JP2007102960A - 磁気ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】データ・セクタのプリアンブルの領域を低減し記憶容量の増大を図った磁気ディスク装置を提供する。
【解決手段】磁気ディスク装置はデータ面サーボ方式を採用する。磁気ディスクには、主プリアンブル２１ａ、２１ｂがデータ・クロックの周波数で書き込まれている。各データ・セクタ１９ａ〜１９ｆは、主プリアンブルを再生した信号に同期したライト・クロックで記録される。各データ・セクタは副プリアンブル２２ａ〜２２ｆを含んでいる。このように記録されたデータ・セクタを再生する際には、主プリアンブルを再生した信号と再生にかかるデータ・セクタに属する副プリアンブルを再生した信号を利用してリード・クロックの同期をとる。副プリアンブルは単独で同期をとる従来のプリアンブルよりもビット長が短くなっており、主プリアンブルと副プリアンブルを合計した領域は従来のプリアンブルを合計した領域よりも狭くなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁気ディスクにおけるデータ・セクタのフォーマット構造に関し、さらに詳細にはデータ・セクタのプリアンブルの領域を低減して磁気ディスク装置の記憶容量の増大を図る技術に関する。

磁気ディスク装置では、ユーザ・データの記録面にサーボ・データを書き込んでサーボ制御を行うデータ面サーボ方式（セクタ・サーボ方式ともいう。）を採用するものがある。データ面サーボ方式に採用される磁気ディスクのフォーマット構造では、データ・トラック上において円周方向に離散的に配置されたサーボ・セクタの間にデータ領域が設けられ、各データ領域に複数のデータ・セクタが記録されている。磁気ディスク装置は、通常データ・セクタの単位でデータの記録および再生ができる直接アクセス記憶装置として構成されている。データ・セクタは磁気ディスクの回転速度に同期したライト・クロックで記録されないので直接アクセス記憶装置を実現するために、すべてのデータ・セクタはリード・クロックの同期をとるために使用するプリアンブルを含んでいる。

記録時は、所定の周波数のライト・クロックでプリアンブルとユーザ・データを含むデータ・セクタを指定された位置に記録する。再生時は、再生にかかるデータ・セクタごとに当該データ・セクタのプリアンブルを再生した信号にリード・クロックを同期させてユーザ・データを再生する。フェーズ・ロック・ループ回路は、プリアンブルを再生したクロックに対してリード・クロックを同期させるためには、所定のパターン長のプリアンブルを再生する必要がある。

プリアンブルは再生時の磁気ディスクの回転速度やリード・ゲートのタイミングなどに発生するジッタに対応できるように冗長部分を含んでいる。プリアンブルはデータ領域に記録されるためにユーザ・データの記録領域を狭くするので、できるだけそのパターン長が短いほうが望ましい。特許文献１は、プリアンブルを短くして記録領域の増加を図った情報記録再生装置を開示する。各データ・セクタのプリアンブルは、同文献の図１（ｂ）（ｃ）に示すように第１〜第３プリアンブルとして分割されている。

特許文献２は、スプリット・セクタの同期領域を低減する技術を開示する。同文献の図３にあるように第１スプリット・セクタの同期領域は位相同期領域と位相周波数同期領域に分割されているが、第２スプリット・セクタの同期領域は位相同期領域だけとなっている。第１スプリット・セクタを再生したときの同期周波数を同文献の図１に示す同期周波数記憶部に記憶しておき、第２スプリット・セクタの再生を行うときはこの記憶された同期周波数と同期領域のパターンを使用する。
特開２００４−２８０８９８号公報 特開２００５−１００５２９号公報

リード／ライト・チャネルの構成要素である同期回路は、プリアンブルを再生した信号に同期したクロックを生成するために所定のビット長のプリアンブルを再生する必要がある。磁気ディスクの回転速度やデータ・クロックにはある程度のジッタが許容されているが、同期を不安定にする要因としては特に回転ジッタの影響が大きい。従来の磁気ディスク装置は、記録時に固定周波数のライト・クロックでデータ・セクタを記録して、再生時に各データ・セクタの先頭に記録されたプリアンブルの再生信号にリード・クロックを同期させることで、回転ジッタやクロック・ジッタが発生してもデータ・セクタの単位で正確に再生できるようになっている。したがって、各データ・セクタには、記録されたデータの再生信号に対してリード・クロックを完全に同期させることができるビット長のプリアンブルを書き込まれていた。

しかし、フェーズ・ロック・ループで構成される同期回路では、同期の基準信号であるプリアンブルの再生信号の入力が一旦中断されたあとに再入力される場合、再生信号の周波数などが著しく変化しない限り、最初から同期作業を行うよりも短時間で完了することができる。このことは、各データ・セクタの先頭に完全な同期をとるだけのビット長のプリアンブルを設けないでもよいことを意味する。また、再生時に再生にかかるデータ・セクタに先行するデータ・セクタをリード・クロックの同期に利用することができれば、プリアンブルのビット長をより短くすることができる。

そこで本発明の目的は、データ・セクタのプリアンブルの記録領域を低減して記憶容量の増大を図った磁気ディスク装置を提供することにある。さらに本発明の目的は、磁気ディスク装置においてプリアンブルの記録領域を低減して記憶容量の増大を図るためのデータの記録再生方法を提供することにある。

本発明の原理は、各データ・セクタを構成するプリアンブルの記録領域を低減して、主プリアンブルまたは共通プリアンブルを導入した点にある。主プリアンブルも共通プリアンブルもゾーンごとに定められたデータ・クロックの周波数であらかじめ書き込まれ、ユーザ・データの記録動作中には書き換えられることがないようになっている。主プリアンブルも共通プリアンブルもリード／ライト・チャネルのリード・クロックおよびライト・クロックの同期をとるために利用されるが、主プリアンブルは各データ・セクタを構成する副プリアンブルと協働して作用し、共通プリアンブルは単独で作用する。

