周波抑圧の特性を付加するための符号間
干渉量の付加操作を意味し、再生信号の時系列の各信号
値に対して、これを１ビット時刻遅延してα倍した信号
値を減算する処理を意味する。このパラメータαは、目
標等化波形の低周波領域を抑圧し直流信号成分を調整す
るためのパラメータである。特にα＝０に設定されると
きは直流成分遮断しないことを示し、α＝１に設定され
るとき、直流成分を完全に遮断することを示す。再生波
形に対して、Ｆ（Ｄ）の第一項の干渉量を決定した後、
このパラメータαを適切に調整する。また、αを先に決
定しておいて、式（４）の拘束条件のもとで、上述の雑
音白色化整合フィルタの設計基準に基づき、Ｆ（Ｄ）第
一項の干渉量を決定しても良い。

【００４６】図５〜図７は、様々なパラメータＫを有す
る式（１）の再生波形１９に対して、各パラメータαに
対して、本発明において設定されるべき最適な波形干渉
量の振幅比率を示したものである。

【００４７】また、図８は、パラメータＫが１．５であ
る再生信号に対して、選択された低域抑圧パラメータα
とデータビットの誤り率（データ復調の信頼度）との関
係を示すものである。この図に示されるように、αは
０．１≦α≦１の範囲で、α＝０つまり、直流成分を完
全に遮断する方式の波形等化方式に比べてデータビット
誤り率の低い等化方式を実現できることが分かる。実際
の垂直磁気記録再生系の再生信号に対しては、再生信号
の特性や媒体雑音によって最適αの値が設定される。

【００４８】以上、本発明のパーシャルレスポンス等化
方式においては、再生信号に対して直流成分をどの程度
補償するかという第１の条件および雑音成分を白色化し
雑音強度をなるべく小さくするという第２の条件から、
等化目標、すなわち波形干渉量が決定される。

【００４９】上記のように決定された最適な波形干渉量
（ａ₁、ａ₂、ａ₃、・・・ａ_n）に対し、入力される再生
波形１９との関係から等化器１３の回路パラメータを設
定することは、公知のフィルタ設計理論により、極めて
容易である。多くの場合、等化器１３は、図９に示され
るように、１ビットの信号値を記憶する記憶遅延素子２
３を直列に接続したシフトレジスタと、所定のタップ係
数（ｈ₁，ｈ₂，ｈ₃・・・ｈ_L）(Ｌは、タップ長)をそれ
ぞれの記憶内容に乗じて積和演算を行うための乗算器２
４、加算器２５ａなどから構成されるトランスバーサル
型フィルタにより構成される。２６は適応学習回路であ
って、等化器から出力される信号を観測し、波形干渉量
（ａ₁、ａ₂、ａ₃、・・・ａ_n）で決まる目標信号との誤
差を評価しながら最適タップ係数を計算する。

【００５０】図１０は、本発明におけるパーシャルレス
ポンス等化を、実際の再生信号に対し有効に実現するた
めの一般的な等化器の実施例を示している。実際の記録
再生系では、様々な特性を有する垂直記録ヘッド媒体系
に対応し、より最適なαを選択して用いるため、２つの
遅延加算演算処理回路部で等化器１３を実現する。前述
のパーシャルレスポンス伝達特性

【００５１】

【数９】

【００５２】に従って構成される。前段のフィルタ２７
は雑音白色整合フィルタであり、図９のトランスバーサ
ルフィルタと同様の構成により、第一項（ｐ₁＋ｐ₂Ｄ＋
ｐ₃Ｄ²・・・＋ｐ_n ^n-1）で記述される符号間干渉付加を
行うパーシャルレスポンス波形等化を行う。次段の低域
抑圧フィルタ２８は、可変パラメータαを用いて第二項
（１−αＤ）を実現するため、１ビットの信号を記憶す
る記憶遅延素子２３と、記憶遅延素子２３からの出力に
対し抑圧パラメータαを乗算する乗算器２４、減算器２
５bから構成される。この後段の低域抑圧フィルタ２８
による（１−αＤ）処理は、雑音白色整合フィルタ２７
に前置しても良い。また、雑音白色整合フィルタ２７や
本等化器１３の出力信号値を参照して、適応学習回路２
６により、トランスバーサルフィルタのフィルタタップ
係数ｈ_fを再生信号に対して最適に計算することも、公
知の技術を用いて容易に実施することができる。

