JP2009217917A - ディスク記憶装置及びサーボ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ディスクの回転速度を可変する機能を有するディスクドライブにおいて、ディスクの高速回転時にサーボ制御処理の占有率の低下と共に、十分なヘッド位置決め精度を必要に応じて確保できるサーボ制御を実現することにある。
【解決手段】 複数のディスク回転速度モードの設定が可能なディスクドライブにおいて、高速回転モード時には、ＣＰＵ２１に対する割込み要求の出力を間引くことにより、サーボセクタからのサーボデータの入力を間引く構成である。このとき、ＨＤＣ２２は、サーボゲートのタイミングで全てのサーボセクタから再生されたサーボデータを取得してレジスタ３０に保存する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディスク回転速度の可変機能を有するディスク記憶装置に関し、特に、高速回転時のサーボ制御技術に関する。

近年、ハードディスクドライブを代表とするディスク記憶装置（以下、ディスクドライブと表記する場合がある）では、ディスクの回転数を可変する機能を有するディスクドライブが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

このディスクドライブは、データの記録時にはディスクを高速回転させて、データの再生時にはディスクを低速回転させる構成である。これにより、データの記録に要する時間の短縮化と、データの再生時間の増加を図る。この場合、ディスクの低速回転時には、本来のサーボデータ部以外に、小さいサイズのサーボデータ部を使用するサーボ制御が実行される。一方、ディスクの高速回転時には、その小さいサイズのサーボデータ部の再生を間引くサーボ制御が実行される。

また、ディスクの回転数は固定であるが、リード／ライトアクセスをしないときに、サーボゲートを間引くサーボ処理を行なうディスクドライブも提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
特開２００６−２９４０９２号公報 特許第２６５０７２０号公報

ディスクの回転数を可変するディスクドライブでは、データの記録時の時間短縮化と、データ再生時での消費電力の節約を図ることが可能である。また、ディスクの高速回転時に、サーボデータの再生を間引くサーボ制御により、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）のサーボ制御処理の占有率を低下させて、ディスクドライブの性能を向上させることが可能となる。しかしながら、単にサーボデータの再生を間引く方法では、ディスクの高速回転時にはヘッドの位置決め精度が低下し、かつ必要な場合に、十分な位置決め精度を確保することが困難となる。ディスクの高速回転時には外乱も増大するため、十分な位置決め精度を確保することが困難である。さらに、サーボゲートを間引く方法では、リード／ライト動作のためのゲートを管理する構成が複雑化し、安定したリード／ライト動作を実現することが困難になる場合がある。

そこで、本発明の目的は、ディスクの回転速度を可変する機能を有するディスクドライブにおいて、リード／ライト動作のためのゲートを管理する特別の構成を要することなく、ディスクの高速回転時にサーボ制御処理の占有率の低下と共に、十分なヘッド位置決め精度を必要に応じて確保できるサーボ制御を実現することにある。

本発明の観点に従ったディスクドライブは、データを書き込みまたは読出すためのヘッドと、前記ヘッドにより書き込まれるデータを記録する媒体であり、前記ヘッドの位置決め制御で使用するサーボデータが記録されている複数のサーボセクタが周方向に一定の間隔で配置されているディスクと、前記ディスクを回転させるスピンドルモータと、前記スピンドルモータを駆動制御して、前記ディスクの回転速度を高速又は低速に切替える可変手段と、前記ヘッドを前記ディスク上の目標位置に位置決めするためのアクチュエータと、前記ヘッドにより前記ディスク上の全サーボセクタから読出されたサーボデータを再生し、メモリに格納するサーボデータ再生手段と、前記ヘッドを位置決めするために、前記アクチュエータを制御するサーボ制御を実行するサーボ制御手段とを具備し、前記サーボ制御手段は、前記可変手段により前記ディスクの回転速度が高速に切替えられた状態においては、前記メモリから取得した前記サーボデータを使用して前記サーボ制御を実行するときに、前記全サーボセクタに対応するサーボデータの中で、１サーボセクタ分のサーボデータの取得を間引き、２サーボセクタ毎に１回のサーボ制御動作を実行するように構成されている。

本発明によれば、ディスクの回転数を可変する機能を有するディスクドライブにおいて、リード／ライト動作のためのゲートを管理する特別の構成を要することなく、ディスクの高速回転時にサーボ制御処理の占有率の低下と共に、十分なヘッド位置決め精度を必要に応じて確保できるサーボ制御を実現することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本実施形態に関するディスクドライブの要部を示すブロック図である。

ディスクドライブは、大別して、ヘッド・ディスクアセンブリ（ＨＤＡ）１と、プリント回路基板（ＰＣＢ）２とから構成されている。ＨＤＡ１は、スピンドルモータ（ＳＰＭ）１１により回転されるディスク１０と、アクチュエータ１４に搭載されたヘッド１２と、ヘッドアンプ１５とを有する。

ＳＰＭ１１は、後述するように、モータドライバ２４を介してマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）２１の制御により、高速または低速でディスク１０を回転させる。アクチュエータ１４は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１３により回転駆動し、ヘッド１２をディスク１０の半径方向に移動させる。ヘッド１２は、スライダ上にリード素子とライト素子とがそれぞれ分離して実装されて、ディスク１０に対するデータの書き込み（記録）又は読出し（再生）を実行する。ヘッドアンプ１５は、ヘッド１２のリード素子から出力されるリード信号（再生信号）を増幅してリード／ライトチャネル（Ｒ／Ｗチャネル）２０に伝送する。また、ヘッドアンプ１５は、リード／ライトチャネル２０から出力されるライト信号に応じたライト電流をヘッド１２のライト素子に供給する。

ＰＣＢ２は、リード／ライトチャネル２０、ＣＰＵ２１、ハードディスクコントローラ（ＨＤＣ）２２、割込みコントローラ（ＩＴＲ）２３、及びモータドライバ２４を実装している。なお、モータドライバ２４以外の各回路２０〜２３は、ワンチップのＬＳＩとして集積化されている構成でもよい。

