JP4234663B2 - 情報記憶装置及び情報再生装置 - Google Patents

Description

本発明は情報記憶装置及び情報再生装置に係り、特に、パーシャルレスポンスを利用した情報記憶装置及び情報再生装置に関する。

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（磁気抵抗効果）ヘッドの採用、及び、信号処理方式がピーク検出方式から低Ｓ／Ｎ比でも再生可能なＰＲ４ＭＬ（パーシャルレスポンス・クラス４・最尤検出）方式が実用化されたことによるところが大きい。

図１は従来の一例のブロック構成図を示す。ＰＲ４ＭＬ方式の信号処理回路１は、プリコーダ２、ＮＲＺＩ記録系３、微分検出部４、磁気再生系５、イコライザ６、レベル検出部７、最尤検出部８から構成される。

プリコーダ２には、入力符号として８／９変換ＲＬＬ符号が入力される。プリコーダ２は入力符号に対して１／（１＋Ｄ） Ｄ：１ビット遅延の処理を行う。ＮＲＺＩ記録系３は、プリコーダ２でプリコードされた符号をＮＲＺＩ符号化し、ステップ状の記録電流により磁気ディスクに記録する。微分検出部４は、磁気ディスクに記録されたステップ状の信号をリードヘッドにより検出することにより微分波形を検出し、インパルス波形を検出する。

磁気再生系５は、微分検出部４の出力インパルスを増幅し、ノイズ成分を除去する。イコライザ６は、磁気再生系５の出力に対して（１＋Ｄ） Ｄ：１ビット遅延の処理を行う。レベル検出部７は、イコライザ６の出力をレベル比較して、３値のレベル信号を得る。最尤検出部８は、レベル検出した信号のエラー訂正を行う。

ＰＲ４ＭＬ方式は、図１に示すような構成によりパーシャルレスポンスを利用し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し、Ｕ（ｔ）＝（１−Ｄ）×（１＋Ｄ） Ｄ：１ビット遅延なる波形操作を施した後、ビタビアルゴリズムによる最尤検出回路によりノイズなどによる再生誤りを訂正する。

ここで、（１＋Ｄ） Ｄ：１ビット遅延なる波形操作により高域周波数のノイズを削減し、Ｓ／Ｎ比を改善する。図２にＰＲ４ＭＬ方式に用いられる（１＋Ｄ）の伝達特性図を示す。図２に示すような（１＋Ｄ）の伝達特性はローパスフィルタを構成しており、高周波数のノイズが低減される。

また、このとき、ＰＲ４ＭＬ方式では、８／９変換ＲＬＬ符号を用いていた。

しかしながら、ＰＲ４ＭＬ方式では、８／９変換ＲＬＬ符号を用いているため、１／７変換ＲＬＬ符号と同等の記録密度を得るためには、記録周波数が１／７変換ＲＬＬ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および周波数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ていた等の問題点があった。

本発明は、パーシャルレスポンスによる信号処理を、記録媒体を介して行う情報記憶装置において、入力符号にＮＲＺＩ符号に変換するＮＲＺＩ符号変換手段と、
前記ＮＲＺＩ符号変換手段で変換されたＮＲＺＩ符号を前記記録媒体に記録する記録手段と、前記記録手段により前記記録媒体に記録された信号を再生する再生手段と、前記再生手段により再生された再生信号を、前記再生手段の伝達特性とともに、ナイキスト等化の伝達特性を実現するように等化する等化手段と、前記等化手段の等化結果（１、−１）に対して最尤検出を行う最尤検出手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、入力符号にＮＲＺＩ符号に変換し、変換されたＮＲＺＩ符号を記録媒体に記録し、記録媒体に記録された符号を再生し、コサインロールオフ特性で伝達させ、再生符号を再生することにより、記録周波数の低い符号でパーシャルレスポンスを行うことができ、記録密度が同等のパーシャルレスポンスに比べて、エラーを低減でき、記録周波数が同等のパーシャルレスポンスに比べて記録密度を向上できる等の特長を有する。