本明細書でデータ・セクタという場合は、データ・セクタを構成するすべてのデータ要素を含むことにする。１つの態様では、データ・セクタは常に主プリアンブルの再生信号に同期したライト・クロックで記録される。したがって、記録されたデータ・セクタの線記録密度は、主プリアンブルが再生された時刻から記録にかかるデータ・セクタの記録時刻までに発生する磁気ディスクの回転ジッタやデュアル・ヘッド・オフセットに起因する程度の極わずかの差異はあるが、同期に利用された主プリアンブルの線記録密度にほぼ一致する。このようにして記録されたデータ・セクタを再生する際には、主プリアンブルを再生した信号と再生にかかるデータ・セクタの副プリアンブルを再生した信号を利用してリード・クロックの同期をとる。リード・クロックの同期をとるとはリード・クロックを完全に同期させることだけでなく、データを再生するのに支障がない程度まで副プリアンブルの再生信号に位相および周波数を一致させることも含んだ意味で使用する。

主プリアンブルと副プリアンブルはほぼ同一の線記録密度で記録されているため、主プリアンブルを再生した信号に対するリード・クロックの同期作業を行い、さらに再生にかかるデータ・セクタにおいて副プリアンブルを再生した信号に対する同期作業を行うことで、回転ジッタやクロック・ジッタを吸収してユーザ・データの再生をすることができる。ここで主プリアンブルを利用したリード・クロックの同期は、つづくデータを再生するのに支障がないほどの完全な同期だけでなく、そこまでには至らない不完全な同期であってもよい。主プリアンブルの再生信号に対するリード・クロックの同期が不完全な場合は、副プリアンブルの再生信号に対してデータの再生ができる程度まで同期させることになる。このような構成によれば、主プリアンブルは各データ・セクタの再生においてリード・クロックの同期に共通に利用することができるので、副プリアンブルのビット長は単独で同期をとるだけの長さを必要としなくなる。

主プリアンブルとこれに対応するデータ・セクタとの円周方向における間隔が長くなると、主プリアンブルを再生した時刻と副プリアンブルを再生した時刻との間に発生する磁気ディスクの回転ジッタにより、リード・クロックの同期を適切にとることができなくなる。よって、主プリアンブルとこれに同期して記録された複数のデータ・セクタは同一のサーボ・セクタ間に挟まれたデータ領域に配置されることが望ましい。各データ・セクタにおいて副プリアンブルのビット長を同一にすると各データ・セクタ全体のビット長を相互に等しくすることができるので、データ・セクタの位置を検出する回路が複雑にならないので都合がよい。

主プリアンブルのビット長は、従来の磁気ディスク装置の各データ・セクタで採用していたプリアンブルと同様に、ユーザ・データを再生するのに必要な長さにして、かつ副プリアンブルのビット長を主プリアンブルより短くすることで、主プリアンブルと副プリアンブルを合計した記録領域を低減することができる。主プリアンブルは副プリアンブルと一体として同期に利用されるので、従来のプリアンブルのビット長よりも短くすることができる。主プリアンブルのビット長に対する副プリアンブルのビット長の割合を、１０％〜４０％の範囲にしておくと記録効率と同期機能のバランスをとることができる。

主プリアンブルを先行するサーボ・セクタに隣接して配置しておくと、主プリアンブルにつづくデータ・セクタの位置を検出したりリード／ライト・チャネルの制御をしたりする上で都合がよい。ただし、主プリアンブルは先行するサーボ・セクタに隣接する位置に配置する必要はない。記録または再生時に、主プリアンブルを再生した信号と、記録または再生にかかるデータ・セクタに先行するデータ・セクタを再生した信号を利用してライト・クロックやリード・クロックの同期をとると、クロック・ジッタや回転ジッタの影響を軽減して一層性能のよい再生動作をすることができる。本発明においては、回転ジッタの公差を厳格に設定することにより、副プリアンブルを省略して共通プリアンブルとプリアンブルを除去したデータ・セクタで磁気ディスクのフォーマットを構成することもできる。

本発明により、データ・セクタのプリアンブルの記録領域を低減して記憶容量の増大を図った磁気ディスク装置を提供することができた。さらに本発明により、磁気ディスク装置においてプリアンブルの記録領域を低減して記憶容量の増大を図るためのデータの記録再生方法を提供することができた。

［磁気ディスクのフォーマット構造］
図１は、本発明の実施の形態にかかる磁気ディスク装置に採用した磁気ディスク１０のフォーマット構造を示す図である。磁気ディスク１０は、データ面サーボ方式を採用する磁気ディスク装置に適用されるフォーマット構造になっている。図１（Ａ）に示すように磁気ディスク１０には、放射状に半径方向に延びた複数のサーボ・セクタ１１が書き込まれている。サーボ・セクタ１１の本数は図では簡略化しているが、実際にはトラック方向の密度（ＴＰＩ）に応じた本数が配置される。図１（Ｂ）に示すようにサーボ・セクタ１１ａ、１１ｂの間にはデータ領域１３が配置されて中に複数のデータ・セクタが定義される。他のサーボ・セクタとデータ領域もほぼ同様の配置関係になっている。データ領域１３の構成はのちほど詳細に説明する。

磁気ヘッドを通過するデータ・トラックの速度は外周側ほど速い。単位長さ当たりの記録ビット数を外周側と内周側とでできるだけ均一にして記憶容量を増大させるために磁気ディスク１０は半径方向において４つのゾーン１４〜１７に分割されている。各ゾーン内ではデータ領域１３に同一周波数のライト・クロックでデータ・セクタが書き込まれるが、外周側のゾーンほどライト・クロックの周波数を高くしてデータ・セクタの数が多くなるようにしている。これをゾーン・ビット・レコーディング方式という。

サーボ・セクタにはサーボ・データが書き込まれており、サーボ・データの再生信号により同心円状の複数のデータ・トラックと各データ・トラック上のデータ・セクタの位置が定義される。各サーボ・データはゾーン１４〜１７の影響を受けることなく内周側から外周側に向かって一定の周波数で書き込まれている。サーボ・データを書き込むサーボ・クロックの周波数とデータ・セクタを書き込むデータ・クロックの周波数は異なっており、データ・クロックの周波数が最も高いゾーン１４の周波数に対してサーボ・クロックの周波数はおよそ５分の１程度になっている。

