JP4118561B2 - 信号処理装置及び信号処理方法並びに情報記憶装置 - Google Patents

Description

本発明は、パーシャルレスポンスを利用した信号処理装置及び方法並びに情報記憶装置に関し、特に、入力符号に対して記録系で（１−Ｄ）のみの波形操作を行ったパーシャルレスポンスを利用して波形等化する信号処理装置及び信号処理方法並びに情報記憶装置に関する。

近年、磁気ディスク装置の記録密度が飛躍的に増大している。これは高感度なＭＲヘッド（磁気抵抗効果ヘッド）に負うところが大きい。また同時に信号処理が、従来のピーク検出から低Ｓ／Ｎ比でも再生可能なパーシャルレスポンス最尤検出（ＰＲＭＬ）が実用化されたことによるところが大きい。パーシャルレスポンス最尤検出は、パーシャルレスポンスを利用した波形干渉を取り除くと共に帯域の低減によりノイズを削減する。

即ち、パーシャルレスポンス最尤検出は、磁気ディスク装置の記録再生系をパーシャルレスポンス系としてナイキスト等化を行うもので、ナイキスト等化器の伝達特性としてコサインロールオフ特性が知られており、符号で決まる最高周波数の１／２をナイキスト周波数としている。パーシャルレスポンス系の波形操作の変換多項式は、
Ｕ（ｔ）＝（１−Ｄ）×（１＋Ｄ）^m
但し、Ｄは１ビット遅延を示す遅延演算子、ｍは正の整数
で表される。この内、磁気ディスク装置には、ｍ＝１となるパーシャルレスポンス・クラス４（ＰＲ４）が一般に使用される。

このパーシャルレスポンス・クラス４の最尤検出、所謂ＰＲ４ＭＬは、入力符号に、
Ｕ（ｔ）＝（１−Ｄ）×（１＋Ｄ）
の波形操作を磁気ディスクに対する記録再生で施した後、ビタビアルゴリズムによる最尤検出によりノイズ等による再生誤りを訂正するものである。

図１は、ＰＲ４ＭＬによる従来の信号処理装置のブロック図である。この信号処理装置１００は、プリコーダ１０２，ＮＲＺＩ記録系１０４、微分検出部１０６、磁気再生系１０８、イコライザ１１０、レベル検出部１１２、最尤検出部１１４から構成される。プリコーダ１０２には、入力符号として例えば８／９ＲＬＬ符号が入力され、１／（１＋Ｄ）のプリコードを行う。ＮＲＺＩ記録系１０４は、プリコーダ１０２でプリコードされたＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）符号をＮＲＺＩ（Ｎｏｎ−Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ
Ｚｅｒｏ Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ）符号に変換し、ステップ状の記録電流によりライトヘッドで磁気ディスクに記録する。微分検出部１０６は、磁気ディスクの磁気記録をリードヘッドにより読み出し、記録信号の微分波形となるインパルス波形を検出する。

磁気再生系１０８は、微分検出部１０６のインパルス応答をもつ再生波形を増幅する。イコライザ１１０は、磁気再生系１０８からの再生波形に対し、ナイキスト等化と（１＋Ｄ）の波形操作を行うように等化する。レベル検出部１１２は、イコライザ１１０の出力波形をレベル比較し、＋１，０，−１の３値のレベル信号を得る。最尤検出部１１４は、レベル検出した信号のエラー訂正をビダビアルゴリズムに従って行う。図２は、ＰＲ４ＭＬに用いられる（１＋Ｄ）伝達特性であり、この（１＋Ｄ）伝達特性はローパスフィルタを構成しており、高周波領域のノイズが低減される。

特願平１０−３２８４４６号公報

しかしながら、このような従来のＰＲ４ＭＬにあっては、８／９ＲＬＬ符号を用いているため、ピーク検出を行っている１／７ＲＬＬ符号と同等の記録密度を得るためには記録周波数が１／７ＲＬＬ符号の記録周波数に比べて高くなり、記録電流波形の歪み及び非線形な歪みによるビットシフト（ＮＬＴＳ）が発生し、再生時のエラーレートを劣化させ、また、回路が複雑になる問題点があった。

一方、ピーク検出は、１／７ＲＬＬ符号等を用いるため記録周波数がＰＲＭＬに比べ低くすることができるが、ウインドウ内での信号ピークの有無でデータを判別するため最尤検出の実現が困難である等の問題点があった。

そこで本願発明者等にあっては、（１＋Ｄ）の波形操作をせずに最尤検出回路を実現した（１−Ｄ）パーシャルレスポンス信号処理方法を提案している。

一方、日本国特許公開公報の特開平６−１３９６９９号にあっては、高域の不要な雑音成分を抑圧して検出点における信号対雑音比が改善されたＥＰＲ４等化を行う磁気再生装置を提供するため、再生系として、周波数特性が

の低域通過フィルタと、記録から再生までの周波数特性Ｈ（ω）としたときの周波数特性が

の等化フィルタと、ＥＰＲ４ＭＬのビタビ復号器により構成している。

この磁気再生装置は、本願発明者が既に提案している特願平１０−３２８４４６号のものが記録系で（１−Ｄ）の波形操作を行っているのに対し、再生系での微分特性を利用して（１−Ｄ）の波形操作を行っており、回路構成が複雑になる問題がある。

本発明は、パーシャルレスポンスを利用した最尤検出について、記録周波数を高くすることなく、記録電流波形の歪みの改善と非線形シフト（ＮＬＴＳ）の低減を簡単な構成で実現する信号処理装置、信号処理方法並びに情報記録装置を提供することを目的とする。