【００５３】上記実施例のような等化器１３から出力さ
れた信号は、最尤復号器１４により、公知のビタビ・ア
ルゴリズムなどを用いてデータ復調される。図１１は、
このビタビ復号の状態遷移トレリス線図の一例（ｎ＝
４）を示しており、各矢印には、ビット時刻ｋで仮定さ
れる記録符号データ３｛ｂ_k｝とこれに対応する等化器
１３からの出力信号値｛ｆ_k｝の値が記されている。こ
のトレリス線図の時間的推移が示す全ての状態遷移にお
いて、最も確からしい遷移が示す符号系列が復号データ
として選択され、信号再生が行われる。

【００５４】（実施例２）本発明の等化器１３において
は、抑圧パラメータαを変えることにより、再生信号が
もつ直流成分を含めた低周波信号成分を柔軟に調整する
ことができる。これは、実再生信号上にしばしば起こる
直流成分のオフセットや低周波変動・歪の影響を排除す
ることに役立つ。とりわけ、高密度記録再生系では、再
生ヘッド７の特性変動、再生ヘッド７と記録媒体６間の
距離の狭小化に伴い、磁気抵抗効果素子７ａと記録媒体
６の接触による温度上昇で磁気抵抗特性が大きく変化す
ることによるＴＡ（サーマルアスペリティ：Ｔｈｅｒｍ
ａｌＡｓｐｅｒｉｔｙ）現象が顕著である。このと
き、再生信号には、正規最大振幅を超えるような大きな
直流オフセット変動が発生する。図１２は、このような
ＴＡ現象を模式的に説明した図である。

【００５５】通常、正規信号波形３０は、自動利得制御
アンプ１０ａによって、正規最大信号レベル２９ａの間
の信号レベルに収められており、所定のオフセット調整
によって安定した正常オフセットレベル２９ｂを有す
る。この正規信号波形３０上に上記のＴＡ現象が発生し
た場合、典型的には、ＴＡ再生波形３２のような波形現
象が観測され、ＴＡ発生時刻３２aから正規最大信号レ
ベル２９aを超えるような急激な信号オフセット変動３
２ｂが発生する。このオフセット変動は、ＴＡ現象が緩
和されるまでの期間比較的長期にわたって継続する。信
号オフセット変動３２ｂは、正規最大信号レベルをはる
かに超えることもしばしばであり、持続時間も典型的に
は数１０〜数１００ビットに及ぶ。図から分かるよう
に、ＴＡ現象による信号オフセット変動３２ｂは、長期
間のオフセット信号変動が、正規再生波形３０上に重畳
したものとなり、直流成分が残留するような方式のパー
シャルレスポンス波形等化と最尤復号によるデータ復調
ではデータ復調が困難になる。この影響は、等化器の直
流遮断特性を強めることにより排除できる。

【００５６】図１３は、このための再生信号処理回路９
ｂの実施例を示している。再生アンプ１０の後段には、
図１２に示したようなＴＡ再生波形３２の発生を検知す
るＴＡ検出回路３３が設けられる。ＴＡ検出の方法は様
々であり、信号の自動利得制御アンプ１０ａにおいて、
検出された入力再生信号レベルの急激な変動を検知す
る、あるいは、再生信波形３２のレベルが、予め設定さ
れたＴＡ検出しきい値３１ａ，３１ｂを所定の時間Ｔ_ta
以上連続して超えた場合に信号異常としてこれをとらえ
るなど様々な方法がある。本実施例では、通常は、正規
再生信号波形３０に対して最適な信号条件を与えるパラ
メータα、あるいは適度に低域を補償するパーシャルレ
スポンス等化処理を用いてデータ復調を行い、ＴＡ再生
波形３２が検知されたとき、等化器１３での低域抑圧パ
ラメータαを１とすることで直流遮断を強めて、その影
響を排除する。抑圧パラメータαは、レジスタ回路３４
などに複数個（α₁、α₂、・・・）を収納しておき、Ｔ
Ａなどの信号異常を知らせる異常検知信号（制御信号）
３３ａに応じて、その一つを選択回路３５により選択し
て、これを等化器１３に与える構成としている。

