JP3804696B2 - ディスクドライブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は一般に埋め込みサーボディスクドライブに関し、更に詳細には、位相ロックループがディスクの所与のトラックに埋め込まれたサーボフィールドに位相ロックされ、それへの同期が維持されるディスクドライフに関する。
【０００２】
【発明の背景】
ディスクドライブはデータを回転媒体の同心トラックに格納することができる装置である。
ウィンチェスタ・ディスクではデータは磁気パターンとして格納される。
光ディスクではデータは反射率パターンとして格納される。
この特許で開示する発明はどの一形式のディスクドライブにも特有のものではなく、回転媒体上のパターンの一部を変換器（ここでは「ヘッド」という）と情報保持トラックとのアラインメントを判断するのに使用する位置基準を構成するのに使用する装置に応用されるものである。
従って、この開示は本発明を説明するのにウィンチェスタ・デイスクの用語を採用しているが、本発明はフロッピーディスク、ベルヌーイ・ディスク、光ディスクなどにも適用できる。
【０００３】
同心トラック同士を互いにもっと近付けることができれば、ディスクドライブのデータ容量を増すことができる。
これには変換ヘッドを非常に精密に位置決めする必要がある。
高性能ディスクドライブはヘッドの位置を制御するのに閉ループ位置フィードバックシステムを採用している。
このサーボ機能に必要とされるフィードバック信号は、サーボコードトラックの中心に対する活動中の変換器の位置である。
このような信号をディスクのサーボコード域に遭遇した際にヘッドの再生信号から復調（抽出）することができる。
明らかにこれらサーボコード域はユーザのデータを保持している他の区域と共存しなければならない。
サーボ域をデータ域と共存できるようにする最も広く普及している二つの手法は「埋め込み」サーボコード（「セクタサーボ」または「サンプル化サーボ」とも呼ばれる）及び「専用」サーボコードフォーマットである。
【０００４】
専用サーボの実装は、共通スピンドル上を回転するディスクスタックに多数のディスクを備えている製品にしばしば選択されている。
このディスクスタックでのディスクの一方の表面全体がサーボコードの記録に完全に与えられる、すなわち、専用とされる。
この構成で連続位置信号を発生する。
検知される位置は専用ディスク上のそのトラックに関するサーボヘッドの位置であり、或る他のディスク上のそのトラックに関する現在活動しているデータヘッドの位置ではない。
普通機械的誤差が存在する。
この機械的誤差はトラック密度（半径方向の単位変位当たりのトラック数）が増大するにつれてディスクドライブの各新しい世代で一層重要になる。
【０００５】
本発明は専用サーボ構造には関係していない。
しかし、ほとんどの専用サーボ復調器は位相ロックループを採用していることに注目すべきである。
サーボヘッドは常に専用サーボ面からサーボ特有信号を受けているから、この専用サーボ位相ロックループはそのサーボ信号を絶えず受け、従って決して「慣性で滑っていく（以下、コーストと言う）」必要はない。
これにより専用サーボ系がここに開示される埋め込みサーボ位相ロックループから区別される。
【０００６】
従来技術で埋め込みサーボ復調器にＰＬＬを使用するものはある。
しかし、これらＰＬＬは一つのサーボフィールドから次のサーボフィールドへ再生信号との同期を維持するものではない。
その代わりに、各サーボフィールドはサーボフィールドの残りの復調に進む前にＰＬＬがそれ自身を再生信号に同期させる一定周波数のロックアップ域で始まる。
埋め込みサーボフォーマットを用いるこの形式の従来技術のＰＬＬの用法は、Seagateに譲渡された米国特許第5,136,439号及びQuantumに譲渡された米国特許第4,669,004号に説明されている。
【０００７】
埋め込みサーボは時分割多重を使用して同じ表面でサーボ及びデータの両機能に適応させている。
各トラックをサーボ用またはデータ用に交互に確保された区域に分割する。
データ域への情報の書込は可能であるが、サーボ域は決して再記録されない。
それらは製造時に位置信号の再生を行なうサーボコードパターンを記録した状態で行なわれる。
ヘッドを支持するアクチュエータまたはキャリッジの運動は今度は現在活動しているヘッドの位置誤差を基準とすることができる。
この方法の一つの短所はこの位置情報は連続して利用できず、ヘッドが各サーボフィールドと交差する際にサンプルできるだけだという事実である。
しかし、ほとんどの現代のディスクドライブの実装は、とにかく、高々離散時間動作だけを行なうことができるディジタル信号処理チップを採用している。
従って、サンプルレートが用途について充分であるかぎり、システムは許容し得る動作をすることができる。
【０００８】
サーボフィールドはユーザのデータを格納するのに利用できるディスク空間の量を減らすオーバヘッドの一種である。
従って、効率は埋め込みサーボシステムの基本的な性能係数である。
【０００９】
現在使用されているほとんど全ての埋め込みサーボ方式（及びその事項に対する専用サーボ方式）はヘッドが予めフォーマットされたサーボフィールドに遭遇した際にヘッドが発生する再生信号の振幅から位置信号を復調している。
これらサーボフィールドの磁化パターンは信号振幅とオフトラック（半径方向）位置との間のこの写像を容易にするのに特に設計されている。
