JP4717611B2 - メディアにパターンを書き込む方法及びデータ記憶装置 - Google Patents

Description

本発明はメディアにパターンを書き込む方法及びデータ記憶装置に関し、特に、回転するメディアへのパターン書き込みにおける書き込みタイミング制御に関する。

データ記憶装置として、光ディスクや磁気テープなどの様々な態様のメディアを使用する装置が知られている。その中で、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）は、コンピュータの記憶装置として広く普及し、現在のコンピュータ・システムにおいて欠かすことができない記憶装置の一つとなっている。さらに、コンピュータ・システムにとどまらず、動画像記録再生装置、カーナビゲーション・システム、携帯電話、あるいはデジタル・カメラなどで使用されるリムーバブルメモリなど、ＨＤＤの用途は、その優れた特性により益々拡大している。

ＨＤＤで使用される磁気ディスクは、同心円状に形成された複数のトラックを有しており、各トラックにはサーボ・データと、ユーザ・データが記憶される。薄膜素子で形成されたヘッド素子部がサーボ・データに従って所望の領域（アドレス）にアクセスすることによって、データ書き込みあるいはデータ読み出しを行うことができる。データ読み出し処理において、ヘッド素子部が磁気ディスクから読み出した信号は、信号処理回路によって波形整形や復号処理などの所定の信号処理が施され、ホストに送信される。ホストからの転送データは、信号処理回路によって同様に所定処理された後に、磁気ディスクに書き込まれる。

上述のように、各トラックはユーザ・データが記憶されるユーザ・データ領域とサーボ・データが記憶されるサーボ・パターン領域とを備えている。サーボ・パターン（本明細書ではこれをProduct Servo Patternと呼ぶ）は、シリンダＩＤ、セクタ番号、バースト・パターンなどから構成されている。シリンダＩＤはトラックのアドレス、セクタ番号はトラック内のセクタ・アドレスを示す。バースト・パターンはトラックに対する磁気ヘッドの相対位置情報を有している。

Product Servo Patternは各トラックにおいて円周方向に離間して複数セクタ形成されており、全トラックに渡る各セクタのProduct Servo Patternは、円周方向において位置（位相）が揃っている。磁気ディスクに対するデータの読み出しまたは書き込みは、磁気ディスクが回転している状態において、サーボ・データによって磁気ヘッドの位置を確認しながら実行される。

Product Servo Patternは、製品としてのＨＤＤが出荷される前に工場内において磁気ディスクに書き込まれる。従来の典型的なProduct Servo Patternの書き込みは、外部装置としてのサーボ・ライタを使用して行われている。ＨＤＤがサーボ・ライタにセットされ、サーボ・ライタはＨＤＤ内のヘッドをポジショナ（外部位置決め機構）によって位置決めし、Product Servo Pattern生成回路が生成したProduct Servo Patternを磁気ディスクに書き込む。

現在、Product Servo Patternの書き込み工程（Servo Track Write：ＳＴＷ）は、ＨＤＤの製造コストの中で主要な位置を占めている。特に近年、ＨＤＤは高容量化の競争が激化し、これに伴いＴＰＩ（Track Per Inch）の増加が進んでいる。ＴＰＩが増加する事により、トラック数は増え、トラック幅（トラック・ピッチ）が小さくなる、これらはＳＴＷ時間の増加及びサーボ・ライタの高精密化を進め、ＳＴＷのコスト増加の要因となっている。このコストを削減する為にサーボ・ライタのコスト削減、ＳＴＷ時間の短縮等が進められている。

そこで、新たな手法としてＳＳＷ（Self Servo Write）が提案されている。このＳＳＷはそれまでのＳＴＷとは異なり、ＨＤＤ本体の機械機構部分のみを使い、外部回路からＨＤＤ内のスピンドル・モータ（ＳＰＭ）とボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）をコントロールし、外部回路を用いてProduct Servo Patternを書き込む。これによって、サーボ・ライタのコスト削減を図っている。

ＳＳＷの手法として、ヘッド素子部のリード素子とライト素子の半径方向位置が異なる（これをリード・ライト・オフセットと呼ぶ）ことを利用して、内周側もしくは外周側にすでに書き込まれたパターンをリード素子が読み出しながら位置決めを行い、ライト素子が、リード・ライト・オフセット離れた所望のトラックに新たなパターンを書きこむものが知られている。

ＳＳＷにおいて、隣接サーボ・トラックの各Product Servo Patternは、円周方向の位置が正確に一致していることが必要である。Product Servo Patternが、隣接サーボ・トラック間で一部が重なるように書き込まれるので、隣接トラックのパターン間で円周方向における位相が一致していない場合、書き込まれたパターン間で信号の打ち消しが生じ、必要なパターンを書き込むことができないからである。また、制御容易性の点から、各パターンは、円周方向に等間隔に書き込むことが好ましい。

従って、ＳＳＷにおいては、Product Servo Patternもしくはそれを書き込むための基礎となる他のパターンの書き込みにおいて、円周方向における位置、つまり書き込みタイミングを正確に制御することが要求される。なお、サーボ・ライトにおけるタイミング・パターンの伝播において、パターンの円周方向における間隔制御のために、すでに書き込まれたパターン間の間隔を使用して書き込みタイミングを修正する技術が知られている（例えば特許文献１を参照）。
特開平８−２１２７３３号公報

複数のパターンを正確にトラック上に書き込むためには、精密なＳＰＭの制御を行ってその回転速度を正確に保つことが必要である。例えば、複数のパターンを等間隔で書き込む場合、ＳＰＭの回転速度を正確に保ちながら、一定のクロック周波数、クロック・カウント数で各パターンを等間隔に書き込んでいけばよい。専用の外部サーボ・ライタは、一般に、このようにＳＰＭの回転を精密に制御することができ、正確にパターンを書き込むことができる。