【００５７】このように、ＴＡ波形２８やオフセット変
動など信号の異常を検知した場合と、検知されない正常
な場合で、複数のパラメータαの値を変えて、等化器１
３を動作させる、言い換えるならば、異なる直流成分通
過特性を有するパーシャルレスポンス等化処理を選択的
に用いることで、再生信号の状態により適した再生信号
処理条件で、データ復調の信頼度をより高めることがで
きる。また、パラメータαではなく、直流成分通過特性
を有するパーシャルレスポンス等化のための等化器特性
を実現するための等化器１３のタップ係数（ｈ₁，ｈ₂，
ｈ₃・・・ｈ_L）、あるいは、他の特性を規定する等化器
パラメータを複数用意して、これを選択して設定しても
よい。なお、信号遅延回路３６は、上記信号異常の検出
処理による遅延やパラメータの切り替え処理に伴う遅延
を補完するため、信号異常部分に遅延を施す処理を行う
回路であるが、本発明の本質には関わらないので説明は
省略する。

【００５８】（実施例３）再生信号に応じて等化特性を
使い分けるという回路を実施する具体的構成としては、
図１３のように等化器パラメータを可変にして１つの再
生系信号処理回路で実現するという構成方法の他に、異
なる直流低周波成分通過特性を有する等化器１３と最尤
復号器１６の組を複数系統用意した図１４のような構成
の実施例をとることもできる。前述のＴＡ検出回路２９
などによる信号異常の検出に基づいて、これら複数系統
への再生信号の入力を選択的に行うことでより信頼度の
高いデータ復調結果が得られる。あるいは、信号異常の
検出時には、直流遮断特性の強い、より適切な信号系統
からのデータ復調結果を選択器３５を通じて選択するよ
うにしても良い。

【００５９】（実施例４）多くのパーシャルレスポンス
波形等化回路に対しては、その前段に置かれる自動制御
利得回路１０aの調整利得を制御する自動利得制御回路
３９ａや、アナログ・デジタル変換器１２での再生信号
のサンプリングタイミングを制御するタイミング抽出回
路３９ｂが置かれる。この場合、制御のための制御信号
情報３８は、等化器１３の出力やあるいはそれ以後の部
位から、帰還して参照される。また、等化器１３のタッ
プ情報を調整する適応学習回路２６の制御情報も同様に
その後段からとられる。この場合、上述のＴＡ変動など
直流オフセットあるいは低周波の波形変動は、これら制
御系に大きな悪影響を与え、この帰還制御系内に長期に
その影響が滞留して、再生信号処理系の正常な動作を妨
げる。本実施例では、図１４の実施例で複数用意された
パーシャルレスポンス信号処理系のうち、直流成分を遮
断する特性を有する系統、あるいは、α＝１なるパラメ
ータを有する再生系系統の等化器１３後段から参照信号
を得る。本実施例の回路構成を図１５に示す。この場
合、上記のような制御情報信号３８を得る目的のみに、
直流成分を遮断する特性を有する系統、あるいは、α＝
１なるパラメータを有する再生系系統の等化器１３のみ
を備え、これより後段の最尤復号器１４などの信号処理
系を省略するものであってもよい。これにより、制御系
に動作に悪影響を及ぼす直流・低周波変動の入力を排除
して、他系統による最適直流遮断特性、最適パラメータ
αでの高信頼度なデータ復調とともに本発明磁気記録再
生装置の高い再生信頼度を維持することが可能となる。

【００６０】（実施例５）本発明が提供する磁気記録再
生装置では、直流近傍の低周波領域の信号成分を許容し
たパーシャルレスポンス波形処理と最尤復号によるデー
タ復調を用いるため、図４に示したような低域に集中す
る媒体雑音の量がデータ復調の信頼度を決定する大きな
要因である。本発明により、その影響は、再生信号が有
する低周波信号成分の効率的利用の観点から最適に低減
されるが、この媒体雑音の絶対量を低減することが、本
磁気記録再生装置のデータ復調を高める上で優位である
ことは言うまでもない。このため、図１６に示されるよ
うに、低周波の揺らぎを持った媒体雑音の影響が局在す
ること押さえるため、媒体上に最短ビット長さで記録さ
れる磁化反転の最大連続数ｍを一定以下に制限するよ
う、符号器２において、記録データに対する符号変換処
理を施した後に、これを記録媒体６上に記録する。

