JP2010140565A - 磁気記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録ビットパターンが形成されたパターンド媒体を搭載し、ゾーンフォーマットを有する磁気記録再生装置において、ゾーン分割位置付近で記録ヘッドと再生ヘッドが異なるゾーンに位置する場合でも記録再生周波数を高精度に媒体に同期させることを目的とする。
【解決手段】図4のように記録トラックがゾーンの分割位置付近で、記録トラック上に記録ヘッドが位置決めされ、記録ヘッドと再生ヘッドの存在するゾーンが異なる場合、再生ヘッド位置のPreambleパターンを再生し、ゾーン間のプリアンブルパターンの周波数の差を補正して所望のトラックに記録する際の記録周波数を決定し、その後再生ヘッドの位置で得られたSyncパターンを基に記録開始タイミングを決定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、記録媒体上の一部又は全面にビットパターン又はトラックパターンが物理的に形成されたパターンド媒体を搭載し、媒体上で記録密度の異なる複数のゾーンに分割されたフォーマットを有する磁気記録再生装置（ハードディスクドライブ）に関する。

従来、ハードディスクドライブにおいて、記録媒体上に均一かつ連続に記録磁性膜がスパッタされた連続媒体が用いられてきた。これに対し、さらに高記録密度で記録再生を行うための次世代技術として、パターンド媒体が注目を集めている。パターンド媒体とは記録媒体面上に物理的に分離した記録トラックやビットのパターンを形成した媒体であり、従来の連続媒体への記録と比較して、記録トランジションの形状改善や記録トラック端部での媒体ノイズの低減、隣接トラックからのクロストークの低減などの効果がある。しかし記録再生のタイミングが、完全に媒体基準となってしまうため、従来の連続媒体を用いた磁気記録再生装置と比較して、高精度な記録タイミング制御が要求される。

従来の連続媒体を用いた磁気記録再生装置においては、データ記録時にデータが記録されるデータセクタの初めにPreamble、Syncと呼ばれる再生周波数及び位相を調整するためのパターンを記録し、それに続けてデータパターンを記録している。この時、記録するデータパターンの周波数（クロック）や位相は媒体の回転数変動やヘッドと媒体の相対位置をフィードバックしたものではなく、媒体上に記録されるデータビットの位置は必ずしも全く同じになるとは限らない。言い換えると、記録時には媒体対してビット単位で同期させてデータの記録が行われているわけではない。一方、再生時にはデータセクタの初めに記録されているPreamble及びSyncパターンを利用して再生時のクロック及び位相を調整する。

これに対し、パターンド媒体を用いた場合、媒体上にビット形状が物理的に形成されているため、高精度で媒体上のビットパターンに同期させてデータの記録再生を行う必要がある。このための方法として、特開2004-199806号公報に、記録用タイミングマークを媒体上にプレパターンニングする方法が開示されている。また、媒体と記録パターンの位相を調整する方法として、特開2006-164349号公報に、プレパターンニングされたタイミングマークから記録開始位置までの時間（位相）を学習により決定する方法が開示されている。

特開2004-199806号公報 特開2006-164349号公報

パターンド媒体を用いたハードディスク装置において大容量化を目指すためには、すでに述べたように媒体上のパターンとヘッドによる記録の同期を正確に取る必要がある。媒体と記録タイミングの同期を取るためには、媒体回転数の変動やビットパターン形成装置の違いなどに起因する記録再生周波数変動を補正するための記録再生周波数の調整、及びビットのスタート位置を補正するための位相の調整の大きく２つの調整が必要となる。

