JP2006340190A

JP2006340190A - フィルタ回路、及びそれを用いた磁気ディスク装置

Info

Publication number: JP2006340190A
Application number: JP2005164335A
Authority: JP
Inventors: Masashi Kisaka; 正志木坂; Nobuhiko Wasa; 信彦和佐
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands BV
Current assignee: HGST Netherlands BV
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】磁気ディスク装置など、ノイズの多い環境においても利用できる、位相遅れを補償したフィルタ回路を提供する。
【解決手段】ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、及びノッチフィルタの少なくとも一つを含む基本フィルタ部１１と、ｎ次フィルタ部（ｎは２以上）１２とを含み、入力信号のうち、阻止周波数帯域の信号成分を除去する周波数特性と、通過周波数領域において、位相遅れが略ゼロとなる周波数が少なくとも一つ含まれる位相特性とを有するフィルタ回路である。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気ディスク装置等、ノイズの多い環境で利用可能なフィルタ回路に関する。

ハードディスク等の磁気ディスク装置は、一般に、磁気ディスク媒体と、磁気ディスク媒体の記録面に対して相対移動可能に設置された磁気ヘッドユニットとを含んで構成される。近年では、磁気ディスク装置の小型・軽量化が進められ、磁気ヘッドユニットの軽量化も進んでいる。このため、磁気ディスク装置に対して衝撃が加わると、磁気ヘッドユニットが磁気ディスク媒体上で移動してしまい、例えばデータの読出し時や書込み時に衝撃が加わった場合、所望のトラック外に磁気ヘッドが移動してしまう場合もある。
特開２００１−１９５８５０号公報

そこで、従来から、ハードディスク内にショックセンサを設置し、ショックセンサの出力信号を元に衝撃を検出して、磁気ヘッドユニットを退避制御する技術が考えられている。しかしながら、ショックセンサの出力信号にはノイズも多い。一方、現実には衝撃がないのに、衝撃があったと誤って検出すると、その度に磁気ヘッドユニットが退避制御され、ハードディスクの動作性能に影響がある。

この場合に、ショックセンサの出力信号のうちから、現実の衝撃に対応する周波数帯域の成分を抽出して、当該周波数帯域の成分で検出を行うことが考えられる。すなわち、ショックセンサの出力信号のうち、不要な周波数成分を例えばローパスフィルタなどで阻害し、検出に用いる所定の周波数領域の信号成分を取り出して、検出を行うのである。

ところがローパスフィルタは、その一般的特性として、入力信号に対して、周波数に応じた位相特性がある。この一般的特性を図６に示す。図６に示すように、ローパスフィルタでは一般に、低周波数側から阻止帯域にかけて、指数関数的な曲線を描いて位相遅れが大きくなっていく。

このため、例えば阻止帯域より低い周波数側で検出を行う場合に、ショックセンサが衝撃を検出したタイミングより遅れて、当該信号が検出されることとなり、磁気ヘッドの退避制御の時間が大きくとれない。

この問題を解決する方法として、例えば特許文献１に開示のように、位相進みの特性を有するピークフィルタを組み合わせて、低域の位相遅れを補償する方法もある。しかしながら、磁気ディスク装置内は、機械駆動に係るノイズも多く、こうしたノイズとの共振が生じる可能性のある装置において、ピークフィルタを利用できない場合も存在する。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、磁気ディスク装置など、ノイズの多い環境においても利用できる、位相遅れを補償したフィルタ回路を提供することを、その目的の一つとする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、フィルタ回路であって、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、及びノッチフィルタの少なくとも一つを含む基本フィルタ部と、ｎ次フィルタ部（ｎは２以上）とを含み、入力信号のうち、阻止周波数帯域の信号成分を除去する周波数特性と、通過周波数領域において、位相遅れが略ゼロとなる周波数が少なくとも一つ含まれる位相特性とを有することを特徴としている。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施の形態の一例のフィルタ回路は、図１にその概要を示すように、基本フィルタ部１１と、２次フィルタ部１２とを含んで構成されている。基本フィルタ部１１は、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、ノッチフィルタの少なくとも一つを含むフィルタ回路であり、これらの組み合わせであってもよい。ここでは例えば、図２に示すような３次ローパスフィルタであるものとする。

ｎ次フィルタの一例としての２次フィルタ部１２は、図３に示すような２次のバイクワッド（biquad）・フィルタである。図３の例では、このフィルタは、抵抗器Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄ，Ｒｅ，Ｒｆ，Ｒｇ，Ｒｈ，Ｒｉ，Ｒｊ及びキャパシタＣａ，Ｃｂ及びオペアンプＵａ，Ｕｂ，Ｕｃ，Ｕｄを備える。抵抗器Ｒａの一端には、入力信号が入力される。

