JP4077993B2

JP4077993B2 - 性能評価方法及び性能評価装置並びにこれらを用いた記録再生装置

Info

Publication number: JP4077993B2
Application number: JP21633499A
Authority: JP
Inventors: 直喜佐藤; 安幸伊藤; 章彦平野; 輝実高師; 幹夫鈴木
Original assignee: Hitachi Advanced Digital Inc
Current assignee: Hitachi Advanced Digital Inc
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: JP2001043144A; US6697976B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、パリティーコードや、MTRコード等を内蔵した、高性能チャネルの性能評価において、誤り訂正後のイベントセクタエラーレートを正確に推定できる性能評価装置と性能評価方法及びこれらを用いた記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図10は、最近の磁気ディスク装置用に開発されたリードライトチャネルのコードを用いて、データセクタのイベントエラーレートの１セクタ（512Byte）中のエラー数依存性を評価したものである。評価に使用したコードは３種類（code１〜３）である。どのコードでもエラー数が多くなるに従って、イベントエラーレートは低下するが、低下する程度はコードにより異なる。また、図示はしないが最もエラー頻度が高い、１〜２Byteのイベントエラー頻度（ほぼBER（後述）に対応する）も異なっている。
【０００３】
BER（バイトエラーレート）の評価は、イベントエラーレート×エラー数を各エラー数毎に求めた値を和した数値、つまり図10を積分した値を求め、この値が小さい方がBERが良好となる。各コード毎にこの値を求めると、code１は（3E-03×1+4E-03×２）/512=3E-05となる（512で除するのは1セクタ（512byte）中のエラー数だからである）。同様にcode２は（3E-02×1+4E-02×２）/512=2E-04、code３は（3E-02×1+1E-02×２）/512=1E-04となり、BERで最も良好なコードはcode１であった。しかし、１セクタ当たりのエラー数が３Bytesを超えるEER（Event Error Rate）の評価ではcode３が最も良好である。
【０００４】
実際の磁気ディスク装置では、R/W Channelの後段に誤り訂正回路（ECC：Error Correction code）を設けるので、ECCの訂正能力の違いで、最良のcodeの選択基準が変わることになる。概ね、ECCの訂正能力が低い場合は、code１が有効であり、ECCの訂正能力が高い場合には、code３の方が有利であると推定される。しかし、更に言えば、１セクタ中のエラーの出方は幾通りも考えられるので、エラーの出方によっては、同一エラー数であってもECCで訂正できない場合が発生する。
【０００５】
ECCでは、NRZ read Dateをインタリーブすることで、１インタリーブ当たりのデータ長を255Bytes以内に収めている。現在磁気ディスク装置に適用されているECCのインタリーブ数は、概ね３〜４であり、１インタリーブ当たりのハード訂正可能なバイト数は、４〜５Bytes程度である。この１インタリーブ当たりのハード訂正可能なバイト数を、各インタリーブのいずれかで超えると、ハード訂正できない為にリトライ（再リード動作）が発生する。リトライするには、必ず磁気ディスクの１回転に要する時間のロスが生じ、装置のパフォーマンスを低下させることになる。
【０００６】
図11に、３インタリーブの構成で、７Bytesのエラー発生時のエラーの発生のパターン例を示す。(１)の様にエラーが集中する場合は、１インタリーブにエラーが集中することはない。しかし、複数の箇所でエラーが発生する(２)、(３)の場合のようにＤＩ−１（データインタリーブ−１）に集中する可能性がでてくる。(３)の様なエラーの出方の頻度が高い場合は、１インタリーブ当たり７Bytesの訂正能力が必要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これまでのBERや１セクタ中のエラー数を評価しただけでは、ECC後で最も有効なコードを選択したり、ECCの詳細構成（必要な訂正バイト数やインタリーブ数）ができないことになる。このため、これまでECC構成を含めた性能評価は、装置レベルの評価に頼らざるを得なかった。しかし、近年のコード技術の進歩はLSIの微細プロセス化に伴ってめざましいものがあり、迅速かつ適切な評価をしないと誤った判断をしかねない。
【０００８】
