JP2005327448A - 疑似ランダム２進シーケンスを有するサーボパターンによるデータ記録システム - Google Patents

Abstract

【課題】半径方向のトラック密度および円周方向の線密度が増加すれにつれて、サーボフィールドを円周方向に正確に位置合わせすることは困難になる。
【解決手段】データトラックは、記録ヘッドの位置制御に使用するサーボ情報のための疑似ランダム２進シーケンスを有する。第１の疑似ランダム２進シーケンス（ＰＲＢＳ）、および前記第１のＰＲＢＳと同一であるが前記第１のＰＲＢＳの周期の一部だけシフトされた第２のＰＲＢＳは、サーボパターンの第１の領域における交互のトラック内のトラック境界間、および前記第１の領域からトラックに沿って区切られた第２の領域における交互のトラック内のトラック中心間に位置する。サーボデコーダ６０１は、２つの相関器６０５，６０６を有し、それぞれ各ＰＲＢＳに使用する。各相関器は、そのＰＲＢＳが繰り返されるとき、ダイパルスを出力する。
【選択図】図５Ａ

Description

本発明は、一般に、磁気記録ハード・ディスク・ドライブなどのデータ記録システムに係り、特に、データトラック上で記録再生ヘッドの位置を特定して保持するための、予め記録済みのサーボパターンおよびサーボ位置決めシステムに関する。

磁気記録ハード・ディスク・ドライブは、サーボ機構による位置決めシステムを使用して、記録再生ヘッドを所望のデータトラック上に保持するとともに、必要に応じてトラックからトラックへのシークを行い、読み取りおよび書き込みの動作を実行する。各ディスク面上の同心円状のデータトラックごとに、円周方向に区切られたサーボセクタ内のフィールドには、特殊な「サーボ」情報が書き込まれる。サーボパターンは、複数のトラックにわたって形成される。これは、ヘッドがパターンを通過するときに、ヘッドからのリードバック信号をデコードして、ヘッドの半径方向位置を得るようにするためである。サーボパターンがディスク上に書き込まれるのは、サーボ書き込みとして知られるプロセスにおける製造中においてである。

従来のサーボ書き込みにおいては、サーボパターンは、専用のサーボライターとともに普通の記録ヘッドを使用して、複数のパスで書き込まれる。サーボパターンは、磁気的にプリントした先行パターンに詳細な最終パターンが後に続くように書き込んでもよい。これは、メディアレベルのサーボライターによって（例えば、サーボ書き込みヘッドによって１０枚ものディスクをサーボ書き込みする）、または専用のサーボライターを使用せずにディスク・ドライブによるセルフサーボ書き込みによって行う。各サーボ書き込みパスは、円周方向に正確に位置合わせしなければならない。位置合わせ不良は、サーボシステムにエラーをもたらす。半径方向のトラック密度および円周方向の即ちトラックに沿った方向のデータビットの線密度が増加すれにつれて、サーボフィールドを円周方向に正確に位置合わせすることはさらに困難になる。

必要とされるのは、予め記録済みのサーボフィールドの位置合わせ不良に敏感でない、サーボパターンを有する磁気記録ディスクおよびサーボ・デコード・システムを有するディスク・ドライブである。

本発明は、媒体を使用するデータ記録システムに関する。前記媒体においては、データトラックは、サーボ位置決め情報のための疑似ランダム２進シーケンスを含むサーボセクタを有する。第１の疑似ランダム２進シーケンス（ＰＲＢＳ）、および前記第１のＰＲＢＳと同一であるが前記第１のＰＲＢＳの周期の一部だけシフトされた第２のＰＲＢＳは、サーボパターンの第１の領域における交互のトラック内のトラック境界間、および前記第１の領域からトラックに沿って区切られた第２の領域における交互のトラック内のトラック中心間に位置決めされる。またサーボパターンは、トラックごとに２つのトラック識別（ＴＩＤ）フィールドを含んでいる。これら２つのＴＩＤフィールドの１つは、サーボパターンの第１領域と第２領域の間に位置決めされている。

本発明の磁気記録ディスク・ドライブの実施例においては、ディスク・ドライブは、ヘッドによって読み取られた記録信号を増幅する可変利得増幅器、ＴＩＤ検出器、所定のトラックにヘッドを移動して所定のトラック上でヘッドを保持するアクチュエータ、およびサーボパターンがヘッドの下を通過したとき、ヘッドによって読み取られた第１のＰＲＢＳおよび第２のＰＲＢＳを受け取るサーボ位置情報デコーダを有する。前記デコーダは、第１のＰＲＢＳに使用する第１の相関器、および第２のＰＲＢＳに使用する第２の相関器を有する。各相関器は、それぞれ対応するＰＲＢＳの単一の周期に整合させられるとともに、それぞれ対応するＰＲＢＳが繰り返されるごとに単一のダイパルスを出力する。２つの相関器から出力されるダイパルスの振幅の差は、デコーダによってディスク・ドライブ・アクチュエータに送られるヘッド位置信号を表す。相関器のさらに大きな振幅を有するダイパルスによって、可変利得増幅器、およびＴＩＤ検出器のタイミングが制御される。

本発明の特徴および利点をさらに十分に理解するには、添付の図面と合わせて以下の詳細な説明を参照する必要がある。

本発明によれば、予め記録済みのサーボフィールドの位置合わせ不良に敏感でない、サーボパターンを有する磁気記録ディスクおよびサーボ・デコード・システムを有するディスク・ドライブを提供することができる。

図１は、本発明で使用可能なタイプのディスク・ドライブを示すブロック図である。図示されているディスク・ドライブは、セクタサーボおよびゾーン・ビット・レコーディング（ＺＢＲ）による固定ブロック「ヘッダーレス」アーキテクチャを使用してフォーマットされている。

