JP2741633B2 - 磁気媒体記憶装置における入力信号の磁束遷移を検出する方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の分野 本発明は磁気媒体記憶装置用のデータ記録スキームの
分野に関するものである。

2.背景技術 コンピュータ装置用の大容量記憶装置は、ハードディ
スクまたはフロピィディスクのような、磁気媒体記憶装
置により典型的に構成される。表面に磁気媒体層を有す
る回転ディスクが、ディスクの表面に情報を記憶し、そ
の表面から情報を検索するために用いられる「読み出し
／書き込み」ヘッドによりアクセスされる。磁気媒体デ
ィスクへ情報を記憶するために、ディスクの表面を構成
している磁気粒子中に磁束反転が誘導される。磁気読み
出し／書き込みヘッドが磁束反転の上を通されると、正
弦波状の性質の信号がヘッド中に誘導される。従来は、
この情報信号の検出は典型的には振幅を基にしている。
すなわち、信号の振幅が磁束反転の存在または非存在を
示すために用いられる。それからその反転は、符号化ア
ルゴリズムにしたがって「１」または「０」と解釈され
る。

ディスクと記憶装置の性能を最高にするためには、デ
ィスクの表面におけるデータ密度を高くすることが望ま
れる。これは、デジタルデータを符号化するために用い
られる磁束遷移の頻度を高くすることにより行われる。
しかし、磁束遷移の頻度が高くなるにつれて、すなわ
ち、ディスクの表面で磁束反転が互いにより近く移動さ
れるにつれて、それらは互いに干渉しあって、振幅を小
さくする。ヘッド中の小さい空隙の両側の磁界の変化を
読み出し／書き込みヘッドが検出する。書き込まれた２
つの遷移がヘッドの長さとおなじ距離だけ隔てられてい
るとすると、ヘッドは磁束変化に気がつかず、遷移を検
出できない。この空隙の不感区域はピーク検出符号化ス
キームの上の限界を形成する。この障害を突破する１つ
の従来技術の試みが、磁束遷移により発生された信号の
零交差を用いてデジタル情報を示すことである。たとえ
ば、ハイデッカー（Heidecker）、米国特許第3,603,942
号においては、零交差データ検出スキームが実現され
る。０（または１）を表す零交差を作成するために用い
られる。第２の書き込み周波数（第１のそれの約２倍）
を用いて、零交差を生じないほど互いに接近している磁
束遷移を生じさせる。この零交差の非存在は論理「１」
（または０）を表す。ハイデッカーの方法の１つの欠点
は、それが情報信号の前補償に依存することである。前
補償は情報信号の振幅を小さくし、実際の零交差の場所
にオフセットを導入することがある。それに加えて、記
号間干渉（ISI）が信号を拡張させて、零交差の場所に
おけるスロープをゆるやかにする。最後に、ハイデッカ
ーの前補償スキームがパターンに依存することである。
パターンとは独立した高密度データ記録方法を得ること
が望ましい。

したがって、本発明の目的は、パターンとは独立した
高密度データ及び検出スキームを得ることである。

本発明の別の目的は、記号間干渉の影響をあまり受け
ない高密度データ及び検出スキームを得ることである。

本発明の別の目的は、情報信号の前補償に依存しない
高密度データ及び検出スキームを得ることである。

本発明の別の目的は、パターンがひき起こすAC波形の
ずれとDC波形のずれを自己補償する高密度データ及び検
出スキームを得ることである。

本発明の更に別の目的は、組み込まれているサーボパ
ターンによりひき起こされるようなAC信号の変化及びDC
信号の変化にあまり感じない高密度データ及び検出スキ
ームを得ることである。

