JP3801097B2 - 磁気ヘッドの位置および速度の同時検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ヘッドの位置および速度の同時検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、ハードディスク装置１００のトラッキングサーボ系の概略ブロックと、磁気ディスク１０１上に記録されたサーボパターン１０４の概略マップを示す図である。図７に示すように、バードディスク装置１００においては、内蔵する磁気ディスク１０１上の目標トラック１０２と磁気ヘッド１０３との相対位置を検出するための位置情報（これをサーボパターン１０４と呼ぶ）が、磁気ディスク１０１に記録されている。
【０００３】
図７に示すように、スピンドルモータ１０５により、毎分数千回転で回転される磁気ディスク１０１上には、サーボパターン１０４を記録したゾーンとデータの記録再生を行うゾーンからなるセクタ１０６がトラックの周方向に対して一定の間隔で交互に並んでおり、磁気ヘッド１０３は，データ記録再生中、一定時間毎にサーボパターン１０４を記録したゾーンを通過し、自分の位置を検出できる（本方式は、セクタサーボ方式と呼ばれ、ハードディスク装置１００で広く使用されるものである）。サーボ復調回路１０７は、サーボパターン１０４から磁気ヘッド１０３が検出した、サーボバースト信号１０８をもとに、位置誤差信号１０９を求める回路であり、サーボコントローラ１１０は、この位置誤差信号１０９が小さくなるように、ヘッドアクチュエータ１１１への駆動電流１１２を演算するユニットである。
【０００４】
図８（ａ）は、サーボゾーンに記録されている従来のサーボパターンの一例である。サーボクロックを復元するためのクロックパターン１１３と、位置を検出するための、Ａ相パターン１１４，Ｂ相パターン１１５からなる。トラック間隔Ｗは、Ａ袖パターン１１４，Ｂ相パターン１１５の径方向繰り返し長に等しい。図８（ｂ）は磁気ヘッド１０３が軌跡Ｔ０をたどった場合の磁気ディスク１０１の磁性層磁束分布と再生されるサーボバースト信号１０８、図８（ｃ）は磁気ヘッド１０３が軌跡Ｔ１（＝目標トラック）をたどった場合の磁気ディスク１０１の磁性層磁束分布と再生されるサーボバースト信号１０８、図８（ｄ）は磁気ヘッド１０３が軌跡Ｔ２をたどった場合の、磁気ディスク１０１の磁性層磁束分布と再生されるサーボバースト信号１０８である。
【０００５】
磁気ヘッド１０３の軌跡により、クロックパターン１１３から再生されるクロックバースト信号１１６は、変わらないが、Ａ相パターン１１４から再生されるＡ相バースト信号１１７，Ｂ相パターン１１５から再生されるＢ相バースト信号１１８の振幅が変化する。Ａ相バースト信号１１７，Ｂ相バースト信号１１８をピークホールドした時の、振幅値をそれぞれＶＡ，ＶＢとすると、（ＶＡ−ＶＢ）により、磁気ヘッドの目標トラックからの位置ずれを検出することができる。実際の位置すれ信号としては、（ＶＡ−ＶＢ）を（ＶＡ＋ＶＢ）で正規化して出力する。検出レンジは、トラック間隔Ｗ内であるが、トラック間隔Ｗを越える位置偏差は、トラック数をカウントすることにより把握する。
【０００６】
図９はサーボバースト信号から位置信号を求める、サーボ復調回路１０７の概略ブロックである。ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）処理により、クロックバースト信号１１６からサーボクロックを生成するＰＬＬブロック１１９，Ａ相バースト信号１１７をピークホールドし、その振幅ＶＡをもとめ、同期出力するＡ相ピークホールドブロック１２０，Ｂ相バースト信号１１８をピークホールドし、その振幅ＶＢをもとめ、同期出力するＢ相ピークホールドブロック１２１，ＶＡ，ＶＢから位置信号（ＶＡ−ＶＢ）／（ＶＡ＋ＶＢ）を求める線形演算ブロック１２２，Ａ相ピークホールドブロック、Ｂ相ピークホールドブロックのイネーブル信号を出力するイネーブル信号発生ブロック１２３からなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ハードディスク装置は、セクタサーボ方式を採用しており、磁気ヘッドの位置を、セクタ毎に検出する。