たとえば、一つの方法は「Ａ」遷移（または磁束反転）の一定周波数パターンをデータトラックの中心の正確に左に記録する「２相」（Ａ相、Ｂ相）サーボコードを採用している。
トラックに沿うＡバーストの直後に遷移の第２のバースト、Ｂバースト、がある。
このＢバーストはトラックの中心の正確に右に記録されることを除けばＡバーストと同じである。
従って、再生ヘッドがサーボフィールドを通って飛翔するとヘッドは最初にＡバーストパターンを次にＢバーストパターンをピックアップする。
ヘッドが正確にトラック上に位置決めされていれば、２つのバーストは、ヘッドが両パターンの対等な位置と交差する（重なる）ので、同一振幅を持つ。
更に一般的には、２つのバーストの振幅の差は、トラック中心に関して、トラックの少なくともほぼ+/-1/2の半径方向スパンに渡るヘッドの半径方向位置をアナログ的に表現したものである。
【００１０】
図１はこの形式の「２相」サーボフォーマットを採用している典型的な従来技術の埋め込みサーボフォーマットである。
このサーボフォーマットはKnowles等に与えられた米国特許第4,823,212号の主題である。
従来技術の２相、振幅符号化、埋め込みサーボフォーマットのこの特定の実施例では、サーボフィールドの各反復にＡＧＣフィールド、同期マーク、グレイ符号化絶対トラック番号、及びサーボフィールドの「Ａ」及び「Ｂ」が入っている（図１に示した他のフィールドはここでは関係がない）。
Ａ及びＢサーボフィールドの目的は最も近いトラック中心からのヘッドの変位をトラックに対する比率で示す位置誤差信号を構成しやすくすることである。
グレイ符号化トラック番号フィールドの目的はディスク表面全体を横断する絶対変位を整数トラックで示す粗ＰＥＳ信号を構成することである。
粗及び精ＰＥＳ信号を組み合わせてキャリッジの全行程に渡るダイナミックレンジを有する小数点以下の端数付きのトラック数分解能を持つ絶対位置信号を作ることができる。
【００１１】
同期マークの目的は復調回路がサーボ域をデータ域から区別できるようにすることである。
この同期マークを検出するとサーボ復調回路がすばやく起動し、ヘッドの位置を表す現在の整数及び小数点以下の端数のＰＥＳ信号を作るために続くトラック番号及びＡ及びＢの両フィールドを捕らえる。
それ故、この同期マークを確実に検出することが重要である。
【００１２】
理想的には同期マークはディスク上のどこに存在するどんなパターンとも異なる。
これはデータ域がそこに存在することができる最大ギャップ長を制限するランレングスリミテッドコードを採用しているから同期マークが広いギャップを含まなければならないということを一般に意味している（「ギャップ」は誘導ヘッドにリードバックパルスを発生しない一定磁化を有する区域と定義されていることに注目されたい）。
不都合なことに、各トラックの周縁には、古いデータの不完全な消去及び隣り合ったトラック同士は（少なくともデータ区域では）位相を合わせて書き込まれていないという事実により、予測できない磁化パターンが含まれる。
このことは、自分自身がデータ区域で偶発的に検出されないようにするサーボ同期マークとして選択することができるパターンは全然存在しないということを意味している。
これにより、任意の半径方向位置でヘッドにより同期マークを確実に検出することができるようにするという仕事が複雑になる。
【００１３】
従って同期マークの探索を、それが見つかるはずの近辺全般に制限するのは従来技術の埋め込みサーボ復調器では標準のやり方である。
これは一般的に、各同期マークがうまく検出されたことに引き続いてカウンタを初期設定することにより実現される。
このカウンタが所定のカウントに達すると次の同期マークの到達が差し迫っていることを警告する。
このカウンタはディスクと同期していない水晶基準の周波数基準のような源からクロックされる。
ディスク速度は、典型的には+/-0.5％以内に調整されているが、幾らかのふらつきを示すことに注意されたい。
非同期にクロックされるカウンタ回路はこのふらつきに気が付かないから、次の同期マークの到達について「概ね近辺」式の指示を与えることしかできない。
この概ね近辺の信号が発せられると、他の論理がリードバック信号を分析し始め、同期マークとして働く特定の特徴を探す。
この同期マークがカウンタのウィンドウの中で検出されれば、グレイ符号化トラック番号フィールド及びＡ及びＢ形式のサーボフィールドを復調するため各種ゲート信号が次に発生される。
【００１４】
この構造はすべてのウィンドウ（ゲート信号）の精度を非同期基準周波数の１カウントに制限することに注意されたい。
すなわち、同期マークが検出されてからでさえ、その真の位置は水晶クロックカウンタの１カウント以内でしかわからない。
従ってトラック番号デコーダ及び精ＰＥＳ復調器に対するウィンドウを水晶クロックの１カウントより良くリードバック信号に整列させることはできない。
このことはこれらフィールドについて選択された磁化密度（インチ当たりの磁束反転）はしばしばこの非同期クロックカウンタにより制約されることを意味している。
同期（及び位相が整列した）クロックをそれらを復調するのに利用することができれば、これら区域を単に更に高い密度で書き込むことにより縮めることができる。
【００１５】
グレイ符号化トラック番号フィールド及びＡ及びＢ精サーボフィールドを正しく復調するためには、普通、再生信号の振幅が一定の限界内にあることが必要である。