［磁気ディスク装置の構成］
図２を参照して本発明の実施の形態にかかる磁気ディスク装置１００の概略構成を説明する。図２では、磁気ディスク装置の周知の要素は簡略化または省略して記載している。中央制御回路１０１は、プロセッサやメモリで構成されホスト装置とのデータ通信や磁気ディスク１０に対するユーザ・データの記録および再生動作のために磁気ディスク装置１００の全体を制御する。中央制御回路１０１は、サーボ・ゲート・パルス（ＳＧパルス）、リード・ゲート・パルス（ＲＧパルス）、およびライト・ゲート・パルス（ＷＧパルス）を生成してリード／ライト・チャネルやサーボ制御回路１３５などに送る。ＳＧパルス、ＲＧパルス、およびＷＧパルスはそれぞれ、再生にかかるサーボ・セクタ、再生にかかるデータ・セクタ、および記録にかかるデータ・セクタに対する再生または記録動作のタイミングを決定する信号である。

変調回路１０３は、中央制御回路１０１から送られたユーザ・データを記録媒体に記録するのに適したＲＬＬ（Run Length Limited）コードに変換する。パラレル／シリアル変換器１０５は、変調回路１０３から送られたＲＬＬコードを直並列変換する。ＮＲＺ−ＮＲＺＩ変換回路１０７は、ユーザ・データの形式であるＮＲＺ方式の信号を磁気ディスクに対する記録に適したＮＲＺＩ（Non-Return to Zero Inverse）方式の信号に変換する。記録補償回路１０９は、磁化反転点のずれ時間に相当するＮＬＴＳ（Non Linear Transition Shift）を補償するために、記録電流を流すタイミングをずらす回路である。記録補償回路１０９は、タイミング調整回路１２９から受け取ったライト・クロックのタイミングでユーザ・データを記録するための記録電流をヘッド・アンプ１１１のライト・ドライバに送る。

磁気ヘッド１１３は記録ヘッドと再生ヘッドで構成されている。ヘッド・アンプ１１１は、記録ヘッドに記録電流を流してデータ・セクタの記録を行う。ヘッド・アンプ１１１はさらにリード・アンプを備えており再生ヘッドが再生した信号を増幅する。ライト・ドライバとリード・アンプの切り換えや磁気ディスクが複数の記録面を備える場合の磁気ヘッド１１３の切り換えは、中央制御回路１０１からのＲＧパルスまたはＷＧパルスで行われる。変調回路１０３、パラレル／シリアル変換器１０５、ＮＲＺ−ＮＲＺＩ変換回路１０７、記録補償回路１０９、およびヘッド・アンプ１１１をライト・チャネルということにする。

再生ヘッドは、サーボ・セクタおよびデータ・セクタの再生を行う。可変利得増幅器１１５と自動利得制御部１１６は、ヘッド・アンプ１１１から受け取ったユーザ・データやサーボ・データの再生信号の振幅を一定にする。波形等価回路１１７は、高域ゲインをプログラマブルに変更できるローパス・フィルタを備え、再生信号に混入しているノイズを除去して波形を等価する。等価とは、再生信号の波形を想定したＰＲ（Partial Response）のクラスに合わせる信号処理をいう。Ａ／Ｄ変換器１１９は、微分回路、フィルタ、および比較回路などを備え、アナログの再生信号からリード・パルス信号を生成する。リード・パルス信号を生成するタイミングは、タイミング調整回路１２９から供給されるリード・クロックにより獲得する。

ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ１２１は直列接続された複数の遅延演算子を備えたディジタル・フィルタで、タップの値を設定して復号しやすい信号を生成する。ビタビ復号器１２３は、ＦＩＲフィルタ１２１で処理された信号をＰＲＭＬ（Partial Response Maximum Likelihood）回路を使って処理しＲＬＬコードとして出力する。復調回路１２５は、ＲＬＬコードをユーザ・データ形式のＮＲＺ符号列のデータに変換する。シリアル／パラレル変換器１２７は、ＮＲＺ符号列を並列データに変換して中央制御回路１０１に送る。

ヘッド・アンプ１１１、可変利得増幅器１１５と自動利得制御部１１６、波形等価回路１１７、Ａ／Ｄ変換器１１９、ＦＩＲフィルタ１２１、ビタビ復号器１２３、復調回路１２５、およびシリアル／パラレル変換器１２７をリード・チャネルということにする。また、ライト・チャネルとリード・チャネルを合わせてリード／ライト・チャネルということにする。リード／ライト・チャネルは中央制御回路１０１が生成するＲＧパルスとＷＧパルスに応じて動作する。

タイミング調整回路１２９は、位相・周波数同期発振器（ＰＬＬ：Phase Locked Loop）回路を内部に備え、ビタビ復号器１２３の出力信号に対して周波数シンセサイザ１３１から供給されたデータ・クロックを同期させたリード・クロックとライト・クロックを生成する。タイミング調整回路１２９は、リード・クロックをＡ／Ｄ変換器１１９に供給し、データ領域１３に記録されたユーザ・データを再生したアナログ信号をＡ／Ｄ変換器１１９がディジタル化するタイミングを制御する。タイミング調整回路１２９はさらにライト・クロックを記録補償回路１０９に供給し、記録補償回路１０９がユーザ・データの記録電流を生成するタイミングを制御する。

タイミング調整回路１２９の構成は、図３に示すように位相比較器１５１、ローパス・フィルタ１５３、および電圧制御発振器（ＶＣＯ）１５５で構成されている。タイミング調整回路１２９は、ビタビ復号器１２３から入力された基準信号に同期したＶＣＯ１５５の出力信号を得る回路である。位相比較器１５１は、ビタビ復号器１２３から入力された基準信号とＶＣＯ１５５の出力信号の位相差を比較して、その位相差をパルス状の差信号として出力する。