発明の概要 本発明は、二重周波数データ書き込みスキームに用い
られる。第１の周波数においては、磁束遷移が行われ
る。その磁束遷移により情報信号が大きく偏位する結果
となる。好適な実施例においては、第１の周波数は、そ
の偏位が起こり得るような最高周波数を近似する。第２
のより高い周波数は情報信号の小さい偏位を行わせ、ま
たは行わせないために利用される。情報（データ）は偏
位の存在または非存在により表される。好適な実施例に
おいては、第２の周波数は第１の周波数の約２倍であ
る。

このスキームにより書かれたデータを検出するため
に、自己補償回復スキームが利用される。本発明はパタ
ーンおよび半径と独立の自己補償スキームを利用する。
この自己補償スキームはリアルタイムで自己調節し、情
報パターンとは独立に理想的な磁束反転の回復を行う。
データの回復は新規な偏位検出スキームを用いて行われ
る。このスキームでは入力信号の変化を、入力波形自体
から求められ、トラックピーク検出器により維持される
公称差値と比較し、入力信号波形とトラックピーク波形
との公称差値が零の時、データの偏位が定められる。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の偏位検出を示すタイミング図であ
る。

第２図は本発明の読み出し回路を示すブロック図であ
る。

第３図は第４図の回路の偏位検出器を示すブロック図
である。

第４図は第３図の偏位検出器を示す回路図である。

本発明の詳細の説明 自己補償高密度データ記録および検出スキームについ
て説明する。

以下の説明においては、本発明をより完全に説明する
ために、書き込み周波数、磁束密度、などのような数多
くの特定の詳細について説明する。しかし、それらの特
定の詳細なしで本発明を実施できることが当業者には明
かであろう。他の場合には、本発明をあいまいにしない
ようにするために、周知の構成は説明しなかった。

本発明は高密度データ記録および回復のための方法お
よび装置へ向けられる。磁気媒体記憶装置においては、
情報は論理「１」および「０」としてデジタル的に記憶
される。それらの１と０は磁気ディスクの表面上の磁気
粒子の磁束遷移として符号化される。

磁気ディスクの容量は磁束遷移の周波数、すなわち、
インチ当たりの磁束遷移の数に部分的に依存する。磁気
粒子が、読み出し／書き込みヘッドにより発生された磁
界に整列させられた時に、磁束遷移は生じさせられる。
書き込みヘッドの磁界の極性が反転させられて、磁気粒
子の列を逆向きにさせる時に、磁束遷移は生じさせられ
る。それらの磁束遷移を回復する能力は、他のことがら
のうちで、ヘッドの空間の長さに依存する。磁気ディス
クの回転周波数が一定であると、磁束遷移を検出する能
力は読み出し／書き込みヘッドにより発生された磁界の
強さにより制限される。

ピーク検出のために十分な振幅を持つことに依存す
る、従来技術のピーク検出データスキームにおいては、
データ密度の限界が、磁束の反転をもはや検査できない
点によりほぼ定められる。しかし、零交差データスキー
ムを利用することによって、遷移が高いデータ密度で起
こらないという事実を利用することが可能である。その
ようなスキームの１つがハイデッカーに記述されてい
る。ハイデッカーの装置は、ピークではなくて零交差に
おいてデータ情報を含んでいる磁束パターンを生ずる書
き込みヘッド電流を生ずるように、記録の前に記録信号
を予め微分することに依存している。２進信号の存在ま
たは非存在を示すために、零交差の存在または非存在が
用いられる。ハイデッカーの装置は読み出し信号の後補
償は利用せず、実際にそれとは逆のことを示している。
ハイデッカーの装置には零交差検出スキームに関連する
いくつかの欠点がある。前微分は信号の振幅を小さく
し、零交差点であっても、回復を一層困難にし、符号化
されたパターンに対して非常に敏感にする。また、零交
差スキームは、データ・パターン（ブロック・シフト）
によって誘起されるAC及びDCバイアスと、組み込まれた
サーボ・システムのデータの下に記録されているサーボ
情報からの干渉に非常に敏感である。