従来のＳＳＷに対して、ＨＤＤの内部回路を使用して、磁気ディスクにサーボ・パターンを自己書き込みすることが考えられる。ＨＤＤの内部回路が自己完結的にサーボ・パターンの自己書き込みを実行することによって専用のサーボ・ライタが不要となり、多額の設備投資の必要がなくなる。

しかしながら、このように通常のＨＤＤが、それ自身の機構・回路でＳＳＷを行う場合、専用の外部サーボ・ライタのようにＳＰＭの回転を精密に制御することは困難であり、磁気ディスクの回転速度のふらつき（回転ジッタ）が存在する。そのため、一定のクロックに従ってパターンを磁気ディスクに書き込むと、パターン間隔にばらつきが発生し、同一トラックにおいて等間隔にパターンを書き込むことができない、あるいは、パターン間隔の等・不等にかかわらず、隣接トラックのパターン間において位相ずれが発生してしまう。

本発明は上述のような事情を背景としてなされたものであって、自己パターン書き込みにおいてメディアの回転ジッタの影響を抑制し、より正確なタイミングで新たなパターンを書き込むことを目的とする。

本発明の第１の態様は、回転するメディア上において、リード素子でパターンを読み出しながら、半径位置の異なるライト素子で新たなパターンを書き込む方法であって、回転するメディアの第１トラックに複数のパターンを書き込み、前記第１トラックのパターンの読み出し予想時刻を、第１トラックのすでに読み出されたパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差を使用して決定し、前記第１トラックの基準となる各パターンの読み出し時刻から、そのパターンの先にあるパターンの読み出し予想時刻を使用して決定された時間が経過した時刻に、第２トラックに各パターンを書き込むものである。先にあるパターンの読み出し予想時刻をそれまでに得られたタイミング誤差を使用して決定し、その予想時刻を使用して、基準パターンの読み出し時刻から新たなパターンの書き込み時刻までの時間を決定することによって、メディアの回転ジッタを補償し、正確なタイミングでのパターン書き込みを実現することができる。

本発明の第２の態様は、上記第１の態様において、前記第１トラックのパターンの読み出し予想時刻を、第１トラックにおいてすでに読み出された複数のパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差を使用して決定するものである。これによって、メディアの回転ジッタを補償するよりも簡便に正確な予想時刻を決定することができる。

本発明の第３の態様は、上記第２の態様において、前記基準となる各パターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差を使用して、前記先にあるパターンの読み出し予想時刻を決定するものである。これによって、メディアの回転ジッタを補償するよりも簡便に正確な予想時刻を決定することができる。

本発明の第４の態様は、上記第１の態様において、前記第１トラックにおける各パターンの読み出し予想時刻を、第１トラックのすでに読み出されたパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差の積分項、比例項、及び差分項のそれぞれ係数をかけた項の和を使用して決定するものである。これによって、メディアの回転ジッタを補償するよりも簡便に正確な予想時刻を決定することができる。

本発明の第５の態様は、上記第１の態様において、前記第１トラックの基準となる各パターンの読み出し時刻から、そのパターンの次に読み出されるパターンの読み出し予想時刻を使用して決定された時間が経過した時刻に、第２トラックに各パターンを書き込むものである。これによって、メディアの回転ジッタを補償するよりも簡便に正確な予想時刻を決定することができる。

本発明の第６の態様は、上記第５の態様において、前記第１トラックにおいて、前記基準となる各パターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差と、その基準となる各パターンの前に読み出された複数のパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差とを使用して、基準となる各パターンの前記先にあるパターンの読み出し予想時刻を決定するものである。これによって、メディアの回転ジッタを補償するよりも簡便に正確な予想時刻を決定することができる。

本発明の第７の態様は、上記第１の態様において、前記第１トラックのパターンの読み出し予想時刻は、そのパターンの読み出し基準時刻を、前記メディアの回転ジッタを補償するように第１トラックのすでに読み出されたパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差を使用して補正することによって決定するものである。基準時刻に対してタイミング誤差を使用してメディアの回転ジッタを補償することで、正確なタイミングでのパターン書き込みを実現することができる。

本発明の第８の態様は、回転するメディア上において、リード素子でパターンを読み出しながら、半径位置の異なるライト素子で新たなパターンを書き込むデータ記憶装置であって、回転するメディアの第１トラックに書き込まれた複数パターンのそれぞれを読み出すリード素子と、前記第１トラックのパターンの読み出し予想時刻を、その第１トラックにおいてすでに読み出されたパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差を使用して決定するコントローラと、前記第１トラックの基準となる各パターンの読み出し時刻から、そのパターンの先にあるパターンの読み出し予想時刻を使用して決定された時間が経過した時刻に、第２トラックに各パターンを書き込むライト素子と、を備えるものである。第１トラックにおいてすでに読み出されたパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差を使用してパターンの読み出し予想時刻を決定し、その予想時刻を使用して、第１トラックの基準パターンの読み出し時刻から第２トラックへの新たなパターン書き込みまでの時間を決定することで、メディアの回転ジッタを補償した正確なタイミングでパターン書き込みすることができる。

本発明の第９の態様は、上記第８の態様において、前記コントローラは、前記第１トラックのパターンの読み出し予想時刻を、そのパターンの読み出し基準時刻を前記タイミング誤差を使用して決定された補正値で補正することによって決定するものである。基準時刻に対してタイミング誤差を使用して補正することで、メディアの回転ジッタを補償し、正確なタイミングでのパターン書き込みを実現することができる。

本発明の第１０の態様は、上記第９の態様において、前記コントローラは、前記補正値を、前記第１トラックのすでに読み出された複数のパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差を使用して決定するものである。これによって、メディアの回転ジッタを補償するよりも簡便に正確な予想時刻を決定することができる。

本発明の第１１の態様は、上記第８の態様において、前記コントローラは、前記基準となるパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差を使用して前記先にあるパターンの読み出し基準時刻を補正し、前記先にあるパターンの読み出し予想時刻を決定するものである。これによって、メディアの回転ジッタを補償するよりも簡便に正確な予想時刻を決定することができる。