ローパス・フィルタ１５３は、入力信号の高周波成分をカットしてＶＣＯ１５５を制御する制御電圧を出力する。ＶＣＯ１５５は、周波数シンセサイザ１３１から供給されるデータ・クロックの周波数を自走周波数とし、制御端子に供給されるローパス・フィルタ１５３からの制御電圧でフィードバック制御されて出力信号の周波数を調整する回路である。ＶＣＯ１５５は、出力信号の位相が基準信号に対して進んでいれば発振周波数を下げて位相を遅らせ、出力信号の位相が遅れていれば発振周波数を上げて位相を進めて、出力信号と基準信号との位相差が零となるように動作する。タイミング調整回路１２９は、位相を同期させるように周波数を調整するが、ＶＣＯ１５５の出力信号の位相が基準信号の位相に同期したときは結果的に周波数も同期することになる。

タイミング調整回路１２９は、同期したデータ・クロックの出力をリード／ライト・チャネルや中央制御回路１０１に送る。タイミング調整回路１２９は、フィードバック制御によりＶＣＯ１５５の出力信号を基準信号に同期させているため、同期をとるためには基準信号と出力信号とを比較する所定の時間が必要となる。周波数シンセサイザ１３１は、位相比較器、ローパス・フィルタ、ＶＣＯ、および分周器で構成され、中央制御回路１０１からの制御信号に応じてゾーン１４〜１７に対応した周波数のデータ・クロックを出力する。固定周波数発振器１３３は水晶発振器で構成され、周波数シンセサイザ１３１に単一の周波数を供給する。タイミング調整回路１２９、周波数シンセサイザ１３１、および固定周波数発振器１３３はリード・チャネルおよびライト・チャネルの構成要素となる。

サーボ制御回路１３５は、中央制御回路１０１から供給されるＳＧパルスに応じて動作する。サーボ制御回路１３５は、ＦＩＲフィルタ１２１から受け取ったサーボ・データのバースト・パターンを再生したディジタル信号を中央制御回路１０１に送る。サーボ制御回路１３５はまたＦＩＲフィルタ１２１から受け取ったサーボ・データのアドレス・マークを再生して、ＳＧパルス、ＲＧパルス、ＷＧパルスを生成するためのタイミング信号を中央制御回路１０１に供給する。ドライバ回路１３９は、スピンドル・モータやボイス・コイルに供給する電流を生成するドライバで構成され、中央制御回路１０１からのディジタル制御信号に応じた電流をスピンドル・モータやボイス・コイルに供給する。

フォーマット生成回路１３７は、ユーザ・データの記録動作を行う際に副プリアンブルやＳＹＮＣパターンを含むデータ・セクタのフォーマットを生成し、データ・トラックごとにデータ・セクタの記録位置を定めて中央制御回路１０１に提供する。中央制御回路１０１はその記録フォーマットにユーザ・データとＥＣＣを埋め込んでライト・チャネルに送る。副プリアンブルのパターンについてはつぎに図４を参照して説明する。

［第１実施例のフォーマット構造］
図４は、磁気ディスク１０の典型的なデータ・トラックのフォーマット構造を説明する図である。データ・トラックは、磁気ディスク１０の回転により矢印Ａで示す方向に移動しているものとする。データ・トラック上には、サーボ・セクタ１１ａ、１１ｂに挟まれたデータ領域にデータ・セクタ１９ａ〜１９ｄが配置され、サーボ・セクタ１１ｂにつづくデータ領域にはデータ・セクタ１９ｅ、１９ｆが配置されている。データ・セクタ１９ｄ、１９ｅはスプリット・セクタとなっている。さらに各データ領域には先行するサーボ・セクタ１１ａ、１１ｂに隣接してそれぞれ主プリアンブル２１ａ、２１ｂが各データ領域に１つずつ書き込まれている。本明細書において先行するとは、回転するサーボ・セクタまたはデータ・セクタが磁気ヘッドにより先に読み取りが行われる位置に配置されていることを意味する。磁気ディスク１０の各ゾーン１４〜１７では、同一ゾーン内においてサーボ・セクタ間にデータ・セクタの数やスプリット・セクタの構造などが同一になるように構成されたフォーマットでデータ・セクタが配置される。

データ・セクタ１９ａ〜１９ｆは、副プリアンブル２２ａ〜２２ｆ、ＳＹＮＣパターン２３ａ〜２３ｆ、データ・ブロック２４ａ〜２４ｆ、およびＥＣＣ２５ａ〜２５ｆで構成されている。ただし、スプリット・セクタ１９ｄは、スプリット・セクタ１９ｅと一体となって１つのデータ・セクタを構成するためＥＣＣは存在しない。主プリアンブル２１ａ、２１ｂと副プリアンブル２２ａ〜２２ｅは一定周期の繰り返しパターンで構成されており、タイミング調整回路１２９がデータ・クロックをこれらの再生信号に同期させるために利用される。主プリアンブル２１ａ、２１ｂは、あらかじめ各ゾーン１４〜１７に設定されたデータ・クロックの周波数で書き込まれており、以後磁気ディスク装置１００の記録中に書き換えが行われることがないようになっている。主プリアンブルは、出荷前にサーボ・データを書き込んだあとに書き込むようにしている。

一方副プリアンブル２２ａ〜２２ｆは、各データ・セクタの一部となって各データ・セクタが記録されるタイミングで書き換えられる。本実施の形態における主プリアンブルのビット長は、データ・セクタ単位でアクセスできる従来の磁気ディスク装置のデータ・セクタを構成するプリアンブルと同程度のビット長で、その再生クロックに対してタイミング調整回路１２９がデータ・クロックを同期させるのに十分な長さになっている。本実施の形態における副プリアンブルのビット長は、主プリアンブルの２５％に設定している。このような構成によれば、従来のデータ・セクタが占有するプリアンブルの面積を約半分まで低減することができる。