本発明は、データを示すために偏位検出を利用する高
周波、高密度データ読み出し／書き込みスキームへ向け
られる。本発明においては、第１の２進値が第１の周波
数で書き込まれ、第２の２進値が第２の周波数で書き込
まれるという、二重周波数書き込みスキームが利用され
る。第２の周波数は、完全な磁束遷移を検出できず、非
常に小さい信号偏位になるような周波数である。本発明
は、データを示すために、信号の偏位を利用する自己補
償検出スキームを用いる。

偏位自体を用いることにより、実際の磁束反転が検出
され、最高データ密度を得ることができる。本発明の偏
位検出スキームはパターンおよび半径に独立しており、
リアルタイムで自己調節する。

波形のずれとパターンにより引き起こされるオフセッ
トのために、零交差点は磁束遷移の真の中間点をかなら
ずしも常に表すものではないことがある。実際に、密度
が高くなるにつれて、大きな磁束反転が起きても波形は
零交差しないことがある。したがって、従来技術におい
ては、波形のずれを消去する検出器の能力により密度は
制限される。本発明は偏位検出スキームを用いることに
よりこの問題を解決する。これは、連続して変化する入
力信号から発生された基準値と入力信号自体との間の差
でデータ遷移を定める。これは、データをデコードする
ために実現せねばならないウインドウを最小にする。し
たがって、本発明の装置を利用することにより高いデー
タ密度を達成できる。パターンまたは他のACオフセット
およびDCオフセットとは独立に、検出点がいつも理想的
な磁束反転の近くに生ずる。これによりより低い品質の
ヘッドと媒体を利用でき、しかも高い信頼度と高いデー
タ密度が保たれる。

まず、本発明の偏位検出方法が示されている第１図を
参照する。点31〜34は波形30の実際のデータ遷移点に対
応する。点89A〜89Dは入力信号30の高い周波数部分89の
零交差点に対応する。しかし、零交差は真のデータ遷移
点を表さない。ハイデッカースキームはそれらの点にお
ける誤ったデータを示す。部分89は、遷移がないことを
示すためにより高い周波数で書かれ、一般にその部分に
おける波形がたとえば、零線の上方である。しかし、波
形のずれのために、点89A〜89Dにおけるような誤った零
交差が起こる。したがって、信頼できるデータを提供す
るために読み出しチャネル信号をクオリファイしなけれ
ばならない。従来技術は、１つの（またはそれ以上の）
固定しきい値レベルを零交差を中心として使用してデー
タをクオリファイできるが、それらのレベルはパターン
によって起こる波形のずれまたはACバイアスとDCバイア
スには対処できないことを教示している。本発明は、真
のデータ磁束反転を検出するために適応できるクオリフ
ァイを行うための偏位検出スキームを利用する。本発明
の読み出しチャネルは、各磁束反転のピーク値を追従す
る（トラッキングする）偏位検出器を含む。このトラッ
キング値は入力信号の最大振幅以下の所定レベルに維持
させられ、偏位しきい値電圧と呼ばれる。入力信号のレ
ベルが急速に下がって、トラッキング値に等しくなる
と、データの遷移が検出される。どのようなACオフセッ
トまたはDCオフセットも入力信号とトラッキング信号に
同じ量だけ影響を及ぼすから、検出スキームはそれらの
オフセットは感じない。これにより可能な最高のデータ
密度を確保でき、パターンまたは組み込まれたサーボに
より引き起こされたACオフセットまたはDCオフセットが
自身で補償される。