また大記録容量を確保するために、一般のハードディスク装置ではゾーンフォーマットが採用されている。これは記録媒体を半径方向に複数の領域（ゾーン）に分割して、各ゾーン毎に記録周波数及び記録密度を変えたフォーマットである。通常は、記録媒体の内周側のゾーンでは記録密度が高く、記録周波数は低くなっており、外周側に行くに従って、記録密度は低く、記録周波数は高くなっていく。これは媒体の内周側では媒体のヘッドに対する相対線速度が低く、帯域ノイズの影響が小さく、外周側にいくに従って、相対線速度が高く、帯域ノイズの影響が大きくなるためである。このようなゾーンフォーマットを有するパターンド媒体ではゾーンの分割位置で、媒体上のデータパターンの周波数が離散的に変化する。一方、ヘッドは記録素子と再生素子が分離した形式のヘッドが用いられており、これがヘッドの回転軸を中心に回転して媒体上を半径方向に移動するため、半径位置によって記録ヘッドの半径位置と再生ヘッドの半径位置にずれが生じる。このため記録ヘッドが記録すべきトラック上にいる場合でも、再生ヘッドはそれとは別のトラックの情報を再生することとなる。媒体上のビットパターンとヘッドの記録位置の同期を取るために、例えば特開2004-199806号公報に開示されているように、記録タイミングをとるためのパターンを媒体作成時に媒体上に形成し、この信号を再生して記録のタイミングを調整する場合、ゾーンの分割位置近傍では記録トラックのビットの周波数とその時の再生ヘッド位置で再生される信号の周波数や位相がずれてしまい、正しく記録できなくなってしまう。

本発明は、高精度な記録タイミング制御かつゾーンフォーマットが可能な、パターンド媒体を用いたハードディスク装置を提供する。

本発明の磁気記録再生装置は、記録再生周波数を調整するためのPreambleパターン及び記録再生位相を調整するためのSyncパターンが形成されたタイミングパターン領域、及びデータ記録用のビットパターンが形成されたデータ領域を有するパターンド媒体を用い、タイミングパターン領域のPreambleパターンとSyncパターンをデータ記録時とデータ再生時で共用する。つまり、所望のトラック上に再生ヘッドを位置づけてデータを再生する時と、そのデータ再生トラックと同じトラック上に再生ヘッドが位置する状態でデータを記録する時とで、タイミングパターン領域の同一位置でPreambleパターンとSyncパターンの再生を開始し、同一のPreambleパターン及びSyncパターンの再生波形を用いて再生タイミング及び記録タイミングを調整する。

パターンド媒体は、媒体半径方向にゾーン分割されていて各ゾーンで記録密度又は記録再生周波数が一定となるようにデータ領域のビットパターンが形成されたゾーンフォーマット媒体とすることができ、Preambleパターンの再生波形から得られた周波数に対し、再生ヘッドが位置しているゾーンと記録ヘッドが位置しているゾーン間のビット周波数の比から記録周波数を補正し、これを基にデータ領域に記録を行う。その際、再生ヘッドの位置するゾーンと記録ヘッドの位置するゾーンに対応して、記録周波数の補正量を記憶したメモリを備え、このメモリに記憶した情報を用いて記録周波数の補正を行ってもよい。データ記録時に再生ヘッドがゾーン分割位置近傍にあり、隣接する２つのゾーンのPreambleパターンが同時に再生されて周波数情報が正しく得られない場合、その時に記録ヘッドが位置するトラックをデータ記録禁止トラックとしてもよい。

ゾーンフォーマット媒体は、Preambleパターン及びSyncパターンの線記録密度又は再生信号周波数が全ゾーンにわたって同じであってもよい。これは、例えば、Preambleパターン及びSyncパターンを、トラック幅方向に区切れのない連続したビットパターンによって形成することで実現できる。この場合、再生ヘッドが位置するトラックのPreambleパターンのビット長と記録ヘッドが位置するデータ領域のビット長の比から記録クロックの周波数を補正し、これを基に記録を行う。その際、再生ヘッドの位置するゾーンと記録ヘッドの位置するゾーンに対応して、記録クロックの周波数補正量を記憶したメモリを備え、このメモリに記憶した情報を用いて記録周波数の補正を行ってもよい。

本発明によると、パターンド媒体を搭載した磁気記録再生装置にゾーンフォーマットが適用可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