主プリアンブル２１ａ、２１ｂと副プリアンブル２２ａ〜２２ｆは、タイミング調整回路１２９の同期作業に対して協働して作用する。副プリアンブルのビット長を適切に選択すれば、主プリアンブルのビット長は単独でデータ・クロックを同期させるのに十分な長さがなくてもよい。主プリアンブルに対する副プリアンブルのビット長を１０％〜４０％程度にしておくと、プリアンブルの記録効率と同期性能のバランスをとる上で望ましい。各データ・セクタの副プリアンブルのビット長は同一になっており、結果として各データ・セクタ全体のビット長も同一になっている。各データ・セクタのビット長を同一にしておくと、記録フォーマットを生成する記録フォーマット回路１３７が複雑にならないので都合がよい。

ＳＹＮＣパターン２３ａ〜２３ｆは、データ・セクタの先頭を見つけるためにＲＬＬ規約にはない特有のパターンで構成されており、中央制御回路１０１はＳＹＮＣパターンが検出されたあとの再生信号がユーザ・データであることを認識してホスト装置に転送する。データ・ブロック２４ａ〜２４ｆは、ユーザ・データを記録する５１２バイトの記録領域である。各データ・ブロックには、ＲＬＬのチャネル符号で変調されたデータが記録される。リード・チャネルでデータ・ブロックから読み出したデータを再生する場合に、チャネル符号ごとに区切って復号して元のユーザ・データに復元する。ＳＹＮＣパターン２３ａ〜２３ｆは、当該チャネル符号の区切りを検出するために使用される。

各データ・セクタ間には回転ジッタを吸収することにより隣接するデータ・セクタを上書きしないようにするためのギャップ領域が設けられている。副プリアンブル２２ａ〜２２ｆ、ＳＹＮＣパターン２３ａ〜２３ｆ、およびギャップ領域は、磁気ディスク装置１００をデータ・セクタごとに書き換えが可能な直接アクセス記憶装置として機能させるために設けられている。ＥＣＣ２５ａ〜２５ｆはユーザ・データと同時に記録されるエラー訂正コードであり、再生時に中央制御回路１０１がビット・エラーの検出および訂正に利用する。

［記録再生動作］
つぎに、磁気ディスク装置１００がデータ・セクタの記録をする際の動作について説明する。中央制御回路１０１は、サーボ・セクタ１１ａ、１１ｂが再生ヘッドに到達するタイミングでＳＧパルスを生成してサーボ制御回路１３５に送る。ＳＧパルスを受け取ったサーボ制御回路１３５は、図４に示すようにサーボ・セクタ１１ａ、１１ｂのタイミングでアサートし、サーボ・セクタの終了位置でネゲートするサーボ検出ウインドウ２０１を生成してサーボ・データを再生する。そして、中央制御回路１０１にシリンダ・アドレス、サーボ・セクタ・アドレス、およびバースト・パターンの再生信号を送る。これらの信号を受け取った中央制御回路１０１は、磁気ヘッド１１３をホスト装置から支持された位置に位置づけるための制御信号をドライバ回路１３９に送る。

いま、磁気ディスク装置１００がホスト装置から受け取ったライト・コマンドを解釈してデータ・セクタ１９ｃ、１９ｆの位置にユーザ・データを記録するものとする。中央制御回路１０１は、フォーマット生成回路１３７が生成したデータ・セクタ１９ｃ、１９ｆの記録フォーマットにホスト装置から受け取ったユーザ・データと自ら計算したＥＣＣを書き込んでライト・チャネルの変調回路１０３に送る。そのフォーマットには、副プリアンブル２２ｃ、２２ｆを構成するビット・パターンおよびデータ・セクタの記録位置に関する情報が含まれている。中央制御回路１０１は、データ・セクタ１９ｃ、１９ｆが属するゾーンに対して定められているデータ・クロックの周波数を周波数シンセサイザ１３１に指示する。

中央制御回路１０１が主プリアンブル２１ａを再生する範囲でアサートするＲＧパルス２０３を生成してリード・チャネルを動作させると、リード・チャネルはＲＧパルス２０３がアサートされている間主プリアンブル２１ａから再生した信号を処理する。周波数シンセサイザ１３１は、記録にかかるデータ・セクタ１９ｃに対応する周波数のデータ・クロックをタイミング調整回路１２９に供給する。タイミング調整回路１２９は、主プリアンブル２１ａを再生した信号に同期したデータ・クロックをリード／ライト・チャネルおよび中央制御回路１０１に送る。タイミング調整回路１２９は主プリアンブル２１ａの再生信号に同期したライト・クロックを記録補償回路１０９に供給する。

サーボ検出ウインドウ２０１がネゲートされると、リード・チャネルは主プリアンブル２１ａの再生を停止し、タイミング調整回路１２９はその時点で出力していたライト・クロックの周波数を固定して記録補償回路１０９に供給を続ける。本実施の形態では、主プリアンブル２１ａがタイミング調整回路１２９の出力を同期させるのに十分なビット長を備えているので、この時点でライト・クロックは主プリアンブル２１ａの再生信号に同期している。磁気ディスクが回転してデータ・セクタ１９ｃが記録ヘッドの位置に到達したときに中央制御回路１０１はＷＧパルス２０５をアサートする。記録補償回路１０９は、主プリアンブル２１ａの再生信号に同期したライト・クロックのタイミングでデータ・セクタ１９ｃを構成する副プリアンブル２２ｃ、ＳＹＮＣパターン２３ｃ、データ・ブロック２４ｃ、およびＥＣＣ２５ｃを記録する。主プリアンブル２１ｂとデータ・セクタ１９ｆにつても同様の制御が行われてデータ・セクタ１９ｆが記録される。

ここでライト・クロックは主プリアンブル２１ａの再生信号に同期しているため、従来の固定周波数のクロックでデータ・セクタを記録する場合に比べてつぎのような特徴がある。いま、固定周波数ｆのデータ・クロックでデータ・セクタ１９ｂを記録するときの回転速度がＶ１でデータ・セクタ１９ｃを記録するときの回転速度がＶ２であるとする。データ・セクタ１９ｂの線記録密度ｎ１はｆ／Ｖ１となり、データ・セクタ１９ｃの線記録密度ｎ２はｆ／Ｖ２となる。したがって、データ・セクタ１９ｂ、１９ｃの線記録密度はそれぞれを記録するときの磁気ディスクの回転速度Ｖ１、Ｖ２に依存することになる。ここで線記録密度は、磁気ディスクの円周方向に記録される単位長当たりのビット数としている。