【００６１】例えば、ｍ＝３なる制約を設けたとき、記
録媒体６に記録されるビット情報は、記録情報の６〜９
％以下の程度の冗長度を設けることで実現できる。ｍ＝
４なる制約では、３〜５％以下の冗長度のみで実現する
ことが可能であり、これは、記録再生の効率を損なわ
ず、媒体雑音を低減して、データ復調信頼度を向上させ
ることにつながる。本発明のパーシャルレスポンス波形
処理とともに、このような符号変換処理を用いることで
媒体雑音の影響を低減できる。

【００６２】以上の実施例における磁気記録再生装置の
信号処理回路系、記録信号処理回路９aおよび、再生信
号処理回路９ｂは、既存の回路技術により、高速・高集
積・小型な半導体集積回路として容易に実現することが
できる。この半導体集積回路を、垂直磁気記録ヘッド媒
体系４を有する磁気記録再生装置に搭載することによ
り、そのデータ復調信頼度を向上させ、より高密度での
情報の記録再生を実現することが可能になる。

【００６３】

【発明の効果】本発明により、二層膜媒体と高感度ＭＲ
再生ヘッドによる垂直磁気記録方式の再生信号に対し、
従来技術を用いた場合に比べ、最尤復号におけるデータ
復調の信頼性をより高め、より低ＳＮ信号品質を許容す
ることができ、より高密度な情報記憶が実現できる磁気
記録再生装置、および、これを用いた磁気記録再生信号
処理回路が提供できる。本発明では、記録媒体からの雑
音の影響をより効果的に軽減できる他、再生波形が、再
生系増幅アンプ回路などの前段信号処理伝送系の伝達特
性による低周波周波数劣化歪を受けることを前提とし、
これを抑制する波形等化処理が行えるため、特殊な補償
回路などの増加を要せず、この影響を低減して、該前段
信号処理伝送系の特性劣化を許容した記録再生信号処理
回路を提供することができる。また、再生信号からの直
流再生検出を排除する処理系を備え、これを選択して用
いることで、記録媒体とＭＲ再生素子の接触（サーマル
・アスペリティ）、ヘッド特性の変動により発生する再
生波形の直流オフセットや変動などの、最尤復号データ
復調への影響を排除して、記録再生系の信頼度を向上さ
せる手段が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的実施例を示す図。