これはＡＧＣフィールドで作動される通常の自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回路により達成される。
このＡＧＣフィールドは一定周波数パターンを保持している。
図１からＡＧＣフィールドは粗ＰＥＳフィールド（グレイ符号化トラック番号）及び精ＰＥＳフィールド（Ａ及びＢ形式のフィールド）の和である期間であることに注意されたい。
この大きさはしばしばＡＧＣ回路自身の動特性によって（すなわち、ＡＧＣ回路が新しい動作点に遷移してそこに落ち着くのに必要な時間によって）ではなく、同期マークをユーザのデータ域から充分遠い距離に維持する必要性によって規定される。
これは同期マークがデータ域内に偶然に検出されることが決してないことを保証するのに必要である。
非同期カウンタが次の同期マークの「概ね近辺」を示す時刻までには、ヘッドは安全に同期マークとして誤って解釈されることがないこの大きいＡＧＣフィールド内にある。
これは、データ域と異なり、ＡＧＣフィールドはすべてのトラックに渡って位相をそろえて書き込まれるためである。
すなわち、隣接トラックからの隣接遷移は製造時採用されるサーボ書込プロセスの故意の結果として互いに整列したままになっている。
データ域内の隣接遷移は、隣接トラック間の相対的タイミングがランダムであるため、何らかの形式の位相のそろったパターンを維持することを当てにすることはできない。
【００１６】
通常の埋め込みサーボの従来技術を要約すれば下記のようになる。
次の同期マークの差し迫った到達を警告するための及びサーボフィールドの構成要素を分離する各種ウィンドウを発生するための非同期クロック源を使用すれば、不必要に大きいサーボフィールドがもたらされる。
トラックのインチ当たりの記録密度はサポートすべきヘッドに必要なよりも少なく、ＡＧＣフィールドはＡＧＣ回路に必要なよりも長い。
更に望ましい構造は、更に少ない量のディスク面積から精及び粗のＰＥＳ信号を何とか再生する。
更に、従来技術の埋め込みサーボ装置では隣接トラックからのクロストーク信号はデータ域内のオントラック信号に対する任意の相対位相を呈することがあり得る。
【００１７】
【発明の概要】
本発明はサーボ機能に関連するオーバヘッドを極小にする手法を具現する新しい埋め込みサーボシステムを開示する。
オーバヘッドを極小にすることにより、記憶装置の有効容量を極大にすることができる。
これはサーボ域の大きさを減らし、従って、データ域の大きさを大きくすることができる新規なサンプル化ＰＬＬを採用する新しいサーボ復調アーキテクチャ及び実装により達成される。
【００１８】
埋め込みサーボフォーマットのオーバヘッドを減らす、すなわち、サーボ信号を得るフィールドの区域を減らすことが本発明の目的である。
すべてのデータ区域を通してコーストしていき、しかもサーボ域との正しい同期を保持する位相ロックループを使ってこれらサーボ域の大きさ、すなわち、長さを減らすことができることは明らかである。
【００１９】
本発明の更に他の目的は、見かけのスピンドル速さを乱し、ヘッドがトラックから半径方向に外れるようにすることがある回転攪乱を検知する能力を提供することである。
この検知能力は、時間の大部分をコーストすることに費やし、しかもディスク上に埋め込まれたサーボセクタからの再生信号と同期したままであるサーボ位相ロックループの存在により容易になる。
【００２０】
ディスクドライブの読出しチャネルにあるヘッドからの再生信号には、他のタイプの通信チャネルとは重要な相違がある。
すなわち受信信号は実際に１ディスク回転の周期で周期的である（ヘッドによる書込みや半径方向運動は介在しないと仮定して）。
これは、磁束パターンが回転媒体に書き込まれる（ロックインされる）という事実によってもたらされる。
今度はこの再生信号の完全な周期性を妨害する可能性がある各種のメカニズムを考察しよう。
【００２１】
このようなメカニズムの最初のものはスピンドル速さの摂動である。
ドライブのハウジングが静止したままであるかぎり、スピンドル速度は、電子スピンドル速度コントローラにより、また回転慣性、すなわち回転質量（ディスクスタック）の慣性の物理的作用により制約されているので、良く安定化されている。
ハウジングがハウジングの回転を生ずる衝撃または振動を受けると、ヘッドからの再生信号のタイミングが加えられた衝撃または振動のものと同様の動力学で摂動する。
幸いこれら外乱は、一般にスピンドルの一回りの周波数の近くの、低い周波数で発生する。
【００２２】
再生信号のタイミングを乱す可能性のある第２のメカニズムは、ヘッドによるドライブハウジングに対する円周（トラックに沿った）運動である。
サーボシステムはアクチュタアームを半径（トラックを横切る）方向に静止して保持している。
円周運動の主な源はヘッドの支持装置の機械的フラッタである。
このフラッタは支持装置の共振周波数（典型的にはkＨzの範囲にある）にあるが幸いにも低振幅である。
これはヘッドがヘッド支持装置の「強い」軸をトラックに沿った方向に置く工業標準の「インライン」支持装置を組み入れているとき特に正しい。
再生信号は周期的であるが、おそらくは低周波の摂動を伴っている。
ディジタルカウンタが非同期にクロックされ、埋め込みサーボフィールドが検出される毎に初期設定せねばならない従来技術のサーボ装置と異なり、位相ロックループは連続可変周波数を発生し、これがサーボフィールド間の時間に正確に合っている。