近年に開発された、"A New Target Response with Parity Coding for High Density Magnetic Recording Channels"、IEEE TRANSACTION ON MAGNETICS, Vol.34 No.4, July 1998に記載のGCR（Group Coded Recording）＋パリティーコード等では、コード自身に訂正能力を持つためにBERは改善するが、誤訂正が発生することによるECCへの影響が懸念される。また、磁化の最大連続数を規定する、"Maximum Trasition Run code for Data Storage Systems"、IEEE TRANSACTION ON MAGNETICS, Vol.32 No.5, September 1996に記載のMTR（Maximum Trasition Recording）コード等では、BER改善は少ないものの、磁化の連続数を規定しているためディスク雑音等の影響を受けにくく、長いエラーが発生しにくいといった特徴を有している。この他にも、通信の分野で実用化されたターボコードの応用等の新しいコードの開発も急速に進展している。これらの新しいコードを含めた装置性能を、ECCの効果も含めて迅速に評価することは、装置開発にとって、極めて重要となっている。
【０００９】
本発明の目的は、パリティーコードやMTRコード等の高性能コードを含むリードライトチャネルの性能評価において、ECC後のイベントセクタエラーレートを、実際にECCを適用することなく正確に予測できる評価装置と評価方法を提供し、装置として許容できるリトライ頻度に対応した、インタリーブ数やECC長を早期に明確化することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、データ復調後のデータ処理において、インタリーブ数（Ni）とインタリーブ当たりのエラー数の閾値（Th）とを設定し、検出したエラーをインタリーブし、このインタリーブされたエラーをデータセクタ内で各インタリーブ毎にカウントし、データセクタ毎にこのカウント数が閾値を超えた時に、超えたことをカウントする性能評価方法とする。
【００１１】
或いは、メモリに記録されたユーザデータとリードライトチャネルから出力されたリードデータとを比較しエラーを検出するエラー検出手段と、このエラー検出手段で検出したエラーをインタリーブするエラーインタリーブ手段と、エラーをカウントする第一のカウント手段と、この第一のカウント手段のカウント値が設定した閾値を超えた回数をカウントする第二のカウント手段とを備えた性能評価装置とする。
【００１２】
また或いは、情報記録媒体と、この情報記録媒体の情報を読み／書きするヘッドと、このヘッドを情報記録媒体を移動させるアクチュエータと、ヘッドで読み取った再生波形を増幅する増幅手段と、再生波形から復調する信号手段とを有する記録再生装置であって、信号手段から出力されたリードデータとメモリに記録されたユーザデータとを比較しエラーを検出するエラー検出手段と、このエラー検出手段で検出したエラーをインタリーブするエラーインタリーブ手段と、このインタリーブ手段によりインタリーブされたエラーをカウントする第一のカウント手段と、インタリーブ手段当たりのエラー数の閾値を設定する設定手段と、第一のカウント手段のカウント値が閾値を超えた回数をカウントする第二のカウント手段とを備えたものとする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図６に磁気ディスク装置の記録再生評価装置の構成の一例を示す。記録再生評価装置は、情報記録媒体である磁気ディスク２と、磁気ディスク２に情報を読み／書きする磁気ヘッド１と、磁気ヘッド１を磁気ディスク２の記録位置に移動させるアクチュエータ３と、アクチュエータ３近傍に取り付けられ磁気ヘッドで読み取ったアナログ再生波形を増幅する手段であるR/W IC４と、磁気ディスク２を回転させるスピンドルモータ５と、アナログ再生波形からバイト復調する信号手段であるリードライトチャネル（R/W Channel）31と、性能評価装置であるエラーアナライザ40とから構成される。
【００１４】
エラーアナライザ40はBER（Byte Error Rate）Calculator41と記録再生シーケンサ（R/W Sequencer）42と、記録データ発生器（Write gen）44を機能として有するFGPA（Field Programmable Gate Array）で構成され、機能を規定するプログラムは、これに接続されるＰＣ（パーソナルコンピュータ）50によって設定される。また、アクチュエータ３は、ＰＣ50を介してHead Position Control52で制御され、モータ５は、ＰＣ50を介してMotor Control51で制御される。
【００１５】
ここで、BER Calculator41の構成／動作を簡単に説明する。
【００１６】
図７に示す様に、リードライトチャネル31からは、リードデータ（NRZ read data）103とリードデータ103に同期したクロック（RCLK）102とユーザーデータの開始を示すSBD（Sync Byte Detect）101とが出力される。
【００１７】
図８にBER Calculator41の具体的な構成を示す。BER Calculator41では、Byte Compare109で記録したユーザーデータを記録しているData RAM108のデータと比較し、一致しない時にError Count105-1のCounter107をカウントアップさせ、同時にSBD Count107でSBD101の数もカウントする構成である。
【００１８】