【図２】垂直磁気記録方式の記録再生過程を示す図。

【図３】本発明パーシャルレスポンス波形等化処理を説
明する図（時間波形）。

【図４】本発明パーシャルレスポンス波形等化処理を説
明する図（周波数スペクトラム）。

【図５】本発明で設定されるパーシャルレスポンス波形
干渉量の一例を示す表。

【図６】本発明で設定されるパーシャルレスポンス波形
干渉量の一例を示す表。

【図７】本発明で設定されるパーシャルレスポンス波形
干渉量の一例を示す表。

【図８】本発明における低域抑圧パラメータαとデータ
ビット誤り率の関係を示す図。

【図９】トランスバーサルフィルタによるパーシャルレ
スポンス等化器構成を説明する図。

【図１０】本発明パーシャルレスポンス等化器の実施例
を説明する図。

【図１１】本発明におけるビタビ復号の状態遷移トレリ
ス線図の一例を示す図（ｎ＝４）。

【図１２】サーマルアスペリティ現象を説明する図。

【図１３】本発明の再生信号処理回路の第２の実施例。

【図１４】本発明の再生信号処理回路の第３の実施例。

【図１５】本発明の再生信号処理回路の第４の実施例。

【図１６】本発明における記録符号変換処理を説明する
図（ｍ＝４の例）。

【符号の説明】

１：情報符号データ、２：符号器、３ａ：記録電流変換
処理回路、３ｂ：記録アンプ、４：垂直磁気記録ヘッド
媒体系、５：記録ヘッド、５ａ:主磁極、５ｂ：コイ
ル、５ｃ：補助磁極、６：記録媒体、６ａ：記録磁性
層、６ｂ：軟磁性裏打ち層、６ｃ：基板、７：再生ヘッ
ド、７ａ：磁気抵抗（ＭＲ）効果素子、７ｂ：シールド
膜、８：再生信号、９ａ：記録信号処理回路、９ｂ：再
生信号処理回路、１０：再生アンプ、１０a：自動利得
制御アンプ、１１：低域フィルタ、１２：アナログ／デ
ジタル（Ａ／Ｄ）変換器、１３：等化器、１４：最尤復
号器、１５：復号器、１６：再生符号データ、１７：記
録磁化パターン、１８：ダイビット記録磁化パターン、
１８ａ：隣接記録磁化反転の対、１９：ダイビット再生
波形、１９ａ：ステップ応答信号、２０：ダイビット再
生波形のスペクトル、２０ａ：媒体雑音のスペクトル、
２０b：低周波歪を有するダイビット再生波形のスペク
トル、２１：等化波形のスペクトル、２２：等化波形、
２３：１ビット記憶遅延素子、２４：乗算器、２５a、
加算器、２５b：減算器、２６：適応学習回路、２７：
雑音白色整合フィルタ、２８：低域抑圧フィルタ、２９
a：正規最大信号レベル、２９ｂ：正常オフセットレベ
ル、３０：正常信号波形、３１a、３１ｂ：ＴＡ検出し
きい値レベル、３２：ＴＡ再生波形、３２a：ＴＡ発生
時刻、３２ｂ：ＴＡによる信号オフセット変動、３３：
ＴＡ検出回路、３３ａ：異常検知信号（制御信号）、３
４：レジスタ回路、３５：選択回路、３６：信号遅延回
路、３８：制御信号情報、３９ａ：自動利得制御回路、
３９ｂ：タイミング抽出回路。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年２月２６日（２００１．２．２
６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高野公史東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者土永浩之東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内Ｆターム(参考） 5D031 AA04 BB01 DD01 DD07 DD11 HH11 HH13 5D044 BC01 CC05 FG01 GL02 GL31 5K029 AA04 CC07 DD05 GG03 HH03 JJ04 KK28 LL01 LL08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力された符号列に対して１ビット遅延信
号をα倍して減算する処理と、前記１ビット遅延符号の
α倍が減算された符号列に含まれる雑音を白色化する処
理とを行う信号等化器を備え、前記パラメータαは０．
１以上１以下の実数であることを特徴とする信号等化
器。
【請求項２】雑音白色化整合フィルタと、該雑音白色化
整合フィルタの出力符号に対して１ビット遅延符号のα
倍を減算する処理を行う回路とを備え、かつ前記パラメ
ータαは０．１以上１以下の実数であることを特徴とす
る信号等化器。
【請求項３】定められた最大信号レベルを越えるオフセ
ット変動の有無を入力信号に対して検知するサーマルア
スペリティ検出回路と、該サーマルアスペリティ検出回
路の後段に配置された信号経路の選択回路と、該選択回
路の後段に配置された請求項１または２に記載の等化器
と、該等化器に対して供給するパラメータαを複数有す
るレジスタとを有し、サーマルアスペリティが検出され
た際には、パラメータαとして１が前記レジスタから前
記等化器へ供給されることを特徴とする半導体集積回
路。
【請求項４】定められた最大信号レベルを越えるオフセ
ット変動の有無を入力信号に対して検知するサーマルア
スペリティ検出回路と、該サーマルアスペリティ検出回
路の出力に対して並列に複数個接続された請求項１また
は請求項２に記載の信号等化器と、該複数の信号等化器
の後段の出力のいずれかを選択する選択回路とを有し、
前記複数の信号等化器のうち少なくとも一つはパラメー
タαとして１を有し、サーマルアスペリティが検出され
た際には、前記選択回路はパラメータαとして１を有す