一般に参照符号１０２として指定されるディスク・ドライブは、データ記録ディスク１０４、アクチュエータ・アーム１０６、データ記録トランスデューサ１０８（ヘッド、記録ヘッド、または記録再生ヘッドとも呼ばれる）、ボイス・コイル・モータ１１０、サーボ電子回路１１２、記録再生電子回路１１３、インターフェース電子回路１１４、コントローラ電子回路１１５、マイクロプロセッサ１１６、およびＲＡＭ１１７を有する。記録ヘッド１０８は、誘導記録再生ヘッドであっても、または、誘導記録ヘッドに磁気抵抗再生ヘッドを組み合わせたものであってもよい。

一般に、ディスクモータによって回転するハブ上には、複数のディスクが重ねてある。各ディスクの各表面は、それぞれ別個の記録ヘッドに対応する。データ記録ディスク１０４は、回転中心１１１を有し、方向１３０に沿って回転する。ディスク１０４は、ヘッドの位置決めを目的として、半径方向に区切られた同心円状トラックに分割されている。同心円状トラックの１つをトラック１１８として示す。同心円状トラックは、半径方向にいくつかのゾーンにグループ化されている。グループ化されたゾーンの３つを、ゾーン１５１、１５２、１５３として示す。各トラックは、円周方向にまたは角度的に区切られた複数のサーボセクタを有している。各トラック内のサーボセクタは、他のトラック内のサーボセクタと円周方向に位置合わせされている。そのため、半径方向に向かうサーボセクション１２０によって表されるように、サーボセクタは、一般に半径方向に複数のトラックにわたって設けてある。

各トラックは、トラックの開始を示す参照インデックス１２１を有する。各ゾーンの範囲内で、トラックは、円周方向にもいくつかのデータセクタ１５４に分割されている。データセクタはユーザデータを格納する。本例では、データセクタには、データセクタを一意に特定するためのデータセクタ識別（ＩＤ）フィールドが含まれていないため、ドライブは、「Ｎｏ−ＩＤ」^ＴＭタイプのデータ・アーキテクチャ（「ヘッダーレス」データ・アーキテクチャとも呼ばれる）を有するとみなされる。ディスク・ドライブが複数のヘッドを有する場合、すべてのディスクデータ面上で同じ半径位置にある一連のトラックは、「シリンダ」と呼ばれる。

記録再生電子回路１１３は、ヘッド１０８から信号を受け取り、サーボセクタからのサーボ情報をサーボ電子回路１１２に渡し、データ信号をコントローラ電子回路１１５に渡す。サーボ電子回路１１２は、サーボ情報を使用して電流１４０を発生させ、この電流１４０によってボイス・コイル・モータ１１０を駆動して、ヘッド１０８の位置決めを行う。インターフェース電子回路１１４は、インターフェース１６２を通じてホストシステム（図示されていない）と通信を行い、データおよびコマンド情報を渡す。インターフェース電子回路１１４は、インターフェース１６４を通じてコントローラ電子回路１１５とも通信を行う。マイクロプロセッサ１１６は、インターフェース１７０を通じて他の種々のディスク・ドライブ電子回路と通信を行う。

ディスク・ドライブ１０２の動作においては、インターフェース電子回路１１４は、インターフェース１６２を通じて、データセクタ１５４からの読み取り要求、またはデータセクタ１５４への書き込み要求を受信する。コントローラ電子回路１１５は、インターフェース電子回路１１４から、要求されたデータセクタのリストを受信して、それらをゾーン番号、シリンダ番号、ヘッド番号、およびデータセクタ番号に変換する。データセクタ番号は、所望のデータセクタの位置を一意に特定する。ヘッドおよびシリンダ情報は、サーボ電子回路１１２に渡される。サーボ電子回路１１２は、該当するシリンダの該当するデータセクタ上にヘッド１０８を位置決めする。サーボ電子回路１１２に渡されたシリンダ番号が、ヘッド１０８が現在位置するシリンダ番号と同じでない場合、サーボ電子回路１１２は、最初にシーク動作を実行して、ヘッド１０８を該当するシリンダ上に再度位置決めする。

サーボ電子回路１１２がヘッド１０８を該当するシリンダ上に位置決めたら、サーボ電子回路１１２は、セクタ計算の実行を開始して、所望のデータセクタの場所を突きとめて特定する。ヘッダーレス・アーキテクチャ技法では、サーボセクタがヘッド１０８の下を通過するとき、各サーボセクタを特定する。簡単に言えば、サーボ・タイミング・マーク（ＳＴＭ）を使用して、サーボセクタの場所を突きとめる。また、インデックス・マーク１２１を含むサーボセクタからのＳＴＭのカウントは、各サーボセクタを一意に識別する。ヘッダを有する古いアーキテクチャをディスク・ドライブが使用している場合、すべてのセクタは、サーボセクタ番号を含んだフィールドで印を付けられている。サーボセクタ番号は、サーボ電子回路によって読み取られ、各サーボセクタを一意に識別するのに使用される。付加情報は、サーボ電子回路１１２と、およびデータセクタ内のデータの読み取りまたは書き込みを制御するコントローラ電子回路１１５と関連付けて維持管理される。

ここで図２Ａを参照すると、ディスク１０４上の代表的なトラック１１８の一部が拡大して示されている。４つの完全なデータセクタ（２０１、２０２、２０３、および２０４）が示されている。さらに、３つの代表的なサーボセクタ２１０、２１１、２１２も示されている。この例から分かるように、いくつかのデータセクタは、サーボセクタによって分割されている。また、いくつかのデータセクタは、サーボセクタの直後から開始していない。例えば、データセクタ２０２、２０４は、サーボセクタ２１１、２１２によってそれぞれ分割されている。データセクタ２０２はデータセクション２２１、２２２に分割されており、データセクタ２０４はデータセクション２２４、２２５に分割されている。データセクタ２０３は、サーボセクタの直後というよりはむしろデータセクタ２０２の直後から開始している。インデックス・マーク１２１は、トラックの開始を示しており、サーボセクタ２１０に含まれて示される。