また本発明は、ピーク検出について、再生エラーレートを下げ、記録密度を向上し、記録周波数を高くすることなく、記録電流波形の歪みの改善と非線形シフト（ＮＬＴＳ）の低減を簡単な構成で実現する信号処理装置、信号処理方法並びに情報記録装置を提供することを目的とする。

本発明は、パーシャルレスポンスを対象に信号処理を行う信号処理装置であって、入力符号に対して（１−Ｄ）の波形処理を施す符号処理部と、符号処理部の波形処理で得られた符号列を、符号で決まる最高周波数の１／４をナイキスト周波数ｆｎとしてナイキスト等化する等化部とを設けたことを特徴とする。

また、等化部でナイキスト等化された符号列に対して最尤検出を行う最尤検出部を設ける。最尤検出部は、ナイキスト等化波形の−１，０，＋１の３値により符号を最尤検出する。更に、入力データを１／７ＲＬＬ符号や２／７ＲＬＬ符号等の記録周波数の低い符号に変換して符号処理部に供給する符号化部を設ける。

このように本発明は、入力符号で決まる最高周波数の１／４をナイキスト周波数ｆｎとするナイキスト等化特性を通過全帯域に亘ってコサインロールオフ特性とする狭帯域（１−Ｄ）パーシャルレスポンスとして等化波形を生成し、これによりピーク検出と同等の低い記録周波数で記録して、記録電流波形の歪み及び非線形な歪みによるビットシフトである非線形シフト（ＮＬＴＳ）を除き、最尤検出を可能とすることで再生時のエラーレートを向上できる。

また、等化部でナイキスト等化された符号列に対しピーク検出を行うピーク検出部を設けてもよく、このピーク検出についても、符号で決まる最高周波数の１／４をナイキスト周波数とするナイキスト等化特性を通過全帯域に亘ってコサインロールオフ特性とする狭帯域（１−Ｄ）パーシャルレスポンスとし、これによりピーク検出と同等の低い記録周波数で記録して、記録電流波形の歪み及び非線形な歪みによるビットシフトである非線形シフト（ＮＬＴＳ）を除き、ピーク検出による再生時のエラーレートを向上できる。

また本発明は、パーシャルレスポンス系を対象に信号処理を行う信号処理方法であって、入力符号に対して（１−Ｄ）の波形処理を施す符号処理過程と、符号処理部の波形処理で得られた符号列を、符号で決まる最高周波数の１／４をナイキスト周波数ｆｎとしてナイキスト等化する等化過程とを備えたことを特徴とする。この場合にも、更に、等化過程でナイキスト等化された符号列に対して最尤検出を行う最尤検出過程を設ける。最尤検出過程は、ナイキスト等化波形の３値または５値により符号を最尤検出する。

更に、入力データを１／７ＲＬＬ符号や２／７ＲＬＬ符号等の記録周波数の低い符号に変換して符号処理過程に供給する符号化過程を設ける。また等化過程でナイキスト等化された符号列に対しピーク検出を行うピーク検出過程を設けてもよい。

更に本発明は、パーシャルレスポンス系を対象に信号処理を記録媒体を介して行う情報記憶装置であって、ＲＺ入力符号をＮＲＺＩ符号に変換して記録媒体にライトヘッドで記録することにより（１−Ｄ）の波形処理、即ち
｛１／（１−Ｄ）｝・（１−Ｄ）
の演算をＲＺ入力符号に施す記録部と、記録媒体からリードヘッドにより再生された再生符号に対し、ＲＺ入力符号で決まる最高周波数の１／４をナイキスト周波数ｆｎとするコサインロールオフ特性を、磁気再生系の伝達特性で割って得た等化伝達特性によりナイキスト等化する等化部と備えたことを特徴とする。

更に、等化部でナイキスト等化された再生符号列に対して最尤検出を行う最尤検出部を設ける。最尤検出部は、ナイキスト等化波形の３値または５値により符号を最尤検出する。また、入力データを１／７ＲＬＬ符号や２／７ＲＬＬ符号等の記録周波数の低い符号に変換して記録部に供給する符号化部を設ける。

また等化部でナイキスト等化された再生符号列に対しピーク検出を行うピーク検出部を設けてもよい。

最尤検出を用いた本発明の狭帯域（１−Ｄ）パーシャルレスポンス信号処理によれば、入力符号に対し記録系で（１−Ｄ）の波形処理を施して得られた符号列を符号で決まる最高周波数の１／４をナイキスト周波数ｆｎとしたナイキスト帯域の設定で、低Ｓ／Ｎとすることができ、記録密度を大幅に向上し、更に記録電流波形の歪みを少なくして非線形シフト（ＮＬＴＳ）が少ない比較的低い記録周波数で最尤検出を実現できる。

また本発明のピーク検出による狭帯域（１−Ｄ）パーシャルレスポンス信号処理にあっては、最尤検出の場合と同様、より低Ｓ／Ｎとすることができ、記録密度を大幅に向上できる。また記録電流波形の歪みが少ないため、非線形シフト（ＮＬＴＳ）が少ない比較的低い記録周波数での記録密度を向上することができる。

また本発明の狭帯域（１−Ｄ）パーシャルレスポンス信号処理における記録系のライトコンペンセーションアルゴリズムは、従来のピーク検出による信号処理でのパターン効果補償型から非線形歪み（ＮＬＴＳ）型に変わるだけであり、回路構成の変更は少ない。またライトコンペンセーション回路による補償量が軽微またはない場合は、ピーク検出による本発明の狭帯域（１−Ｄ）パーシャルレスポンス信号処理によって再生すれば、エラーレートの低い高信頼性の再生ができる。

