JP3950463B2 - 信号処理デバイスおよび磁気ディスク装置 - Google Patents

Description

本発明はディジタルデータを面内記録媒体および垂直記録媒体に共用できる信号処理方法を用いた信号処理デバイスおよびそのデバイスを用いた応用装置に関する。

コンピュータの演算速度が高速になると共に大容量のメモリを必要とする応用ソフトが使用されるようになり、小型磁気ディスクの高密度化の要求はますます高まっている。このため、従来から用いられている記録ヘッドの走行方向（ディスクの円周方向）に記録信号に応じた磁化パターンが形成される、いわゆる面内記録用記録媒体（以下、面内記録媒体と呼ぶ）の改良と共に、最近では、新たな高密度磁気記録媒体として垂直記録用記録媒体（以下、垂直記録媒体と呼ぶ）を利用することが検討されている。

垂直記録媒体ではディスク面に垂直な方向（記録媒体の厚み方向）に記録信号に応じた磁化パターンが形成され、隣接する信号間の磁気的相互反発が少なく、高密度まで安定に記録できる特徴がある。

垂直記録媒体には現在、２種類の構造のものが提案されている。１つはディスク面に垂直記録膜が単独に形成される単層垂直記録媒体である。この単層垂直記録媒体は従来の記録ヘッドすなわち、巻き線型のリングヘッドによって信号を記録できる。また、もう１つは垂直記録媒体の下層に軟磁性の記録媒体層を有する２層の垂直記録媒体である。これは下層に磁性層があるため、記録磁界が効率的に働き、高い記録効率（記録電流に対する記録に有効な磁界の発生効率）が得られる。特にシングルポールヘッドと呼ばれる記録ヘッドと２層垂直記録媒体を組み合わせたとき、高い記録効率が得られる。

将来的には垂直記録媒体に移行するが、現状では装置仕様に応じて面内あるいは垂直記録媒体から最適なものを選択するということになる。従って、これらの種々の記録媒体に対応できる信号処理方法や信号処理デバイスを提供することが必要になってきている。このことは、記録媒体の記録特性を測定するような測定装置における信号処理で特に重要課題である。

しかし、面内記録と垂直記録の２つの記録方式では再生波形が異なるなどの点から、これらを共通に扱える信号処理方法に関する言及はほとんどなされていない。ただし、再生信号処理に関しては、以下のような方法で共通化することが提案されている。すなわち、単層垂直記録媒体の再生信号は、従来の面内記録の再生信号を微分したような波形であり、２層の垂直記録媒体の場合は積分した形式で与えられることが知られている。従って、その逆の積分あるいは微分の演算処理を行って、従来とほぼ同じ再生信号波形に戻し、従来の再生信号処理を利用しようとするものである。

これらの面内記録および垂直記録に関する信号処理の従来技術は、電子情報通信学会論文誌Ｃ-ＩＩ、第Ｊ８１-Ｃ-ＩＩ巻、第４号（１９９８年４月）の１〜２０頁において詳しく記載されている。

電子情報通信学会論文誌Ｃ-ＩＩ、第Ｊ８１-Ｃ-ＩＩ巻、第４号（１９９８年４月）１〜２０頁

本発明の目的は面内および垂直記録媒体に対応できる信号処理方法を提供することである。具体的には面内記録と垂直記録では非線形ビットシフトの現れ方が逆方向であるという新しい事実に基づいて、正規ビット位置に関して先行および遅延の両方向に記録補償ができる信号処理手段を用いることによって、面内および垂直記録媒体に対応できる信号処理デバイスを提供する。また、両記録媒体に適用可能な再生信号処理手段を提供する。

本発明では、ディジタル信号を磁気記録媒体に記録するに際し、記録信号がある条件を満たす場合、正規な信号反転位置に関して先行および遅延させることができる両方向記録補償手段を用いて記録する。

本発明によって面内あるいは垂直記録媒体を組み込んだ磁気ディスク装置のいずれの場合にも共通に利用できる信号処理半導体デバイスが提供できるので、そのデバイスコストは大量生産によって大きく削減される可能性が高い。また、面内および、垂直記録媒体を本発明による共通の信号処理デバイスで評価できるので、評価の精度が上げられ、記録媒体の選択を容易にする。開発コストの削減に寄与する。