パターンド媒体は、サーボ領域、タイミングパターン領域、データ領域を有し、タイミングパターン領域には記録再生周波数を調整するためのPreambleパターン、及び記録再生位相を調整するためのSyncパターンが形成されている。本発明では、サーボ領域のサーボパターン、タイミングパターン領域のPreambleパターン及びSyncパターンは、媒体作成時に物理的に分離したビットパターンとして媒体上に形成する。データ領域にも、それぞれ１ビットに対応する物理的に分離したビットパターンが形成されている。

図１は本発明で用いる媒体の、Preamble、Sync及びData領域のビットパターンを示している。各ビットの色は磁化の方向を表しており、垂直記録再生方式の媒体では、磁化は媒体表面に対し垂直方向に向いている。Preamble及びSync領域のビットの磁化は媒体作成時、又は装置組み込み後に記録され、通常のユーザーデータの記録再生時にはこの領域に書き込みを行うことはない。Preambleパターンは一定周波数の繰り返しパターンとして媒体上に形成され、その再生波形は正弦波に似た形状となる。またSyncパターンはある決められたパターンであり、図の例ではダイパルスパターンをSyncとして用いている。

なおPreamble及びSyncパターンを磁化させる観点からは、図２に示すように、これらの領域の磁化方向を一方向のみとし、ビットの有無でPreamble及びSyncパターンを形成する方が容易である。図２でビットの無い部分は記録層が取り除かれた部分であり、媒体に一方向の一様磁界を印加することにより、容易にPreamble及びSyncビットを磁化させることができる。ただしデータセクタにユーザーデータを記録する場合には、媒体表面に対し垂直な上下両方向の磁化を使って記録を行う。

次に、図１、図２の媒体を用いた場合の記録方法について説明する。図３のように記録ヘッド４と再生ヘッド５が同じゾーン内にある場合、記録時にはPreambleパターンの再生波形から、記録するための周波数の引き込みを行う。PLL回路による周波数引き込み後、データクロック周波数を固定し、Syncパターンの信号が再生信号として得られた時点からデータビット開始位置までの時間だけ待ち、データの記録を開始する。これに対し、図４のように記録トラックがゾーンの分割位置付近で、記録トラック上に記録ヘッド４が位置決めされた際に、記録ヘッド４と再生ヘッド５の存在するゾーンが異なる場合、再生ヘッド位置のPreambleパターンを再生し、ゾーン間のプリアンブルパターンの周波数の差を補正して所望のトラックに記録する際の記録周波数を決定し、その後、再生ヘッド５の位置で得られたSyncパターンを基に記録開始タイミングを決定する。図４ではZone#NとZone#N+1のPreambleの開始位置を同じにしているが、セクタによってはZone間でPreamble開始位置にずれが生じる。この場合には、記録セクタよりも前のセクタのPreambleとSyncを用いて記録タイミングを決定すればよい。

データ再生時には、半径位置やヘッドによらず、再生ヘッド５は読み出したいデータの記録されたトラック上にフォロイングされる。このとき、読み出したいデータと同じトラックのPreambleが再生されるため、再生されたPreambleで周波数を引き込み、Syncパターン検出後、データの再生を行えばよく、従来の再生方法と同じ方法でデータの再生復号が可能である。

図５にハードディスクドライブの概略を示す。筐体１７内に１本又は複数本のヘッド１１、及び１枚又は複数枚の記録媒体１２が配置され、記録媒体はスピンドルモーター１９により回転する。ヘッド１１には記録ヘッドと再生ヘッドが搭載されている。ヘッド１１はボイスコイルモーター１３により駆動され、媒体の半径方向に移動する構造となっている。記録時には目的のトラックにヘッド１１が位置決めされ、プリアンプ１５から記録電流を記録ヘッドに流すことで記録媒体１２上にデータを記録する。また再生時には、再生ヘッドで再生された信号がプリアンプ１５に送られ、増幅されてリードチャネルで復号される。

本発明によるハードディスクドライブでは、記録媒体１２として図１や図２に示したようにPreambleとSyncパターンが磁化情報を含め事前に形成され、トラックパターン又はビットパターンが物理的に形成されたパターンド媒体が用いられる。またパターンド媒体は、半径方向にゾーン分割され、異なるゾーン間ではビット密度が異なるが、同一ゾーン内では同じビット密度となっている。

