JP4200113B2 - Equalizer and magnetic recording / reproducing apparatus - Google Patents
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本発明は、軟磁性裏打ち層を有する垂直磁気記録二層膜媒体と磁気抵抗効果素子による高感度再生ヘッドを用いた磁気記録再生装置および磁気記録再生信号処理回路に関する。 The present invention relates to a magnetic recording / reproducing apparatus and a magnetic recording / reproducing signal processing circuit using a high-sensitivity reproducing head using a perpendicular magnetic recording double-layer medium having a soft magnetic backing layer and a magnetoresistive effect element.
高密度磁気記録再生を実現する垂直磁気記録方式においては、単磁極ヘッドと、軟磁性裏打ち層・記録磁性層からなる二層膜構造媒体を組み合わせた記録方式が多く用いられる。この記録方式では、ヘッド主磁極から出る記録磁界は、記録層裏側の裏打ち層に誘導され、再び補助磁極から記録ヘッドへ戻る磁路を形成する。この記録磁界の向きをスイッチすることで、記録磁性層は、記録情報符号に対応する媒体厚さ方向の二つの向きに磁化され、情報記憶が行われる。このような、記録ヘッド・媒体構造による記録では、記録磁性層には、強力かつ急峻な垂直記録磁界を印可することができるため、高い分解能の情報記憶を実現することができる。また、このように磁化記録された垂直磁気記録媒体から、磁気抵抗(MR:Magnet Resistive)効果素子を用いた高感度再生ヘッドにより、磁化情報を再生するとき、ヘッドからの再生信号は、媒体上の記録磁化分布を直にセンスし、これに対応した矩形波状の信号波形となる。 In a perpendicular magnetic recording system that realizes high-density magnetic recording / reproduction, a recording system that combines a single-pole head and a double-layered medium composed of a soft magnetic underlayer / recording magnetic layer is often used. In this recording system, the recording magnetic field emitted from the head main magnetic pole is guided to the backing layer on the back side of the recording layer, and forms a magnetic path that returns from the auxiliary magnetic pole to the recording head again. By switching the direction of the recording magnetic field, the recording magnetic layer is magnetized in two directions in the medium thickness direction corresponding to the recording information code, and information is stored. In such recording by the recording head / medium structure, a strong and steep perpendicular recording magnetic field can be applied to the recording magnetic layer, so that information storage with high resolution can be realized. In addition, when reproducing magnetization information from a perpendicular magnetic recording medium magnetized in this way by a high-sensitivity reproducing head using a magnetoresistive (MR) effect element, a reproduction signal from the head is recorded on the medium. The recording magnetization distribution is directly sensed and a rectangular waveform corresponding to this is obtained.
面内磁気記録方式に対しては、パーシャルレスポンス(Partial−Response)等化方式と最尤(Maximum−Likelihood)復号方式を組み合わせたPRML方式を用いることにより、再生信号のSN品質を改善し、高信頼度なデータ再生を行う信号処理方式が広く用いられている。一方、上記のような、垂直磁気記録方式の再生信号をデータ復調するに好適な信号処理方式は、従来、あまり知られていないが、再生信号が、直流信号成分を多く含み記録磁化分布および記録電流波形と同様の矩形波形状を有することから、光記録再生装置などに使用されるパーシャルレスポンスクラス1、及び、この拡張方式(特開平11−66755)や積分信号検出に類する技術が、いくつか提案されている。
For the in-plane magnetic recording system, the SNML of the reproduction signal is improved by using the PRML system that combines the partial response (Partial-Response) equalization system and the maximum likelihood (Maximum-Likelihood) decoding system. Signal processing systems that perform reliable data reproduction are widely used. On the other hand, a signal processing method suitable for demodulating a perpendicular magnetic recording reproduction signal as described above has not been known so far. However, the reproduction signal contains a large amount of DC signal components and has a recording magnetization distribution and recording. Since it has the same rectangular wave shape as the current waveform, there are several techniques similar to
また、面内記録方式と同様の信号処理方式を用い、簡便にこれを処理することを目的として、垂直記録媒体からの再生信号を予め微分処理し、擬似的に面内記録方式の再生信号と同様のパルス状信号波形を作り出すことにより、これを従来と同様の信号処理方式により処理する方法などが提案される。 In addition, for the purpose of easily processing the signal processing method similar to the in-plane recording method, the reproduction signal from the vertical recording medium is differentiated in advance to simulate the reproduction signal of the in-plane recording method. By creating a similar pulse signal waveform, a method of processing this by a signal processing method similar to the conventional one is proposed.