図３は、本発明が適用されるハードディスクドライブのブロック図である。図３において、磁気ディスク装置として知られたハードディスクドライブ（ＨＤＤ）は、ディスクエンクロージャ１０とコントロールボード１２で構成される。ディスクエンクロージャ１０にはヘッドＩＣ１４が設けられ、この実施形態にあっては４つのヘッドアッセンブリィ１６−１〜１６−４を接続している。

ヘッドアッセンブリィ１６−１〜１６−４には、インダクティブヘッドを用いた記録ヘッド１８−１〜１８−４と、ＭＲヘッド等を用いた再生ヘッド２０−１〜２０−４が設けられている。またディスクエンクロージャ１０には、ヘッドアクチュエータを駆動するＶＣＭ２２、ディスク媒体を回転するスピンドルモータ２４が設けられる。

ディスクエンクロージャ１０のヘッドＩＣ１４に対しては、コントロールボード１２側にディスク媒体に対する記録系と再生系を備えたリードチャネルユニット（ＲＤＣ）３０が設けられている。

リードチャネルユニット３０に対してはハードディスクコントローラ（ＨＤＣ）２８が設けられ、ハードディスクコントローラ２８にはフォーマッタ２８−１やＥＣＣ回路２８−２等が内蔵されている。ハードディスクコントローラ２８はインタフェース回路３８に接続され、上位ホスト側とのデータ伝送によってホストからのライトデータの供給及びホストに対するリードデータの転送を行っている。

ハードディスクドライブの全体的な制御は、メインコントロールユニット（ＭＣＵ）２６が行う。メインコントロールユニット２６は、バスを介してハードディスクコントローラ２８及びインタフェース回路３８を接続し、ホストからの各種コマンドを受領して解読し、ハードディスクコントローラ２８に対するリード／ライト指示、及びディスクエンクロージャ１０に設けているＶＣＭ２２の駆動によるヘッド位置決め制御を行う。またメインコントロールユニット２６に対しては、バスを介してＤＲＡＭ４０とフラッシュＲＯＭ４２が接続される。

ＤＲＡＭ４０はインタフェース回路３８の転送バッファ及びハードディスクドライブの各種制御に必要なワークメモリとして使用される。ＶＣＭ２２の駆動によるヘッド位置決め制御のため、サーボ復調回路３４とサーボコントローラ３６が設けられている。この実施例において、サーボ情報はデータ面サーボを採用しており、したがってリードチャネルユニット３０に対する再生信号からサーボ情報を分離してサーボ復調回路３４でヘッド位置情報を復調している。

図４は、図３のハードディスクドライブに適用される本発明の狭帯域（１−Ｄ）パーシャルレスポンス信号処理の基本的な構成であり、最尤検出を行うことを特徴とし、所謂狭帯域（１−Ｄ）ＰＲＭＬ信号処理と言うことができる。図４の信号処理装置は、ＮＲＺＩ記録系４４、微分検出部４６、磁気再生系５０、狭帯域イコライザ５２、レベル検出器５４及び最尤検出回路５６で構成され、磁気再生系５０と狭帯域イコライザ５２がナイキスト等化器４８を構成している。

ＮＲＺＩ記録系４４は、入力符号をステップ状に媒体に記録することにより、１／（１−Ｄ）のプリコードと（１−Ｄ）の演算を同時に行う。このようにして媒体に記録した結果を微分検出部４６においてヘッドで微分検出することにより、符号がインパルス化される。微分検出部４６を実現するヘッドはインダクティブヘッドであるが、ＭＲヘッドでも磁束の垂直成分を検出することにより同様に媒体の記録結果の微分検出ができる。磁気再生系５０は、媒体とヘッドの周波数特性で定まる伝達特性Ｈ１のインパルス応答波形をヘッド出力として再生する。

磁気再生系５０の伝達特性Ｈ１と狭帯域イコライザ５２の伝達特性Ｈ２の積がナイキスト等化器４８の伝達特性Ｈ０となる。即ち、Ｈ０＝Ｈ１×Ｈ２となる。

図５は、図４のナイキスト等化器４８の伝達特性Ｈ０である。実線８０の特性が図４に示した本発明のナイキスト等化器４８による狭帯域（１−Ｄ）パーシャルレスポンスの伝達特性Ｈ０である。また特性８２は帯域制限を行わない場合の（１−Ｄ）パーシャルレスポンス信号処理の伝達特性である。実線８０で示す本発明の狭帯域（１−Ｄ）パーシャルレスポンスにおける伝達特性Ｈ０は、利得が１／２となるナイキストｆｎが破線８２の帯域制限がない場合の１／２であり、これによってコサインロールオフ特性が通過帯域全域に亘るように設定される。

即ち、ナイキスト等化器４８のロールオフをコサイン波形とし、周波数０で利得１、周波数ｆｎで利得１／２、周波数２ｆｎで利得０となるように設定する。周波数ｆｎはナイキスト周波数であり、このナイキスト周波数ｆｎは入力符号で決まる最高記録周波数の１／４の周波数とする。これを式で表わすと次のようになる。

ここでｋ０ ＝１とすると

となり、これは次のように書き直すこともできる。

また、これは次のように書くこともできる。

この図５の実線８０で示した本発明の狭帯域（１−Ｄ）パーシャルレスポンスの伝達特性は、帯域制限のない破線８２の伝達特性に比べ帯域が狭く、特に高周波の利得が大幅に低減されていることがわかる。