また、本発明によれば、最尤検出を容易に行えるため、エラー訂正が行え、再生エラーレートを向上できる等の特長を有する。

さらに、本発明によれば、入力データを１／７ＲＬＬ符号化したビット列を前記処理手段の入力ビットとして入力することにより、記録周波数を低減できるので、記録電流歪みを低減でき、再生エラーレートを向上できる等の特長を有する。

図３は本発明の一実施例のブロック構成図を示す。本実施例では上記信号処理系を実現する装置として磁気ディスク装置について説明する。本実施例の磁気ディスク装置１０は、エンコーダ１１、ライトコンペ回路１２、ＮＲＺＩ符号化回路１３、ライトアンプ１４、ライトヘッド１５、磁気ディスク１６、リードヘッド１７、プリアンプ１８、ＡＧＣ１９、フィルタ２０、サンプリング回路２１、イコライザ２２、ＶＦＯ２３、レベル検出回路２４、最尤検出回路２５、デコーダ２６から構成される。

図４は本発明の一実施例の補償アルゴリズムを示す図である。図４に示すように一つ前のビット（ｎ−１）が「１」のとき、当該ビット（ｎ）を△τの時間だけ後方（ｌａｔｅ）にシフトする。また、一つ前のビット（ｎ−１）が「０」のときは, 正規の位置（ｎｏｎ）に記録する。これは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現象（ＮＬＴＳ）を補償するものである。

なお、２ビット以上前の磁化反転の影響がある場合は, それも補償するようにすることもできる。その場合の補償量△τはビットに応じて順次小さくする必要がある。また、本実施例の（１−Ｄ）ＰＲＭＬ信号処理方式では、１／７変換ＲＬＬ方式を用いるため記録周波数が従来のＰＲ４ＭＬ方式に比べ低くできるので、ＮＬＴＳの量は少なくできる。ライトコンペ回路１２で設定されたビット列は、ＮＲＺＩ符号化回路１３に供給される。

ＮＲＺＩ符号化回路１３は、ライトコンペ回路１２から供給されたＲＺ（Return To Zero ）符号をＮＲＺＩ（Non-Return To Zero Interleave ）符号に変換する。ＮＲＺＩ符号化回路１３で変換されたビット列は、ライトアンプ１４に供給される。ＮＲＺＩ符号化回路１３は、１段のフリップフロップで構成される。ライトアンプ１４は、ＮＲＺＩ符号化回路１３から供給されたビット列を増幅して、ライトヘッド１５に供給する。ライトヘッド１５は、ライトアンプ１４から供給された信号に応じた磁界を発生し、磁気ディスク１６を磁化する。

上記ＮＲＺＩ符号化回路１３により符号化された情報を磁気ディスク１６に記録することにより、１／（１−Ｄ）×（１−Ｄ）
が実現される。磁気ディスク１６を磁化することにより記録された信号は、リードヘッド１７により読み取られる。リードヘッド１７の出力信号は、磁化の状態を微分したものとなる。よって、磁気ディスク１６に磁気的にステップ状に記録されたデータは、微分されインパルスとなる。また、リードヘッド１７の出力信号は、記録媒体の周波数特性に応じた伝達特性に応じた波形をとる。その特性は、ローレンツの近似式として知られたものとなる。

リードヘッド１７により読み取られた信号は、プリアンプ１８に供給される。プリアンプ１８は、リードヘッド１７で磁気ディスク１６から読み取られた信号を増幅する。プリアンプ１８で増幅された信号は、ＡＧＣ１９に供給される。ＡＧＣ１９は、プリアンプ１８で増幅された信号の振幅変動を検出して、出力信号振幅が一定になるように制御を行う。ＡＧＣ１９の出力信号は、フィルタ２０に供給される。