一方、本実施の形態のように、主プリアンブル２１ａの再生信号に同期したライト・クロックでデータ・セクタ１９ｂ、１９ｃを記録するときはつぎのようになる。主プリアンブル２１ａの線記録密度をｎとして、データ・セクタ１９ｂ、１９ｃを記録するときの磁気ディスクの回転速度がＶ１、Ｖ２であるとすれば、データ・セクタ１９ｂ、１９ｃを記録するときのライト・クロックの周波数ｆ１、ｆ２はそれぞれｎ・Ｖ１、ｎ・Ｖ２となる。データ・セクタ１９ｂ、１９ｃの線記録密度ｎ１、ｎ２はそれぞれｆ１／Ｖ１、ｆ２／Ｖ２となり結果としてともにｎとなって相互に等しくなる。

ただし、主プリアンブル２１ａを再生してからデータ・セクタ１９ｂまたは１９ｃを記録するまでの間に生ずるわずかの回転ジッタの影響で厳密には両者の線記録密度は一致しないが、固定周波数のデータ・クロックで記録する場合に比べて線記録密度ははるかに近似する。よって、データ・セクタ１９ｃは、その再生信号が主プリアンブル２１ａの再生信号と位相が同期する位置に記録され、再生信号の周波数も一致することになる。なお、図４では再生にかかる主プリアンブル２１ａと記録にかかるデータ・セクタ１９ｃ、１９ｆが同一のデータ・トラック上にあるように表現しているが、記録ヘッドと再生ヘッドが分離しているヘッド構造の場合は、いわゆるリード／ライト・オフセットまたはデュアル・ヘッド・オフセットの存在により実際にはそれらは異なるデータ・トラック上に存在することになり、その分磁気ディスクの回転速度が異なるので、線記録密度の偏差が若干大きくなる。

つぎにデータ・セクタ１９ｃを再生するときの動作を説明する。中央制御回路１０１は、記録時と同様にサーボ制御動作を行っている。中央制御回路１０１が主プリアンブル２１ａの再生範囲でアサートするＲＧパルス２０７を生成してリード・チャネルを動作させると、リード・チャネルは主プリアンブル２１ａから再生した信号を処理する。周波数シンセサイザ１３１は、再生にかかるデータ・セクタ１９ｃに対するデータ・クロックをタイミング調整回路１２９に供給する。タイミング調整回路１２９は主プリアンブル２１ａの再生信号に同期したリード・クロックをＡ／Ｄ変換器１１９に供給する。

中央制御回路１０１は、ＲＧパルス２０７をデータ・セクタ１９ａ、１９ｂの位置でネゲートしデータ・セクタ１９ｃの位置で再びアサートする。ＲＧパルス２０７がネゲートしている間タイミング調整回路１２９は、主プリアンブル２１ａの再生信号に同期したリード・クロックの周波数を固定してＡ／Ｄ変換器１１９に供給し続ける。リード・チャネルは、データ・セクタ１９ｃの先頭に記録された副プリアンブル２２ｃを最初に再生する。タイミング調整回路１２９が出力するリード・クロックの周波数は、主プリアンブル２１ａの再生信号に同期した時点で固定されているので、タイミング調整回路１２９はその周波数から同期作業を開始する。

副プリアンブル２２ｃは主プリアンブル２１ａと同一の線記録密度で、主プリアンブル２１ａに位相が同期した位置に書き込まれている。よって、副プリアンブル２２ｃは単独で同期をとるだけのビット長を備えていないが、タイミング調整回路１２９は、主プリアンブル２１ａの再生時刻とデータ・セクタ１９ｃの再生時刻との間に回転ジッタやクロック・ジッタが発生したとしても、それらを吸収して副プリアンブル２２ｃの再生信号にリード・クロックを同期させることができる。

タイミング調整回路１２９は副プリアンブル２２ｃの再生信号に同期したリード・クロックをＡ／Ｄ変換器１１９に供給し、Ａ／Ｄ変換器１１９は入力されたアナログ信号を正確な位置でサンプリングしてディジタル化することができるようになる。データ・セクタ１９ｆの再生も主プリアンブル２１ｂを利用して同様に行うことができる。本実施の形態では各データ・セクタが従来のように完全な同期をとるために必要なビット長のプリアンブルを備えなくても、主プリアンブルと副プリアンブルとの協働作用でリード・クロックを再生動作に支障がないように再生にかかるデータ・セクタに同期させることができるためユーザ・データの記録領域を増大することができる。

つぎにデータ・セクタ１９ｃ、１９ｆを記録する他の方法を説明する。中央制御回路１０１は、データ・セクタの記録のためにＲＧパルス２０９をアサートする。ＲＧパルス２０９は、主プリアンブル２１ａからデータ・セクタ１９ｂを再生するまでの期間アサートされている。ただし、主プリアンブル２１ａとデータ・セクタ１９ａの境界およびデータ・セクタ１９ａと１９ｂの境界では一瞬ネゲートされる。そして中央制御回路１０１はＲＧパルス２０９がネゲートしＷＧパルス２０５をアサートしてデータ・セクタ１９ｃを記録する。この場合、リード・チャネルは、主プリアンブル２１ａからデータ・セクタ１９ｂまで再生動作を行い、タイミング調整回路１２９はＲＧパルス２０９がネゲートした時点ではリード・クロックをデータ・セクタ１９ｂの再生信号に同期させている。同期したリード・クロックは記録時に記録補償回路１０９に供給されるライト・クロックとなる。

主プリアンブル２１ａとデータ・セクタ１９ａ、１９ｂは同一の線記録密度で記録されている。タイミング調整回路１２９は、主プリアンブル２１ａに加えて先行するデータ・セクタ１９ａ、１９ｂの再生信号をライト・クロックの生成に利用して同期状態を継続するので、ＲＧパルス２０３、２０５を利用して記録する場合に比べてクロック・ジッタの影響や電子回路の不安定さを排除して主プリアンブル２１ａに対するデータ・セクタ１９ｃの線記録密度をより近似させることができる。データ・セクタ１９ｆの記録も同様の手順で行うことができる。