図２Ｂは、図２Ａに示されるサーボセクタの１つを拡大した図である。一般に、各サーボセクタには、ＳＴＭ３０６が含まれる。ＳＴＭ３０６は、トラック識別（ＴＩＤ）フィールド３０４および位置誤差信号（ＰＥＳ）フィールド３０５における、その後のサーボ情報を読み取るためのタイミング参照としての機能を果たす。ＳＴＭは、場合によっては、サーボ・アドレス・マーク、サーボ識別（ＳＩＤ）、またはサーボ・スタート・マークと呼ばれることもある。また各サーボセクタは、可変利得増幅器（ＶＧＡ）を制御するための自動利得制御（ＡＧＣ）フィールド３０２を含む。可変利得増幅器（ＶＧＡ）は、ヘッド１０８によって読み取られる信号の強度を調節する。

図３は、サーボ電子回路１１２を示すブロック図である。動作を説明すると、コントローラ電子回路１１５は、アクチュエータ位置コントローラ４０４に入力を与える。次に、アクチュエータ位置コントローラ４０４は、アクチュエータに信号１４０を供給してヘッドの位置決めを行う。コントローラ電子回路１１５は、サーボセクタから読み取ったサーボ情報を使用して、アクチュエータ位置コントローラ４０４への入力４２８を決定する。サーボ情報は、記録再生電子回路１１３（図１）によって読み取られ、信号１６６はサーボ電子回路１１２に入力される。ＳＴＭデコーダ４００は、記録再生電子回路１１３からクロック制御されたデータストリーム１６６を入力として受け取るとともに、コントローラ電子回路１１５から制御入力４３０を受け取る。ＳＴＭが検出されると、ＳＴＭ検出信号４２０が生成される。ＳＴＭ検出信号４２０は、タイミング回路４０１の調節に使用される。タイミング回路４０１は、サーボセクタの残りに対する動作シーケンスを制御する。

ＳＴＭの検出後、トラック識別（ＴＩＤ）デコーダ４０２は、タイミング回路４０１からタイミング情報４２２を受け取り、クロック制御されたデータストリーム１６６を読み取る。このデータストリーム１６６は、一般にグレイコードでエンコードされている。次に、トラック識別（ＴＩＤ）デコーダ４０２は、デコードされたＴＩＤ情報４２４をコントローラ電子回路１１５に渡す。その後、ＰＥＳデコード回路４０３は、記録再生電子回路１６６からのＰＥＳ信号を取り込んで、位置情報４２６をコントローラ電子回路１１５に渡す。ＰＥＳデコード回路４０３への入力は、一般にアナログである。ただし、ＰＥＳデコード回路４０３への入力は、デジタルであってもまたは他のいずれのタイプであってもよい。ＰＥＳデコード回路４０３は、サーボ電子回路モジュール１１２内に設けなくてもよい。

図４Ａは、セクタサーボ・システムにおいて一般に使用されるタイプの従来のサーボパターンの概略図であり、理解しやすいように４トラックのみの非常に簡略化されたパターンを示す（それぞれトラック中心線３２８、３２９、３３０、３３１を有するトラック３０８、３０９、３１０、３１１）。サーボパターンは、矢印１３０で示される方向でヘッド１０８に対して移動する。メディアの２つの可能な磁性状態は、白と黒の領域として示される。図４Ａは、ディスクの１つのサーボセクション１２０における、半径方向に隣接する４つのサーボセクタのみのサーボパターンを示すが、パターンは、各サーボセクション１２０内のすべてのデータトラックを通じて半径方向に伸びている。

サーボパターンは、ＡＧＣフィールド３０２、ＳＴＭフィールド３０６、トラックＩＤフィールド３０４、およびＰＥＳフィールド３０５という４つの異なるフィールドから成る。ＰＥＳフィールド３０５内のサーボ位置決め情報は、バーストＡ−Ｄから成る従来のクワッド・バースト・パターンである。自動利得制御（ＡＧＣ）フィールド３０２は、通常の遷移であり、名目上すべての半径方向位置で同じである。ＡＧＣフィールド３０２によって、サーボコントローラは、後のフィールドに対するタイミングおよび利得パラメータを較正することができる。ＳＴＭフィールド３０６は、すべての半径方向の位置で同じである。ＳＴＭパターンは、サーボパターン内の他の部分で出現しないように、かつデータレコード内で出現しないように選択される。ＳＴＭを使用して、ＡＧＣフィールドの終端の位置を見つけたり、ディスク・ドライブが初期化されたときのサーボパターンの位置を見つけたりする。ＴＩＤフィールド３０４には、トラック番号が含まれており、通常、グレイコード化されて記録ビットの有無として書き込まれる。ＴＩＤフィールド３０４は、半径方向位置の整数部分を決定する。位置誤差信号（ＰＥＳ）バーストＡ−Ｄは、半径方向位置の端数部分を求めるのに使用される。各ＰＥＳバーストは、規則的に区切られた一連の磁気遷移から成る。この磁気遷移は、図４Ａにおける黒と白の領域間の遷移によって表される。

ＰＥＳバーストは、集中した遷移が１トラック幅となり中心線から中心線まで２トラック離れるように半径方向に配置される。ＰＥＳバーストは、偶数番号を有するトラックの中心にヘッドが来たときに（例えば、中心線３３０を有するトラック３１０）、バーストＡからのリードバック信号が最大となり、バーストＢからのリードバック信号が最小となり、バーストＣおよびＤからのリードバック信号が等しくなるような、当該ＰＥＳバーストの隣接からオフセットしている。ヘッドが一方向にトラックから外れて移動するとき（図４Ａの下方）、バーストＣからのリードバック信号は増加し、バーストＤからのリードバック信号は減少する。ただし、ヘッドがトラックとトラックの中間にある状態で、バーストＣからのリードバック信号が最大になり、バーストＤからのリードバック信号が最小になり、バーストＡおよびＢからのリードバック信号が等しくなる時点までに限られる。ヘッドが同じ方向に移動し続けるとき、バーストＢからのリードバック信号は増加し、バーストＡからのリードバック信号は減少する。ただし、ヘッドが奇数トラック番号を有する次のトラック（例えば、中心線３３１を有するトラック３１１）の中心に来た状態で、バーストＢからのリードバック信号が最大となり、バーストＡからのリードバック信号が最小となり、バーストＣおよびＤからのリードバック信号が再び等しくなる時点までに限られる。