モータドライバ２４は、ＣＰＵ２１の制御に基づいてＳＰＭ１１及びＶＣＭ１３を駆動制御するための電流を出力する。リード／ライトチャネル２０は、サーボデータ及びユーザデータの記録及び再生に必要な信号処理を行なう信号処理ユニットである。リード／ライトチャネル２０は、後述するように、ヘッド１２から読出されたサーボデータを再生し、ＨＤＣ２２に出力する。

ＨＤＣ２２は、ディスクドライブとホストシステム３とのインターフェースであり、ライトデータ及びリードデータの転送を制御する。また、ＨＤＣ２２は、リード／ライトチャネル２０により再生されたサーボデータを保存するレジスタ３０を有する。さらに、ＨＤＣ２２は、ＣＰＵ２１との間でデータやコマンドを伝送し、割込みコントローラ２３を介してサーボ割込み要求を行なう。ホストシステム３は、パーソナルコンピュータやディジタル機器である。

ＣＰＵ２１は、ディスクドライブのメインコントローラであり、ディスク１０の回転速度の切替え制御、及びヘッド１２をディスク１０上の目標位置に位置決めするためのサーボ制御処理を実行する。ＣＰＵ２１は、ディスク１０の回転速度を制御するための高速回転モード及び低速回転モードを示す情報や、ＨＤＣ２２のレジスタ３０から読出したサーボデータを格納するメモリ３１を有する。

（サーボ制御動作）
以下、図２、図３、図５及び図６を参照して、本実施形態のサーボ制御動作を説明する。

まず、図２のタイミングチャート及び図５のフローチャートを参照して、ディスクドライブの基本的サーボ制御動作を説明する。

ディスクドライブでは、ディスク１０上には、略放射状に設けられたサーボセクタが、周方向に一定間隔で複数セクタ分が配置されている。サーボセクタには、ヘッド１２をディスク１０上の目標位置（目標トラック位置）に位置決めするためのサーボデータが記録されている。サーボデータは、アドレス情報及びサーボバースト信号を含む。アドレス情報は、同心円状に配置される多数のトラックを識別するためのトラックアドレス及び各サーボセクタを識別するセクタアドレスを含む。サーボバースト信号は、各トラック範囲内のヘッド位置を検出するための位置情報を生成するための位置誤差信号（ＰＥＳ）である。

ヘッド１２は、回転するディスク１０のサーボセクタからサーボデータを読出す。ヘッドアンプ１５は、ヘッド１２により読出されたサーボデータをリード／ライトチャネル２０に出力する。リード／ライトチャネル２０は、サーボデータを再生して、ＨＤＣ２２に出力する。ＨＤＣ２２は、再生されたサーボデータをレジスタ３０に保存する。

ＣＰＵ２１は、ＨＤＣ２２のレジスタ３０からサーボデータを読出して、ヘッド１２の位置情報（アドレス情報を含むサーボ情報）を算出し、アクチュエータ１４のＶＣＭ１３を駆動制御するための制御出力値（ＶＣＭ指令）を生成する。ＣＰＵ２１は、生成した制御出力値をモータドライバ２４に出力することにより、アクチュエータ１４を駆動制御して、ヘッド１２の位置を制御する。

このようなサーボ制御動作は、ヘッド１２がサーボセクタを通過する時点のみでサーボデータを取得するため、離散時間系サーボ処理に相当する。この場合、サーボ周期は、ヘッド１２の直下をサーボセクタが通過する時間間隔で決定される。

また、必要なヘッド１２の位置決め精度を得る様に、ディスク１０の１周当たりのサーボセクタのセクタ数が設計されている。ここで、ディスク１０がＳＰＭ１１により一定回転数で回転する場合には、制御周波数Ｆｓは、ディスクの回転周波数Ｆｒ及びサーボセクタ数Ｓｓから、「Ｆｓ＝Ｆｒ×Ｓｓ」の式から求めることができる。

以下、図２のタイミングチャート及び図５のフローチャートを参照して、ディスクドライブのサーボ制御処理の手順を説明する。

まず、ＨＤＣ２２は、回転するディスク１０のサーボセクタがヘッド１２の直下を通過するタイミングで、リード／ライトチャネル２０に対してサーボデータの検出要求を出力する。即ち、ＨＤＣ２２は、図２（Ａ）に示すように、周期Ｔｓのサーボゲートをリード／ライトチャネル２０に出力する。

リード／ライトチャネル２０は、ヘッド１２によりサーボセクタから読出されたサーボデータ（アドレス情報及び位置誤差信号を含む）を処理して再生する。ＨＤＣ２２は、リード／ライトチャネル２０により再生されたサーボデータを取得して、レジスタ３０に保存する（ブロック５００）。

ＨＤＣ２２は、リード／ライトチャネル２０に対する検出要求と連動して、割込みコントローラ２３を介して、図２（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ２１に対してサーボ割り込み要求２００を発生する。ＣＰＵ２１は、この割込み要求を受けると、サーボ割り込み処理ルーチンを起動して、一連のサーボ制御処理を開始する。

即ち、ＣＰＵ２１は、ＨＤＣ２２のレジスタ３０からサーボデータを読出してサーボ情報を生成して、メモリ３１に格納する。即ち、ＣＰＵ２１は、ディスク１０上での現在のヘッド位置を算出して、その位置情報を取得する（ブロック５０１）。ＣＰＵ２１は、ヘッド１２を位置決めすべき要求位置（目標位置）と現在のヘッド位置との偏差情報を算出し、この偏差情報に基づいてヘッド１２を要求位置に位置決めするための制御処理演算（１）を実行する（ブロック５０２）。

ＣＰＵ２１は、制御処理演算（１）によりアクチュエータ１４を駆動制御するための制御出力値（ＶＣＭ出力値またはＶＣＭ出力指令値）を算出して、ＨＤＣ２２の制御出力用レジスタに設定する（ブロック５０３）。このＶＣＭ出力値の設定後に、ＣＰＵ２１は、前記の偏差情報に基づいて、２回目の制御処理演算（２）を実行する（ブロック５０４）。なお、図２（Ｂ）の時間Ｔ_ＣＡＬＣは、ＣＰＵ２１の制御処理演算時間の合計を示す。