本発明の目的は、二層膜記録媒体と単磁極記録ヘッド・MR再生ヘッドによる垂直磁気記録ヘッド媒体系からの再生信号に対して、最も高信頼度なデータ復調を実現できるPRML(Partial−Response Maximum−Likelihood)信号処理方式を提供することにある。パ−シャルレスポンス(PR)波形等化方式に対して、高密度垂直磁気記録方式の再生信号波形や雑音特性に、より適切に整合させるための波形等化条件を与えることにより、信号上の雑音や歪を低減し、後段の最尤(ML)復号におけるデータ復調の誤り率を低減できる手段を提供する。 An object of the present invention is to provide PRML (Partial-Response) which can realize the most reliable data demodulation with respect to a reproduction signal from a perpendicular magnetic recording head medium system using a double-layer recording medium and a single magnetic pole recording head / MR reproducing head. (Maximum-Likelihood) signal processing method. By providing waveform equalization conditions to better match the reproduced signal waveform and noise characteristics of the high density perpendicular magnetic recording method to the partial response (PR) waveform equalization method, And a means for reducing the error rate of data demodulation in the maximum likelihood (ML) decoding in the subsequent stage.
前述のように、垂直磁気記録方式における再生信号は、矩形波状の直流信号成分を多く含む信号となるが、再生信号の直流成分近傍には、記録媒体からの種々の雑音や、再生系増幅アンプ回路など信号伝送系の低周波周波数損失による歪など多くの外乱要因が局在する。この影響を排除するため、再生信号の直流信号成分を遮断し、低域信号近傍を抑制する周波数特性をもった波形等化処理を行う。 As described above, the reproduction signal in the perpendicular magnetic recording system is a signal containing a large amount of rectangular wave DC signal components, but various noises from the recording medium and reproduction amplifiers are present near the DC component of the reproduction signal. Many disturbance factors such as distortion due to low-frequency loss in signal transmission systems such as circuits are localized. In order to eliminate this influence, a waveform equalization process having a frequency characteristic that blocks the DC signal component of the reproduction signal and suppresses the vicinity of the low-frequency signal is performed.
しかし、上記従来技術で述べたパーシャルレスポンスクラス1やこの拡張方式あるいは積分信号検出等の信号処理方式においては直流成分は除去できない。また、等化前に再生信号を微分処理する信号処理方式においては、直流成分はカットされるので低周波領域に存在する雑音・歪の影響は除去出来るものの、微分処理による高域雑音成分が強調され、符号誤り率が増加するという問題があった。
However, the DC component cannot be removed in the
前述した低周波領域に局在する雑音・歪の影響を除去するため、本発明では、高域等化雑音の増加抑制という効果を保ちつつ波形等化後の信号から直流成分を取り除くことが可能なパーシャルレスポンス波形等化方式、及び波形等化回路を提供する。
本発明のパーシャルレスポンス波形等化回路は、入力信号を1ビット遅延させる遅延回路素子を多段接続し、略1ビット遅延させた入力信号の各々に対して所定のタップ係数{h1,h2,h3・・・hL}を乗算する複数の乗算器と、タップ係数が乗算された入力信号を加算する加算器により構成されたいわゆるトランスバーサル型フィルタであるが、タップ係数がh1+h2+h3・・・hL=0である点に特徴を有する。このようにタップ係数を決定することにより、等化後の信号波形から直流成分をカットすることができる。
In order to remove the influence of the noise / distortion localized in the low frequency region described above, the present invention can remove the DC component from the signal after waveform equalization while maintaining the effect of suppressing the increase of high frequency equalization noise. A partial response waveform equalization method and a waveform equalization circuit are provided.
The partial response waveform equalization circuit according to the present invention is configured by connecting delay circuit elements that delay an input signal by 1 bit in multiple stages, and for each input signal delayed by approximately 1 bit, a predetermined tap coefficient {h1, h2, h3,. ... A so-called transversal type filter composed of a plurality of multipliers for multiplying hL} and an adder for adding the input signals multiplied by the tap coefficients, but the tap coefficients are h1 + h2 + h3. It is characterized by a certain point. By determining the tap coefficient in this way, the DC component can be cut from the equalized signal waveform.
また、最尤復号器へ入力される雑音がより最適に白色化されるので、復調データの誤り率が低下する。更に、本発明の波形等化方式を用いて信号処理を行うことにより、従来開示技術を用いた場合に比べてデータ復調の信頼性がより高く、より低SN品質の再生信号を許容でき、より高密度な情報記憶が実現できる磁気記録再生装置を提供することが可能となる。 Further, since the noise input to the maximum likelihood decoder is more optimally whitened, the error rate of the demodulated data is reduced. Furthermore, by performing signal processing using the waveform equalization method of the present invention, the reliability of data demodulation is higher than in the case of using the conventional disclosed technique, and a reproduced signal with lower SN quality can be allowed. It is possible to provide a magnetic recording / reproducing apparatus capable of realizing high-density information storage.