Error Count105-1のカウント値がＮ１、SBD Count107のカウント値がN sbd、データセクタ当たりのデータバイト数をN byteとすると、バイトエラーレート（BER）は、BER＝Ｎ１／（N sbd×N byte）で計算される。
【００１９】
このCalculatorを拡張した構成を図９に示す。１セクタ中のエラー数が設定手段（図示せず）により指定した閾値を超えるセクタをカウントし、この比率を測定する。図９のError Count105-1のカウント値Ｎ１とエラー閾値（Error Threshold）130とをSBD101の立ち下がりで比較手段である比較器115を含むError Compare112-1において比較し、測定したデータセクタでのエラー数Ｎ１がエラー閾値130を超えた場合にError Count105-2でカウントし、SBD101の立ち上がりで前段のError Count105-1のCounter107をリセットする構成である。
【００２０】
Error Count105-2のカウント値をＮ２、SBD Count107のカウント値がN sbdとすると、エラー閾値130を超えるセクタのイベントエラーレート（Event Error Rate：EER）は、EER＝Ｎ２／N sbdで計算される。この機能を使うことで、データセクタのイベントエラーレートの１データセクタ中のエラー数依存性を評価できる。
【００２１】
図１に本願発明を適用したエラーアナライザ40の構成を示す。図７で説明したように、リードライトチャネル31からは、リードデータ103とこれに同期したクロック（RCLK）102とユーザーデータの開始を示すSBD（Sync Byte Detect）101とが出力される。BER Calculator41では、Byte Compare104で、記録したユーザーデータを記録しているメモリであるData RAM108のデータとリードデータ103とをエラー検出手段である比較器109で比較して、エラーバイトを検出する。
【００２２】
検出されたエラーは、エラーインターリーブ手段（Error Interleave）110の振り分け手段であるNi step Ring OSC113とANDゲート114とでインタリーブ毎のエラーに分類され、後段のError Count105-4のCounter107（第一のカウンター）をカウントアップさせる。ここでNiは、設定手段（図示せず）により設定したECCのインタリーブ数に対応する。また、SBD101の立ち上がりで、Error Count105-4のCounter107をリセット（reset）するようにする。
【００２３】
更に後段のECC Estimator43では、SBD101が閉じた時点で、インタリーブ毎のカウント値（N1-1〜N1-ni）とインターリーブエラー閾値（Interleave Error Threshold）131とをError Compare112-2の比較器115で比較し、カウント値（N1-1〜N1-ni）が超えているインタリーブがあるかどうかを論理和116で検出し、検出結果でError Count105-5のCounter107（第二のカウンター）をカウントアップする。これらの動作と同時にSBD Count107でSBD101の数もカウントする構成である。
【００２４】
ECC Estimator43のError Count105-5のカウント値をN3、SBD Count107のカウント値をN sbdとすると、Interleave Error Threshold131を超えるInterleaved Event Error Rate（IEER）は、IEER＝N3／N sbdで計算される。このIEERが、想定されるECCでのリードしたセクタ数に対するリトライ頻度に相当する。
【００２５】
従って、IEERを評価することで、実際の装置等でECCを適用して評価する前に、適用しようとするECCの最適なインタリーブ数、インタリーブ当たりの訂正バイト数を決定することが可能となる。
【００２６】
尚、BER Calculator41内のCounterN1-1〜N1-niを、SBD101の立ち上がりでリセット（reset）する前に別のCounterで積算する様にすれば、BER（バイトエラーレート）の同時評価が可能となる。また、インタリーブ数Niを１に設定すれば、従来技術での評価の１セクタ中のエラー数が評価できる。
【００２７】
本実施例の構成で、図10に示した様な特性を有する３種類のコードについて、３インタリーブでの評価を行った。評価結果を図２に示す。横軸には図10とは異なり１インタリーブ当たりのエラー数を採り、縦軸には図10と同じくセクタのイベントエラーレートを採っている。
【００２８】
評価した各コードの中では、エラー数の増加に対するイベントエラーレートの低下の割合（図の傾きの割合）が、code１、code２が2桁弱／Byteであるのに対して、code３は2桁強／Byteである。またエラー数３Byte以上では、code３が最もイベントエラーレートが低い（エラー数４におけるcode３のイベントエラーレートは図示していないが、エラー数４におけるレートから2桁強小さくなりcode１より小さい値を示す）。即ち適用するECCのインタリーブ当たりの訂正バイト数（エラー数）が３以上であれば、code３を選択した場合がECC後のエラー頻度で最小であることが判る。
【００２９】