従って、このＰＬＬが再生信号のタイミングジッタ及びふらつきに従うかぎり、次のサーボフィールドの到達をその電圧制御発振器（ＶＣＯ）のサイクルに対する小さい比率内で予測することができる。
回転ディスクとの同期を維持するＰＬＬはデータ域とサーボフィールドとの境界を精密に予測する。
次のサーボフィールドの到達を予測する他に、このＰＬＬはサーボフィールド中再生信号と同期しているクロックをも与える。
この同期クロックの特徴は埋め込みサーボフィールドの多数の構成要素の大きさの減少を容易にする。
【００２３】
本発明において、サーボＰＬＬはサーボフィールド間のデータフィールドを通ってコーストしていき、各埋め込みサーボフィールドの始めで既に正しく同期している。
従って、各サーボフィールドは従来技術でのようにＰＬＬロックアップフィールドを備える必要がない。
ロックアップフィールドは更に多数のオーバヘッドを呈するので、望ましくない。
この新しい形式のコースド動作ＰＬＬは回転当たり１回だけ存在するロックアップフィールドで最初に同期している。
その同期はディスク回転の残りの期間中埋め込みサーボフィールドの期間中だけ活動するフィードバックループにより維持される。
わかるように、必要なタイミングの補正はサーボフィールドの予め存在する構成要素から得られ、従って、新しい「タイミング基準」構成要素を追加する必要はない。
各個別サーボフィールドにはＰＬＬの同期を維持するに充分なタイミング基準「材料」があるが、ＰＬＬの同期を初期設定するには充分でない。
【００２４】
本発明の他の目的、特徴及び長所は添付図面及び特許請求の範囲と関連して読むとき下記詳細説明から明らかになるであろう。
【００２５】
【本発明の詳細な説明】
本発明を図１の形式の２相埋め込みサーボで実用化することができるが、新しい埋め込みサーボ・プレフォーマットの好適実施例を図２に示す。
各トラックに一度だけ設けられる特殊初期設定一定周波数領域７ｃの存在に注意されたい。
対照的に、サーボフィールド7dは各データトラックで多数回くり返される。
「一回り」一定周波数フィールド7cを採用してサーボＰＬＬを正しい周波数にロックする。
磁気ヘッド5b2がこのフィールド7cを去るときまでにＰＬＬはディスクの一回り周波数の或る正確な倍数で実行している。
他のサーボフィールド7sの間にデータ域7dがある。
データ域を走査しているヘッドからの再生信号をおそらく採用してサーボＰＬＬをディスクでロックしておくのを補助することができる。
しかし書込動作中サーボＰＬＬはデータ域7dからのこのような援助なしにロックしたたままにしておかなければならない。
従って、本発明のこの実施例では、すべてのデータ域にある再生信号を無視する。
代わりに、サーボＰＬＬはすべてのデータ域を通して単にコーストする。
このことはサーボＰＬＬがサーボフィールド7sの到達割合に等しいサンプリング速さを持つ個別の時間フィードバックループであることを意味する。
このサーボＰＬＬは各サーボフィールド7sを通過する際に単一急速周波数更新を受ける。
この更新（またはサンプル）は実際のディスク速さに（更に正しくは、サーボフィールドにある活動ヘッド5b2により発生される再生信号に）ＰＬＬを正しくロックしておくのに充分でなければならない。
【００２６】
新しいディスク表面上の新しいヘッド5b2に切り替える各命令に続いてサーボＰＬＬを正しく同期させて復調しやすくする前にヘッド5b2により検知されるべき一回りＰＬＬロックフィールドを待つことが必要である。
しかし、今回はトラックのフォーマットをこれら一回りロックアップフィールド7cをこのようなヘッドスイッチに対して最もありそうな点に、すなわち、ヘッド（n）のデータを空にし、ヘッド（n+1）への切り替えが通常行なわれる点に設置するように配列することにより罰則を極小にすることができる。
【００２７】
埋め込みサーボフォーマットにより表されるオーバヘッドを極小にするために、サーボフィールドの数を極小がヘッド5b2とそのトラックとの間の機械的相対運動の実際の動力学を捕らえるのに丁度充分であるようにしておく必要がある。
このことはサーボＰＬＬが回転当たりのサンプルの数を極小にして生き残る（ロックを維持する）必要があることを意味している。
回転当たり或る極小数のサンプルより下ではサーボＰＬＬはディスクとのロックを失う。
この必要数はスピンドル速度調整器の品質、衝撃及び振動のような外乱の存在、ＶＣＯの周波数、ヘッド支持装置から生ずるタイミングジッタ、サーボ書込の品質、及びＰＬＬ自身に特有のジッタ及びドリフト、によって決まる。
【００２８】
本発明の他の新規な局面は多数の目的にサーボマーク内の個別フィールドを使用するという概念である。
デューティを「倍化」することにより、サーボフィールドの大きさを更に縮小し、従ってそれが表すオーバヘッドを減らすことが可能である。
サーボ復調器のＰＬＬの存在がこの形式の空間節約を如何に容易にするかの第１の例を、図１に見るように、２相振幅符号化フォーマットを参照して例示する。
従来技術の装置はサーボフィールドの開始を合図し、次サーボフィールドの到達を予測するタイミングを開始するのに明確な同期マークを必要とした。
ＰＬＬをサーボ復調器に追加することにより、この同期マークを省略することができる。
次のサーボフィールドの開始を今度は単にサーボＰＬＬが発生するＶＣＯクロックの整数サイクルを数えることにより見分けることができるので、独特のタイミングマークはもはや不要である。