本発明により、二層膜媒体と高感度MR再生ヘッドによる垂直磁気記録方式の再生信号に対し、従来の開示技術を用いた場合に比べ、最尤復号におけるデータ復調の信頼性をより高め、より低SN信号品質を許容することができ、より高密度な情報記憶が実現できる磁気記録再生装置、および、これを用いた磁気記録再生信号処理回路が提供できる。 According to the present invention, the reliability of data demodulation in the maximum likelihood decoding is further improved with respect to the reproduction signal of the perpendicular magnetic recording system by the double-layer film medium and the high-sensitivity MR reproducing head, as compared with the case where the conventional disclosed technique is used. It is possible to provide a magnetic recording / reproducing apparatus that can allow low SN signal quality and realize higher-density information storage, and a magnetic recording / reproducing signal processing circuit using the same.
また、本発明では、記録媒体からの雑音の影響をより効果的に軽減できる他、再生波形が、再生系増幅アンプ回路などの前段信号処理伝送系の伝達特性による低周波周波数劣化歪を受けることを前提とし、これを抑制する波形等化処理が行えるため、特殊な補償回路などの増加を要せず、この影響を低減して、該前段信号処理伝送系の特性劣化を許容した記録再生信号処理回路を提供することができる。 In addition, in the present invention, the influence of noise from the recording medium can be reduced more effectively, and the reproduced waveform is subjected to low-frequency deterioration distortion due to the transfer characteristics of the preceding signal processing transmission system such as a reproduction system amplifier circuit. As a precondition, it is possible to perform waveform equalization processing that suppresses this, so there is no need for special compensation circuits, etc., and this effect is reduced, recording and playback signals that allow deterioration of the characteristics of the preceding signal processing transmission system A processing circuit can be provided.
再生信号からの直流再生検出を排除することにより、上記低周波外乱の影響を排除して、等化処理の適応学習が高精度かつ高速となる他、記録媒体とMR再生素子の接触(サーマル・アスペリティ)、ヘッド特性の変動により発生する再生
波形の直流オフセットや変動などの、最尤復号データ復調への影響を排除することができる。
By eliminating the DC reproduction detection from the reproduction signal, the influence of the low frequency disturbance is eliminated, and the adaptive learning of the equalization process becomes high accuracy and high speed. In addition, the contact between the recording medium and the MR reproduction element (thermal Asperity) and DC offset and fluctuation of the reproduced waveform caused by fluctuations in head characteristics, the influence on the maximum likelihood decoded data demodulation can be eliminated.
(実施例1)
図1は、本発明が提供する磁気記録再生装置の基本的実施構成を示している。本実施例において、記録信号処理回路9aに入力された情報符号データ1{ak}(kは、ビット時刻を示す整数)は、符号器2において、ランレングス制約や誤り訂正符号付加のため、所定の符号変換処理が施されて、記録符号データ{bk}に変換される。この記録符号データ{bk}は、記録電流変換処理回路3a、及び記録アンプ3bを経て、アナログの記録電流信号{ck}に変換された後、記録垂直磁気記録ヘッド媒体系4に供給されて、情報記憶がなされる。