図４Ａに示される従来技術のサーボパターンは、通常の記録ヘッドによって、ハーフ・トラック・ステップで、トラック毎に書き込まれたものである。各個別トラックのその隣接との位置合わせは、サーボパターンの書き込みにおける重要な問題である。２つの異なる位置合わせ問題が生じる可能性がある。トラック位置決め不良（ＴＭＲ）は、サーボ書き込み中における、ヘッドの半径方向位置のエラーが原因で発生する。これは、サーボパターンから得られるサーボ位置情報の反復可能なエラーにつながる。円周方向の即ちトラックに沿った位置合わせ不良は、サーボ書き込み中におけるヘッドの円周方向位置のエラーが原因で発生する。円周方向の位置合わせ不良によって、複数のトラックにわたって特徴が不規則になり歪められる。

図４Ｂは、図４Ａに示されるサーボパターンについての、円周方向の位置合わせ不良３１２の影響を示したものである。実際、円周方向においては、位置合わせ不良は、サーボパターンにおける最小の円周方向の特徴よりもさらにずっと小さくなければならない。記録密度が増加すればするほど、サーボパターンの特徴はそれに応じてさらに小さくなり、円周方向の位置合わせ不良がますます問題になる。

円周方向の位置合わせ不良の影響は、異なるトラック上に書き込まれた特徴から有意な寄与をヘッドが読み取る場合に最も顕著となる。例えば、図４Ｂに示すように、トラック中心線３２８とトラック中心線３２９の中間にヘッドが位置決めされているとき、これら２つのトラックからのＡＧＣフィールド３０２の寄与は破壊的に干渉する。

本発明は、磁気記録ハード・ディスク・ドライブの実装例に関して説明される。ただし、本発明は、一般に、データを隣接するデータトラックに記録しておくデータ記録システムに適用可能である。ここで、隣接するデータトラックには、データ記録ヘッド即ちトランスデューサを位置決めするためのサーボ情報も含まれる。図５Ａに、本発明のサーボパターンを示す。従来技術におけるＡＧＣフィールド、ＳＴＭフィールド、およびＰＥＳフィールドは、単一の疑似ランダム２進シーケンス（ＰＲＢＳ）フィールドによって置き換えられる。２つの連続したＰＲＢＳフィールドが示されている。ＰＲＢＳフィールド５０１は、サーボパターンの第１の領域に位置決めされており、ＰＲＢＳフィールド５０４は、第１の領域からトラックに沿って円周方向に区切られた第２の領域に位置決めされている。さらに、ＴＩＤフィールドは、ＮＲＺ表示（５０２および５０５）を使用して２回符号化されている。ＮＲＺ表示は、従来技術による双ビット記録よりも効率的である。第１のＴＩＤフィールド５０２は、２つのＰＲＢＳフィールド５０１、５０４の間に位置決めされている。ＴＩＤフィールドに対して従来のグレイコードの代わりにＮＲＺを使用することによって、重複したＴＩＤフィールドのサイズを減少させることができる。

ＴＩＤフィールドを重複させることによって、円周方向の位置合わせ不良に対処するための効果的な方法が提供される。ヘッドがサーボパターンを基準として移動するときのヘッドの半径方向位置にかかわらず、２つのＴＩＤフィールドの１つは、トラック上でまたはほぼトラック上で読み取られなければならない。なぜならば、ヘッドは、両方のレコード上でトラックピッチの１／４を超えて同時にトラックから外れることはできないためである。ＴＩＤフィールドがトラック上で読み取られるとき、円周方向の位置合わせ不良はほとんど影響を及ぼさない。なぜならば、ヘッドは隣接するトラックからの寄与をほとんど登録することはなく、さらに、隣接するトラック上のデータが現在のトラックに適切に登録されるかどうかは、少しも重要ではないからである。ＰＲＢＳフィールドの特性によって、タイミングおよび利得を、先行するＰＲＢＳフィールドを使用してＴＩＤフィールドごとに別々に回復することができる。

ＰＲＢＳは、非常に良好な自己相関性を有する特殊な種類の疑似雑音（ＰＮ）シーケンスであり、説明される実施例にとって良い選択となる。ＰＮシーケンスは、相関フィルタによる検出に相応しい、ほぼ疑似雑音自己相関性を有する任意のシーケンスである。

ＰＲＢＳの特性、ＰＲＢＳの生成方法、および相関の概念は周知であり、技術文献に広範囲に説明されている（例えば、Mac Williams and Sloane、IEEE会報、VOL. 64、No. 12、pp1715-1729参照）。２つのシーケンスａ（ｔ）およびｂ（ｔ）の相関は、次のように定義される。

この相関の定義は、信号処理の分野で周知であり、相関の統計定義と非常に類似している。

両方の定義とも、量τは、シーケンスａ、ｂ間の「遅れ」として公知である。上記の相関の和は、畳み込みの和に非常に類似している。そのため、ａ（ｔ）とｂ（ｔ）の相関は、ａ（ｔ）とｂ（−ｔ）の畳み込みと等しいことが示される。この当然の結果として、入力シーケンスａ（ｔ）の固定参照シーケンスｂ（ｔ）との相関は、インパルス応答ｂ（−ｔ）を有するフィルタを使用して得ることができる。この種類のフィルタは、シーケンスｂ（ｔ）と整合させた相関器と呼ばれる。