ＰＬＬがなお正しくロックされているか（及び従ってサーボフィールドと正しく整列しているか）の確認はグレイ符号化トラック番号フィールドまたは精ＰＥＳフィールドに拘束されている或る符号またはフォーマットをチェックすることにより行なわれる。
【００２９】
たとえば、グレイ符号化ハードトラック番号フィールドの従来技術の一つの装置はＩＢＭテクニカル・ディスクロジャ・ビュレタンにＰenningtonが「ディスクファイル・トラックアドレスの二重セルグレイ符号化」という表題で発表している（Vol.25,No.2,7/82,p.776-7）。
この装置では、トラック番号の各ビットは三つの部品が入っているセルで表されている。
各セルの最初の３分の１はタイミング目的のフィードバックパルス（これを「クロックパルス」という）を保持している。
対応するトラック番号ビットが１であれば、次のリードバックパルスは同じセルの中心の３分の１で生ずる。
トラック番号ビットが０であれば、次のリードバックパルスはセルの最後の３分の１で生ずる。
新しいサーボＰＬＬ概念をこの従来技術のグレイ符号化機構に採用するのに、ＰＬＬのＶＣＯは、クロックパルスがＶＣＯと予想された整列をして生じていた「常にその場所に」ロックされている。
もしそうであれば、ＰＬＬは前のサーボフィールド以来ロックされたままになっており、従って新しいサーボフィールドを正しく区別している。
この装置では、ロックの損失をＶＣＯがいずれかの方向に3,6,9サイクルなどだけスリップした場合に検出できないことに注目のこと。
幸いにも二つの連続するサーボフィールド間の時間スパン中にこの規模のタイミング移動を生ずるには非常に活動的な外乱を取る。
この種の外乱が可能であれば、大きいサイクルスリップをさえ検出するために更に他の符号制約グレイ符号化トラック番号フィールド（または精ＰＥＳフィールド）に置くことができる。
これはサーボＰＬＬが明確な同期マークの存在なしにさえサーボフィールドを確実に区別することができる仕方を示している。
【００３０】
「二重使用」の概念の他の例はサーボＰＬＬがそのタイミング基準を設ける目的で埋め込みサーボフィールドに新しい特徴（または０）を追加する必要がないという事実である。
サーボＰＬＬに対するタイミング更新（すなわち、「スピードアップ」または「スピードダウン」補正）をサーボフィールドに既に存在している構成要素から得ることができる。
たとえば、ペニントンのグレイ符号化トラック番号機構で、信頼をパルス検出器（これはアナログリードバック波形のピークを検出する）が常にトラック番号のビット当たり２パルスを検出するという事実におくことができる。
従って、このトラック番号フィールドはＰＬＬのスピードアップまたはスピードダウン・タイミング補正を発生するのに役立つ充分な基準信号を提供することができる。
この装置を用いればサーボＰＬＬにグレイ符号化トラック番号フィールド期間中を除きどこでもコーストしていく（すなわち、リードバック信号を無視する）ように命令することができる。
【００３１】
他の代案はＡ及びＢ精ＰＥＳフィールドを使用してサーボＰＬＬの同期を更新することである。
ヘッドがトラック中心にあるときＡ及びＢフィールドが共に検出され、ＰＬＬがその周波数を両ィールドの比較に基づき補正することができることに注意されたい。
ヘッドによる半径方向変位について２フィールドの少なくとも１フィールドを検出し、ＰＬＬの基準としてなお働くことができる。
この方法は従来技術のＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤフィールドを有する「４相」振幅符号化フォーマットと共に更に良く動作する。
４相フォーマットで４フィールドのうち少なくとも２、典型的には３２フィールドが半径方向偏りでヘッドにより検出される。
ＰＬＬが観察することができるリードバックパルスが変化すると、ＰＬＬのループゲインが変わるが、限界内でこれはＰＬＬの同期を乱さない。
ＰＬＬは、基準信号のバーストを正確に何時受けるかまたはこのバースト内にどれだけのパルスが存在するかに関係なく正しい周波数を維持させる良好なフリーホイーリング特性または「慣性」特性を備えている。
【００３２】
従って、サーボ復調器にＰＬＬが存在すれば埋め込みサーホフィールドの多数の構成要素の大きさを減らすことができ、しかもその自身の新しい構成要素を必要としないということが実証されている。
これにより新しい手法の効率が提供される。
特に、粗及び精のＰＥＳ信号の要求事項とサンプルされたＰＬＬの要求事項との間に良好な共生関係が存在し、同じ磁化パターンが両機能を満たすことができる。
この「二重使用」手法は位相符号化サーボフォーマットで更に良くさえ動作する。
これまでのところでは、精ＰＥＳ信号がＡ及びＢフィールド（２相フォーマットを仮定している）にある再生信号の振幅から得られる振幅符号化フォーマットだけを考えてきた。
しかし、ＩＢＭはAxmear & CollinsのAxmear等に認可されＩＢＭに譲渡されている米国特許第4,549,232号で興味ある位相符号化法を開拓した。
Axmear等は再生信号の振幅からではなくその位相から位置信号を復調する手法を開示している。
この手法の秘訣は予備記録されたサーボフォーマットとしてシェブロン形磁化パターンを使用することである。