図１は本発明の一実施例における面内および垂直記録媒体に共用できる記録信号処理の信号系統図である。また、図２はそれに対応する読出し側の信号系統図である。

記録すべきディジタル信号Ｄｉｎはそれに同期したクロック信号Ｃと共に記録側信号処理半導体デバイスＩＣ-Ｗに入力される。ＩＣ-Ｗは、面内あるいは垂直記録に適切な記録符号化手段１と、上記記録符号化手段１の出力信号ＣＣの信号反転位置を正規の位置から遅延あるいは先行させることができる両方向記録補償手段２からなる。記録補償を受けた出力信号ＣＲは記録増幅手段３を介し、記録ヘッド（図示せず）によって記録媒体４に記録される。

読み出しにおいて記録媒体４から読み出しヘッド（図示せず）を介して得られた読み出し信号は、所定の信号振幅まで再生増幅手段５によって増幅される。その出力信号は再生等化手段６によって、記録過程、読み出し過程で受けた伝達特性を補償すると共に、読み出し信号から記録信号ＣＣを検出するための所定の波形応答になるように補正される。

記録過程、読み出し過程で混入した雑音を含む等化後の信号は検出手段７によって、元の記録信号ＣＣに対し最も確からしい検出信号を出力する。この出力信号を記録符号化の逆の変換を行う復号化手段８によって元のディジタル信号Ｄｉｎ^＊を得る。符号誤りが含まれているので、^＊印を付けて区別している。

面内および垂直記録に共用できる両方向記録補償手段２についてさらに詳しく説明する前に、図３を用いて、記録補償と非線形ビットシフトの関係、面内および垂直記録における非線形ビットシフトの特性について述べる。

同図の（Ｌ-１）は記録符号化手段１の出力信号の１部を示している。Ｔｃはビット間隔を示しており、最短の信号反転間隔に相当する。この（Ｌ-１）信号のまま、記録補償なしで、面内記録媒体に記録すると、読み出し信号は（Ｌ-２）に示すように、直前に信号反転のある反転位置ｂ１、ｂ２が前方に移動、すなわちビットシフトする。その他の反転位置は移動しない。このようにある条件の時だけビットシフトが起こるので、非線形ビットシフトと呼ばれる。

読み出し側の再生等化手段６や検出手段７は、このような非線形の妨害に対処できない。このため、記録側で、非線形の妨害が発生しないような対処が必要である。この処理を記録補償と呼んでいる。具体的には、記録信号系列ＣＣの中からあらかじめ非線形ビットシフトの発生が予想される反転位置ｂ１、ｂ２を検出し、その反転位置を非線形ビットシフトの逆の方向にシフトさせ、すなわち（Ｌ-３）のように記録補償された信号ＣＲを形成し、記録する。その結果、読み出し側では（Ｌ-１）に近い読み出し波形を得ることができる。

一方、垂直記録媒体では、非線形ビットシフトの量は面内記録に比べて少ないことが特徴であるが、詳しく調べると、非線形ビットシフトの方向が面内記録の場合と逆に現れることが判明した。すなわち、記録補償前の元の信号系列が（Ｐ-１）で与えられると、記録補償なしで記録すると、（Ｐ-２）で示されるような読み出し信号となり、面内と逆方向である。このため、垂直記録では記録補償手段によって（Ｐ-３）で与えられる記録信号が必要となる。

面内記録および垂直記録に共用できる記録補償手段２の詳細な回路系統図の実施例を図４に示す。また、図５に図４の各部の波形を示す。

記録符号化手段１の出力信号は、Ｄ型フリップフロップ（以下Ｄ-ＦＦ）２-１で受けられ、ＣＣ信号となる。記録符号の１はハイレベル、０はローレベルで表されるＮＲＺ信号である。Ｄ-ＦＦ２-２で１クロック遅延され、ＡＮＤ回路２-３によって、１が連続する個所を検出し、制御信号ＳＷを発生させる。一方、記録符号の１と０に応じてNRZI形式の記録信号を発生させるために、まず、Ｄ-ＦＦ２-１０にＣＣ信号が入力され、正規の位置で反転する信号（Ｌ-１）を形成する。

信号（Ｌ-１）は僅かな遅延時間を有するバッファ回路２-１１、２-１２、２-１３、２-１４、２-１５に次々入力される。選択信号Ｓの値（Ｓ-Ｌ）に応じてスイッチ回路２-１６は各バッファ回路の出力の内から１つの信号を選択し、信号（Ｌ-１）に比べ、所定の遅延時間を有する信号Ｄ（Ｌ-１）を出力する。ＳＷ信号がハイのときだけ、（Ｌ-１）信号とＤ（Ｌ-１）信号を入れ替えることによって、記録補償した記録信号（Ｌ-３）が得られる。