最長シフトレジスタシーケンス（Ｍシーケンス）とも呼ばれる疑似ランダム２進シーケンス（ＰＲＢＳ）は、いくつかの興味深い特性を備えたバイナリビットの周期的なシーケンスである。特に、ＮビットＰＲＢＳの自己相関関数、すなわち、ＮビットＰＲＢＳパターンのそれ自体との相関は、遅れが０の場合は１であり、その他の場合は遅れＮに至るまで１／Ｎである（その後、これが繰り返される）。これは、疑似ランダム２進シーケンスにそれらの名前を与える特性である。なぜならば、一連の純粋にランダムなバイナリビットは、遅れが０の場合に自己相関１を有し、その他の場合に自己相関１を有するためである。この特性の直接の結果としては、周期的ＰＲＢＳが、同じＰＲＢＳの単一周期と整合させた相関器に入力される場合、ＰＲＢＳが繰り返されるたびに相関器は単一の狭いパルスを出力する。

磁気記録方式を使用して周期的ＰＲＢＳが記録されるとともに、その結果として生成されるリードバック信号が整合済み相関器に入力される場合、ＰＲＢＳが繰り返されるたびに、相関器は磁気記録方式のダイパルス応答を出力する。有限長の（すなわち、無期限に繰り返さない）ＰＲＢＳの場合、相関器の出力は、１周期の全体が相関器に入力された後に有効となり、ＰＲＢＳの最後のサンプルが相関器に入力されるまで有効の状態が維持される。相関器は、フィルタｈ［ｋ］のインパルス応答は、時間を逆にしたＰＲＢＳの１周期と等しいという意味で整合させる。すなわち、
ｈ［ｋ］＝ｘ［ｎ−ｋ］ｋ＝０，１，・・・ｎ−１．
疑似乱数の自己相関性の結果としては、ＰＲＢＳを整合させた相関器に入力するとき、出力が１または−１／ｎのいずれかとなる。

ＰＲＢＳは、線形フィードバック・シフトレジスタを使用して生成することができる。線形フィードバック・シフトレジスタ内では、フィードバック多項式はプリミティブである。ＰＲＢＳは、一般に２^ｎ−１ビット長である。ここで、ｎは整数である。図１２は、３１ビットＰＲＢＳの生成に使用する五次多項式をインプリメントする、５つのラッチを備えたＬＦＳＲの例である。

五次多項式の場合、ＰＲＢＳを生成する６つの原始多項式が存在する。ここで説明される好適な実施例においては、２つのＰＲＢＳが使用される。２つのシーケンスを形成しているのは、ＰＲＢＳと、それと同じＰＲＢＳをその周期の一部だけ（望ましくはその周期のほぼ半分）循環的にシフトさせて得られたＰＲＢＳである。この循環シフトは、シフト済みのシーケンスに整合させた相関器に元のシーケンスを入力したとき、シーケンスの長さのほぼ半分と等しい幅を有するウィンドウ上に出力がなく、その逆もまた同様であることを意味する。この遅れの値の範囲にわたって、これらの２つのシーケンスは直交していると言える。

一方のシーケンス（ＰＲＢＳ１）は、それがＡバーストＰＥＳおよびＣバーストＰＥＳの両方をエンコードするためＡ／Ｃシーケンスと呼ばれる。他方のシーケンス（ＰＲＢＳ２）は、それがＢバーストＰＥＳとＤバーストＰＥＳの両方をエンコードするためＢ／Ｄシーケンスと呼ばれる。図５Ａでは、６３ビットのＰＲＢＳが使用されており、ＰＲＢＳ２はＰＲＢＳ１から３１ビットだけシフトさせて得られる。ＰＲＢＳ１からシフトさせてＰＲＢＳ２を得るとき、ＰＲＢＳの周期のいずれの部分を使用してもよいが、望ましくはシフトは周期のほぼ半分とする。または、６３ビットのＰＲＢＳを使用する場合、ほぼ２５ビットから３５ビットまでとする。

図５Ａでは、ＰＲＢＳ１は、第１の領域におけるトラック境界（交互のトラック３０８および３１０）の間に位置しており、Ａバーストを符号化するとともに、第２の領域におけるトラック中心線（中心線３２８、３２９、および３３０、３３１）の間に位置しており、Ｃバーストを符号化する。同様に、ＰＲＢＳ２は、第１の領域におけるトラック境界（交互のトラック３０９、３１１）の間に位置しており、Ｂバーストを符号化するとともに、第２の領域におけるトラック中心線（中心線３２９、３３０）の間に位置しており、Ｄバーストを符号化する。

ＰＲＢＳフィールドの完全な１周期は、パターンの別周期の一部を含む周期的プレフィックスに記録される。その結果、図５Ｂに示すように、合計でＰＲＢＳのほぼ１．３周期が記録される。各相関器の出力は、周期的プレフィックスの長さに対して有効である。循環プレフィックスが長ければ長いほど、相関器の出力はさらに長く有効な状態で維持される。周期的プレフィックスが存在しない場合、相関器の出力はほんの一瞬の間のみ有効となる。

図６および図７は、本発明のサーボ・デコード・システムを示す図である。図６は、サーボデコーダ６０１のブロック図である。サーボデコーダ６０１は、従来技術によるＳＴＭデコーダ４００、ＴＩＤデコーダ４０２、およびＰＥＳデコーダ４０３（図３）と置き換えられる。デコーダ６０１は、ＰＲＢＳ１の相関器６０５、およびＰＲＢＳ２の相関器６０６を備えている。これらの相関器の出力は、制御ブロック６０８に送られる。図７は、制御ブロック６０８を詳細に示すブロック図である。

デコーディングは２回行われる。１回はＰＲＢＳフィールド５０１および第１のトラックＩＤフィールド５０２に対して行われ、もう１回はＰＲＢＳ５０４および第２のトラックＩＤフィールド５０５に対して行われる。ＰＲＢＳフィールド５０１およびＴＩＤフィールド５０２は、ＰＲＢＳフィールド５０４およびＴＩＤフィールド５０５から１／２トラックピッチだけ半径方向に偏っている。