ＨＤＣ２２は、適切なタイミングで制御出力用レジスタに設定されたＶＣＭ出力値に対応する電流を、モータドライバ２４を介してＶＣＭ１３に供給するように制御する。このような一連のサーボ制御処理が、制御周期Ｔｓ毎に繰返し実行されて、ヘッド１２の適正な位置決め動作を実現している。

ここで、ディスクドライブでは、図２（Ｂ）に示すように、サーボデータのサンプル点（サーボゲート）間に、複数のＶＣＭ出力値を設定するマルチレート出力２２０が採用されている。即ち、ＣＰＵ２１は、制御処理演算（１）により、複数のＶＣＭ出力値（ここでは２出力値とする）を生成し、ＨＤＣ２２の出力用レジスタに設定する。このとき、ＣＰＵ２１は、２つ目のＶＣＭ出力をモータドライバ２４に送信するタイミングカウンタ値等も設定する。このタイミングカウンタ値が零になると、ＨＤＣ２２は、２つ目のＶＣＭ出力値をモータドライバ２４に送信して、ＶＣＭ１３の励磁電流を切り替える。

図２（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ２１がサーボデータを入力するタイミング２１０から最初のＶＣＭ出力２２０までの時間Ｔｄは、入出力遅延時間と呼ばれており、サーボ制御系の安定性限界を大きく左右する。この入出力遅延時間Ｔｄが短時間であるほど、サーボ制御設計が容易になる。

ＣＰＵ２１は、制御処理演算（１）により、取得したサーボデータを使わなければ計算不可能なサーボ制御処理のみを実行する。また、ＣＰＵ２１は、制御処理演算（２）により次回のサーボ制御演算に備えて、必要なサーボ制御演算の事前演算可能な箇所の計算を実行して、メモリ３１に演算結果を保存する。具体的には、ＣＰＵ２１は、制御処理演算（２）により、例えば、ＳＰＭ１１の回転に同期した繰り返しランナウト（RRO : repeatable runout）の補償などのフィードフォワード制御量を算出する。

次に、図３のタイミングチャート及び図６のフローチャートを参照して、本実施形態のサーボ制御動作の特徴を説明する。

まず、本実施形態のディスクドライブは、ディスク１０の回転速度（回転数）を可変する機能を有する。即ち、ＣＰＵ２１は、メモリ３１に高速回転モードと低速回転モードとを切替えるための情報（フラグ）を保持し、この情報に応じてモータドライバ２４を介してＳＰＭ１１の回転速度を高速回転または低速回転に制御する。

具体的には、消費電力を節約する低消費電力モードでは、ＣＰＵ２１は、ディスク１０の回転速度が低速になるようにＳＰＭ１１の回転速度を制御する。一方、ＣＰＵ２１は、データ転送速度の高速化などパフォーマンスを上げる場合に、ディスク１０の回転速度が高速になるようにＳＰＭ１１の回転速度を制御する。この場合、ディスク１０の高速回転には、低速回転に対して相対的に高速な標準回転速度を含む。

このようなディスク回転速度を可変するディスクドライブでは、低速回転時のドライブ性能を確保できるサーボ制御周波数Ｆｓでは、高速回転時のサーボ制御周波数が回転速度比で増加し、特にＣＰＵ２１のサーボ制御演算時間（ほぼ一定値Ｔ_ＣＡＬＣ）がそのサーボ制御周期内に収まらなくなり、正常動作しなくなる問題が発生する可能性が高い。即ち、ディスク１０の高速回転時には、「Ｔ_ＣＡＬＣ＞Ｔ_Ｓ」となって、ＣＰＵ２１が正常動作しなくなってしまう。また逆に、高速回転モードで、ＣＰＵ２１のサーボ制御演算時間以内となる最大のサーボセクタ数を決めると、低速回転モードでは、極端にサーボ制御周波数が低くなり、十分なドライブ性能を保証する制御設計が困難になる。

そこで、本実施形態では、ディスク１０の高速回転時に、ＣＰＵ２１は、サーボ情報の入力を間引くサーボ制御処理を実行する。以下、具体的に説明する。

まず、本実施形態のディスクドライブの仕様としては、ディスク１０の回転速度が、高速回転時と低速回転時とで２倍の速度差がある。ディスク１０上には、低速回転時に必要なヘッド位置決め精度を確保できる最小サーボセクタ数のサーボセクタが配置されている。ＨＤＡ１には、ダイナミック浮上高制御機能（ＤＦＨ）が設けられており、高速と低速の２つの回転速度毎に最適なヘッド１２の浮上高が確保される。

また、サーボ制御時において、ＣＰＵ２１がサーボデータの入力２１０から最初のＶＣＭ出力２２０までのタイミングは、図２（Ｂ）に示すタイミング（入出力遅延時間Ｔｄ）と同様である。ＣＰＵ２１は、高速回転モードと低速回転モードのいずれの場合でも、動作クロックが一定である。

次に、本実施形態のディスクドライブでの高速回転モード切替時の処理手順を説明する。

ディスクドライブでは、ホストシステム３から高速回転モード切替え要求が来ると、ＣＰＵ２１は、ディスク１０上にあるヘッド１２を一旦、ディスク１０外に退避させて、メモリ３１に高速回転モードのフラグをセットする。これに伴って、ＣＰＵ２１は、制御パラメータ等のアクセス先を高速回転モード用に切り替える。また、サーボセクタの通過周波数も回転速度比で増加するので、リード／ライト２０チャネルでのサーボデータ検出のためのクロック周波数（Ｆ_ＳＦＧ）の設定等も切替える。このクロック切替えにより、サーボゲート等のゲートタイミングは、ディスク１０に対して、ほぼ同じ通過タイミングで発生するようになる。

更に、ＣＰＵ２１は、ＳＰＭ１１の回転速度を高速回転に変更する処理を実行する。ＣＰＵ２１はＳＰＭ１１の回転整定後に、ヘッド１２をディスク１０上の退避前のトラック位置に移動させて、位置決め制御する。ここで、ＣＰＵ２１は、前述したダイナミック浮上高制御機能（ＤＦＨ）により、ヘッド１２のスライダが高速回転モードで最適な浮上高になるように制御する。