このナイキスト等化器４８のインパルス応答波形は図６の実線に示すようになる。図６のインパルス応答波形は、時間±ｎＴ（ｎは整数、Ｔ＝１／２ｆｎ）で振幅「０」、時間０で振幅「２」となる。更に、その中間の時間±（０．５＋ｎ）Ｔでも振幅「０」となる。このことにより、ナイキスト周波数ｆｎを帯域制限のない場合の１／２にすることができる。

図６の横軸下欄は、＝１／４ｆｎとした場合を示す。図６の破線は帯域制限がない場合のナイキスト周波数を最高記録周波数の１／２とした場合のナイキスト等化器におけるインパルス応答波形であり、振幅を２倍にして示している。両者を比較すると、本発明のものはパルス幅を広く等化するため高周波成分が少なくて済むことが分かる。

また本発明のインパルス応答波形にあっては、時間±０．５Ｔでの振幅「１」が問題となるが、符号の選択により解決できる。即ち、図４のＮＲＺＩ記録系４４で（１−Ｄ）が演算されるため、ナイキスト等化器４８から出力されるインパルス応答波形は正負交互の波形となり、正負交互の波形の間に０が最低１個あれば、振幅「２」への干渉を除去できる。この結果、狭帯域イコライザ５２の出力には図５のように所定の時間に２，１，０，−１，−２の振幅となるパーシャルレスポンス等化波形が出力される。

図４のレベル検出回路５４は、狭帯域イコライザ５２が出力するパーシャルレスポンス等化波形の５値（２，１，０，−１，−２）を弁別する。最尤検出回路５６は、データが正負交互に現れることとレベルが大きいものが正しいことを利用して最尤検出によりエラーを訂正し、レベル検出回路５４で弁別された±２に相当する振幅のみを符号「１」として出力し、０及び±１に相当する振幅を符号「０」として出力する。この図４に示した本発明による狭帯域（１−Ｄ）パーシャルレスポンス信号処理の原理に基づく図３のハードディスクドライブでの実施形態を説明する。

図７は、図３のハードディスクドライブにおけるコントロールボード１２のリードチャネルユニット３０及びディスクエンクロージャ１０のヘッドＩＣ１４に相当する部分を取り出している。図７において、記録系は、エンコーダ６０、ライトコンペンセーション回路６２、ＮＲＺＩ回路６４、ライトアンプ６４及びライトヘッド１８で構成される。

また再生系はリードヘッド２０、プリアンプ６８、ＡＧＣ回路７０、ローパスフィルタ７２、サンプル回路７４、ＶＦＯ回路７６、狭帯域イコライザ５２、レベル検出回路５４、最尤検出回路５６及びデコーダ５８で構成される。入力データはエンコーダ６０で１／７ＲＬＬ符号に変換され、連続する「０」の数が最小１，最大７のデータとなる。ライトコンペンセーション回路６２は、非線形シフト（ＮＬＴＳ）を補償するため、記録値を予め僅かに移動させる。次表１は、この補償アルゴリズムを示す。

この表１において、１つ前のビット（ｎ−１）が１のとき、現在の該当ビット「ｎ」をΔτの時間だけ後方にシフト（Ｌａｔｅ）する。１つ前のビット（ｎ−１）が０のときは正規の位置（Ｎｏｎ）に記録する。この補償アルゴリズムは１ビット前の磁化反転の影響で次の磁化反転が前方にシフトする非線形シフト現象（ＮＬＴＳ）を補償するものである。また２ビット以上前の磁化反転の影響がある場合は、それを補償するようにすることもできる。

この場合の補償量Δτは順次小さくすることになる。また本発明の狭帯域（１−Ｄ）パーシャルレスポンス信号処理にあっては、記録周波数が従来のパーシャルレスポンス最尤検出例えばＰＲ４ＭＬに比べて低いので、非線形シフト（ＮＬＴＳ）の量は少なく、このためライトコンペンセーション回路６２による書込補償は省略することもできる。

ＮＲＺＩ回路６４は、フリップフロップ１段で構成され、ＲＺ符号（Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ符号）からＮＲＺＩ符号（Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ Ｉｎｔｅｒｅｌｅａｖｅ符号）に変換するものであり、ここで｛１／（１−Ｄ）｝・（１−Ｄ）の演算が等価的に行われる。ＮＲＺＩ回路６４からのＮＲＺＩ符号は、ライトアンプ６６でデータに対応した記録電流としてライトヘッド１８を駆動し、図示しない媒体に記録される。

リードヘッド２０は、媒体の磁化の変化を検出するための微分特性を有する。そのため、ステップ上に媒体に記録されたデータはリードヘッド２０による読出しで微分され、インパルスとなる。同時に媒体及びリードヘッド２０は、媒体の周波数特性に応じた伝達特性Ｈ１を備え、この伝達特性Ｈ１はローレンツの近似式として知られている。

図８にヘッド及び媒体系の伝達特性Ｈ１を示す。図８において、周波数ｆｎは本発明の狭帯域（１−Ｄ）パーシャルレスポンスにおけるナイキスト周波数であり、２ｆｎは帯域制限を行わない場合のナイキスト周波数である。再び図７を参照するに、ＡＧＣ回路７０では、プリアンプ６８から出力された読出波形の振幅を一定にし、ローパスフィルタ７２で不要なノイズが除去する。

このローパスフィルタ７２は後段の狭帯域イコライザ５２の一部とすることもできる。サンプル回路７４は、ＶＦＯ回路からのクロックにより再生信号をサンプルホールド、またはＡＤコンバータにより離散化する。ＶＦＯ７６からのクロックの周波数は、１／７ＲＬＬ符号で決まる最高記録周波数と同一とする。したがって、ナイキスト周波数ｆｎは１／７ＲＬＬ符号で決まる最高記録周波数の１／４となる。ここで、サンプリング定理によるとサンプリングクロックの１／２の周波数帯域までしか再生できないとされる。