リードバック信号は相関器６０５、６０６に入力される。相関器Ａ／Ｃ６０５は、領域１におけるＰＥＳ Ａバーストおよび領域２におけるＰＥＳ Ｃバーストに対して、ＰＲＢＳ１に整合させられている。一方で、相関器Ｂ／Ｄ６０６は、領域１におけるＰＥＳ Ｂバーストおよび領域２におけるＰＥＳ Ｄバーストに対して、ＰＲＢＳ２に整合させられている。

図８は、ヘッドがトラックＮから隣接したトラックＮ＋１まで移動したときの、ヘッドによって読み取られる代表的なリードバック信号を示す図である。図９は、相関器６０５、６０６の、対応するダイパルス信号出力を示す図である。前述のように、サーボパターンが方向１３０（図５Ａ）でヘッドの下に移動したとき、相関器ブロック６０５および６０６は、それぞれＰＲＢＳフィールド５０１に１回、その後ＰＲＢＳフィールド５０４に１回適用される。図９に示される第１列および第２列（相関器Ａおよび相関器Ｂとラベル表示されている）は、それぞれ、ＰＲＢＳフィールド５０１からの信号が入力されたときの相関器ブロック６０５、６０６の出力を示す。図９に示される第３列および第４列（相関器Ｃおよび相関器Ｄとラベル表示されている）は、それぞれ、ＰＲＢＳフィールド５０４からの信号が入力されたときの相関器ブロック６０５、６０６の出力を示す。各相関器からのダイパルス出力再生信号のピークのサイズは、従来技術によるクワッド・バースト・フィールドから得られる同じ位置誤差信号情報をもたらす。

ヘッドがトラックＮの真上に位置した状態では、相関器Ａは強い出力を生成し、相関器Ｂは出力を生成せず、相関器ＣおよびＤは小さくて等しい出力を生成する。ヘッドがトラックＮからトラックＮ＋１まで移動するとき、相関器ＡおよびＣからの出力は減少するのに対して、相関器ＢおよびＤからの出力は増加する。ヘッドがトラックＮとトラックＮ＋１の中間（トラックＮ＋０．５）に位置した状態では、相関器ＡおよびＢからの出力は等しくかつ小さくなり、相関器Ｃは出力を生成せず、相関器Ｄは強い出力を生成する。ヘッドが移動し続けるとき、相関器ＡおよびＤからの出力は減少するのに対して、相関器ＢおよびＣからの出力は増加する。ヘッドがトラックＮ＋１の真上に位置した状態では、相関器Ａは出力を生成せず、相関器Ｂは強い出力を生成し、相関器ＣおよびＤは再び小さくて等しい出力を生成する。

好適な実施例においては、各相関器からの出力の大きさ（ダイパルス信号の振幅）は、指定された時間ウィンドウの範囲内で相関器からの出力の絶対値の和として測定される。この動作は、図７に示されるブロック７０１および７０３によって実行される。２つの相関器の間における出力再生信号の絶対値の差（ブロック７０１と７０３との間の出力の差）は、信号線４２６上で位置誤差信号を計算するサーボコントローラに出力される。

図１０は、ブロック７０１および７０３からの代表的な出力を示す図である。ダイパルスのエリアは、記録済みのＰＲＢＳからヘッドによって読み取られた信号の振幅に比例する。ダイパルス・ゼロ交差の位置は、記録されたＰＲＢＳの円周方向位置を示す。これから説明するように、相関器のダイパルス出力の情報によって位置誤差信号（ＰＢＳ）情報が得られるとともに、このダイパルス出力の情報を使用してＴＩＤを検出するためのタイミングおよび利得も設定される。

図６および図７を再び参照して、ＴＩＤを検出するためのタイミングと利得を有効にするサーボデコーダの動作について説明する。ＴＩＤフィールドは各ＰＲＢＳフィールドと同じ半径方向位置に書き込まれるため（図５Ａに示す領域１におけるトラック境界間のＴＩＤフィールド５０２、および領域２におけるトラック中心線間のＴＩＤフィールド５０５）、相関器の出力の大きさは、ＴＩＤフィールドの検出を支援する利得制御情報を提供する。

決定ブロック７０７によってさらに大きな振幅を有する相関器が選択され、振幅がマルチプレクサ７０５によって選択される。この振幅を使用して、可変利得増幅器（ＶＧＡ）６０７を制御する。

決定ブロック７０７によって選択された相関器出力は、ＴＩＤ検出器６１１に対するパリティの設定にも使用される。サーボデコーダ６０１が、相関器６０５、６０６の各出力においてほぼ等しい振幅のダイパルスを検出した場合、ＴＩＤ検出器６１１は無効にされる。その理由は、このレコード上でヘッドが２つのトラックにわたっており、信頼性の高いＴＩＤの検出ができないためである。パリティの制約があるため、単一ビットエラーを除去することによってＴＩＤ検出器の信頼性が改善される。グレイコード化されたパターンにおいては、単一ビットはトラックごとに変化するが、パリティの制約はこの変化を監視することによって適用される。このように、ＴＩＤパリティは交互に偶数と奇数である。さらに、ＰＲＢＳフィールドが（Ａ／Ｃ）から（Ｂ／Ｄ）に変化して戻るときに、ＴＩＤパリティは偶数から奇数に反転して戻る。このように、相関器Ａ／Ｃ６０５が強いダイパルスを生成する場合、ＴＩＤ上では偶数パリティが強制される。相関器Ｂ／Ｄ６０６が強いダイパルスを生成する場合、ＴＩＤ上では奇数パリティが強制される。