(Example 1)
FIG. 1 shows a basic implementation configuration of a magnetic recording / reproducing apparatus provided by the present invention. In this embodiment, the information code data 1 {ak} (k is an integer indicating a bit time) input to the recording signal processing circuit 9a is predetermined in the
この垂直磁気記録ヘッド媒体系4においては、記録媒体6として、記録磁性層6aと軟磁性裏打ち層6bを基板6c上に有する二層膜垂直磁気記録媒体を用いる。また、記録ヘッド5には、単磁極ヘッドを使用する。この記録ヘッドの主磁極5aには、コイル5bが巻かれ、このコイル5bを通る記録電流によって、記録磁界が誘起される。この記録磁界は、裏打ち層6bを通って補助磁極5cに戻り、また主磁極5aに戻るという磁路を形成し、これにより、記録磁性層6aに、急峻な垂直方向の磁界を印可して、媒体厚さ方向に記録媒体を磁化する。このように記録された垂直磁気記録媒体から、シールド膜7bとの間に置かれた磁気抵抗(MR:Magneto Registive)効果素子7aを有する再生ヘッド7を用いて磁化情報を再生するとき、ヘッドからの再生信号8は、図2の如く、媒体上の記録磁化分布に対応した矩形波状の信号となる。すなわち、記録符号データ{bk}の2つの符号値{0、1}に対応した順、逆方向の2値の記録電流信号{ck}を記録ヘッド5に流し、記録媒体6を移動させながら、この上に対応する上、下方向の記録磁化を形成(NRZ記録)したとき、この記録媒体6上を走行する再生ヘッド7からは、この記録磁化パターン17が直にセンスされ、記録磁化方向の遷移位置でステップ状に電圧が変化する、立ち上がりの鈍った矩形波形の再生信号系列{dk}がアナログ再生出力される。この波形立ち上がりの幅は、垂直磁気記録ヘッド媒体系4の構造や特性、記録再生条件などにより決定され、信号の出力電圧ともに高記録密度化を制限する。また、波形上には、種々の要因による雑音が重畳する他、ヘッド媒体系、その他電子部品が有する周波数伝達特性に依存した波形歪が重畳しうる。
In the perpendicular magnetic recording
再生信号処理回路9bでは、この再生信号8を再生アンプ10にて増幅し、低域フィルタ11によって高周波の不要な雑音や信号成分を除いた後、アナログ/デジタル(A/D)変換器12によって、記録符号データ{bk}のビットタイミングで、デジタル値にサンプリングした離散再生信号列{ek}に変換する。本発明では、この離散再生信号列{ek}から、最も効率よく高信頼度なデータ符号の復調を行うため、後段の等化器13により、再生信号8に適したパーシャルレスポンス波形等化を施すとともに、この等化器13からの出力信号を最尤復号器14によって、最も誤り率の低いと思われる復調データ符号列{gk}へと変換する。特に、等化器14では、出力信号波形上の有限ビット長にわたり、既知の波形干渉値を許容することによって、波形処理における高周波信号成分の強調による高域雑音の増加を可能な限り低減するとともに、再生信号8が有する直流(DC)成分を含めた低域周波数領域での信号歪や雑音の影響を避けるための波形処理を施す。(この詳細については、図3を用いて後述する。)また、最尤復号器14では、ビタビ・アルゴリズムを用いて、等化器13で付加された既知の波形干渉量を利用することにより、雑音に対してより信頼度の高いデータ復調処理を実現する。復調データ符号列{gk}は、復号器15を介して、逆変換処理され、もとの情報符号データ1{ak}に対応する再生符号データ16{ak'}が再生出力される。
In the reproduction signal processing circuit 9b, the
図3は、図1の実施例において、等化器13におけるパーシャルレスポンス波形処理の詳細を説明したものである。図3(a)において、再生波形19は、記録媒体6上のダイビット記録磁化パターン18(最短ビット間隔で記録された2つの隣接記録磁化反転の対18a)を再生したときの再生ヘッド7からの出力波形である。前述のように、2つの磁化遷移のタイミングで、ヘッド媒体系の周波数特性に依存して立ち上がりの鈍ったステップ応答信号19aが重なりあうことで、孤立したパルス状波形が出力される。上記のヘッド媒体系を有する一般的な垂直磁気記録再生系において、各々のステップ応答信号19aは、tanh型の関数で近似できることが知られており、上記のダイビット再生波形19は、信号振幅Vと立ち上がり幅を決めるパラメータKにより、
H(t)=V*tanh((3.415t)/(π・K・Tb))−V*tanh(3.4514t)/(π・K・Tb)) (1)
なる式で近似される。これは、該ヘッド媒体系に対するインパルス応答出力波形(記録符号データ{bk}上の孤立ビット“1”に対する応答)と見なすことができ、このダイビット再生波形19の周波数領域でのパワースペクトル20は、図3(b)に示すように、直流成分を中心に、より低域にビット検出のためのエネルギーが集中したものとなる。しかしながら、一方で、再生ヘッド7からの再生信号8は、再生アンプ10などの電子部品・信号伝送路特性を経て、データ再生されることになり、これら周波数特性の劣化による波形歪の影響を受けることは、免れえない。特に再生アンプ10では、広帯域実現上、直流成分を含む低域遮断特性を許容せざるを得ず、その結果、出力信号上において、この低周波信号成分の損失による波形歪は、顕著なものとなる。 波形処理の上でのこの低周波波形歪の補償は、過大な補償回路を要するとともに、重畳する雑音成分の過度の強調を招き弊害を生む。