本発明の第１２の態様は、上記第８の態様において、前記コントローラは、前記第１トラックにおける各パターンの読み出し予想時刻を、第１トラックのすでに読み出されたパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差の積分項、比例項、及び差分項のそれぞれ係数をかけた項の和を使用して決定するものである。これによって、メディアの回転ジッタを補償するよりも簡便に正確な予想時刻を決定することができる。

本発明の第１３の態様は、上記第８の態様において、前記コントローラは、前記基準となる各パターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差と、すでに読み出された複数のパターンの読み出し時刻と読み出し予想時刻との間のタイミング誤差とを使用して、前記先にあるパターンの読み出し予想時刻を決定するものである。これによって、メディアの回転ジッタを補償するよりも簡便に正確な予想時刻を決定することができる。

本発明によれば、回転するメディアへのパターン自己書き込みにおいて、その回転ジッタの影響を抑制し、より正確なタイミングでパターンを書き込むことができる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。

本実施形態は、データ記憶装置におけるメディアへの自己パターン書き込み、つまり、自らメディアに書き込んだパターンを基準として新たなパターンを書き進む処理に関する。特に、自己パターン書き込みにおける書き込みタイミング制御に関する。本形態においては、データ記憶装置の一例であるハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）における、サーボ・パターンの自己書き込み処理を例として、本発明を説明する。

ＨＤＤにおいて、その内部機構を使用してサーボ・パターンを書き込む自己サーボ書き込み（Self Servo Write（ＳＳＷ））が知られている。好ましい実施形態のＨＤＤにおいて、従来のＳＳＷにおいて外部回路が行っていた機能が、製品カード（完成品としてのＨＤＤの各ＩＣが実装されている基板）上の内部回路自体に組み込まれている。これによって、ＨＤＤは、外部装置としてのサーボ・ライタ装置に直接的に依存することなく、実質的に内部構成のみによって磁気ディスクへのサーボ・パターン書き込み処理を実行することができる。ＨＤＤは、外部の制御装置からのスタート信号に応答して内部回路に実装された機能によってサーボ・パターンを磁気ディスクに書き込む。

そこで、本形態におけるＳＳＷの処理について説明する前に、本形態のＳＳＷを実行するＨＤＤの全体構成について、その概略を説明する。図１は、ＨＤＤ１の概略構成を示すブロック図である。ＨＤＤ１は、密閉されたエンクロージャ１０内に、メディア（記録媒体）の一例である磁気ディスク１１、ヘッド素子部１２、アーム電子回路（アーム・エレクトロニクス：ＡＥ）１３、スピンドル・モータ（ＳＰＭ）１４、ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）１５、そしてアクチュエータ１６を備えている。

ＨＤＤ１は、エンクロージャ１０の外側に固定された回路基板２０を備えている。回路基板２０上には、リード・ライト・チャネル（Ｒ／Ｗチャネル）２１、モータ・ドライバ・ユニット２２、ハードディスク・コントローラ（ＨＤＣ）とＭＰＵの集積回路（以下、ＨＤＣ／ＭＰＵ）２３及びＲＡＭ２４などの各ＩＣを備えている。尚、各回路構成は一つのＩＣに集積すること、あるいは、複数のＩＣに分けて実装することができる。

外部ホスト５１からのライト・データは、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３によって受信され、Ｒ／Ｗチャネル２１、ＡＥ１３を介して、ヘッド素子部１２によって、不揮発性の記録媒体である磁気ディスク１１に書き込まれる。また、磁気ディスク１１に記憶されているリード・データはヘッド素子部１２によって読み出され、そのリード・データは、ＡＥ１３、Ｒ／Ｗチャネル２１を介して、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３から外部ホスト５１に出力される。

磁気ディスク１１は、ＳＰＭ１４に固定されている。ＳＰＭ１４は所定の速度で磁気ディスク１１を回転する。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３からの制御データに従って、モータ・ドライバ・ユニット２２がＳＰＭ１４を駆動する。本例の磁気ディスク１１は、データを記録する記録面を両面に備え、各記録面に対応するヘッド素子部１２が設けられている。

各ヘッド素子部１２はスライダ（不図示）に固定されている。また、スライダはアクチュエータ１６に固定されている。アクチュエータ１６はＶＣＭ１５に連結され、回動軸を中心に揺動することによって、ヘッド素子部１２（及びスライダ）を磁気ディスク１１上において半径方向に移動する。モータ・ドライバ・ユニット２２は、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３からの制御データ（ＤＡＣＯＵＴ）に従ってＶＣＭ１５を駆動する。

ヘッド素子部１２には、磁気ディスク１１への記録データに応じて電気信号を磁界に変換するライト素子、及び磁気ディスク１１からの磁界を電気信号に変換するリード素子を備えている。この点については後述する。なお、磁気ディスク１１は、１枚以上あればよく、記録面は磁気ディスク１１の片面あるいは両面に形成することができる。

ＡＥ１３は、複数のヘッド素子部１２の中からデータ・アクセスが行われる１つのヘッド素子部１２を選択し、選択されたヘッド素子部１２により再生される再生信号を一定のゲインで増幅し、Ｒ／Ｗチャネル２１に送る。また、Ｒ／Ｗチャネル２１からの記録信号を選択されたヘッド素子部１２に送る。ＳＳＷにおいては、ＡＥ１３は選択したヘッド素子部１２が読み出したサーボ信号をＲ／Ｗチャネル２１に転送し、全てのヘッド素子部１２に対してＲ／Ｗチャネル２１からのライト・データ（サーボ・データ）を転送する。