相関器の出力も、信頼性の高いＴＩＤの検出を支援するタイミング情報を提供する。相関器の出力におけるピークの位置は、対応するＰＲＢＳフィールドの位置にしたがってシフトする。各ＴＩＤフィールドはＰＲＢＳフィールドと共に書き込まれるため、この位置情報を使用して、ＴＩＤをデコードするための適切なタイミング情報を提供する。好適な実施例においては、各相関器からの出力の位置は、相関器のダイパルス信号のゼロ交差の位置として測定される（図１０）。この動作は、図７に示されるブロック７０２および７０４によって実行される。相関器がさらに強い出力を行うためのこのゼロ交差タイミング情報は、マルチプレクサ７０６によって選択される。また、このゼロ交差タイミング情報は、サンプリング補間回路６０９の制御に用いられる。

サーボシステムがトラッキングモードにあるかまたは低速でシークしているとき、ヘッドはサーボパターンの全体を通過するため、ヘッドの半径方向位置は本質的に一定である。これによって、ＰＲＢＳフィールド５０１、５０４から抽出したタイミングおよび利得情報を、その後のＴＩＤフィールド５０２、５０５に対して正しく適用できることが保証される。サーボシステムが高速でシークしているとき、ヘッドは多数のトラックを通りながらサーボパターンを横切る。この場合、ヘッドは、１つのトラックからＰＲＢＳフィールド５０１を、異なるトラックからＴＩＤフィールド５０４を読み取るため、サーボデコーダ６０１は故障する可能性がある。このように、ＰＲＢＳフィールドから抽出されるタイミングおよび利得情報は、ＴＩＤフィールドに関連しない。

この制約を克服するために、図１１の特別なＴＩＰフィールド８０２に示されるように、専用の高速シークＴＩＤフィールドを、メインサーボパターンの直前にサーボ書き込みすることができる。ディスクのこの領域は使用できない。なぜならば、この領域は、「ライト・ツー・リード・リカバリ」に必要なタイムギャップであり、再生ヘッドと記録ヘッドとの間における円周方向のオフセットの結果であるためである。その結果、ＴＩＤフィールド８０２によって、追加のディスクのリアルエステートが占有されることはない。この高速シークＴＩＤフィールド８０２は、低密度で書き込まれるとともに、６ビットまたは５ビットのシリンダ・アドレスのみをエンコードする。

上述のとおり、本発明は、磁気記録ハード・ディスク・ドライブに限定されない。しかし、本発明は、一般に、データを隣接するデータトラックに記録しておくデータ記録システムに適用可能である。ここで、隣接するデータトラックには、データ記録ヘッド即ちトランスデューサを位置決めするためのサーボ情報も含まれる。これらのシステムには、磁気テープ記録システム、および光ディスク記録システムなどが含まれる。

本発明について特に好適な実施例を参照して説明したが、本発明の精神および適用範囲から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更できることは、当業者によって理解されるであろう。従って、上記に開示された本発明は、単に実施例とみなされるべきであり、その適用範囲は添付の特許請求の範囲による記述のみによって限定される。

本発明で使用可能なタイプの従来技術によるディスク・ドライブを示すブロック図である。 図１に示されるディスク・ドライブのディスク上における代表的なデータトラックの一部を示す図である。 図２Ａのデータセクタにおけるサーボセクタの１つを示す拡大図である。 図１の従来技術によるディスク・ドライブ内のサーボ電子回路を示すブロック図である。 クワッド・バーストＰＥＳパターンを有する従来技術によるサーボパターンを示す図である。 図４Ａの従来技術によるサーボパターンについて、円周方向の位置合わせ不良の影響を示す図である。 本発明のサーボパターンを示す図である。 図５Ａのサーボパターンに対する疑似ランダム２進シーケンス（ＰＲＢＳ）を示す図である。 本発明のサーボデコーダを示すブロック図である。 図６のサーボデコーダにおける制御ブロック６０８を示す詳細なブロック図である。 本発明のサーボパターンをわたってヘッドがトラックＮから隣接するトラックＮ＋１まで移動するときの、代表的なリードバック信号を示す図である。 図８のリードバック信号に対応した相関器の出力を示す図である。 相関器からの代表的なダイパルス出力再生信号を示す図である。 図５Ａのサーボパターンに先行する専用の高速シークトラック識別（ＴＩＤ）フィールドを示す図である。 一般にＰＲＢＳの生成に使用される線形フィードバック・シフトレジスタ（ＬＦＳＲ）を示す図である。

符号の説明

１０２…ディスク・ドライブ、
１０４…ディスク、
１０６…アクチュエータ・アーム、
１０８…ヘッド、
１１０…ボイス・コイル・モータ、
１１２…サーボ電子回路、
１１３…Ｒ／Ｗ電子回路、
１１４…インターフェース電子回路、
１１５…コントローラ電子回路、
１１６…マイクロプロセッサ、
１１７…ＲＡＭ、
１１８…トラック、
１２０…サーボセクション、
１２１…インデックス・マーク、
１５４…データセクタ、
２０１，２０２，２０３，２０４…データセクタ、
２１０，２１１，２１２…サーボセクタ、
２２１，２２２、２２４，２２５…データセクション、
５０１…ＰＥＳ（Ａ／Ｂ）（ＰＲＢＳパターン）、
５０２…トラックＩＤ、
５０３…バッファ、
５０４…ＰＥＳ（Ｃ／Ｄ）（ＰＲＢＳパターン）、
５０５…トラックＩＤ、
５０６…周期的プレフィックス、
５０７…ＰＲＢＳの周期全体、
６０１…サーボデコーダ、
６０４…ＦＩＦＯバッファ、
６０５…相関器Ａ／Ｃ（ＰＲＢＳ１）、
６０６…相関器Ｂ／Ｄ（ＰＲＢＳ２）、
６０７…ＶＧＡ、
６０８…制御ブロック、
６０９…補間回路、
６１０…等化器、
６１１…検出器、
７０１…絶対値の検出、
７０２…位置の検出、
７０３…絶対値の検出、
７０４…位置の検出、
８０１…データレコード、
８０２…高速シークトラックＩＤ。