位置フィードバックのみで、ハイゲインの位置決めサーボコントロールを実現するには、位置検出の頻度を高めて、位置検出のサンプリング誤差を低減する必要がある。高速な検出回路が必須となるとともに、サーボゾーンの間隔を狭くする、つまりサーボゾーンの本数を増加する必要があり、ユーザが使用するデータゾーン容量も低下してしまう。
【０００８】
一方、位置フィードバックと速度フィードバックの両方をかけられる場合は、位置フィードバックのみの場合に比べ、低いサンプリングレートで、ハイゲインのサーボコントロールを実現できる。速度フィードバックはダンパ性能を高め、サーボ系の安定性を高める効果があるためである。
【０００９】
しかし、従来のサーボパターンは、サーボゾーンを通過する際の、目標トラックと磁気ヘッドの平均相対位置を検出するものである。ヘッドが周方向から、傾いて移動している場合、つまり磁気ヘッドがディスク径方向にある速度をもっていたとしても、各サーボゾーンのサーボパターン検出から磁気ヘッドが検出できるのは、平均化された相対位置だけであり、速度成分の検出は想定されていない。速度成分を検出するためには、隣のサーボゾーンにおける位置信号との差分から求めるしかなく、高い精度で、速度を得るためには、結局、検出頻度を高めることが必須となる。関連する従来技術として、特開２０００−１２３５０６号公報が開示されている。この従来技術においては、１つのセクタ内に３つのパターンを設定して、位置検出および速度検出に異なったパターンの組み合わせを用いなければならず、そのため、複雑な検出処理を行わなければならず、そのための回路も複雑になるという問題がある。
【００１０】
そこで本発明の目的は、以上のような問題を解消した磁気ヘッドの位置および速度の同時検出装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項１の発明は、サーボパターンを記録したゾーンと、データの記録再生を行うゾーンからなるセクタが、一定の間隔で並ぶ磁気ディスクを駆動するハードディスク装置において、駆動中の前記磁気ディスク上の各セクタのサーボパターンを検出した磁気ヘッドからの検出信号に基づいて、前記磁気ディスク上の目標トラックに対する、前記磁気ヘッドの相対位置および相対速度を同時に検出する同時検出手段を具え、前記磁気ディスクの各サーボパターンは、ディスク周方向に対して直交するラインパターンが一定間隔をおいて並ぶクロックパターンと、当該クロックパターンに対して＋θ（θ＜９０°）だけ傾いたラインパターンが一定間隔をおいて複数個並ぶＲパターンと、−θだけ傾いたラインパターンが一定間隔をおいて前記Ｒパターンと同じ数だけ並ぶＬパターンとを有し、前記同時検出手段は、前記クロックパターンの検出信号から得られるクロックバースト信号に基づいて、前記Ｒパターンの検出信号から得られるＲバースト信号と前記Ｌパターンの検出信号から得られるＬバースト信号との間の位相差から前記磁気ヘッドの位置を求める位置検出手段と、前記Ｒバースト信号および前記Ｌバースト信号の周波数変化から前記磁気ヘッドの速度を求める速度検出手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１において、前記速度検出手段は、前記Ｒバースト信号および前記Ｌバースト信号の周波数変化を、前記Ｒバースト信号および前記Ｌバースト信号を直接フーリエ変換して検出した結果を用いて、前記磁気ヘッドの速度を求めることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１において、前記速度検出手段は、前記Ｒバースト信号および前記Ｌバースト信号の周波数変化を、前記Ｒバースト信号の連続する長さと前記Ｌバースト信号の連続する長さの変化として検出し、当該検出した２つの長さに基づいて前記磁気ヘッドの速度を求めることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図６は本発明の実施形態にかかるハードディスク装置１０のトラッキングサーボ系の概略ブロックであり、磁気ディスク１以外のハードディスク装置１０の構成は図７のハードディスク装置１００と同様であり、サーボ復調回路７とサーボコントローラ９の内部構成が図７の構成と異なる。