FIG. 3 illustrates the details of the partial response waveform processing in the
H (t) = V * tanh ((3.415t) / (π · K · Tb)) − V * tanh (3.4514t) / (π · K · Tb)) (1)
Is approximated by This can be regarded as an impulse response output waveform (response to the isolated bit “1” on the recording code data {bk}) for the head medium system, and the
一方、記録媒体6から再生ヘッド7によりセンスされる媒体雑音のスペクトル20aも直流成分を中心とした低周波領域に局在するため、これと再生信号の低域成分とを分離し、検出することも困難である。これらの問題を避けるため、本発明では、等化器13により、上記のダイビット再生波形19を、図3(b)における等化波形パワースペクトラム21形状を有するような等化波形22へと波形処理する。従来パーシャルレスポンス等化と同様に、再生波形19の持つパワースペクトル20に整合する緩やかな高域遮断特性を許容することで等化処理での高域雑音強調を抑えるとともに、直流成分をゼロとして、低周波信号成分を抑制し、低域遮断特性を許容できる波形へと処理することにより、再生信号上、低周波領域に局在する波形歪や媒体雑音を抑制することができる。このような周波数特性を有する等化信号からは、より雑音や歪の少ない状況でのデータ復調が可能となる。また、等化器13における波形処理での雑音強調が抑えられ、白色に近い雑音周波数特性が維持されるため、後段の最尤復号器14には、より好適な雑音環境が提供され、復調データ符号列{gk}の符号誤り率が低減される。このような周波数特性を有する等化波形22は、図3(a)のように十分な長さnのビット長にわたり、サンプルされた各ビット時刻で既知の非ゼロ波形干渉量(s1、s2、s3、・・・sn)を有する波形形状を選択することにより得ることができる。
従来のパーシャルレスポンス等化処理では、この値を再生波形19に対して適切に選ぶことにより、緩やかな高域遮断特性を有する等化波形を設定することを実現している。本発明では、さらに再生波形19上、直流信号成分をゼロに抑圧するため、パーシャルレスポンス等化の際に付加する非ゼロ波形干渉量(s1、s2、s3、・・・sn)に以下の式(2)のような拘束条件を付加する。
s1+s2+s3+・・・sn=0 (2)
式(2)の拘束条件は、等化波形22の周波数表現H(f)(fは周波数)
H(f)=s1*exp(−2πjfTb)+s2*exp(−2πjf2Tb)+s3*exp(−2πjf2Tb)+・・・sn*exp(−2πjfnTb) (3)
から、周波数=0でH(0)=0となる条件より容易に導かれる。拘束条件(2)のもとで、再生波形19に対して、等化器13からの出力雑音エネルギーが最小化されるような雑音白色化フィルタ特性を決定する方法は、多くの古典的フィルタ理論によって与えられており、例えば、引用文献“Design of finite impulse response for the Viterbi algorithm and decision−feedback equalizer,D.G.Messerschmitt, Proceedings ofI.C.C.,June 1974”などに開示される他、線形予測フィルタの学習アルゴリズムなど、開示される多くのアルゴリズムを用いることにより、現実の再生波形に対して容易に実施することができる。この結果、ある再生波形19に対して、等化器13によって付与されるパーシャルレスポンス等化処理での適切な波形干渉量(s1、s2、s3、・・・sn)が一意に決定され、これを実現するための等化器特性も一意に決定することができる。
図4は、様々なパラメータKを有する式(1)の再生波形19に対して、設定されるべき最適な波形干渉量(s1、s2、s3、・・・sn)の振幅比率を示したものである。波形干渉のビット長nは、5以上にとれば、最適に近い等化器特性が得られるが、過度にこれを増やすことは、後段の最尤復号器14の実現規模を増加させるので、極力抑えられるべきである。これら最適干渉量の比を近似できる整数比を選ぶことによって、復号器は簡素化される。
On the other hand, the
In the conventional partial response equalization process, it is possible to set an equalized waveform having a gentle high-frequency cutoff characteristic by appropriately selecting this value for the reproduced waveform 19. In the present invention, in order to suppress the DC signal component to zero on the reproduced waveform 19, the following expression is applied to the non-zero waveform interference amount (s1, s2, s3,... Sn) added at the time of partial response equalization. A constraint condition such as (2) is added.