フィルタ２０は、ローパスフィルタを構成しており、ＡＧＣ１９の出力信号から不要なノイズ成分を除去する。フィルタ２０は、後段のイコライザ２２の一部とすることもできる。フィルタ２０でノイズ成分が除去された信号は、サンプリング回路２１に供給される。サンプリング回路２１は、ＶＦＯ２３から供給されるクロックに応じてフィルタ２０の出力信号をサンプルホールドまたはＡ／Ｄコンバータにより離散化する。ＶＦＯ２３から出力されるクロックの周波数は、周波数符号で決まる最高周波数とする。すなわち, ナイキスト周波数ｆn の２倍である。

また、ＶＦＯ２３は再生信号に同期し、クロック信号を発生するもので、いわゆる「ドリボ理論」（特開平１−１４３４４７号）により位相比較器が構成される。サンプリング回路２１でＶＦＯ２３からのクロックに応じてサンプリングされた信号は、イコライザ２２に供給される。イコライザ２２は、サンプリング回路２１から供給された信号を所定の伝達特性でイコライジングする。イコライザ２２の出力は、レベル検出回路２４に供給される。イコライザ２２は、トランスバーサルフィルタ等で構成し、再生信号に応じて自動的に調整する適応型としてもよい。

レベル検出回路２４は、電圧比較器により構成され、イコライザ２２から供給された信号とスライスレベルがピークに追従する変動スライスレベルとのレベル比較を行い、レベルに応じて「＋１」，「０」，「−１」の３値を検出する。したがって、同一極性でも、より大きな信号も検出できる。レベル検出回路２４で検出された３値の符号は、最尤検出回路２５に供給される。最尤検出回路２５は、レベル検出回路２４で検出された３値の符号から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より構成され、出力符号を出力する。

このようにレベル検出回路２４と最尤検出回路２５で構成する最尤検出方式は、簡易形ビタビアルゴリズムと呼ばれ、より大きなレベルの信号が正しく、正負交互に反転するデータが正しいとして最尤復号する。この他、例えば、自乗誤差平均の小さいパスを正しいとするビタビアルゴリズムを用いた最尤検出方式で構成して、最尤復号しても良い。

最尤検出回路２５での最尤復号の結果は、デコーダ２６に供給される。デコーダ２６は、最尤検出回路２５での最尤復号結果の１／７ＲＬＬ符号を元のデータに復号化する。図５は本発明の一実施例の等価ブロック図を示す。上記磁気ディスク装置１０は、図３に示すような等価回路１００で表すことができる。等価回路１００は、ＮＲＺＩ記録系１０１、微分検出部１０２、磁気再生系１０３、イコライザ１０４、レベル検出部１０５、最尤検出部１０６から構成される。

ＮＲＺＩ記録系１０１は、図２のＮＲＺＩ符号化回路１３、ライトアンプ１４、ライトヘッド１５、磁気ディスク１６に相当する。ＮＲＺＩ記録系１０１は、入力符号に対して｛１／（１−Ｄ）｝×（１−Ｄ）
なる演算を行い、ステップ状の信号を出力する。

微分検出部１０２は、図３のリードヘッド１７に相当する。微分検出部１０２は、ＮＲＺＩ符号化回路１３でステップ状にされた信号の微分波形を検出する。微分検出部１０２によりインパルス化される。磁気再生系１０３は、図３のプリアンプ１８、ＡＧＣ１９、フィルタ２０、サンプリング回路２１に相当する。磁気再生系１０３は、微分検出部１０２でインパルス化された信号をフィルタリングし、サンプリングする。

イコライザ１０４は、図３のイコライザ２２に相当し、磁気再生系１０３とともにナイキスト等化器を構成する。磁気再生系１０３とイコライザ１０４とによりコサインロールオフ特性を有する伝達特性が実現される。図６は本発明の一実施例の磁気再生系の伝達特性図、図７は本発明の一実施例のイコライザの伝達特性図、図８は本発明の一実施例のコサインロールオフ特性図を示す。

磁気再生系１０３は、図６に示すような特性を有し、イコライザ２２は、図７に示すような伝達特性に設定され、図６の磁気再生系１０３の伝達特性との積が図８に示すようなコサインロールオフ特性となる。すなわち、フィルタの減衰特性がコサイン特性とし、その中心の利得が１／２となる周波数ｆｎを符号で決まる最高周波数の１／２のナイキスト周波数とする。これによりイコライザ１０４の出力には、所定の時間に「＋１」、「０」、「−１」のいずれか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。