このため、面内記録媒体では媒体選択信号ＭｓｗはＭｓｗ＝１（ハイレベル）に設定され、バッファ２-５、ＡＮＤ回路２-８、ＯＲ回路２-９を介してＳＷ信号が出力される。ＳＷ信号はさらに、遅延回路２-１７によって遅延され、切り替え信号ＳＷ-Ｌとなる。遅延されたＳＷ-Ｌ信号を用いることによって、各信号の立ち上がりや立ち下がり部分では切り替わらないようにしている。この結果、スイッチ２-１８の出力として、（Ｌ-３）信号が形成され、面内記録における記録補償された記録信号ＣＲを得る。

垂直記録媒体を用いるときは、制御信号ＳＷを反転したものを利用する。このため、媒体選択信号はＭｓｗ＝０（ローレベル）とし、反転回路２-６によって、ＡＮＤ回路２-７の１つの入力端をハイレベルに固定する。この結果、制御信号ＳＷは反転バッファ２-４、ＡＮＤ回路２-７およびＯＲ回路２-９を介し、さらに遅延回路２-１７を通った信号ＳＷ-Ｐによって、スイッチ２-１８を制御する。よって、信号ＳＷ-Ｐがハイのとき、Ｄ（Ｌ-１）信号が選択され、ローのとき、（Ｌ-１）信号が選択される。この結果、等価的に、図３で説明した垂直記録用（Ｐ-３）信号が得られる。ただし、Ｄ（Ｌ-１）信号の遅延時間は選択信号Ｓの値を変えて、垂直記録に合った値Ｓ-Ｐに設定し直す。

以上、両方向記録補償手段２を用いることによって、面内および、垂直媒体に共通に使用できる記録回路系が実現できる。

図６は別の実施例である。ただし、図５と結線方法を変えたもので、基本的には同じ考えの記録補償手段である。図５と同じ機能素子は同じ番号で示している。図６では基準となる信号出力をバッファ２-１１から２-１５の中央に位置するバッファの出力（Ｌ-１）ｃとする。スイッチ２-１６では面内あるいは垂直記録に応じて、バッファ出力（Ｌ-１）ｃに対して遅延または先行するバッファ出力を選択する。選択を設定する値がＳ-Ｌ（面内）またはＳ-Ｐ（垂直）として与えられる。

読み出し側では以下示すトランスバーサルフィルタのフィルタ係数を変えることによって面内、垂直記録共に同じ回路形式で対処できる。

図７は再生等化手段６の具体的な回路構成である。アナログフィルタ６-１は信号帯域外の不必要な雑音を取り除くために挿入されている。高速でしかも精度の高い信号処理演算を行うため、連続的なアナログ信号はアナログ／ディジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ）６-２によって離散的なディジタル信号系列に変換される。

再生等化手段６は上述したように、記録過程、読み出し過程で受けた伝達特性を補償すると共に、読み出し信号から記録信号ＣＣを検出するための所定の波形応答になるように、周波数および位相の補正がなされる。

この実現手段は図７で示されるトランスバーサルフィルタである。トランスバーサルフィルタはＡ／Ｄのクロックに対応する時間遅延を有するｎ個のラッチ回路６-３-１から６-３-ｎ、各ラッチ回路に付随するｎ個の係数掛け算回路６-４-１〜６-４-ｎ、さらに、各係数掛け算回路の出力の合計を求める加算回路群６-５から成る。各係数掛け算回路に与える係数ｃ０〜ｃｎの所定値は面内あるいは垂直記録かのいずれの記録を選ぶかによって変更する。係数の個数はｎ＝１０から１５が適切な値であるが、記録密度が高くなると共に、大きく設定する必要がある。