またサンプリングクロックの１／２の周波数以上の周波数帯域の信号はノイズとなって再生帯域に影響を与える恐れがある。この問題を解決するためには、サンプル回路７４のクロック周波数を高く、例えば２倍の２ｆｎとすればよい。狭帯域イコライザ５２は、リードヘッド２０以降の伝達特性をコサインロールオフ特性に等化するためのもので、図９のような伝達特性Ｈ２となる。この狭帯域イコライザ５２の伝達特性Ｈ２は、図５のコサインロールオフ特性Ｈ０を図８のヘッド媒体系の伝達特性Ｈ１で割ったものとなる。

即ち、Ｈ２＝Ｈ０／Ｈ１となる。図９の実線の特性８６が図７の狭帯域イコライザ５２による本発明の特性であり、破線８８の特性が帯域を制限しない場合のものである。この本発明の実線８６による狭帯域イコライザ５２の特性によれば、高周波の利得が大幅に低減していることが分かる。これは媒体より発生するノイズスペクトルが高周波で大きいことを考えると、Ｓ／Ｎの向上に大きく寄与する。狭帯域イコライザ５２は、トランスバーサルフィルタ等で構成され、再生信号に応じて自動的に調節する適応型とすることもできる。

ＶＦＯ回路７６は、再生信号に同期してクロック信号を発生するもので、ローパスフィルタ７２の出力のピーク点の位相をクロックの位相と比較し、位相差が０となるように構成される。レベル検出回路５２は狭帯域イコライザ５２から出力されたパーシャルレスポンス等化波形について、振幅＋２，＋１，０，−１，−２の５値を弁別するもので、電圧比較器により構成される。最尤検出回路５６は、候補のパスを記憶するパスメモリと、正負交互にデータが反転することにより正しいパスを判定する判定回路で構成され、±２に相当する振幅のみを符号「１」として出力し、０及び±１に相当する振幅を「０」として出力する。デコーダ５８は１／７ＲＬＬ符号を元のＮＲ符号のデータに変換して復調データを出力する。

この図７の実施形態を図１０のタイムチャートで更に詳しく説明する。図１０（Ａ）の入力したデータは、２ビットごとに３ビットの１／７ＲＬＬ符号に変換され、図１０（Ｂ）の入力符号となる。図１０（Ｃ）の１／（１−Ｄ）の演算は、図１０（Ｂ）の入力符号と１／（１−Ｄ）の演算結果の１つ前のデータとを排他的論理和とするのと等価である。図１０（Ｄ）の（１−Ｄ）の演算は、図１０（Ｃ）の１／（１−Ｄ）の演算結果を１つ遅延させて減算したものと等価である。

この図１０（Ｃ）（Ｄ）の１／（１−Ｄ）と（１−Ｄ）の演算は、ＮＲＺＩ回路６４のフリップフロップ１段で等価的に行われる。図１０（Ｅ）の記録電流は、符号１及び−１で向きが反転するようにライトアンプ６６がライトヘッド１８を駆動する。リードヘッド２０による読出出力は、図１０（Ｆ）のように、リードヘッド２０の微分検出作用でインパルスとなり、媒体ヘッドの伝達特性により図１０（Ｇ）のようなインパルス応答波形がヘッドより出力される。

狭帯域イコライザ５２は、例えば１０タップのトランスバーサルＦＩＲフィルタで構成され、図６の実線ようなナイキスト等化波形が得られるような伝達特性となるように設定される。即ち、狭帯域イコライザ５２の出力のサンプル点の電圧が±２，±１，０の５値のそれぞれからのずれ量に応じて各タップゲインを修正することを繰り返すことにより、目標の伝達特性に設定できる。この機能を備えたものが適応型イコライザと呼ばれ、この適応方法は最大傾斜法として知られている。

この結果、リードヘッド２０以降の伝達特性は図５のコサインロールオフ特性となり、狭帯域イコライザ５２は図１０（Ｈ）のサンプル点を黒ドットの電圧＋２，＋１，０，−１，−２とした実線のナイキスト等化されたパーシャルレスポンス応答波形に等化して出力する。レベル検出回路５２は、図１０（Ｉ）のように、狭帯域イコライザ５２から出力されたパーシャルレスポンス応答波形のサンプル点の電圧＋２，＋１，０，−１，−２を弁別し、図１０（Ｊ）のように振幅＋２を符号「１」、振幅−２を符号「−１」、振幅０または±１を符号「０」として出力する。

尚、図１０（Ｈ）の破線は、帯域制限のない場合のナイキスト周波数を最高記録周波数の１／２とした場合のパーシャルレスポンス応答波形を示す。最尤検出回路５６は、図１０（Ｋ）のように、パスが太線で示すパスに確定するごとに細線のパスを破棄し、新たな可能性のあるパスを記憶することにより図１０（Ｌ）の出力符号を出力する。

もしノイズ等によりエラーがある場合は、図１１のＡ部及びＢ部に示すようにエラーが訂正される。最尤検出回路５６に続いて設けられたデコーダ５８は、図１０（Ｍ）のように、復元された１／７ＲＬＬ符号を逆変換してデータを復元する。