次に、図３のタイミングチャート及び図６のフローチャートを参照して、ＣＰＵ２１によるサーボ制御処理の手順を説明する。

ＣＰＵ２１は、割込みコントローラ２３からサーボ割込みが来ると、メモリ３１に高速回転モードのフラグがセットされているか否かを確認する（ブロック６００）。ＣＰＵ２１は、低速回転モード時には、通常のサーボ制御処理を実行する（ブロック６００のＮＯ）。

高速回転モード時には、ＣＰＵ２１は、サーボ割込みマスク処理を実行する（ブロック６０１）。具体的には、ＣＰＵ２１は、ＨＤＣ２２の制御に応じて、サーボ割込み要求をＣＰＵ２１に出力する割込みコントローラ２３の割込みマスクレジスタの設定を変更する。即ち、ヘッド１２がディスク１０上のサーボセクタを通過したときに、サーボ割込み要求がＣＰＵ２１に出力されないようにする。この処理により、ＣＰＵ２１のサーボ制御処理の実行中に、次のサーボ割込み要求が発生することを防止できる。

ここで、ＨＤＣ２２は、図３（Ａ）に示すように、回転するディスク１０のサーボセクタがヘッド１２の直下を通過するタイミングで、リード／ライトチャネル２０に対して周期Ｔ_ＳＶＧのサーボゲートを出力する。このサーボゲートのタイミングに応じて、ＨＤＣ２２は、リード／ライトチャネル２０により再生されたサーボデータを取得して、レジスタ３０に保存する（ブロック６０２）。

ＨＤＣ２２は、割込みコントローラ２３を介して、図３（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ２１に対してサーボ割り込み要求２００を発生する。このとき、割込みコントローラ２３は、割込みマスクレジスタの設定に応じて、次のサーボゲートのタイミングに応じたサーボ割り込み要求３００をＣＰＵ２１に出力しない。

ＣＰＵ２１は、割込み要求２００に応じて、ＨＤＣ２２のレジスタ３０からサーボデータを読出してメモリ３１に格納する。ＣＰＵ２１は、当該サーボデータを使用して、ディスク１０上での現在のヘッド位置を求めるための位置情報（サーボ情報）を算出する（ブロック６０３）。

この後、ＣＰＵ２１は、前述したように、ヘッド１２を要求位置に位置決めするための制御処理演算（１）を実行する（ブロック６０４）。さらに、ＣＰＵ２１は、ＶＣＭ出力値を算出して、ＨＤＣ２２の制御出力用レジスタに設定する（ブロック６０５）。このＶＣＭ出力値の設定後に、ＣＰＵ２１は、前述した２回目の制御処理演算（２）を実行する（ブロック６０６）。即ち、ＣＰＵ２１は、図３（Ｂ）に示すように、割込み要求２００を受けてからサーボ制御処理を開始し、演算時間Ｔ_ＣＡＬＣ後に終了する。

ＣＰＵ２１は、サーボ制御処理の終了直前に、割込みコントローラ２３の割込みマスクレジスタの設定したサーボ割込みマスクを解除して元に戻す（ブロック６０７）。これにより、ヘッド１２がディスク１０上のサーボセクタを通過するときに、再び、サーボ割り込み要求２００が発生することになる。なお、サーボ割込みマスクの解除は、サーボ制御処理の終了前であれば、必ずしも直前でなく、終了から任意の時間前でよい。

以上のように、本実施形態では、ディスク１０の回転速度が高速回転モードに設定されると、ＣＰＵ２１は、サーボ割込みマスクの設定及びその解除を伴うサーボ制御処理を実行する。ここで、図３（Ａ）に示すように、サーボゲートの間隔周期Ｔ_ＳＶＧは、ディスク１０の高速回転に伴って、回転速度比がほぼ倍程度に短縮されている。一方、ＣＰＵ２１の動作クロックは一定であるため、サーボ制御処理の演算時間Ｔ_ＣＡＬＣはほとんど変化しない。本実施形態では、サーボ割込みマスクが設定されるため、図３（Ｂ）に示すように、サーボ制御処理中でのサーボ割込み要求３００は発生しない。従って、結果として奇数または偶数のサーボセクタが間引かれた様な状態となり、高速回転モード時に安定した制御周期「Ｔ_Ｓ＝２×Ｔ_ＳＶＧ」のサーボ制御処理を実現することができる。即ち、高速回転モード時に、ディスクドライブに必要なヘッド１２の位置決め制御が実現可能になる。

なお、本実施形態では、前述した２つ目のＶＣＭ指令出力２２０のタイミングも、高速回転モードの切り替え時に制御パラメータの一つとして切り替え設定されているので、適切な時間間隔（Ｔs／２）を確保することができる。

以上要するに、ディスク１０を高速回転させる高速回転モード時には、サーボセクタを間引いて制御周期を長くして、十分なサーボ制御処理時間を確保したサーボ動作状態（Ｔ_Ｓ＞Ｔ_ＣＡＬＣ）を実現している。これにより、ＣＰＵ２１の動作クロックを一定にした状態で、安定したサーボ制御、即ちヘッド１２の位置決め制御を行なうことができる。このことは、サーボ制御での制御周波数の変化を抑制できるため、制御設計が容易になるメリットもある。

更に、本実施形態では、図３（Ａ）に示すように、高速回転モード時に、ＨＤＣ２２は、サーボゲートを間引きせずに生成する。従って、ＨＤＣ２２は、リード／ライトチャネル２０から、ディスク１０上の全てのサーボセクタのサーボ情報を取得して、レジスタ３０に保存する。従って、ＣＰＵ２１は、発生しないサーボ割込み要求３００に対応するサーボセクタのサーボデータを間引くことになるが、ＨＤＣ２２は、全てのサーボセクタのサーボデータを保存する。これにより、低速回転モードと高速回転モードとの２つの動作モードを有するディスクドライブにおいて、ＨＤＣ２２でサーボゲートの発生に関する設計は容易となる。

尚、本実施形態は、ＣＰＵ２１がサーボデータを取得し、位置情報への変換処理をソフトウェアにより行なう方式である。この方式に限らず、ＨＤＣ２２側にサーボのハードウェア演算回路を備え、ＣＰＵ２１はハードウェア演算回路により処理された結果である位置情報をＨＤＣ２２のレジスタから読出す方法でもよい。この場合、図６のフローチャートに示すブロック６０３の処理を省略することができる。