s1 + s2 + s3 +... sn = 0 (2)
The constraint condition of Expression (2) is that the frequency expression H (f) of the equalized waveform 22 (f is the frequency)
H (f) = s1 * exp (−2πjfTb) + s2 * exp (−2πjf2Tb) + s3 * exp (−2πjf2Tb) +... Sn * exp (−2πjfnTb) (3)
Thus, it is easily derived from the condition that H (0) = 0 at frequency = 0. A method for determining a noise whitening filter characteristic that minimizes the output noise energy from the
FIG. 4 shows the amplitude ratios of the optimum waveform interference amounts (s1, s2, s3,... Sn) to be set for the reproduced waveform 19 of the equation (1) having various parameters K. It is. If the bit length n of the waveform interference is 5 or more, an equalizer characteristic close to the optimum can be obtained. However, excessively increasing this increases the realization scale of the
上記のように決定された最適な波形干渉量(s1、s2、s3、・・・sn)に対し、入力される再生波形19との関係から等化器13の回路パラメータを設定することは、公知のフィルタ設計理論により、極めて容易である。多くの場合、等化器13は、図5に示されるように、1ビットの信号を記憶する記憶遅延素子23を直列に接続したシフトレジスタと、所定のタップ係数(h1, h2, h3, ・・・,hL;Lは、タップ長)をそれぞれの記憶内容に乗じて積和演算を行うための乗算器24、加算器25などから構成されるトランスバーサル型フィルタにより、構成される。拘束条件(2)のもとでは、直流周波数成分を有する再生波形19に対して、タップ係数hK(1≦K≦L)は、
h1+h2+h3+・・・、hK、・・・+hL =0 (4)
なる特徴を有する。このタップ係数の拘束条件(4)のもとで、入力される再生波形19と、これに対して出力される既知の波形干渉量(s1、s2、s3、・・・sn)から、これを実現するためのフィルタタップ係数hLを決定する方法は、引用文献“Introduction to Adaptive Filter(1984), Simon Haykin著”などに詳説され、一般的に知られる技術である。同引用文献にも開示されるように、オンラインで等化器13から出力される信号を観測し、波形干渉量(s1、s2、s3、・・・sn)で決まる目標信号との誤差を評価しながら、適応学習回路26により、MSE(Mean−Square Error)法やLSM(Least Mean Squre)法などの適応アルゴリズムを用いて、拘束条件(4)を満たしつつ、各タップ係数hKを逐次更新して最適タップ係数を求めることも可能である。とりわけ、拘束条件(2)乃至(4)を与えることは、この適応タップ学習の動作において、直流成分付近の信号成分の学習推定を不要にするから、直流オフセット変動や低周波歪、直流成分近傍に媒体雑音をもつ実際の記録再生系信号に対して、より安定かつ精度の高い適応学習動作を可能にする。
Setting the circuit parameters of the
h1 + h2 + h3 +..., hK,... + hL = 0 (4)
It has the following characteristics. Under the constraint condition (4) of the tap coefficient, this is calculated from the input reproduced waveform 19 and the known waveform interference amounts (s1, s2, s3,. The method of determining the filter tap coefficient hL for realizing is a technique generally described in detail in a cited document “Introduction to Adaptive Filter (1984), by Simon Haykin”. As disclosed in the cited document, the signal output from the
上記のような等化器13から出力された信号は、最尤復号器14により、ビタビ・アルゴリズムなどを用いてデータ復調される。図6は、このビタビ復号の状態遷移トレリス線図の一例(n=5)を示しており、各矢印には、ビット時刻kで仮定される記録符号データ3{bk}とこれに対応する等化器13からの出力信号値{fk}の値が記されている。出力信号値{fk}は、前述の波形干渉量(s1、s2、s3、・・・sn)が与えられたとき、現時刻kで過程される符号値{bk}と、(n−1)ビット前までの符号値{bk−n+1,bk−n+1,・・・,bk−1}の状態とから、線形畳み込み演算により一意に決定される。したがって、上記トレリス線図の状態数は、2^(n−1)となり、状態数を削減する点からは、等化器13での波形干渉のビット長nを必要十分に抑える必要がある。このトレリス線図の時間的推移が示す全ての状態遷移において、最も確からしい遷移が示す符号系列が復号データとして選択される。
The signal output from the
本実施例における等化器13は、直流成分を含む低域遮断特性を有するため、実再生信号上にしばしば起こる直流成分のオフセットや低周波変動・歪の影響を大きく排除することができる。とりわけ、高密度記録再生系では、再生ヘッド7の特性変動、再生ヘッド7と記録媒体6間の距離の狭小化に伴い、磁気抵抗(MR:Magneto Registive)効果素子7aと記録媒体6の接触による温度上昇で磁気抵抗特性が大きく変化するTA(サーマルアスペリティ:Thermal Asperity)現象が発生し、このとき、再生信号には、大きな直流オフセット変動が発生する。本発明の等化器13は、後段へのこの影響を排除できる。また、拘束条件(2)を有するパーシャルレスポンス等化波形への最尤復号は、直流周波数成分を検出しないので、このような現象の影響を受けることなく、データ復調を行うことができる。
(実施例2)
図7は、本発明の第二の実施例を示すものである。この実施例において、等化器13は、(1,0、−1)等化器28aと(s1、s2、s3、・・・sn)