ここで直流成分が問題になる場合は、スクランブラ回路をエンコーダ６０の前に設け、入力データをランダム化し、再生時にデコーダ５８の後にデスクランブラ回路を設け、元のデータに戻してもよい。また最尤検出回路５６は３値で説明したが、＋２，＋１，０，−１，−２の５値で構成することもできる。またＶＦＯ回路７６は、ローパスフィルタ７２の出力からクロックを検出しているが、狭帯域イコライザ５２の出力を入力してクロックを検出してもよい。

図１２は、本発明による狭帯域（１−Ｄ）パーシャルレスポンス信号処理装置の他の実施形態の基本構成であり、パーシャルレスポンス応答波形のピーク検出により符号を復元するようにしたことを特徴とする。図１２の狭帯域（１−Ｄ）パーシャルレスポンス信号処理装置は、ＮＲＺＩ記録系４４、微分検出部４６、磁気再生系５０、狭帯域イコライザ５２、ピーク検出回路９０及び弁別回路９２で構成される。

ＺＲＺＩ記録系４４、微分検出部４６、磁気再生系５０及び狭帯域イコライザ５２は、図４の実施形態と同じである。即ち、入力符号をＮＲＺＩ記録系４４でステップ状に媒体に記録し、媒体の記録結果をヘッドによる微分検出部４６で検出することによりインパルス化する。この場合、ＭＲヘッドでも磁束の垂直成分を検出することにより同様のインパルス化ができる。

磁気再成系５０は、媒体とヘッドの周波数特性で定まる伝達特性のインパルス応答波形をヘッド出力として再生する。この磁気再生系５０の伝達特性Ｈ１と狭帯域イコライザ５２の伝達特性Ｈ２の積をナイキスト等化器４８の伝達特性Ｈ０とする。このナイキスト等化器４８の伝達特性Ｈ０は、利得が１／２となるナイキスト周波数ｆｎが入力符号の最高記録周波数の１／４となるコサインロールオフ特性を通過全帯域にわたるように設定する。

即ち図５の実線８０で示した特性のように、ナイキスト等化器４８のロールオフをコサイン波形とし、周波数０で利得１、ナイキスト周波数ｆｎで利得１／２、周波数２ｆｎで利得０となるように設定する。これを式で表わすと、前記（１）〜（４）式のようになる。

また、この場合のナイキスト等化器４８によるインパルス応答波形は、図６の実線に示したように、時間±ｎＴで振幅「０」、時間０で振幅「２」となる。更に、その中間の時間±０．５Ｔで振幅「１」、時間±（０．５＋ｎ）Ｔで振幅「０」となり、このことによりナイキストｆｎを帯域制限がない場合の１／２にすることができる。破線は帯域制限がない場合のナイキスト周波数を最高記録周波数の１／２とした場合のナイキスト等化器におけるインパルス応答波形であり、両者を比較すると、本発明のものはパルス幅を広く等化するため高周波成分が少なくて済むことが分かる。

また本発明によるインパルス応答波形は、時間±０．５Ｔでの振幅「１］が問題となるが、符号の選択により解決できる。即ち、ＮＲＺＩ記録系４４で正負交互のインパルスレスポンス応答波形となることにより、間に０が最低１個あれば、振幅「２」への干渉を除去できる。このように狭帯域イコライザ５２の出力には所定の時間に振幅２，１，０，−１，−２となるパーシャルレスポンス等化波形が出力される。

図１２の実施形態に固有なピーク検出回路９０は、狭帯域イコライザ５２が出力するパーシャルレスポンス等化波形の振幅±２に相当するピークを検出する。弁別回路９２はピーク検出回路９０による振幅±２に相当するピーク検出に対応する出力符号を出力する。

図１３は、図１２のピーク検出を行う狭帯域（１−Ｄ）パーシャルレスポンス信号処理を図３のハードディスクドライブに適用した場合の具体的な実施形態のブロック図である。図１３において、記録系は、エンコーダ６０、ライトコンペンセーション回路６２、ＮＲＺＩ回路６４、ライトアンプ６６及びライトヘッド１８で構成される。また再生系は、リードヘッド２０、プリアンプ６８、ＡＧＣ回路７０、狭帯域イコライザ５２、ピーク検出回路９０、弁別回路９２、ＶＦＯ回路７６及びデコーダ７８で構成される。

エンコーダ６０は入力したデータを１／７ＲＬＬ符号に変換し、連続する符号「０」の数が最小１、最大７のデータとする。ライトコンペンセーション回路６２は、非線形シフト（ＮＬＴＳ）を補償するため記録位置を予め僅かに移動させるものである。この非線形シフトの補償アルゴリズムは、前述した表１に従って行われる。

即ち、１つ前のビット（ｎ−１）が１のとき、現在の該当ビット（ｎ）をΔτ時間だけ後方シフト（Ｌａｔｅ）する。１つ前のビット（ｎ−１）が符号０のときは、正規位置（Ｎｏｎ）に記録する。この補償アルゴリズムは、１ビット前の磁化反転の影響で次の磁化反転が前方にシフトする非線形シフト現象（ＮＬＴＳ）を補償するものである。

また２ビット以上前の磁化反転の影響がある場合は、それを補償するようにすることもできる。この場合の補償量Δτは順次小さくすることになる。また本発明の狭帯域（１−Ｄ）パーシャルレスポンス信号処理は記録周波数が低いので、非線形シフト（ＮＬＴＳ）の量は少なく、省略することもできる。ＮＲＺＩ回路６４は、ＲＺ符号からＮＲＺＩ符号に変換するものであり、ここで｛１／（１−Ｄ）｝・（１−Ｄ）の演算が等価的に行われる。