ここで、抵抗器Ｒａの一端側に入力信号を印加したときに、オペアンプＵｄの出力端子に現れる信号が、このフィルタ回路の出力信号となる。

この２次バイクワッド・フィルタの伝達関数Ｎは一般に、

と表すことができる。この（１）式において、係数ａからｅは、設計に応じて定められる。

全体の設計値は、例えば、以下のようにしてもとめられる。位相遅れが略ゼロになる周波数をω_０とし以下の伝達関数Ｎを定義する。

この式は、ω_０でゼロとなり、ω_０より十分離れるとほぼ１となる周波数特性を持つ。

次に、基本となる周波数特性として、３次のバターワースローパスフィルタを例とすると、カットオフ周波数ω_ｃの３次のバターワースフィルタＨは以下となる。

フィルタＮとＨを以下のように組み合わせる。

この式は、ω_０でＮがゼロとなるので、１となり、ω_０より十分離れると、ほぼＨの特性となり、基本となる周波数特性と一致することになる。

（４）式は、展開すると、分母が５次で、分子が２次となる。分子の２次は式（２）の分母と一致する。（４）式の分母は、２個の２次式と、１個の１次式に因数分解できるので、２次式のうちの１個と、分子を組み合わせ、バイクワッド・フィルタとし、残りの式で３次のローパスフィルタを作る。それらを図２と図３のように実現することができる。

この（４）式で表されるフィルタの一般的な周波数特性及び位相特性を図４に示す。図４に示すように、帯域阻止の特性としては、カットオフ周波数ｆｃ（＝ω_ｃ／２／π）より高周波の領域を阻止するローパスフィルタとしての特性を有し、一方で、通過周波数帯域内の周波数ｆ０（＝ω_０／２／π）において位相遅れが略ゼロとなる位相特性を有する。

このように本実施の形態では、ローパスフィルタやハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、ノッチフィルタなどを含んで構成される基本フィルタ回路に対し、その位相特性を変更し、周波数特性を変更しないよう、伝達関数の次数を高めるｎ次フィルタ部を備える。これにより、少なくとも一つの所望の周波数において位相遅れが略ゼロとさせる。

次に、このフィルタを磁気ディスク装置におけるショックセンサの出力信号のフィルタに用いる例について述べる。

この磁気ディスク装置は、図５に示すように、回転可能に支持される磁気ディスク媒体１と、所定の回動中心を中心として、回動するアームＡと、当該アームの先端側に取り付けられた磁気ヘッドＨを含むヘッドアセンブリ２と、ヘッドアセンブリ２の回動を制御する制御部３と、フィルタ回路４と、ショックセンサ５とを含む。

ここで制御部３は、ショックセンサの出力信号に含まれる信号のうち、予め衝撃に相当する周波数帯域として定められた、所定周波数領域の信号の強度が、予め定めたしきい値を越える場合に、ヘッドアセンブリ２を回動させ、磁気ヘッドＨを動作停止時の位置まで移動させる。この動作は、「退避」として知られている動作である。

また、フィルタ回路４は、図１に示した本実施の形態のフィルタ回路であり、誤検出の原因となる、周波数帯域の信号成分を、ショックセンサの出力信号から除去することができるよう、そのカットオフ周波数ｆｃが定められる。

また、このフィルタ回路４では、上記制御部３が衝撃検出の際に用いる所定周波数領域内に、位相遅れが略ゼロとなるような点（周波数ｆ０）を有してなるよう、各回路素子の定数が定められる。

そしてフィルタ回路４は、ショックセンサ５が出力する信号を入力端子に受けて、当該信号をフィルタリングし、その結果を出力端子を介して制御部３に出力する。

従って、このフィルタ回路４の出力では、周波数ｆ０では、位相遅れがなく、かつ周波数ｆｃを超える周波数帯域の信号が阻止される。制御部３は、このフィルタ回路４の出力信号から、周波数ｆ０の信号の強度を測定し、それが予め定められたしきい値を越える場合に、ヘッドアセンブリ２を回動させ、磁気ヘッドＨを動作停止時の位置まで移動させる、退避制御を行う。

このように本実施の形態によれば、ピークフィルタを用いないので、磁気ディスク装置のようにノイズの多い環境においても利用でき、かつ、少なくとも処理に必要な周波数における位相遅れを補償でき、例えば磁気ディスク装置のショックセンサの信号を、衝撃を受けた時点から大きく遅れることなく検出して、退避などの処理を行うことができるようになる。

本発明の実施の形態に係るフィルタ回路の例を表す構成ブロック図である。基本フィルタ部の例を表す回路図である。本発明の実施の形態に係るｎ次フィルタ部の例を表す回路図である。本発明の実施の形態に係るフィルタ回路の特性を表す説明図である。本発明の実施の形態に係るフィルタ回路を用いた磁気ディスク装置の構成ブロック図である。一般的な帯域阻止フィルタの特性を表す説明図である。

符号の説明

１磁気ディスク媒体、２ヘッドアセンブリ、３制御部、４フィルタ回路、５ショックセンサ、１１基本フィルタ部、１２２次フィルタ部。

Claims

ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、及びノッチフィルタの少なくとも一つを含む基本フィルタ部と、ｎ次フィルタ部（ｎは２以上）とを含み、
入力信号のうち、阻止周波数帯域の信号成分を除去する周波数特性と、通過周波数領域において、位相遅れが略ゼロとなる周波数が少なくとも一つ含まれる位相特性とを有するフィルタ回路。
ショックセンサと、
前記ショックセンサの出力信号に含まれる、所定周波数領域の信号に基づき、衝撃の有無を判断し、磁気ヘッドを退避制御する制御部と、
ローパス又はノッチフィルタ部と、ｎ次フィルタ部（ｎは２以上）とを含み、前記ショックセンサの出力信号のうち、前記所定周波数領域外の阻止周波数帯域の信号成分を除去する周波数特性と、前記所定周波数領域において位相遅れが略ゼロとなる位相特性とを有するフィルタ回路と、
を含む磁気ディスク装置。