パーシャルレスポンス干渉量付加回路28bとの2つで構成され、(1,0、−1)等化器28aでは、ダイビット再生波形19をパーシャルレスポンスクラス4の波形干渉(1,0、−1)を有する短ビット波形に波形整形した後、(s1、s2、s3、・・・sn)パーシャルレスポンス干渉付加回路28bで所望のパーシャルレスポンス干渉量を付加する。このとき、等化器13全体では、ダイビット再生波形19の入力に対して、(s1、 s2、s3−s1、・・・、sk−sk−2、・・・、sn−sn−2、−sn−1、−sn)なる干渉量の波形応答を得ることになる。この(1,0、−1)等化器28aの出力を観測しながら、再生信号8に対する利得制御信号29cを自動利得制御回路29aを用いて適応的に生成し、自動利得アンプ27を用いて、再生信号振幅の変動を抑制することができる。
Since the
(Example 2)
FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the
The (1,0, -1)
同様に、(1,0、−1)等化器28aの出力を観測しながら、アナログの再生信号8に対するサンプルタイミング信号29dをタイミング抽出回路29bを用いて検出し、アナログ/デジタル変換器12へのサンプリング位相を支持することができる。本発明のように、波形等化処理回路28bの前段での信号を観測することにより、これら自動利得やタイミング抽出の回路構成は、従来パーシャルレスポンスクラス4と同様の簡素なものを用いることができ、また、28aにより、直流信号成分の変動を排除することができるから、この影響を回避して、良好な制御動作が可能である。図5に示した等化器28の構成においても、適応学習回路26の入力信号を28aの出力からとり、(1,0、−1)等化器28aのみを適応学習させることで、より簡便で効率よい等化波形処理が可能である。このとき、波形等化処理回路28bは、固定されたタップのトランスバーサル型の積和演算回路で構成することができる。
Similarly, while observing the output of the (1, 0, −1)
以上のような、磁気記録再生装置、及び、これを搭載した信号処理回路や半導体集積回路を用いることで、軟磁性裏打ち層を有する二層膜媒体と、シールド膜を有する磁気抵抗効果型ヘッドを再生ヘッドに用いた垂直磁気記録ヘッド・媒体系に対して、最適な信頼度での情報データの記録再生が可能となる。また、再生信号の分解能、SN品質の低下を許容することができるため、より高密度な情報の記録再生が実現できる。 By using the magnetic recording / reproducing apparatus as described above, and a signal processing circuit or a semiconductor integrated circuit equipped with the magnetic recording / reproducing apparatus, a double-layer film medium having a soft magnetic backing layer and a magnetoresistive head having a shield film can be obtained. It is possible to record and reproduce information data with optimum reliability with respect to the perpendicular magnetic recording head / medium system used for the reproducing head. Further, since it is possible to allow a reduction in the resolution and SN quality of the reproduction signal, it is possible to realize recording and reproduction of higher density information.
1:情報符号データ、2:符号器、3a:記録電流変換処理回路、3b:記録アンプ、4:垂直磁気記録ヘッド媒体系、5:記録ヘッド、5a:主磁極、5b:コイル、5c:補助磁極、6:記録媒体、6a:記録磁性層、6b:軟磁性裏打ち層、6c:基板、7:再生ヘッド、7a:磁気抵抗(MR)効果素子、7b:シールド膜、8:再生信号、9a:記録信号処理回路、9b:再生信号処理回路、10:再生アンプ、11:低域フィルタ、12:アナログ/デジタル(A/D)変換器、13:等化器、14:最尤復号器、15:復号器、16:再生符号データ、17:記録磁化パターン、18:ダイビット記録磁化パターン、18a:隣接記録磁化反転の対、19:ダイビット再生波形、19a:ステップ応答信号、20:ダイビット再生波形のスペクトル、20a:媒体雑音・低周波歪のスペクトル、21:等化波形のスペクトル、22:等化波形、23:記憶遅延素子、24:乗算器、25:加算器、26:適応学習回路、27;自動利得アンプ、28a:(1,0,−1)等化器、28b:(s1、s2、s3、・・・sn)波形等化処理回路、29a:自動利得制御回路、29b:タイミング抽出回路、29c:利得制御信号、29d:サンプルタイミング信号。
1: information code data, 2: encoder, 3a: recording current conversion processing circuit, 3b: recording amplifier, 4: perpendicular magnetic recording head medium system, 5: recording head, 5a: main pole, 5b: coil, 5c: auxiliary Magnetic pole, 6: recording medium, 6a: recording magnetic layer, 6b: soft magnetic backing layer, 6c: substrate, 7: reproducing head, 7a: magnetoresistive (MR) effect element, 7b: shield film, 8: reproducing signal, 9a : Recording signal processing circuit, 9b: reproduction signal processing circuit, 10: reproduction amplifier, 11: low-pass filter, 12: analog / digital (A / D) converter, 13: equalizer, 14: maximum likelihood decoder, 15: Decoder, 16: Reproduction code data, 17: Recording magnetization pattern, 18: Dibit recording magnetization pattern, 18a: Adjacent recording magnetization inversion pair, 19: Dibit reproduction waveform, 19a: Step response signal, 20: Dibit re-transmission Spectrum of raw waveform, 20a: Spectrum of medium noise / low frequency distortion, 21: Spectrum of equalized waveform, 22: Equalized waveform, 23: Memory delay element, 24: Multiplier, 25: Adder, 26: Adaptive learning Circuit 27; automatic gain amplifier 28a: (1, 0, -1) equalizer 28b: (s1, s2, s3,... Sn) waveform