さらに、本実施形態では、ＣＰＵ２１は、サーボ割込み開始時にサーボ割込みマスク処理を実行しているが、ＶＣＭ出力２２０の設定直後に実行して、入出力遅延時間Ｔｄを低減する構成でもよい。

また、本実施形態では、２つ目のＶＣＭ指令出力２２０のタイミングとして時間間隔（Ｔs／２）が設定されている。これは一例であり、この時間間隔も制御設計パラメータであり、任意に設定することが可能である。

［第２の実施形態］
図４のタイミングチャート及び図７のフローチャートは、第２の実施形態に関するサーボ制御動作を説明するための図である。なお、ディスクドライブの構成は、図１に示すものと同様のため、図１を参照して説明する。

本実施形態は、高速回転モードの設定時に、第１の実施形態とは異なり、制御処理演算（１）〜（３）からなるＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）制御演算を実行する構成である。

本実施形態のディスクドライブの仕様は、基本的には第１の実施形態の場合と同様であり、ＣＰＵ２１の動作クロックは、高速回転モードと低速回転モードのいずれの場合でも同一である。但し、高速回転モードと低速回転モードの回転速度比は、例えば１．７１倍程度である。

本実施形態は、高速回転モード時に、ヘッド１２の位置決め動作において、風乱と呼ぶ巨大な外乱力が作用した場合でも、要求されるヘッド位置決め精度の達成を可能とする構成である。即ち、当該外乱力が作用した場合に、間引きサーボした制御周期で、第１の実施形態に示すＳＩＭＯ（Single Input Multi Output）制御演算方法では、制御パラメータを調整するだけでは、要求されるヘッド位置決め精度の達成が困難である。そこで、本実施形態は、後述するＭＩＭＯ制御演算方法を採用し、高速回転モード時に、間引きサーボした制御周期で、十分なヘッド位置決め精度を実現する。

以下、図４と図７を参照して、本実施形態のサーボ制御動作を具体的に説明する。

ディスクドライブでは、ホストシステム３から高速回転モード切替え要求が来ると、ＣＰＵ２１は、ディスク１０上にあるヘッド１２を一旦、ディスク１０外に退避させて、メモリ３１に高速回転モードのフラグをセットする。ＣＰＵ２１は、当該フラグに基づいて、高速回転モード時には、後述するＭＩＭＯ型制御演算方法を選択し、低速回転モード時とは異なるフィードバック制御処理のサーボ制御を実行する。

また、本実施形態では、サーボ制御処理時の制御パラメータは変数設定ではなく、２つの制御演算方法で異なる定数コードとして埋め込まれた制御構成を取っている。さらに、サーボセクタの信号通過周波数も回転速度比で増加するので、リード／ライトチャネル２０でのサーボデータ検出のためのクロック周波数（Ｆ_ＳＦＧ）の設定等も切替える。このクロック切替えにより、サーボゲート等のゲートタイミングは、ディスク１０に対して、ほぼ同じ通過タイミングで発生するようになる。これと同時に、ＣＰＵ２１は、ＳＰＭ１１の回転速度変更処理を実行して、ＳＰＭ１１の回転整定後に、ヘッド１２を退避前のディスク１０上のトラック位置に移動して位置決め制御する。また、ＣＰＵ２１は、前述したダイナミック浮上高制御機能（ＤＦＨ）により、ヘッド１２のスライダが高速回転モードで最適な浮上高になるように制御する。

次に、図４のタイミングチャート及び図７のフローチャートを参照して、ＣＰＵ２１による高速回転モード時のサーボ制御処理の手順を説明する。

ＣＰＵ２１は、割込みコントローラ２３からサーボ割込みが来ると、メモリ３１に高速回転モードのフラグがセットされているか否かを確認する（ブロック７００）。ＣＰＵ２１は、低速回転モード時には、通常のサーボ制御処理を実行する（ブロック７００のＮＯ）。

高速回転モード時には、ＣＰＵ２１は、サーボ割込みマスク処理を実行する（ブロック７０１）。具体的には、ＣＰＵ２１は、ＨＤＣ２２の制御に応じて、サーボ割込み要求をＣＰＵ２１に出力する割込みコントローラ２３の割込みマスクレジスタの設定を変更する。即ち、ヘッド１２がディスク１０上のサーボセクタを通過したときに、サーボ割込み要求がＣＰＵ２１に出力されないようにする。この処理により、ＣＰＵ２１のサーボ制御処理の実行中に、次のサーボ割込み要求が発生することを防止できる。

ここで、ＨＤＣ２２は、図４（Ａ）に示すように、前述の第１の実施形態の場合と同様に、回転するディスク１０のサーボセクタがヘッド１２の直下を通過するタイミングで、リード／ライトチャネル２０に対して周期Ｔ_ＳＶＧのサーボゲートを出力する。このサーボゲートのタイミングに応じて、ＨＤＣ２２は、リード／ライトチャネル２０により再生されたサーボデータを取得して、レジスタ３０に保存する（ブロック７０２）。

ＨＤＣ２２は、割込みコントローラ２３を介して、図４（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ２１に対してサーボ割り込み要求２００を発生する。このとき、割込みコントローラ２３は、割込みマスクレジスタの設定に応じて、次のサーボゲートのタイミングに応じたサーボ割り込み要求３００をＣＰＵ２１に出力しない。ＣＰＵ２１は、割込み要求２００に応じて、ＨＤＣ２２のレジスタ３０からサーボデータを読出してメモリ３１に格納する。ＣＰＵ２１は、当該サーボデータを使用して、ディスク１０上での現在のヘッド位置を求めるための位置情報（サーボ情報）を算出する（ブロック７０３）。

この後、ＣＰＵ２１は、高速回転モードのフラグがセットされている場合には、ヘッド１２を要求位置に位置決めするための制御処理演算として、低速回転モードとは異なるＭＩＭＯ型制御処理演算を実行する（ブロック７０４〜７０９）。ＭＩＭＯ型制御処理演算とは、現サーボセクタと直前の間引かれたサーボセクタの２つの位置情報を入力として、現セクタと次回に間引かれるサーボセクタの２つのＶＣＭ出力値を生成する２入力（２１０，４１０）・２出力（２２０）の演算方法である。