これを本書で図６に示してあるが、これはAxmear等の図４から移したものである。
この図では磁化の一つの極性を陰影で表してあり、磁化の一つの極性を陰影なしで表してある。
ヘッドの半径方向変位に関係なく、常に各磁化領域の幅が一貫していることに注目のこと。
従って、再生信号の振幅はヘッドの半径方向位置の関数ではない。
しかし、リードバックパルスのタイミングはヘッドの半径方向位置によって決まる。
従って、この形式の時間関係（または「位相」）を検知することができる復調手法はヘッドの位置を示すことができる。
【００３３】
これらシェブロン・フィールドにおける信号振幅はヘッドの半径方向変位によって変わらないから、これらフィールドもＡＧＣ機能の基準となることができる。
これは「二重使用」原理の他の例である。
【００３４】
Axmear等はこの機構に必要な傾斜遷移を「歩進及び遅延」手法を使用してフォーマットすることができることを示している。
単独傾斜遷移を書込むプロセスを考える。
最初に単一磁束反転を或る任意の時刻に或る半径方向位置でヘッドにより書込む。
次にヘッドを半径方向にトラックに対する所定比率だけ歩進させ、この同じ遷移を続くディスク回転中、ただし非常にわずか時間を遅らせて再び書込む。
第２の書込ステップは前のステップで形成された磁化パターンの一部を消去する。
このプロセスを続ける際、階段形磁化パターンが発生する。
ヘッドの物理的寸法が階段の細かい粒子性を区別できないようにしている。
代わりに、ヘッドは踏み段の幾つかを共に組み込み、ヘッドの半径方向位置に基づき時間（または位相）的に移動する単一パルスを作る。
これら階段を図６に示すが、残りの図では省略して（平らにならして）ある。
【００３５】
Axmear等は彼らの復調プロセスが同期クロックを採用していないことを強調している。
すなわち、位置信号を傾斜遷移により生じたリードバック信号からこれら傾斜遷移と同期しているクロックを使用せずに再生している。
Axmear等が開示している復調法は水晶発振器が発生する非同期信号、「基準クロック信号」、を採用している。
この「基準クロック」の周波数をリードバック波形の公称周波数と等しくすることにより、一定の復調誤差を極小にすることができる。
しかしこの基準クロックはリードバック波形と特定の位相関係にはない。
この基準クロックの任意の位相は、位置信号が下記差分計算から復調されるので測定値を相殺してしまう。
【００３６】
（位置誤差）＝(或る定数)×[(基準クロックに対するＡフィールドの位相)−(基準クロックに対するＢフィールドの位相)]
【００３７】
ここで「Ａフィールド」はシェブロン・パターンの左半分を指し、「Ｂフィールド」は対応する右半分を指す。
【００３８】
Axmear等は復調器でのＰＬＬの使用を特に除外しているが、本書ではＰＬＬの存在はAxmear等の及び他の従来技術の手法に比較して莫大な長所を示すことを教示する。
第１に、サーボＰＬＬからの同期クロックの存在はサーボフィールドを縮小させ、それにより別のデータ容量が可能になる。
たとえば、サーボ復調器にＰＬＬが存在すればこの形式のシェブロン磁化パターンを非常に異なる二つの目的−−ＰＬＬのタイミング基準として及びヘッドの位置基準として−−に役立たせることができる。
埋め込みサーボフォーマットのオーバヘッドを両機能に対して同じ磁化区域を使用することにより極小にすることができる。
傾斜遷移のこの二重使用はAxmear等によって教示されていない。
事実Axmear等の好適実施例の各々に対する図面はタイミング基準を与えるのに使用される「クロック」フィールドを図示し、「セクタ（埋め込み）サーボに役立つシステムはサーボフィールドの開始を認識するためのクロックをも備え…」と述べている。
傾斜遷移を復調する仕事に用いるＰＬＬの本書の新規な適用はこの必要なクロックフィールド及びそれが表すオーバヘッドを省略している。
【００３９】
位相符号化埋め込みサーボフォーマットによるサーボＰＬＬの使用に関する本発明を簡単なシェブロン・パターンを図示している図７に関して説明する。
この図に示されているのは磁化領域及び復調器で使用する対応する信号である。
図はヘッドによるオフトラック状態の三つの場合を示している。
【００４０】
場合１：ヘッドがトラック中心の左にある
【００４１】
場合２：ヘッドが正確にトラック中心にある
【００４２】
場合３：ヘッドがトラック中心の右にある
【００４３】
ここで、三つのすべての場合において、サーボＰＬＬは、ヘッドが正確にトラック上でシェブロン・パターンと交差すれば生ずるであろう再生信号と完全に同期していると仮定した。
【００４４】
図８はここではＰＬＬがヘッドが図示した埋め込みサーボフィールドに到達する時刻にトラック上の（すなわち、場合２）再生信号よりわずか進んでいると仮定していることを除けば図７と同じである。
下記好適実施例は同じ回路が単一シェブロンからＰＬＬに対するタイミング更新及びアクチュエータに対する位置更新の双方を復調できるようにしている。
タイミング更新はＰＬＬ周波数を補正してそれがなお次のサーボフィールドと正確に同期しているようにするのに使用される。
位置更新はヘッドの半径方向アラインメントを補正してヘッドが次のサーボフィールドまでトラック上に留まっているようにするのに使用される。
【００４５】
図７及び図８において、「ＶＣＯ」と記した信号はサーボＰＬＬの出力である。