偏位検出スキームが示されている第１図をなお参照す
る。正入力信号30と負入力信号30Aがピーク検出器へそ
れぞれ結合されて、ピーク値信号86と86Aをそれぞれ生
ずる。ピーク値は零へプリセットされるが、入力信号の
振幅が大きくなるにつれて大きくなる。たとえば、入力
信号30の振幅が点32からピーク値90まで増大する。点90
においては、入力信号30の振幅は小さくなり始める。し
かし、ピーク信号86はピーク値近くを保つ。本発明の好
適な実施例においては、ノイズに一層強くなるようにピ
ーク値は僅かに（約５％のオーダー）減少することを許
される。入力信号の振幅が、差94により定められるよう
な、ピーク値以下にひとたび減少すると、点95における
ように、ピーク信号86がリセットされて、データ信号88
の点88Cにおけるようなデータ遷移点を示す。差の値が
検出された時にそれらの遷移点88A〜88Dが起こる。偏位
しきい値は入力波形のピークとトラッキング電圧との差
である。部分89（高い周波数部）では、差はトラッキン
グ値と入力信号との間にとどまっているから、信号は一
定レベルの近くに保たれ、データ遷移は示されない。し
たがって、本発明は絶対ピーク値から独立しており、そ
の代わりに相対的なピークの差に依存してデータ遷移を
定める。

本発明の読み出しチャネルを示すブロック図が第２図
に示されている。本発明の読み出しチャネルは基準レベ
ルを、データ信号のピークから一定の差に維持し、希望
の偏位が検出されたときにパルスを発生する。読み出し
／書き込みヘッド35が自動利得制御器（AGC）40の入力
端子へ結合される。AGC40の出力端子41、42がフィルタ4
3の入力端子へ結合される。このフィルタ43の出力端子4
4、45が偏位検出器46へ結合される。フィルタ43の出力
端子44、45は全波整流器48へも結合される。この全波整
流器48の出力端子49は補償器50へ結合される。この補償
器50の出力端子50がAGC40へ結合される。

従来技術においては、磁気媒体における磁束遷移をデ
ジタルパルスへ変換するために用いられる検出器の種類
は２種類であった。第１の種類は読み出し信号のピーク
振幅を検出して、各ピークをパルスへ変換する。第２の
種類は、読み出し信号を微分し、微分された信号の零レ
ベルをパルスへ変換するための回路を用いる。それらの
装置の両方は、実際のパルスを識別し、それらのパルス
を分解能の低い装置でノイズから分離するために、更に
クオリファイすることを求める。本発明は「偏位」シス
テムへ向けられる。このシステムはデータのピークから
一定の差を探し、希望の偏位が検出された時にパルスを
発生する。アナログデータ信号が連続して追跡され、ピ
ークが検出器によって保持されるようにする。それか
ら、ピーク検出器の出力がアナログ入力信号と比較され
る。アナログ入力信号がピークレベルより低く下がる
と、遷移が検出される。あらゆる遷移がそれ自身のピー
クと比較されるから、検出装置DCオフセットと低周波数
ACバイアスには感じなくなる。

このことは、パターンの変化と、組み込まれたサーボ
からの低周波数ノイズによるDC基線のずれが存在するよ
うな組み込まれたサーボ装置においてとくに有効であ
る。

第２図を参照する。ヘッド35はトランスデューサーと
して動作して、その下で回っている磁気媒体から信号を
受ける。その信号は前置増幅器37により増幅される。こ
の増幅された信号はAGC回路40によって一定振幅の信号
へ変換される。それからその信号は濾波されて、全波整
流器48と補償器50を介してAGCへの帰還ループ中に結合
される。偏位検出器46はフィルタ43の出力端子44と45へ
も結合されて、遷移の偏位しきい値振幅を検出し、保持
するために用いられ、入力信号が偏位しきい値以下にな
ったときにパルスを常にデジタル化する。