Ｒ／Ｗチャネル２１は、ライト処理において、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３から供給されたライト・データをコード変調し、更にコード変調されたライト・データをライト信号に変換してＡＥ１３に供給する。また、リード処理において、Ｒ／Ｗチャネル２１はＡＥ１３から供給されたリード信号を一定の振幅となるように増幅し、取得したリード信号からデータを抽出し、デコード処理を行う。リード・データは、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３に供給される。Ｒ／Ｗチャネル２１はクロック生成回路２１１を備え、ＳＳＷのタイミング制御は、Ｒ／Ｗチャネル２１が生成するクロック信号に従って実行される。

ＨＤＣ／ＭＰＵ２３において、ＭＰＵはＲＡＭ２４にロードされたマイクロコードに従って動作する。ＨＤＤ１の起動に伴い、ＲＡＭ２４には、ＭＰＵ上で動作するマイクロコードの他、制御及びデータ処理に必要とされるデータが磁気ディスク１１あるいはＲＯＭ（不図示）からロードされる。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、サーボ・データを使用したヘッド素子部１２のポジショニング制御、インターフェース制御などのデータ処理に関する必要な処理の他、ＨＤＤ１の全体制御を実行する。ＳＳＷは、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３の制御の下において実行される。

図２は、ＳＳＷにおける自己パターン書き込みの手法を概略的に示している。ＳＳＷは、内周（ＩＤ）側もしくは外周（ＯＤ）側サーボ・トラック（ＴＯ）に書き込まれているパターン（ＰＯ）をヘッド素子部１２内のリード素子１２１で読み出しながら、外周側もしくは内周側サーボ・トラック（ＴＮ）に配置されたヘッド素子部１２内のライト素子１２２で新たなパターン（ＰＮ）を書き込む。つまり、リード素子１２１が基準トラックＴＯの各セクタのサーボ・パターンをフォロしながら、各セクタの検出から所定タイミング後にライト素子１２２がトラックＴＮに新たなサーボ・パターンＰＮを書きこむ。ヘッド素子部１２を外周側もしくは内周側に順次移動させながらパターンを書き進めることによって、磁気ディスク１１全面にサーボ・パターンを書き込むことができる。

さらに、図２はリード素子１２１とライト素子１２２の位置関係を示している。リード・ライト・オフセット（RW_Offset）は、リード素子１２１とライト素子１２２との間の半径方向における距離である。具体的には、リード素子１２１とライト素子１２２の各センター間の、磁気ディスク１１の半径方向における距離である。リード・ライト・オフセットはヘッド素子部１２の半径方向の位置によって変化する。ヘッド素子部１２において、ＩＤ側からＯＤ側まで全てのトラック位置においてリード・ライト・オフセットが存在するように設計することが可能である。これによって、内周側に書き込んだパターンを読み出してヘッド素子部１２の位置合わせを行い、最もＯＤ側のトラックまでパターンを書き込むことができる。

このように、ＳＳＷでは、自分で書いたパターンを参照し、その信号から得られる時間的、空間的情報を使用して、時間的（周方向におけるタイミング制御）、空間的（半径方向における位置制御）な制御を行いながら、リード・ライト・オフセットだけ半径方向にずれた位置に、次のパターンを書き込む方法である。

以降の説明において、リード素子１２１がライト素子１２２よりも磁気ディスク１１の内周（ＩＤ）側に配置されているものとする。内周側からパターンを書き込むことによって、ライト素子１２２により先に書き込まれたパターンをリード素子１２１が読み取ることができる。これによって、リード素子１２１が読み取ったパターンによってヘッド素子部１２の位置合わせを行いながら、ライト素子１２２が新たなパターンの書き込みを行うことができる。尚、リード／ライト素子１２１、１２２の位置を変更することによって、磁気ディスク１１の反対面にパターンを書くときにも内周側ＳＳＷを開始することが可能となる。或いは位置を変更せず、反対面にパターンを書くときには磁気ディスク１１の外側からＳＳＷを開始することも可能である。尚、両面共に磁気ディスク１１の外側からＳＳＷを開始しても良い。更することによって、磁気ディスク１１の外側からＳＳＷを開始することも可能である。

ＳＳＷは、いつかのシーケンスから構成されている。磁気ディスク１１上には、最終的にユーザ・データのリード／ライトのための最終的なサーボ・パターン（Product Servo Pattern）がその全面に書きこまれる。その書き込みのために、磁気ディスク１１上のProduct Servo Patternを使用してProduct Servo Patternを書き進めるシーケンス（Product Servo Patternの自己伝播）の他に、初期シーケンスにおいて、他のタイプ（もしくはProduct Servo Patternと同一フォーマット）のパターンを使用してProduct Servo Patternを書き込む。以下において、この初期シーケンスにおける処理を例として説明する。

ＳＳＷプロセスの初期シーケンスにおいて、アクチュエータ１６をクラッシュ・ストップ（Crash Stop）（不図示）に突き当ててヘッド素子部１２の半径方向の位置を安定に保ち、初期パターンを確立する。クラッシュ・ストップとは、アクチュエータ１６と衝突することによってその回動方向における移動を規制する部材であって、アクチュエータ１６に対して内周側と外周側の双方に配置されている。典型的に、クラッシュ・ストップは樹脂によって形成する。アクチュエータ１６をクラッシュ・ストップにつきあてた状態でヘッド素子部１２の位置を変えるには、ＶＣＭ１５電流の値を調整する。

また、自己パターン書き込みにおけるタイミング制御においてもＨＤＤ１が本来的に備えている機能を使用する。ＨＤＤ１は、Product Servo Patternにおけるサーボ・アドレス・マーク（Servo Address Mark：ＳＡＭ）あるいは、ユーザ・データ・セクタにおけるデータ・アドレス・マーク（Data Address Mark：ＤＡＭ）をタイミング信号として使用することができる。具体的には、Ｒ／Ｗチャネル２１は、ＳＡＭもしくはＤＡＭを検出した時刻を正確に測定し、その値はＨＤＣ／ＭＰＵに転送され、それを使用した制御に用いられる。