ライトアンプ６６は、ＮＲＺＩ符号に対応した記録電流を流すようにライトヘッド１８を駆動し、図示しない媒体に磁気的に記録する。リードヘッド２０は、媒体の磁化の変化を検出するため微分特性を有する。そのため、ステップ状に媒体に記録されたデータは微分され、インパルスとなる。同時に、媒体の周波数特性に応じた伝達特性を備え、その特性はローレンツ近似式として知られる。このヘッド媒体系の伝達特性は図８と同じになる。

ＡＧＣ回路７０は、プリアンプ６８からの再生波形の振幅を一定にする。狭帯域イコライザ５２はリードヘッド２０以降の伝達特性をコサインロールオフ特性に等化するためのもので、その伝達特性は図９の実線８６に示した特性となる。図９の実線８６の特性Ｈ２は、図５のコサインロールオフ特性の伝達特性Ｈ０を図８のヘッド媒体系伝達特性Ｈ１で割った伝達特性Ｈ２＝Ｈ０／Ｈ１となる。

この図９の実線８６の狭帯域イコライザ５２の伝達特性Ｈ２は、帯域制限を行っていない破線８８の特性と比較すると、高周波の利得が大幅に低減している。また周波数帯域が従来２ｆｎ以上必要だったものが、２ｆｎまででよい。この狭帯域化によって媒体から発生するノイズスペクトルが高周波で大きいことを考えると、Ｓ／Ｎの向上に大きく寄与する。狭帯域イコライザ５２としては、エレクトリックフィルタまたはトランスバーサルフィルタで構成し、再生信号に応じて自動的に調整する適応型とすることもできる。

エレクトリックフィルタを用いた狭帯域イコライザ５２は、カットオフ周波数ｆｃとブーストｆｂを調整して最適化する。またトランスバーサルフィルタを用いた場合には、タップ係数を再生信号に応じて自動調整する適応型とする。ピーク検出回路９０は、例えば微分ゼロ交差検出回路を用いることができる。微分ゼロ交差検出回路はピークの位置を検出し、振幅検出回路で所定値以上の振幅の信号を検出し、両方の論理積によりピークを検出する。

ＶＦＯ回路７６は、再生信号に同期してクロック信号を発生するもので、ピーク検出パルスの前縁に同期してクロック信号を発生するＰＬＬ回路で構成される。弁別回路９２は、ＶＦＯ回路７６からのクロックの１周期に相当するウインドウによりピーク検出結果を弁別し、クロックに同期したパルスの出力符号を出力する。デコーダ７８は、ピーク検出回路９０で復元された１／７ＲＬＬ符号を元のデータに変換し、復調データとして出力する。

この図１３の実施形態を図１４のタイムチャートで更に詳しく説明する。図１４（Ａ）は入力データであり、この入力データは２ビットごとに３ビットの１／７ＲＬＬ符号に変換される。１／（１−Ｄ）の演算は、図１４（Ｂ）の入力符号と１／（１−Ｄ）の演算結果の１つ前のデータとを排他的論理和するのと等価である。また（１−Ｄ）は１／（１−Ｄ）を１つ遅延させて演算したものと等価である。

この１／（１−Ｄ）と（１−Ｄ）の演算は、ＮＲＺＩ回路６４のフリップフロップ１段で等価的に行われる。ライトアンプ６６によりライトヘッド１８に流す記録電流は、図１４（Ｃ）のように、符号１及び−１で向きが反転するように、ライトアンプ６６がライトヘッド１８を駆動する。媒体に磁気的に記録された符号は、リードヘッド２０の微分検出作用でインパルスとなり、媒体／ヘッドの伝達特性により図１４（Ｅ）のようなインパルス応答波形がヘッドより出力される。リードヘッド２０は、インダクティプヘッドであるが、ＭＲヘッドでも磁束の垂直成分を検出することにより、同様に媒体の記録結果の微分検出ができる。

狭帯域イコライザ５２は、例えばエレクトリックフィルタまたはＦＩＲフィルタで構成され、ナイキスト等化器が得られるような伝達特性に設定される。ＦＩＲフィルタの場合、例えば１０タップのトランスバーサルフィルタで狭帯域イコライザ５２が構成され、更に適応型とすることができる。この適応型の狭帯域イコライザ５２は、図１４（Ｆ）の実線で示すイコライザ出力波形のサンプル点の電圧が±２，±１，０の５値のそれぞれよりのずれ量に応じて各タップゲインを修正し、これを繰り返すことにより目標の伝達特性を設定することができる。

尚、破線は、帯域制限を行わない場合の波形である。この結果、リードヘッド２０以降の伝達特性はコサインロールオフ特性となり、サンプル点は黒ドットのように＋２，＋１，０，−１，−２となり、ナイキスト等化されたパーシャルレスポンスとすることができ、ピーク点の±２の位置で干渉波形が除去できる。即ち、図１４（Ｇ）のように、イコライザ出力波形における振幅２のピーク点を検出し、図１４（Ｈ）の弁別回路９２の弁別で符号を復元し、最終的にデコーダ７８で図１４（Ｉ）の出力符号を生成し、デコーダ７８で図１４（Ｊ）のデータを復元し、これは図１４（Ｂ）の入力符号と同じものである。

尚、上記の実施形態は、ライトヘッドとリードヘッドを別々に備えた複合ヘッドで説明したが、ライトとリードが同時にできるインダクティブヘッドのような単一ヘッドであってもよい。

また上記の実施形態にあっては、符号として１／７ＲＬＬ符号を説明したが、これ以外に２／７ＲＬＬ符号等の他の記録周波数が低くなる符号であっても同様に実現することができる。更に。本発明は、その目的と利点を損わない変形を全て含み、更に実施形態で示した数値による限定は受けない。