図６に、システムのブロック図を示す。記録時には、まずPreambleパターンが再生され、AGC２３によるゲイン調整、PLL２４による周波数及び位相の引き込みが行われる。PLL２４にはTiming controller２２によりメモリ２１から読み出された周波数補正係数２９が送られ、Preambleの再生信号から引き込まれたクロックに対して、周波数補正係数２９によりClock周波数の補正が行われた後に、補正後のクロックが記録クロック３２としてWrite Driver２７に送られる。一方、記録データWDはエンコーダー２８によってエンコードされ、同様にWrite Driver２７に送られる。またTiming controller２２からSync補正係数３０がWriteドライバー２７に送られる。Syncが検出されると、Sync補正係数３０から算出された位相及び周波数で記録が開始され、Preamp１５、ヘッド１１を通してパターンド媒体１２上にデータが記録される。

Timing controller２２は記録トラック番号及びヘッド番号に対応する周波数及びSync補正係数をメモリ２１から読み出し、それらをPLL２４及びWrite driver２７に送るモジュールである。各記録トラックに対する周波数及びSyncの補正係数は、図７のようにして求められる。

記録ヘッド４と再生ヘッド５は媒体の半径方向に対してずれた位置にあり、このずれ量をRW_offsetとする。RW_offsetは半径位置、ヘッド毎に異なる値をとる。記録トラック番号が指定された場合、記録トラックと隣接ゾーンの距離はゾーンが変わるトラック番号とトラックピッチ（Tp）から計算することができ、この距離をDzとする。またZone#N及びZone#N+1のビット長をそれぞれBL_N、BL_N+1とすると、周波数の補正係数Cfrqは次式（１）で定義される。

ここでαは、再生ヘッド５がゾーン分割線上に位置したときに両ゾーンの信号が再生ヘッド５で同時に再生され、PLL２４が誤動作するのを防ぐための定数であり、0≦α/Tp＜0.5の値をとる。Dz−α<RW_offset<Dz＋α の関係を満たすとき、再生信号に両ゾーンの信号が混在することでPLLが誤動作する可能性があるため、同条件を満たすトラックはデータの記録再生に利用せず、不良セクタとして登録する。すなわち、論理アドレスから物理アドレスに変換する際、本来なら前記データの記録再生に利用するトラック内のセクタを指し示す論理アドレスを当該データセクタの物理アドレスに変換せず、予備のデータセクタを指し示す物理アドレスに変換して、予備のデータセクタ領域で記録再生を行うようにする。αを０に設定すれば全トラックをデータの記録再生に使えるが、この場合、PLLが誤動作し、正常に記録が行えずデータを消失する恐れがある。このためαはPLLの正常動作範囲でなるべく小さい値に設定する。なおαは定数ではなく、たとえばゾーン毎に異なる値でもよい。

再生ヘッドと記録ヘッドが異なるゾーンに位置する（RW_offset ≧ Dz＋α）場合、周波数補正係数はCfrq=BL_N+1/BL_Nで与えられ、再生ヘッドと記録ヘッドが同じゾーンに位置する（RW_offset ≦ Dz−α）場合、Cfrq=１である。またPreambleの信号から引き込まれた周波数をFRQ_preとすると、記録クロック周波数はFRQ_pre/Cfrqで与えられる。なお本実施例のようにゾーン内で同じ線記録密度となるようにビットパターンが形成されている場合、正確には再生ヘッドの位置でのビット周波数と記録ヘッドの位置でのビット周波数はわずかに異なるが、記録再生半径に対してRW_offsetは非常に小さいので、本実施例ではこの差は無視したが、記録ヘッドと再生ヘッドの位置はトラック番号、RW_offset及びトラックピッチから計算することができるため、記録ヘッドと再生ヘッドの位置での周波数の差を補正してもよい。