図３（ａ）に示すように、Product Servo Patternは、プリアンブル（PREAMBLE）、ＳＡＭ、グレイ・コードからなるトラックＩＤ（GRAY）、サーボ・セクタ・ナンバ（PHYS）（オプショナル）及びバースト・パターン（BURST）から構成されている。ＳＡＭは、トラックＩＤ等の実際の情報が始まることを示す部分で、通常ＳＡＭが見つかったときに出てくるタイミング信号であるＳＡＭ信号が磁気ディスク１１上に書き込まれた位置と正確な相関をもっている。また、バースト・パターン（BURST）はトラックＩＤで示されるトラックの更に精密な位置を示す信号で、この例ではトラックごとに周回上に位置を少し違えたところに千鳥上に書かれたＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの4つの振幅信号を備える。これらの各バーストはプリアンブル（PREAMBLE）と同じ周期の単一周波数信号である。

あるいは図３（ｂ）に示すように、ユーザ・データ・セクタ・フォーマットは、典型的には、プリアンブル（PREAMBLE）、ＤＡＭ、ユーザ・データ（USER DATA）及びＥＣＣ（Error Correction Code）を備えている。ＤＡＭはユーザ・データの始まりを示すデータであり、ＳＡＭと同様に、磁気ディスク１１上に書き込まれた位置と正確な相関をもっている。また、Ｒ／Ｗチャネル２１は、正確なクロックを作成するシンセイザを有しているのでタイミング信号間の時間間隔を測定するのに適している。

通常の使用では、ＨＤＤ１はサーボ時にProduct Servo Patternを読み取り、ライト時にはシンセイザの作る正確なクロックに書き込みたいデータを載せて磁気ディスク１１にデータを書き込み、リード時にはユーザ・データ・セクタの先頭部のプリアンブルでクロックをリード信号にフェーズ・ロックさせ、定型パターンであるＤＡＭでタイミングを正確にとることができる。この正確なタイミングと正確なクロックを用いてＳＳＷに必要なセクタから次のセクタへのタイミング信号のコピーがステップ・バイ・ステップでできる。これを用い、書き込まれているパターンにトラック・フォロしながら次のセクタ位置に必要なパターンを書き込んでいくことが可能である。これから分かるように、ＤＡＭをタイミング・パターンとして用いる場合は、これと組になったサーボ用のパターンがトラック・フォローのために必要である。これによって、ＳＳＷにおける時間の制御と半径位置の制御を独立のパターンで行うことになる。

このプロセスで注意しなければならないことは、磁気ディスク１１の回転速度のふらつき（回転ジッタ）である。Ｒ／Ｗチャネル２１のクロックが決まった周波数である場合、あるセクタ[ｉ]のタイミング信号から次のセクタ[ｉ＋１]のタイミング信号までの時間は磁気ディスク１１の回転速度が完璧に一定であれば常に同じ時間Ｄ[ｉ]となるので、セクタ[ｉ]のタイミング信号を検出してから決まった時間Ｄ[ｉ]の後にセクタ[ｉ＋１]のタイミング信号を書き込むようにすれば、パターンの伝播は問題なくできる。ここでD[ｉ]はセクタ[ｉ]からセクタ[ｉ＋１]までの時間である。専用のサーボ・ライタではＳＰＭ１４の回転を精密に制御することができるため、書き込みタイミングのずれが発生することはない。

しかしながら、ＨＤＤ１が自身の機構・回路でＳＳＷを行う場合に、そのような正確な制御は困難であり、ある程度の磁気ディスク１１の回転ジッタが存在する。この回転ジッタを無視して、同一書き込みタイミングでパターンを書き込むと、円周方向におけるパターン位置がずれる。本実施形態では、このような条件のもとでＨＤＤ１自身がＳＳＷを行うために、磁気ディスク１１の回転ジッタを考慮して、タイミング信号の期待値（目標値）と実際の測定値との差を使用して書き込み時刻値を補正し、磁気ディスク１１の回転ジッタを補償する簡単な方法を提案する。

図４は、実際のパターンを書き進めていく様子を示している。図４に示すように、ＨＤＤ１は、内周側に書き込まれたパターンの半分に外周側のパターンの半分を重ねるようにして、内周側から外周側にパターンを書き進めていく。従って、パターンを書き込むときのトラック・ピッチは、書き込まれた後のパターンのトラック・ピッチの半分である。

本実施形態においては、書き込むことが必要なセクタ数Ｎｓの２倍の数（２Ｎｓ）のパターンを一つのトラックに書き込む。従って、最終的に必要とされる各パターン間の時間間隔を等間隔のＴｓとすると、各隣接パターンの時間間隔はＴｓ／２となる。ここで、各パターンは、各パターンの検出時刻値を特定するためのタイミング信号（ＳＡＭもしくはＤＡＭ）及びヘッド素子部１２を位置決めするための位置信号（バーストに相当）を必ず備えている。

本形態において、ＩＮＤＥＸを基準として、偶数セクタの各パターンをＮＯＲＭＡＬと呼び、奇数セクタの各パターンをＦＬＩＰと呼ぶ。つまり、ＮＯＲＭＡＬとＦＬＩＰが交互に現れる状態になる。ＮＯＲＭＡＬとＦＬＩＰとは、サーボ・パターンにおいて、異なるタイプのＳＡＭを備える、あるいは逆ポラリティのパターンとすることによって区別することが好ましい。このことは、ＳＳＷをProduct Servo Patternで行う場合もDAMを用いるタイミング・パターンとサーボ・パターンの組で行ういずれの場合もあてはまる。ここでＩＮＤＥＸは、ＳＰＭ１４を駆動するモータ・ドライバ・ユニット２２がスピンドル・モータの逆起電力に応じて生成する信号であって、スピンドル・モータ１４の回転周期によって規定される。

本形態のＳＳＷは、１トラックのパターンの書き込みのために、磁気ディスク１１の２回転を使用する。つまり、ＨＤＤ１は、ＩＤ側トラックＴＯの各ＮＯＲＭＡＬパターンを読み出しならが、ＯＤ側トラックＴＮに各ＦＬＩＰパターンを書き込む。さらに、ＨＤＤ１は、ＩＤ側トラックＴＯの各ＦＬＩＰパターンを読み出しならが、ＯＤ側トラックＴＮに各ＮＯＲＭＡＬパターンを書き込む。