Claims (12)

1. 各々がサーボセクタを有する複数の隣接するデータトラックを有し、各トラック内の前記サーボセクタが、隣接するトラック内のサーボセクタとトラックに沿って位置合わせされて成る記録媒体であって、前記トラック内のサーボセクタはサーボパターンを形成しており、該サーボパターンは、（ａ）サーボ位置情報の第１の疑似ランダム２進シーケンス（ＰＲＢＳ）と、（ｂ）サーボ位置情報の第２のＰＲＢＳとを含み、前記第２のＰＲＢＳは前記第１のＰＲＢＳと同一であるが前記第１のＰＲＢＳの周期の一部だけシフトされており、また前記第１および第２のＰＲＢＳはそれぞれ第１の領域における交互のトラック内のトラック境界間および前記第１の領域からトラックに沿って区切られた第２の領域における交互のトラック内のトラック中心間に位置し、さらに、前記サーボパターンは、（ｃ）片方のトラック識別（ＴＩＤ）フィールドが前記第１の領域と前記第２の領域との間に位置する、トラックごとの２つのトラック識別（ＴＩＤ）フィールドを含む記録媒体と、
   前記サーボセクタを読み取るヘッドと、
   前記ヘッドに接続され、異なるトラックに前記ヘッドを位置決めし、前記トラック上で前記ヘッドを保持するアクチュエータと、
   前記ヘッドによって読み取った前記第１のＰＲＢＳおよび前記第２のＰＲＢＳに応じて、前記アクチュエータに対してヘッド位置信号を生成するデコーダと、
   を有することを特徴とする記録システム。
2. 前記第２のＰＲＢＳは、前記第１のＰＲＢＳの周期のほぼ半分だけシフトされることを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 記録システムは磁気記録システムであり、前記記録媒体は磁気記録媒体であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
4. 前記デコーダは、さらに、前記ヘッドによって前記第１のＰＲＢＳが読み取られた場合にダイパルスを生成する第１の相関器と、前記ヘッドによって前記第２のＰＲＢＳが読み取られた場合にダイパルスを生成する第２の相関器とを有することを特徴とする請求項３記載のシステム。
5. 前記デコーダは、前記第１の相関器および前記第２の相関器からのダイパルスの振幅の差に応じて前記ヘッド位置信号を生成することを特徴とする請求項４記載のシステム。
6. 前記システムは、前記ヘッドに結合され、前記ヘッドによって読み取られた信号を増幅する可変利得増幅器を有し、前記増幅器は前記相関器に結合されるとともに、前記相関器のさらに大きな振幅を有するダイパルスに反応することを特徴とする請求項４記載のシステム。
7. 前記デコーダは、前記ヘッドによって読み取られたＴＩＤフィールドに反応するＴＩＤ検出器を有し、前記ＴＩＤ検出器は前記相関器に結合されており、前記相関器のさらに大きな振幅を有するダイパルスによって前記ＴＩＤ検出器のタイミングを制御することを特徴とする請求項４記載のシステム。
8. 円周方向にかつ半径方向に位置合わせされたサーボセクタを有する複数の同心円状のデータトラックを有する回転可能な磁気記録ディスクであって、半径方向に隣接するトラック内のサーボセクタは、サーボパターンを形成しており、該サーボパターンは、（ａ）磁気遷移のバーストの第１の疑似ランダム２進シーケンス（ＰＲＢＳ）と、（ｂ）磁気遷移のバーストの第２のＰＲＢＳとを含み、前記第２のＰＲＢＳは前記第１のＰＲＢＳと同一であるが前記第１のＰＲＢＳの周期のほぼ半分だけシフトされており、また前記第１および第２のＰＲＢＳはそれぞれ第１の領域における交互のトラック内のトラック境界間および前記第１の領域から円周方向に区切られた第２の領域における交互のトラック内のトラック中心間に位置し、さらに、前記サーボパターンは、（ｃ）片方のトラック識別（ＴＩＤ）フィールドが前記第１の領域と前記第２の領域との間に位置する、トラックごとの２つのトラック識別（ＴＩＤ）フィールドを含む回転可能な磁気記録ディスクと、
   前記サーボセクタを読み取るヘッドと、
   前記ヘッドに接続され、異なるトラックに前記ヘッドを位置決めし、前記トラック上で前記ヘッドを保持するアクチュエータと、
   前記ヘッドによって読み取った前記第１のＰＲＢＳおよび前記第２のＰＲＢＳに応じて、前記アクチュエータに対してヘッド位置信号を生成するデコーダと、
   を有することを特徴とする磁気記録ディスク・ドライブ。
9. 前記デコーダは、さらに、前記ヘッドによって前記第１のＰＲＢＳが読み取られた場合にダイパルスを生成する第１の相関器と、前記ヘッドによって前記第２のＰＲＢＳが読み取られた場合にダイパルスを生成する第２の相関器とを有することを特徴とする請求項８記載のディスク・ドライブ。
10. 前記デコーダは、前記第１の相関器および前記第２の相関器からのダイパルスの振幅の差に応じて前記ヘッド位置信号を生成することを特徴とする請求項９記載のディスク・ドライブ。
11. 前記ディスク・ドライブは、前記ヘッドに結合され、前記ヘッドによって読み取られた信号を増幅する可変利得増幅器を有し、前記増幅器は前記相関器に結合されるとともに、前記相関器のさらに大きな振幅を有するダイパルスに反応することを特徴とする請求項９記載のディスク・ドライブ。
12. 前記デコーダは、前記ヘッドによって読み取られたＴＩＤフィールドに反応するＴＩＤ検出器を有し、前記ＴＩＤ検出器は前記相関器に結合され、前記相関器のさらに大きな振幅を有するダイパルスによって前記ＴＩＤ検出器のタイミングを制御することを特徴とする請求項９記載のディス・クドライブ。

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