従って、装置に適用する際には、code３と３バイト／インタリーブ以上の訂正能力が期待できるECCを採用すればよい。ここでは示していないが、同様にインタリーブ数を変えての検討も可能であり、ECCとして付加するデータ量の最も少ないインタリーブ数とECC長との組み合わせを選択すればよい。
【００３０】
図３に、磁気ディスク装置の記録再生評価装置に適用した実施例を示す。記録再生評価装置は、磁気ディスク２と磁気ヘッド１とアクチュエータ３とアクチュエータ３近傍に取り付けられたR/W IC４とスピンドルモータ５と、リードライトチャネル（R/W Channel）31と、FGPA（Field Programmable Gate Array）で構成されるエラーアナライザ40とからなる。ここで、エラーアナライザ40は、BER（Byte Error Rate）Calculator41と記録再生シーケンサ（R/W Sequencer）42と、第１の実施例に示したECC Estimator43と、記録データ発生器（Write gen）44とで構成され、機能を規定するProgramは、これに接続されるＰＣ（パーソナルコンピュータ）50によって設定される。また、アクチュエータ３はＰＣ50を介してHead Position Control52で制御され、モータ５は、ＰＣ50を介してMotor Control51で制御される。
【００３１】
本実施例によれば、磁気ヘッド１や磁気ディスク２の交換、R/W Channel31の変更によって、どのような機能を持ったECCが適切か、あるいはECC機能を特定した時に、どの程度のリトライ頻度になるか等が、記録再生評価装置での評価で判断できる。また、磁気ヘッド１をトラック幅方向にオフセットさせた時のエラーレートの低下特性（バケットカーブ、オフトラックマージン）も容易に評価できる。
【００３２】
図４に、HDD100にエラーアナライザ40を適用した実施例を示す。HDD100は、磁気ディスク２と磁気ヘッド１とアクチュエータ３とアクチュエータ３上に取り付けられたR/W IC４とスピンドルモータ５等からなるヘッドディスクアセンブリ（HDA）200、リードライトチャネル３１とハードディスクコントローラチップ（HDC）32とサーボ復調部33、マイクロプロセッサ（ＭＰ）34、ROM36、RAM37等からなるパッケージ基板（ＰＣＢ）300とで構成される。R/W Channel31とHDC32との間に、エラーアナライザ40を接続する構成である。データのR/Wに関係するR/W ChannelとR/W ICとの制御をエラーアナライザ40が実施し、サーボ関係の制御は装置上の機能を用いる。エラーアナライザ40の構成は図１に示した第１の実施例と同じである。
【００３３】
本実施例によれば、HDC32に機能不良が存在しても、実機上でHDC32内のECC動作を模擬したエラーレート評価が可能である。
【００３４】
また、エラーアナライザ40による評価結果と、HDC32を機能させての評価結果とを比較することにより、HDC32内のECCを含む部位の機能障害の有無や、HDC（ECC）変更による効果を予測できる。
【００３５】
更には、次機種で適用する予定の磁気ヘッド１や磁気ディスク２による改良効果が、高価な記録再生評価装置を用いることなく、磁気ヘッド１や磁気ディスク２を交換した前機種のHDDの機構系や回路系をそのまま用いて評価可能となる。これによって、装置開発のスピードアップも図ることが可能である。
【００３６】
図５は、HDD100にエラーアナライザ40を適用した実施例である。図４の実施例との違いは、データの記録再生に関係するR/W Channel39を外部にも設ける点である。エラーアナライザ40の構成は、図１に示した第１の実施例と同じである。サーボ関係の制御は装置上の機能を用いる。
【００３７】
本実施例によれば、図４の実施例による効果のほかに、R/W Channel39の変更による効果が確認でき、このR/W Channel39のコード等の機能／性能評価が、ECC機能を模擬したエラーアナライザ40との組み合わせで容易に可能となる。
【００３８】
尚、本発明によるエラーアナライザ40を、実機上のR/W Channel31内に組み込んでも良い。この際、図１に示したBER Calculator41内のData RAM108の回路規模が大きいことが内蔵の妨げとなるが、R/W Channel31内のデータスクランブラ機能と組み合わせることによって、少ないData RAM容量でも適用が可能となる。
【００３９】
また、実施例の説明では、バイトをエラー検出の単位としたが、ワード単位でも容易に実現できる。
【００４０】
更には、実施例では磁気記録再生装置としたが、光磁気ディスクや光ディスクといった違った形態の記録再生装置に適用できることも明らかである。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、パリティーコードやMTRコード等の高性能コードを含むリードライトチャネルの性能評価において、ECC後のイベントセクタエラーレートを、実際にECCを適用することなく正確に予測できる評価装置と評価方法を提供できる。更には、これによって、装置として許容できるリトライ頻度に対応した、ECCのインタリーブ数やECC長を早期に確定でき、装置開発のスピードアップが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例であるエラーアナライザの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例を用いてのコード毎の評価結果を示す図である。