図６は、一つ前のセクタの各ＮＯＲＭＡＬパターンを読み出しならが、各ＦＬＩＰパターンを書き込む例を示している。ＨＤＤ１は、ＮＯＲＭＡＬの側の位置情報をみて、リード素子１２１をこの位置に保持しながら、リード・ライト・オフセットだけずれた位置にあるライト素子１２２を用いて、各ＮＯＲＭＡＬパターンのタイミング信号からＤｗ=Ｔｓ／２の時間位置に各ＦＬＩＰパターンのタイミング信号が来るように各ＦＬＩＰパターンを書き込む。

具体的に説明する。最初の回転でトラックＴＯ上のＮ＿［０］、Ｎ＿［１］、Ｎ＿［２］・・・と偶数セクタのＮＯＲＭＡＬパターンをフォロしながら、各ＮＯＲＭＡＬパターンを基準にしてトラックＴＮ上の奇数セクタのＦＬＩＰパターンＦ＿［０］、Ｆ＿［１］、Ｆ＿［２］・・・を、それぞれＤｗ=Ｔｓ／２の時間位置になるように書く。同様に、次の回転でトラックＴＯ上でＦ＿［０］、Ｆ＿［１］、Ｆ＿［２］・・・と奇数セクタのパターンを基準にしてトラックＴＮ上の偶数セクタのパターンＮ＿［１］、Ｎ＿［２］、Ｎ＿［３］・・・を書く。なお、この順番は逆でもかまわない。

ヘッド素子部１２は書き込みと読み出しを同時に行うことは出来ない。つまり、例えば、内周側基準トラックのパターンＮ＿［０］を基準に最初の外周側トラックＴＮにおけるパターンＦ＿［０］をライト素子１２２が書いている時、リード素子１２１は内周側基準トラックＴＯのパターンＦ＿［０］を読むことはできない。従って、奇数と偶数セクタをそれぞれ別々の回転で書く必要がある。上述の方法で書き込むことによって、磁気ディスク１１の１回転で必要なセクタ数のパターン（ＦＬＩＰかＮＯＲＭＡＬの一方）を全て書き込むことができるので、書き込み時間を短縮することができる。

ここで、磁気ディスク１１の回転速度は、理想的には一定ｖである。しかし、磁気ディスク１１の回転ジッタのために、この回転速度は不規則に変化しうる。ここで、回転速度がｖからｖ（１＋δ）にずれたとする。このときの状況を図５に示す。この状況において、ＮＯＲＭＡＬパターンを検出してから、通常どおりのＤｗ＝Ｔｓ／２のタイミングＦＬＩＰパターンを書き込むと、正常回転時にはＤｗ＊δだけずれた位置にＦＬＩＰがあらわれる。つまり、それまでに内周側に書き込まれたパターンと新たに書き込まれるパターンとの間に時間ずれ、つまり円周方向における位置ずれが発生する。上述のように、各隣接トラックは、一部重なるようにパターンを書き込むので、隣接トラック間のパターン位相ずれが起こると、その後にパターンを正確に読み出すことができなくなる。

これを避けるためには常に回転変動δを計測しておいて書き込みの時間を補正してやればよい。このように、回転速度がｖからｖ（１＋δ）にずれた場合、図５に示すように、ＮＯＲＭＡＬパターンを検出してから、Ｄｗ／（１＋δ）＝Ｔｓ／２（１＋δ）の時間間隔となるタイミングでＦＬＩＰパターンを書くべきである。ここで、各時刻の実際の回転速度を直前のセクタ間の経過時間から求めることは可能であるが、ここの時刻の測定誤差の影響を避けるためには、複数のセクタの時刻を記憶して置きこれらを使ってフィルターリングを行うことが望ましい。しかし、この方法で精度をあげるには、直前の多数個の時刻データを常時記憶しておかなければならない。本形態においては、このような方法に代えて、あるいはこれと同義に近いやり方として、Ｄｗに常にフィードバック補正をかけることでこの問題を解決する手法を開示する。

以下、図６を参照して具体的に説明する。なお、以下においては、各ＮＯＲＭＡＬパターンを基準として、各ＦＬＩＰパターンを書き込むケースを例として説明する。基準トラックＴＯにおけるＮＯＲＭＡＬパターンについて、正確な回転速度での回転時におけるセクタ［ｉ］のタイミング信号の時刻をt0[i]とする。これに回転誤差が加わった場合の時刻をtm[i]とする。ここで、回転誤差がない場合の各ＮＯＲＭＡＬパターンの隣接セクタ間において、セクタ間隔が一定Tsの場合を考えると、次の関係が満足する。
t0[i+1] = t0[i] + Ts （数式１）
この仮定によって一般性が失われることはない。

この時間差Ｔｓは本例においては平均周回時間／全セクタ数として既知のものである。なお、必要な場合は、実際に基準トラックＴＯにおけるＮＯＲＭＡＬパターンをそれぞれ複数回読み出して、その読み出し時刻を測定し、その複数周回の各平均時刻から各パターン間の時間差を求めればよい。ここで各セクタ［ｉ］の実際の読み出し（検出）時刻tm[i]、セクタ［ｉ］に対して予想される時刻texp[i]、及びtm[i]とtexp[i]との間のタイミング誤差tes[i]を、次のように導入する。

tes[i]=tm[i]−texp[i] （数式２）
sumtes=Σtes[j] （数式３）
texp[i+1] = tm[i] + (Ts−kd * (tes[i]−tes[i−1])−kp * tes[i]−ki * sumtes)（数式４）
初期値としては、
texp[0]=tm[0], sumtes=0 （数式５）
で開始して問題ない。ここで、kd、kp、kiは、それぞれ微分（tes[i]−tes[i−1]）、現在値（tes[i]）、積分値（sumtes）に対する係数であって、製品ごとに適切な値が設計により決定される。このように、タイミング誤差の積分項、比例項、及び差分項のそれぞれ係数をかけた項の和によって、先のセクタの時刻の予想値に補正をかける。また、これらの項が誤差の許容範囲外になったとき、パターンの書き込みを止めることにも用いることができる。また、トラックＴＯ上のＮＯＲＭＡＬパターンで制御をかけながら、トラックＴＮ上のＦＬＩＰパターンを書く状態から、トラックＴＯ上のＦＬＩＰパターンで制御をかけながら、トラックＴＮ上のＦＬＩＰパターンを書く状態に遷移する場合には、積分項sumtesはそのまま保持して使うことが望ましい。