２は目標トラック、３は磁気ヘッド、４はスピンドルモータ、５はヘッドアクチュエータである。
【００１５】
図１（ａ）は，磁気ディスク１に記録されている本発明のサーボパターンの一例である。磁気ディスク１の周方向に対して、直交するラインパターンが、一定間隔をおいて並ぶクロックパターン１３と、クロックパターン１３に対して＋θだけ傾いたラインパターンが一定間隔をおいて複数個並ぶＲパターン１４と、クロックパターン１３に対して−θだけ傾いたラインパターンが一定間隔をおいてＲパターン１４と同じ数だけ並ぶＬパターン１５からなる。クロックパターン１３は従来例と同様、サーボクロックを生成するためのものであり、Ｒパターン１４，Ｌパターン１５は、磁気ディスク１上の目標トラック２に対する磁気ヘッド３との相対位置、および相対速度を検出するためのものである。
【００１６】
まず、図１（ａ）のように磁気ヘッド３の軌跡が磁気ディスクの径方向に対し平行に移動した場合の、位置検出手法（位置検出手段については図５を参照）について説明する。図１（ｂ）は磁気ヘッド３が軌跡Ｔ１をたどった場合の磁気ディスク１の磁性層磁束分布と再生されるサーボバースト信号８、図１（ｃ）は磁気ヘッドが軌跡Ｔ２をたどった場合の、磁気ディスク１の磁性層磁束分布と再生されるサーボバースト信号である。クロックパターン１３から再生されるクロックバースト信号１６については、差異がみられないが、Ｒパターン１４から再生されるＲバースト信号１７、Ｌパターン１５から再生されるＬバースト信号１８については、周波数こそ変化しないものの、位相がシフトしていることがわかる。Ｒパターン１４もしくはＬパターン１５の径方向繰返し長さをＺとすると、上記位相シフト量にＺ／２πをかけることにより、磁気ヘッド３の目標トラック２に対する相対位置ｘを検出することができる。位相シフトの検出手段としては、例えば、Ｕ．Ｓ．ＰａｔｅｎｔＮｏ．４，５４９，２３２等に記載がある。
【００１７】
次に、図２（ａ）のように、磁気ヘッド３の軌跡が周方向に対してαだけ傾いた場合、この傾斜角αの検出手法について説明する。後述するように、傾斜角αがわかると磁気ヘッド３の径方向移動速度も知ることができる。
【００１８】
図２（ｂ）は磁気ヘッドが軌跡Ｔ１をたどった場合の磁気ディスク１の磁性層磁束分布と再生されるサーボバースト信号、図２（ｂ）は磁気ヘッドが軌跡Ｔ２をたどった場合の磁気ディスク１の磁性層磁束分布と再生されるサーボバースト信号８である。クロックパターン１３から再生されるクロックバースト信号１６については、差異がみられないが、Ｒパターン１４から再生されるＲバースト信号１７、Ｌパターン１５から再生されるＬバースト信号１８については、周波数が変化することがわかる。図２（ｃ）の例では、Ｒバースト信号１７の周波数が低くなり、Ｌバースト信号１８の周波数が高くなっている。
【００１９】
図３、図４を参照しながら、この周波数の変化量について考察する。Ｒパターン１４は、クロックパターン１３に対して、θだけ傾いているものとし、磁気ヘッド３の軌跡は、ディスク周方向から−αだけ傾斜しているものとする（図３参照）。ヘッド軌跡がラインパターンの左端から右端に至る時の、ディスク周方向距離をＷＲ、ディスク径方向距離をｈとすると、
ｈ＝ＷＲ×ｔａｎα＝（ＷＲ−Ｗ）×ｔａｎ（π／２−θ）……▲１▼
となる。したがって、１／ＷＲ＝（１−ｔａｎθｔａｎα）／Ｗ……▲２▼
である。