サーボＰＬＬのフィードバックループ21b4はＶＣＯ信号の立ち上り縁をヘッドにより発生されるアナログ再生信号にあるパルスのピークに強制的に整列させる。
二つの極性のピークは従来技術で標準であったように採用されていることに注目のこと。
「コーストＬ」と記した信号はサーボＰＬＬにデータ域及びサーボ域内の不必要な区域を無視するように命令する信号である。
この信号を挿入するとＶＣＯがその現在の周波数で自由運転する。
通常のタイミング補正信号「スピードアップ」及び「スピードダウン」がＰＬＬの位相検出器により作られる。
これら二つのディジタル信号が次にその出力がＶＣＯへのアナログ制御電圧（図４及び図５で「ＶＣＯ入力」と記してある）である積分器を駆動するチャージポンプを制御する。
コースト機能はコーストＬ信号３値状態をチャージポンプに与えることにより容易に実施することができる。
電流が積分器に流入しない状態でＶＣＯの制御電圧及び周波数は一定のままである。
【００４６】
本発明の重要な局面はヘッドがシェブロン・フォーマットに遭遇したとき精ＰＥＳ信号及びＰＬＬ用タイミング補正信号が共にスピードアップＨ及びスピードダウンＨ信号から得ることができることを実現することである。
これら２信号はディジタルであるが、それらのパルス幅はパルス幅対電圧回路によりアナログ電圧に容易に変換することができる連続可変量である。
これは正確にチャージポンプＰＬＬの標準装置で発生する事柄である。
スピードアップＨ及びスピードダウンＨ信号の各々の幅は一体とされてＶＣＯへの制御電圧を発生する。
本発明は精ＰＥＳ信号を発生するために同じ２信号の異なる順序を単に取り入れているだけである。
これを図７及び図８に示してある。
スピードアップＨは常にＶＣＯ制御電圧を増大させるように働くことに注目。
しかし、シェブロンの前半で活動するスピードアップＨは精ＰＥＳ信号を増大するように働くが、シェブロンの後半で活動するスピードアップＨは精ＰＥＳ信号を減少するように働く。
シェブロンの終結により、ＶＣＯ制御電圧及び精ＰＥＳ信号は共にＶＣＯの再生信号との同期の質（限界内の）に関係なく所要レベルを達成していることに注目すること。
【００４７】
一つの意味で、シェブロン・フォーマットＰＬＬの「共通モード」応答でタイミング補正を及び同じＰＬＬの「差分モード」応答で位置補正を行なう。
これら応答は本質的に直交であり、これは単一磁化パターンを二つの異なる信号に符号化できるようにするものである。
前記他の方法、シェブロン・フォーマットはｄ.ｃ.（またはベースバンド）精ＰＥＳ信号をＰＬＬタイミング補正に対するａ.ｃ.外乱から再生できるようにする。
ＰＬＬの帯域幅はシェブロンの前半により発生されたスピードアップ命令にシェブロンの後半がこの命令を取り消す前に応答させない。
正味のＰＬＬスピード補正は非０精ＰＥＳ信号を検出している間でさえ０になる可能性がある。
更に一般的に、二つの独立信号をヘッドのシェブロン形磁化パターンとの相互作用により発生するリードバック信号を追跡するＰＬＬから復調することができる。
【００４８】
図８で仮定したＰＬＬの同期誤差は位置信号の検出を（限界内で）妨害しないことに注意されたい。
必要なのはＰＬＬが累積的意味で再生信号から遠くに移動しないことだけである。
完全な同期は不要である。
【００４９】
他の形式の位相符号化磁化フォーマットもタイミング補正及び位置補正の同時創出を支持する。
たとえば、図９は、 Axmear 等によって例示されていない。
【００５０】
サーボＰＬＬ復調器で非常に良く動作する他の形式のシェブロン磁化フォーマットを示す。
図９に示した一つの新しい局面は直交フィールドの追加である。
従来技術の振幅符号化サーボフォーマットの多くは垂直及び直交の両精ＰＥＳ信号をサポートしている。
これら二つの信号は一方がその最大可能非線形性（または他の非理想的挙動）を表示しているとき他方の信号が最も良く挙動するように直交している。
アクチュタの位置補正はこのときどちらの信号がその最適動作点に近いかに基づいている。
Axmear等は位相符号化フォーマットから直交信号を作ることを述べていない。
しかし、図９はヘッドがn-2,n,n+2,などと記したトラックに近いとき垂直精ＰＥＳフィールドを採用するが、n-1,n+1,n+3,と記したトラックの近くでは直交精ＰＥＳフィールドを採用することを示している。
直交磁化パターンは半径方向にずれている他は垂直磁化パターンと同じである。
【００５１】
これまで、サーボ復調器に存在すれば埋め込みサーボ法のサーボフィールドを縮めるのに如何に役立つかについてのみ説明してきた。
しかし、この同じ装置はデータ域の縮小をも可能とする。
従来技術の埋め込みサーボディスクドライブでは、ユーザのデータの書込のタイミングに使用される書込クロックは水晶のような非同期周波数基準から得られていた。
従って、書込周波数は瞬時スピンドル速度に連結されていない。
その結果、不変量のデータの書込によって消費されるディスク回転の量が変わり得る。
この変化が次の埋め込みサーボフィールドの上書きを生じないためには、ディスクフォーマットをデータ域を埋め込みサーボ域から分離するギャップを設けて設計しなければならない。
これらのギャップは速度変動のクッションとなる。
【００５２】
しかし常に埋め込みサーボフィールドにロックされているサーボＰＬＬは同期クロックとなる。
それ故、書込クロックがサーボＰＬＬの周波数を基準にしていれば（たとえばそれに位相ロックされていれば）各書込は非常に再現可能な量のディスク回転を消費する。