これを用いて、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、tm[i]からの書き込みの時間間隔を、
Dw[i] = (Ts−kd*(tes[i]−tes[i−1])−kp*tes[i]−ki*sumtes)/2 （数式６）
と決定する。ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、（tm[i]+ Dw[i]）の時刻にライト素子１２２がＦＬＩＰパターンを書き込むように制御する。これによって、磁気ディスク１１の回転ジッタを補償し、ＦＬＩＰパターンを正確な位置に書き込み、内周側トラックのＦＬＩＰパターンと位相一致させることができる。

つまり、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、セクタ［ｉ］のＮＯＲＭＡＬパターンＮ＿[ｉ]を読み出したタイミングにおいて、磁気ディスク１１の回転ジッタを織り込んだ形で、次の隣接セクタ［ｉ＋１］のＮＯＲＭＡＬパターンＮ＿[ｉ＋１]の読み出し予想時刻（texp[i+1]）を算出する。読み出し予想時刻（texp[i+1]）は、数式４に示すように、基準時刻（tm[i]+Ts）を時刻の誤差の積分項、比例項、及び差分項のそれぞれ係数をかけた項の和によって決定される補正値（kd*(tes[i]−tes[i−1])−kp*tes[i]−ki*sumtes）で補正することによって得られる。

上述のように、本例のＦＬＩＰパターンは、ＮＯＲＭＡＬパターン間の中央に位置すべきであるため、リード素子１２１でセクタ［ｉ］のＮＯＲＭＡＬパターンＮ＿[ｉ]（のタイミング信号）を検出してから、（texp[i+1]−tm[i]）／２の時間経過後にライト素子１２２でＦＬＩＰパターンＦ＿[ｉ]を書き込むことで、ＨＤＤ１は、回転ジッタを補償した正確な位置にＦＬＩＰパターンＦ＿[ｉ]を書き込むことができる。

このように、ＨＤＣ／ＭＰＵ２３は、各ＮＯＲＭＡＬパターンの読み出し予想時刻（目標時刻）（texp[k]）を算出し、その予想時刻（texp[k]）と実際の読み出し時刻（tm[k]）との間の差分（タイミング誤差）を使用して、先のセクタの読み出し予想時刻を算出する。具体的には、上記数式から理解されるように、読み出し予想時刻（texp[k]）は、読み出しのタイミング誤差の積分項、比例項、及び差分項のそれぞれに係数をかけた項の和によって決定される。この計算によって、より正確な読み出し時刻を予想することができる。なお、実際のパターン書き込みにおいては、内周側の基準トラックの読み出しパターン（上記例におけるＮＯＲＭＡＬパターン）の読み出しを、複数セクタもしくは複数回転行い、上述の計算に従う制御による補正が実効的にかかった後に、外側のトラックに新たなパターン（上記例におけるＦＬＩＰパターン）を書き始める。

たとえば、図７に示すように、４２００ｒｐｍ、１６８セクタの磁気ディスク１１の回転速度に、０．０３％の大きさの７０Ｈｚ（回転数と同じ周期）で変化するサイン波の回転ジッタが乗った場合、何も補正をかけないと、書き込まれるＦＬＩＰパターンは、図７の太線（Terror＠Writ）で示されるように、最大１３ｎｓｅｃ程度あるべき位置からずれてしまう。これに対して、ｋｄ＝−０．４、ｋｐ＝０．３、ｋｉ＝０．５で上記の補正をかけて制御がかかりだすと、図８の太線（Terror＠Writ）で示すように、１ｎｓｅｃ程度におさまることがわかる。

これらのグラフで、Terror＠Sectはリード素子１２１のフォローイングに使用しているＮＯＲＭＡＬパターンのtexp[k]とtm[k]の違いである。Terror＠Writは書き込もうとしているＦＬＩＰパターンでのtexp[k]と実際にかかれるべき場所との時間差で、左Ｙ軸のスケールｎｓｅｃ単位で表示されている。一方、Integは上記数式の中のsumtesに相当し、その大きさは右Ｙ軸のスケールでよみ取れる。ＳＰＭ１４の回転ジッタは、セクタの０からＣＯＳで加えており、フィードバックをかけて安定したところからみると、このsumtes項がＳＰＭ１４の回転ジッタの形をしていることがわかる。逆にこの項を用いてＳＰＭ１４の回転速度の制御を行えることがわかる。また、この積分項、あるいは比例項、差分項、又はそれらの組み合わせが誤差の許容範囲外になったとき、パターンの書き込みを止めることにも用いることができる。

以上、本発明を好ましい実施形態を例として説明したが、本発明が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。例えば、読み出し予想時刻を上記積分項、比例項、及び差分項のそれぞれに係数をかけた項の和以外の方法によって決定することもできる。その場合においても、正確な予想時刻の算出のため、過去の複数のパターンのタイミング誤差を使用して予想時刻を決定する。特に、すでに得られている複数パターンのタイミング誤差の積分を使用することが好ましい。さらには、好ましくは各基準となるパターンのタイミング誤差（例えば上記現在値要素）を使用する。