実際には、このパーシャルレスポンス等化波形に媒体、ヘッド、増幅器より発生するノイズが重畳されている。レベル検出部１０５は、イコライザ１０４から供給された信号を３値のレベルで検出する。レベル検出部１０５での検出結果は、最尤検出部１０６に供給される。最尤検出部１０６は、レベル検出部１０５での検出結果を最尤検出し、出力符号を復号する。

次に本実施例の信号処理の動作を説明する。図９は本発明の一実施例のタイムチャートを示す。図９（Ａ）は入力データ、図９（Ｂ）は入力データを１／７ＲＬＬ符号化した符号列、図９（Ｃ）は１／７ＲＬＬ符号化した符号列に対して演算｛１／（１−Ｄ）｝を行った結果、図９（Ｄ）は演算｛１／（１−Ｄ）｝を行った結果に対して演算（１−Ｄ）を行った結果、図９（Ｅ）は演算（１−Ｄ）を行った結果に応じてライトヘッドに供給される記録電流、図９（Ｆ）は記録信号の微分結果、図９（Ｇ）はリードヘッドの出力信号、図９（Ｈ）はイコライザに波形等化された信号波形、図９（Ｉ）はレベル検出回路の出力符号、図９（Ｊ）は最尤検出回路の検出結果、図９（Ｋ）は出力符号、図９（Ｌ）は出力符号を復調したデータを示す。

データは２ビット毎に３ビットに１／７ＲＬＬ符号に変換される。１／（１−Ｄ）の演算は、入力符号と１／（１−Ｄ）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。（１−Ｄ）は１／（１−Ｄ）演算結果を１つ遅延させて減算したものと等価である。１／（１−Ｄ）、（１−Ｄ）の演算はＮＲＺＩ符号化回路１３の１段のフリップフロップで等価的に行われる。記録電流は「＋１」および「−１」で向きが反転するように、ライトアンプ１４がライトヘッドを駆動する。

リードヘッド１３の微分検出作用でインパルスとなり、記録媒体／ヘッドの伝達特性により図９（Ｆ）に示すようなインパルス応答波形がリードヘッド１７から出力される。イコライザ２２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る。イコライザ２２の伝達特性は、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ている。すなわち、イコライザの出力のサンプル点のレベルが「１」，「０」，「−１」の３値のそれぞれよりのズレ量に応じてイコライザの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することができる。この機能を備えたものが適応型イコライザと呼ばれ、そ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１７以降の伝達特性はコサインロールオフ特性となり、サンプル点の電圧は図９（Ｈ）に「・」で示すように「１」，「０」，「−１」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る。最尤検出回路２５では, 図９（Ｊ）に示すようにパスが太線で示すパスに確定する毎に, 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、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、エラーは訂正される。

図１０は本発明の一実施例の最尤検出の動作を説明するための図を示す。図１０（Ａ）はリードヘッド出力、図１０（Ｂ）はイコライザに波形等化された波形、図１０（Ｃ）はイコライザにより波形等化された信号波形をレベル検出した結果、図１０（Ｄ）は最尤検出結果、図１０（Ｅ）は出力符号を示す。図１０（Ａ）のａ部及びｂ部に示されるようにヘッド出力が変動し、図１０（Ｃ）に示すようにａ部分では本来レベル「０」であるべき部分がレベル「−１」に検出され、ｂ部分では本来レベル「０」であるべき部分がレベル「１」に検出される。

しかし、最尤検出によりａ’部分で出力レベルが再び「−１」に反転すると、ａ部分のレベルは「−１」ではなく、「０」が正しいパスであると判定され、ａ部のレベルが「０」に訂正される。また、同様に最尤検出によりｂ’部分で再び出力レベルが「１」に反転すると、ｂ部分のレベルは「１」ではなく、「０」が正しいパスであると判定される。