従って、スピンドル速さの公差ギャップをディスクフォーマットから省略することができ、従って製品のデータ容量が増大する。
【００５３】
スピンドルスピードの公差ギャップの省略の他に、この方法はトラック密度（半径方向のインチ当たりのトラック数）を従来技術で達成することができるものを超えて増大することもできる。
これはデータ遷移を今度は隣接トラックに密着して書込むことができるからである。
すべての偶数番トラック上の遷移に対してすべての奇数番トラックに遷移を180゜だけ位相を遅らせて記録するとクロストーク信号のピークをトラック上信号のピークから離しておけるので、データ複合器の誤差率が改善される。
誤差率が改善されればトラック密度を、従ってドライブの容量を増大することができる。
【００５４】
サンプル化ＰＬＬにより提供される最後の長所はそれが回転センサとして働くことができるということである。
加速度計を設けて製品に作用する外力を検知することが非常に小さいディスクドライブでは標準の慣例になってきている。
それにも拘らず完全に釣り合ったロータリ・アクチュエータは平進加速度により乱されず、回転加速度により乱される。
この回転外乱を検知することができればどんな数の現存戦略によってでもそれを補償することができる。
平衡信号を創出することにより小さい外乱に反抗することができる。
外乱が過大であれば製品は外乱が終わるまで書込禁止を選択することができる。
これらの戦略はすべて回転外乱を検知することができることに基づいている。
サンプル化ＰＬＬの概念はこの種のセンサを提供する。
沿岸進行ＰＬＬのＶＣＯ周波数は一定スピンドル速度を追跡することができるようにする慣性挙動を示す。
ディスクドライブの枠に関する外部回転はサーボＰＬＬと埋め込みサーボフィールドからの再生信号との間の同期誤差を生ずるスピンドル速度変動を生ずる。
この同期誤差を非常に精密に検出することができ、従って、この同期誤差はスピンドル速度外乱の敏感なインジケータである。
従って、サンプル式ＰＬＬの存在は回転加速度計の要求事項を改善しまたは除去する。
【００５５】
前述の詳細説明は本発明のほんのわずかの可能な実施例を例示するものであることが理解される。
各種変更及び修正をその精神及び範囲から逸脱する事なく行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Knowles等に与えられた米国特許第4,823,212号の２位相、振幅符号化、埋め込みサーボフォーマットを示す図。
【図２】本発明による一回り位相ロックループ・ロックアップフィールドを具現するディスクフォーマットを備えたディスクドライブを示す図。
【図３】本発明によるサーボ及びデータの処理機能を具現するディスクドライブシステムを図的に示す図。
【図４】図３に採用した形式の位相ロックループの詳細を示す図。
【図５Ａ】ディスク7とカウンタＣ１との関係を示す図。
【図５Ｂ】コースト信号とカウンタＣ１との関係を示す図。
【図６】米国特許第4,549,232号に開示されている「位相符号化」シェブロン形式のフォーマットを示す図。
【図７Ａ】ＰＥＳ信号を位相符号化、シェブロン形式埋め込みサーボフィールドに応答して発生されるＰＬＬのスピードアップ及びスピードダウン信号から復調することができる仕方を示す図。
【図７Ｂ】ＰＥＳ信号を位相符号化、シェブロン形式埋め込みサーボフィールドに応答して発生されるＰＬＬのスピードアップ及びスピードダウン信号から復調することができる仕方を示す図。
【図８Ａ】ＰＬＬが例示した特定のサーボフィールドの期間中わずかな同期誤差を持っているとだけ仮定した場合の、図７と同じ復調プロセスを示す図。
【図８Ｂ】ＰＬＬが例示した特定のサーボフィールドの期間中わずかな同期誤差を持っているとだけ仮定した場合の、図７と同じ復調プロセスを示す図。
【図９】ここに適用することができる位相符号化シェブロンフォーマットの代わりの実施例を示す図。

Claims (3)

1. データセクタ（７ｄ）の間に、サーボセクタ（７ｄ）を備えた少なくとも１つの回転可能ディスク（７）と、
   前記ディスクの上方に設置され、前記ディスクが回転する際に個別トラック内の前記セクタを走査し、サーボ信号及びデータ信号を発生するヘッド（５ｂ）を備えた可動アクチュエータ（５）と、
   位相ロックループ（２１ｂ）を備えているサーボ復調回路であって、前記位相ロックループ（２１ｂ）は、前記ディスク回転の間、前記サーボ信号との同期を維持して、前記サーボ信号と同期したクロック信号を供給し、前記クロック信号は、１回転に１回、定周波数領域（７ｃ）の走査に基づいて、前記位相ロックループにより供給され、前記定周波数領域（７ｃ）は、周波数信号を備えるサーボ復調回路と
   を有するディスクドライブ。
2. 前記ヘッド（５ｂ）は、前記備えられたサーボセクタから再生信号を生成し、
   前記位相ロックループ（２１ｂ）は、前記再生信号に応答して、前記サーボセクタと前記データセクタとの間の境界を予測する
   請求項１に記載のディスクドライブ。
3. 前記少なくとも１つのディスクは、少なくとも１つのトラックを有し、
   前記サーボセクタ（７ｓ）は、前記低周波数領域（７ｃ）よりも長さが短い
   請求項１または２に記載のディスクドライブ。

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