本例においては、各パターン間隔が一定（Ｔｓ）であるが、本発明のパターン書き込みをパターン間隔が不等である例に適用することも可能である。また、例えば、本発明は磁気ディスク装置に限らず、他のタイプの回転するメディアを使用するデータ記憶装置に適用することができる。あるいは、本発明はサーボ・パターンの自己書き込みに特に有用であるが、他のパターンの自己書き込みに適用することを妨げるものではない。

本実施形態にかかるＨＤＤの構成を示すブロック図である。 本実施形態にＳＳＷの手法を模式的に示す図である。 一般的なＨＤＤにおけるProduct Servo Patternとユーザ・データ・セクタのフォーマットを模式的に示す図である。 磁気ディスク２回転によって、ＩＤ側サーボ・パターンを使いさらにＯＤ側にサーボ・パターンを書き伸ばして行く方法を示す図である。 磁気ディスクの回転ジッタのために、回転速度がｖからｖ（１＋δ）にずれたときの状況を示す図である。 各ＮＯＲＭＡＬパターンを基準として、フィードバック補正をかけたＤｗ時間の経過後に、各ＦＬＩＰパターンを書き込むケースを示す図である。 ４２００ｒｐｍ、１６８セクタの磁気ディスクの回転速度に、０．０３％の大きさの７０Ｈｚで変化するサイン波の回転ジッタが乗り、何も補正をかけない場合において、読み出しパターンの予想時刻と実際の読み出し時刻との違い及び、書き込もうとしているパターンでの予想時刻と実際にかかれるべき場所との時間差を示すグラフである。 図７の例に対して、本実施形態の回転ジッタ補償を行った場合の、読み出しパターンの予想時刻と実際の読み出し時刻との違い及び、書き込もうとしているパターンでの予想時刻と実際にかかれるべき場所との時間差を示すグラフである。

符号の説明

１ ハードディスク・ドライブ、１０ エンクロージャ、１１ 磁気ディスク
１２ ヘッド素子部、１４ スピンドル・モータ、１５ ボイス・コイル・モータ
１６ アクチュエータ、２０ 回路基板、２１ リード・ライト・チャネル
２２ モータ・ドライバ・ユニット、５１ ホスト、１２１ リード素子
１２２ ライト素子

Claims (13)

1. 回転するメディア上において、リード素子でパターンを読み出しながら、半径位置の異なるライト素子で新たなパターンを書き込む方法であって、
   回転するメディアの第１トラックに複数のパターンを書き込み、
   前記第１トラックのパターンの読み出し予想時刻を、第１トラックのすでに読み出されたパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差を使用して決定し、
   前記第１トラックの基準となる各パターンの読み出し時刻から、そのパターンの先にあるパターンの読み出し予想時刻を使用して決定された時間が経過した時刻に、第２トラックに各パターンを書き込む、方法。
2. 前記第１トラックのパターンの読み出し予想時刻を、第１トラックにおいてすでに読み出された複数のパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差を使用して決定する、請求項１に記載の方法。
3. 前記基準となる各パターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差を使用して、前記先にあるパターンの読み出し予想時刻を決定する、請求項２に記載の方法。
4. 前記第１トラックにおける各パターンの読み出し予想時刻を、第１トラックのすでに読み出されたパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差の積分項、比例項、及び差分項のそれぞれ係数をかけた項の和を使用して決定する、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１トラックの基準となる各パターンの読み出し時刻から、そのパターンの次に読み出されるパターンの読み出し予想時刻を使用して決定された時間が経過した時刻に、第２トラックに各パターンを書き込む、請求項１に記載の方法。
6. 前記第１トラックにおいて、前記基準となる各パターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差と、その基準となる各パターンの前に読み出された複数のパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差とを使用して、基準となる各パターンの前記先にあるパターンの読み出し予想時刻を決定する、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１トラックのパターンの読み出し予想時刻は、そのパターンの読み出し基準時刻を、前記メディアの回転ジッタを補償するように第１トラックのすでに読み出されたパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差を使用して補正することによって決定する、請求項１に記載の方法。
8. 回転するメディア上において、リード素子でパターンを読み出しながら、半径位置の異なるライト素子で新たなパターンを書き込むデータ記憶装置であって、
   回転するメディアの第１トラックに書き込まれた複数パターンのそれぞれを読み出すリード素子と、
   前記第１トラックのパターンの読み出し予想時刻を、その第１トラックにおいてすでに読み出されたパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差を使用して決定するコントローラと、
   前記第１トラックの基準となる各パターンの読み出し時刻から、そのパターンの先にあるパターンの読み出し予想時刻を使用して決定された時間が経過した時刻に、第２トラックに各パターンを書き込むライト素子と、
   を備えるデータ記憶装置。
9. 前記コントローラは、前記第１トラックのパターンの読み出し予想時刻を、そのパターンの読み出し基準時刻を前記タイミング誤差を使用して決定された補正値で補正することによって決定する、請求項８に記載のデータ記憶装置。
10. 前記コントローラは、前記補正値を、前記第１トラックのすでに読み出された複数のパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差を使用して決定する、請求項９に記載のデータ記憶装置。
11. 前記コントローラは、前記基準となるパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差を使用して前記先にあるパターンの読み出し基準時刻を補正し、前記先にあるパターンの読み出し予想時刻を決定する、請求項８に記載のデータ記憶装置。
12. 前記コントローラは、前記第１トラックにおける各パターンの読み出し予想時刻を、第１トラックのすでに読み出されたパターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差の積分項、比例項、及び差分項のそれぞれ係数をかけた項の和を使用して決定する、請求項８に記載のデータ記憶装置。
13. 前記コントローラは、前記基準となる各パターンの読み出し時刻とその読み出し予想時刻との間のタイミング誤差と、すでに読み出された複数のパターンの読み出し時刻と読み出し予想時刻との間のタイミング誤差とを使用して、前記先にあるパターンの読み出し予想時刻を決定する、請求項８に記載のデータ記憶装置。
    

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