なお、本実施形態では、２入力２出力処理で出力演算するＭＩＭＯ制御演算方式が採用されているが、出力が１回の２入力１出力のＭＩＳＯ（Multi Input Single Output）制御演算方式でもよい。

即ち、ＣＰＵ２１は、基本的に入出力遅延時間Ｔｄを考慮したＭＩＭＯ制御処理演算を実行することで、現サーボセクタに対応するＶＣＭ出力値２２０と、出力停止の割り込み３００で次回に間引かれるサーボセクタに対応するＶＣＭ出力値２２０の２つのＶＣＭ出力値を演算生成する。ＭＩＭＯ型制御処理演算は、制御処理演算（１）〜（３）の３つのステップで構成されている。制御処理演算（１）は、現サーボセクタから取得される位置情報を使用しなければ演算が困難な制御演算のみを実行する（ブロック７０４）。

ＣＰＵ２１は、算出したＶＣＭ出力値２２０を、ＨＤＣ２２の制御出力用レジスタに設定する（ブロック７０５）。このＶＣＭ出力値の設定後に、ＣＰＵ２１は、前述した２回目の制御処理演算（２）を実行する（ブロック７０６）。この制御処理演算（２）では、次回のＶＣＭ出力値を算出するために、事前に演算可能なフィードフォワード制御指令量の演算やモード判定、ＭＩＭＯ制御演算の演算可能な箇所の前処理等が実行される。

本実施形態では、ＭＩＭＯ制御演算以外のサーボ制御処理は、低速回転モード時と同じ制御処理を適用しているので、高速回転モードのフラグにより分岐する箇所は、ＭＩＭＯ制御演算の前処理のみで、後は共通の演算を実行している。

更に、ＣＰＵ２１は、次回のＭＩＭＯ制御演算に備えて、この演算時にサーボ演算を間引かれたサーボセクタのサーボデータをＨＤＣ２２のレジスタ３０から読出してメモリ３１に格納する（ブロック７０７）。即ち、ＨＤＣ２２は、間引かれるサーボセクタのサーボデータもレジスタ３０に保存している。ＣＰＵ２１は、当該サーボデータを図４（Ｂ）に示すタイミング４１０で入力し、ディスク１０上でのヘッド位置を求めるための位置情報（サーボ情報）を算出する（ブロック７０８）。

次に、ＣＰＵ２１は、算出した位置情報を使用して、ＭＩＭＯ制御処理演算に含まれる制御処理演算（３）を実行する（ブロック７０９）。ＣＰＵ２１は、算出したＶＣＭ出力値２２０を、ＨＤＣ２２の制御出力用レジスタに設定する。ＣＰＵ２１は、サーボ制御処理の終了直前に、割込みコントローラ２３の割込みマスクレジスタの設定したサーボ割込みマスクを解除して元に戻す（ブロック７１０）。これにより、ヘッド１２がディスク１０上のサーボセクタを通過するときに、再び、サーボ割り込み要求２００が発生することになる。なお、サーボ割込みマスクの解除は、サーボ制御処理の終了前であれば、必ずしも直前でなく、終了から任意の時間前でよい。

以上のように本実施形態によれば、高速回転モード時に、ＭＩＭＯ型制御演算方法によるサーボ制御処理を実行することにより、制御処理演算（３）の実行時に、間引かれるサーボセクタに対応する位置情報を使用した制御演算を行なうことができる。このようなサーボ制御処理であれば、前述の第１の実施形態の方法と比較して、間引きサーボセクタから取得されたサーボデータを有効に利用して、サンプル点間のヘッド位置決め制御を行なうことができるため、ヘッド位置決め精度を大幅に向上させることが可能となる。

特に、ディスク１０の高速回転の起因とする外乱の影響が大きく、間引きサーボ相当の制御周波数であっても、必要なヘッド位置決め精度を達成することが可能になる。従って、複数のディスク回転速度モードを備えるディスクドライブにおいて、回転速度を大きく変える回転動作モードでも、サーボセクタを間引いて制御周期を減らすことで安定な制御動作を実現できると共に、必要なヘッド位置決め精度を確保できる。

また、高速回転モードのサンプリング周波数が大きく変化することがなくなり、制御設計が容易になるメリットもある。さらに、ＭＩＭＯ制御演算方法を採用することにより、高速回転時のヘッド位置決め精度を向上できるため、高速回転モードとしてかなり高い回転数を設定した複数のディスク回転速度モードのディスクドライブを提供可能になる。

なお、本実施形態では、ＭＩＭＯ制御演算方法を採用することにより、ＣＰＵ２１の動作クロックは一定であるが、演算量が増加する。即ち、図４（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ２１の演算時間Ｔ_ＣＡＬＣは、低速回転モード時よりも長くなる。また、入出力遅延時間Ｔｄも低速回転モード時よりも長くなる。

ＣＰＵ２１の制御演算時間Ｔ_ＣＡＬＣの増加が大きいと、制御演算時間と制御周期Ｔ_Ｓとがほぼ同じ時間になるが、演算負荷の大きい箇所はＲＲＯ抑圧補償等のフィードフォワード制御演算等の処理なので、ＭＩＭＯ制御処理による演算負荷増は小さい。従って、十分なマージンを持って、「Ｔ_Ｓ＞Ｔ_ＣＡＬＣ」の関係を実現できる。

要するに、本実施形態のＭＩＭＯ制御演算方法を採用すると、間引かれたサーボセクタのサーボデータを活用できるため、単に間引きサーボを採用したＳＩＭＯ制御演算方法よりも、大幅なヘッド位置決め精度の改善を図ることができる。前述したように、間引かれるサーボセクタからのサーボデータは、図４（Ｂ）に示す入力タイミング４１０で取得することができる。ＨＤＣ２２は、間引かれるサーボセクタに対してもサーボゲートを開くので、当該サーボセクタから読出されたサーボデータを取得して、レジスタ３０に保存している。即ち、図４（Ｂ）に示す入力タイミング４１０であれば、ヘッド１２は間引きサーボセクタを通過しても、ＨＤＣ２２は、そのサーボデータをリード／ライト２０から取得してレジスタ３０に設定し終わっている。従って、最初のサーボ割込み２００からは、本来は未来値にあたる間引きサーボセクタのサーボデータを入手して、制御処理演算（３）により使用することができる。