図８は別の面内、垂直記録に共用できる再生等化手段および検出手段を含む判定帰還型等化手段である。読み出し信号は前置フィルタ（以下、ＦＦＦ）９-１によって所定の波形応答になるように補正される。このＦＦＦも図７に示したようにトランスバーサルフィルタの構成である。所定の波形応答とは、孤立パルスが記録され、それを読み出す場合に、当該パルスのビットの応答が所定値（例えば１になるようにすると共に、パルスの先行部分には応答がなく、パルスの後方部分にすべての干渉成分が発生するようにＦＦＦ９-１の各フィルタ係数を設定回路９-１-Ｓによって設定する。判定帰還型等化手段ではすでに検出された信号から、上述の干渉応答をフィードバックフィルタ（以下、ＦＢＦ）９-４によって作製し、加算回路９-２を介して、ＦＦＦ９-１からの干渉成分を除去する。検出回路９-３では干渉が除去された信号から元の記録信号ＣＣを検出する。面内、垂直記録ともに、各フィルタ９-１、９-４の各係数を各記録方式に合わせて設定回路９-１-Ｓおよび９-４-Ｓによって設定すればよい。設定方法は検出後の誤り率が最も少なくなるように、各係数の最適値を求める。

以上、面内および垂直記録に共用できる記録、および再生手段について述べた。以下、各手段で用いる方式について言及する。

まず、記録符号化では、高密度、高速記録が要求されるので、記録信号の磁化反転間隔が大きく設定できる方式が望まれる。従って、信号１で磁化反転、０では磁化反転しないとするNRZI規則の記録符号化において、１と１の間に含まれる０の最少個数ｄがｄ＝１である記録符号化を選択する。

再生等化では図７の回路系を用いる場合、目標となるチャネル特性が１＋Ｄ−Ｄ²−Ｄ³あるいは１＋２Ｄ−２Ｄ⁴−Ｄ⁵で表されるいわゆるＥＰＲまたはＥＥＰＲが選択される。ただし、Ｄは読み出し信号のビット間隔に相当する遅延を示す遅延演算子である。図８の判定帰還型もこの形式で表現すると、ＦＦＦの目標チャネル特性は１＋ｋ１Ｄ＋ｋ２Ｄ²＋ｋ３Ｄ³＋．．．である。ただし、ｋ１、ｋ２、ｋ３などは係数値である。

なお、半導体の微細プロセスが進展すると共に、許容される回路規模が大きくなるので、上記の例に制限されることなく、さらに複雑な目標チャネル特性が選択されても本発明の範囲内であることは言うまでもない。

また、上の実施例では非線形ビットシフトの存在が、直前に信号反転がある場合という条件についてのべたが、さらに精度よい記録補償をするには、記録符号における別の条件を検出し、所定の記録補償を行えばよい。このことは容易に類推できるので、これらに関することも本発明の範囲内である。

さらに、実施例では面内と垂直記録が兼用される時期の場合を想定しているが、垂直記録に完全に移行したときは、垂直記録だけの記録補償となるが、それに関する方式も本発明の範囲内である。

本発明の一実施例における記録信号の処理系統図。 本発明の一実施例における読出し側の信号の処理系統図。 非線形ビットシフトの説明図。 本発明の両方向記録補償手段の論理回路図。 図４における各部の信号波形図。 両方向記録補償手段の他の実施例の論理回路図。 本発明に好適な再生等化手段の一例を示す回路ブロック図。 本発明に好適な再生等化手段の他の実施例の回路ブロック図。

符号の説明

１…記録符号化手段、２…両方向記録補償手段、３…記録増幅手段、４…記録媒体、５…再生増幅手段、６…再生等化手段、７…検出手段、８…復号化手段。

Claims (3)

1. ディジタルデータを記録符号化する記録符号化手段を備え、当該記録符号化手段により符号化された０，１の記録符号を記録電流駆動回路及び記録ヘッドを介して磁化反転の有無に対応付けて、記録ビットとして磁気記録媒体に記録する機能を有する信号処理デバイスにおいて、
   前記０，１の記録符号中の１が連続する箇所に対して、
   前記磁気記録媒体が面内記録媒体の場合には、磁化反転位置の後続ビットに対応する磁化反転位置を正規の磁化反転位置より遅延させ、
   前記磁気記録媒体が垂直記録媒体の場合には、磁化反転位置の後続ビットに対応する磁化反転位置を正規の磁化反転位置より早める記録補償を行う手段を備えたことを特徴とする信号処理デバイス。
2. 請求項１に記載の信号処理デバイスにおいて、前記記録符号化手段は、NRZI規則の記録符号化における１と１の間に含まれる０の最小個数ｄがｄ＝１である符号化規則に基づき前記符号化を実行することを特徴とする信号処理デバイス。
3. 請求項１または２に記載の信号処理デバイスを備えたことを特徴とする磁気ディスク装置。

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