つぎに、データ・セクタ１９ｃ、１９ｆを再生する他の方法を説明する。中央制御回路１０１は、データ・セクタ１９ｃ、１９ｆを再生するために、ＲＧパルス２１１をアサートする。データ・セクタ１９ｃを再生するために、ＲＧパルス２１１は主プリアンブル２１ａの位置からデータ・セクタ１９ｃの位置までアサートされる。ただし、ＲＧパルス２０９と同様に各データ・セクタの境界では一瞬ネゲートされる。したがって、リード・チャネルは、データ・セクタ１９ａ〜１９ｃのユーザ・データを再生して主制御回路１０１に送る。このとき、主制御回路１０１はデータ・セクタ１９ａ、１９ｂのユーザ・データを廃棄するように構成されている。

データ・セクタ１９ａ、１９ｂは主プリアンブル２１ａおよびデータ・セクタ１９ｃと同一の線記録密度で記録され、かつ主プリアンブル２１ａに同期した位置に記録されている。よって、主プリアンブル２１ａを再生した時刻からデータ・セクタ１９ｃを再生する時刻までの間に回転ジッタやクロック・ジッタが発生してもリード・クロックを直前のデータ・セクタ１９ｂの再生信号に同期させることができる。よってタイミング調整回路１２９は、ＲＧパルス２０７で再生する場合に比べて、同期作業をより的確に行うことができる。データ・セクタ１９ｅの再生も同様に行うことができる。

本実施の形態では、副プリアンブル２２ａ〜２２ｆのビット長を同一にしているが、副プリアンブルのビット長は先行する主プリアンブルから離れるにしたがって長くなるようにすることもできる。データ・セクタは先行するプリアンブルから離れるにしたがって回転ジッタやクロック・ジッタの影響を受ける程度が大きくなるので、副プリアンブルが同期に寄与する割合が高まるからである。この場合、１つの主プリアンブルに関係する各データ・セクタのビット長は相互に異なることになるが、そのようなフォーマットはフォーマット生成回路１３７が生成する。

［第２実施例のフォーマットに対する記録、再生動作］
図５は、磁気ディスク１０におけるデータ・トラックの他のフォーマット構造を説明する図である。図５のフォーマット構造では、サーボ・セクタ１１ａ、１１ｂの間に挟まれたデータ・セクタ１９ａ〜１９ｄとサーボ・セクタ１１ｂにつづくデータ・セクタ１９ｅ、１９ｆがそれぞれ、ＳＹＮＣパターン５３ａ〜５３ｆ、データ・ブロック５４ａ〜５４ｆ、およびＥＣＣ５５ａ〜５５ｆで構成され、各データ・セクタからプリアンブルが除かれている。また、共通プリアンブル４１ａ、４１ｂが先行するサーボ・セクタ１１ａ、１１ｂに隣接して配置されている。本実施の形態では共通プリアンブルを各データ領域に１個設けているが２個以上設けてもよい。

共通プリアンブル４１ａ、４１ｂは、図４の主プリアンブルや副プリアンブルと同様の繰り返しパターンであり、タイミング調整回路１２９がデータ・クロックを同期させるために使用される。共通プリアンブルはあらかじめ各ゾーン１４〜１７に設定されたデータ・クロックの周波数で書き込まれており、以後、ユーザ・データの記録時に書き換えが行われることがないようになっている。共通プリアンブル４１ａ、４１ｂは、リード／ライト・チャネルが後続のデータを再生するために必要な同期をとるのに十分な長さになっている。ＳＹＮＣパターン５３ａ〜５３ｆ、データ・ブロック５４ａ〜５４ｆ、およびＥＣＣ５５ａ〜５５ｆの意味は図４で説明した内容と同じである。

磁気ディスク装置１００がデータ・セクタ１９ｃ、１９ｆの記録をする際の動作は、図４で説明したものとほぼ同一である。図５のサーボ検出ウインドウ３０１、ＲＧパルス３０３、３０７、３０９、３１１、およびＷＧパルス３０５は、それぞれ図４のサーボ検出ウインドウ２０１、ＲＧパルス２０３、２０７、２０９、２１１、およびＷＧパルス２０５に対応してリード／ライト・チャネルが記録および再生動作を行う。図４に示した場合と異なるのは、各データ・セクタが副プリアンブルを備えていないので、タイミング調整回路１２９は共通プリアンブル４１ａ、４１ｂの再生信号だけに対してデータ・クロックを同期させる。

したがって、共通プリアンブル４１ａ、４１ｂを再生してから再生にかかるデータ・セクタを再生するまでの期間中に発生する磁気ディスクの回転ジッタが大きいと、図４の場合に比べて再生動作が困難になってくる。よって、磁気ディスクの回転ジッタの公差は０．０１％程度以下までとするように規定することが望ましい。ただし、ＲＧパルス３０９とＷＧパルス３０５を利用してデータ・セクタ１９ｃ、１９ｆを記録し、ＲＧパルス３１１を利用して再生するというように、先行するデータ・セクタの再生信号を利用してライト・クロックまたはリード・クロックを同期させるようにすれば、クロック・ジッタや回転ジッタの影響を吸収してより的確に同期動作を行うことができる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

本実施の形態にかかるデータ面サーボ方式の磁気ディスクのフォーマットを説明する図である。 本実施の形態にかかる磁気ディスク装置の概略ブロック図である。 タイミング調整回路の構成を説明する図である。 データ領域のフォーマット構造に関する一例を説明する図である。 データ領域のフォーマット構造に関する他の例を説明する図である。

符号の説明

２１ａ、２１ｂ 主プリアンブル
２２ａ〜２２ｆ 副プリアンブル
２３ａ〜２３ｆ、５３ａ〜５３ｆ ＳＹＮＣパターン
２４ａ〜２４ｆ、５４ａ〜５４ｆ データ・ブロック
２５ａ〜２５ｆ、５５ａ〜５５ｆ ＥＣＣ
４１ａ、４１ｂ 共通プリアンブル