【００２０】
一方Ｌパターン１５は、クロックパターン１３に対して、−θだけ傾いているものとする。磁気ヘッド３の軌跡は、Ｒパターン１４の場合同様、ディスク周方向から−αだけ傾斜しているものとする。ヘッド軌跡がラインパターンの左端から右端に至る時の、ディスク周方向距離をＷＬ、ディスク径方向距離をｈとすると、
ｈ＝ＷＬ×ｔａｎα＝（Ｗ−ＷＬ）×ｔａｎ（π／２−θ）……▲３▼
となる。したがって、
１／ＷＬ＝（１＋ｔａｎθｔａｎα）／Ｗ……▲４▼
である。▲２▼▲４▼式より、
Ｗ＝２×（１／ＷＬ＋１／ＷＲ）^−１……▲５▼
ｔａｎα＝（Ｗ／２ｔａｎθ）×（１／ＷＬ−１／ＷＲ）
＝ｃｏｔθ×（ＷＲ−ＷＬ）／（ＷＬ＋ＷＲ）……▲６▼
磁気ディスク１の回転速度ωは一定である。磁気ディスク１上の測定半径位置をｒとすると、
ｔａｎα＝Δｘ／（ｒ・ω・Δｔ）……▲７▼
であるから（Δは微小変動量を表す）、速度ｖは
ｖ＝ΔＸ／Δｔ
＝ｒ・ω・ｔａｎα
＝ｒ・ω・ｃｏｔθ×（ＷＲ−ＷＬ）／（ＷＬ＋ＷＲ）……▲８▼
つまり、ヘッド軌跡の傾斜角αは、ｒ、ω、θとＷＲ、ＷＬから求めることができる。ｒ、ω、θは既知である。Ｒバースト信号１４の周波数をｆＲ，Ｌバースト信号１５の周波数をｆＬとすると、ＷＲ、ＷＬは以下のように表される。
ＷＲ＝１／（２ｆＲ）……▲９▼
ＷＬ＝１／（２ｆＬ）……（１０）
ｆＲ，ｆＬは、Ｒバースト信号１４とＬバースト信号１５をフーリエ解析することで求めることができる。このとき速度ｖは式（１１）のように表される。
ｖ＝ｒ・ω・ｃｏｔθ×（ｆＬ−ｆＲ）／（ｆＲ＋ｆＬ）……（１１）
ｆＲ，ｆＬの代わりに、図２のＲバースト１４の連続する時間ｔＲとＬバースト１５の連続する時間ｔＬから求めることもできる。このとき、ＷＲ，ＷＬは
ＷＲ＝ω×ｔＲ×Ｒパターン本数×２……（１２）
ＷＬ＝ω×ｔＬ×Ｌパターン本数×２……（１３）
であるから、ｖ＝ｒ・ω・ｃｏｔθ×（ｔＲ−ｔＬ）／（ｔＬ＋ｔＲ）…（１４）
である。サーボ復調回路は、Ｒバースト信号１４とＬバースト信号１５の連続時間を求め、（１４）式に基づいた簡単な演算を行なうだけでよい。
【００２１】
図５は、以上のような位置および速度検出手法を実現するための本発明のサーボ復調回路７の概略ブロック図である。サーボ復調回路７は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）処理により、クロックバースト信号１６からサーボクロックを生成するＰＬＬブロック１９、Ｒバースト信号１７とサーボクロックとから、クロックバースト信号１６とＲバースト信号１７の位相差に相当する量を求め、同期出力するＲ位相検出ブロック２０、Ｌバースト信号１８とサーボクロックとから、クロックバースト信号１６とＲバースト信号１８の位相差に相当する量を求め、同期出力するＬ位相検出ブロック２１、Ｒ位相検出ブロック２０の出力と、Ｌ位相検出ブロック２１の出力とを平均化し、Ｚ／２πをかけて位相の次元から位置の次元に変換する線形演算ブロック２４、Ｒバースト信号１７をフーリエ変換して周波数ｆＲを求め同期出力する、Ｒ周波数検出ブロック２２、Ｌバースト信号１８をフーリエ変換して周波数ｆＬを求め同期出力する、Ｌ周波数検出ブロック２３、ｆＲ，ｆＬから速度信号ｒ・ω・ｃｏｔθ×（ｆＬ−ｆＲ）／（ｆＬ＋ｆＲ）を求める、線形演算ブロック２５、Ｒ位相検出ブロック２０、Ｌ位相検出ブロック２１、Ｒ周波数検出ブロック２２およびＬ周波数検出ブロック２３のイネーブル信号を出力する、イネーブル信号発生ブロック２６からなる。線形演算ブロック２４において、２４Ａは加算器、２４Ｂは１／２乗算器、２４ＣはＺ／２π乗算器であり、線形演算ブロック２５において、２５Ａ，２５Ｂは加算器、２５Ｃは除算器、２５Ｄはｒ・ω・ｃｏｔθ乗算器である。
【００２２】