る信号等化器からの出力に接続されることを特徴とする
半導体集積回路。
【請求項５】定められた最大信号レベルを越えるオフセ
ット変動の有無を入力信号に対して検知するサーマルア
スペリティ検出回路と、該サーマルアスペリティ検出回
路の後段に配置されたＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器
の出力に対して並列に複数個接続された請求項１または
請求項２に記載の信号等化器と、前記Ａ／Ｄ変換器のサ
ンプリングタイミングを制御するタイミング抽出回路
と、前記複数の信号等化器の後段の出力のいずれかを選
択する選択回路とを有し、前記複数の信号等化器のうち
少なくとも一つはパラメータαとして１を有し、かつ前
記タイミング抽出回路はパラメータαとして１を有する
信号等化器の出力をＡ／Ｄ変換器のサンプリングタイミ
ング制御用の参照信号として用いることを特徴とする半
導体集積回路。
【請求項６】垂直磁気記録媒体と、該磁気記録媒体に対
して記録動作および再生動作を行う記録再生ヘッドと、
該再生ヘッドからの再生信号を処理する再生信号処理回
路とを備えた垂直磁気記録装置において、前記再生信号
処理回路は、入力信号に対して１ビット遅延信号をα倍
して減算する処理と、前記１ビット遅延信号のα倍が減
算された入力信号に含まれる雑音を白色化する処理とを
行う信号等化器を備え、前記パラメータαは０．１以上
１以下の実数であることを特徴とする垂直磁気記録装
置。
【請求項７】垂直磁気記録媒体と、該磁気記録媒体に対
して記録動作および再生動作を行う記録再生ヘッドと、
該再生ヘッドからの再生信号を処理する再生信号処理回
路とを備えた垂直磁気記録装置において、前記再生信号
処理回路は、雑音白色化整合フィルタと、該雑音白色化
整合フィルタの出力信号に対して１ビット遅延信号のα
倍を減算する処理を行う回路とを有する信号等化器を備
え、かつ前記パラメータαは０．１以上１以下の実数で
あることを特徴とする垂直磁気記録装置。
【請求項８】請求項６または７に記載の垂直磁気記録装
置において、前記再生信号処理回路は、定められた最大
信号レベルを越えるオフセット変動の有無を入力信号に
対して検知するサーマルアスペリティ検出回路と、該サ
ーマルアスペリティ検出回路の後段に配置された信号経
路の選択回路と、該選択回路の後段に配置された信号等
化器と、該フィルタ回路に対して供給するパラメータα
を複数有するレジスタとを有し、前記信号等化器は、雑
音白色化整合フィルタと、入力信号に対して１ビット遅
延信号のα倍を減算する処理を行うフィルタ回路とを備
え、サーマルアスペリティが検出された際にはパラメー
タαとして１が前記レジスタから前記フィルタ回路へ供
給されることを特徴とする垂直磁気記録装置。
【請求項９】請求項６または７に記載の垂直磁気記録装
置において、前記再生信号処理回路は、定められた最大
信号レベルを越えるオフセット変動の有無を入力信号に
対して検知するサーマルアスペリティ検出回路と、該サ
ーマルアスペリティ検出回路の出力に対して並列に複数
個接続された信号等価器と、該複数の信号等化器の後段
の出力のいずれかを選択する選択回路とを有し、前記信
号等化器は雑音白色化整合フィルタと入力信号に対して
１ビット遅延信号のα倍を減算する処理を行うフィルタ
回路とを備え、前記複数の信号等化器のうち少なくとも
一つはパラメータαとして１を有し、サーマルアスペリ
ティが検出された際には、前記選択回路はパラメータα
として１を有する信号等化器からの出力に接続されるこ
とを特徴とする垂直磁気記録装置。
【請求項１０】請求項６または７に記載の垂直磁気記録
装置において、前記再生信号処理回路は、定められた最
大信号レベルを越えるオフセット変動の有無を入力信号
に対して検知するサーマルアスペリティ検出回路と、該
サーマルアスペリティ検出回路の後段に配置されたＡ／
Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器の出力に対して並列に複数
個接続された信号等化器と、前記Ａ／Ｄ変換器のサンプ
リングタイミングを制御するタイミング抽出回路と、前
記複数の信号等化器の後段の出力のいずれかを選択する
選択回路とを有し、前記信号等化器は雑音白色化整合フ
ィルタと入力信号に対して１ビット遅延信号のα倍を減
算する処理を行うフィルタ回路とを備え、前記複数の信
号等化器のうち少なくとも一つはパラメータαとして１
を有し、かつ前記タイミング抽出回路はパラメータαと
して１を有する信号等化器の出力をＡ／Ｄ変換器のサン
プリングタイミング制御用の参照信号として用いること
を特徴とする垂直磁気記録装置。
【請求項１１】垂直記録媒体と、記録ヘッドと、該記録
ヘッドへ送り出す記録信号を処理する記録信号処理回路
系とを備えた磁気記録再生装置において、該記録信号処
理回路系は、入力される情報データ符号系列に対して、
媒体上に最短ビット長間隔で記録される記録磁化反転の
最大連続数が有限個の値に制限されるように符号変換処
理を行う符号器を有することを特徴とする垂直磁気記録
再生装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の磁気記録再生装置に
おいて、該磁気記録再生装置は、再生ヘッドと、該再生
ヘッドからの再生信号を処理する再生信号処理回路系と
を有し、該再生信号処理回路系は、前記符号器で行った
符号変換処理の逆変換符号処理を行う復号回路を有する
ことを特徴とする磁気記録再生装置。