Claims (4)
該再生信号処理回路は、該再生信号を離散化するサンプル回路(または、アナログ/デジタル変換回路)と、この離散信号を1ビット遅延させる遅延素子を直列に複数接続した回路と、該複数接続された1ビット遅延素子の各々に接続され、該1ビット遅延素子の出力信号に所定のタップ係数を乗算する乗算器と、前記乗算器からの出力を加算する加算器と、前記加算器からの出力と等化目標との誤差から前記所定のタップ係数を計算する適応学習回路とを有し、
該タップ係数がその総和がゼロになる制約のもとで、該タップ係数が可変であることにより直流遮断の周波数特性をもつとともに、非対称形状の応答波形特性を伴う該タップ係数により高域雑音強調を抑制する雑音白色化フィルタの周波数特性をもつデジタル信号等化器と、最尤復号器とを有することを特徴とする垂直磁気記録再生装置。 Two-layer vertical medium having a backing layer, a recording single magnetic pole head, a reproducing head, a recording signal processing circuit for supplying a recording signal to the single magnetic pole head, and a reproducing signal for processing the reproducing signal from the reproducing head In a perpendicular magnetic recording / reproducing apparatus having a processing circuit,
Reproduced signal processing circuit, a sample circuit (or an analog / digital converter) discretizing the reproduction signal, and a circuit connecting a plurality of delay elements to the discrete signal 1 bit delay in series, are the multi-connection connected to each of the 1-bit delay element, a multiplier for multiplying the predetermined tap coefficients to the output signal of the 1-bit delay element, an adder for adding outputs from the multiplier, an output from said adder And an adaptive learning circuit for calculating the predetermined tap coefficient from an error between the equalization target and
Under the restriction that the sum of the tap coefficients is zero, the tap coefficient is variable, so that it has a DC cutoff frequency characteristic and the tap coefficient with an asymmetrical response waveform characteristic enhances high-frequency noise. A perpendicular magnetic recording / reproducing apparatus comprising a digital signal equalizer having a frequency characteristic of a noise whitening filter for suppressing noise and a maximum likelihood decoder.
前記所定のタップ係数がその総和がゼロ_となる制約のもとで、該タップ係数が可変であることにより直流遮断の周波数特性をもつとともに、非対称形状の応答波形特性を伴う該タップ係数により高域雑音強調を抑制する雑音白色化フィルタの周波数特性をもつデジタルフィルタ等化器と、最尤復号器と有する再生信号処理回路を備えた半導体集積回路。 A semiconductor integrated circuit comprising a digital filter equalizer for equalizing a discretized signal from an analog / digital conversion circuit, wherein a circuit in which a plurality of delay elements that delay an input signal by 1 bit are connected in series, A multiplier connected to each of the 1-bit delay elements and multiplying the output signal of the 1-bit delay element by a predetermined tap coefficient, an adder for adding the output from the multiplier, an output from the adder, etc. An adaptive learning circuit that calculates the predetermined tap coefficient from an error from the conversion target,
Under the constraint that the predetermined tap coefficient has a total sum of zero_, the tap coefficient is variable, so that it has a DC cutoff frequency characteristic and a higher tap coefficient with an asymmetrical response waveform characteristic. A semiconductor integrated circuit comprising a digital signal equalizer having a frequency characteristic of a noise whitening filter for suppressing band noise enhancement, and a reproduction signal processing circuit having a maximum likelihood decoder.
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