Ｒ周波数検出ブロック２２の代わりに、Ｒバースト信号の連続する時間ｔＲを求めるブロック、Ｌ周波数検出ブロック２３の代わりに、Ｌバースト信号の連続する時間ｔＬを、求めるブロックを用いても良い。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１つのサーボゾーンから位置と速度を同時に検出することができるため、サーボ系としては位置フィードバックだけでなく速度フィードバックも容易にかけることができ、低いサンプリングレートでも安定に、高い位置決め精度を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサーボパターンと、それによる位置検出の概略説明図である。
【図２】本発明のサーボパターンと、それによる速度検出の概略説明図である。
【図３】本発明のＲパターンにおける速度検出の原理検討図である。
【図４】本発明のＬパターンにおける速度検出の原理検討図である。
【図５】本発明のサーボ復調回路ブロック図である。
【図６】本発明のハードディスク装置のトラッキングサーボ系のブロック図である。
【図７】従来のハードディスク装置のトラッキングサーボ系と磁気ディスクのサーボパターンを示す図である。
【図８】従来のサーボパターンと、それによる位置検出の概略説明図である。
【図９】従来のサーボ復調回路図である。
【符号の説明】
１ 磁気ディスク
２ 目標トラック
３ 磁気ヘッド
４ スピンドルモータ
５ ヘッドアクチュエータ
７ サーボ復調回路
８ サーボバースト信号
９ サーボコントローラ
１０ ハードディスク装置
１３ クロックパターン
１４ Ｒパターン
１５ Ｌパターン
１６ クロックバースト信号
１７ Ｒバースト信号
１８ Ｌバースト信号
１９ ＰＬＬブロック
２０ Ｒ位相検出ブロック
２１ Ｌ位相検出ブロック
２２ Ｒ周波数検出ブロック
２３ Ｌ周波数検出ブロック
２４ 線形演算ブロック
２５ 線形演算ブロック
２６ イネーブル信号発生ブロック

Claims (3)

1. サーボパターンを記録したゾーンと、データの記録再生を行うゾーンからなるセクタが、一定の間隔で並ぶ磁気ディスクを駆動するハードディスク装置において、
   駆動中の前記磁気ディスク上の各セクタのサーボパターンを検出した磁気ヘッドからの検出信号に基づいて、前記磁気ディスク上の目標トラックに対する、前記磁気ヘッドの相対位置および相対速度を同時に検出する同時検出手段を具え、
   前記磁気ディスクの各サーボパターンは、ディスク周方向に対して直交するラインパターンが一定間隔をおいて並ぶクロックパターンと、当該クロックパターンに対して＋θ（θ＜９０°）だけ傾いたラインパターンが一定間隔をおいて複数個並ぶＲパターンと、−θだけ傾いたラインパターンが一定間隔をおいて前記Ｒパターンと同じ数だけ並ぶＬパターンとを有し、
   前記同時検出手段は、前記クロックパターンの検出信号から得られるクロックバースト信号に基づいて、前記Ｒパターンの検出信号から得られるＲバースト信号と前記Ｌパターンの検出信号から得られるＬバースト信号との間の位相差から前記磁気ヘッドの位置を求める位置検出手段と、前記Ｒバースト信号および前記Ｌバースト信号の周波数変化から前記磁気ヘッドの速度を求める速度検出手段とを有することを特徴とする磁気ヘッドの位置および速度の同時検出装置。
2. 請求項１において、
   前記速度検出手段は、前記Ｒバースト信号および前記Ｌバースト信号の周波数変化を、前記Ｒバースト信号および前記Ｌバースト信号を直接フーリエ変換して検出した結果を用いて、前記磁気ヘッドの速度を求めることを特徴とする磁気ヘッドの位置および速度の同時検出装置。
3. 請求項１において、
   前記速度検出手段は、前記Ｒバースト信号および前記Ｌバースト信号の周波数変化を、前記Ｒバースト信号の連続する長さと前記Ｌバースト信号の連続する長さの変化として検出し、当該検出した２つの長さに基づいて前記磁気ヘッドの速度を求めることを特徴とする磁気ヘッドの位置および速度の同時検出装置。

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