また、本実施形態では、制御処理演算（３）にて、間引かれるサーボセクタの位置情報を使う演算を、次回の制御処理の前処理として事前演算して入出力遅延時間Ｔｄが最小となるようにしている。しかし、制御処理演算（３）はあまり演算負荷が大きくないので、制御処理演算（３）を制御処理演算（１）に含めて、制御処理演算（３）を実行しない処理構成でもよい。

更に、本実施形態では、サーボ制御においてトラッキング制御とシーク制御のいずれにもＭＩＭＯ制御演算を適用する構成であるが、シーク制御時はＳＩＭＯ制御演算を行なう構成でもよい。これは、トラッキング制御時でのヘッド位置決め精度の不足を解消する対策として、ＭＩＭＯ制御演算方法が有効であるためである。シーク制御に関しては、単なる間引きサーボ方法を採用しても問題ないと予想される。なお、シーク制御とトラッキング制御の切替え時に入出力遅延時間が変化する問題はあるが、演算負荷が小さく、シーク調整も容易な利点もあるので、シーク制御時はＳＩＭＯ制御演算方法が有効である。

（変形例）
第１及び第２の実施形態の適用分野として、ディスクドライブの製造工程において、製品出荷前の検査工程がある。検査工程では、ディスクドライブに組み込まれたディスク１０を仕様回転数よりも高速回転数で回転させて、ドライブの欠陥検出を行なう工程が必要である。ディスクを高速回転数で回転させることにより、検査時間の短縮化を図ることができる。この場合、第１及び第２の実施形態での高速回転モードでのサーボ制御処理を実行することにより、ヘッド１２のサーボ制御を高速かつ確実に行なうことが可能となる。従って、第１及び第２の実施形態は、製品としてのディスクドライブだけでなく、ディスクドライブの製造工程において、特に、検査時間の短縮化が要求される製品出荷前の検査工程への適用が有効である。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明に関するディスクドライブの要部を示すブロック図。 基本的サーボ制御動作を説明するためのタイミングチャート。 第１の実施形態に関するサーボ制御動作を説明するためのタイミングチャート。 第２の実施形態に関するサーボ制御動作を説明するためのタイミングチャート。 基本的サーボ制御動作を説明するためのフローチャート。 第１の実施形態に関するサーボ制御動作を説明するためのフローチャート。 第２の実施形態に関するサーボ制御動作を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１…ヘッド・ディスクアセンブリ（ＨＤＡ）、２…プリント回路基板（ＰＣＢ）、
１０…ディスク、１１…スピンドルモータ（ＳＰＭ）、１２…ヘッド、
１３…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、１４…アクチュエータ、１５…ヘッドアンプ、
２０…リード／ライトチャネル、２１…マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、
２２…ハードディスクコントローラ（ＨＤＣ）、２３…割込みコントローラ、
２４…モータドライバ、３０…レジスタ、３１…メモリ。

Claims (10)