偏位検出器46のブロック図が第３図に示されている。
入力信号44と45がトラッキングピーク検出器80へ結合さ
れる。このピーク検出器80は入力信号の最大振幅をコン
デンサC5とC6に保持する。正の入力信号60が比較器U1に
おいて正のピーク信号62と比較される。負の入力信号59
は比較器U2において負のピーク信号58と比較される。入
力信号がピーク値以下になると、偏位が見出される。比
較器U1の出力端子63がラッチ81の「Ｓ」入力端子へ結合
される。比較器U2の出力端子64がラッチ81の「Ｒ」入力
端子へ結合される。これにより、交番する極性遷移が確
実に検出される。クロリファイヤ・バイアス100が偏位
しきい値をセットする。この偏位しきい値はデータビッ
トを発生するために必要な入力波形の大きさを定める。

ラッチ81の回路点67におけるＱ出力端子がワンショッ
ト82の入力端子へ結合される。ラッチ81の回路点68にお
けるQB出力端子がワンショット82の第２の入力端子へ結
合される。回路点67と68は偏位リセット83へ結合され
る。ワンショット82の出力端子47は偏位検出器のデータ
出力端子であるから、読み出しチャネルの全体である。
偏位リセット83が信号84と85を出力して、偏位が検出さ
れた後でピーク検出器をリセットする。

これは、別々のクオリファイヤが求められていない点
で、従来技術とは異なる。本発明においては、データチ
ャネルはクオリファイヤ・チャネルである。ピークの発
生レベルが変化すると、「良い」ビットを検出し、「悪
い」ビットを検出しないしきい値を定めることは困難で
ある。本発明の偏位検出スキームを用いることにより、
この問題を避けることができる。その理由は、本発明の
偏位スキームが、絶対値スキームとは異なって相対的な
差スキームだからである。したがって、波形のずれは本
発明においてはデータの遷移には影響はない。

偏位検出器46の回路図が第４図に示されている。フィ
ルタ43からの入力信号がコンデンサC1とC2の１つの入力
端子へそれぞれ結合される．コンデンサC1の出力端子が
回路点52においてトランジスタQ2のベースへ結合され
る。トランジスタQ2のコレクタが電圧源VSへ結合され
る．電圧源VSは、本発明の好適な実施例においては、約
12ボルトである。トランジスタQ2のコレクタがトランジ
スタQ3のコレクタへも結合される。トランジスタQ2のエ
ミッタが抵抗R9を介して回路点60へ結合される。回路点
60は、並列の抵抗R7とコンデンサC5を介して接地され
る。

回路点52は抵抗R1を介して回路点54へも結合される．
回路点53が抵抗R13を介して回路点61へ結合される．そ
の回路点61はトランジスタQ1のエミッタへ結合される。
トランジスタQ1のベースが基準電圧VREFへ結合され、ト
ランジスタQ1のコレクタが基準電圧VSへ結合される。回
路点60は、抵抗R5を介して接地され、かつ抵抗R3を介し
て回路点55へ結合される。入力信号44の逆である入力信
号45がコンデンサC3とC4へ結合される．コンデンサC3の
出力端子が回路点55へ結合される．その回路点55はトラ
ンジスタQ4のベースへも結合される。コンデンサC4の出
力端子が回路点56へ結合される．その回路点56はトラン
ジスタQ5のベースへも結合される。トランジスタQ4とQ5
のコレクタが電圧源VSへ結合される．トランジスタQ4の
エミッタが抵抗R11を介して回路点57へ結合される．回
路点57は、並列の抵抗R8とコンデンサC6を介して接地さ
れる。トランジスタQ5のエミッタが回路点58へ結合され
る．回路点58は、抵抗R12を介して接地される。

トランジスタQ3のエミッタ回路点62へ結合される．再
露点62は抵抗R10を介して接地される。回路点60と62は
比較器U1の入力端子へ結合される。回路点58と59は比較
器U2の入力端子へ結合される。比較器U1の出力端子63が
ノアゲート65の入力端子へ結合される。比較器U2出力端
子64がノアゲート66の入力端子へ結合される。

回路点67におけるノアゲート65の出力端子がノアゲー
ト66の別の入力端子とナンドゲート69の入力端子へ結合
されて、ワンショットを構成する。回路点68におけるノ
アゲート66の出力端子がノアゲート65の別の入力端子と
ナンドゲート70の１つの入力端子へ結合される。