【図３】本発明の実施例である磁気ディスク装置の記録再生評価装置の構成を示す図である。
【図４】磁気ディスク装置にエラーアナライザを適用した実施例を示す図である。
【図５】磁気ディスク装置にエラーアナライザを適用した実施例を示す図である。
【図６】磁気ディスク装置の記録再生評価装置の構成を示す図である。
【図７】磁気ディスク装置の記録再生評価装置の動作の説明図である。
【図８】エラーアナライザの構成の一例を示す図である。
【図９】エラーアナライザの構成のもう一つの例を示す図である。
【図１０】従来技術によるエラーアナライザを用いたコード性能比較結果を示す図である。
【図１１】７Bytesのエラー発生時のエラーの発生のパターン例を示す図である。
【符号の説明】
１…磁気ディスク、２…磁気ヘッド、３…アクチュエータ（Actuator）、
４…リード／ライトIC（R/WIC）、５…モータ（Motor）、
31…リードライトチャネル（R/W Channel）、
32…ハードディスクコントローラチップ（HDC）、
33…サーボPES復調部、34…マイクロプロセッサ（ＭＰ）、 36…ROM、
37…RAM、 40…エラーアナライザ、41…BER Calculator、
42…記録再生シーケンサ（R/W Sequencer）、
43…ECC Estimator、 44…Write generator、
50…PC、 51…Motor Control、 52…Head Position Control、
100…磁気ディスク装置（HDD）、101…Sync Byte Detect（SBD）、
102…クロック（RCLK）、103…リードデータ（NRZ read data）、
104…Byte Compare、 105…Error Count、107…Counter、
108…Data RAM、 109…比較器、
110…エラーインターリーブ（Error Interleave）、
112…Error Compare、 113…Ni step Ring OSC、114…ANDゲート、
115…比較器、 116…論理和、 130…エラー閾値、
131…インターリーブエラー閾値（Interleave Error Threshold）、
200…ハードディスクアセンブリ（HDA）、300…パッケージボード（PCB）。

Claims

インターリーブ構造のデータセクタに含まれるデータエラーを計測する性能評価方法において、
前記インターリーブの数及び前記データエラーの数の上限値を設定し、設定されたインターリーブの数に基づいて、データセクタを前記インターリーブに分解し、
インターリーブに分解されたデータセクタに含まれるデータエラーをカウントし、
前記カウントされたデータエラーの数と前記データエラーの数の上限値とを比較し、
前記データエラーの数が前記上限値を超えたことをカウントする性能評価方法。
メモリに記録されたユーザデータとリードライトチャネルから出力されたリードデータとを比較しエラーを検出するエラー検出手段と、
このエラー検出手段で検出したエラーをインタリーブするエラーインタリーブ手段と、
前記エラーをカウントする第一のカウント手段と、
この第一のカウント手段のカウント値が設定した閾値を超えた回数をカウントする第二のカウント手段とを備えた性能評価装置。
ユーザデータを記録するメモリと、
前記ユーザデータとリードチャネルから出力されたリードデータとを比較してエラーを検出するエラー検出手段と、
この検出されたエラーをインタリーブ毎に振り分ける振り分け手段と、
この振り分け手段により振り分けられたエラーをインタリーブするエラーインタリーブ手段と、
このインタリーブ手段によりインタリーブされたエラーを前記リードデータのセクタ内でインタリーブ毎にカウントする第一のカウント手段と、
前記インタリーブ手段当たりのエラー数の閾値を設定する設定手段と、
前記リードデータセクタ毎に前記第一のカウント手段の出力値が前記閾値を超えた出力をカウントする第二のカウント手段とを備えた性能評価装置。
ユーザデータの開始を示すシンクバイトディテクトをカウントする第三のカウント手段を更に設け、
前記第二のカウント手段のカウント値を前記第三のカウント手段のカウント値で除してインターリーブイベントエラーレートを求める請求項２または３に記載の性能評価装置。
情報記録媒体と、
この情報記録媒体の情報を読み／書きするヘッドと、
このヘッドを情報記録媒体で移動させるアクチュエータと、
前記ヘッドで読み取った再生波形を増幅する増幅手段と、
前記再生波形から復調する信号手段とを有する記録再生装置であって、
前記信号手段から出力されたリードデータとメモリに記録されたユーザデータとを比較しエラーを検出するエラー検出手段と、
このエラー検出手段で検出したエラーをインタリーブするエラーインタリーブ手段と、
このインタリーブ手段によりインタリーブされたエラーをカウントする第一のカウント手段と、
前記インタリーブ手段当たりのエラー数の閾値を設定する設定手段と、
前記第一のカウント手段のカウント値が前記閾値を超えた回数をカウントする第二のカウント手段とを備えた記録再生装置。