パーシャルレスポンス最尤検出を行う従来装置のブロック図 図１の従来装置における（１＋Ｄ）の伝達特性図 本発明が適用されるハードディスクドライブのブロック図 本発明の（１−Ｄ）パーシャルレスポンス最尤検出を行う信号処理装置のブロック図 通過全帯域をコサインロールオフ特性として帯域を制限した本発明による（１−Ｄ）パーシャルレスポンス系の伝達特性図 図４の（１−Ｄ）パーシャルレスポンス系のインパルス応答波形の説明図 図３のハードディスクドライブのリードチャネルユニットに本発明の（１−Ｄ）パーシャルレスポンス最尤検出を適用した場合のブロック図 図７の磁気記録系の伝達特性図 図８の狭帯域イコライザの伝達特性図 図７の実施形態による処理動作のタイムチャート ノイズによるエラーがあるときの最尤検出による訂正動作のタイムチャート 本発明の（１−Ｄ）パーシャルレスポンス系でピーク検出を行う信号処理装置のブロック図 図３のハードディスクドライブのリードチャネルユニットに本発明の（１−Ｄ）パーシャルレスポンス系のピーク検出を適用した場合のブロック図 図１２の実施形態による処理動作のタイムチャート

符号の説明

１０：ディスクエンクロージャ
１２：コントロールボード
１４：ヘッドＩＣ
１６：ヘッドアッセンブリィ
１８：記録ヘッド
２０：再生ヘッド
２２：ＶＣＭ
２２：スピンドルモータ
２６：メインコントロールユニット（ＭＣＵ）
２８：ハードディスクコントローラ（ＨＤＣ）
２８−１：フォーマッタ
２８−２：ＥＣＣ回路
３０：リードチャネルユニット（ＲＤＣ）
３４：サーボ復調回路
３６：サーボコントローラ
３８：インタフェース回路
４０：ＤＲＡＭ
４２：フラッシュＲＯＭ
４４：ＮＲＺＩ記録系
４６：微分検出部
４８：ナイキスト等化器
５０：磁気再生系
５２：狭帯域イコライザ
５４：レベル検出器
５６：最尤検出回路
５８：デコーダ
６０：エンコーダ
６２：ライトコンペンセーション回路
６４：ＮＲＺＩ回路
６８：プリアンプ
７０：ＡＧＣ回路
７２：ローパスフィルタ
７４：サンプル回路
７６：ＶＦＯ回路
９０：ピーク検出回路
９２：弁別回路

Claims (9)

1. パーシャルレスポンス系を対象に信号処理を行う信号処理装置に於いて、
   入力符号に対して１ビット遅延しパーシャルレスポンス波形処理を施す符号処理部と、
   前記符号処理部の波形処理で得られた符号列を、前記符号で決まる最高周波数の１／４をナイキスト周波数としてナイキスト等化する等化部と、
   前記等化部でナイキスト等化された符号列に対しピーク検出を行うピーク検出部と、
   を設けたことを特徴とする信号処理装置。
2. 請求項１の信号処理装置に於いて、
   更に、前記ピーク検出回路で検出されたピークの弁別を行う弁別回路部を設けたことを特徴とする信号処理装置。
3. 請求項１または請求項２の信号処理装置に於いて、
   更に、記録時に前記入力符号を連続する符号の数が１から７のＲＬＬ符号とするエンコーダを設けたことを特徴とする信号処理装置。
4. パーシャルレスポンス系を対象に信号処理を行う信号処理方法に於いて、
   入力符号に対して１ビット遅延しパーシャルレスポンス波形処理を施す符号処理過程と、
   前記符号処理過程の波形処理で得られた符号列を、前記符号で決まる最高周波数の１／４をナイキスト周波数としてナイキスト等化する等化過程と、
   前記等化過程でナイキスト等化された符号列に対しピーク検出を行うピーク検出過程と、
   を備えたことを特徴とする信号処理方法。
5. 請求項４の信号処理方法に於いて、
   更に、前記ピーク検出過程で検出されたピークの弁別を行う弁別過程を設けたことを特徴とする信号処理方法。
6. 請求項４または請求項５の信号処理装置に於いて、
   更に、記録時に前記入力符号を連続する符号の数が１から７のＲＬＬ符号とする過程を設けたことを特徴とする信号処理方法。
7. パーシャルレスポンス系を対象にピーク検出信号処理を行うピーク検出信号処理方法に於いて、
   再生時に、入力符号に対して 1 ビット遅延しパーシャルレスポンス波形処理を施された符号列を、前記符号で決まる最高記録周波数の１／４をナイキスト周波数としてナイキスト等化する等化過程と、
   前記等化過程でナイキスト等化された符号列に対しピーク検出を行うピーク検出過程とを備えたことを特徴とするピーク検出信号処理方法。
8. 請求項７の信号処理方法に於いて、
   前記入力符号を連続する符号の数が１から７のＲＬＬ符号であることを特徴とするピーク検出信号処理方法。
9. パーシャルレスポンス系を対象にピーク検出信号処理を行うピーク検出信号再生装置に於いて、
   再生時に入力符号に対して１ビット遅延しパーシャルレスポンス波形処理を施された符号列を、前記符号で決まる最高記録周波数の１／４をナイキスト周波数としてナイキスト等化する等化部と、
   前記等化部でナイキスト等化された符号列に対しピーク検出を行うピーク検出部と、
   を設けたことを特徴とするピーク検出信号再生装置。

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