以上のようにしてノイズによるエラーが訂正される。最尤検出によりエラー訂正された１／７ＲＬＬ符号の出力符号は, デコーダで変換されてデータとなる。なお、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の前に設け、データをランダム化し、再生系のデコーダの後にデスクランブラ回路を設けて、元のデータに戻すようにしてもよい。

また、本実施例のパーシャルレスポンス信号処理方式の記録系は、従来のピーク検出方式に比べ、ライトコンペ・アルゴリズムがパターン効果補償型から非線形歪み（ＮＬＴＳ）補償型に変わるだけであり, ライトコンペが軽微またはない場合は, ピーク検出方式で記録された媒体を本発明のパーシャルレスポンス信号処理方式で再生すれば, エラーレートの低い, 高信頼の再生が可能となる。

このように、パーシャルレスポンスを利用することにより, 従来のピーク検出方式とほぼ同じ帯域で、記録電流波形の歪みが少なく、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、３値の最尤検出は、Ｓ／Ｎ換算で約３ｄＢの改善効果があると云われており、従来のピーク検出方式の必要とされるＳ／Ｎを約３ｄＢ下げることができ、記録密度を向上させることができる。

なお、ヘッドはライトヘッド、リードヘッド別々のヘッドで説明したが, 同一のヘッドでもよい。また、サンプル回路で離散化した例で説明したが、これを省略し離散化せずにアナログ方式で構成してもよい。また、符号は１／７ＲＬＬ符号で説明したが、他の符号でも実現可能である。

さらに、本実施例の再生系を用いればフロッピー（登録商標）ディスクのように（１−Ｄ）の演算が施されたビット列が記録された媒体のデータを高品質に読み出すことができる。以上、本実施例によれば、ピーク検出と同等の低い記録周波数で記録したパーシャルレスポンスが可能となる。したがって、ピーク検出と同等の低い記録周波数で最尤検出が可能となる。また、記録電流の歪みが低減できる。さらに、ＮＬＴＳが低減できる。

さらに、１／（１＋Ｄ）を実現するためのプリコーダが不要となるので、回路構成を簡略化できる。

従来の一例のブロック構成図である。 （１＋Ｄ）の伝達特性図である。 本発明の一実施例のブロック構成図である。 本発明の一実施例のライトコンペ回路の補償アルゴリズムを示す図である。 本発明の一実施例の等価ブロック図である。 本発明の一実施例の磁気再生系の伝達特性図である。 本発明の一実施例のイコライザの伝達特性図である。 本発明の一実施例のコサインロールオフ特性図である。 本発明の一実施例のタイムチャートである。 本発明の一実施例の最尤検出の動作を説明するための図である。

符号の説明

１０ 磁気ディスク装置
１１ エンコーダ
１２ ライトコンペ回路
１３ ＮＲＺＩ符号化回路
１４ ライトアンプ
１５ ライトヘッド
１６ 磁気ディスク
１７ リードヘッド
１８ プリアンプ
１９ ＡＧＣ
２０ フィルタ
２１ サンプリング回路
２２ イコライザ
２３ ＶＦＯ
２４ レベル検出回路
２５ 最尤検出回路
２６ デコーダ

Claims (2)

1. パーシャルレスポンスによる信号処理を、記録媒体を介して行う情報記憶装置において、
   入力符号にＮＲＺＩ符号に変換するＮＲＺＩ符号変換手段と、
   前記ＮＲＺＩ符号変換手段で変換されたＮＲＺＩ符号を前記記録媒体に記録する記録手段と、
   前記記録手段により前記記録媒体に記録された信号を再生する再生手段と、
   前記再生手段により再生された再生信号を、前記再生手段の伝達特性とともに、ナイキスト等化の伝達特性を実現するように等化する等化手段と、
   前記等化手段の等化結果（１、−１）に対して最尤検出を行う最尤検出手段とを有することを特徴とする情報記憶装置。
2. 入力データを１／７ＲＬＬ符号化したビット列を前記ＮＲＺＩ符号変換手段に供給する符号化手段を有することを特徴とする請求項１記載の情報記憶装置。

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