書き込み開始タイミングについては、再生ヘッドと記録ヘッドが同じゾーンに位置する（RW_offset ≦ Dz−α）場合、Sync検出後Sep_(N,N,S)だけ媒体が移動した時点で記録を開始し、再生ヘッドと記録ヘッドが異なるゾーンに位置する（RW_offset ≧ Dz＋α）場合にはSep_(N,N+1,S)だけ媒体が移動した時点で記録を開始する。ここでSはデータセクタ番号であり、再生ヘッドと記録ヘッドが異なるゾーンに位置する場合、セクタによってSync検出後から記録開始までのタイミングが異なるため、Sync検出から記録開始までの時間Sepは再生ヘッド及び記録ヘッドの位置するゾーンとデータセクタ番号の関数となる。

前述したα、Cfrq、Sync後書き出しタイミングSep_(N,N,S)及びSep_(N,N+1,S)は、図８に示すように、記録ヘッドの位置するゾーンと再生ヘッドの位置するゾーン毎にメモリ２１に記憶され、記録時にTiming controller２２により参照される。Timing controller２２ではアクセスするトラック番号、RW_offset、Tp(トラックピッチ)の情報から、メモリ２１内の該当するα、Cfrq、Sync後書き出しタイミングを読み出し、PLL２４及びWrite Driver２７でタイミング調整後データの記録を行う。

実施例１では、Preambleパターン及びSyncパターンは各トラックで孤立したビットとして形成されていた。しかしこの構成では、記録トラックに記録ヘッドを位置決めした際に、再生ヘッドがトラックとトラックの間に来る場合が生じるため、Preamble及びSync再生時に信号SNRの劣化が起こる可能性がある。さらに媒体のPreambleパターン及びSyncパターンを各データセクタ毎に配置したが、本発明では記録時も媒体に同期させて記録を行うため、必ずしも全データセクタにPreambleパターン及びSyncパターンを用意する必要はない。このため、図９に示す媒体を用いることでPreamble及びSync信号のSNRの確保、フォーマット効率の改善、記録タイミングの補正アルゴリズムの簡易化が実現される。

図９に示したパターンド媒体では、ヘッドの位置決めに使用される情報が記録されたサーボセクタが媒体半径方向に複数存在し、その後にPreamble領域及びSync領域を配置する。Preambleパターン及びSyncパターンは媒体半径方向に連続したパターンであり、各ゾーン間でPreamble及びSyncの再生波形の周波数が一定となるように形成されている。こうすることでゾーンの境界線に再生ヘッドが位置した場合でもPreamble及びSyncを安定に再生することができる。このため、実施例１ではゾーン境界付近のトラックで記録ができないトラックが発生したのに対し、本実施例ではすべてのトラックで記録が可能となる。

本実施例では、図１０のように、Zone#Nに記録しようとした場合、記録ヘッド４と再生ヘッド５が同じゾーンにある場合でも異なるゾーンにある場合でも、記録周波数の補正係数CfrqはPreambleのビット長BL_pre、データビット長BL_Nを用いて、次式（２）で表される。Preambleの信号から引き込まれた周波数をFRQ_preとすると記録クロック周波数はFRQ_pre/Cfrqで与えられる。

なお、本実施例では媒体のビットパターンは同一ゾーン内では線記録密度が同じ媒体を用いたが、同一ゾーン内で記録周波数が同じになるようにビットパターンが作成された媒体を用いても良い。あるいはPreambleパターンの再生波形の周波数が全ゾーンで同じになるようにPreambleパターンが形成してあり、かつデータセクタのビットパターンは同一ゾーン内で一定の線記録密度となっている媒体を用いてもよい。

本発明は磁気記録再生装置に利用可能で、特にパターンド媒体を有するハードディスクドライブに利用可能である。

パターンド媒体上のパターン例を示す図。 パターンの有無でPreamble及びSyncパターンを記録する際の、パターンド媒体上のパターン例を示す図。 記録ヘッドと再生ヘッドが同一ゾーン内に位置する場合の記録動作の説明図。 記録ヘッドと再生ヘッドが異なるゾーン内に位置する場合の記録動作の説明図。 磁気記録装置の構成図。 システムのブロック図。 実施例１の周波数補正係数計算のための説明図。 実施例１のメモリ内情報例の説明図。 実施例２の媒体上のビットパターン例を示す図。 実施例２の周波数補正係数計算のための説明図。