Claims (20)

1. データ面サーボ方式を採用する磁気ディスク装置であって、
   データ・クロックの周波数で書き込まれた主プリアンブルを備える磁気ディスクと、
   前記主プリアンブルを再生した信号に同期したライト・クロックで副プリアンブルとユーザ・データを含む複数のデータ・セクタを記録するライト・チャネルと、
   前記記録された複数のデータ・セクタのいずれかを再生する際に前記主プリアンブルを再生した信号と再生にかかるデータ・セクタに属する前記副プリアンブルを再生した信号を利用してリード・クロックを生成するリード・チャネルと
   を有する磁気ディスク装置。
2. 前記主プリアンブルは１つのデータ領域に１つだけ配置される請求項１記載の磁気ディスク装置。
3. 前記主プリアンブルは先行するサーボ・セクタに隣接して配置されている請求項２記載の磁気ディスク装置。
4. 前記記録される複数のデータ・セクタの前記各副プリアンブルのビット長が同一である請求項１記載の磁気ディスク装置。
5. 前記主プリアンブルのビット長が単独で前記ユーザ・データを再生するのに十分な長さでかつ前記副プリアンブルのビット長より長い請求項４記載の磁気ディスク装置。
6. 前記主プリアンブルのビット長に対する前記副プリアンブルのビット長の割合が、１０％〜４０％の範囲である請求項４記載の磁気ディスク装置。
7. 前記副プリアンブルのビット長が、前記データ・セクタが前記主プリアンブルから離れるに従って長くなっている請求項１記載の磁気ディスク装置。
8. 前記ライト・チャネルは前記データ・セクタを記録する際に前記主プリアンブルを再生した信号と、前記記録にかかるデータ・セクタに先行するデータ・セクタを再生した信号を利用して前記ライト・クロックを生成する請求項１記載の磁気ディスク装置。
9. 前記リード・チャネルは前記記録されたデータ・セクタを再生する際に前記主プリアンブルを再生した信号と、前記再生にかかるデータ・セクタに先行するデータ・セクタを再生した信号と、前記再生にかかるデータ・セクタに属する副プリアンブルを再生した信号を利用して前記リード・クロックを生成する請求項１記載の磁気ディスク装置。
10. 前記磁気ディスク装置がゾーン・ビット・レコーディング方式を採用し、前記主プリアンブルは各ゾーンに設定されたデータ・クロックの周波数で書き込まれている請求項１記載の磁気ディスク装置。
11. 前記サーボ・セクタは前記磁気ディスクの最内周側から最外周側に向かって同一の周波数で書き込まれ、前記サーボ・セクタの書き込み周波数と前記データ・クロックの周波数が異なっている請求項１記載の磁気ディスク装置。
12. データ面サーボ方式を採用する磁気ディスク装置においてユーザ・データを記録および再生する方法であって、
    サーボ・セクタに挟まれたデータ領域にデータ・クロックの周波数で主プリアンブルが書き込まれた磁気ディスクを提供するステップと、
    前記主プリアンブルの再生信号に同期したライト・クロックで副プリアンブルとユーザ・データとを含む複数のデータ・セクタを前記データ領域に記録するステップと、
    前記主プリアンブルを再生しながらリード・チャネルの同期作業を行うステップと、
    前記同期作業を行うステップに続いて前記記録された複数のデータ・セクタの中から選択したデータ・セクタの前記副プリアンブルを再生しながら前記リード・チャネルの同期作業を行うステップと
    を有する記録再生方法。
13. 前記磁気ディスクを提供するステップが、前記磁気ディスク装置を出荷する前に前記主プリアンブルを前記磁気ディスクに書き込むステップ含む請求項１２記載の記録再生方法。
14. 前記磁気ディスクを提供するステップが、サーボ・セクタ間に挟まれたすべてのデータ領域において先行するサーボ・セクタに隣接する位置に前記主プリアンブルを書き込むステップを含む請求項１２記載の記録再生方法。
15. 前記データ・セクタを記録するステップが前記主プリアンブルを再生した信号と、前記記録にかかるデータ・セクタに先行するデータ・セクタを再生した信号を利用して前記ライト・クロックを生成するステップを含む請求項１２記載の記録再生方法。
16. 前記データ・セクタを再生するステップが前記主プリアンブルを再生した信号と、前記再生にかかるデータ・セクタに先行するデータ・セクタを再生した信号と、前記再生にかかるデータ・セクタに属する副プリアンブルを再生した信号を利用して前記リード・クロックを生成するステップを含む請求項１２記載の記録再生方法。
17. データ面サーボ方式を採用する磁気ディスク装置であって、
    データ・クロックの周波数で書き込まれた共通プリアンブルを備える磁気ディスクと、
    前記共通プリアンブルを再生した信号に同期したライト・クロックで複数のデータ・セクタを書き込むライト・チャネルと、
    前記記録された複数のデータ・セクタのいずれかを再生する際に前記共通プリアンブルを再生した信号にリード・クロックを同期させるリード・チャネルと
    を有する磁気ディスク装置。
18. 前記共通プリアンブルは先行するサーボ・セクタに隣接した位置に書き込まれ、前記ライト・チャネルは前記データ・セクタを記録する際に前記共通プリアンブルの再生信号と、前記書き込みにかかるデータ・セクタに先行するデータ・セクタの再生信号を利用して前記ライト・クロックを生成する請求項１７記載の磁気ディスク装置。
19. 前記共通プリアンブルは先行するサーボ・セクタに隣接した位置に書き込まれ、前記リード・チャネルは前記記録されたデータ・セクタを再生する際に前記共通プリアンブルと、前記再生にかかるデータ・セクタに先行するデータ・セクタの再生信号を利用して前記リード・クロックを生成する請求項１７記載の磁気ディスク装置。
20. 前記各データ・セクタの先頭のデータがＳＹＮＣパターンである請求項１７記載の磁気ディスク装置。
    

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