回路点67はインバータ72を介してインバータ73の入力
端子へも結合される。インバータ73の出力端子がナンド
ゲート69の別の入力端子へ結合される。ナンドゲート69
の出力端子78がノアゲート71の１つの入力端子へ結合さ
れる。

回路点68はインバータ74を介してインバータ75の入力
端子へ結合される。インバータ75の出力端子がナンドゲ
ート70の別の入力端子へ結合されて、ワンショットを構
成する。ナンドゲート70の出力端子79がノアゲート71の
別の入力端子に結合される。ノアゲート71の出力端子47
が偏位検出器46の出力端子である。

回路点68における信号も反転され、インバータ76へ結
合される。インバータ76の出力端子が回路点60へ結合さ
れる。回路点67における信号が反転され、インバータ77
へ結合される。インバータ77の出力端子が回路点59へ結
合される。

動作時には、アナログ信号がトランジスタQ2とQ3のベ
ースへ加えられ、逆の信号がトランジスタQ4とQ5のベー
スへ加えられる。トランジスタQ2とQ3のエミッタが入力
信号のためのバッファとして機能し、トランジスタQ4と
Q5のエミッタがピーク検出を行う。４個のトランジスタ
の全てのベースにおけるAC成分は同じである。トランジ
スタQ2とQ3のエミッタがコンデンサC5とC6を充電する。
トランジスタQ2における信号が減少すると、コンデンサ
における電圧がトランジスタを逆バイアスするから、そ
れらのコンデンサは以前の電圧を保持する。Q1、R2及び
R5に於ける分圧器がDCレベルを信号とトラッキング値
（偏位しきい値）の間にセットする。比較器U1とU2が、
信号がトラッキング値如何に低下するたびに変化する。
各偏位が検出された後で、インバータ76と77がコンデン
サC5とC6を放電させて、トラッキング値を零へリセット
する。ノアゲート65と66がRSスイッチを構成する。RSス
イッチは、交番する極性遷移が検出されることを保障す
る。インバータ72、73、74、75とナンドゲート69、70と
がワンショットを構成して出力データのパルス幅をセッ
トする。

このように、本発明は順応性のある、自己補償の高密
度データ記録及び検出を行い、同時にデータをクオリフ
ァイする方法と装置を提供するものである。本発明はDC
成分の影響と低周波AC成分の影響を除く。従って本発明
はデータ密度を高くできる。

フロントページの続き (72)発明者 ニーマン，テビット アメリカ合衆国 95051 カリフォルニ ア州・サンタ クララ・クーパー ドラ イブ 3482

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁気媒体記憶装置における入力信号のピー
   ク値をトラッキングし、前記入力信号の最大振幅より低
   い所定のレベルにトラッキング値を維持する過程と、 前記入力信号のピーク値を前記トラッキング値と比較す
   る過程と、 磁束遷移点を前記入力信号のピーク値が前記トラッキン
   グ値より小さくなる点として定める過程と、 前記トラッキング値をリセットする過程と を備える、磁気媒体記憶装置における入力信号の磁束遷
   移を検出する方法。
2. 【請求項２】入力信号を検出する検出手段と、 この検出手段へ結合され、前記入力信号のピーク値をト
   ラッキングして、前記入力信号の最大振幅より低い所定
   のレベルに維持されているトラッキング値を発生するト
   ラッキング手段と、 前記トラッキング値と前記入力信号へ結合され、前記ト
   ラッキング値を前記入力信号の振幅と比較して、前記入
   力信号の振幅が前記トラッキング値より小さいか、等し
   いときに磁束遷移を示す第１の信号を発生する比較手段
   と、 前記トラッキング手段をリセットするリセット手段と を備えた入力信号の磁束遷移を検出する装置。