1. データを書き込みまたは読出すためのヘッドと、
   前記ヘッドにより書き込まれるデータを記録する媒体であり、前記ヘッドの位置決め制御で使用するサーボデータが記録されている複数のサーボセクタが周方向に一定の間隔で配置されているディスクと、
   前記ディスクを回転させるスピンドルモータと、
   前記スピンドルモータを駆動制御して、前記ディスクの回転速度を高速又は低速に切替える可変手段と、
   前記ヘッドを前記ディスク上の目標位置に位置決めするためのアクチュエータと、
   前記ヘッドにより前記ディスク上の全サーボセクタから読出されたサーボデータを再生し、メモリに格納するサーボデータ再生手段と、
   前記ヘッドを位置決めするために、前記アクチュエータを制御するサーボ制御を実行するサーボ制御手段とを具備し、
   前記サーボ制御手段は、
   前記可変手段により前記ディスクの回転速度が高速に切替えられた状態においては、前記メモリから取得した前記サーボデータを使用して前記サーボ制御を実行するときに、前記全サーボセクタに対応するサーボデータの中で、１サーボセクタ分のサーボデータの取得を間引き、２サーボセクタ毎に１回のサーボ制御動作を実行するように構成されていることを特徴とするディスク記憶装置。
2. 前記サーボデータ再生手段は、前記ヘッドにより前記各サーボセクタからサーボデータを読出すタイミングを示すサーボゲートを生成し、前記サーボゲートに基づいて再生されたサーボデータを前記メモリに格納するディスクコントローラを含み、
   前記ディスクコントローラの制御に応じて、前記サーボ制御手段に前記サーボ制御の割込み要求を出力する割込みコントローラを有し、
   前記割込みコントローラは、前記可変手段によりディスクの回転速度が高速に切替えられたときに、割込み要求の出力を間欠的に制限することを特徴とする請求項１に記載のディスク記憶装置。
3. 前記サーボ制御手段は、
   前記可変手段により前記ディスクの回転速度が高速に切替えられた状態で、前記割込みコントローラから割込み要求を受け付けた後で、次の割込み要求の発生を阻止するための割込みマスクを前記割込みコントローラに設定し、当該割込み要求に対応する前記サーボ制御の処理終了前までに前記割込みマスクを解除する手段を含むことを特徴とする請求項２に記載のディスク記憶装置。
4. 前記サーボ制御手段は、
   一定のサーボ制御周期で前記アクチュエータを駆動制御するための制御出力値を算出するマルチレート出力を行なう演算を実行する手段を有し、
   前記割込みコントローラから割込み要求の入力に応じて前記サーボ制御を開始し、
   前記割込みマスクを前記割込みコントローラに設定し、
   前記割込み要求に応じた前記サーボ制御を終了するまでの間に前記割込みマスクを解除する構成であることを特徴とする請求項３に記載のディスク記憶装置。
5. 前記可変手段は、外部からの指示に応じて前記ディスクの回転速度を高速にする高速回転モードまたは低速にする低速回転モードのいずれかを指示するフラグ情報を保持する手段を含み、
   前記サーボ制御手段は、前記フラグ情報に基づいて、前記高速回転モードが設定されている場合には前記間引く処理を含むサーボ制御を実行し、前記低速回転モードが設定されている場合には前記間引く処理を含まない通常のサーボ制御を実行するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のディスク記憶装置。
6. データを書き込みまたは読出すためのヘッドと、
   前記ヘッドにより書き込まれるデータを記録する媒体であり、前記ヘッドの位置決め制御で使用するサーボデータが記録されている複数のサーボセクタが周方向に一定の間隔で配置されているディスクと、
   前記ディスクを回転させるスピンドルモータと、
   前記スピンドルモータを駆動制御して、前記ディスクの回転速度を高速又は低速に切替える可変手段と、
   前記ヘッドを前記ディスク上の目標位置に位置決めするためのアクチュエータと、
   前記ヘッドにより前記ディスク上の全サーボセクタから読出されたサーボデータを再生し、メモリに格納するサーボデータ再生手段と、
   前記アクチュエータを制御するサーボ制御の割込み要求を出力する割込みコントローラと、
   前記可変手段により前記ディスクの回転速度が高速に切替えられた状態において、前記割込みコントローラから割込み要求を受け付けた後で、次の割込み要求の発生を阻止するための割込みマスクを前記割込みコントローラに設定する手段と、
   前記割込み要求に応じて、前記メモリから読出したサーボデータを使用して、前記アクチュエータを制御するための制御出力値を算出する前記サーボ制御を実行するサーボ制御手段とを有し、
   前記サーボ制御手段は、
   以前の割込み要求時のサーボ制御時に前記メモリから取得した第１のサーボデータ及び今回の割込み要求時点で前記メモリから取得した第２のサーボデータを使用して、前記制御出力値を算出するための演算を実行し、
   前記割込み要求の発生から、少なくとも１サーボセクタ分のサーボデータを再生するための時間が経過した後に、前記割込みマスクの設定により発生を阻止された割込み要求に対応するサーボセクタから再生されたサーボデータを前記メモリから取得して、次の割込み要求に備える演算を実行する構成であることを特徴とするディスク記憶装置。
7. 前記サーボ制御手段は、
   前記第１のサーボデータ及び前記第２のサーボデータを使用して、前記制御出力値として第１の制御出力値及び第２の制御出力値を算出する２入力２出力の制御演算処理を実行する手段と、
   前記アクチュエータを制御するために、前記第１の制御出力値を出力した後で、ほぼ１サーボセクタ分のサーボデータを再生するための時間が経過した後に前記第２の制御出力値を出力するように設定する手段と
   を含むことを特徴とする請求項６に記載のディスク記憶装置。
8. 前記可変手段は、外部からの指示に応じて前記ディスクの回転速度を高速にする高速回転モードまたは低速にする低速回転モードのいずれかを指示するフラグ情報を保持する手段を含み、
   前記サーボ制御手段は、前記フラグ情報に基づいて前記高速回転モードが設定されている場合には、前記制御出力値を算出するための演算または前記２入力２出力の制御演算処理を実行するように構成されていることを特徴とする請求項６又は請求項７のいずれか１項に記載のディスク記憶装置。
9. データを書き込みまたは読出すためのヘッドと、前記ヘッドにより書き込まれるデータを記録する媒体であり、前記ヘッドの位置決め制御で使用するサーボデータが記録されている複数のサーボセクタが周方向に一定の間隔で配置されているディスクと、前記ディスクを回転させるスピンドルモータと、前記ヘッドを前記ディスク上の目標位置に位置決めするためのアクチュエータとを有するディスク記憶装置に適用するサーボ制御方法であって、
   外部からの指示に応じて、前記ディスクの回転速度を高速にする高速回転モードまたは低速にする低速回転モードのいずれかを指示する処理と、
   前記ヘッドにより前記ディスク上の全サーボセクタから読出されたサーボデータを再生し、メモリに格納する処理と、
   前記ヘッドを位置決めするために、前記アクチュエータを制御するサーボ制御を実行するサーボ制御処理において、前記ディスクの回転速度が高速に切替えられた状態においては、前記メモリから取得した前記サーボデータを使用して前記サーボ制御を実行するときに、前記全サーボセクタに対応するサーボデータの中で、１サーボセクタ分のサーボデータの取得を間引き、２サーボセクタ毎に１回のサーボ制御動作を実行する処理と
   を実行することを特徴とするサーボ制御方法。
10. データを書き込みまたは読出すためのヘッドと、前記ヘッドにより書き込まれるデータを記録する媒体であり、前記ヘッドの位置決め制御で使用するサーボデータが記録されている複数のサーボセクタが周方向に一定の間隔で配置されているディスクと、前記ディスクを回転させるスピンドルモータと、前記アクチュエータを制御するサーボ制御の割込み要求を出力する割込みコントローラとを有するディスク記憶装置に適用するサーボ制御方法であって、
    外部からの指示に応じて、前記ディスクの回転速度を高速にする高速回転モードまたは低速にする低速回転モードのいずれかを指示する処理と、
    前記ヘッドにより前記ディスク上の全サーボセクタから読出されたサーボデータを再生し、メモリに格納する処理と、
    前記ディスクの回転速度が高速回転モードに切替えられた状態において、前記割込みコントローラから割込み要求を受け付けた後で、次の割込み要求の発生を阻止するための割込みマスクを前記割込みコントローラに設定する処理と、
    前記割込みコントローラからの前記割込み要求に応じて、前記メモリから読出したサーボデータを使用して前記アクチュエータを制御するための制御出力値を算出するサーボ制御を実行するサーボ制御処理とを有し、
    前記サーボ制御処理は、
    以前の割込み要求時のサーボ制御時に前記メモリから取得した第１のサーボデータ及び今回の割込み要求時点で前記メモリから取得した第２のサーボデータを使用して、前記制御出力値を算出するための演算を実行する処理と、
    前記割込み要求の発生から、少なくとも１サーボセクタ分のサーボデータを再生するための時間が経過した後に、前記割込みマスクの設定により発生を阻止された割込み要求に対応するサーボセクタから再生されたサーボデータを前記メモリから取得して、次の割込み要求に備える演算を実行する処理と
    を含むことを特徴とするサーボ制御方法。

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