符号の説明

４：記録ヘッド
５：再生ヘッド
１１：ヘッド
１２：パターンド媒体
１３：VCM
１４：サスペンション
１５：プリアンプ
１６：電子基板
１７：筐体
１８：コネクタ
１９：スピンドルモーター
２１：メモリー
２２：Timing controller
２３：AGC
２４：PLL
２５：Equalizer
２６：decorder
２７：Write driver
２８：Encorder
２９：周波数補正係数
３０：Sync補正係数
３１：Read signal
３２：Write Clock
３３：トラック番号

Claims (8)

1. 磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体を駆動する媒体駆動部と、記録ヘッド及び再生ヘッドを搭載した磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体上の所望トラックに位置づけるヘッド駆動部とを有する磁気記録再生装置において、
   前記磁気記録媒体は、記録再生周波数を調整するためのPreambleパターン及び記録再生位相を調整するためのSyncパターンが形成されたタイミングパターン領域、及びデータ記録用のビットパターンが形成されたデータ領域を有するパターンド媒体であり、
   前記タイミングパターン領域のPreambleパターンとSyncパターンをデータ記録時とデータ再生時で共用し、
   所望のトラック上に前記再生ヘッドを位置づけてデータを再生する時と、前記データ再生トラックと同じトラック上に前記再生ヘッドが位置する状態でデータを記録する時とで、前記タイミングパターン領域の同一位置で前記PreambleパターンとSyncパターンの再生を開始し、同一のPreambleパターン及びSyncパターンの再生波形を用いて再生タイミング及び記録タイミングを調整することを特徴とする磁気記録再生装置。
2. 請求項１記載の磁気記録再生装置において、前記パターンド媒体は媒体半径方向にゾーン分割されていて各ゾーンで記録密度又は記録再生周波数が一定となるように前記データ領域のビットパターンが形成されており、前記Preambleパターンの再生波形から得られた周波数に対し、前記再生ヘッドが位置しているゾーンと記録ヘッドが位置しているゾーン間のビット周波数の比から記録周波数を補正し、これを基に前記データ領域に記録を行うことを特徴とする磁気記録再生装置。
3. 請求項２記載の磁気記録再生装置において、前記再生ヘッドの位置するゾーンと前記記録ヘッドの位置するゾーンに対応して、前記記録周波数の補正量を記憶したメモリを備えることを特徴とする磁気記録再生装置。
4. 請求項２記載の磁気記録再生装置において、データ記録時に前記再生ヘッドがゾーン分割位置近傍にあり、隣接する２つのゾーンのPreambleパターンが同時に再生されて周波数情報が正しく得られない場合、その時に前記記録ヘッドが位置するトラックをデータ記録禁止トラックとすることを特徴とする磁気記録再生装置。
5. 請求項２記載の磁気記録再生装置において、前記Preambleパターン及びSyncパターンの線記録密度又は再生信号周波数が全ゾーンにわたって同じであることを特徴とする磁気記録再生装置。
6. 請求項５記載の磁気記録再生装置において、前記Preambleパターン及びSyncパターンがトラック幅方向に区切れのない連続したビットパターンによって形成されていることを特徴とする磁気記録再生装置。
7. 請求項５記載の磁気記録再生装置において、前記再生ヘッドが位置するトラックの前記Preambleパターンのビット長と前記記録ヘッドが位置する前記データ領域のビット長の比から記録クロックの周波数を補正し、これを基に記録を行うことを特徴とする磁気記録再生装置。
8. 請求項７記載の磁気記録再生装置において、前記再生ヘッドの位置するゾーンと前記記録ヘッドの位置するゾーンに対応して、前記記録クロックの周波数補正量を記憶したメモリを備えることを特徴とする磁気記録再生装置。

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